狭窄路段交通控制系统设计研究

张弛+樊文壮+胡文力

摘要：城市中的狭窄路段由于自身道路宽度有限，极易发生交通拥堵现象，这降低了道路通行效率，并造成不必要的能源浪费。本文针对这一问题，设计开发了适用于狭窄路段的智能交通控制系统。该交通控制系统使用激光雷达、地感线圈作为信息采集装置，探测通行车辆的宽度及车辆是否驶出狭窄路段；信息处理机分析所采集的数据，并通过控制红绿灯反馈驾驶员，从而使车辆在正确的时机驶入狭窄路段，避免因车辆宽度不满足通行条件而出现会车困难的情况。经理论分析，狭窄路段交通控制系统可有效缓解狭窄路段的交通拥堵，提高道路通行效率。

关键词：狭窄路段；交通拥堵；通行效率；激光雷达

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）08-0175-02

1 引言

随着机动车保有量的快速增长，交通拥堵问题日益突出，城市中的涵洞、窄桥、旧城区街道等狭窄路段成为交通拥堵的高发区。狭窄路段由于自身道路宽度有限，对双向通行车辆的宽度有严格要求。驾驶员在车辆驶入狭窄路段前，难以准确判断对向车辆的宽度，因此车辆可能在自身宽度不满足通行条件的情况下进入狭窄路段，导致会车困难。狭窄路段的交通拥堵降低了道路的通行效率，并造成不必要的能源浪费。

目前，国内外对狭窄路段交通拥堵现象的研究主要集中在理论层次。中国杨旭刚、曾俊伟对相关交通法律中关于道路优先通行权的特点进行细致分析，提出了关于机动车通过狭窄路段等特殊路段时部分规定的不合理性。上述研究表明狭窄路段中合理控制车流的必要性。至今，国内外针对狭窄路段交通拥堵问题，仅通过设置交通标志牌，间接提醒驾驶员注意对向车辆。从实际效果来看，设置交通标志牌对驾驶员的提醒作用有限，不能有效缓解交通拥堵。

2 设计原理

2.1 设计思路

本设计以合理控制狭窄路段车流为中心，通过在狭窄路段两侧入口处，安装激光雷达，实时采集即将驶入狭窄路段车辆的宽度信息；在两侧出口处安装地感线圈，实时采集车辆驶离狭窄路段的信息；信息处理机接收、处理信息，判断车辆是否可以通行，并通过红绿灯发出信号，控制汽车进入狭窄路段。

如图2工作流程图所示，汽车驶过狭窄路段入口处的激光雷达扫描平面，反射激光雷达发射的激光束；激光雷达接收、分析激光，并将信息传输至信息处理机储存；信息处理机计算车辆宽度信息，发出控制信号，红绿灯变换颜色，控制汽车驶入狭窄路段。车辆驶出狭窄路段，经过地感线圈；地感线圈采集信息，信息传输路线同上。

2.2 系统关键技术方案

狭窄路段交通控制系统包含激光雷达、地感线圈、信息处理机、红绿灯。系统设计要求：高安全性、高准确性、高稳定性、高效率、人性化、低耗能。激光雷达、红绿灯安装在狭窄路段入口处；地感线圈安装在狭窄路段出口处。系统各装置位置及信号传输路线如图3所示。

2.2.1 激光雷达设计

激光雷达由激光器、光学系统、光电探测器、信号处理模块组成，外观如图3所示。从技术稳定性、精确性、低能耗、适应恶劣工作环境这几方面考虑，本设计的激光雷达采用光纤激光器，使用相位法测距。光纤激光器发射激光束，激光束经发射光学系统，形成垂直于路面的扫描平面。光电探测器每次接收反射激光束，信号处理模块便分析得到一组信息：反射激光与垂直瞄准线间的夹角α、目标与雷达间的距离l。激光雷达工作流程如图4所示。

由于激光雷达的工作特性，在存在如图5所示的盲区y。为了提高准确性，减小盲区y，可适当增加激光雷达立柱高度x。考虑盲区y最大的情况，通行汽车尺寸参照大型货车，建立激光雷达立柱高度x与盲区y的函数关系模型：

3 结束语

针对狭窄路段交通拥堵问题，国内外目前还没有一种有效的智能化解决方案。本文提出的交通控制系统整合现有多项成熟技术，具有低能耗、人性化、稳定可靠、工作效果良好等优点，可有效缓解了交通拥堵。该系统根据通行车辆宽度、狭窄路段宽度，并结合最小安全会车横向距离，帮助驾驶员判断狭窄路段是否允许通行。

近年来，随着“低碳交通”概念的提出，解决交通拥堵问题，提高通行效率成为研究的热点。本文研究的交通控制系统适用于城市中的多种路况，一旦实际应用，可最大程度缓解狭窄路段交通拥堵，提高道路通行效率，其应用前景非常广阔。

参考文献：

[1] 杨旭刚，曾俊伟.关于道路优先通行权的研究[J].中国公共安全，2015（3）：85-87.

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