智能交通灯控制系统设计策略【文献综述】

文献综述

电气工程及自动化

智能交通灯控制系统设计策略

摘要：随着现代文明的发展，整个社会进步的速度由于道路的高度发达进一步加快。车辆的数目不断地增加，道路拥堵状况日益严重，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道，城区与周边地区的交通状况，成为了城市规划和交通运输管理部门急需解决的主要问题。智能交通灯控制系统的出现是社会大发民用工业下的必然产物。智能交通灯是一项综合运用网络计算机通讯技术、感应技术来实现交通灯具的自动控制管理系统。所以，智能交通灯控制系统的出现具有划时代的意义。

关键词：智能交通、控制系统、PLC控制

1 引言

随着国家良好的政策不断的实行，国家经济迅速发展，交通问题成为了我国社会经济发展的一个大问题，我国是个人口大国，人口密度大，尤其是在大中城市，社会发展的速度受到交通拥挤的现状影响，交通是否发达衡量着一个省市水平与投资环境的一个重要指标。十字路口车辆行人较多，想要有条不紊就要靠交通信号灯的自动指挥系统来进行的井然有序的控制。交通信号灯有很多控制调节方式，智能的交通信号灯指挥着各种车辆和行人的安全运行,城乡交通管理现代化的一个重要课题是实现红、黄、绿灯的自动指挥。

为了保证交通秩序和行人安全,在城乡街道的十字交叉路口,在每条道路上一般各会有一组红、黄、绿交通信号灯,其中红灯亮,表示该条道路禁止车辆通行；黄灯亮,表示该条道路上未过停车线的车辆必须停止通行,已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮,表示该条道路允许车辆通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换,指挥各种车辆和行人安全通行,实现城乡交通管理十字路口自动化。

2 交通智能控制系统的发展

2.1 发展历史

1858年，英国伦敦主要街头安装了红，蓝两色的机械扳手式信号灯，以燃煤气为光源的，用以指挥马车通行。这是世界上已知最早的交通信号灯。1868年，在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，英国机械工程师纳伊特安装了世界上最早的煤气红绿灯。红绿两个以旋转式方形玻璃提灯组成了它，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，由于煤气灯的爆炸，使警察受伤，所以被取消。电气启动的红绿灯最早出现在美国，这

种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”[1]。

1918年，出现了红外线红绿灯和带控制的红绿灯。带控制的红绿灯，一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故；另一种是把压力探测器安装在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。

2.2 交通灯现状

城市交通信号路口控制系统大致分为三种类型：多时段且具有无电缆协调功能的微电脑型信号机、定周期的信号机以及联网式自适应多相位智能型信号机。应根据其应用场合及特点加以确定具体采用哪种类型。其中，第一种类型以其设计简单，成本低，安装及维护便利等特点得到了社会的广泛应用。

交通灯在我们日常生活中随处可见，马路、火车轨道、车库等等地方我们都可以见到，他们的组成主要是红、黄、绿三色灯，它们显示的型式也是多样的，有的是以条形块等等型式显示，有的则是以数字型式呈现[2]。

通常情况下，交通信号灯控主要有两个缺陷：一、未考虑急车强行通过(譬如，消防车执行紧急任务时，两车道都应等待消防车通过)[3]。由于交通信号灯控制系统缺乏有效的应急措施，导致十字路口交通受阻，造成不必要的经济损失。二、车道放行车辆时，时间设定相同且固定，十字路口经常出现主车道车辆多。放行时间短，车流无法在规定时间内通过，而副车道车辆步，放行时间明显过长

3 PLC 的交通灯实时控制

将PLC用于对交通信号灯的控制，主要是考虑其具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，特别对多岔路口的控制可方便的实现。目前大多品牌的PLC内部均配有实时时钟，通过编程控制可对信号灯实施全天候无人化管理[4]。由于PLC本身具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。

3.1 控制原理描述

如图1所示的十字路口，设路口由东西向和南北向两条道路构成，箭头代表车流。实时控制规律作如下阐述：

1）当两条道路上的车流量均大于一定值时，为保持车辆通行的连贯性避免因汽车启动时间造成绿灯时间的浪费，两个方向上的绿灯工作时间应尽可能长。但绿灯时间一般最长不过 70s，否则另一道路上司机和行人在等待红灯时将不能忍受[5]。

2）当一条道路道路车流较少，而另一条上车流量大于一定值，则将车流大的道路绿灯工作时间设置为上限70s，而车流少的则按比例安排绿灯时间，但应注意绿灯时间一般最少不得少于15s，否则车辆来不及通行而影响安全。

3）当两条道路上车流量均不大时，则按比例灵活设置两方向的绿灯工作时间，同理应注意最少不得少于15s。

4）当任一方向出现车流为 0 时，则该道路上红灯常亮对应另一道路上绿灯常亮。直至，车流量为 0 的道路上有车辆出现。为避免交通事故，当两道路上车流量均为零时，系统不会让两道路上的绿灯均常亮，而只是选择任一道路上绿灯亮，这一暂态当有车辆驶近十字路口时将被立即改变[6]。

图1 十字路口车辆排队量示意图

3.2 系统的硬件组成

本系统主要由三个部分组成，即检测装置、PLC 和交通信号灯，构成示意图如图2所示。

图 2 系统的硬件结构

翻阅众多关于可编程逻辑器在交通系统中的应用，总结其具有以下优点：

1．实时性

（1）由于控制器产品设计和开发是基于控制为前提，信号处理时间短，速度快[7]。

（2）基于信号处理和程序运行的速度，PLC经常用于处理工业控制装置的安全联锁保护。

2．可靠性高