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摘 要：传统干线绿波设计方式是以在地下埋设线圈的方法来感应车流，其成本昂贵且不便于检修;而且传统干线绿波设计方案是以车流平均速度作为设计的输入参数，无法考虑到车流在路段上速度波动性的问题。为了解决该问题，提出一种通过在路面上架设多组红外对射光电传感器的方法来感应车流，并通过建立数学模型，将所得数据结合信号灯诱导装置，对绿灯时间进行动态控制，其优化效果显著。
关键词：光电传感器 信号诱导 绿灯预报 动态控制
中图分类号：TP21 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）07（c）-0088-02
随着社会经济的不断发展，国内的私家车数量的增加呈指数式增加，人民出行次数日益频繁，这使得城市道路交通的需求量在不断上升。基于这一现状，国内外学者提出了一种绿波带设计。为了寻求一个绿波带宽最大值，国外学者 Little等利用了混合整数线性规划的手段，通过调整相位差来寻求最大的绿波带宽;而卢顺达等基于图解法，在设计双向绿波的同时，调整绿波带宽瓶颈的交叉口的相位、相序即相位及相位差来提高绿波带宽的利用率。随着时代的发展，进入智能交通时代的现在，基于智能算法的普及，交通信号协调控制方面也采用了模糊控制算法、神经网络算法等。
上述办法都相当大程度上增大了绿波带的宽度，缓解了交通堵塞的压力，然而却忽视了问题根源所在，这些办法不能动态调整绿灯时间，从而使绿波带宽利用效率最大。本文基于交通流的速度特性与交通组成原理，以全新的绿波带设计来研究绿灯时间与绿波带宽的动态优化控制方法。
1 优化控制原理
基于传统绿波带传感器设计方案是采用埋于地下的线圈来感应车流，而这种方法相对来说造价较大且不易于维护。故设计一种在地面上架设对射式红外线传感器来感应车流的方法，并在距下一个路口单位距离处架设LED灯信号灯牌，由传感器测得数据，并通过计算机系统处理得到车流运行的“速度趋势”，算得车流以该趋势从指定位置到下一个路口所需时间，并将此时间预告到LED灯牌上，作为下一路口绿灯开始的倒计时，这使在诱导车流进行小幅度调整行驶速度的同时，又能以最契合的时间点进入绿灯时间。
在车流最后一辆车通过交叉口处设立的对射式红外线传感器时，绿灯时间结束。这样一来就起了动态控制的作用了。
2 对射式红外线传感器架设方案
现假设车流从交叉口i下行到交叉口j，将从交叉口i到交叉口j之间路段等划分成有限段。在这为了便于分析，假设将其分成n段，分别命名为S1，S2，S3…Sn。现在在每段的起，中，终点处分别架设一组对射式红外线传感器，即划分n段需要架设2n+1组对射式红外线传感器。
3 信号产生、接受、处理系统模型
信号产生，接受，处理系统主要由红外线对射电路模块、无线信息接发模块与计算机处理系统三个部分组成。其中细分可以分为红外对射电路、放大整形电路、编码处理模块、无线信息发射模块、无线信息接收模块、解码编译模块，计算机智能处理模块。
红外对射模块的发射端与接收端分别假设在道路的两侧，当道路上没有车辆行驶，即红外线发射端与接收端中间没有遮挡物时，接收端会接收到一个正常的电信号;当有车辆行驶时，信号被挡住，这时红外对射接收端就无法接收到正常电信号，这时就会产生一个定向信号，通过放大整形电路放大，编码电路进行处理，再由无线信号发射端将信号发射出去，在接收端处接收后，解码编译模块对其解码编译，向计算机系统传送一个信号。计算机接收到信号后自动启动计时，并对每相邻两组红外对射系统传来信号的时间差进行记录，并导入计算模型。
4 LED信号灯牌诱导装置
信号灯诱导装置在所提出的方案中是最重要的一环，其中该LED信号灯牌安置在两交叉口之间路段被划分后的第n段的中点。它的作用是将由计算机系统处理得来的车流在指定位置到下一路口所需的时间，以视觉效果呈现给正在运行的车流，告知车流绿灯开始倒计时。这样就起了一个预警作用，从驾驶员的心理特性上来看，这种预警诱导机制能很大程度上减缓驾驶员在邻近路口时，为了能够顺利通行而产生的急切心理。同时由于该时间是通过车流运行速度趋势所得，所以在车流接收到此预报诱导信息时，可以在非常小的范围内调整自身车速，以最契合的时间点进入绿灯时间，而不需要为了赶上绿灯时间大幅度调整车速。这样就可以在保证车流的稳定性与通过路口的顺畅性的同时能非常契合地进入绿灯时间，大大提高了绿灯时间的利用率，并起到一个对绿灯时间动态调整的作用。
对于灯牌的设计，满足以下几点：灯牌采用立柱式支撑方式立于路旁，为考虑驾驶员的视觉特性，灯牌应面对行驶方向顺时针偏转30度，高度在2000～2500mm。灯牌采用跨立式支撑方式时，架设高度应满足道路净空高度要求，一般大于5500mm。灯牌框架及非显示部分涂装应采用吸光涂色，防止炫目。
5 结语
干线绿波设计是城市干线信号控制的主要手段之一，鉴于传统绿波设计方案造价昂贵，不易维护，且不能有效考慮到车流在道路不同路段会因为交通状况与交通组成的不同而导致行驶速度产生波动的因素。本文提出了利用光电传感器与信号灯诱导装置相结合的优化控制方法。该方法：
（1）通过在路面架设光电传感器，设计原理简单，造价低廉且便于维护;
（2）通过优化控制系统会得到一个“绿灯预告时间”，并结合LED信号灯牌，组成一个提前预警系统。通过这种设计可以达到一种“绿灯时间可调控”的动态效果。
参考文献
[1] LITTLE J D C.The Synchronization of Traffic Signals by Mixed-integer Linear Programming[J].Operations Research，1966，14 （4）：568-594.
[2] 卢顺达，程琳.非对称相位相序方式下的双向绿波协调控制图解法的优化[J].公路交通科技，2015，32（1）：128-132.
[3] PAPPIS C P， MAMDANI E H. A fuzzy logic controller for a trafcjunction[J].IEEE Transactions on Systems Man & Cybernetic，1977，7（10）：707-717.
[4] 沈国江，孙优贤.城市交通干线递阶模糊控制及其神经网络实现[J].系统工程理论与实践，2004，24（4）：99-105.
关键词：光电传感器 信号诱导 绿灯预报 动态控制
中图分类号：TP21 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）07（c）-0088-02
随着社会经济的不断发展，国内的私家车数量的增加呈指数式增加，人民出行次数日益频繁，这使得城市道路交通的需求量在不断上升。基于这一现状，国内外学者提出了一种绿波带设计。为了寻求一个绿波带宽最大值，国外学者 Little等利用了混合整数线性规划的手段，通过调整相位差来寻求最大的绿波带宽;而卢顺达等基于图解法，在设计双向绿波的同时，调整绿波带宽瓶颈的交叉口的相位、相序即相位及相位差来提高绿波带宽的利用率。随着时代的发展，进入智能交通时代的现在，基于智能算法的普及，交通信号协调控制方面也采用了模糊控制算法、神经网络算法等。
上述办法都相当大程度上增大了绿波带的宽度，缓解了交通堵塞的压力，然而却忽视了问题根源所在，这些办法不能动态调整绿灯时间，从而使绿波带宽利用效率最大。本文基于交通流的速度特性与交通组成原理，以全新的绿波带设计来研究绿灯时间与绿波带宽的动态优化控制方法。
1 优化控制原理
基于传统绿波带传感器设计方案是采用埋于地下的线圈来感应车流，而这种方法相对来说造价较大且不易于维护。故设计一种在地面上架设对射式红外线传感器来感应车流的方法，并在距下一个路口单位距离处架设LED灯信号灯牌，由传感器测得数据，并通过计算机系统处理得到车流运行的“速度趋势”，算得车流以该趋势从指定位置到下一个路口所需时间，并将此时间预告到LED灯牌上，作为下一路口绿灯开始的倒计时，这使在诱导车流进行小幅度调整行驶速度的同时，又能以最契合的时间点进入绿灯时间。
在车流最后一辆车通过交叉口处设立的对射式红外线传感器时，绿灯时间结束。这样一来就起了动态控制的作用了。
2 对射式红外线传感器架设方案
现假设车流从交叉口i下行到交叉口j，将从交叉口i到交叉口j之间路段等划分成有限段。在这为了便于分析，假设将其分成n段，分别命名为S1，S2，S3…Sn。现在在每段的起，中，终点处分别架设一组对射式红外线传感器，即划分n段需要架设2n+1组对射式红外线传感器。
3 信号产生、接受、处理系统模型
信号产生，接受，处理系统主要由红外线对射电路模块、无线信息接发模块与计算机处理系统三个部分组成。其中细分可以分为红外对射电路、放大整形电路、编码处理模块、无线信息发射模块、无线信息接收模块、解码编译模块，计算机智能处理模块。
红外对射模块的发射端与接收端分别假设在道路的两侧，当道路上没有车辆行驶，即红外线发射端与接收端中间没有遮挡物时，接收端会接收到一个正常的电信号;当有车辆行驶时，信号被挡住，这时红外对射接收端就无法接收到正常电信号，这时就会产生一个定向信号，通过放大整形电路放大，编码电路进行处理，再由无线信号发射端将信号发射出去，在接收端处接收后，解码编译模块对其解码编译，向计算机系统传送一个信号。计算机接收到信号后自动启动计时，并对每相邻两组红外对射系统传来信号的时间差进行记录，并导入计算模型。
4 LED信号灯牌诱导装置
信号灯诱导装置在所提出的方案中是最重要的一环，其中该LED信号灯牌安置在两交叉口之间路段被划分后的第n段的中点。它的作用是将由计算机系统处理得来的车流在指定位置到下一路口所需的时间，以视觉效果呈现给正在运行的车流，告知车流绿灯开始倒计时。这样就起了一个预警作用，从驾驶员的心理特性上来看，这种预警诱导机制能很大程度上减缓驾驶员在邻近路口时，为了能够顺利通行而产生的急切心理。同时由于该时间是通过车流运行速度趋势所得，所以在车流接收到此预报诱导信息时，可以在非常小的范围内调整自身车速，以最契合的时间点进入绿灯时间，而不需要为了赶上绿灯时间大幅度调整车速。这样就可以在保证车流的稳定性与通过路口的顺畅性的同时能非常契合地进入绿灯时间，大大提高了绿灯时间的利用率，并起到一个对绿灯时间动态调整的作用。
对于灯牌的设计，满足以下几点：灯牌采用立柱式支撑方式立于路旁，为考虑驾驶员的视觉特性，灯牌应面对行驶方向顺时针偏转30度，高度在2000～2500mm。灯牌采用跨立式支撑方式时，架设高度应满足道路净空高度要求，一般大于5500mm。灯牌框架及非显示部分涂装应采用吸光涂色，防止炫目。
5 结语
干线绿波设计是城市干线信号控制的主要手段之一，鉴于传统绿波设计方案造价昂贵，不易维护，且不能有效考慮到车流在道路不同路段会因为交通状况与交通组成的不同而导致行驶速度产生波动的因素。本文提出了利用光电传感器与信号灯诱导装置相结合的优化控制方法。该方法：
（1）通过在路面架设光电传感器，设计原理简单，造价低廉且便于维护;
（2）通过优化控制系统会得到一个“绿灯预告时间”，并结合LED信号灯牌，组成一个提前预警系统。通过这种设计可以达到一种“绿灯时间可调控”的动态效果。
参考文献
[1] LITTLE J D C.The Synchronization of Traffic Signals by Mixed-integer Linear Programming[J].Operations Research，1966，14 （4）：568-594.
[2] 卢顺达，程琳.非对称相位相序方式下的双向绿波协调控制图解法的优化[J].公路交通科技，2015，32（1）：128-132.
[3] PAPPIS C P， MAMDANI E H. A fuzzy logic controller for a trafcjunction[J].IEEE Transactions on Systems Man & Cybernetic，1977，7（10）：707-717.
[4] 沈国江，孙优贤.城市交通干线递阶模糊控制及其神经网络实现[J].系统工程理论与实践，2004，24（4）：99-105.