RFID的智能交通控制算法设计与实现

高玲玲，李宇舰

(合肥学院　计算机科学与技术系，合肥　230601)



RFID的智能交通控制算法设计与实现

高玲玲，李宇舰

(合肥学院计算机科学与技术系，合肥230601)

摘要:随着城市车辆数目的快速增长，城市拥堵情况已经变得越来越严重。交通控制系统中的时间控制策略相对固定，不能根据车流量的情况来调整。故提出了基于RFID的智能交通控制系统。其基本思想是根据车流量的情况，优化交通控制系统的配时方案。目的是减少车辆的等待时间，缓解道路交通压力。这为交通控制策略提出了一种新的思路。通过与传统的交通控制策略做比较，验证了本控制策略具有更少的等待时间和，并通过对实验数据的分析与解释获得了若干结论，为进一步研究工作奠定了基础。

关键词:RFID；车流量；交通控制；等待时间

随着城市的发展，人们生活水平的提高，汽车保有量逐年增加，城市交通负担逐年加重，这就造成了城市交通拥堵的情况。由于交通灯的交换时间在一个路口总是固定的，当东西方向的车辆较少，而南北方向的车辆较多时，交通灯不能根据当前道路交通情况考虑交通灯的控制策略，从而造成车辆多的方向拥堵越发严重。而当东西向和南北向车流量很小时，出现等待时间较长的情况。因此，通过交通控制系统智能化，缓解交通路口的拥堵具有一定的实际应用价值。

车流量检测方法有地感线圈检测，图像检测，红外对管检测和基于RFID的检测。已经有很多文献提出了车流量统计方法[1-8]。其中文献[1]采用地感线圈的方式统计车流量，其缺点是线圈之间容易产生干扰，元器件的老化也会影响测量精度。文献[2]采用视频的车辆检测方法，其缺点是对车辆换道或相邻车道的车辆部分覆盖了被检测车道检测窗时造成误检。文献[3]采用红外对管的方法监测车流量，其缺点是对重叠或连接在一起的物体的统计会有误差。文献[4-8]采用RFID方式监测车流量，无源RFID标签不需要电源，且可以嵌入监测物体内。RFID除可以监测车流量，还可以对物体进行定位等功能。

智能交通控制方案也已经有很多[9-12]。文献[9]基于车流分段行驶控制交通配时方案，让一段车流完全避开红灯，中间不停车，平均速度提高一倍。缺点是没有考虑另一方向的驾驶员感受。文献[10]中采用了分时段控制交通配时方案，不足是没有介绍各个时段的配时方案算法。

本文将探讨RFID车流量统计与智能交通控制算法相结合的交通配时方法。

1基于RFID的智能交通控制系统设计

1.1RFID原理

RFID技术的基本原理(如图1)是当标签进入磁场后，读写器发出的射频信号被标签接收，产生感应电流，标签获得能量后，发送出存储在芯片中的信息。或者由有源标签主动发送某一频率的信号，当读写器读取信息并解码后，送至系统进行数据处理。

本系统选用远距离无源射频标签，工作频率902~928MHz，响应速度快，读写器读写速度在30km/h，读卡时间2ms/32bits,读卡距最远可达2~12M,可实现不停车自动识别车辆信息的目的,以便统计当前路口车流量[4]。

图1　RFID原理图

1.2车流量统计方案

每辆车都装上RFID标签，供RFID读写器检测。通过在每个车道据路口300米处的地面上空每个车道铺设读写器(如图2)，当车经过流入位置时，RFID读写器检测到车辆进入路口，大批量快速的读取流入该路口的车辆标签，使用软件去掉重复读取的车辆数，统计流入该路口的车辆数。再通过在每个车道与路口连接处的地面上空每个车道铺设读写器，当车辆通过流出位置时，RFID射频卡检测到车辆已经离开路口，读写器会大批量快速的读取流出该路口的车辆标签，使用软件去掉重复读取的车辆数，统计流出该路口的车辆数。流入与流出车流量的差即为当前路口一个方向的车流量。通过路口不同方向的车流量分析得出不同方向车辆的通行时间，得出交通灯的控制方案。

图2　RFID读写器铺设位置

2智能交通控制算法描述

2.1算法描述

以双向六车道为例，设计原则如下：

(1)当双方向的车流量都在15以内时，调节此路口绿灯时间为15s，使车辆快速交替的通过。

(2)当红灯指示的方向有车在等待，而另一方无车等待时，将有车的路口红灯闪烁2s后切换到绿灯，让有车的一方通行。交通灯控制策略同(1)，按照车流量比例控制交通灯时间。

(3)当东西向和南北向的车流量相差超过10，且东西向和南北向的车流量有一方超过15时，按正常的交通灯控制策略时，一个周期不能通过。需四舍五入后按比例将车流量大的方向的绿灯时间延长，将车流量小的车道绿灯时间缩短。当东西向和南北向的车流量都很大时，根据驾驶员的驾驶感受，总等待时间和设置为100s，上限为85s，下限为15s。如一方车流量为30，另一方向为20时，双方的绿灯时间为3∶2，则时长为60s和40s。

(4)当东西向和南北向的车流量有一方超过15时，但两个路口车流量相差不大于10时，按照正常的交通信号灯配时方案(见图3)。

图3　智能控制算法流程图

2.2设计问题的简化

(1)不考虑黄灯；

(2)考虑直行、左转、右转三种情况；

(3)在一个路口，直行、左转和右转的概率为固定值，分别为0.6、0.2、0.2，且只能在直行时交通灯状态为红灯时，进行左转或右转；

(4)交通灯位置图中，只考虑十字路口和T字路口，不考虑其他情况；

(5)任意两个交通灯之间的通行距离都是相等的，只需要一个交通灯周期即可从一个交通灯到达下一个相邻的交通灯。

3实验结果与分析

3.1道路地图设计

图4是本设计所采用的路口设计，其中交通节点用si来表示。位置图关系如表1所示，其中以S6为例，该表第一行表示从S5到当前交通灯S6，左转可以到达S2，右转可以到达S9，直行可以到达S7。

图4　路口设计

当前交通灯编号T_L_ID来源节点编号F_ID左转交通灯编号l_T_ID右转交通灯编号r_T_ID直行交通灯编号s_T_IDS6S5S2S9S7S6S2S7S5S9S6S7S9S2S5S6S9S5S7S2

交通灯状态表T_light_sta_table的记录，以S6为例，当前交通灯状态如表2所示，T_light_sta_table是与时间相关的动态表，例子中第一行表示，在t0时刻，从S5方向到当前交通灯S6，左转交通灯为红灯，不可通行；右转交通灯为红灯，不可通行；直行交通灯为绿灯，可以通行；结合T_light_sta_table和T_light_table，可以得知在某一时刻，从一个方向到某个交通灯，是否可以通过，达到另一个方向；当值为-1时，表明是一个T字路口，没有部分方向交通灯。为了简化，以S6为例，假设S6东、南方向的交通灯初始状态分别为绿灯和红灯，则车辆只能在南北方向左转或右转。反之，车辆不能左转或右转。

表2　当前交通灯状态

3.2表结构定义

具体表结构设置见表3—5。

表3　交通灯节点关系

表4　tx时刻交通灯状态

表5　车流量情况表

3.3实验数据

根据交通灯路口排列方式设置目标并编号，用来表示路口，用0和1分别表示交通灯的红灯与绿灯状态，绿灯则车辆可通过该路口，到达下一个路口，红灯则车辆在该路口等待。让每个十字路口的4个分路口在3s到200s范围的随机时间内分别产生1到5辆车，根据交通灯初始状态进行Waiting_Time值的计算，在一个小时后每半个小时记录一次Waiting_Time值。把原有方案与现有方案进行对比。

所有路口的车辆等待时间Waiting_Time用于衡量该设计方案的优劣性，计算出的Waiting_Time值越小，则说明算法更好。

Waiting_Time=(左转区等待车数量+右转区等待车数量+直行区等待车数量)×当前路口红灯时间原有方案设计为红灯时间与绿灯时间固定，不考虑车流量情况，现有方案设计为根据路口等待车辆数量来调节绿灯所亮时间。

下面给出两种初始状态下，不同时间长度情况下的实验结果，见图6。

表6　交通灯的初始状态1

当时间长度相同情况下，初始状态不同时，智能控制算法与固定时间长度的控制算法的实验结果比较如表7。

表7　固定时长配时方案与智能控制方案比较

4结束语

通过多次仿真，可以明显看出优化后的方案确实能够缓解交通压力，在相同时间内比原有方案车辆等待时间更少，说明此方案是较为科学的，具有现实意义，实现起来也并不困难，还可以根据实际地方的具体情况、上下班高峰期等再进一步优化。

参考文献：

[1]高富荣,方强.机动车地感线圈测速监测系统性能和检测方法研究[J].上海计量测试，2008(2)：27-28.

[2]任明,朱伟,朱寿建.视频智能交通系统的设计与实现[J].交通运输系统工程与信息，2002(3)：79-81.

[3]吴慎将，李党娟.智能交通灯控制器的设计[J].研究与开发，2010(11):51-53.

[4]深圳市先施科技有限公司.RFID技术在公交车辆管理中的应用[J].中国自动识别技术，2007(1):60-61.

[5]陈龙.基于物联网的高速公路车辆运行监控系统的研究[D].武汉：武汉理工大学机电工程学院，2013.

[6]刘伟.某军队基于RFID的车辆管理系统的设计与实现[D].济南：山东大学软件学院，2013.

[7]冯春贵.基于RFID的车辆超速自动监测系统设计[D].重庆：西南大学电气与自动化学院，2013.

[8]但雨芳.马庆禄.RFID,GPS和GIS技术集成在交通智能监管系统中的应用研究[J].计算机应用研究，2009(12):4628-4630.

[9]罗静,闫月花,王东亮.基于车流分段行驶的信号配时方案[J].交通运输系统工程与信息，2012(2):29-35.

[10] 任晓莉.基于RFID的智能交通控制设计[J].微计算机应用，2010(11):72-76.

[11] 胡方来.基于RFID的智能交通信息感知系统的研究及实现[D].扬州：扬州大学计算机学院，2014.

[12] 黄威.基于RFID的智能交通系统的设计与实现[D].西安：西安电子科技大学计算机学院，2013.

[责任编辑：张永军]

Design and Implementation of An Intelligent Traffic Control Algorithm Based on RFID

GAO Ling-ling,LI Yu-jian

(Department of Computer Science and Technology, Hefei University, Hefei 230601, China)

Abstract:With the rapid growth of the number of vehicles in the city,city congestion has become more and more serious.The traditional traffic control system has obvious shortcomings.In the traffic control system time control strategy is relatively fixed,can not be adjusted according to the traffic situation.This paper presents an intelligent traffic control system based on RFID.The basic idea is according to the traffic situation,optimizing the traffic control system timing scheme.The purpose is to reduce the waiting time of vehicles,to alleviate traffic pressure.This is a traffic control strategy put forward a new train of thought.Experimental results show that our algorithm has less waiting time.Some useful conclusions are obtained through the analysis and explanation of the experimental data,which lay a solid foundation for further research.

Key words:RFID; traffic flow; traffic lights control; waiting time

中图分类号：TP301.6

文献标识码：A

文章编号：1673-162X(2016)01-0060-05

作者简介：高玲玲(1981—)，女，辽宁沈阳人，合肥学院计算机科学与技术系讲师，硕士。

基金项目：合肥学院科研发展基金计划项目(自然科学类)(08KY005ZR)、安徽省教育厅自然科学基金重点项目(KJ2015A162)、安徽省高等学校省级质量工程项目(2015zjjh026、2015zdjy141)资助。

收稿日期：2015-07-07修回日期：2015-12-15