研究时效性信号灯应对气象变化

刘雨豪 何智超 钟昌航

【摘  要】时效性新型信号灯是在我们当前所使用的传统交通信号灯的基础上，结合实际交通所出现的问题，设计出的新型时效性信号灯，可以用于提高道路交通通行能力和道路空间利用率，改善并解决道路交通拥堵和因天气变化所导致的会威胁到公民人身安全等问题。

【关键词】新型信号灯;气象变化;交通安全

引言

信号灯根据气象变化而变化。

如今，人们的生活条件越来越富裕，相当一部分人已经奔小康，私家车出行的现象更为普遍。对于拥有近14亿人口的中国来说，私家车日益增多无疑给我们的道路增加了更多的交通负担，交通问题层出不穷。道路交通与人们的生活息息相关，对社会经济的发展也有着特殊的意义。事物的外观总是相对的。畅通的交通给人们的日常生活带来了便利。相反，堵车不仅会增加人们烦躁的生活体验和交通事故，还会威胁到人们的生命安全。

为了减少交通事故，保障人们的安全出行，减少人员伤亡，提高道路的服务水平，为人们提供良好的出行体验，新型时效性信号灯的应用能够起到关键作用，新型时效性信号灯能够根据气象的变化而变化，其控制交通的作用不会受到气象的影响，不管在什么样的天气状况下都能够正常的运行，发挥其智能作用。同时新型信号灯还具有时效性、快捷性，交叉口是交通问题的主要场所，尤其是一些由城市道路主辅路组成的交叉口。横向和纵向的交通流是完全不同的。在交通高峰期，旧的交通信号灯容易造成主路“空”的现象，辅路没有通行。因此，很容易闯红灯等交通违法行为。因此，信号灯自动指挥系统已成为维护交通安全的重要措施。一方面，使用新的信号灯可以有序管理交通，改善交通拥堵，增加交通流量，提高道路通行能力和道路利用率，减少交通事故，保护市民生命安全;另一方面，减少车辆等待时间，改善道路环境，在适当的地方考虑驾驶员情绪，减少焦虑，让驾驶者的身体尽可能快乐地享受阳光生活。

1.新型信号灯的主要作用

在目前使用的传统交通信号灯的基础上，结合实际交通问题、传感器和云计算的分析论证，设计了新型时效交通信号灯。它能根据传感器实时接收到的当前交通流信息，智能地改变信号周期和相位时间分配比例。时效性新型信号灯的突出优点在于，它能在很大程度上提高道路通行能力和道路空间利用率，改善道路交通拥堵和“空”的问题，提高交通流量和服务水平，保障市民的出行安全。

2.研究时效性新型信号灯需要解决的主要问题

2.1天气类型及相关适应材料

（1）交通信号灯在很大程度上保证了交通道路有序过程的安全，但在使用过程中，一些特殊的路况会影响信号灯的正常工作甚至损坏，如雾霾、沙尘、雨雪、酸雨、高温等。在这类问题中，应根据实际材料应用情况，选择相应的信号灯总成零部件和设计功能。材料的使用反映了近几年来，PC是最经济的材料，可以作为信号灯的整体外壳。这种新型信号灯的关键目标是应对能见度低（浓雾、大雾）的天气条件，所以原来PC材质涂上油基漆和树脂基漆，或者使用无机富锌漆，都有同样的效果。既方便又便宜。（2）信号灯内部电源状态解决方案：为保证能源供应的需要，增加太阳能电池和栅极电池，利用空闲天气，为使用时的天气做好准备。

2.2采用人工智能与之相对应的功能设计时效性信号灯

今天，随着科学技术的发展，由于天气的特点不时更新，我们可以通过光缆网络覆盖的方式来确定这一地区的天气走向，也可以通过人工智能来达到天气探测和作用于信号灯的目的。在可见光范围内，可及时调整光源，由弱光变为强光，光线通过漫反射发出，使安全道路区域的驾驶员提前调整车辆安全，避免未知危险。对于人工智能在交通信号灯中的应用，在现场操作方面，改变了原有信号灯单一指示灯的概念，并在原有的设计方向上对不同的环境做出响应，从而达到多重安全的目的。

3.时效性新型信号灯设计理念

众所周知，交通信号灯在道路中起着不可替代的作用，对道路交通的有序运行至关重要。为了加快交通科技发展的步伐，充分利用传感器的特性和优越的应用前景，可以设计一种新型的具有时效性的信号灯。它主要是结合计算机专业编程知识和大数据云计算的数据处理功能，收集相关信息并对城市道路的实际交通状况进行调查分析，设计一个全新的、更全面的交通运行系统，提高道路通行能力和服务水平，维护城市道路安全交通安全。所谓适时性新信号灯，不是将两个交通信号灯系统以固定的时间排列比例放置在交叉口方向上，但基于该装置的设计不仅可以实现信号灯的颜色交替功能，而且可以实现不同时段的道路，根据道路各方向现有交通流量与限制车道之间的关系，根据道路通行能力，智能化改造道路信号灯的绿信比，实时减少“空车”问题，合理引导交叉口方向的交通流，维护交通秩序，提高通行效率最大限度地实现每个交叉口的最佳通行能力。具体来说，首先可以在测试点交叉点附近的一定范围内安装合适的性价比合适的微传感器节点，获取大量的相关数据信息。对于获得的信息，传感器可以对重要信息进行过滤和筛选。利用电力通信技术，可以将停车位、车速、交通流量等有用信息实时传输到控制中心系统。控制中心系统接收信号信息，并将相关数据存储到自己的控制云中，以备不时之需。中央计算机通过对信息的分析和筛选，选择当前道路上最合适的信号灯时间分布，并传送给信号灯控制系统，接受并执行命令。

4.时效性新型信号灯的技术优化

采用改进的人工群优化算法对小波神经网络的速度预测模型进行优化。该模型引入差分进化算法，通过遗传算法中的变异算子和选择算子、交叉算子和变异算子对人工群体算法进行优化。在进化过程中，算子可以根据种群适应值的变化取不同的值。以清泉路为例，将车速、流量和气象因素作为预测模型的输入参数，采用改进的预测模型对车速进行预测。将预测结果与小波神经网络模型和人工群优化的小波神经网络模型进行了比较。结果表明，改进后的模型优于传统模型。最后，建立了基于速度协调性、速度连续性、速度离散性和气象条件的雾天公路安全评价体系，并将该模型和综合评价模型应用于雾天公路安全评价。根据预测车速对雾天试验路段进行安全性评价，并将预测评价结果与实测评价结果进行比较，得出该路段安全性预测的准确性。全国各交通路段都设置了新的红绿灯，根据后来人工智能反馈的数据，可以看出交通状况有了明显改善，交通拥堵状况得到了很大改善，危险概率也降低了。

5.结语

本次设想是基于老师在课堂上传授的理论知识，以及日常出行遇到的道路交通状况，初步的大胆设想;设计是在实地踏勘、搜集资料、掌握基本的程序设计技能的前提下进行。 这套系统的真正实施还需要和IT 技术界的相关人员探讨、协商、合作，制定出相应的可实施性计划，具体实施方案仍需要根据试验段实际出现的问题，不断更新改进。如果可以通过我们的努力，可以让交通事故少发生、不发生，可以让我们及时监测出这些难以预测的天气，及时的播报给司机朋友们、交管部门和气象部门，以此减少危险的发生概率。希望我们的创新研究可以引起社会的注意，交通是我国经济，民生的重要依靠，还有很多我们没有发现的隐患就存在于交通道路上，希望我们对交通能够做出快而有效的改变。

参考文献

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[2]张晓燕.青岛海警中的媒介景象：旗帜、灯塔和观象台[J].新闻研究导刊，2017，8（5）：61-62.

[3]梁丽英.智能交通信号灯控制中云控制器的应用研究论述[J].科技展望，2016（6）.

[4]智景安.城市交通拥堵治理实践[M].北京：人民交通出版社，2013.

作者简介：刘雨豪（1999-），男，汉族，河南新乡人，学生，本科生在读，研究方向为工程管理。

何智超（2000-），男，汉族，山東淄博人，学生，本科生在读，研究方向为工程管理。

钟昌航（1999-）男，汉族，广西玉林人，学生，本科生在读，研究方向为工程管理。

山东工商学院    山东烟台    264005