交通燈智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

序論：寫作是一種深度的自我表達(dá)。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來了一篇交通燈智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

交通燈智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn):基于機(jī)器視覺的交通燈智能控制

摘 要 利用采集的路口車輛排隊(duì)動態(tài)視頻圖像，采用邊緣檢測等數(shù)字圖像算法，進(jìn)行車輛排隊(duì)長度檢測。對交叉路通燈的通行時間在穩(wěn)定性和通過率進(jìn)行比較，再以各相位車隊(duì)排隊(duì)長度為輸入值，建立不定相序及信號燈時間實(shí)時動態(tài)分配模型。在此基礎(chǔ)上，利用synchro軟件進(jìn)行了仿真分析。

關(guān)鍵詞 機(jī)器視覺；智能交通；實(shí)時配時

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和視頻技術(shù)的發(fā)展，基于機(jī)器視覺的檢測技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于交通監(jiān)測系統(tǒng)，本文通過計(jì)算機(jī)視頻檢測技術(shù)實(shí)時檢測十字路口各車道車輛的排隊(duì)長度，根據(jù)路口的實(shí)際候車隊(duì)列分布情況，對交通燈采取實(shí)時動態(tài)的配時控制方案。最大程度的利用綠燈時間，避免綠燈時間的浪費(fèi)和路口候車時間的增加，有效緩解交叉路口的交通擁堵。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)方案分為視頻圖像采集、數(shù)字圖像處理、交通燈信號控制3個部分。圖像采集利用安裝在交叉路口四個方向的攝像頭采集車裂排隊(duì)長度的實(shí)時圖像，并對圖像數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和傳輸；圖像處理利用數(shù)字信號處理器（DSP）進(jìn)行實(shí)時處理，并通過圖像預(yù)處理、圖像分割和設(shè)置虛擬框?qū)崟r分析計(jì)算交叉路口路口車列的排隊(duì)長度；信號控制以車列排隊(duì)長度作為輸入值對時間進(jìn)行動態(tài)實(shí)時分配?？刂破鞑捎每删幊炭刂破鳎≒LC）作為控制核心，根據(jù)接收到各個路口車輛排隊(duì)的長度信息，實(shí)時配時地智能化控制交通燈。

2 基于圖像的車輛隊(duì)列長度檢測

2.1 路口視頻圖像的采集

圖像傳感器采用數(shù)字COMS攝像頭，CMOS應(yīng)用半導(dǎo)體工業(yè)常用的MOS制程，可以一次整合全部周邊設(shè)施于單晶片中，包括信號讀取電路、圖像信號放大器、光敏元件等，節(jié)省了加工晶片所需負(fù)擔(dān)的成本和良率的損失；采用COMS芯片的攝像頭成本很低，并且數(shù)字?jǐn)z像頭的并行接口可以很好的與DSP的并行I/O接口連接，數(shù)字COMS攝像頭獲取路口圖像，緩存在COMS傳感器內(nèi)存RAM中的數(shù)字圖像。

2.2 基于圖像的車輛隊(duì)列長度檢測

1） 檢測原理

車輛排隊(duì)隊(duì)列長度檢測是實(shí)時配時智能控制的基礎(chǔ)，本設(shè)計(jì)采用數(shù)字信號處理器DSP處理圖像，并先通過圖像預(yù)處理，使圖像的幀灰度化；通過canny算子對降噪濾波后的圖像進(jìn)行邊緣檢測，獲得完整的車輛隊(duì)列的輪廓邊緣；最后在輪廓圖上設(shè)置虛擬框分析并計(jì)算路口車輛的排隊(duì)長度。

2） 車輛排隊(duì)圖像的預(yù)處理

圖像的預(yù)處理包括幀灰度化和去噪。數(shù)字圖像處理器DSP接收緩存在COMS傳感器內(nèi)存（RAM）中的數(shù)字圖像，在DSP中，對原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行位圖格式轉(zhuǎn)化，將圖像轉(zhuǎn)換為BMP格式，并進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)化。為了提高后續(xù)處理效果，采用3×3滑動窗口中值濾波進(jìn)行去噪處理，較好保存圖像邊緣。

3） 基于canny算子的車輛邊緣檢測

本方案采用了canny邊緣檢測方法，檢測到車輛的邊緣輪廓。對先期處理過的圖像采用canny算法，能夠清晰的尋找到圖像中的車體邊緣。

3.2信號配時方案設(shè)計(jì)

配時方案的設(shè)計(jì)不拘泥于延誤時間或者綠信比等參數(shù)的降低，任何一種方法也不能說是絕對的最優(yōu)，更重要的是涉及到交通安全。設(shè)計(jì)時，我們針對應(yīng)用最廣泛最常見也是最常見的交叉路口，綜合分析左轉(zhuǎn)的車輛，排除右轉(zhuǎn)車輛，將交叉路口分成8個相位。

1）綠燈浪費(fèi)時間

在十字路口任意相位，不同時刻等候車隊(duì)長度是變化的，各相位車隊(duì)長度隨機(jī)性很強(qiáng)。而每個周期都遵循沒有綠燈浪費(fèi)時間的規(guī)則，則可以保證總通行時間仍然是最小的。綜合其他相位和優(yōu)先相位，對于其他相位，應(yīng)盡量多放行，但不多給時間；對于優(yōu)先相位，確保沒有綠燈浪費(fèi)時間。

2）同時開放兩個不沖突相位

本方案是固定當(dāng)開放一個方向的相位時，此時可選取與之不沖突的相位進(jìn)行同時開放，保證一直是兩個不沖突相位同時開放，從而充分利用了綠燈時間。由于右轉(zhuǎn)車流不與其他車道交通流發(fā)生沖突，故在此不作考慮。

3）信號周期

5）算法過程描述

（1）判斷周期開始。若是周期起始，則根據(jù)各相位車列排隊(duì)計(jì)算本次周期時長，若時長大于約束值，則使周期時長等于約束值（120s）跳到步驟3；

（2）若非周期開始，排除此次周期已通過的優(yōu)先相位；

（3）對比各相位車列排隊(duì)長度，找出最大相位，使最大相位優(yōu)先通過；

（4）比較與本次相位配皮的三個相位，確定2或3個通行相位，分配好時間依次開放，其時間總和應(yīng)等于最大值相位開放時間；

（5）某一綠燈綠燈時長結(jié)束前，若此次周期結(jié)束則跳入步驟1，若沒有結(jié)束則跳入步驟2，循環(huán)執(zhí)行。

6）系統(tǒng)整體復(fù)位功能

一旦系統(tǒng)出現(xiàn)混亂的狀態(tài)，如沖突相位同時開放，則人工啟動復(fù)位鍵，使系統(tǒng)從開始狀態(tài)重新運(yùn)行。

4 交通燈控制仿真

為進(jìn)行交通信號的配時與優(yōu)化，并分析路口的通行能力以及協(xié)調(diào)控制，本文采用了Synchro軟件仿真。通過Synchro軟件對初始數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，輸出各車道的評價參數(shù)和95th的各車道隊(duì)列長度，同時輸出各車道的評價參數(shù)，與優(yōu)化前的參數(shù)作對比。

1）有效反應(yīng)十字路口的通行能力有多種指標(biāo)，通過對十字路口的車輛總延誤、行程時間和平均通行速度以及車輛燃油消耗率的模擬仿真來對比改造前后的十字路口通行能力。

交通燈智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn):基于PLC的自適應(yīng)交通燈智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：隨著我國私家車數(shù)量的持續(xù)增長，各大城市都出現(xiàn)了交通極度擁堵的情況，城市交通問題也越來越引起人們的注意，社會各界也都在為解決交通現(xiàn)狀出謀劃策。文章從交通信號燈的控制方面著手，研究和設(shè)計(jì)了基于PLC的自適應(yīng)交通燈智能控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：PLC；交通燈；自適應(yīng)；智能控制

交通燈控制系統(tǒng)是一個具有隨機(jī)性的復(fù)雜系統(tǒng)，他受到車輛、行人、天氣等都多方面的影響，因此想要建立一種固定的數(shù)學(xué)模型是不大可能的，即使是用現(xiàn)有的數(shù)學(xué)方法也無法描述其系統(tǒng)特征。目前國內(nèi)交通等控制系統(tǒng)主要采取定時切換的控制模式。

我國自20世紀(jì)80年代開始出現(xiàn)私有汽車，到2003年私家車社會保有量達(dá)1 219萬輛，私家車突破千萬輛僅用了20年時間，而突破2 000萬輛僅用了3年時間。截止到2011年我國機(jī)動車保有量已到達(dá)2.19億輛，汽車保有量首次突破1億大關(guān)，占機(jī)動車總量的46%。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人均國民生產(chǎn)總值增加以及政府拉動內(nèi)需各項(xiàng)政策的實(shí)施，私家車的擁有量也跟著急劇上升，國內(nèi)各大中型城市（如北京、上海、廣州、武漢等）的交通系統(tǒng)都面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。雖然各大城市都出臺了一系列的限制汽車出行、增加公共交通設(shè)施、擴(kuò)寬新修道路等措施，但依然無法緩解目前的城市交通狀況。交通信號燈定時切換這一種控制模式的局限性也就逐漸凸顯出來，因此我們急需一種智能的交通控制系統(tǒng)來緩解交通信號控制的缺陷給本就糟糕的交通系統(tǒng)帶來的壓力。

智能交通控制系統(tǒng)的研究在國內(nèi)外已經(jīng)取得了不少成果，一些發(fā)達(dá)國家已采用智能方式來控制交通信號燈，其中主要運(yùn)用的有GPS全球定位系統(tǒng)等。出于成本、設(shè)計(jì)便捷性等方面的綜合考慮，我們可以考慮在各路口增加傳感器探測車輛數(shù)量來控制交通信號燈的時長這一設(shè)計(jì)方案。

1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

基于PLC的自適應(yīng)交通燈智能控制系統(tǒng)主要有車流量檢測系統(tǒng)、PLC、控制中控臺三大部分組成，其控制結(jié)構(gòu)圖如1所示。

1.1 系統(tǒng)控制原理

車流量檢測系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)檢查各路口單位時間（60 s）內(nèi)通過路口的車輛數(shù)量，并將檢測結(jié)果發(fā)送至PLC；PLC根據(jù)車流量檢測系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)，按預(yù)先設(shè)定的控制規(guī)律來控制相應(yīng)的交通信號燈；中控臺主要用來對控制系統(tǒng)的運(yùn)行模式進(jìn)行控制，如自動運(yùn)行模式、人工干預(yù)運(yùn)行模式等。

自動運(yùn)行模式下，若東西向或南北向車流量均小于15輛/min，則系統(tǒng)按定時切換控制運(yùn)行，雙向綠燈均為40 s，黃燈3 s，紅燈43 s切換運(yùn)行；若某一向每分鐘車流量大于15而小于30，則該向綠燈調(diào)整為50 s，黃燈3 s，另一向綠燈30 s，黃燈3 s；若某一向若某一向每分鐘車大于30，則該向綠燈調(diào)整為70 s，黃燈3 s；當(dāng)兩向車流量均在同一范圍內(nèi)時，車流量較大的一向控制優(yōu)先，若兩向車流量均在同一范圍內(nèi)且相等時，東西向控制優(yōu)先。系統(tǒng)控制流程如圖2所示。

1.2 車流量檢測設(shè)計(jì)

智能交通燈控制系統(tǒng)自適應(yīng)交通情況的關(guān)鍵在于系統(tǒng)自身對車流量的判斷，因此系統(tǒng)車流量檢測的設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。調(diào)查研究表明，我國機(jī)動車輛高度一般在1～5 m之間不等，因此本方案設(shè)計(jì)在各路口100 m處架設(shè)高度為5 m的檢測點(diǎn)，采用由歐姆龍公司生產(chǎn)的檢測距離0～4 m的光電傳感器E3JM-R4來對過往車輛進(jìn)行檢測，當(dāng)有在此高度的車輛經(jīng)過檢測點(diǎn)時，光電開關(guān)會向PLC發(fā)送信號。E3JM-R4光電傳感器參數(shù)如表1所示。

本設(shè)計(jì)采用在各路口雙向設(shè)置光電傳感器的形式對通過路口的車流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并將統(tǒng)計(jì)信號傳送給PLC。PLC對各方向傳感器發(fā)送信號進(jìn)行統(tǒng)計(jì)比較，最終確認(rèn)各路口的車流量，同時對各路口車流量情況進(jìn)行再比較，最后根據(jù)比較結(jié)果按預(yù)設(shè)控制方式對南北和東西向的紅綠燈進(jìn)行控制。

1.3 PLC控制設(shè)計(jì)

PLC為本控制系統(tǒng)的核心，相當(dāng)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的CPU，主要負(fù)責(zé)對車流量、中控臺等方面的信號進(jìn)行收集，并按相應(yīng)的信號運(yùn)行PLC內(nèi)設(shè)計(jì)的用戶程序，最終驅(qū)動交通信號燈。本系統(tǒng)選用三菱公司生產(chǎn)的FX2N-48MR系列PLC，其I/O分配如表2所示。

本系統(tǒng)運(yùn)行模式分兩種，即自動運(yùn)行模式和手動運(yùn)行模式。

①自動運(yùn)行模式下系統(tǒng)按圖2所示的運(yùn)行規(guī)則，結(jié)合車流量檢測信號控制各向紅綠燈進(jìn)行切換。車流量信號的判斷比較主要包括兩個方面，一是同向信號的比較，將單位時間內(nèi)來自X6與X10的信號脈沖數(shù)比較，兩者中較大值作為東西向最終車流量參考值，X7與X11的信號脈沖數(shù)比較，兩者中較大值作為南北向最終車流量參考值。二是東西南北向車流量比較，即將同向信號比較的結(jié)果進(jìn)行再比較。

②手動運(yùn)行模式下，系統(tǒng)在人工干預(yù)下運(yùn)行，人工干預(yù)信號包括南北向強(qiáng)制通行、東西向強(qiáng)制通行和四向禁止通行三種。南北向強(qiáng)制通行時，南北向固定輸出綠燈亮，東西向固定輸出紅燈亮；東西向強(qiáng)制通行時，東西向固定輸出綠燈亮，南北向固定輸出紅燈亮；四向禁止通行時，東西南北四向固定輸出紅燈。

2 總結(jié)與展望

本設(shè)計(jì)基于車流量的自適應(yīng)交通燈智能控制系統(tǒng)，利用邏輯判斷比較和分析算法，使程序的運(yùn)算結(jié)果根據(jù)相應(yīng)的程序方案進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了交通燈自適應(yīng)的智能控制，并通過了軟件及硬件的模擬調(diào)試。車流量比較值、信號燈接通時間等都可以通過改變PLC中相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，通過本智能控制方案，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化交通疏導(dǎo)，達(dá)到交通信號燈自適應(yīng)智能控制的目的。

交通信號系統(tǒng)是一個極其復(fù)雜的控制系統(tǒng)，基于車流量的自適應(yīng)交通燈控制雖然能緩解日趨嚴(yán)峻的交通壓力，但其缺點(diǎn)也較為明顯，固定的車流量判斷模式是其主要缺陷之一。因此今后我們可以考慮使用現(xiàn)今逐漸成熟的視頻檢測技術(shù)，對交通壓力進(jìn)行直觀的監(jiān)測與分析，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制方案。

交通燈智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn):基于微波檢測器交通燈智能控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

【摘 要】本文主要解決根據(jù)十字路口紅燈路段停車數(shù)的多少，控制交通指示燈的下次放行時間達(dá)到實(shí)時智能交通控制。

【關(guān)鍵詞】微波交通檢測器；單片機(jī)；交通燈；8255并行口

對目前十字路交通控制器研究發(fā)現(xiàn)，用戶設(shè)定主副路口的時間后，就一直按照設(shè)定的時間在主副路交替轉(zhuǎn)換下去，無法滿足智能交通對于路口控制器的要求；能否找出根據(jù)實(shí)際交通狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)控制是解決問題的關(guān)鍵，本文通過微波檢測器測出的車輛數(shù)，控制定時時間來達(dá)到實(shí)時智能交通控制。

一、微波交通監(jiān)測器

微波交通檢測器是利用雷達(dá)線性調(diào)頻技術(shù)原理，通過發(fā)射中心頻率為1 0.525GHZ或24.200GHZ的連續(xù)頻率調(diào)制微波（FMCW）在檢測路面上，投映一個寬度為3.4米，長度為64米的微波帶。每當(dāng)車輛通過這個微波投映區(qū)時，都會向RTMS反射一個微波信號，RTMS接收反射的微波信號，并計(jì)算接收頻率和時間的變化參數(shù)以得出車輛的速度及長度，提供車流量、道路占有率、速度和車型等實(shí)時信息。為了檢測出車道上停車的車量數(shù)，RTMS在微波束的發(fā)射方向上以2M為一個層面分展探測物體，微波束在15度范圍內(nèi)投影形成一個分為32個十層面的橢圓形波束（橢圓的寬度取決予儀器選擇的工作方式），通過這種方式可檢測出車量數(shù)。

二、交通指示燈控制過程分析

十字路口各車道有一組紅、黃、綠三色的指示燈，指揮車輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。黃燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈點(diǎn)亮?xí)r間為各干道的公共停車時間。各干道車輛通行情況如下表1所示。

表1 各干道車輛通行情況

三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

它主要由控制器、微波交通檢測器、定時器、串行通訊電路、譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等部分組成。所選元件為8051單片機(jī)、各車道微波檢測器、8255并行通用接口芯片、74LS07鎖存器、MAX692‘看門狗’以及顯示電路指示燈組成。系統(tǒng)總框圖如圖1示：

四、系統(tǒng)工作原理

（1）系統(tǒng)初始化，微波交通檢測器檢測各車道車輛數(shù)，通過車輛數(shù)的多少轉(zhuǎn)換為各車道放行時問，通過研究發(fā)現(xiàn)，車道放行時間與停車數(shù)存在一種復(fù)雜的數(shù)學(xué)關(guān)系，為了使問題簡單，這里用簡單的公式表示為：車道放行時間=停車數(shù)*3秒，然后通過8051單片機(jī)延時程序控制延時時間，達(dá)到智能控制十字路口車輛通行情況。（2）由8051單片機(jī)通過P0口向8255的數(shù)據(jù)口送信息，由8255的PC口顯示紅、綠、黃燈的燃亮情況；由8255的PA、PB口顯示每個燈的點(diǎn)亮?xí)r問。（3）8255 PA口用于輸出時問的個位，P B口用于輸出時間的十位，由747S07驅(qū)動芯片驅(qū)動；而P C口用于輸出各個燈的情況，它的末段連接雙向晶閘管采用220V交流電壓驅(qū)動。（4）在交通控制程序中加入看門狗指令，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異?？撮T狗將發(fā)出溢出中斷。通過專用端口輸入到MAX692看門狗芯片的WDI引角引起RESET復(fù)位信號復(fù)位系統(tǒng)。（5）微波交通檢測器測得的數(shù)據(jù)，通過RS。232接口傳遞數(shù)據(jù)至8051串行口，將數(shù)據(jù)通過編制的軟件處理得到定時時間并延時。

五、軟件流程圖

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要突出通過微波交通檢測器實(shí)現(xiàn)十字路通燈智能控制，獲得了不錯的效果。通過系統(tǒng)將擴(kuò)展，可實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)交通監(jiān)控的控制，盲人通過時交通燈的控制以及行人通過時播放音樂聲等更加完善。

交通燈智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn):交通燈通斷智能控制預(yù)防城市道路堵車的一種方法

摘 要：在城市道路密集、路口眾多的背景下，基于道路現(xiàn)場測量系統(tǒng)獲取車隊(duì)尾長數(shù)據(jù)，利用Matlab軟件編制一種控制信號燈延遲通斷的計(jì)算程序，與信號裝置相配合，就可以及時調(diào)整城市路通燈的接通順序和時間，一定程度上達(dá)到控制車流和避免交通阻塞的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：車隊(duì)尾長 信號燈 延遲通斷

1 交通堵塞的成因

現(xiàn)代城市路網(wǎng)密集，大量私家車上路常常造成交通阻塞且已成為影響城市市民正常生活和工作的嚴(yán)重問題。而城市道路管理中不合理的交通燈通斷系統(tǒng)更使交通擁堵現(xiàn)象雪上加霜，例如，多數(shù)城市采用的定時同步通斷轉(zhuǎn)換自動化交通燈系統(tǒng)，即沿同一條街道上各路口的燈光同步切換，在一定情況下會成為交通擁堵的導(dǎo)火索。很多人都有這樣的經(jīng)歷，在一個路口被紅燈攔下，后面路口會接二連三被紅燈攔住。這不僅僅是運(yùn)氣問題，實(shí)際上和交通燈通斷控制有很大關(guān)系。假設(shè)有一隊(duì)車A在路口1等綠燈放行，欲駛向路口2，兩路口的距離為D，車輛正常行駛速度為V，第一輛車到達(dá)路口2時用時D/V，此時路口2綠燈，第一輛車通過路口2。由于車隊(duì)各車是不可能同時起動、同時加速的，而是從頭車開始，各輛車依次起動從而形成一個“起動波”，傳播速度大約為4.5 m/s（16km/h）[1]。設(shè)車隊(duì)長L，與頭車相比，最后一個車要走（L+D）路程才能到達(dá)路口2，而且它必須等候起動波傳過來時才能起動，因此末尾車要花（L/Vb+（L+D）/V）時間才能到達(dá)路口2，如果綠燈通行時間T0小于（L/Vb+（L+D）/V），這就使得車隊(duì)的尾部有可能在到達(dá)并通過路口2之前，就被下一次紅燈阻擋，車隊(duì)A發(fā)生截尾，跟過來的車隊(duì)B就有增長的趨勢，車隊(duì)B增長到一定長度，也會甩尾給車隊(duì)C，這樣車隊(duì)越積越長，進(jìn)而發(fā)生交通堵塞。可見防止交通堵塞的關(guān)鍵在于及時制止過長車隊(duì)的形成，防止車隊(duì)增長的趨勢。

2 一種預(yù)防交通堵塞方法思路

目前城市路口都裝有攝像及圖像識別系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)某路口車隊(duì)逐漸增長，在一個綠燈通行時間內(nèi)有被甩下的車隊(duì)尾巴出現(xiàn)，通過智能干預(yù)，及時調(diào)整交通燈的通斷順序和時間，引導(dǎo)疏流，就有可能制止過長車隊(duì)的形成，從而達(dá)到完全避免非反常交通堵塞的目的。假如發(fā)現(xiàn)上例路口2逐漸有被甩下的車隊(duì)尾巴出現(xiàn)，就要延遲路口2紅燈開通，即延長綠燈時間，使T≥（L/Vb+（L+D）/V），放車隊(duì)A過去，消除這個尾巴。這樣從路口1處開過來的車隊(duì)B在接近路口2時就沒有車隊(duì)A的尾巴留下，車隊(duì)B就不會增長，但延長的時間是有限制的，最長允許延長時間是車隊(duì)B的頭車剛好接上車隊(duì)A的尾車，即D/V-L/Vb-L/V=0，車隊(duì)A的長度占路口1與路口2之間的距離D的比例L/D=Vb/（V+Vb）。如果?T=D/V-L/Vb-L/V>0，則路口2還可以再延遲?T開通綠燈；如果?T=D/V-L/Vb-L/V

當(dāng)然，和實(shí)際情況比，這里忽略了車輛行進(jìn)過程中加速和減速過程，這里V實(shí)際上是兩路口距離間車隊(duì)的平均移動速度。

3 一種預(yù)防交通堵塞方法的程序?qū)崿F(xiàn)

設(shè)某城市有主干道m(xù)條，n條橫向街道，主干道與s條橫向街道相交后，各段主干方向街道的長度為矩陣D。各路口上被甩下的車隊(duì)尾巴長度組成的動態(tài)數(shù)據(jù)矩陣（截尾矩陣），如果在上述m條主干方向街道中有m1條雙行道，則矩陣將是一個（m+m1）×n的矩陣。根據(jù)雙行道上雙向車隊(duì)尾長的總和判定各雙行道的優(yōu)先方向，只取雙行道優(yōu)先方向截尾尾長，截尾矩陣化為m×n的矩陣。計(jì)算并輸出延遲矩陣?T，?T=D/V-L/Vb-L/V，從而控制交通燈通斷順序。在延遲量矩陣中，?T值為負(fù)的路口實(shí)際上就是尾巴較長的路口，需要提前?T接通綠燈，提前放走積壓的車輛，?T值為正的路口是尾巴較短的路口，可以延遲?T接通綠燈而不會造成該方向車輛堵塞。提前值?T大于T0，即可認(rèn)為已經(jīng)產(chǎn)生車輛堵塞。

以某7×4街道為例，輸入上下行車輛截尾尾長，計(jì)算的延遲時間結(jié)果如表1所示。

通過道路現(xiàn)場測量系統(tǒng)獲取車隊(duì)尾長數(shù)據(jù)，應(yīng)用這個程序計(jì)算的信號燈延遲時間，與信號裝置相配合，就可以及時調(diào)整城市路通燈的接通順序和時間，一定程度上達(dá)到控制車流和避免交通阻塞的目標(biāo)。

4 結(jié)語

現(xiàn)在技術(shù)獲取道路現(xiàn)場車隊(duì)尾長數(shù)據(jù)已經(jīng)非常方便，Matlab軟件應(yīng)用也非常方便，利用Matlab軟件編制的計(jì)算程序很容易實(shí)現(xiàn)該方案，通過控制信號燈延遲通斷，控制車流，避免交通阻塞。

交通燈智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn):一種十字路通燈智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘 要：該文在采用車輛檢測傳感器實(shí)時采集十字路口各方向車流量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提出一套自動周期交通燈比例時長和固定周期交通燈比例時長相結(jié)合的智能交通燈控制方案，即根據(jù)車流量的實(shí)際情況，自動調(diào)節(jié)信號周期和紅綠燈配時比例，以盡量減少道路交通路口的車輛滯留，實(shí)現(xiàn)交通燈的智能化控制。

關(guān)鍵詞：車流量 交通燈 微控制器

隨著經(jīng)濟(jì)和人民生活水平的提高，私家車數(shù)量的劇增使得城市交通擁堵問題日益突出。十字路口是整個交通網(wǎng)絡(luò)控制的關(guān)鍵點(diǎn)，十字路通的有效控制能提高整個交通網(wǎng)絡(luò)的性能。目前，我國傳統(tǒng)的十字路通信號采用固定的時間控制，不能有效提高十字路口的通行能力。那么如何提高十字路口的通行能力和緩解城市的交通擁堵問題呢？大家設(shè)想如果可以根據(jù)十字路口各個車道上的車流量來合理分配交通信號燈的控制時間，對交通信號實(shí)現(xiàn)智能化控制，那么就可以提高交通系統(tǒng)的通行能力和效率，從而緩解交通擁堵問題。

1 硬件電路設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該十字路通燈智能控制系統(tǒng)由微控制器、車流量檢測電路、顯示電路（指示燈和倒計(jì)時顯示電路）和緊急控制開關(guān)組成。該系統(tǒng)是以傳感器為核心的車流量檢測電路用于車流量的智能檢測，將車流量信息送微控制器進(jìn)行處理，智能化控制交通燈的時間長短和倒計(jì)時的顯示，起到優(yōu)化十字路通的作用。緊急控制開關(guān)用于交通突發(fā)事故時的交通車輛通行控制。遇到緊急情況，扳動開關(guān)，通過硬件和程序發(fā)出一個控制信號來實(shí)現(xiàn)兩路紅燈與黃燈亮，同時關(guān)閉數(shù)碼管的顯示。緊急情況解除后，按復(fù)位鍵通過程序回到初始狀態(tài)，重新開始運(yùn)行主程序。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.2 車流量檢測電路

目前，實(shí)現(xiàn)車流量檢測的傳感器有感應(yīng)線圈傳感器、超聲波傳感器、紅外線傳感器、微波檢測器、視頻檢測器、磁力檢測器、聲學(xué)檢測器等[1]。目前的交通控制系統(tǒng)大多采用單一的車流量檢測傳感器來采集交通流信息，這樣會導(dǎo)致一系列問題：（1）采用單一車流量檢測器，若該檢測器出現(xiàn)問題，則可能造成整個交通癱瘓；（2）不同的車流量檢測器有各自的工作原理和特點(diǎn)，如超出其測試條件時該檢測器將無法采集到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；（3）車流量檢測傳感器不斷地采集數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要匯總到交通控制中心，由控制中心經(jīng)計(jì)算后發(fā)出相應(yīng)指令。車流量檢測傳感器的發(fā)展趨勢是多傳感器聯(lián)合檢測，在前端對聯(lián)合檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這樣交通控制中心獲得的信息才會真正成為交通誘導(dǎo)、交通控制以及交通規(guī)劃的有力依據(jù)。

城市中典型的十字路口為雙向6車道，每個方向1、2、3車道分別為右轉(zhuǎn)、直行和左轉(zhuǎn)車道。在每個車道的遠(yuǎn)側(cè)和近側(cè)分別埋設(shè)一個車流量檢測傳感器檢測車流量數(shù)據(jù)，兩個檢測器之間為各車道的檢測區(qū)，設(shè)定這一距離為100 m。遠(yuǎn)側(cè)檢測器執(zhí)行通行車輛數(shù)加操作，近側(cè)檢測器執(zhí)行減操作，這樣任意時刻檢測區(qū)獲得的數(shù)據(jù)即為該方向等待放行的車輛數(shù)。當(dāng)某一相位綠燈亮?xí)r，系統(tǒng)將該車道收集的數(shù)據(jù)存儲，作為判斷交通狀態(tài)和決定下一周期通行時間的依據(jù)。

十字路口車流量的放行采用常用的四相位方式，即按照東西方向直行車輛、東西方向左轉(zhuǎn)車輛、南北方向直行車輛、南北方向左轉(zhuǎn)車輛通行的順序循環(huán)切換，交通燈之間采用短時黃燈進(jìn)行緩沖警告。系統(tǒng)根據(jù)傳感器獲得的等待放行車輛數(shù)，適時控制放行時間的自動周期交通燈時長比例的方法和固定周期調(diào)節(jié)交通燈時長比例兩種方法相結(jié)合，在各方向車輛數(shù)比較均衡的交通低峰時段采用自動周期，在某方向或幾個方向出現(xiàn)交通高峰時采用固定周期自動調(diào)節(jié)交通燈時長比例方式。兩種方式判斷的標(biāo)準(zhǔn)是是否出現(xiàn)兩個或更多方向的排隊(duì)車輛占滿計(jì)數(shù)區(qū)，即如果出現(xiàn)兩個方向的車輛排隊(duì)長度超過100 m即使用第二種控制方式，否則使用第一種方式。不管采用哪種方式，系統(tǒng)都要設(shè)定一個最短綠燈時長和最大綠燈時長。設(shè)定最短綠燈時長的目的是為了保證每一條道路都不會因?yàn)檐嚵髁窟^小而不給通行時間，設(shè)定原則是能讓少量車輛安全通過路口而不影響交通安全，一般取t0 =15 s。最大時長的設(shè)定是為了不讓某方向長時間占用通行權(quán)，使其他方向的車輛的延誤時間增大，對于不太大的單交叉路口，綠燈時間一般不超過60 s，因此設(shè)定tm=60 s。

1.3 微控制器

系統(tǒng)的控制核心采用MSP430系列超低功耗的微控制器，車流量檢測電路將檢測的車流量信息傳遞給微控制器，微控制器采用某種算法進(jìn)行計(jì)算處理，并將需要發(fā)送的十字路通信號信息發(fā)送至顯示電路，人們通過顯示電路就很容易通過十字路口了。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該交通燈采用自動控制，在設(shè)計(jì)方案中預(yù)先設(shè)定了可調(diào)節(jié)紅綠燈自動轉(zhuǎn)換時間，并以自動方式顯示倒計(jì)時；控制系統(tǒng)將在紅綠燈交替階段自動控制黃燈時間，提示各方向過往車輛通過或暫停，以達(dá)到模擬現(xiàn)實(shí)生活十字路通燈工作模式。程序開始運(yùn)行時首先對定義的各個變量進(jìn)行初始化，接下來進(jìn)入while循環(huán)檢測是否有按鍵按下，如果檢測到按鍵，則執(zhí)行中斷程序，解除按鍵鎖定后返回執(zhí)行while循環(huán)。如果沒有檢測到按鍵，while循環(huán)繼續(xù)，交通燈與交通燈倒計(jì)時同時執(zhí)行，之后返回while循環(huán)。

3 結(jié)語

系統(tǒng)采用車流量檢測傳感器和MSP430微控制器構(gòu)成的十字路通燈智能控制系統(tǒng)，可以根據(jù)實(shí)時檢測的車流量信息調(diào)整紅綠交通燈的配時比，達(dá)到交通燈智能化控制的目的，提高十字路通的通行能力。