现代城市智能交通信号的控制系统研究

严正

摘 要：随着我国城镇化脚步的推进，现代城市发展更加需要智慧交通网络。在新建城市道路交通信号设计中，应借助智能化控制系统来对道路交通信号进行自动控制。文章立足于现代城市道路建设现状，重点探讨了智能交通信号控制系统及其设计与应用等方面的一些关键性问题，希望可以为新时期国内智慧城市交通网建设提供一些指导。

关键词：现代城市；智慧交通；交通信号；控制系统

中图分类号：U491.5+4 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）28-0061-02

Abstract： With the development of urbanization in China， the development of modern cities needs more intelligent transportation network. In the design of new urban road traffic signal， the intelligent control system should be used to control the road traffic signal automatically. Based on the present situation of modern urban road construction， this paper mainly discusses some key problems of intelligent traffic signal control system and its design and application， hoping to provide some guidance for the construction of domestic intelligent urban transportation network in the new period.

Keywords： modern city； intelligent traffic； traffic signal； control system

在城市现代化建设水平不断提升的今天，智慧交通逐步成为城市道路建设以及交通发展的一个重要趋势。交通信号设施作为道路交通中不可或缺的组成部分，是调节城市道路车流量，保证道路行车安全的重要保障，也是现代城市发展智慧交通中需要重点考虑和设计的一个环节。因此，对于智能交通信号控制系统及其应用进行探讨具有重要的研究价值。

1 智能交通信号控制系统

1.1 含义与特征

智能交通信号控制系统实际上就是在传统的道路交通信号控制方式上，引入和应用一些现代化信息技术，对道路交通枢纽位置处的交通流量进行实时统计和分析，并借助分析结果来科学、高效地分配红绿灯配时方案，以此来提升交通道路交通网行车的效率。从智能交通控制系统特征角度来讲，主要表现为：其一，良好的兼容性。智能交通控制系统需要同时连接同标准的各种交通信号控制器；其二，很强的实用性。系统中所用的各种设备、技术以及软件等需要满足城市道路交通信号的实际调控要求，便于操作以及后期维护，且不会受到气候或天气变化的影响；其三，开放性特征。系统除了满足当前城市道路交通需求外，还要从长远角度，确保系统具备功能拓展等功用；其四，先进性特征，系统设计中要尽量采用最新的决策系统以及其他先进的信息技术，确保提升系统的运行效率；其五，可靠性特征。系统需要具有自动检测、报警与恢复功能，确保可以长久保持良好的运行状态，避免会因异常问题而造成道路交通拥堵问题的发生。

1.2 常用的技术

在城市道路交通系统中引入和应用智能控制方法和技术，可以有效克服传统城市交通控制方法的各种局限性，提升系统工作性能。在当前实际的应用中，常用的智能交通信号控制技术主要包括如下几种：

（1）模糊控制技术。该种控制技术主要是模拟人类思维、判断与推理过程的一种控制技术，不需要涉及数学模型构建，只需要按照人的思考方式进行计算机处理即可。模糊控制技術在智能交通信号控制系统中的应用，实际上就是模拟那些交通警察指挥交通的思路来对交通信号进行控制。其中最具代表性的就是专家系统，它有效结合了计算机技术和人工智能技术等先进的科学技术，先将城市交通指挥经验与知识等存入到计算机中，然后模拟人的判断和推理来达到制定决策的方式。

（2）神经网络控制技术。该技术主要是基于人脑所积累的知识与经验来控制系统的一种技术，尤其适用于非线性或不确定等繁杂系统。同理，在智慧交通建设过程中，神经网络控制技术也主要适用于那些很难建立准确数学模型的城市交通系统。

1.3 系统的构成

现代城市智能交通信号控制系统主要包括信号控制器（信号机）、信号灯、通信设备、交通流检测设备、控制系统以及相关软件等构成。其中的信号机是系统的核心设备，主要包括中央控制器、网络通信、人机接口和故障检测等组成部分，具体结构构成如图1所示。

此外，从控制结构角度来讲，现代城市智能交通信号控制系统主要可以划分成三级，即：其一，中心控制器，主要负责对整个系统的运行情况进行监控，如区域控制级运行情况进行协调，且具备其他各控制级的全部功能；其二，区域控制级，主要负责城市道路口交通信号进行协调控制，如城市道路口信号机故障情况进行监控，并向区域计算机反馈相应的故障信息等；其三，路口控制级，主要负责城市道路口交通信号灯进行控制。

2 智能交通信号控制系统的软硬件设计

2.1 硬件设计

在现代城市智能交通信号控制系统中，硬件系统设计中主要按照模块化设计方式，具体主要包括中央控制器模块、键盘与参数输入模块、通讯接口模块、灯泡检测板模块、模拟路口灯显示模块、绿冲突板模块等。比如，其中键盘与参数输入模块主要作用是对系统运行时间、倒计时等运行状态信息进行实时显示，实际应用中主要采用八个七段数码管，其中3个用于显示倒计时，4个用于显示时间，剩下的一个用于显示时间和倒计时之间的分隔符。比如，在实际的系统设计中，可以以CH454芯片作为键盘扫描或数码管驱动的核心部件，借助传输可靠性更高的I2C总线连接方式，将其连接到LPC2378控制器上。此外，根据信号机的各项功能要求，可以将该模块恰当设置一些操作按键便捷参数的输入，这是实现人机交互的重要保障；灯泡检测板模块则主要是对城市道路交通灯是否处于正常工作状态进行检测，确保可以及时修理或更换出现问题的交通信号灯；绿冲突板模块则是检测不同相位绿色交通灯信号，避免出现同绿问题，否则容易造成城市道路交通混乱问题，影响正常交通秩序。

2.2 软件设计

不同于硬件设计，现代城市智能交通信号系统设计与应用的关键核心在于软件的支持，具体就是以软件的形式将信号控制策略融入到系统中，可以说软件是实现智能交通信号控制系统内在控制思想的重要保障。随着信息技术的快速发展，其在城市智慧交通建设中的应用也愈发成熟，并且所发挥的作用也越来越大。可以预见，未来城市智能交通的发展离不开SCATS系统（澳大利亚国家研发）和SCOOT系统（英国国家研发）等智能交通控制系统的代表作品。在现代城市智能交通控制系统中，人机交互是最为重要的技术部分，其不仅需要对城市道路交通的车流量数据进行实时记录，确保道路信号装置可以始终保持正常工作状态，还需要为城市道路交通管理者提供必要的控制参数信息，以及数据分析后的适宜性问题解决对策和方案，以便确保城市道路交通秩序有序开展。从本质上来讲，现代城市智能交通系统是一种嵌入式系统开发软件，为了更好地满足城市道路交通信号的周期性特征，需要确保所开发系统具有实时更新这项基本功能，尤其是要确保数字化传输过程中所传输各种交通控制信息的准确性。

在设计现代城市智能交通信号控制系统期间，为了提升交通控制的有效性，相应的软件设计部分要重点实现如下几个方面的功能：系统参数修改、查询和现实功能；故障报警与处理功能；数据通讯与传输功能；系统自我诊断功能；控制量输出与控制算法实现功能；多样化控制方式的无障碍切换功能等等。通过上述软件功能的开发和实现，可以更好地发挥智能交通信号控制系统在调控城市道路交通信号方面的积极效用。为了确保所设计控制系统运行的稳定性，需要对系统控制程序进行科学设计，借助系统、完善的程序有序连接各种系统模块，尤其是系统主程序更是软件开发设计工作的重点，实际设计中需要结合设计需求以及技术需求等对软件的主控制程序进行持续优化，确保所设计现代城市智能交通信号控制系统运行的可靠性与稳定性。

3 结束语

总之，随着城市现代化建设的发展，智慧交通是城市道路交通发展的必然趋势。道路交通信号控制系统作为城市智慧交通网构成的重要组成部分，其质量会对最终智慧交通网建设成败产生直接影响。为了确保系统设计质量，必须要立足于智能交通信号控制系统应用需求的基础上，从硬件设计和软件設计入手，强化各环节的功能性设计及质量校验，确保不断提升城市道路交通管控的水平。

参考文献：

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