摘要：通过对湖北省及其他省市的交通状况调查发现，许多城市存在早、晚高峰期道路单向拥堵的问题，发动机长时间怠速运转产生大量不必要的大气污染物。为降低大气污染，响应国家节能减排的号召，我们决定设计出一种潮汐车道自动分配控制系统，在道路单向拥堵时将对向空闲车道利用起来，尽最大可能保证道路通畅。本作品将利用现有的交通大数据平台的数据分析结果控制道路上的智能护栏，智能护栏根据实时的交通数据，按照一定的时间间隔进行一次动作，增加拥堵方向的车道数量。
关键词：交通拥堵；大气污染；节能
1 前言
近年来随着机动车经济的飞速发展，机动车的生产和使用量急剧增长，机动车尾气对环境的污染日趋严重，许多大城市的空气污染已由燃煤型污染转向燃煤和机动车混合型污染，机动车尾气污染对环境和人们身体健康的危害已相当严重。2017年全国民用汽车保有量21743万辆，其中私人汽车保有量18695万辆[1]。
对交通拥堵现状从政策、社会角度出发分析得出，主要有城市规划与交通规划不协调、车路矛盾、静态交通容量不足。我们从增大静态交通容量入手，针对早、晚高峰期的单向拥堵问题，试图根据实时路况适当分配更多车道给拥堵方向，可以有效地改善交通状况，从而达到节能减排的目的[2]。
2 设计方案
2.1系统整体方案
城市交通拥堵通常具有时空特性，一般发生在一个相对时间和相对空间范围内，是在交通运输过程中阻塞城市交通正常运行的表象形式，这种表象说明了城市道路资源没有得到合理的利用。本系统由交通信息获取部分和智能护栏两部分组成，交通信息获取部分通过移动通信技术与现有的交通数据平台进行信息交换，以得到准确的道路交通态势结果。根据分析结果，以智能护栏为具体操作手段，进行道路上不同方向车道的重新分配，达到城市道路资源的充分利用。
2.2 交通信息获取
为节约成本以及更好的结合现代的大数据分析，本系统采用LTE-IoT模组接入互联网，用高德Web服务API中的交通态势接口从高德开放平台上获取指定线路的交通态势。我们在高德开放平台上编译个人项目。设置参数中，选择道路等级为5（一般道路），选择返回数据类型JSON，需要的城市编码的参数（adcode）以及道路名称（name）；获取拥堵情况（status）和以及对应的方向（lcodes）。
2.3智能护栏
智能护栏采用带编码器的同步减速电机驱动履带的方式进行移动。使用履带有利于智能护栏运行的稳定，而带编码器的同步减速电机功率低、驱动能力强，适合智能护栏间歇性、低速工作。整个护栏在阳光充足时通过太阳能持续向蓄电池充电，遇到阴雨天气仅由蓄电池供电，无需额外的线路供电。移动过程中速度保持在30s/车道（约0.125m/s），伴有指示灯提示，以便驾驶员在行驶过程中有时间变更车道；同时护栏上的距离传感器在移动过程中启动，当有车辆太过靠近时，护栏会暂停移动，避免交通事故的发生。
3 工作原理及性能分析
图 3——场景示意图
本系统模型以图3场景为例，通过在主控MCU上模拟与高德平台进行的通信，将获得的交通路况数据显示在LCD屏幕上，显示格式见图5。
如图3所示的场景图所示；模型以10s为判决时间间隔演示，西侧拥堵延时指数记为m，东侧拥堵延时指数记为n。m=n时（即两侧拥堵程度相同），智能护栏将不进行移动，并在LCD显示器上显示状态STOP；m>n时（即西侧比东侧更拥堵），智能护栏向东侧移动一个车道，并在LCD显示器上显示状态R-RUN；m<n时（即东侧比西侧更拥堵），智能护栏向西侧移动一个车道，并在LCD显示器上显示L-RUN。
图 5——LCD显示说明
LCD显示格式说明：
1.A区显示西边车道信息，B区显示东边车道信息。
2.a、b分别表示当前西边、东边拥堵延时指数，指数分为4个等级，即1，2，3，4。其中等级1表示某时刻当前车道畅通，等级4表示当前道路拥堵。
3.c、d表示当前西边、东边车道数量，范围为1到5。
4.C区表示智能护栏当前的状态，显示2种信息：
a）当前智能护栏的位置代号（W2，W1，C0，E1，E2）
b）当前智能护栏的运动方向（W2->W1；W1->C0；C0->E1；E1->E2；W2<-W1；W1<-C0；C0<-E1；E1<-E2）
5.D区显示智能护栏当前的运动状态：
向左运动：L-RUN
向右运动：R-RUN
停止：STOP
运动过程中暂停：PAUSE
为确保移动过程中的安全问题，智能护栏在移动过程中并将会做出提示。移动过程中护栏上车道收缩侧的红色指示灯亮起，车道扩展侧的绿色指示灯亮起，同时距离传感器启动，当有车辆太过靠近时，护栏会暂停移动。夜间行车时，护栏中部的挡光结构可以阻挡对向车道的灯光，以保证驾驶员的视野清晰、安全驾驶。
4总结
根据高德大数据平台5 月10 日8：08，即早高峰给出的数据，东湖路辅路在8：08 时由大学园向光谷群岛方向交通拥堵延时函数到达了4.5，交通拥堵延时函数即在该路段实际行驶所花费的时间比上正常行驶的的时间。民族大道时武汉市主要交通道路之一，单向拥有五个并行的车道，路中间采用绿化带隔离两个方向，而在5 月10 日的早高峰，大学园向光谷群岛方向的拥堵延时指数达到了4.5，而另一方向的交通拥堵延时指数很低不到1.7，即道路占用率低。若采用本系统，在该道路在早高峰的到来时，护栏向大学园向光谷群岛方向移动2 个车道后，拥堵方向的车道变为7 车道，而通畅的一向变为3 个车道。在拥堵路段变更为7 车道后此时的交通拥堵延时指数由4.5 降低至3.2，即通过此路段所花费的时间降低了28%，而同时在晚高峰时，我们的护栏进行反向的改变车道数量，若我们取该路段的晚高峰6：18 分的交通拥堵延时指数5.2，同样通过此路段所花费时间降低29.23%。那么在一天中由于此路段的早晚高峰车辆堵塞造成的尾气排放以及燃油的消耗降低了57.23%。当节日到来的时候，潮汐车道的作用往往更加明显。
参考文献：
[1]王璐婷.机动车怠速排放对社区大气环境的影响研究[D].北京：王璐婷，2016.1-21
[2]朱明皓.城市交通拥堵的社会经济影响分析[D].北京：朱明皓，2013.38-40
论文作者:刘江海,吕金池,陈羽,刘凯
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/11
标签：车道论文; 护栏论文; 交通论文; 智能论文; 方向论文; 道路论文; 路段论文; 《电力设备》2019年第1期论文;