城市智能交通信号控制系统

赵亭亭

辽宁锦州渤海大学工学院

城市智能交通信号控制系统

赵亭亭

辽宁锦州渤海大学工学院

社会经济发展的同时，也带来了严重的交通状况。随着道路的不断修建、城市道路的不断铺设，再加上不断发展的路网，这些问题都促进了交通空间逐渐扩大。城市交通发展是一个城市发展的标志，对社会的发展起到了很大的促进作用，也加快了交通设备的完善以及交通工具的提高。然而随着近些年汽车数量的不断增多，道路的拥堵加重了日常的交通问题，也给人们的出行带来了很大的不便。交通拥挤会耽误人们的生活安排，并且汽车尾气的排放也会加重环境的污染。本文针对这个现象设计了城市智能交通信号控制系统。

城市智能交通 信号控制系统 交通拥挤

1 研究背景

交通对于一个城市而言具有重大的意义，控制着整个城市的命脉，扮演的角色是城市的骨架，城市交通带给了人们的生活的很大的便捷，但是同时也造成了很大的负面作用。现今，不管是在哪个城市，哪个国家，交通堵塞问题始终都存在，所以从而形成了一些问题，比如环境污染、交通堵塞、交通事故发生率逐年增高等，这对于国家以及人们的生活带来很大的困扰。我国的交通问题十分严重，给人们的生活、生命、财产问题都产生了很大的影响。根据相关的报告显示，2009年我国交通事故一共有107194起，死亡数目达到了29866，受伤数目达到了128336，而造成财产损失的有4.3亿元。

其中城市道路中污染最严重的来源是机动车，从2008年开始，汽车的数量就达到了6400万以上，而机动车造成的环境污染是最为严重的，并且机动车引起了很大的关注度。机动车所排放的尾气会给公路地面造成臭氧现象，从而会引起光化学污染，这种污染会对于人们的健康造成很大的伤害，即使这种伤害是潜在的。城市交通拥堵问题需要得到解决就需要从两个途径入手。首先是增多路桥的修建从而改善城市路网的交通状况，但是选择这种途径的前提是要投入更多的资金，而且这也是一笔很大的数目，道路工程的修建的资金成本一般是几个亿至几十个亿的范围以内。同时，因为交通道路的大量修建，使得土地资源逐渐的减少，从某种程度上讲，大大地加深了环境的严重性。其次是加大交通管理的力度，采用先进的技术设计交通信号控制系统，并且根据目前交通设施的情况，进行系统的设计，这种方法实现起来所投入的资金成本比较少。近些年来我国道路面积正以快速的速度增长，即使这样，车辆的数量仍然以快速的速度不断增多。

2 XATM智能交通信号控制系统的功能

根据目前中国的国情来看，城市道路交通涉及的方面有很多种，比如自行车流、人流、机动车流等。然而在很多的信号系统中考虑的主要是两相位，本文设计的XAIM智能交通信号系统针对这方面进行了改善。按照路口的不同，从而进行相位数目的随机配置，大大解决了自行车流以及机动车堵塞的情况，对此进行应急板的设计，而且在运行方面的可靠性得到了很大的增强，维护方便，并且设计思想采用了模块化。本文应用了有缆联动相关技术，通过绿波带进行控制，同时远距离通信采用的是MODEM实现的，在一定程度上奠定了城市交通控制基础。

ATM智能交通控制系统的特点是单点控制，而且分时段和线控功能等。

2.1 定周期控制

当控制方式选择的是定周期下，信号灯会根据设定的规律完成变化。

2.2 多时段控制

当控制方式是多时段下，用户能够把时间进行分割，一天的时段分割成10个，同时针对所有的时段都会设计一个对应的方案，当时间段不同信号机选择的方案也会不同。用户需要在多时段控制方式下需要合理地进行方案的选择，并且方案与时间段需要一一对应。当其中的一个时刻过去后，如果用户没有进行确定方案的设定，那么信号机就会选择该时刻前的方案进行设置。

2.3 交通感应控制

在所有的交叉路口中并没有设定特定的方案，交通的流量数据的检测是通过车辆检测系统实现的。信号机的总体框架图如图1所示。

图1 信号机总体框架图

3 信号机的通讯接口电路

要达到区域控制的需求，所选择的信号机需要具备远程通信能力。当信号机和控制中心之间的距离很大的时候，选择串行口RxD、TxD或者是即使选择加线驱动器都是不能够达到目的的，这时就需要选择专线的简单方式。这种方式的通信数据量比较小而且次数也不是很多。RS-232C的引脚定义描述如表1所示。

表1 RS-232C引脚定义描述

4 应急电路

如果信号机以及后级电路出现了异常的情况时，就应该进行应急处理电路，按照特定的情况从而选择对应的措施，进而确保交通安全。

在日常的生活中会经常遇到一些异常的情况，总结如下：

①绿不一致；

②绿冲突；

③维护系统；

④主控板产生故障.

而应急电路中的保护措施具体总结如下：

①闪光控制电路；②保安控制电路；③绿偏号灯。

4.1 绿切电路

在信号机的灯色输出通道里面包含的绿灯通道一共有12个，而且绿切继电器会和相应的输出端相互连接。继电器的常闭触点会连接着信号灯，当通电以后，OC端的电平是高电平。

当电器线圈的电源关闭的时候，绿灯就会正常实现照亮。当出现了绿冲突的时候OC端就会切换成低电平，其中的7406输出端的电平是高电平，将绿切继电器线圈接上电，切断继电器的常闭触点，同时闭合常开触点，切断绿灯，从而避免冲突的方向中产生绿灯。绿切电路如图2所示。

图2 绿切电路

5 通讯程序

为了便于用户，满足用户不同方面的需求，XATM智能信号机系统能够实现计算机之间的通讯，通过RS232口从而实现计算机与信号机之间的通讯，也能够运用调制解调器实现，将信号机放置到路口从而对信号灯进行直接控制，将路口的车流量信息采集，采集的信息是由控制中心的计算机进行控制的。主程序如图3所示。

图3 主程序流程图

结语：随着社会经济的飞速发展以及社会生活质量的逐渐改善，人们的生活离不开交通活动。从近些年的发展状况可以看到，汽车工业以及逐步走向了交通发展的道路。本文主要介绍了城市智能交通信号控制系统的硬件设计以及软件设计，并且程序设计部分给出了具体的流程图的设计。

[1]M.A.S. Kamal,J. Imura,A. Ohata,T. Hayakawa,K. Aihara. Control of Traffic Signals in a Model Predictive Control Framework[J]. IFAC Proceedings Volumes,2012,4524

[2]Hikaru Shimizu,Masa-aki Kobayashi,Haruko Fujii,Hiroshi Ishikawa. CONTROL OF TRAFFIC FLOW DYNAMICS IN URBAN ROAD NETWORKS[J]. IFAC Proceedings Volumes,2006,3912

[3]M.A.S. Kamal,J. Imura,T. Hayakawa,A. Ohata,K. Aihara. Traffic Signal Control in an MPC Framework Using Mixed Integer Programming[J]. IFAC Proceedings Volumes,2013,4621

[4]毕海滨, 刘玉德, 林建龙,等. 交通信号控制系统的现状与发展对策[J]. 食品科学技术学报, 2008, 26(1):29-32