基于PLC的智能交通系统设计的研究

孙 娟，陈韶钰，张洪森

(河南科技职业大学 信息工程学院，河南 周口 466000)

1 智能交通系统概述

随着经济和信息的发展，交通运输在社会发展中的重要性进一步突显，它不断推动经济的可持续发展。如何在现有交通控制条件下，使交通更好的应用是相关学科研究的重要方向。国外交通信号灯的智能控制已经过实践应用，比较成熟。根据我们的交通运输实际，机动车数量快速增长，车辆构成复杂，混合交通导致拥堵问题更加严重，交通事故发生的频率比较高，加剧了环境的污染，制约了城市经济的发展。交通拥堵导致出行时要在时间上耗费更多，从而降低了效率，造成出行者的休息时间减少甚至造成身心疲惫。

如何保证城市交通运行良好，实时高效全方位发挥在城市交通系统方面的应用可以降低碳排放量，提高能源使用效率。如何提高居民的生活质量？结合世界城市建设的经验，降低车辆和修路两种方法常常用来解决这个问题。经济发展汽车制造业蓬勃发展，限制车辆短期内不是解决交通问题的好方法。现阶段，大量修建道路会加剧自然环境和公共资源的矛盾，加大财力和物力的支出对政府而言不太现实。

1.1 智能交通系统概念

在科技发展飞速的今天，借助于计算机技术，通信技术和人工智能等技术，提高交通系统的智能化，可以提高交通管理的水平，满足交通发展的现实需要。智能交通系统简称ITS，通过电子技术、通信技术、自动控制理论、人工智能等，有效地应用于调节人流、车流的关系，缓解交通出行的不便，从而使交通运输系统更加安全、高效，减轻空气污染，减少交通事故和节约能源。

1.2 智能交通系统组成

智能交通系统是在进行信息采集后，通过信息传输和加工，对信息进行应用，主要由一个中心进行指挥，综合信息交换平台和非公安信息部门数据平台2个平台，4个模块即监控和控制模块、紧急事件管理模块、交通管理模块和交通信息模块。其中综合信息交换平台的作用是连接不同系统的枢纽，承担着处理信息的功能，由信息输入、处理、输出3个模块构成。

信息输入模块把信息经过通信系统传给信息交换平台。信息有车辆信息、设备信息、违章信息、交通事故信息、驾驶员信息、交通事件信息等和非公安部门的其他信息。

信息处理指信息经过多种处理后有一部分备份到数据库里，一部分发布出来，一部分形成执行命令，一部分通过深层加工的信息和地理信息、数据库专家意见一起为交通决策做准备。

信息输出将实时信息通过可变信息板或查询系统传递给使用者，生成命令作用到外场设备，像交通信号灯和摄像头；深加工的信息送给指挥中心统一管理；将信息传送给非公安部门的数据交换平台使用；将违章信息传给指挥中心统一管理；将地理信息用来完善GIS系统。

智能交通系统的4个模块在系统中的功能不同。采集交通流、监控车辆和控制交通信号灯是监控与控制模块的功能。老百姓报警用，主要指接警系统由紧急事件管理模块的功能。警务执法、管理和办公由交通管理模块支持。向外部发布信息是交通信息模块的功能。

1.3 智能交通系统功能

智能交通系统可以获取实时的准确道路信息，提供有效信息用于交通预警、应急指挥和交通决策，方便市民出行。交通信息的发布可以优化交通系统运行。交通信息交换可以把采集的信息进行有效整合，可以实现信息共享。通过监测城市路口的突发交通状况，快速决策响应从而缓解拥堵现象，排除安全隐患。采集交通信息预测交通事故的发生从而采取措施预防；在事故发生以后及时疏导交通，把事故的影响降到最低。采用网络、智能控制等智能化手段控制交通信号灯，对交通信号灯实现实时协调。

通过综合服务平台和私人出行线路的定制，把绿色交通的概念和交通管理结合，使人们的生活和工作的城市智能绿色并且适宜居住。我们可以通过综合服务平台为居民提供实时交通信息，无论自行车或者电动车租赁，还是汽车维修等信息都可以查到。如果去一个陌生的地方不知道怎么去，我们可以找平台。在网上或者手机App都可以查看信息，系统提供多条路线供选择，根据需要提供拥堵信息，规划出行的最佳路线。需要去休闲娱乐的地方，提供平台可以实时查看视频，从而避开高峰，错峰出游。

2 基于PLC的交通信号灯的控制

缓解道路拥堵，在硬件和控制策略上都经历了很大的发展。交通信号灯一般在十字路口，它是道路的交汇处，也是在交通拥堵时交通拥堵比较严重的地方，而交通信号灯在十字路口的功能是指挥车辆和行人有秩序的通过路口，因此，交通信号灯的设置合理有否关系到车辆是否延误时间、出行舒适度是否良好、交通拥堵是否得以缓解、行人的生命安全是否得到保障。

以前我们用的交通信号灯的控制是根据预先设置的时间分配方案去工作，不能满足现在交通状况的需要。我们可以采用自适应的交通信号控制系统按照行人和车辆的变化情况及时调整交通信号灯的时间分配，这样就可以提高十字路口的可通行性，提高交通通行率。

智能交通系统运用先进的科技最大限度地用在交通运输、服务控制中，通过实时路况信息、综合服务平台和私人定制出行路线等方式，将绿色交通的理念与交通管理相结合。在智能交通系统ITS的组成中交通信号灯是交通疏导最常见和有效的方式。交通信号灯采用PLC控制抗干扰能力强、可靠性好、性价比高、编程方便可以适应环境变化。智能交通系统的控制核心是PLC。

2.1 基于PLC的硬件设计

PLC控制路口交通信号灯的工作情况，控制路口放行的情况，它的功能主要是：接收车流量的统计数据，对数据进行计算得出不同方向车辆的放行时间，对交通信号灯发出信号从而判断每一个交通信号灯的状态。如果交通信号灯出现故障发出报警信号，与上位机进行通信传递数据，进而对整个交通系统进行监控。

十字路口东西南北4个方向均设有红、黄、绿信号灯，交通信号灯启动时，6只灯依一定的时序循环往复工作，如图1所示。出现故障需要维修时，按下停止按钮。交通信号灯的工作情况如下：按下启动按钮，东西两个方向绿灯亮t1s，闪烁t2s，然后黄灯亮t3s，与此同时南北两个方向的红灯亮t4s。东西两个方向的黄灯灭后，红灯亮t5s，南北两个方向的绿灯亮t6s，闪烁t7s，黄灯亮t8s，就这样周而复始。

图1 交通信号灯展示

我们采用s7-200PLC编写程序时，先对输入和输出地址进行分配，输入输出信号要与硬件的输入输出口一一对应。PLC系统I/O分配是将PLC的输入和输出信号进行地址的分配根据控制要求东西方向和南北方向两组交通信号灯的显示情况是相同的，同亮或者同灭。一样颜色的灯共用一个输出接口，不同方向各3种颜色的灯，东西向和南北向共用一个输出。这样输出只需要6个接口。对I/O地址进行分配：启动按钮I0.0,南北方向红灯Q0.0，南北方向黄灯Q0.1，南北方向绿灯Q0.2,东西方向红灯Q0.3，东西方向黄灯Q0.4，东西方向绿灯Q0.5。

2.2 基于PLC的软件设计

交通信号灯的流程图，如图2所示。

图2 交通信号灯流程

3 结束语

通过基于PLC的智能交通系统的设计，实现了根据交通情况对交通信号灯的按需设计，克服了以往人工指挥交通费时费力的困难，可靠性和效率得到了提高。我们通过顺序功能图设计的交通信号灯的方法，结合人流和车流的情况调节交通信号灯的亮灭时间，从而使交通信号控制系统得到了优化，可以有效缓解交通拥堵，实现交通系统的最优化，很大程度上减少人流和车流的滞留，优化交通利用率。