1广州有轨电车有限责任公司 广州 510335；2佛山市轨道交通发展有限公司 佛山 528200
摘要：现代有轨电车作为一种新型轨道交通形式为当前的城市交通建设提供了一种优秀的解决方案，但其地面运行模式占用了紧张有限的路口资源，成为制约其发展的重要因素。本文首先分析了当前交通控制的三种模式，重点针对模糊控制理论进行了分析，结合综合投影方法给出的多相位控制交叉口交通状态界定，给出了一种有轨电车路口优先控制方式的判断因子，优化了插入有轨电车相位后的路口控制方式，从而有效降低了有轨电车对路口社会车辆的通行影响，然后提出了一种基于FPGA的控制平台，利用其运算能力实现这种控制方式，并利用其可编程特性为后续的功能扩展和软件升级提供便利。
关键词：有轨电车；路口优先；FPGA；
前言
当前，交通拥堵越来越成为人们所关注的城市病，道路交通问题成了影响城市文明和谐的主要元凶之一，现代有轨电车作为一种运量大（相对于公交）、零排放、中投资的新型公共交通工具，以其优越的特性而在缓解拥堵问题具有巨大的潜力和强大的生命力[1]。但客观上其地面运行特性导致了会占用本已拥挤的路口资源，这在现实中极大的影响了人们对它的认可度，而有轨电车在运量、环保、舒适、美观、造价等各方面上的优良特性绝非应因此一项弊端而被掩盖和否认，因而目前国内各地有轨电车掀起了综合应用各类路口优先方法的浪潮，以期最大限度的弱化对社会车辆路口通行的影响。路口优先作为一种广义的路口交通控制方式具有多样的实现方式，同时也需要一种灵活、可靠的平台作为其实现载体，本论文将基于自动控制中的反馈原理提出一种路口交通状态判断因子以合理选择有轨电车通行模式，并提出一种基于FPGA的现代有轨电车路口控制平台实现这种控制方式。
由于有轨电车严格按照时刻表运行，因此并非在路口的每个相位周期内均需包括有轨电车相位，目前通常的做法是使用插入相位法，使有轨电车在接近路口时与路口控制系统之间经过一个请求/许可的过程，因此，有轨电车作为路口交通的一个插入变量，其相位可根据当前的路口状况以“条件许可”的形式进行分配，即路口交通状态的条件决定相位的分配。为实现这种分配方式，需要对路口状态确定一种量化标准以形成路口控制系统的逻辑判断条件。
根据北方工业大学城市道路交通智能控制技术北京重点实验室的研究[3]，可运用交叉口各相位流量和绿信比之间的关系建立交叉口排队模型，然后采用综合投影的方法给出多相位控制交叉口交通状态界定方法，此时将可根据实时采集的信息通过量化分析界定路口的欠饱和、临界饱和和过饱和等三个状态。
因此，通过在应用模糊控制方式时采集到的各类传感数据，包括其中最重要的车流量数据，预置了这种交通状态界定方法的控制系统将可根据这种量化后的路口交通状态，选择适当的有轨电车路口优先方式，如在欠饱和状态下有轨电车优先通过、临界饱和状态下正常通过、过饱和状态下降级通过，另外再增设禁止通过模式以应对突发或极端状况。这三种状态作为一种路口交通状态的量化标准，其对有轨电车路口优先控制方式判断因子的形成仅具有参考意义，因此仍可通过其他的传感数据经过加权或根据长期数据统计对其进行修正。
3 基于FPGA的有轨电车路口优先控制平台构建
为实现上述的基于路口交通状态判断因子的模糊控制方式，需要构建一种控制平台，其需要具有较强的运算处理能力以对传感数据进行处理分析，同时还需要具备灵活的功能编辑配置特性以实现程序的预置、调试及后续的优化升级。而传统的交通信号控制器有基于标准逻辑器件、可编程控制器、单片机、PLC等，采用标准逻辑元器件来设计会导致电路比较复杂，连接点较多，运行不稳定，设计和调试过程冗长，系统稳定性不高，非常不便。利用FPGA的可重复编程和动态系统重构的特性，人们可以在没有设计电路之前就把FPGA焊接在印刷电路板上，然后利用可编程语言，随意修改整个电路的硬件逻辑关系而不必改变电路板的布局布线，这就使得对硬件系统的设计和修改如同完成软件设计一样方便高效[4][5]。并且随着集成工艺的提升，目前主流的FPGA已具备较强的处理能力，而这些特性显然与我们所需要的控制系统具有极好的匹配性。
基于本系统所需实现的功能，主控制芯片可应用一片XILINX公司的VIRTEX-6工业级FPGA，存储芯片采用SRAM、SDRAM、FLASH搭配实现，外部电路还包括时钟、电源、复位电路、USB接口电路、以太网接口电路、程序下载电路、系统状态指示数码管电路，扩展接口采用接插件形式，[6]系统架构框图如下：
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FPGA为平台控制核心，FLASH为内置程序存储器，SRAM与SDRAM为运算内存，外部电路为本系统提供电路运行的必要条件及外部接口功能，扩展接口采用接插件形式以方便后续的传感数据扩展或数据输出接口形式的扩展。
4 结束语
有轨电车以其多种优秀特性在当前追求美观、环保、舒适、效率等目标的城市建设中具有极大的发展潜力，但其作为地面交通而必然占用紧张有限的路口资源成为其发展的重大制约条件，本文从交通控制领域的智能化发展趋势出发，基于FPGA的较强的处理性能以及可重复编程、动态系统重构的特性构建了一种控制平台，重点针对模糊控制理论进行分析，并结合综合投影方法给出的多相位控制交叉口交通状态界定，给出了一种有轨电车路口优先控制方式的判断因子，优化了插入有轨电车相位后的路口控制方式，从而有效降低了有轨电车对路口社会车辆的通行影响。
参考文献
[1]王灏, 田振清, 周楠森等.现代有轨电车系统研究与实践[M].北京: 中国建筑工业出版社, 2011.
[2]管再保.平面交叉口交通控制算法与模式研究[D].西南交通大学, 2007.
[3]张立立,王力,潘科,李正熙.基于综合投影的交叉口交通状态判别方法[J].交通运输系统工程与信息, 2016.16(2):83-91.
[4]陈淑燕，周延怀.单路口交通多相位模糊控制器的设计与仿真[J].电子技术应用，2002，28(2)：28-31.
[5]颜培州.交通信号智能控制装置研究与开发[D].北方工业大学, 2012.
[6]程民.智能交通信号控制系统的设计与研究[D].西安建筑科技大学, 2003.
论文作者:王斐尧1,王亚丽2
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/11
标签：路口论文; 有轨电车论文; 交通论文; 状态论文; 相位论文; 方式论文; 多相论文; 《基层建设》2017年第16期论文;