城市交通信号灯智能控制系统设计
发表时间：2016-12-26T15:32:55.733Z 来源：《基层建设》2016年29期作者：郭晓妮
[导读] 摘要：城市交通信号灯智能控制系统主要为实现城市交通智能化，最大程度的疏导交通，减少堵塞，提高通行能力。同时依据物联网管理理念，完成对自身设备的管理。主要完成系统架构设计、数据流结构设计以及系统功能设计等。
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摘要：城市交通信号灯智能控制系统主要为实现城市交通智能化，最大程度的疏导交通，减少堵塞，提高通行能力。同时依据物联网管理理念，完成对自身设备的管理。主要完成系统架构设计、数据流结构设计以及系统功能设计等。
关键词：交通信号灯，智能控制，区域协调控制
0 前言
随着我国当前城市发展进程加速，车辆拥有量迅速提升，交通拥堵已经是一个亟待解决的问题，已经严重影响到人们的生活质量和工作效率，同时堵车造成的环境污染也是无法忽略的问题。如果能够克服现有交通灯定时切换控制方式的局限性，将对改善交通状况有很大的帮助，因此有必要寻求一种智能的交通信号灯控制系统。
交通信号智能控制系统是将信息技术、通信技术、自动控制技术以及计算机技术等先进技术有效集成构造交通管控系统[1-2]。它能大幅度地增加道路网络的通行能力，提高运输的机动性、安全性和运输效率，避免拥挤和堵塞，减少能源消耗和环境污染。
1 系统总体结构设计
系统采用三级结构形式，即：中心控制级、区域控制级和路口控制级。
图1 系统总体结构图
1) 中心控制级
负责全系统硬件和软件运行状况与故障的监测与管理，交通控制信息分析与处理，交通流数据数据库管理及与其他系统互联的接口管理等；并可兼作显控台实时显示被控区域的交通状态和信息，并进行系统干预及系统配置[3]。
中央控制机可以实现对多个区域机的联网监视控制。
2) 区域控制级
负责控制区域内系统设备和系统软件的管理与监测，相位差和信号周期的宏观协调。区域控制机实时采集交通数据，优化控制被控区域内路口的交通信号，并可兼作交通工程师工作台，监视、控制和协调系统的运行，进行系统核心参数的配置。多路通讯处理器为区域控制计算机与路口控制信号机提供通信通道，高低速数据转换和缓冲整理。
3) 路口控制级
通过车辆检测器（环形检测器或视频检测器），负责交通信息的采集与预处理（包括：车流量、占有率等重要参数）并通过通讯接口传输给区域控制机，进行周期、绿信比、相位差的优化计算，实现各种单点控制功能，控制交通信号灯色等。
2 数据传输设计
交通信号控制系统的联网控制由通信网络支持。通信传输由以下步骤完成：
Step1：各路口采用光纤方式传输到通信网络运营商汇聚点，之后传输至支队指挥中心，通信接口采用 IP 方式。
Step2：由支队指挥中心进入分控中心数据接入分中心的通信服务器；分中心通信服务器将处理后的交通数据通过光纤网络以 IP 方式传输到支队指挥中心的数据库服务器。
Step3：路口进入支队指挥中心的数据，通信服务器将处理后的交通数据传输到指挥中心的数据库服务器。
Step4：指挥中心、总控中心的指令下达也按照以上通道反向运行。
Step5：采用开放的、标准的通信协议。
3 系统控制功能设计
3.1 系统基本控制功能
1) 区域协调控制
控制区域内交通信号机与交通控制中心区域控制机联网运行，信号配时方案由优化算法软件根据交通流量检测设备获得到的车流量、占有率等交通信息进行优化计算实时生成，下载给交通信号机实施区域协调控制，实现区域优化的效果。
2)干线协调控制
干线协调的路口交通信号机都在区域控制计算机的控制之下，信号机软件根据预先设置好的相序、配时、相位差等参数，自主进行协调平滑处理，使干线道路实现线控绿波带的效果。
3)单点自适应控制
对于孤立的交叉口，不便于与其他路口进行协调控制，由交通信号机自带的优化软件根据检测器检测到的车流量自动生成信号配时方
案（周期、配时）控制信号灯工作。
4)定时控制
控制区内的路口交通信号机都在中心计算机控制之下，信号配时方案使用的是近期实时自适应优化结果并具有较好交通效益的配时方案，该配时方案可通过人机会话进行配置和修改。
5)其他控制方式
系统或交通信号控制机除具有上述控制方式外还具有下列控制方式：
无电缆线控方式、感应方式、多时段定周期方式、黄闪方式及关灯等工作方式。
3.2 系统特殊控制功能
1)指定相位控制
根据路口交通需求，由任一级控制计算机发出命令，直接强行控制路口交通信号相位的执行时间，强制进行交通疏导。
2) 警卫路线控制
在特殊情况下，如警卫、消防、救护、抢险等，信号灯按预定的路线进行线控推进，以保证车辆畅通无阻。线控线路由控制中心指挥员预先设置。
3）模拟手动
根据路口交通需求，由控制中心发出命令模拟交通信号机的手动控制方式，进行交通疏导。
4）手动功能
在特殊情况下，由路口执勤的交警手动控制交通信号机进行交通疏导，在交通信号机进入手动工作状态时，交警通过手动按钮来调整路口放行状态。 5）公交优先信号控制
通过车载设备实时采集公交车辆位置、速度等信息，对公交车辆行程、时间进行准确预测，并通过车辆检测器采集路口车流量信息，根据路口交通流量信息进行优化处理，在保障交叉口交通顺畅且相邻路口不失协调的前提下，实现信号公交优先。 6）行人过街管理
系统应具有行人过街与上游交叉口协调控制功能，对于在实施干线协调控制的道路中存在行人过街路段的情况，系统能够做到既满足行人过街需求，又保障主干道线控带效果不受影响。
7）VIP绿色通道
VIP绿色通道是由交通信号控制系统结合VIP线控保障系统实现的特种车辆优先通行的一种特殊功能。
8）过饱和控制
过饱和控制具有及时发现过饱和状态、控制过饱和交通流扩散和最快消散过饱和交通流三大主要功能。系统通过下面两种手段控制过饱和交通流扩散和消散过饱和交通流：
（1）上游截流：通过减缓车辆进入过饱和区域的流速，减少上游有条件路口向拥堵点方向的绿灯时间来控制进入拥堵区单位时间内交通量，即以堵点为终点，设置从上游向堵点的一条信号红波带达到均分路网压力的目的；
（2）本地卸载：为防止下游路口的流量积累，就以拥堵路口为起点，从拥堵路口向下游方向设置单向线控控制，使压力转移出去并逐步消散过饱和交通流。
4 结束语
智能交通灯控制器结构简单，维护方便，性价比很高，全寿命成本低，升级容易；设备可移动，安装调试不影响交通；系统不仅能够实现对单个十字路口的交通灯最优化设置，而且通过开发协调控制系统，能够实现对多个路口交通状况综合调控，有效减少由某个路口或者某些路口排队长度太长而影响全线交通的问题。
参考文献：
[1] 朱江，宜国荣，郑振东.基于视频动态投影的实时车辆流量检测系统[J]．计算机工程. 2001.27(11):25-28.
[2] 章毓晋. 图像分割[M]．北京：科学出版社，2001.
[3] 刘海峰，郭宝龙，冯宗哲.用于块匹配运动估值的正方形-菱形搜索算法[J]．计算机学报,2002,25(7):747～752.
