一种便于行人通过的交通系统的设计与研究

张　丹　杨　熙



一种便于行人通过的交通系统的设计与研究

张丹杨熙

（湖南科技学院 电子与信息工程学院，湖南 永州 425199）

利用FPGA芯片，针对十字路口行人通行时间过短的情况，设计了一种便于行人通过路口的智能交通系统，将原来的控制行人通过的四个红绿灯增加为八个，能够大大增加行人通过路口的时间，避免了车辆绿灯时行人无法完全通过路口的情况。

FPGA；智能交通系统；十字路口

1　引　言

随着社会经济的迅速发展和人们生活水平的不断提高，汽车已成为世界各国人民出行的主要交通工具，由此产生的城市交通问题已经越来越引起世界各国的重视。伴随着各种交通问题的产生，智能交通系统的研究也层出不穷。但纵观大多数交通系统的设计都以方便行车为主要目的，却鲜有人考虑行人在交通过程中的方便与快捷。然而，行人的通行不仅仅影响到行人自己，某种程度上也会影响到行车的方便。比如，在一条较宽的道路上，当行人通过的绿灯时间较短，对于老人和孩子，他们不能在绿灯的时间内完全通过人行道时，那么就会影响到车辆的通过。文章针对该问题，提出了一种便于行人通过的交通系统的设计。

2　研究意义

一般的十字路口，车辆通行有左转和直行两种行车方向。本文为了简化模型，考虑左转直行同时执行的情况。那么十字路口通过的情况就分为四种情况。在一般的交通控制系统当中，行人的绿灯通行方式一般如图1所示。

图1.车辆从ABCD四个路口同时左转直行绿灯通过时人行道绿灯的四种情况

表1.人行道绿灯通过情况统计表

人行道通道为绿灯的情况人行道通道为绿灯的情况 a1（4）（1）c1（2）（3） a2（2）（3）（4）c2（4）（1）（2） b1（1）（2）d1（3）（4） b2（3）（4）（1）d2（1）（2）（3）

但是，这样的行人绿灯通行方式一般时间较短，若马路较宽，就会导致行人无法在绿灯时间完全通过。为了改进这种情况，本人将人行道分为两段来进行红绿灯控制。那么人行道的绿灯通过情况则如图2所示。四个路口的人行道一共分为了八段，每一段，我们分别命名为a1、a2、b1、b2、c1、c2、d1、d2。根据四种不同的车辆通行情况，a1、a2、b1、b2、c1、c2、d1、d2的绿灯情况我们用表1来进行统计。

图2.改进后的人行道红绿灯设计

现假定每个路口的车辆绿灯加黄灯的通行时间为30秒，根据表1，我们可以看到，当路口A为绿灯和黄灯的30秒通行时间时，人行道b1和d2分别有60秒和90秒的绿灯通行时间；当路口B为绿灯和黄灯的30秒通行时间时，人行道c1和a2分别有60秒和90秒的绿灯通行时间；当路口C为绿灯和黄灯的30秒通行时间时，人行道d1和b2分别有60秒和90秒的绿灯通行时间。当路口D为绿灯和黄灯的30秒通行时间时，人行道a1和c2分别有60秒和90秒的绿灯通行时间。

3　设计的实现

据这样的设计要求，程序的设计将功能的实现分为了两个模块：控制模块和显示模块，设计框图如图3所示。控制模块负责输出倒计时的数据和控制红黄绿灯的变换，显示模块负责将接收到的倒计时数据通过译码的方式最终显示在数码显示管上。其中cntA、cntB、cntC、cntD分别为路口A、B、C、D的倒计时数。通过这样的设计方法，最终实现了这样一种便于行人通行的智能交通控制系统的功能。

图3.顶层设计框图

4　功能仿真及分析

图4、图5即为控制模块的仿真结果。如图所示，cntA为A路口的倒计时数，cntB为B路口的倒计时数，cntC为C路口的倒计时数，cntD为D路口的倒计时数。pout是一个二十八位宽的输出信号，每一位信号控制一个红绿灯的亮灭，0为亮1为灭。其中高十二位控制的是A、B、C、D四个路口控制车辆的红、黄、绿灯，低十六位控制的是人行道上的八个红、绿灯。一个完整的交通控制周期总共有八个状态：A路口车辆通行为绿灯状态；A路口车辆通行为黄灯状态；B路口车辆通行为绿灯状态；B路口车辆通行为黄灯状态；C路口车辆通行为绿灯状态；C路口车辆通行为黄灯状态；D路口车辆通行为绿灯状态；D路口车辆通行为黄灯状态。其中图4、图5分别为第一个状态和第二个状态。

图4.A路口车辆通行为绿灯状态时的仿真结果

图4为A路口车辆通行为绿灯状态时的仿真结果，这个状态下，A路口的倒计时从25倒计到1，B路口的倒计时从30倒计到5，C路口的倒计时从60倒计到36，D路口的倒计时从90倒计到66。此时的红绿灯状态如图2中的情况（1）所示。当A路口车辆通行为绿灯时的状态结束后就进入到图5所示的A路口车辆通行为黄灯时的状态。此时A路口的倒计时变为黄灯的倒计5到0，B、C、D路口继续刚才红灯的倒计时。另外从图4、图5中可以看到，pout在状态1中的高三位从110变为状态二中的101，其他位的数值不变，说明从状态一到状态二时，控制车辆的A路口的绿灯变为黄灯，即高二位（A路口绿灯）从0（亮）变1（灭），高三位（A路口黄灯）从1（灭）变0（亮）。

图5. A路口车辆通行为黄灯状态时的仿真结果

5　结束语

我们设计的智能交通系统，从功能上改进了行人通过的机制，大大增加了人行道行人通过的时间，一定程度上减少了行人对交通的阻塞。并通过设计顶层框架和软件编程实现了这一设想，完成了功能的仿真。

但由于时间和设备上的限制，本人只完成了最简单初步的设计，只做到了考虑左转和直行同时运行一种红、黄、绿灯时的设计，并且四个路口考虑固定的一样的绿灯倒计时。这一简单的改进和基本功能的实现，为其他设计者进一步完成智能交通系统的设计，实现更加复杂便民的交通系统提供了一定的借鉴作用。

[1]周春蕾.基于FPGA技术交通灯智能控制系统的研究[D].河北科技大学,2010.

[2]杨贵,郑善贤.基于FPGA的交通灯控制器实现[J].中国仪器仪表,2003,(9):41-43.

[3]许钊.城市交通信号智能控制系统的研究与实现[D].华北电力大学(北京),2009.

[4]王正勇.基于FPGA的交通信号控制器的设计[J].电子测量技术,2008,(10):188-190.

[5]赵凯.城市智能交通信号控制系统[D].西北工业大学,2001.

（责任编校：宫彦军）

2016－03－18

湖南科技学院科学研究项目（项目编号2015XKY002）；永州市科技计划项目（项目编号永科[2015]9号No.3）。

张丹（1987－），女，湖南永州人，湖南科技学院讲师，硕士，研究方向为基于FPGA的专用集成电路设计与研发。

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1673-2219（2017）06-0026-02