交通流控制（共12篇）
交通流控制 篇1
1.现代城市交通控制现状
目前我国多数城市对交通的控制一般只是针对单交叉路口, 通过配时方案, 包括相位序列、绿信比、信后周期调整, 使交通的通行能力能够达到最佳。而在现代交通上, 仅仅做好单一交叉口通行能力的控制往往是不够的, 特别是在一些商业中心区域, 一般由多个关联交叉口共同构建成一个关键交叉口, 这些关键交叉口的车流量和人流量都较大, 控制不当极其容易引起交通堵塞和交通拥挤, 因此, 必须要针对城市交通中的关键交叉口进行协调控制。
2.系统概述
城市中的主干道上的交通流量非常大, 简单地在一个方向进行滤波控制, 无法对交通堵塞问题进行解决, 只有对相位位置进行优化, 在主干道方向上进行滤波控制, 才能使城市交通的堵塞问题得到解决。在交通控制过程中为了适应不同时段交通流变化, 应当在每个交叉口处进行敷设检测线圈对交通流的实时变化进行检测, 通过对测量检测器的分析, 得到交通变化量的准确数据, 对各个交叉路口的信号灯的相位、周期进行调整, 完成对交通的控制。
3.路网交通流协调控制策略
(1) 设置相位。现在城市中车的数量大、种类杂, 交通流十分混杂, 因为城市生活节奏较快, 驾驶人员的耐心有限, 因此设置信号灯的周期不宜过长。此位, 为了避免机动车辆在行驶过程中与非机动车辆争抢通行权, 在进行相位设置上应当尽量起用“早断”“迟起”等功能。
(2) 绿信号比计算。不同路口信号比λj (j=1, 2, 3) , 在设置上应当依据各个交通路口的实际统计清理进行设置, 不同路口的绿信比可能存在差异, 绿灯时间应当包括全红时间和黄灯时间。
对交通中不同方向的车辆流量进行统计, υj、σj、νj分别表示均值、方差、饱和流量, 对不同方向的时间比进行计算, 计算公式如公式 (1) 所示:
αj为参数, 其大小由车流量的实际分布情况而定, c=C0+C1+……Cj, 每个方向绿信比为λj=Cj/c。
(3) 相位差的确定。确定相位差一般分为两种不同的模式, 平峰模式和早晚高峰模式。这两种不同的模式交通的流量存在较大差异。因此, 在不同的模式下, 设置的安全时速也应有所不同。如果实测通行的速度小于安全时速, 对于相位差的计算应当依据实际测量速度进行, 如果行驶的测量的速度高于安全时速, 应当使用安全车速完成相位差计算。
(4) 优化参数流程。在实际交通信号控制过程中, 周期、相位差、绿信比都需要依据交通的实际情况进行调整, 与实时变化的交通状态相适应。在对参数优化过程中, 一般将停车次数和延误时间作为优化目标M, 优化过程中通过对“爬上法”的合理应用, 不断地对周期时间与绿化比进行优化, 具体优化流程如图所示。
(5) 控制流程。在对交通流量进行控制时, 需要依据公路上的车辆的具体情况进行合理设置, 尽量减少公路上车辆进行二次停车的现象的出现, 同时应当对公路路口之间的相位差进行合理设置。
现在城市交通拥挤严重, 并且经常会出现机动车辆和非机动车辆抢路的情况, 这都提高了交通事故发生的几率, 特别是在早晚高峰期和节假日时期, 因此需要合理利用交通流协调控制技术, 提高交通顺畅性。
αj为参数, 其大小由车流量的实际分布情况而定, c=C0+C1+……
摘要：现代经济的快速发展, 使城市中的车辆和人越来越多, 交通越来越拥挤, 城市中交通的交叉口之间的相关性越来越强, 在城市交通网中, 将所有的交叉口视作一个整体进行信号协调控制, 对于提高整个控制区域内交通的效率有着重要作用, 目前已经成为了现代城市交通发展的重点方向。
关键词：城市路网,交通流,协调控制
交通流控制 篇2
本专业主要面向新一代智能交通系统和智能交通检测系统，运用电子、信息、计算机和控制等多学科的基本理论和技术，解决交通运输领域当中的信息采集、数据处理及交通检测与控制等系列问题。通过在本专业学习，能够广泛、系统地掌握信息领域当中多个方向的前沿理论和技术，并融汇交通运输的行业背景。本专业通过大量的专业实践锻炼，着重培养学生在工程实践中发现、分析和解决问题的能力，毕业生可以独立从事智能交通系统的研发、设计与实现以及交通运输规划与管理等方面的工作，学生具有良好的就业前景和研究发展基础。
对空中交通流量控制的探讨 篇3
【关键词】空中交通流量；控制；建议
前言
我国的经济实力逐渐提升，民航事业发展十分迅速，影响着我国经济实力的提升，因此，加强民航建设对于我国来说十分的重要，但是近年来，我国的空中交通流量的增长到了瓶颈期，督促着我国民航的发展要从根本上解决问题，要进行相应的创新，进一步扩大我国的空中交通流量，促进我国民航事业的发展。
一、影响空中交通流量的因素
随着我国经济实力的不断提升，人民生活水平的不断改善，对空中交通运输量的需求也在不断的增大。而现在无论是从新闻媒体上，还是从机场旅客的口中，总能听到对“流控”导致的延误的抱怨，越来越普遍的流控是什么原因导致的呢？首先是民航硬件设施与人员的限制，机场和管制部门的硬件设施、人员的配置与日益增长的流量之间的矛盾，“供”满足不了“需”。“供”包括机场对到场飞机的服务，例如：安排停机位、提供引导车拖车等，管制部门提供的服务，例如：防止航空器相撞、为航空器提供安全间隔、指挥航空器起降等；“需”即是日益增长的航班量。“需”超出了“供”所能承受得范围，那只有通过流量控制的方式来保证安全了。其次是其他空域用户占用空域，由于空域用户占用空域减小民航空域的使用范围，而其他空域用户也是在为保障国家安全进行训练，民航应主动进行避让，对于一些军事基地所在城市，就会通过流量控制的方式来进行有效的避让。再次是恶劣天气，设备故障等原因，夏季的雷雨和冬季的浓雾，都会导致飞机不够起降标准和航班大面积饶飞，而机场的容量和管制员工作的负荷都是有限的；设备故障会影响管制人员对航班的保障能力，所以都会通过流量控制的方式来防止航空器相撞。
二、扩大空域自由度
空域的自由度与空中流量的自由度是不同的，在空中对自由度进行限制会导致了空中流量比较的集中，并且这种集中还会不断的增多[1]。随着信息技术的飞速发展，无线电导航技术发展迅速，很多的导航设备得到了广泛的应用，尤其是在空间技术以及数字通信技术飞速发展的今天，高新技术为卫星导航的发展提供了基础，推动了其进步，并且卫星导航逐渐的向着高范围、全天候以及高精确度得方向上发展，其应用范围也变得越来越广泛，这很好的满足了航空事业的需求，为航空事业的发展创造了条件。我国的民航空域使用具有很大的限制性，受到很多规则的约束，全国的空域都是空军的，民航所使用的航路航线也是空军批复使用的，偏出航路范围都需要给空军申请。这样的规定，同时也限制了通用航空的发展，中国民航的需求量还在不断提升，流控最根本的矛盾还是空域限制带来的矛盾，期待国家能有效的将空域逐步的開放。
三、加强我国空中交通管制人员的综合素质
相关空中管制人员的综合素质决定着我国空中交通的安全，同时这也是空中交通是否顺畅的一个重要保障，管制人员的素质能够影响到对空中交通流量的控制[2]。随着科技的发展，我国的空中交通管制设备以及技术都在不断的更新进步，都应用了先进的计算机技术，同时空中的交通流量也在不断的加大，要想正确的利用这些设备，并且能够有效的保证空中交通顺利运行，那么相关的管制人员的综合素质必须要高，因为只有管制人员对先进的技术有一个全面的掌握，才能够更好的进行空中交通流量的控制管理。但是，目前我国对于空中管制人员的培训方面仍然是存在一些问题，管制技术的成熟不仅仅是完成了相关的训练就能胜任的，它还需要时间和经验的积累。而今流量不断增大，需要通过开放扇区来缓解流量压力，同时对管制人员的需求量也就随之而来，很多时候可能都会通过“拔苗助长”的方式来让年轻一代的管制人员快速成长起来，这里是存在很大风险的，同时也可能会存在很大的安全隐患。所以国家必须要针对这些情况，采取相关的措施，加强对空中管制人员的全面培训，重视空中交通流量管制问题，制定科学系统的规范来约束相关管制人员的行为，以此来加强我国空中交通流量控制的水平。
结语
随着科学技术的发展，我国的民航事业发展十分迅速，这在一定程度上加快了我国的经济的发展，但是，随着空中交通流量的增加，民航过快的扩建和发展人员，导致了其中存在很大的安全隐患。因此，国家需要从根本上来缓解民航发展带来的矛盾，针对我国的实际情况，通过开放空域和优化航路等方式，加强对空中交通流量的管理。
参考文献
[1]胡明华，徐肖豪.空中交通流量控制的地面保持策略[J].南京航空航天大学学报，2012，5（1）：50-51.
交通流控制 篇4
1 短时交通流预测的基本流程和方法分析
1.1 短时交通流预测的流程
交通管理的智能化控制网络的实现主要是通过将无线传感器安装于道路的交叉路口或者分支路口, 路面情况的数据和信息通过安装于各个地点的传感器进行数据传送并实现信息共享。对短时交通流进行科学有效的预测, 能够更加准确的掌握道路车辆交通流的实时信息, 然后采取有效的措施控制交通车辆的运行。在智能交通控制网络中, 对于交流的预测, 是以网络信息中各个地点的传感器采集到的交通信息为数据基础, 再根据交通数据中的相关性因素进行数据的分析和处理, 以得到下一时段的交通流的预测信息, 使交通控制系统能够有效的指挥交通, 保证交通的安全和顺畅。
短时交通流预测的流程首先就是信息的采集。利用各个地点的传感器对道路上的车辆信息, 进行实时的数据采集和传送。包括车速、密度等各个因素。然后根据传感器得到的交通流信息计算交通流数据的相关性。如车速和车流密度的相关度及交通量和车流密度的相关度。根据计算相关度的结果进行交通流预测模型的建立, 得出短时交通流预测的数据。
1.2 实现短时交通流预测的方法分析
从实际的短时交通流预测的计算和分析发现, 交通流数据间的相关性准确度越高, 交通流预测的准确度越高, 二者间有着直接的关系。在进行交通流预测的实际操作过程中发现, 如果要达到对车流量进行及时有效的指挥控制, 发挥智能化交通控制网络的有效功能, 提高交通控制效率, 就要求最大限度的缩短传感器对数据采集的时间。但是, 短时间内采集的交通流数据信息毕竟有限, 对于相关度的显示不够明显, 准确度也很难保证。此种问题的存在, 使交通流短时预测的结果准确度不够高。针对此种弊端, 本文提出在智能化交通流控制系统中采取多维标度法的方法, 进行短时交通流的预测。将采集得到的短时交通流信息数据采用多维标度法进行分析处理得到潜在的相关性来建立交通流预测模型, 经过预测计算实现短时交通流的预测, 提高预测的准确度。
2 智能交通控制网络的短时交通流预测具体实现
2.1 采用多维标度法进行交通流数据相关度的提取
要对交通流进行科学准确的预测, 就必须考虑交通流各数据参数的相互关系, 将这些数据的相关度进行科学准确的提取是有效进行交通流预测的关键所在。通常在进行交通流预测的实际操作中, 为保证工作效率, 常以传感器中的短时交通流数据作为主要参考参数。但是因为其数据间的相关度不够明显使预测的准确度也受到了直接的影响。以多维标度法进行短时交通流数据间相关度的运算, 有效的改变了此种弊端的影响, 是数据间的相关度更加直观的表现了出来, 实现了数据相关度的有效提取。
2.2 短时交通流数据相关度的提取步骤
以多维标度法计算交通流数据相关度的步骤如下。
(1) 将由传感器采集到的多个短时交通流数据信息, 可运用统计学的计算方法对数据间的相关系数进行计算, 得到数据间的相关性距离的个数进行相关性距离的矩阵相关性距离进行由小及大的排列。
(2) 在一个设定的e维空间中进行各个数据点的相关度距离的计算。以A1……An来表示。Ai的坐标可设定为Ai= (Ai1……Aie) , 根据下面公式:
计算出数据相关度距离tij, 并在此结果基础上进一步计算得出短时交通数据的相关度的值S和实际数据偏差度的值St。
(3) 根据S和St的值, 将e维空间中的多个数据的结构位置进行调整, 将原来存在的数据相关性结果不明显的进行改进, 在此基础上进行交通流数据的相关性距离的重新计算。通过这样的反复改进, 反复计算, 最终得到更加科学准确的短时交通数据相关性的结果。
(4) 将短时交通流数据运用多维标度的方法进行计算分析处理, 将相关性不明显的弊端进行克服, 最终得到更加准确的短时交通流数据的相关度结果。
这种多维标度计算相关度的方法, 用相关度距离的变换和维度空间的调整使交通流数据间潜在的关系得以找出, 将不明显的相关性进行处理, 得到准确度更高的交通流数据相关性, 为实现准确的短时交通流预测打下了良好的基础。
2.3 短时交通流的预测
以多维标度法提取出更加准确的交通流数据相关度, 以此为基础进行交通流预测模型的构建。在预测模型中根据数据相关度进入到预测模型的预测模块中运用预测公司进行最终预测结果Y的计算。预测公式为:
在智能交通控制网络体系中可根据此预测模型得出的短时交通流的预测结果采取具体的措施对交通流进行控制, 以减少交通事故和维护道路的畅通, 大大提高了交通流控制的工作效率。
3 结语
本文利润多维标度法进行短时交通流预测模型的建立, 弥补了传统方法交通流数据相关性不明显的弊端, 得到了更加准确的数据相关性, 以此为基础建立的交通流预测模型实现了短时交通流更加准确的预测。根据预测结果提前采取有效的交通控制和指挥措施, 大大提高了智能交通控制网络的工作性能和工作效率。
参考文献
[1]C H Wu, J M Ho, D T Lee.Traveltime prediction with support vectorregression[J].IEEE Transaction onIntelligent Transportation Systems, 2010, 5 (4) :276-281.
[2]王进, 史其信.基于非线性理论的短期交通流预测研究[J].西安建筑科技大学学报 (自然科学版) , 2011, 38 (2) :184-188.
交通信号灯控制系统 篇5
摘要
随着中国城镇化速度的较快，交通事故也日趋发生，所以合理的交通控制方法能有效的缓解交通拥挤、减少尾气排放及能源消耗、缩短出行延时，改善我国独有的交通问题。而平面交叉口是城市交通的关键，它是整个城市道路的瓶颈地带，对其进行交通信号控制方法的研究具有重大意义，所以交通信号灯是维护城市交通的主要设施。
我们本次复杂的十字路口交通灯控制系统设计主要是利用AT89C51制作并仿真.并且在单片机的选择上，考虑到电路的简单和成本的削减，我们选择性价比最好的AT89C51，而且能够使程序简单。可以添加恰当的传感器，实时监控道路情况，对各种情况的处理实行紧急情况优先级最高，其次行人优先通过，最后车流量高的方向，给予更多的通过时间，采用中断的方法，由中断根据各种不同的情况选择合适的处理程序处理。通过单片机控制交通灯不仅能提高我们理论联系实际的能力，而且能够熟练掌握C语言的编程方法，掌握定时/计数器、外部中断的使用方法和简单程序的编写，最终提高逻辑抽象能力和动手能力。
关键字：AT89C51
中断
交通信号控制
山西大学工程学院 第II页
目录1 社会需求.........................................错误！未定义书签。2 设计目的.........................................错误！未定义书签。3 设计思路及框图....................................................1 3.1 交通灯设计..................................................1 3.2 交通灯定时控制..............................................2 3.3 传感器智能控制..............................................4 4 硬件电路设计......................................................4 4.1 单片机电源电路..............................................4 4.2 单片机复位电路..............................................4 4.3 交通LED灯外围驱动电路......................................5 4.4 按键控制电路................................................6 4.5 单片机主电路................................................7 4.6 整体电路图设计..............................................8 5 软件设计..........................................................9 5.1 系统程序流程图设计..........................................9 5.2 系统程序设计...............................................10 5.3 仿真显示结果...............................................17 总 结.............................................................17 参考文献...........................................................18
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1社会需求
目前在世界范围内，一个以微电子技术、计算机和通信技术为先导的，以信息技术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾。为使我国尽快实现经济信息化，赶上发 达国家水平，必须加速发展我国的信息技术和信息产业。而计算机技术怎样与实际应用更有效的结合并有效的发挥其作用是科学界最热门的话题，也是当今计算机应 用中空前活跃的领域。本文主要从单片机的应用上来实现十字路口交通灯的管理，用以控制过往车辆的正常运作。设计目的
本设计首先从定时控制着手，解决交叉口交通控制过程中存在的问题，但是定时控制信号周期固定，不能根据实际的交通流状况随时调整信号控制参数，因此造成很多不必要的时间等待和资源浪费。对左转车辆较少的单交叉口一般采用有固定左转相位的定时控制方法，此信号控制中的左转车辆通行对直行车辆影响很大。行人过街信号与上游交叉口的不协调导致车辆通过上游交叉口后遇到行人过街而再次停车。基于上述交叉口信号控制存在的问题，本设计进行了如下研究：①介绍了常用定时信号控制算法和感应信号控制的基本工作原理，分析了传统定时控制的优越性和局限性。②设计了一种自动信号控制方法，这种方法能使交叉口根据实际交通情况选择合理的定时信号配时方案，不过这个需要配备额外的感应器。
本设计将要完成红灯停，绿灯行，黄灯停3S的操作，并且如当一道有车而另一道无车是，交通灯控制系统能立即让有车的车道放行，单人行道上人数较多时，智能转换交通灯状态，行人优先通过，当有紧急车辆（如110、112、119等急救车）要求通过时，此系统应能禁止普通车辆通行，路口的信号灯全部变红，以便让紧急车辆通过。假定紧急车辆通过时间为2s，紧急车辆通过后，交通灯恢复先前状态。
3设计思路及框图 3.1交通灯设计
首先了解实际交通灯的变化情况和规律。设有一个南北（SN）向和东西(WE)向的十字路口，两方向各有两组相同交通控制信号灯，每组各有四盏信号灯，分别为直行信号灯（S）、左拐信号灯（L）、红灯（R）和黄灯（Y），交通控制信号
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灯布置如图1所示。
根据交通流量不同，交通信号灯的控制可实现手动、自动两种控制。平时使用自动控制，高峰区可使用传感器智能化控制。智能控制时，传感器通过检测道路交通情况对交通信号灯进行实时控制；自动控制时，交通信号灯控制规律用图2状态转换图来描述。
图1
红绿灯显示系统框图
3.2交通灯定时控制
图2
红绿灯系统控制流程图
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定时控制系统控制流程图如上图2，初始状态0为SN直行WE红灯，然后转状态1为SN黄灯WE红灯。过一段时间后，转状态2为SN左拐WE红灯。再转状态3，SN黄灯WE红灯。过一段时间后转状态4，SN红灯WE直行。然后状态4，SN红灯WE直行。状态5为SN红灯WE黄灯。状态6为SN红灯WE左拐。状态7为SN红灯WE黄灯。又循环至状态0，重复循环上述状态。
3.3传感器智能控制
图3 磁检测器方框图
交通灯在采用智能化控制时，采用磁感应车辆检测器.这种环形线圈检测器是传统的交通检测器，是目前世界上用量最大的一种检测设备。这些埋设在道路表面下的线圈可以检测到车辆通过时的电磁变化进而精确地算出交通流量。交通流量是交通统计和交通规划的基本数据，通过这些检测结果可以用来计算占用率(表征交通密度)，在使用双线圈模式时还可以提供速度、车辆行驶方向、车型分类等数据，这些数据对于交通管理和统计是极为重要的，可通过分析这些数据，然后通过外部中断动态控制交通灯的状态，实现道路交通灯的智能化控制，让交通灯根据实际情况转换状态。原理框图如上图图3所示。
对于交通信号灯来说，应该有东西南北共四组灯，但由于同一道上的两组的信号灯的显示情况是相同的，所以可以用一个I/O控制相同的两灯，因此，采用单片机内部的I/O口上的P0口中的8个引脚即可来控制16个信号灯。通过编写程序，实现对发光二极管的控制，来模拟交通信号灯的管理。每延时一段时间，灯的显示情况都会按交通灯的显示规律进行状态转换。通过定时器精确延时送显，在原有的交通信号灯系统的基础上，增添其倒计时间的显示功能，实现其功能的扩展。通过添加感应器检测车流量、人行道情况通过外部中断动态调节人、山西大学工程学院 第4页
车流量，使交通更加智能，提高道路运行速率。硬件电路设计 4.1单片机电源电路
图4 电源电路
如上图图4所示是电源电路，这里开关用的双路开关，双路开关并联能更好的确保给后级提供更大电流。电容C4、C5，都是隔离断开直流的，在这里添加了一个发光二极管指示灯，在我们打开开关的时候，这个二极管会亮，下面的R12为限流电阻，给发光二极管提供合适的电流。
4.2 单片机复位电路
单片机的复位操作有上电自动复位和手动按键复位两种方式。本次设计采用手动按键复位设计，如下图5所示。
图5 按键复位电路
当这个电路处于稳态时，电容起到隔离直流的作用，隔离了+5V，而左侧的
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复位按键是弹起状态，下边部分电路就没有电压差的产生，所以按键和电容 C1 以下部分的电位都是和GND 相等的。按键复位有 2 个过程，按下按键之前，RST 的电压是 0V，当按下按键后电路导通，同时电容也会在瞬间进行放电，会处于高电平复位状态。当松开按键后，先是电容充电，然后电流逐渐减小直到 RST 电压变 0V 的过程。按下按键的瞬间，电容两端的 5V 电压会被直接接通，此刻会有一个瞬间的大电流冲击，会在局部范围内产生电磁干扰，为了抑制这个大电流所引起的干扰，在电容放电回路中串入一个 18 欧的电阻来限流。
4.3 交通LED灯及外围驱动电路
图6交通LED灯电路
将NS道上的两个同色灯连在一起，WS道上的同色灯也彼此相连(此处用发光二极管模拟实际的交通灯，各发光二极管的阳极通过保护电阻接到+5v的电源上，发光二极管的阴极接到单片机的P0口)用AT89C51单片机的P0.0—P0.7共8根输出线控制各色交通灯的点亮与熄灭；为了更加直观的显示红绿灯的情况，用了共阳极数码管显示倒计时，数码管显示有动态扫描和静态显示，由于静态显示需要占用过多的IO口，这里用动态扫描，用P1控制数码管的断选信号端，P2.6、P2.7控制数码管的位选信号端，可以显示出每个灯的倒计时。紧急车辆通过时，采用外部触发按键实时中断方式进行处理。根据该系统的功能要求及所用元器件，设计硬件电路，电路原理图如图6所示。
由于单片机的输出电流有限，需要用到芯片驱动LED，使LED可以正常使用，这里使用74LS245，74LS245是一个双向缓冲器，引脚AB是方向引脚，这
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个引脚为高电平的时候，右侧所有的电压都等于左侧对应编号的电压，所以这里AB引脚接的+5V电源，即高电平。图中还有排阻RP1做为上拉电阻。引脚OE为输出使能端，低电平有效。在74LS245输出端有R3~R10的限流电阻，给LED灯提供恰当的电流。
在LED的阳极接有PNP三极管，可以通过单片的P2.5控制所有的LED的通断，只有P2.5端电平为高时LED才能正常工作，通过单片机的P0口控制LED的状态。数码管的显示也需要大电流，这里外接上拉电阻可以提供足够的电流，原理图中用了排阻RP2，可以使数码管正常工作。交通LED灯驱动电路如图7所示。
图7 交通LED灯驱动电路
4.4 按键控制电路
图8 按键控制LED电路图
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智能化控制中使用到传感器，传感器采集到的数据通过系统分析，然后反馈到单片机外部中断，通过中断程序选择合适的处理程序。
整个交通灯控制系统通过按键模拟控制LED的状态，SW1控制LED是定时循环还是智能控制，SW2控制LED灯是顺序切换状态还是手动选择LED状态。SW1按下触发外部中断0进去中断程序，在中断程序中可以通过查询方式判断P3.7是否按下，如果检测到P3.7为低电平则SW2按键按下，系统进入只能控制LED状态模式，单片机通过检测P2.0~P2.3的电平状况确定LED灯要显示的状态，例如：若单片机检测到端口P2.0电平为低，则要求交通灯要WE方向左拐，系统调用左拐子程序，使单片机控制LED灯先NS黄灯闪3下，然后NS红灯亮，WE左拐指示灯变绿。如果系统监测到P3.7为高电平则SW2弹起，系统进入只能顺序切换模式，单片机检测P2.4的电平情况，检测到一次说明按键按下一次，交通的按照定时方式的顺序变换状态，使交通灯稳定顺次执行。
如果遇到十字路口发生交通事故，可以触发紧急逼停按键，这样四个方向都为红绿灯，等突发情况处理完毕后，然后根据实际情况选择合适的处理程序。这样可以根据实际的车、人流量动态调节交通灯，智能解决各种突发情况，按键控制电路如图8所示。
按键消抖有两种方式：硬件消抖和软件消抖，硬件消抖需要引进RS触发器或者单稳态电路，这需要额外的硬件开支，而软件消抖只需要用延时函数就可以完成，因此这里选择软件消抖。
4.5 单片机主电路
采用这款芯片及克服了采用8031需要添加外部外部程序存储器导致电路复杂的缺点，又克服了采用8751导致电路制作成本高的缺点，AT89C51单片机芯片具有以下特性：
1）指令集合芯片引脚与Intel公司的8051兼容； 2）4KB片内在系统可编程FLASH程序存储器； 3）时钟频率为0~33MHZ；
4）128字节片内随机读写存储器（RAM）； 5）6个中断源，2级优先级； 6）2个16位定时/记数器；
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图9 单片机引脚结构图
4.6 整体电路图设计
图10 AT89C21单片机交通灯控制电路
本次设计采用AT89C51单片机，其中P0.0—P0.8共8根输出线控制各色交通灯的点亮与熄灭，通过外部中断0控制交通灯的切换方式，端口P3.7控制在
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智能模式下是顺次转换状态还是动态选择，在顺序转换模式下P2.4控制交通灯的状态转换。在动态模式下，根据传感器分析数据结果，通过P2.0~P2.3控制交通的的各种状态。P1和P2.7、P2.6控制数码管的显示，可以直观的看到交通灯的状态。在传感器检测某一方向车流量过多，或者人行道上滞留行人过多，或有紧急车辆通过时，采用外部触发中断实时中断方式进行处理，这时可按下SW1、SW2两按键，然后智能选择交通灯的状态，选择合适的交通灯，让滞留过多的方向通过时间长点，让道路更加通畅。上图10为整个交通灯控制系统的整体电路图。软件设计
5.1 系统程序流程图设计
开始各变量、端口初始化主程序显示子程序N中断信号Y中断子程序
图11 交通控制系统程序流程图
根据硬件电路原理图，并按系统的功能画出程序流程图。由于此系统较为简单，故采用自上而下的设计方法，进行程序设计；对传感器分析的数据处理，采用中断的方法，由中断选择合适的处理程序处理，在传感器不工作的时候，可以返回主程序执行。程序流程如下图11所示。
设计中断处理程序时，最主要的地方是如何保护进入中断前的状态(信号灯、P
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口、单片机寄存器的状态)，使得中断程序执行完毕后能问到交通灯中断前的状态。除了保护累加器ACC、标志寄存器PSW外，还要注意主程序中的延时程序和中断处理程序中的延时程序不能混用。
5.2 系统程序设计
如下所示为整个系统控制程序：
#include
//延时计数
//按键次数计数
//数码管显示数值
//定时1秒计数
unsigned char table[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82，0xF8,0x80,0x90,0x7f};//共阳极数码管显示编码
unsigned char disdata[4];sbit NSL=P0^0;sbit NSS=P0^1;
//NS左拐指示灯 //NS直行指示灯 //NS红灯指示灯 //NS黄灯指示灯 //WE黄灯指示灯 //WE红灯指示灯 //WE直行指示灯 //WE左拐指示灯 //控制所有LED的灭 //数码管位选端 //数码管位选端 sbit NSR=P0^2;sbit NSY=P0^3;sbit WEY=P0^4;sbit WER=P0^5;sbit WES=P0^6;sbit WEL=P0^7;sbit P2_5=P2^5;sbit P2_6=P2^6;sbit P2_7=P2^7;sbit Key_1=P2^4;sbit Key_2=P2^3;sbit Key_3=P2^2;sbit Key_4=P2^1;sbit Key_5=P2^0;sbit Key_6=P3^7;
//手动切换LED灯状态
//选择NS直行
//选择WE直行
//选择NS左拐
//选择WE左拐
//选择顺序、随机切换
sbit Key_7=P3^6;
//突发情况，四个方向全部红灯 void Time0_Int()
{
//定时器0初始化
TMOD=0x01;TR0=1;EA=1;
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} ET0=1;IT0 = 0;EX0 = 1;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;
//延时 m 毫秒 void Delay(unsigned int m){
} void NS_stra(){
} void NS_turn(){
} void NS_stop(){
} void WE_stra(){
} void WE_turn(){
} void WE_stop(){
unsigned int i,j;for(i=m;i>0;i--)for(j=110;j>0;j--);
//NS直行，WE红灯
NSL=1;NSS=0;NSR=1;NSY=1;WEL=1;WES=1;WER=0;WEY=1;
//NS左拐，WE红灯
NSL=0;NSS=1;NSR=1;NSY=1;WEL=1;WES=1;WER=0;WEY=1;
//NS黄灯，WE红灯
NSL=1;NSS=1;NSR=1;NSY=0;WEL=1;WES=1;WER=0;WEY=1;
//WE直行，NS红灯
NSL=1;NSS=1;NSR=0;NSY=1;WEL=1;WES=0;WER=1;WEY=1;
//WE左拐，NS红灯
NSL=1;NSS=1;NSR=0;NSY=1;WEL=0;WES=1;WER=1;WEY=1;
//WE黄灯，NS红灯
山西大学工程学院 第12页
NSL=1;NSS=1;NSR=0;NSY=1;WEL=1;WES=1;WER=1;WEY=0;} void Opera_NS_stra()
{ if(Key_2==0){
Delay(10);
if(Key_2==0)
{
WE_stop();
Delay(3000);
NS_stra();
}
while(Key_2==0);} } void Opera_WE_stra()
{ if(Key_3==0){
Delay(10);
if(Key_3==0)
{
NS_stop();
Delay(3000);
WE_stra();
}
while(Key_3==0);} } void Opera_NS_turn()
{ if(Key_4==0){
Delay(10);
if(Key_4==0){
//手动选择NS直行
//手动选择WE直行
//手动选择NS左拐
山西大学工程学院 第13页
}
}
} WE_stop();Delay(3000);NS_turn();while(Key_4==0);void Opera_WE_turn(){
}
void Opera_Red(){
}
void Choose(){
//手动选择WE左拐
if(Key_5==0){
}
//手动选择WE左拐 Delay(10);if(Key_5==0){
}
while(Key_5==0);NS_stop();Delay(3000);WE_turn();if(Key_7==0){
} Delay(10);if(Key_7==0){
}
while(Key_7==0);NSY=0;WEY=0;Delay(3000);WER=0;NSR=0;
//数码管显示初值判断程序
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if(count==10||count==470||count==930||count==1390){ } if(count==410||count==870||count==1330||count==1790)count2=20;
//判断为绿灯，数码管倒计时初值为20秒
{
count2=3;
} if(count3==20)
{
count2--;
count3=0;} }
void Ledshow()
{
disdata[0]=(count2%10);
disdata[1]=(count2/10);
P2_6=0;P2_7=1;P1=0x00;
P1=table[disdata[0]];
Delay(10);
P2_7=0;P2_6=1;P1=0x00;
P1=table[disdata[1]];
Delay(10);} void Auto()
{ if(count>10&&count<410)
{
NS_stra();Ledshow();} if(count>410&&count<470){
NS_stop();Ledshow();} if(count>470&&count<870){
//判断为黄灯，数码管倒计时初值为3秒
//定时1秒，每隔一秒倒计时减一
//数码管显示程序
//十位显示的数值
//个位显示的数值
//自动转换LED灯状态，绿灯20秒，黄灯3秒
//NS直行指示灯显示20秒，数码管倒计时显示
//NS黄色指示灯显示 3秒，数码管倒计时显示 //NS左拐指示灯显示20秒，数码管倒计时显示
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} NS_turn();Ledshow();if(count>870&&count<930)
//NS黄色指示灯显示 3秒，数码管倒计时显示
{
NS_stop();Ledshow();} if(count>930&&count<1330){
WE_stra();Ledshow();} if(count>1330&&count<1390){
WE_stop();Ledshow();} if(count>1390&&count<1790){
WE_turn();Ledshow();} if(count>1790&&count<1850){
WE_stop();Ledshow();} if(count>1850){
count=0;} } void main()
{ Time0_Int();P2_5=1;while(1){ Auto();Choose();
} }
//WE直行指示灯显示20秒，数码管倒计时显示
//WE黄色指示灯显示 3秒，数码管倒计时显示 //WE左拐指示灯显示20秒，数码管倒计时显示 //WE黄色指示灯显示 3秒，数码管倒计时显示
//主函数
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void Time0()interrupt 1 {
}
//定时50ms TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;TR0=1;count++;count3++;void Interrput0()interrupt 0
//外部中断0，用按键手动切换LED灯状态 {
while(Key_6==0){
} P2_7=0;P2_6=0;if(Key_1==0){
} switch(count1){
case 1 :NS_stra();break;case 2 :NS_stop();break;case 3 :NS_turn();break;case 4 :NS_stop();break;
//根据按下的次数选择显示状态 Delay(10);if(Key_1==0){ } while(Key_1==0);count1++;
//检测按键按下次数 Delay(10);while(Key_6==0){
} Opera_NS_stra();Opera_WE_stra();Opera_NS_turn();Opera_WE_turn();
//判断是顺序，随机显示
Opera_Red();
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}
} case 5 :WE_stra();break;case 6 :WE_stop();break;case 7 :count1=1;break;default: break;
5.3 仿真结果显示
NS直行
NS左拐 NS黄灯
WE直行 WE左拐 WE黄灯
通过Protues对整个电路和程序仿真，仿真结果如上图，启动电源后，交通灯先按照定时方式按照变换程序依次变换，同时数码管显示倒计时。在传感器检测道路情况后并分析，把结果传给单片机，通过外部中断切换交通灯的变换状态，这里用按键模拟传感器检测到的结果，可以实现根据检测到的流量情况不同，对交通灯实时变换，按照行人优先、高流量方向长时间放行设计，基本上达到了设计要求。
总
结
通过本次课程设计，我们在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟.。在此过程中，我们通过查找资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑
山西大学工程学院 第18页
战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。使用Protues和Keil作为我们的设计工具，很好地锻炼自己的语言编程能力和软件仿真能力，养成良好的语言编程风格和模拟操作方式。不管怎样，这些都是一种锻炼，一种知识的积累，能力的提高。完全可以把这个当作基础东西，只有掌握了这些最基础的，才可以更进一步，取得更好的成绩。当然，我们还存在着很多不足，设计中有很多还完善的地方，期望以后可以做得更好
参考文献
【1】《手把手教你学 51 单片机-C 语言版》--金沙滩工作室宋雪松编著，清华大学出版社。
【2】《单片机原理与应用及C51程序设计》—杨家国、谢维成，清华大学出版社。
基于交通灯控制系统设计 篇6
摘 要：近年来随着科技飞速发展，单片机的应用正在不断深入，传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系統中，单片机往往作为一个核心部件来使用，但仅单片机知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及与具体应用对象软件结合，这样才能给人们带来更有价值的应用。
经济的发展使车辆越来越普遍，因此，人、车的通行秩序的维持，就要依靠交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式有很多。交通灯控制系统通常要实现自动控制，本系统采用MCS-51系列单片机AT89S52为中心器件来设计交通灯控制器，以共阳极双位数码管显示倒计时间，实现了能根据实际车流量设置红绿灯燃亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩2秒时绿灯闪烁示警，另外，可以通过按键分别实现紧急模式和夜间模式以达到智能和节能的效果。系统整体电路包括单片机最小系统、交通信号灯模块和显示电路模块，将以上模块综合连接起来，以实现整体系统功能。软件部分则采用KEIL C语言编程，使单片机的中断和计时功能，用以实现所设想功能。本系统设计周期短、可靠性高、实用性强、操作简单、维护方便、扩展功能强。
关键词：单片机；交通灯；数码管
0 引言
目前设计交通灯的方案有很多，有应用PLC实现对交通灯控制系统的设计，有应用单片机实现对交通信号灯设计。由于AT89S52单片机自带有2个计数器，6个中断源，且其I/O口作为输出时，具有较大的吸收电流能力，可直接驱动数码管，能满足系统的设计要求。用单片机设计不但设计简单，而且成本低，用其设计的交通灯也满足了要求，所以本文采用单片机设计交通灯。
1 各模块选择
1.1 控制：采用AT公司的单片机AT89s52作为控制器。单片机运算能力强，软件编程灵活，自由度大。它是MCS-51系列单片机的派生产品，在指令系统、硬件结构和片内资源上与标准8052单片机完全兼容，使用时容易掌握；采用AT89s52单片机稳定可靠、应用广泛、通用性强，在系统/在应用可编程。
1.2 显示：用七段LED数码管完成倒计时显示，用LED灯作为状态灯指示功能。
1.3 输入：直接在I/O口线上接上按键开关。因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的口资源还比较多，我们使用两个按键，分别是K1、K2。
1.4 电源：采用独立的稳压电源，采用USB供电为整个系统供电，它具有多路电源输出，此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；缺点是各模块都采用独立电源。
1.5 设计要求：
①把设计任务细化为四个状态，其对应状态如表1：
2 系统整体电路
①AT89S52单片机作为系统核心器件，通过各个I/O口控制和驱动整个系统。
②P0口的第一到第四引脚控制数码管的位选，然后经过三极管输出高电平传输到双位共阳数码管进行选通，P2口的第一到第七引脚用于控制数码管的片选。
③P1口的六个引脚分别控制六个表示红绿黄信号灯的LED二极管的亮与灭。
④根据十字路口车流量的大小调节车辆通行的时间。
⑤设置紧急按键用以处理紧急情况。通过外部中断1实现，P3.3用于检测相应信号。
⑥设置夜间模式按键，从节省能源的角度考虑。通过外部中断1实现，P3.2用于检测其信号。
3 软件主流程图
图2所示为正常模式下的流程图，其实现的主要功能是显示十字路口倒计时显示，当有按键按下的时候系统将进行自动扫描确定按键的值，然后进行判断对应的状态进行执行，包括特种车辆的通行（紧急模式）和节能模式（夜间模式）。
3.1 紧急状态子程序
在正常情况下，首先要进行判断紧急模式控制按键是否按下，要是按下则进入紧急模式（所有红灯亮），否则状态正常运行，当进入紧急模式后，再次判断紧急模式按键是否按下，只有再次按下时才能转为正常状态，否则，仍处于紧急模式（所有红灯亮）状态。
3.2 夜间状态子程序（图4）
在夜间模式下，只有通过按键才能使所有的黄灯亮。再次按键后转为正常运行状态。
3.3 软硬件测试结果分析
由于经验不足，电路板设计过程中不能正常实现要求，需要在生产电路板时由厂家进行检测后略微进行改动，经过几次调试终于出现了正确结果。
以下是当中出现的问题：
①制作PCB板时边界处由于没有注意到设置成了具有电气性的。
②制作PCB时由于排版不当导致生产PCB板厂家退回一次。
③焊接过程中出现相邻焊盘之间联通导致电路无法运行，检查和更正后终于可以正常运行。
④在用Proteus软件进行电路仿真时不能正常仿真出来， Proteus软件中的电路和实际中的电路有一定差距，有时一个电阻的缺失就可能出现不能进行高低电平的切换。
4 结论
传统交通灯的基本功能为：东西南北方向倒计时单元显示时间，通行时间可以调节，使得行车繁忙时间段与行车清淡时间段行车时间可调，改善了交通问题。
本次设计在原有基础上，增加了紧急通行按键、转换夜间模式按键。
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作者简介：
中小城市交通规划与交通信号控制 篇7
1.1 交通经济
交通发展依赖于经济的发展, 交通的发展是经济发展的外在表现。随着经济的快速发展, 对小城市交通规划问题, 应整合城市未来发展空间, 引导城市向良性发展, 制定出适合城市经济发展的交通规划和策略。
1.2 交通信号发展状况
交通信号的发展与经济的发展紧密结合, 因为交通信号设置建设是城市建设投资很重要的一个组成部分。目前, 我国中小城市的交通信号主要根据城市的发展进行设置, 以单点定时控制为主, 部分节点采用感应控制, 没有交叉口采用干线或区域协调控制。城镇设置交通信号设施的策略是城市发展到哪里, 为便于管理, 就考虑设置设施, 基本没有详细的计划或规划。
2中小城市交通规划存在的问题
从甘肃省、湖南省、江西省等多个地区调查数据来看, 主要存在以下几种问题。
2.1 缺乏停车场及道路基础设施
中小城市中缺少专用停车场, 加之管理不善, 各种车辆任意停靠, 占用了车行道与人行道, 且道路两侧违章搭建房屋多, 不满足道路的红线要求, 相应地占用了人行道的土地空间。违章摆摊设点, 占道经营多, 这些因素都造成了中小城市的交通不畅, 且严重影响城市道路的景观美感。以前国家较重视大城市的发展, 对中小城市投入的建设资金较少。虽然现在逐渐开始大力发展中小城市的道路建设, 但是相配套的交通管理组织设施配备不足, 城市道路路灯、绿化、交通标志牌等附属设施也相对不足。此外, 中小城市中交通管理人员少, 体制不健全, 交通标志、交通指挥信号等设施缺乏, 致使交通混乱, 一些交通繁忙路段常常受阻。
2.2 缺乏交通管理
在交通管理工作方面, 许多中小城市的交通管理部门缺少前瞻性、整体性和连续性, 只有在出现问题时才进行管理, 工作经常处于被动局面。同时, 交通管理缺乏强制性手段, 对非机动车和行人的管理不严, 道路上经常是非机动车干扰严重。而且居民的交通安全意识不强, 居民参与交通比较随意, 行人常常违反交通规则穿越道路。由于这些影响因素, 道路交通非常混乱。
2.3 横断面规划问题
为解决交通问题, 使城市交通能可持续发展, 城市道路的横断面规划的作用非常重要。以前为提高机动车的行车速度, 盲目加宽道路的路幅宽度, 没有为自行车及行人留有较宽的车道, 这是一种“车本位”的规划思想。这种规划方法并不能真正解决城市的交通拥挤问题, 相反, 机、非、行人相互干扰造成交通更加拥挤。同时, 道路宽度的增加不仅使行人穿越道路很不安全, 而且在机动车道上等待过街, 还影响道路上机动车的通行能力。
2.4 交通信号及相关设施
2.4.1 信号灯设置不符合规范要求或与实际需求不匹配
中小城镇交叉信号灯的设置一般都出现在近10年, 许多设置与国家规范不符, 如图1所示, 地级市信号灯设置33%不符合规范要求, 县级以下城镇甚至超过了50%。有的城镇部分交叉口信号灯设置与实际需要不符, 交叉口可能需要设置多个相位, 而设置的信号灯却是满盘灯, 无法满足信号设置需求。
2.4.2 信号机不符合要求
信号机往往是交通信号设施中问题最多的硬件。由于交通信号设施往往是分期投资建设, 购买的信号机可能是由不同厂商供应, 信号机的功能也有所不同。有的信号机有网络通信功能, 有的没有;有的有多时段控制功能, 而有的不具有;这样就导致了信号机之间无法通信或协调控制, 影响整个网络的控制效果。
交通信号机还存在以下问题:信号机产品的故障监控功能不能达标;信号机的电磁抗扰度性能不能达标;部分信号机的基本功能不能达标, 存在相位突变, 易诱发交通事故;连续工作可靠性差, 频繁出现故障。
存在以上问题在实际应用中, 信号机就不能很好的发挥道路交通组织的和疏导的作用, 在一定程度上就为事故和交通拥堵的发生埋下了隐患。
2.4.3 相关设施问题
参考国家规范, 地面标线、标志与信号控制方案不匹配, 例如某市某交叉口现状如图2所示, 交叉口信号相位如图3所示, 南北方向设置单独左转相位, 显然地面标线和标志没有标示单独左转车道, 二者之间存在矛盾导致驾驶员误判, 影响交叉口有效通行。交叉口设置的电子警察无法判断在红灯时是否对闯灯车辆进行抓拍, 尤其是对左转待行区等待左转车辆抓拍, 导致车辆不能有效利用道路空间资源。
2.5 交通信号设置不合理
(1) 信号周期。
许多城镇交叉口信号周期设置及其简单, 一天只设置一个周期, 小的城镇超过90%的交叉口只设置一个时段, 地级中等城市也有近70%的交叉口只有一个配时方案, 如图4所示。部分交叉口信号周期时间设置过长导致延误增加, 或由于设置过短造成行人过街不安全。
(2) 信号相位。
相位设置只根据感性认识, 在满足交通需求条件下通常通过设置多相位保证交叉口交通流通行的有序性, 没有根据实测交通量进行分析。
(3) 绿灯间隔。
多数城市绿灯间隔设置一般为黄灯3s, 全红时间没有。没有根据交叉口具体特征或本地区机动车机动性能进行设置, 往往造成交叉口事故率居高不下。
(4) 信号协调。
交叉口交通信号协调控制往往实施起来较为困难, 但在一些有条件的地方, 比如以一条主干线为轴发展的城市完全可以实施干线协调控制。
3改善措施
3.1 交通规划改善
3.1.1 规划城区交通规划
主要面向中远期的规划控制层面, 目的是将道路交通规划与土地利用、综合公共交通充分协调, 建立一体化的城市交通系统, 以支持城市的可持续发展, 规划涵盖交通发展战略、道路系统、轨道交通、客运与货运枢纽布局等内容。重点是重要通道的确定和大型基础设施布局, 制定服务于引导城市未来发展格局的城市干线道路网络体系。
3.1.2 核心城区 (建成区) 近期交通综合改善规划
主要面向近期实施层面, 目的是短时间内通过规划与实施并重解决市民关心的交通实际问题, 涵盖内容为通过“短平快”的道路交通设施改造、交通组织与管理、行人与公交设施改善等方面综合治理措施, 制定交通改善方案和实施计划, 以解决交通拥挤和矛盾突出区域的交通问题。重点是对拥挤区域的道路、公交、停车及行人系统进行改善, 通过消除道路交通“拥堵”点、增加路网容量、完善公交设施以及合理交通组织等措施, 在私人小汽车不断增长的前提下, 将核心城区交通质量提高到一个新的水平。并建立近期交通改善实施计划表, 方便政府部门实施。我们可以把中小城市交通规划技术路线组织及技术路线线整合成如图5所示。
3.2 交通信号改善措施
交通信号的发展应考虑近、中、远期城市发展规划, 设施建设及实施应相互结合、综合考虑, 保证投资的有效性和交通控制效果。在交通管理规划的基础上, 从信号设施和信号设置着手, 交通信号建设发展一般性原则归纳如下:
3.2.1 交通信号设施
(1) 信号灯。
信号灯的形状一定要考虑交叉口在城市中的区位及相交道路的等级, 并为未来预留发展空间。根据未来相位设置需求信号灯的灯头选择主要两种满盘灯和箭头灯;信号灯灯杆根据交叉口大小进行设置, 为减少投资, 可全部设置为立杆灯;根据路口形状、交通流量和交通事故情况等条件, 确定路口、路段信号灯的设置;在设置信号灯时, 应配套设置相应的道路交通标志、道路交通标线和交通技术监控设备。根据规范设置机动车信号灯、行人信号灯、自行车信号灯等。
(2) 信号机。
信号机根据中远期进行设置, 在招标过程中信号机基本参数应有以下要求:支持8个以上相位、支持4个以上时段、具有TCP/IP网络通信功能。若城镇管理规划中有部分交叉口实施线控或区域协调控制, 则该区段交通信号机应支持感应式、内嵌时钟或网络协调功能。
加强对地方公安交通管理部门对信号机新标准的了解, 防止主观否定标准的规定、要求;选用优质的电子零部件, 产品结构设计须合理;建立信号机产品认证制度, 规范市场等。
(3) 管线。
若交叉口近期没有实施信号控制, 交叉口信号机、信号灯之间连接的过路钢管应预埋。若交叉口与交叉口之间远期实施协调控制, 交叉口之间管线可考虑远期铺设。
3.2.2 交通信号设置
(1) 周期设置。
在给定条件下, 进行长或短时交通调查, 结合道路规化, 设置信号周期。一天中应设置多个时段 (至少在白天和夜间设置两个时段) , 设定多个配时方案。其中周期时长宜为80～120 s。
(2) 绿灯间隔。
绿灯间隔的选择较为困难, 无大量调查数据条件下可以相位绿灯起始至第二辆车通过停车线时间差值的平均值作为参考。
(3) 相位。
相位的设置, 应该首先考虑交叉口的构造、交通条件、交叉口的布局, 其中尤其是左转相位的设置一定要调查一个周期内左专车的交通量, 按照规范要求, 一般大于3辆车即可考虑设置单独左转相位。
3.2.3 交通信号协调控制
根据城镇发展走向以及道路网结构, 考虑近、远期实施干线协调控制或区域协调控制, 实施交通信号设施协调发展, 并在今后对交通信号进行改造。交通信号的发展必须结合城镇综合交通规划、交通管理规划、交通安全规划等内容, 进行交通信号的发展投资建设规划, 信号设施间协调发展, 比如普通的定时控制不允许设置感应式信号机, 只需设置多时段的信号机即可。信号设置相互协调控制, 以便于交通组织和管理, 同时信号设置必须保证交通安全。
4结束语
中小城市的交通规划应结合城市长远发展考虑, 应做到城市交通可持续发展。交通信号是对交叉口实施交通管理, 有效组织交通的重要手段。交通信号建设的连续性是保证交通控制能否完成未来交通需求的重要内容。建议中小城镇在实施交通信号时, 在所述内容框架下, 进行交通管理规划, 保证交通信号系统安全有效的实施。
摘要：随着我国经济的发展, 城市日新月异, 城市交通规划也应随着经济的发展做出合理的规划。本文通过对中小城市的交通规划现状进行调查, 提出合理的交通规划改善措施。
关键词：城市交通,交通规划,措施
参考文献
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交通流控制 篇8
关键词：交通流再分配,自组织控制,单交叉口,局部拥挤
城市道路交通拥堵可分为常发性拥堵和偶发性拥堵。常发性拥堵往往会在固定时段周期性地出现,具有较强的可预测性,可根据周期性统计来制定合理的疏散控制方法。偶发性拥堵主要是由特殊事件或紧急情况引起的拥堵,如交通事故而导致的拥堵,具有偶然性和不可预测性。由于偶发性拥挤的不可预测性,现有的关于拥堵交叉口的常规控制方法,如定时控制、自适应控制等的疏散效果并不明显。自组织信号控制以优先放行交通需求最大的交通流为目的,根据实时检测到的交通信息对交通流放行顺序进行重组形成新的待放行相位,达到快速疏导拥挤交通流的目的。因此,就缓解拥挤交叉口而言,自组织控制的疏散效果更明显。
关于交叉口自组织控制方法已有不少研究,本文在已有成果的基础上,以局部拥挤条件下的单个交叉口为例,研究了一种考虑交通流再分配的自组织信号控制方法(Self-organizing Signal Control Considering the Traffic Flow Redistribution记为SSC-TFR控制方法),旨在达到快速疏导局部交通拥挤的目的。
1 考虑拥挤交通流再分配的自组织控制方法
1.1 基本原理
局部拥挤一般是由突发交通事件或紧急情况造成的,通过向交通参与者发布事件信息从而改变交通流布局是交通管理者通常采取的疏散措施之一。假设单个交叉口的下游路段发生交通事件,上游交通参与者在获知事件信息后会考虑出行需求及拥堵情况适时改变出行路线,此时上游交通流会重新分配,因此会产生交叉口交通流再分配现象。
SSC-TFR控制方法是在考虑拥挤交通流再分配的情况下,根据检测器检测到的实时交通数据,以优先放行交通需求最大的车流为目标,结合模糊理论适当调整交叉口信号配时参数,并通过调整相位、相序使各方向的交通流实现自组织运行。SSC-TFR方法的基本步骤如下:
Step1:根据交叉口实际情况,确定其候选相位集合;
Step2:确定各相位的最短绿灯时间Gi,min、等候通行的最长等待时间Wmax;
Step3:给优先获得通行权的相位i分配该相位的最短绿灯时间Gi=Gi,min;
Step4:在绿灯即将结束前,根据检测到的实时交通数据计算放行车道a的平均绿灯延误车辆数NG,i,a(最小绿灯时间放行完毕后到达交叉口加入排队的车辆数),其他未放行车道b的红灯等待车辆数NR,i,b;
Step5:确定交通需求最大(拥堵情况下,车道的NR,i,b越大,则认为其交通需求越大)的关键流向,将包括该流向的所有相位设为待放行相位j,计算各自的平均排队车辆数NR,i,j,NR,i,j最大的为拟放行的关键相位;
Step6:根据模糊推理确定当前相位i的切换条件,其有效绿灯延长时间记为ΔGi,且:
1)若ΔGi在未符合切换要求前已经达到某一流向的等待时间上限,则强行切换至这一流向所在的交通需求最大的相位(即迫切相位);
2)若ΔGi符合切换要求,且未达到等待时间上限,则切换至重新计算后确定的关键相位。
Step7:给选中的相位以该相位的最小绿灯时间Gi=Gi,min,并重新计算上述交通数据,以此循环。
上述方法的原理如图1所示。
1.2 候选相位集的确定方法
候选相位集的确定不仅要考虑交叉口的几何形状,还要尽可能避免各方向的交通流发生冲突。根据相位设计原则,考虑交叉口的车流流向,可设计多个可行相位构成候选相位集。以常见的进口渠化的双向四车道交叉口为例,其车流方向如图2所示,每个进口都有左、直、右三个流向,按照相位设计原则,可以形成的候选相位集如表1所示。在切换相位时,不受固定周期、固定相位相序的控制,优先考虑交通需求最大的相位,给与其绿灯通行权。
1.3 最短绿灯时间、等待时间上限的确定
候选相位集中各相位的最短绿灯时间Gi,min根据交叉口的实际状况及行人、非机动车的过街时间综合确定。在考虑各相位放行顺序时优先放行交通需求最大的车流,但同时也要考虑其他未放行的车流的等待时间上限Wmax。一般情况下,驾驶员可以承受的等待放行的时间范围为120~210s,但是也会受城市大小、道路环境等因素的影响。比如在同等条件下,大城市的驾驶员可以承受的绿灯等待时间比小城市的要长一些。因此,在具体确定Wmax时要综合考虑驾驶员心理承受能力、城市规模、道路等级等因素。
1.4 排队车辆数的计算
通常,在局部拥挤条件下,绿灯结束后会存在一部分滞留车辆不能通过交叉口,需要等待下一次绿灯放行,研究中称为绿灯延误车辆,其他未放行车道上等待的车辆称为红灯排队车辆。以图2西进口为例,计算各车道的排队车辆数。
1)左转车道:设第i次绿灯相位结束时,车道A原滞留车辆数为ΔLi,A,下一次获得绿灯前到达车辆数为Li,A,由此可得车道A的红灯等待车辆数为:
第i+1次绿灯时段到达的车辆数为aLi+1,A,离去的车辆数为dLi+1,A,则车道A的绿灯延误车辆数为:
2)直行车道:车道B上游检测到的车辆不仅包括直行车辆,还包括左转车辆,因此在计算时应除去左转车辆。车道C的计算方法与A相同。则第i次绿灯相位结束后至下一次绿灯前,车道B红灯等待车辆数为:
式中:Pi,L为第i次绿灯结束后至i+1次绿灯开始前累计到达的车辆中左转车所占的比例。
第i+1次绿灯结束时,车道B的绿灯延误车辆数为:
1.5 绿灯相位的切换条件
图1的绿灯模块用来决定绿灯相位的切换条件,也即当前相位的绿灯时间。根据已有研究采用模糊理论确定绿灯相位的切换条件,其输入为当前相位的绿灯延误车辆数Ni,G和其他相位的最大红灯等待车辆数与Ni,G的差值ΔNi。Ni,G分割为7个模糊语言变量{很少(VS)、少(S)、较少(LS)、中等(M)、较多(LB)、多(B)、很多(VB)},ΔNi被分割为7个模糊语言变量{正大(PB)、正中(PM)、正小(PS)、零(Z)、负小(NS)、负中(NM)、负大(NB)},它们的隶属函数采用三角形和梯形函数,分别如图3(a)、(b)所示。输出为当前相位的绿灯延时ΔGi,被分割为7个模糊语言变量{很短(VS)、短(S)、较短(LS)、中等(M)、较长(LL)、长(L)、很长(VL)},其隶属函数如图3(c)所示,模糊规则如表2所示。
2 仿真验证
2.1 实验设计
实验以图2所示的交叉口为例,利用MAT-LAB的模糊控制工具箱设计了绿灯模块并利用编程实现SSC-TFR控制,借助VISSIM对交叉口的交通运行状态进行仿真。为了体现SSC-TFR的适用条件及控制效果,实验分别在交通流正常、饱和及过饱和三种状态下进行,且每种交通流状态下都设计一组固定配时方案与之形成对比。饱和状态的流量确定参考《城市道路设计规范》。局部拥挤条件通过在路段上设置交通事件实现,为了体现交通流的再分配现象,在拥挤发生后,重新分配事件上游的车流比例。
实验仿真时间为3 600s,交通流构成为小车比例95%,大车比例5%。交通事件的发生地点为东出口外侧车道100m处,发生时间为第900s,清除时间为2 700s,考虑信息传输的时间差,流量再分配时间为1 000~2 700s。不同交通状态下的流量输入情况如表3所示。相位1、2、3、4、5、6、7、8的最短绿灯时间分别为15s、20s、18s、16s、13s、18s、18s、16s。固定配时控制设计成三相位,右转车辆不受控制。三种交通流状态下的固定配时方案如表4所示。
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注:表中时间段1、2、3分别代表仿真时间0—1 000s、1 000—2 700s、2 700—3 600s
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2.2 结果分析
本文以平均速度、平均延误及平均排队长度为评价指标对不同交通状态下的两种信号控制方法进行对比,表5为仿真实验的对比结果。由表5可知,在三种交通流状态下,SSC-TFR控制方法均优于定时控制,尤其是交通流量较大的情况下,其控制效果更好。这说明在局部拥挤条件下,本方法明显优于定时控制。分析发现,在正常流量下,前者的改进效果不是很明显,这是因为定时控制还能够较好地发挥其调节作用。但当交叉口流量过饱和时,本方法的控制效果有所下降,这是因为在所有方向流量都很大的情况下,各相位可调绿灯时间有限。
3 结束语
浅析如何控制交通污染 篇9
交通污染与车流量、车型、燃料、运行状态、道路条件及地理气象等有密切的关系。在不同的季节与时间里都在随机变化着。在我国不同地区的监测中,已发现环境空气的污染物中,车辆排放量占有较严重的分担率,如CO:65%～80%;NOx:50%～60%;THC:80%～90%。随着我国车辆保有量近年来以15%以上的年增长率递增,上述各项污染物的排放量亦将上升。显然车辆排放物将成为我国环境空气的主要污染源之一。
在公路附近上空,往往形成浓度较高且持续时间较长的排放污染物区域,对人体健康形成危害,同时亦将对动、植物和水、土环境造成严重影响。
我国道路和车辆正处于发展的初期,抓住这一关键问题,控制好交通排放污染物,使道路交通发展要合乎生态环境的要求,与环境相协调,无疑是可持续发展战略的条件之一。
1 车辆排放的污染物成分及其危害性
汽车污染物按其形态可分为固体物(粉尘、烟尘)、液体(水滴)及气体(废气)。而汽车废气却是一种排放部位低、不易扩散的流动源,是大气被污染的重要源头,其影响面最宽,危害最大。
汽车废气主要从排气管、曲柄箱及燃料系统中排放出来,所排放废气中危害大的主要有一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NO)和铅化合物及3,4一苯并芘等,现分述于下:
1)一氧化碳(CO)主要由汽车发动机的燃料燃烧不完全而产生。常在空挡行驶,经常刹车、启动、减速和加速时,排出量较大。这种废气成分是汽车排放物中含量较高的一种。汽车排放的分配量占空气中的75%,个别城市更高,据我国1989年对11个城市(清洁区)调查统计,一氧化碳浓度日均值在0.86 mg/m3～8.2 mg/m3之间,有4个城市日均值在4.8 mg/m3之间(已超标)。CO进入人体血液之后,产生碳氧血红蛋白(co-Hb)降低血液输氧能力,对人体心血管和神经系统构成危害。当这种血红素在人体中达10%时,会影响正常的工作和学习,占20%时,会感到头痛、头晕,出现中毒现象,占50%～60%时,会致人死亡。2)碳氢化合物(HC)(简称烃,包括烷烃、烯烃和芳烃)产生于燃烧完全的汽油及汽油燃烧时裂化,在汽车减速时产生量最多。目前无总烃浓度限值标准,因总烃(THC)是由多种碳氢化合物组成,各地车用汽油来源不同,排放的总烃成分的组成比例不一致,单个碳氢化合物成分的毒性差异很大,非甲烷总烃对人体和动物的危害不取决于各种成分的累加浓度,而取决于其中有害成分的大小,它是形成光化学烟雾的主要成分,对人眼、鼻、呼吸道有强烈刺激作用。当知道非甲烷总烃的浓度时,即可判别光化学烟雾产生的可能性。3)氮氧化合物(NOx)汽油在高温燃烧的过程中产生NO。NO到大气中后,部分NO与空气中的氧结合,生产NO2,这是一种红棕色,有毒的恶臭气体。被汽车废气污染的大气同时存在着NO和NO2,主要产生于汽车发动机高速运转时,速度越高,则产生量越多,污染越严重。空气中的NO,由车辆排放的约占50%以上。全国监测NO,浓度的年日均值的混合平均值为0.46 mg/m3,实测表明,公路两侧明显高于此值。汽车排放的NOx中有95%以上的NO与空气接触后,很快氧化成NO2,NO2对人体和动物的眼、鼻、呼吸系统有很强的毒性。在50 ppm以上时,产生咽喉剧痛和剧烈地咳嗽,在500 ppm以上时,几分钟内可严重侵害肺部,甚至死亡。研究还发现,NO2和SO2的协调作用可对一些植物造成严重影响。4)二氧化硫(SO2)在某些柴油发动机排出气体中含有,其排放量虽不大,但当其浓度达8 ppm时,人就开始感到难受,且经氧化成为SO3烟雾时(还不到0.8 ppm)人就受不了。对人可引起支气管炎和哮喘等病,并使桥梁等金属构件受腐蚀。5)铅化合物作为汽油的抗爆剂的四烷基铅,在燃烧过程中分解成氧化铅,被排放于大气,是一种剧毒物质,对人的肝、肾都会造成有害影响,并对消化系统、神经系统有损害。6)3,4一苯并芘是一种碳氢化合物(C20H12),是一种剧毒的致癌物质。7)悬浮颗粒物(TSP)分为总悬浮颗粒物和可吸入颗粒物。据监测结果表明,有65%的城市TSP最高日均浓度值接近0.65 mg/m3,明显高于国外。TSP中的PM10有很大一部分来自于车辆,特别是柴油车的排放物。车辆排放的PM10中,含有卤化物、有机碳和硫化物。TSP的浓度超过0.1 mg/m3时,造成大气能见度下降和到达地面的辐射能减少。PM10如进入人体呼吸系统,对呼吸道和肺部产生严重影响。8)光化学烟雾是一种次生物,是汽车排出废气中的碳氢化合物和氮氧化合物,在空气中经阳光紫外线照射发生一系列光化学反应生成的一种淡蓝色烟雾,同时生成溶胶,形成新的污染物。其基本原理为二氧化氮在强烈的太阳紫外线照射下发生分解,产生一氧化氮(NO)和原子氧(O);原子氧迅速与空气中的氧(O2)反应生成臭氧;臭氧再与碳氢化合物(HC)作用,经过一系列反应,结果产生了臭氧、过氧乙酰硝酸酯(PAN)、醛类和其他许多复杂的化合物,统称为光化学氧化剂。这些光化学氧化剂形成的烟雾叫光化学烟雾。光化学烟雾的形成及其浓度,除直接决定于汽车排气中污染物的数量和浓度外,还受太阳辐射强度、气象,以及地理条件的影响。光化学烟雾可刺激人的眼睛,引起红眼病,对人的鼻、咽、喉、气管和肺部都有刺激作用,可促进哮喘病人哮喘发作,引起慢性呼吸系统疾病进一步恶化,还可以诱发肺癌,以及加速人的衰老。光化学烟雾对植物的损害也十分严重,可使农作物减产、树木落叶或枯死。加速橡胶制品的老化、腐蚀建筑设备和衣物、使染料褪色等。此外,因光化学烟雾生成的气溶胶,常为0.1 μm～1.0 μm之间,不易沉降,易于散射太阳光线,以致显著降低大气的能见度,缩短视距,造成交通事故等危害。气溶胶还能吸附、浓缩大气中的其他污染物,带入人的呼吸道内,加剧污染物的毒害作用。
2 污染物的运动与扩散
要把机动车排出的颗粒(含固体与液体)与气体等污染物输送开,并扩散开来,主要靠大气的风和湍流作用,还与地形、地物有关。风主要使污染物向水平方向扩散,风越大,稀释越快,污染物浓度越低,但风速过大,污染物又反而会下沉。“湍流”又叫“乱流”,是大气中气流的方向和速度经常变化所呈现的极不规则的运动气流。它可使污染物向上、下、左、右扩散。自然界的风都具有这种湍流特性。如果没有这种特性,大气中的污染物,尤其是这种排放部位很低的机动车污染物就不容易扩散和稀释。一般而言,湍流强度越大,越有利于扩散。除风和湍流而外,大气稳定度也是决定大气扩散与稀释的一个重要因素。在大气对流层内,一般气温常因距地面的高度增加而逐渐下降,但有时也可能出现相反的情况,即距地面高度的增加,而气温呈上升的现象,这种现象称作“逆温”,一般逆温出现在晴天无云、无风或微风的夜晚。在逆温时,大气中的污染物就容易积聚于接近地面,甚至无法扩散,使地面污染物浓度超过平时的几倍甚至几十倍。如当上空出现高气压时,可出现下沉逆温层,阻止地面污染物向大气上层扩散,以致形成很厚的污染物。若得知下层逆温的预报时,则应减少排污量,对交通实行控制。
地形直接影响到气流的运动和温度,因而也直接影响到在大气污染的程度。污染物在运动中,如遇山地,在迎风面会产生下沉作用,使其附近地区受到污染。如山地不太高,污染物又会越过山地,在背风面产生下沉,使该地区受到污染。
3 控制汽车排放污染物的措施
3.1 严格执行有关法规,加强环境监测
为贯彻《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国大气污染防治法》,有关部门制定了GB 3095-96环境空气质量标准对环境空气污染物的浓度限值规定和GB 14761-99汽车排放污染物限制及测定方法,对车辆排放物限值规定等有关法规。环境标准是环境保护法的重要组织部分,正确实施环境标准是加强和完善环境法制建设的重要手段。控制汽车污染物的排放,是改善环境空气质量的重要前提。加大环保的管理力度,加强各级环境管理机构的设置,按国标规定的检测方法实施对环境污染物的监测,是贯彻有关法规的必要保证。对公路而言,需以路中心线两侧各200 m的狭长地带作为监测范围。
3.2 改进机动车设备,控制排污量
改进内燃机结构,发展转子发动机,使汽油在免爆中燃烧完全。研究改进汽车的废气净化装置,改进曲柄箱、汽化器和燃料箱等,使之能避免或减少气体的遗漏,或强制性规定加装净化装置等,减少或改变排污的成分与数量。安装漏气回流管和补燃器,使气管排出物再次燃烧而变为无害的气化物。
3.3 改进能源
可研究采用电子汽车和采用液化天燃气、氢气、液化煤气与柴油的混合燃料;用无铅汽油来代替有铅汽油作燃料,是减少汽车排污的有效措施。对城市交通,可积极发展无轨电车、电动车、地铁等。从发展看,要研究无公害汽车和高效交通系统。
3.4 合理地布置路网与调整交通流、综合治理交通
如对道路交通噪声控制一样,在城市道路与公路的路网布设中,都应充分利用自然条件和有关结构物,把减少或避免对大气的污染物放在重要位置来考虑。还应注意加强交通管理,调整交通流,使道路上的车流有适当的流量和速度,尽可能地匀速、畅通,从而减少因高速、减速、刹车、走动等带来的污染。
3.5 绿化
考虑到实际的地形与气象条件,于道路两侧适当范围内进行绿化,是净化道路交通环境的既经济又有效的措施,并尽可能与降噪声措施一起考虑。
摘要：论述了公路交通排放的各种污染物的成分及其危害性、污染物的运动与扩散,提出了控制汽车排放污染物的几个措施并作了具体阐述,以期使道路交通发展要合乎生态环境的要求,与环境相协调。
关键词：控制,交通,污染
参考文献
城市区域交通控制技术研究 篇10
一、传统的城市区域交通控制技术
1.1交通信号灯阶段。最早的城市交通控制手段是美德两国对煤气信号灯的成功应用, 但由于其不能自动控制, 且每个道路口都必须安排有交警值班, 这既增加人力成本又不能实现全天控制, 所以其很快就被淘汰。鉴于煤气信号灯的失败运行, 英国政府后期又引入了电力信号灯进行交通管理。尽管其在公共安全方面起到一定改善作用, 然而在交通量日益快速增长的趋势之下, 电力信号灯也没能延续很久。
1.2固定配时控制阶段。城市交通控制真正开始于上个世纪20年代的“固定配时控制”阶段, 不断增多的交通拥堵想象使政府决策者们将城区道路建设的基本目标锁定在“固定配时”信号控制系统上来。从50年代后期开始, 逐渐出现通过联动交通信号来改善独立的固定配时控制的策略建议, 但对于调校准交通信号周期不是一件容易的事。固定配时控制在应对交通事故、计划外事件时缺陷诸多, 其联动优势也将在几年后消失。
1.3独立型车辆交叉口阶段。在上个世纪70年代, 随着感应圈的出现, 车辆达到路口可被信号感应, 依托于检测线圈的交通检测器可以针对车辆出现状况相应地分配绿灯时间, 但在升级改造车辆感应系统上耗费巨大, 尽管后期出现了车辆感应优化微处理器, 其在道路交叉口饱和之前可以实现车辆延误最小化模式运行, 但在达到饱和状态之后的道路交叉路口, 其作用之下的通行能力就会有所下降, 所以也没能长久地运行下去。
二、现状
感应圈的改进为缓解车辆独立型的感应交叉路道路口运行压力起到了一定作用, 但在交通达到饱和的状态下, 城市交通控制系统的日趋完善, 已不再单单依靠独立型的车辆信号控制解决车辆拥堵问题。从此, 治理城市交通拥堵的焦点就放在了如何应用智能化的交通控制技术上, 智能化的交通控制技术能实现道路直观而集成的自动化控制, 避免人为的误差, 减少了多余的道路检测设备经费投入。
三、城区智能化交通控制技术研究
3.1 UTMC交通控制系统。由英国交通部构建的UTMC交通管理与控制系统, 实现了交通管理系统中不同应用程序的互相关联与资源共享。提供实时动态的交通信息是其成功的关键。UTMC既可以帮助驾驶员使用车牌自动识别相机确定行驶的平均速度从而给予行程时间建议, 又能通过可变信息板为其提供路况警示信息。在系统操作上, 它的一个优点就是通过建立统一的国际标准使得智能交通系统之间的转换更加容易, UTMC以其共享数据库的标准格式使得全感应式交通控制系统发展成为潮流。
3.2 ITS交通控制系统。类似于UTMC的另外一个控制系统就是ITS系统 (国家智能交通系统通信协议) 。它包括ATMS、ATIS和AVCS三部分, ATMS主要用于交通需求和交通能力的时间匹配, ATIS通过可变信标指示牌、GPS全球导航系统对车辆实现路由导航, 完成空间匹配, AVCS由纵向控制器和偏航控制器构成, 它衍生出一种自动高速公路系统AHS, 实现了系统的高度智能化[2]。ATMS和ATIS这两个系统是实现城市交通控制系统自治控制的主要合成部分, 它们作为一种智能体, 能通过相互协作和合作解决大规模的交通流冲突中的复杂协调控制问题。
3.3 CVIS交通控制系统。CVIS (车路协同系统) 是欧洲出现的一项车路检测技术, 它以交通媒介的形式通过无线局域网、红外线、蜂窝技术或者数字广播通讯实现车辆之间以及车辆与周边设施设备实现通讯。它采用类似于CVIS的交通控制系统架构, 具有系统潜在适应性, 使用这种检测技术, 车辆将实现减少15%左右的出行时耗, 在一些不太拥堵的次道路上每辆车在交叉口最多可以实现节约5秒的时耗。
3.4自动化城市交通控制管理系统。城市区域交通控制技术不断由独立车型交叉口向完全无须由人力控制的直观系统发展, 这种自动化系统可以有效管理交通控制技术, 减少人为错误, 其优势在于不仅减少了道路检测设施的需求, 通过利用感应线圈和红外线感应器还能降低人为和系统的维护费用[3]。智能自动化的交通控制系统虽然能够通过减少车辆平均延误时间在一定程度上控制交通信号, 但由于目前的交通控制系统缺少对大规模的交通流实现全盘考虑与预测, 随着交通流的增加, 人为更新交通事件发生的时间信息显得必不可少。
四、未来交通控制技术发展预测
4.1“物联网”信息收发系统。在网络技术不断发展的今天, “物联网”是一种采用收发数据技术而开发的车辆信息收发系统, 每个车辆将具有独立的身份信息, 这些信息包括车辆的历史行程信息、未来路程走向、历史行程路况和天气状况, 而通过“物联网”将实现其他车辆、行人以及交通控制系统操作者之间信息互通。
4.2驾驶模拟器的开发。随着通信和检测技术的发展, 通过精确检测、正确定位, 车辆可以被迅速感知, 减少车队离散模型的不确定性[4]。诸如欧洲的一种驾驶模拟器COOPERS, 它会自动感应严峻的驾驶状况, 当其显示警示状态时, 驾驶员可改变其驾驶行为, 车速平均下降14%, 驾驶员通过获取这样的信息避免进入拥堵排队交通区域, 使路网运行状态得到改善。
4.3蓝牙传感器信息检测。蓝牙功能对于驾驶员来说已经不再陌生, 而伦敦交通局曾拿蓝牙传感器做了实验, 探寻其是否可以用于城市关键道路上向驾驶人员发送车速和检测方面信息, 结果蓝牙传感器在车内渗透率上缺乏稳定性, 对交通流测算也不够精准, 它的技术还有待进一步研发。
4.4“浮动车数据已获测试”。近期最有可能被广泛应用的一种检测技术就是“浮动车数据已获测试”, 它通过对移动电话设置一种交通传感器, 由此推测车辆的位置和运行速度信息, 相对于现在使用的单一检测点来说, 这种技术的优点在于车辆通过获取连续的数据流使交通控制系统的标定和校核变得更为容易。
五、结语
综上所述, 现代城市交通的不断膨胀, 运用交通控制技术实施城市区域交通道路的交通流协调控制变得很有必要, 现有的交通控制技术在为车辆检测速率及路况、提供有效实时信息、智能警示等方面存在诸多优点, 但未来骤增的交通流还需要更加先进、精确的交通检测和通讯技术, 它们的研发将有助于进一步改善城区交通拥堵状况。
摘要：当前, 随着我国城市化的加快, 车辆迅速增加给我国城市带来了一系列交通问题。面对急剧增加的车辆和城区有限的交通资源, 如何缓解城市区域的交通拥堵、提高交通运行效率成为了城市区域交通控制研究领域的热点问题。本文从传统的城市交通控制技术出发, 结合其局限性和现代城市交通发展的高要求, 重点研究城市发展新形势下交通控制技术的应用及未来交通控制相关技术的研发, 为缓解城市区域交通拥堵问题提供交通控制技术层面的参照和借鉴。
关键词：城市区域,交通,控制技术
参考文献
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[3]杨文臣, 张轮, 施弈骋, 张孟.智能体技术在城市交通信号控制系统中应用综述[J].武汉理工大学学报 (交通科学与工程版) , 2014 (08) :38-40.
无线手持智能交通灯控制系统 篇11
因此，我设计了一种能进行无线控制的智能交通灯系统。
一、方案设计
本文以STC89C52单片机为核心设计了一个十字路口交通灯的无线控制系统，通过ZigBee模块遥控实现红绿灯时间长短的改变，用两个数码管显示控制状态。
系统主要包括手持设备模块、交通灯控制模块以及数字显示模块。在交通现场中，十字路口中心与红绿灯的距离一般不超过300米， ZigBee模块的通讯距离在800米以内均能有效传输。
将ZigBee网络构建成Mesh网络结构，节点也可转发数据，增强了系统的可靠性。 处于十字路口中心的交警可直接通过手持设备连接到交通灯控制模块。
二、硬件设计
1.无线手持设备硬件设计
手持设备硬件主要包含单片机、液晶显示、无线通信、时钟控制模块等，如图2所示。交警通过按键电路输入拟控制的信号灯与时间后，由单片机编码打包并通过ZigBee模块发送到交通灯控制模块。其中，CN3065用以系统校时和时间提示，ZigBee模块采用CC2430。
2.交通灯控制模块硬件设计
交通灯控制模块主要用来识别数据包并发出控制指令，转换信号灯。串口通讯用来与微机连接以将现场数据传输至监控中心，方便监控中心在特殊情况下进行远程控制。
在十字路口交通灯中，由于在同一道中的红绿灯显示完全一致，因此，数码管显示电路共采用了两个一位共阳极七段数码管，每两个为一组，一组数码管可显示0至99之间的数字。STC89C52的P1口的各个引脚接300欧的电阻，再接入七段数码管。
三、软件设计
系统软件设计包括手持设备的软件设计和交通灯控制模块软件设计两个部分。本文基于IAR Embedded Workbench平台开发了手持设备和交通灯控制模块的软件程序。
1.手持设备软件设计
手持设备主要是让交警输入拟控制的交通信号灯的ID和状态，并将控制信号发送出去。无线通信模块CC2430带有符合ZigBee规范的协议栈Z-STACK。手持设备的ZigBee模块为协调器，主要功能是启动ZigBee网络，更新网络节点，故仅在手持设备被激活的情况下才可进行控制。
为防止发送丢包导致的误动与拒动问题，数据包采用MODBUS协议，校验方式选择CRC-16。在建立ZigBee网络后，液晶屏上会显示最新可供控制的交通灯列表。在交警输入命令后，将控制信息发送出去。
2.交通灯控制模块软件设计
交通灯控制模块主要功能是加入手持设备已建立的ZigBee网络，并接收手持设备发送的控制命令。当申请加入网络时，将自己的ID号、日期发给手持终端以便统一校时。若没有加入ZigBee网络，则按原交通灯的控制逻辑执行。
城市交通干线协调控制 篇12
关键词：智能交通,城市干线协调控制,模糊控制,模糊推理,平均车辆延误
在城市交通路网中, 把一条干道上一批相邻交叉口信号连接起来, 以实现信号的联动协调控制, 可以有效地减少车辆的停车次数和车辆平均延误时间。干线交通是城市路网的主动脉, 通常承担主要的交通任务, 因此, 干线的通行能力影响着整个城市道路网的运行优劣。实现有效的干线协调控制不仅可以减少车辆停车次数、缩短停车时间、保证道路网顺畅, 而且还可以降低能源消耗、减少环境污染。目前, 城市交通控制方式主要有单交叉口控制、干线协调控制、区域协调控制。单交叉口的控制能有效地减少单个交叉口带来的车辆延误, 但不能有效地提高整个城市路网的通行能力。由于城市交通的快速发展, 相邻交叉口之间的关联程度越来越紧密, 因此, 必须把相关联的路口作为一个整体进行协调控制。城市干线协调控制正是基于这种控制方式来提高路网的通行能力。
1 干线控制理论及模型
在干线协调控制中, 一般会指定一个关键交叉口作为基准参考点 (关键交叉口一般选取交通量比较大的交叉口) 。大量的应用实践表明, 当相邻交叉口间的距离超过800m时, 干线协调控制反而不如各个交叉口的单独控制, 这种情况下一般会选择孤立交叉口控制。图1为干线模型, 假设各个路口距离均小于800m, 每个干线车道均为6条, 各交叉口的车流量相差不大。在图1的干线模型中, 有入口交叉口1, 出口交叉口3以及中间交叉口2, 它们都具有完整的干线控制特点。每个交叉口有4个进口道方向, 在每个方向上又有左拐、右拐、直行三种分流方式, 每个方向还设置了上游感应线圈和下游感应线圈, 上游感应线圈用来感应进入该方向的车辆数, 下游感应线圈用来测量离开该方向的车辆数。国的交叉口控制主要采用两相位控制和四相位控制两种控制方式, 图2为四相位控制方式。相位越少控制就越简单, 相反, 相位越多控制就越复杂。相位越多越可以有效地减少车辆通过交叉口时的车辆冲突, 并且车辆疏散的越快越有利于车辆顺畅通过;相反, 相位越简单, 车辆冲突就会越多, 这就使车辆在通过交叉口时增加通过时间。
相位是交叉口控制的重要控制参数, 目前, 我
2 干线控制方式
2.1 基于相位差的绿波带控制方式
“绿波带”协调控制是指车辆在干线上行驶时, 当在一个路口遇到绿灯并以一定的速度行驶, 可以使得车辆能够连续遇到绿灯放行。此种控制的实质是对交叉口定时控制的一种改进。
协调控制主要是靠相邻交叉口的相位差决定的, 即当车辆在交叉口1处遇到绿灯, 经过一定的时间后到达交叉口2时, 交叉口2绿灯相位开启, 由式 (1) 确定
式中:t0为相邻交叉口的相位差, s为相邻交叉口的距离, v为车辆在相邻交叉口间的平均速度。
图3为基于相位差的绿波带控制时距图。在图3中可以看出, 绿波带控制方式要依赖车辆的平均速度, 车辆速度的变化会引起下一交叉口绿灯的开启时间。通常情况下, 车辆在城市路网中的行驶速度集中在10~30km/h, 这种速度变化会减弱控制能力。
2.2 基于感应协调的绿波带控制方式
“感应”协调控制方式的相位差不是由式 (1) 中的方式来确定, 而是通过交叉口的上游感应换线来感应车辆到达交叉口, 这种感应方式能很方便地检测到从上游交叉口行驶到下游交叉口的车辆, 这种感应式控制对平均车速的敏感大大降低, 有利于协调控制。
干线协调控制中相邻交叉口的联系主要是上游路口的车流经过一个离散后汇集到下游的交叉口。因此, 所有的车道应按照既定规则进行统一编号, 设在t-Δt时段进入第i号交叉口第j个车道的车辆数为Iij (t) , 该时段内从第i号交叉口第j个车道驶出的车辆数为Qij (t) , i=1, 2, 3;j=1, 2, 3, …, 12。
设Q12 (t) 和Q21 (t) 分别表示经过Δt时刻后, 交叉口1到交叉口2及交叉口2到交叉口1的中间路段车辆数, 则它们之间满足如下关系
其中:
设Qin (t) , Qout (t) 分别为 (t1, t2) 时段内沿某一方向、某一车道上通过上游、下游感应线圈的车辆数, Qlast (t-1) 为上一周期车辆在这个方向上的滞留车辆数, 那么该方向上的车辆等待数量可由式 (4) 确定
设Qmax为某一方向车道的上游线圈和下游线圈间最大排队车辆数, 可以得到式 (5)
式中:D为两线圈的距离, L为折算后的平均车辆长度, 包括车辆间的安全距离。
3 模糊协调控制结构与算法
3.1 模糊控制结构框图
分级模糊控制能有效地减少模糊规则数, 易于提取模糊规则, 特别适合于交通状况复杂的城市交叉路口的信号控制。如图4所示, 通过采用两级模糊控制器实现有主次干道之分的干线协调控制。
3.2 干线模糊控制器的算法
理论研究和系统仿真表明, 在两级模糊控制中, 一定时段内保持稳定的信号周期有着更好的控制效果。取5个周期作为一个时间段 (具体数据由交通状况仿真给出) , 干线周期T由前一时间段的交通信息预测获得。设T1为1号交叉路口的预测周期, T2为2号交叉路口的预测周期, T3为3号交叉路口的预测周期, 为实现干线的协调控制, 取T=max (T1, T2, T3) 。
具体算法步骤如下:
步骤1:初始化, 初始时间t=0, 设置初始车辆数为60, 确定下一时段的周期T;各交叉口的初相位为a, 初始相位的标志为1;设定交叉口各个相位的最小绿灯时间Tmin和最大绿灯时间Tmax;
步骤2:在初始时刻t, 交叉口1的初始相位最小绿灯时间Tmin;t+Δt时刻, 路口2的初始相位最小绿灯时间Tmin (最小绿灯时间设置为15s) ;
步骤3:绿灯时间结束后, 判断这一相位绿灯累计时间是否超过最长绿灯时间Tmax, 即60s。若超时, 车辆行驶权转化到下一相位;若未超时, 执行Step4;
步骤4:通过感应线圈检测各相位车辆队列的长度, 计算出绿灯及红灯相位交通强度 (G, R) ;
步骤5:根据绿灯相位交通强度和红灯相位交通强度计算出绿灯延时时间为es;
步骤6:根据es与Ri计算出延时时间的修正量△e, 得出最终绿灯延时时间e=es+△e;
步骤7:判断e是否大于Tmax, 若e不大于Tmax, 则跳转到Step4;若e大于Tmax, 则绿灯延时结束, 跳转到下一相位。
4 协调模糊控制器的设计
4.1 模糊变量的处理
模糊输入变量有Q1g, Q1r, 分别表示车辆在交叉口1的绿灯期间排队长度和在红灯期间的排队长 (最大排队长度为感应线圈距离与车辆平均长度之比, 取30) ;t1g, t1r为时间延迟增量在[0, 45]区间时的经过比例, 其因子为, 可将其区间变换成[0, 20], 然后对给出的论域进行模糊子集划分。根据模糊控制的特点可知模糊子集越多模糊控制越精确, 最后的模糊子集也会成几何形式增加, 这也将加大控制系统的难度, 把模糊子集分成7个子集{很短, 较短, 短, 中, 长, 较长, 很长}, 分别对应{VS, RS, S, M, RL, VL}, 由Q1g和t1g并经过模糊处理后, 得到当前绿灯相位的紧迫度, Q1r和t1r经过模糊处理后, 得到当前的红灯相位紧迫度, 即为下一相位的绿灯紧迫度。
根据研究, 高斯型隶属度函数曲线形状比较平缓, 控制特性也较平缓, 稳定性较好, 是描述模糊子集的合理形式, 因此, 模糊控制器的输入与输出均采用高斯型隶属度函数, 高斯型隶属度函数式为
由此可做出模糊控制隶属度函数, 如图5所示。
4.2 模糊规则及语言表达
根据交通流经验、当前绿灯经过时间以及两级模糊控制器中模糊控制器的模糊逻辑规则进行设计, 依据如果当前绿灯相位排队的车辆数越少、经过时间越长, 则当前绿灯相位的紧迫度就越小, 得出候选绿灯相位模糊控制器的模糊规则, 如表1所示。同样, 按照此种方式可以得出红灯相位的紧迫度, 如表2所示。
5 仿真结果及分析
为验证干线模糊协调控制和传统干线协调控制的不同, 采用了MATLAB7.5进行仿真, 并对定时控制和感应控制的仿真结果做比较。
在仿真中做了如下设定, 设定最大排队车辆数Qmax为30辆, 车辆的到达服从泊松分布, 车流的疏散服从负指数分布。主干道的车流量均值为1 400辆/h, 次干道的车流量均值为800辆/h。左转、直行、右转车辆的比为1∶2∶1, 相位最小绿灯时间设定为15s, 相位最大绿灯时间为60s。仿真时间为2 400s, 如表3所示。
从仿真数据来看, 在不同的车辆到达率下, 模糊控制下的平均车辆延迟要优于基于相位差控制下的车辆延迟, 主要是由于相位差的干线协调控制是一种定时控制, 相位差严重依赖于车辆在路网行驶中的平均速度 (是由历史交通数据设定的) , 一旦车速有较大的波动, 交叉口就会出现拥堵, 产生更大的车辆延迟, 而模糊控制主要通过感应线圈来感应行驶车辆的到达, 对平均车速的依赖较小, 因此, 车辆的延误也会相对较小。
4结语
在对基于相位差的干线协调控制和基于模糊控制的干线协调控制的仿真过程中, 针对主干线和次干线交通流量有明显差别的实际情况, 采用两级模糊控制并利用MATLAB7.10软件仿真。实验结果表明模糊控制比传统的相位差控制能实现较好的干线协调控制, 更加有效地减少车辆延误, 提高干线车辆的通行能力。但仿真也存在一些局限性, 模糊控制是利用专家工具集, 隶属度函数的相关设定也由经验数据来设定, 并且不能随交通的实际情况而改变, 应采用相关优化算法对模糊控制进行优化处理, 使其能够更好地适应交通变化。
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