基于物联网的智能交通灯控制系统

李莎

摘 要：智能交通灯控制系统以物联网的RFID（Radio Frequency Identification）技术为核心。在车辆内安装体积很小的电子标签（射频卡），并在卡内写入汽车制造商、汽车类型、车主、车牌号等信息，行人的二代身份证已嵌入射频卡并写入相关身份信息。在路口分别设置RFID车辆检测器和RFID行人检测器，可测得车流量、车速、人流量等交通流信息以适当配置交通灯的响应时间，可识别消防车、急救车、公交车等特殊车辆以控制交通灯的变换使其优先通过，可识别老弱病残孕等特殊行人以延长人行道绿灯时间使其顺利通过。

關键词：物联网；RFID；特殊车辆；特殊行人；交通灯；车辆检测

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）29-0076-02

1 概述

随着我国城镇化、机动化的持续快速发展，人们生活节奏逐步加快，道路上的车辆快速增长。据新华网报道，截至2014年年底，中国小型载客汽车达1.17亿辆，其中私家车达1.05亿辆，占90.16%，全国有35个城市的汽车保有量超百万辆；机动车驾驶人突破3亿人，其中汽车驾驶人超过2.46亿人。由此产生城市交通堵塞、交通事故频发、环境污染等问题，甚至影响城市经济活动。智能交通灯控制系统改变了定周期的信号灯控制，增加系统的灵活性，以适应瞬时变化的交通流量，提高机动车通过率，缓解城市交通压力，减少交通事故，降低能源消耗。

物联网是在互联网、移动通信网等通信网络的基础上，针对不同应用领域的需求，利用具有感知、通信与计算能力的智能物体自动获取物理世界的各种信息，将所有能够独立寻址的物理对象互联起来，实现全面感知、可靠传输、智能处理，构建人与物、物与物互联的智能信息服务系统。基于物联网的智能交通信号灯的控制，利用无线通讯、红外感应、定位、激光扫描、射频识别等信息技术进行车流量检测、车辆种类监测、行人监测、道路环境监控等，将人、车、道路与交通控制网络相联，实时优化信号配时，控制交通灯的变换，即控制各车道的机动车与行人的通行时间，提高交叉口的通行能力。

2 车辆检测

车辆检测是指车辆的存在、通过和车辆种类的识别，可用于计算车流量、车速、车道占有率等。

2.1 传统的车辆检测

传统的车辆检测是采用各种传感器来实现，可分为三类：磁频车辆检测器、波频车辆检测器和视频车辆检测器。磁频车辆检测器包括感应线圈检测器、磁性检测器、磁成像检测器等。目前使用最广泛的是感应线圈检测器，基本原理是法拉第电磁感应定律，当有车辆经过感应线圈时，引起磁场变化，从而检测出车辆。

另外，线圈通过电子元件的高频励磁可以分辨车辆底部特殊的金属元件，实现车辆识别；磁频车辆检测器的器件已标准化、计数精确，但由于线圈是装在路面以下，其安装、维护需中断交通，影响路面寿命，且安装过程对可靠性和稳定性影响很大。波频车辆检测器包括超声波检测器、微波检测器和红外检测器等：这类检测器一般安装在道路上方或侧面，可移动，可实现多车道检测；超声波检测器易受气候环境影响；微波检测器虽然在恶劣天气下性能出色但安装精度要求高，被广泛用于高速公路监控系统；红外检测器可昼夜工作但精度不高、可靠性较差。视频车辆检测器，是利用图像传感器如CCD摄像机来获取道路的图像，通过分析连续图像的变化，实现车辆检测包括车流量、平均车速、车辆识别等，其安装方便、成本低、联网方便、检测信息量大，但检测精度受图像处理技术的影响。

2.2 基于物联网的车辆检测

基于物联网的车辆检测，使用射频识别技术RFID（Radio Frequency Identification）实现车流量监测和车辆识别。RFID是利用无线射频方式进行非接触双向通信，无需光学可视、无需人工干预即可完成信息输入与处理。在车辆上安装射频卡（Radio Frequency Card），即电子标签，其芯片体积很小，厚度一般不超过0.35 mm，可印制成标签贴在汽车发动机上、封装在汽车钥匙里或置入汽车牌照。电子标签内可存储数兆字符信息，包括车辆制造商、车辆类型、车架号、车牌号、车主姓名、联系方式等，成为每辆车的身份识别卡。

在道路上方或两侧安装读写器（Reader），对来往车辆进行检测和识别，实时传送车流量、车速、车辆种类等信息给交通控制中心，以智能配置交通信号灯的响应时间，提高道路通行能力。考虑到城市主城区车辆一般限速60 km/h，采用超高频RFID系统，识别距离1～10 m，数据传输速率快，可同时检测多辆汽车，且不受遮挡物影响，成本较低。对于特殊车辆，如救护车、消防车、公交车等，在距离交叉口30～50 m的位置安装读写器，提前发送识别信号给交通控制中心，以保证这类车辆的行车道为绿灯，实现特殊车辆的优先通过。

3 行人检测

行人检测是对路口等待通行的人流量的检测和对特殊行人的识别。目前的交通系统多以机动车为设计核心，较少考虑行人的需求，尤其是老、弱、病、残、孕等特殊行人，这类特殊行人的步行速度约为1.0 m/s，远低于总体行人的平均值1.35 m/s。我们常常会在路口看见这样的情形：人行灯已经由绿灯变红灯，但人行横道上还有位老人没来得及通过马路，结果可能造成交通事故、道路拥堵，对机动车司机和行人造成身心伤害和经济损失等。

鉴于我国的二代身份证正是嵌入了射频卡的非接触式IC卡，可采用13.56 MHz的RFID系统实现行人检测，其识别距离为1～1.5 m。在身份证的IC卡内可存储姓名、性别、出生年月、身份证号、地址、电话、紧急联系人、病史等基本信息。在人行道设置读写器，自动检测待通行的行人数量，并识别老弱病残孕等特殊行人，若人流量达到阈值或识别到特殊行人，交通控制中心智能延长人行道的绿灯时间，确保行人顺畅通过。

4 交通灯控制系统

设十字路口东西方向为主干道，南北方向为副干道，在路口设置RFID车辆检测器和RFID行人检测器。系统结构框图，如图1所示。

主副干道对应的机动车道各设置一组红黄绿交通信号灯，对应的人行道各设置一组红黄绿灯。主干道平时一直亮绿灯，表示主车道和主人行道可一直通行。当检测到副干道有汽车或行人需要通过时，则主干道由5 s黄灯变红灯禁止通行。此时副干道的绿灯通行时间，由RFID检测器测出的信号决定：若流量小于于阈值且没有特殊行人，绿灯时间为15 s；若流量大于阈值且没有特殊行人，适当增加绿灯时间为25 s；若流量小于阈值但有特殊行人，适当增加绿灯时间为25 s；若流量大于阈值且有特殊行人，适当增加绿灯时间为35 s；若同时检测到主副干道都有特殊车辆经过，则主副干道同时红灯闪烁15 s，提醒其它车辆紧急避让，以便特殊车辆先行通过。交通灯的实际响应时间，应结合实际路口的位置、交通流量、时间段等信息，进行灵活设置。

5 结 语

基于物联网的智能交通灯控制系统，以RFID技术为核心，在路口进行车辆和行人的检测：可计算车流量、车速、人流量等交通流信息，以优化配置交通灯的响应时间；可识别消防车、急救车、公交车等特殊车辆，控制交通灯变换使特殊车辆优先通过；可识别老、弱、病、残、孕等特殊行人，延长人行道绿灯时间，保证特殊行人顺畅过马路。随着物联网技术的飞速发展，全面感知的车辆、行人、道路密切配合，促使交通控制系统更加智能化，有利于提高城市交通运输能力、缓解城市交通拥堵、减少交通事故、降低城市能耗，促进城市经济发展。

参考文献：

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