摘要：智能交通灯控制系统采用远程控制中心、无线控制终端、交通灯和交通灯辅助装置，利用远程控制中心计算出上一周期内工作日和非工作日每个相同时间段中，分别通过一个交通灯组的四个交通灯的直行信号灯和左转信号灯的总车流量数据和总车速数据，根据交通灯运行模式和时间控制算法进行计算，得出下一周期内每个时间段四个交通灯的运行模式，以及每个直行信号灯和左转信号灯的绿灯通行时长，根据十字路口各个方向的车流量和车速动态调整交通灯的运行模式和绿灯通行时间，从而实现对交通的智能控制，保证交通路口安全畅通。
关键词：物联网技术；智能交通灯；控制；系统
1 概述
随着城市化和机动化的持续快速发展，人们的生活节奏逐渐加快，道路上的交通工具也迅速增长。据新华网报道，截至2014年底，全国共有小型客车1.17亿辆，其中私家车1.05亿辆，占90.16%。在全国35个城市有超过100万辆汽车。机动车司机超过3亿，其中汽车司机超过2.46亿。因此，城市交通堵塞、交通事故频发、环境污染等问题甚至影响到城市经济活动。智能交通灯控制系统改变了固定周期的交通灯控制，提高了系统的灵活性以适应交通流量的瞬时变化，提高了机动车的通过率，缓解了城市交通压力，减少了交通事故，减少能源消耗。
物联网是以网络、移动通信网络等通信网络为基础的。根据不同应用领域的需要，利用具有感知、通信、计算能力的智能对象，自动获取物理世界中的各种信息，连接所有可以独立寻址的物理对象。实现综合感知、可靠传输、智能处理，构建人与物、物与物相连的智能信息服务体系。基于物联网的智能交通灯控制采用无线通信、红外传感、定位、激光扫描、射频识别等信息技术进行交通检测、车辆类型监测、行人监测、道路环境监测等。将人、车、路与交通控制网连接，实时优化信号定时，控制交通灯改造，即控制各车道机动车、行人通行时间，提高路口通行能力。
2面向智能交通灯控制系统应用的物联网的基本架构
为了满足物联网的异构需求，物联网需要一个开放的、分层的、可扩展的网络架构。面向智能交通灯控制系统的物联网大致分为感知层、网络层和应用层三个层次。
2.1感知层。感知层是物联网中实现对象连接和人物交互的基础。通常分为感知控制子层和通信扩展子层。其中，感知控制子层实现了对物理世界的智能感知知识、信息获取和自动控制；通信扩展子层通过通信终端模块或扩展网络将物理实体与其上层连接起来。
2.2网络层。网络层以电力光纤网络为基础，辅以电力线载波通信网络和无线宽带网络，负责转发从感知层设备收集的数据，以及物联网与智能交通灯控制系统专用通信网络之间的接入。因此，网络层主要用于实现信息的传输、路由和控制。网络层可分为接入网络和核心网络，以保证物联网和专用通信网络的互联。
2.3应用层。应用层主要由两个部分组成：应用基础结构和各种应用。其中应用基础建设提供了物联网的信息处理、计算、资源调用接口等一般基础建设服务，并在此基础上实现物联网的各种应用。
3 软件设计
智能交通灯控制系统的控制方法具体包括以下步骤：
3.1远程控制中心获取管理区域内所有交通灯的位置信息，根据位置信息对交通灯进行分组，将位于同一十字路口的四个交通灯设置为同一组，得到管理区域内分组后的多个十字路口交通灯组1，2，…，n，其中 n 为管理区域内交通灯组的总数量。
3.2远程控制中心设置每个交通灯组中四个交通灯的初始运行模式，以及每个信号灯控制周期 T 内四个交通灯直行信号灯和左转信号灯的初始绿灯通行时长。
3.3远程控制中心从交通灯组的四个交通灯辅助装置处获取每个时间段内通过的平均车速数据 V、车流量数据 W 以及图像数据。其中，时间段为相邻 m 个整点之间的时间间隔，m＝1，2，3；平均车速数据 V 为时间段内绿灯期间所有通行车辆的平均车速，由车速测量单元生成；车流量数据 W 为时间段内绿灯期间通行的车次，由车流量测量单元生成。
3.4远程控制中心以一星期为周期，计算出上一周期内工作日和非工作日每个相同时间段中，分别通过交通灯组四个交通灯的直行信号灯和左转信号灯的总车流量数据 W AS，W AL，W BS，W BL，W CS，W CL，W DS，W DL，以及总车速数据 V AS，V AL，V BS，V BL，V CS，V CL，V DS，V DL。
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3.5远程控制中心根据预先设定的交通灯运行模式和时间控制算法进行数据计算，分别得出下一周期内工作日和非工作日中每个时间段交通灯组四个交通灯A，B，C，D的运行模式，以及直行信号灯和左转信号灯AS，AL，BS，BL，CS，CL，DS，DL 各自的绿灯通行时长。或者无线控制终端访问远程控制中心，获取上一周期内工作日和非工作日每个相同时间段中，分别通过交通灯组四个交通灯直行信号灯和左转信号灯的总车流量数据 W AS，W AL，W BS，W BL，W CS，W CL，W DS，W DL，以及总车速数据 V AS，V AL，V BS，V BL，V CS，V CL，V DS，V DL，然后根据预先设定的交通灯运行模式和时间控制算法进行数据计算，分别得出下一周期内工作日和非工作日中每个时间段交通灯组四个交通灯A，B，C，D的运行模式，以及直行信号灯和左转信号灯AS，AL，BS，BL，CS，CL，DS，DL 各自的绿灯通行时长。
3.6远程控制中心或无线控制终端将每个红绿灯的运行模式和绿灯通过时间发送到相应的红绿灯。交通灯控制模块根据运行方式和绿灯通行时间对交通信号进行控制。
其中，交通灯的运行模式和时间控制算法如下：①计算在一个交通灯组的一个信号灯控制周期 T 内，交通灯A 和 C 的绿灯通行时长之和T AC ＝ T×（W AS +W AL +W CS +W CL）÷（W AS +W AL +W BS +W BL +W CS +W CL +W DS +W DL）②当 |（W AS +W AL）－（W CS +W CL）|>H 时，所述交通灯 A和 C 设置为第一模式，所述第一模式为直行信号灯AS 和左转信号灯AL 的绿灯同时亮灭，直行信号灯 CS 和左转信号灯CL 的绿灯同时亮灭；当 |（W AS +W AL）－（W CS +W CL）|<H 或 |（W AS +W AL）－（W CS +W CL）|＝H 时，所述交通灯A 和 C 设置为第二模式，所述第二模式为直行信号灯AS 和 CS 的绿灯同时亮灭，左转信号灯AL 和 CL 的绿灯同时亮灭。其中H 为管理人员设定的流量差值阈值，如 H 可以设置为 50。③当交通灯A 和 C 处于第一模式时：T AS ＝T AL ＝T AC ×（W AS +W AL）÷（W AS +W AL +W CS + W CL）+αT CS ＝T CL ＝T AC ×（W CS +W CL）÷（W AS +W AL + W CS +W CL）+α其中：α 为车速调节时间参数，当（V AS +V AL）>K 或（V CS +V CL）>K 时，将 α 的值设置为（－10，－1）；当（V AS +V AL）<K 或（V CS +V CL）<K 时，将 α 的值设置为（1，10）；当（V AS +V AL）＝K 或（V CS +V CL）＝K 时，将 α 的值设置为 0。当交通灯A 和 C 处于第二模式时：T AS ＝T CS ＝T AC ×（W AS +W CS）÷（W AS +W AL +W CS + W CL）+αT AL ＝T CL ＝T AC（W AL +W CL）÷（W AS +W AL + W CS + W CL）+α其中：α 为车速调节时间参数，当（V AS +V AL）>K 或（V CS +V CL）>K 时，将 α 的值设置为（－5，－1）；当（V AS +V AL）<K 或（V CS +V CL）<K 时，将 α 的值设置为（1，5）；当（V AS +V AL）＝K 或（V CS +V CL）＝K 时，将 α 的值设置为 0。其中K 为管理人员设定的车速阈值，如 K可以设置为 20 km/h。
结束语
基于物联网的智能交通灯控制系统，以rfid技术为核心，在交叉路口进行车辆和行人检测：交通流量信息，如交通流量、速度、速度等；并可计算出人流量，以优化交通灯部署的响应时间，可识别消防车、救护车、公交车等特殊车辆，并可控制交通灯，优先使用特殊车辆；可识别老弱、病弱、残疾、怀孕等特殊行人，延长人行道的绿光时间，确保特殊行人能顺利过马路。随着物联网技术的迅速发展，充分认识的车辆、行人和道路密切合作，推广更加智能化的交通管制系统，有利于提高城市交通能力，缓解城市交通拥挤，减少交通事故，减少城市能源消耗，促进城市经济发展。
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论文作者:程鹏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/1
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