基于车流量检测的多相位智能交通灯控制系统

张学成　钱力强　王晓　钱志诚　刘和剑

（苏州大学应用技术学院，江苏 苏州 215007）

【摘要】本文针对我国城市交通拥挤的现状，对普通智能交通控制系统进行了深入研究，提出了一种新的多相位智能系统，以解决交通拥挤的问题。在十字路口相应的位置安装上红外传感器，以进行对车流量的统计，根据统计的变化量，调整红绿灯时间的增加与缩短，实时对红绿灯进行最合理的配比，提高通行能力。根据实测数据对该方案进行了仿真研究，并与普通智能交通系统对比，结果表明，这种系统方案能缓解交通拥挤状况。

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关键词 流量检测；相位；智能交通

基金项目：苏州大学应用技术学院大学生课外学术科研基金项目。

指导老师：刘和剑。

0引言

随着我国经济的高速发展，消费水平在不断的提升，在道路上行驶的车辆也在不断的增多，这给城市道路带来了巨大的压力。迅速提高十字路口的通行率，减少或增加红绿灯的时间，是解决这一问题的有效途径。目前，我国传统的交通信号控制采用定时控制方案，但这样的控制已逐渐不能适应日益繁华的交通，为此研制一套根据车流量变化控制的智能交通系统，通过使用压力传感器检测车流量，实现了十字路口交通灯的智能控制，此外系统还针对不同的季节和多相位拥堵的情况都会自适应的控制红绿灯时间。

1系统结构

系统主控制器选用三菱FX系列PLC，车流量检测反馈装置采用压力传感器，系统由PLC控制器、信号输入装置、信号检测反馈装置、红绿灯显示模块、倒计时显示模块等组成。系统结构图如图1所示：

系统主控制器PLC：采用可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算操作指令，并能通过数字量或模拟量的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

检测反馈装置压力传感器：由于车辆的挤压，使压力传感器的应变片发生形变，产生信号并反馈给控制器。具有较好的稳定性和抗干扰能力。

信号输入装置/倒计时显示模块：控制系统的开始与结束并实时接收反馈装置的反馈信号；倒计时模块是直观的反映道路上红绿灯倒计时的显示。

红绿灯显示模块：将输出信号，通过红绿灯模块显示。

2多相位智能交通灯工作原理

2.1十字路口的布局

如图2所示布局采用4相位方式通行，第一相位是东西方向直行通行，第二相位是东西方向左转通行，第三相位是南北方向直行同行，第四相位是南北方向左转通行。布局的每个路口均设两个传感器近传感器和远传感器用于检测各相位车流量的数值，系统传感器的检测采用闭环控制，（如图3所示）采用闭环控制可以提高系统的控制精度和抗干扰能力。

2.2智能交通灯程序设计

以往十字路口的交通灯，采用的控制方式是定时控制。但是随着车流量的增多，控制信号往往与实际交通的流量不适应，无法实现实时控制。例如：红灯的时间为45S，绿灯的时间为40S，黄灯时间为5S，首先是东西方向红灯亮45S，同时南北方向绿灯亮38S，38S后，南北方向绿灯闪亮2S熄灭，南北方向黄灯闪烁5S后熄灭，南北方向红灯亮起，同时东西方向红灯熄灭，绿灯亮，以此为半周期反复交替运行，往往存在着车多的路口绿灯通行时间短，无车或少车的路口却亮着绿灯，对交通信号灯的系统不好人为控制。针对这一现象提出了自适应控制方案，根据安装在十字路口的压力传感器，检测车流量的变化量，从而改变交通灯通行和等待的时间。例如：在正常运行过程中，某一路段车流量突然增多或车流量较少，远侧传感器或近侧传感器将检测到信号反馈给PLC，通过运算得出最合适的通行时间，调整交通灯运行时间。

实际控制系统流程图如图4所示，系统每进行一环节均需要数据的采集与分析，并对实时数据进行调整。

2.3多相位智能交通灯创新方案

2.3.1时节控制法（下转第83页）

（上接第72页）时节控制法即根据不同的时间和季节来相对应的调整红绿灯运行规律。当在炎热的7、8月份时，中午行人的出行率降低，导致人行横道的使用率也跟着降低，然而人行横道上红绿灯的通行时间依旧如此，使车辆在烈日下花费大把的时间用在等人行横道上，不仅使司机受着烈日的煎熬，而且增加了汽车尾气中二氧化碳的排放，污染城市交通。

若采用时节控制法，系统将根据温度传感器反馈的数据，进行通行时间的调整。如：当气温在35°或0°及以下时，系统自动将通行时间缩短10S。在0点到4点间，系统将自动进入夜间模式，即各路段的红灯通行时间都控制在25S。

2.3.2多相位拥挤控制法

多相位拥挤控制法，即早上、晚上的通行高峰期时，各相位远侧压力传感器都检测到车辆时，系统将自动缩减各相位的通行时间，同时增多车辆通行的次数，快速疏散各相位的车流量，缓解晚高峰时通行的压力。当晚高峰时，各个相位都检测出车辆拥堵的状况，系统将缩短十字路口各相位红绿灯通行的时间5S。当各相位远侧传感器检测不到信号时，说明晚高峰结束，系统将复位到晚高峰前的状态运行。

2.3.3人性化控制法

人性化控制法，即当遇到台风、暴雪、大雨等天气时，通过交通指挥中心，可切换到为人控制模式，来控制十字路口红绿灯的交通，确保交通路面的安全。可通过输入装置改变某一路段的通行时间，保证路上行人的安全。如：大雨天时，某一隧道发生水淹，可通过远程控制将到达这一路段的所有交通灯，都变为黄灯闪烁，以等待交通员到达现场指挥。

3结束语

以车流量检测的多相位智能交通控制系统，是对十字路口红绿灯进行实时控制，减少十字路口车辆的滞留，提高道路的通率，缓解交通的拥挤，减少车辆在等待中尾气的排放，且系统设计简单，实用性强，操作简单，给我们带来的社会、经济价值之大已经毋庸置疑。它是将先进的数字化技术、数据通信传输技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术等有效集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。智能交通系统可以有效地利用现有交通设施、减少交通负荷和环境染、保证交通安全、提高运输效率。在该系统中，车辆靠自己的智能在道路上自由驶，公路靠自身的智能将交通流量调整至最佳态。

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参考文献

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［责任编辑：薛俊歌］