交叉口紧急车辆优先通行控制研究

周淑燕+卞井井+逯兆友+弓棣+闫启龙+巴兴强

【摘 要】针对交叉口紧急车辆通行不畅影响紧急事件的处理效率问题，本文提出了紧急车辆通过交叉口时信号灯的及时转变控制系统的设计方案，在研究信号控制系统的基础上，对信号控制系统的工作原理、组成结构及影响因素等进行了统计与分析，并且制作了实验模型。通过实验表明，提高了紧急车辆的通过效率、节省延误时间和减少交叉口交通事故发生率，体现了控制系统的优先功能。

【关键词】交叉口；紧急车辆；优先通行；系统设计

[Abstract] In this paper， the design scheme of the timely change control system of emergency vehicles through the intersection of emergency vehicles is presented.

[Key words] intersection；emergency vehicle； priority； system design

我国交通运输行业发展愈加迅猛，为我国带来经济文化发展的同时，交通拥挤和交通事故的发生也随之而来，道路交通作为现代生活中生命线的一部分，对公共紧急车辆如救护车、消防车等的快速、高效、安全通过起到至关重要的作用。经过调查与分析，我们开展“交叉口紧急车辆优先通行控制系统设计”的研究。

1 国内外研究现状

为保证由于多种情况而行驶的紧急车辆能够在短时间内到达目的地并完成各种应急任务，目前，国内一些科研机构研发了智能车路协同系统（CVIS）。实验结果表明，相比于现有的紧急车辆通过交叉口的通行情况，采用改进后的交通控制系统方法，紧急车辆在通过交叉口的平均紧急车辆速度有所提高，但是存在局限性，不能够及时的解决紧急情况。国外如美国、英国、法国、日本等国家都有适应自已国家交通运行的紧急车辆的通行办法。其中，最典型的是美国对于紧急车辆通过交叉口的处理办法。Homas提出了一个基于车道的网络流模型，选择车辆在各种复杂的行驶路线中进行紧急通行的方法。该模型认为路况的交叉口是导致交通拥堵的重要原因。因此，我们提出了对现有的交通控制系统进行优化的方案，通过控制或改变交叉口车道的通行状态，减少车辆在交叉口等待通过的时间，保障交叉口紧急车辆交通更加快速安全有效。

2 紧急车辆优先通行控制

2.1 通行控制目标

通过前期调查统计和规划，利用单片机设计信号控制系统，实现交叉口紧急车辆优先通行的信号控制系统优化；对信号交叉口的通行能力进行分析，实现紧急车辆无障碍通行；控制后台服务器，实现信号灯的紧急转变。

2.2 系统工作原理

运用arduino控制信号灯，与手机app实现实时通信。由中央控制系统将道路摄像头与高德地图等反馈回来路况信息进行整合处理，并進行分析判断得出需要进行临时改变的交叉口信号灯，将信息呈现给紧急车辆司机，再由司机根据实际情况具体分析判断是否需要临时改变信号灯信号，在紧急车辆通过被改变的信号灯后，信号灯自动实现复位，恢复原有周期。以此达到优化控制信号系统措施的目的，完成紧急控制系统启动后与正常系统之间联动与协调。

2.3 实施方案

在交叉口信号控制系统中，由监测交叉口信号状态和信息的信号控制系统以及与车载系统进行信息交互构成，控制系统软件安装在后台检测服务器内，在紧急车辆中安装其接收器，显示交通信号状态和信息两部分构成。后台服务器控制程序，对交通信号控制系统优化实现初步改造，实现紧急车辆无障碍通行。采集交通交叉口的车流流量信息，推算其通行能力，观察周围是否有障碍物，规划紧急车辆的最优通行方案。拥有此能力的紧急车辆在通过交叉口时，减少驾驶员对车辆的反应时间及操作难度；实现紧急车辆在交叉口的快速响应，有效降低了紧急车辆在通过交叉口时的能量消耗，并有利于提升交叉口的通行效率及驾驶安全性。

3 系统设计

3.1 模型建立与仿真

基于现有情况，本设计模型的控制系统采用arduino芯片，搭建蓝牙4.0模块与手机app通信，制作简易模型来进行模拟。对于十字交叉口紧急车辆通过实际情况进行仿真操作，选择路段连接器、标准选择、平面交叉口机动车道道路路网；东西方向、南北方向：直行车道、右转车道、左转车道，将各进口方向流量输入，设置信号控制，采用单点固定信号控制，周期为自拟，黄灯时间为3s四相位，相位设置记录下来。将信号灯组设置到相应道路进口处，仿真显示各方向信号灯状态，记录信号相位和个方向信号灯显示。进行连续仿真、观察并保存2D和3D仿真过程。

3.2 问题和不足

基于全国交通信号灯设备现状，从经济性角度考虑，普及该系统还有一定的困难；安装后的实际运行情况有待进一步观察；在道德层面上，或许会存在着滥用职权等问题；可靠性有待进一步检验；信号干扰问题需要解决，系统要进行加密。

4 结语

本研究对现有的交叉口交通系统红绿灯的开闭时间进行了优化，当紧急车辆通过交叉口时，通过系统软件进行信号控制，使紧急车辆优先通行。经过仿真试验结果的表明，该控制系统可以使紧急车辆在交叉口优先通行，提高了紧急车辆的通过效率、节省延误时间和减少交叉口交通事故发生率，体现了控制系统的优先功能。endprint