实时智能控制系统在交通信号灯中的设计思路与工作过程

赵九九

(长春汽车工业高等专科学校 电气工程学院,吉林 长春 130013)

实时智能控制系统在交通信号灯中的设计思路与工作过程

赵九九

(长春汽车工业高等专科学校 电气工程学院,吉林 长春 130013)

无论是现有的智能交通控制系统还是现有的单路口信号控制系统,都存在两点不足:一是驾驶者不能实时获得前方路口交通信号灯的状态信息,并利用这些信息辅助驾驶决策;二是一起等红灯的驾驶者不能提前做好准备适时同时启动车辆,快速通过路口,有效利用绿灯时间提高通行效率.本文主要针对此不足,设计了实时智能控制系统以减少汽车能源消耗、减少汽车尾气排放、减少拥堵并节省驾驶时间.

实时;智能;控制系统;交通;设计

1 实时智能控制系统的设计前提

1.1 大气污染

近年来我国机动车数量急剧增长,机动车尾气排放加剧了城市空气污染,给城市和区域空气质量带来了巨大压力.有研究报告指出:在实际行驶条件下,机动车在冷启动工况和怠速工况,尾气排放VOCs和苯系物浓度要远远高于正常行驶时的排放浓度,当行驶速度在40~60km/h时,尾气中VOCs组分和苯系物含量相对较低.在现有路网条件下,提高城市机动车的平均通行速度,可以减少污染物排放,进而减少机动车在重污染时段的污染贡献率.

1.2 SCATS的不足

它是一种智能交通控制系统,由澳大利亚新南威尔士州道路交通局(RTA)研究开发,是目前世界上少有的几个先进的城市信号交通控制系统之一.据澳大利亚最新研究结果表明,使用SCATS系统能够减少交通停顿40%,节省旅行时间20%,降低汽油消耗12%.

但是,SCATS也有不足,例如未使用交通模型,本质上是一种实时方案选择系统,因而限制了配时方案的优化过程,灵活度不够.检测器安装在停车线附近,难以监测车队的行进,因而优选可靠性较差.

2 实时智能控制系统的设计思路

采用本发明的系统和方法,机动车可以节省燃油5%,提高通行效率10%,减少污染物排放15%;行驶方向相同的车辆一同等红灯时,智能车载终端系统提醒所有驾驶者适时同时启动车辆,减少了车辆在路口的等待时间,提高了整个城市路网的通行效率,提高了城市机动车的平均通行速度,当平均通行速度达到40~60km/h时,大大减少了污染物排放.采用本发明装置的车辆,将本车行驶方向的交通信号灯的状态显示在屏幕上,以数字、图形或者声音的方式提醒驾驶者提前预知前方路口交通信号灯的状态,辅助驾驶者进行驾驶决策:是以较快的速度通过前方路口,还是匀速行驶到路口后等红灯,总之可以从容驾驶,避免急刹车.红绿色盲患者也可以考驾照并从容驾驶车辆了,因为本发明装置可以采用文字、图形或者声音的方式提醒驾驶者提前预知前方路口交通信号灯的状态,只需要驾驶者听力正常或者能正常识别"红、绿、黄"三个文字即可.驾驶者在等红灯时可以自由的休息,因为本发明所述的智能车载终端系统会提醒驾驶者何时启动车辆,特别是出租车司机不用通过观察其他方向的绿灯闪动情况预测自己何时启动车辆才能最大化自己的盈利时间.目前在一些重要的路口安装红绿灯倒计时牌受到司机和行人的欢迎,但是投资巨大,管理困难,采用本发明的系统和方法,可以代替红绿灯倒计时牌,将节约很多城市的交通信号灯系统的投资.采用本发明的系统和方法,可以在某些路口设置"虚拟红绿灯";对于较近的小于50m的两个路口使用"路口融合技术"可以提高路口的通行效率;对于符合要求的3~5个连续路口使用"绿灯接力技术"可以提高路口的通行效率;所述的"系统服务器"可以精确评估每一个路口的"拥堵情况",可以辅助驾驶者进行路线选择;"系统服务器"能够综合考虑下一个路口的通行能力来确定前一个路口的通车数量,并对一个区域的交通进行优化."系统服务器"可以智能地解决拥堵.公共汽车采用本发明的系统和方法,行人可以预先了解距离本站最近的公共汽车的位置和公共汽车到站的预估时间;一个城市的交通管理者能够精确了解行人的需求,通过组建"机动公交车队"并临时确定路线和站点来满足行人的需求.采用本发明的系统和方法,某个路口的交通信号灯坏了,车辆仍可以在智能车载终端系统的指挥下正常通行;智能车载终端系统具有信息反馈功能,某个路口的交通信号灯坏了,路灯管理部门可以立即确定故障路口位置并及时修复;智能车载终端系统可以感知驾驶者的疲劳驾驶或者精力不集中状态,并将相关信息发送给系统服务器,系统服务器会实时通知附近的交警处理或者通知交通管理者;一辆机动车确定目的地并进入路网后,智能交通系统将对行驶路线和行驶速度等提供辅助驾驶决策;采用本发明的系统和方法建立起来的智能交通系统,将极大地促进汽车无人驾驶技术的发展和应用;采用本发明的系统和方法建立起来的智能交通系统,驾驶者到目的地后,智能手机将接受一条信息,该信息记录了上路网时间、下路网时间和经过了哪些路口的信息;驾驶者的智能手机内存储了整个城市的全部路口的交通信号灯的"时间设定信息",当出现极限情况时,驾驶者的智能手机将运用手机内的预定的时间基准,自动运行整个城市的红绿灯,以确保城市交通不瘫痪;交通指挥中心能够根据需要精确指挥到所需要的任一个手机客户端;采用本发明的系统和方法建立起来的智能交通系统,能够精确识别是驾驶者还是乘客在使用手机客户端软件.即一部轿车内有4个人同时使用手机客户端软件时,智能交通系统能够识别出是一辆车而不是4辆车.

3 实时智能控制系统的构成与工作过程

3.1 实时智能控制系统的构成

实时智能交通系统由三部分组成:智能交通信号灯系统1,智能车载终端系统2,中央控制系统服务器3.三部分的逻辑关系如图1所示.

图1

智能交通信号灯系统1安装于每个路口,只需要在现有交通信号机的基础上增加无线发射和接收模块.智能车载终端系统2最方便的的实现方式即为驾驶者使用的智能手机,并在智能手机中安装相应的功能软件.中央控制系统服务器3作为中央控制枢纽,其中模拟运行着一个城市的所有路口的红绿灯,可以控制任意一个路口的红绿灯状态,可以随时改变红灯和绿灯的显示时间.

3.2 实时智能控制系统的工作过程

驾驶者开车时打开自己的智能手机并运行相应的应用软件,该应用软件将运用定位导航模块定位,确定第一个位置,车行驶极小的一段距离后,该应用软件将再次运用定位导航模块进行定位,确定第二个位置,有了两个位置就确定了行驶方向,使用电子地图,确定前方路口的编码(A1)和对应的红绿灯组的编码(A1-1);应用软件使用智能手机向"中央控制系统服务器3"发送一条短信,索取A1路口的交通信号灯的"时间设定信息和当前的状态信息",对接收到的信息进行解码,根据检索到的"所行驶道路在前方路口处对应的红绿灯组的编码(A1-1)",运行红绿灯子程序将"所行驶道路在前方路口处对应的红绿灯组"的状态显示在屏幕上,以数字、图形或者声音的方式提醒驾驶者提前预知前方路口交通信号灯的状态,辅助驾驶者进行驾驶决策;当本车驶过一个路口时向"中央控制系统服务器3"发送一条短信,报告已经离开了A1路口,并索取下一个路口(A2)的交通信号灯的"时间设定信息和当前的状态信息",每一个路口都这样操作,就实现了车内红绿灯的功能;在"中央控制系统服务器3"端,系统服务器将每一个路口都当做一个节点来管理,任意时刻系统服务器都非常清楚有多少车辆向该节点驶来,他们的行驶方向也是可清楚了解.

[1]朱向阳.实用数字电子技术项目教程[M] .北京:科学出版社,2009(第二版).

[2]毛法尧,欧阳星明,任宏萍编:数字逻辑[M]. 华中理工大学出版社,1996年第一版.

[3]余孟尝 .数字电子技术基础简明教程[M].高等教育出版社 ,1999年(第二版).

[4]余锡存,曹国华.单片机原理及接口技术[M].西安电子科技大学出版社,2001年.

U495

A

1671-0711(2017)11(上)-0116-02