基于物联网技术的智能交通灯控制系统

冀嘉澍

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；智能交通；交通灯；无线控制终端；车流量数据；车速数据

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2018）03-00-02

0 引 言

随着城市经济的发展及人民生活水平的提高，城市交通拥堵已成为一个世界性问题。面对日益增长的城市交通压力，智能交通系统（Intelligent Traffic System，ITS）是目前公认的可全面有效地解决交通拥堵问题的最佳途径。

传统的交通控制设备仅是“模式化”地控制信号灯来指导交通，缺乏灵活性，效率较低。因为道路路口交通灯的跳转模式和亮灭时间都是预先设定好的，在所有时间段中，交通灯的时间是固定的，此种交通灯控制方式往往会造成在车流量大的时间段，由于绿灯时间过短使得车辆无法通过导致交通拥堵，或者车流量小的道路绿灯时间过长造成时间浪费，无法通过动态调节避免交通拥堵的发生。然而，要想动态地进行交通灯信号控制需要能够准确获得道路路口的车辆通行数据，并通过庞大的计算量进行大数据分析。但由于道路路口的类型不同，如十字路口、丁字路口、三岔路口、连续直线多个交通灯道路等，不同的道路路口类型使用相同的交通灯控制方式显然不合适。因此，对于交通灯信号控制的研究一直没有获得突破性的进展。随着物联网技术的飞速发展，已经能够实现准确获得道路路口的车辆通行数据，极大地提高了交通 “智能化”的控制力。

智能交通系统是将先进的信息技术、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地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，包含智能公交、电子警察、交通信号控制、卡口、交通视频监控、出租车信息服务管理、城市客运枢纽信息化、GPS与警用系统、交通信息采集与发布和交通指挥类平台等10个细分行业。而其中交通信号控制细分行业的发展对疏解交通拥堵能够起到最直接有效的作用。

1 系统设计目标

在城市中典型的十字路口设置智能交通灯控制系统，如图1所示。将每个交通灯组中的四个交通灯分别标记为A，B，C，D，将交通灯A，B，C，D的直行信号灯和左转信号灯分别设置为AS，AL，BS，BL，CS，CL，DS，DL。利用物联网技术准确获取道路路口的车流量和车速数据，根据上述数据，结合十字路口的交通特点，通过不同时间段交通灯不同运行模式的设置，以及不同运行模式下每个交通灯的左转和直行信号灯的绿灯通行时间的动态调整，实现对道路路口交通的智能控制，保证交通路口安全畅通，有效地缓解上班高峰期时单向车辆激增、节假日时通行车辆总数增长等情况下的车辆拥堵问题。

2 硬件设计

智能交通灯控制系统包括远程控制中心、无线控制终端、交通灯和交通灯辅助装置，如图2所示。远程控制中心通过有线网络与交通灯连接，无线控制终端通过无线网络与交通灯连接，交通灯和交通灯辅助装置通过ZigBee协议进行无线通信。其中，有线网络包括双绞线网络或光纤网络，无线网络包括4G网络或WiFi网络。

远程控制中心包括数据库、数据分析装置、通信装置、输入装置和显示装置。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。

无线控制终端包括无线收发模块、输入模块、显示模块、数据分析模块和数据存储模块。

交通灯包括时钟模块、计时模块、控制模块、存储模块、位置模块、切换模块、有线通信模块、无线通信模块以及灯组模块。

交通灯辅助装置包括时钟单元、摄像头、车速测量单元、车流量测量单元、数据存储单元、位置单元、有线通信单元、无线通信单元和控制单元。

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：

（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。

（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）远程控制中心從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。

（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WAS，WAL，WBS，WBL，WCS，WCL，WDS，WDL，以及总车速数据VAS，VAL，VBS，VBL，VCS，VCL，VDS，VDL。

（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WAS，WAL，WBS，WBL，WCS，WCL，WDS，WDL，以及总车速数据VAS，VAL，VBS，VBL，VCS，VCL，VDS，VDL，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。

（6）远程控制中心或无线控制终端将每个交通灯每个时间段的运行模式和绿灯通行时长发送至相应的交通灯，交通灯的控制模块按照运行模式和绿灯通行时长进行交通信号灯控制。

其中，所述交通灯运行模式和时间控制算法具体如下：

4 结 语

该智能交通灯控制系统针对十字路口的交通特点，根据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。同时，该控制系统能够通过远程数据中心进行交通灯控制，方便操作人员集中管理，也能够通过无线控制终端实现交通灯控制，方便操作人员在交通灯附近结合实际路况进行个性化设置。

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