浙江浙大中控信息技术有限公司 浙江杭州 310003
摘要：目前，我国的车辆在不断地增多，使交通出现问题。现有的交通信号灯控制系统已经无法适应城市的发展，致使出现严重的交通拥堵。针对这一问题，文章在分析基于北斗系统的车流量监测方案上，提出了一种自动监测道路车流量，并智能控制交通信号灯的算法。仿真证明：该算法可根据实时车流量自动调整各方向上的交通信号灯时长，保证城市交通顺畅。
关键词：车流量；自适应；智能交通信号灯；控制算法
引言
世界各国在经济发展中普遍面临的一个严峻问题就是城市中的交通问题，它是制约社会经济发展的重要因素之一，交通拥堵已成为困扰各国的普遍性问题。而交通流量与道路上的车辆数量有着密切的关系，车辆数的急剧增加是导致交通堵塞的最直接的原因之一。据公安交通管理局统计，截止至2010年10月，我国机动车约有1.99亿辆，其中汽车8500多万辆，每年新增机动车2000多万辆；机动车驾驶人达2.05亿人，每年新增驾驶人2200多万人。目前，我国各大城市特别在交通繁忙时段，交通堵塞现象屡屡发生。因此，它成为交管部门亟待解决的一个难题。交通拥堵现象特别发生在城市道路的交叉路口处，对道路网中的交通畅通度有着重大影响。目前我国城市交叉路口的交通信号灯控制系统一般采用继电器或单片机来实现，其转换周期是不变的，忽略了对路面车流量的实时监控，不能很好地保证交叉路口的车辆通行效率，这往往加剧了交通堵塞。因此进一步优化交通信号灯转换周期成为缓解交通堵塞状况的一个重要研究方向。为了降低修路资金投入，缓解交通压力，减少运行车辆延误，设计智能交通控制系统是当今建设资源节约型社会的必然选择。
1问题的提出及解决方案
一般情况下，十字路口的红绿时间都是固定的。这就说明交通信号灯是周期性变化的。其相应得控制系统也是按照设定的周期时间，依次控制每个方向的交通信号等。种情况下，无论各方向的车流量如何变化，其交通信号灯周期一直是固定不变的。如果东西方向的车流量增多，而南北方向的车流量减少，那么在原有的一个周期内，东西方向的车流量通过总次数依然不变，其车流量剩余总量仍会比较多。而由于南北方向上车流量比较少，在一个周期内，车流量很快就会减少。在这种情况，就会造成东西方向的堵塞现象。显然，这种交通信号灯控制方式是不太合理的，会造成东西方向上的车流量过大，而南北方向上会出现空等现象。概括地说，就是东西南北四个方向的红绿灯时间并不会依据实际车流量的变化而变化，通行效率非常差。解决这些问题的关键在于实现红绿灯时间分配的灵活性。比如某方向上的车流量较小时，就缩短其绿灯时间。若无车流量，则延长该方向上的红灯时间及对方向的绿灯时间，消除空等现象的同时解决单方向上的车流量过大问题。显然，其中最关键的就是如何进行车流量监测，并依据车流量变化实现红绿灯的调节。
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2基于车流量的交通信号灯控制算法设计
2.1RFID车辆进出口判定算法
为了计算在交叉路口进出车辆的流量，对进出交叉路口车辆进行实时统计，分别统计“进出口”车辆数量，首先必须判断车辆是“进口”还是“出口”车辆状态。具体的做法是：车道读头安装在交叉路口附近车辆必经之路上，共安装两个，用来统计进出口车辆的流量。为了减少读头互相间的干扰，则安装成内侧读头和外侧读头形式。每个读头都有一定的信号覆盖范围，其中外侧读头覆盖路口附近远离交叉路口范围，而内测读头覆盖路口附近靠近交叉路口范围，原则上要求两个读头的信号能覆盖整个进出车道。当车辆驶进路口读头信号范围之内，安装在车头档风玻璃上的电子标签就会自动向车道读头上发送其标识号，这样对于安装在车道内外侧读头均能接收到从车辆标签发送来包含标签数据的射频信息。假设车辆从外驶入交叉路口称为“进口”，车辆从交叉路口驶出称为“出口”。当车辆“进口”时，一般是由路口外侧区域渐渐进入路口内测区域，也就是说，车辆是先进入外侧读头的信号覆盖范围，而后进入内测读头的信号覆盖范围。因此在不考虑内外侧读头信号范围大面积重合的情况下，车辆标签总是被外侧读头先识别到，而后再被内侧读头识别到。同理，当车辆“出口”时，一般是由路口内侧区域渐渐进入路口外侧区域，也就是说，车辆是先进入内测读头的信号覆盖范围，而后进入外侧读头的信号覆盖范围。因此在不考虑内外侧读头信号范围大而积重合的情况下，车辆标签总是先被内侧读头识别到，而后再被外侧读头识别到。由于城市道路交通情况较为复杂，很容易对车辆标签卡的微波信号进行多次反射或衍射，为防止同一RFID卡被读卡器多次读取，导致对车辆造成错误检测，需要通过软件实现控制，一旦读到某个RFID卡信号，该卡就被读卡器标识成“己读”，后续读卡器应在规定时间内（如2秒）对此RFID卡号进行屏蔽，这样可以避免同一ID号被两台读卡器同时读到或被重读。根据前后两次识别记录的时间先后次序，就能判断出车辆在车道中的行驶方向，即是“进口”还是“出口”。
2.2系统所要解决的问题
1）单方向车流量过大问题单方向车流量过大问题经常会出现。在传统解决方案中，无论哪个方向上的车流量如何变化，红绿灯时间是不变的。本文所提出的解决方案是将东西方向的车流量检测统一为同一直线方向上的车流量检测。也就是先对比东西、南北两个直线方向上的车流量，选择某个直线方向上其中车流量较多的一方作为红绿灯时间分配依据。例如东西直线、南北直线，其中东西直线方向上的东侧方向车流量较多，而南北直线方向上的南侧车流量较多，则按照东侧、南侧车流量情况分配红绿灯时间。这样做的好处是能够优先考虑某一车流量较大的方向，分配更多的通行时间，从而解决单方向上车流量过大的问题。20绿灯时间无车通过的“空等”现象在该系统解决方案中，某一个方向优先通行且通行时间较长的依据是该方向上的车流量较大。当某个方向上的车流量为零时，与该方向同直线的方向上的车流量如若也是零流量或比零流量大，那么这一直线上的绿灯时间不会由该方向上的零车流量决定，会由另一方向上的车流量决定。当对方向上的车流量少于另一直线上的最大车流量时，其绿灯分配时间会缩短，另一直线上的绿灯时间延长。在下一个绿灯周期内，该方向上的绿灯时间就是上个周期，该方向所属直线方向上的最短绿灯时间。这样就能消除无车通过的“空等现象”。
结语
智能交通信号灯控制系统是今后道路交通领域的研究热点。通过对交叉路口信号灯的动态配时控制，能够缩短交叉路口的通行时间，最大限度地提高路口的通行效率，缓解交通压力，改善和提高人们的出行体验，减少交通事故的发生。因此，对智能交通灯控制系统的研究有着重要的意义和需求，而它的关键问题便是通过对交叉路口车流量的检测，对信号灯实现动态配时。本文通过对比目前常用的一些控制方案和车辆检测方法，简单分析了各种方法的优缺点，提出可以将不同检测方法进行有机结合，然后从全局的角度实现全面调控，进一步提高交叉路口的通行效率，减少车辆的等待时间。
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论文作者:章丹枫
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/9/9
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