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摘 要：城市智能交通信号控制系统是智能交通领域研究的重要内容之一，在其他交通系统的共同配合下，其能够提供城市交通的信息化、数字化和智能化管理，从而有效克服城市交通拥挤问题。智能交通信号控制系统的应用对于改善交通控制精度和效率、不断提高路网服务质量具有重要意义。
关键词：交通信号灯；控制系统；控制措施
中图分类号：C913文献标识码： A
一、城市智能交通信号控制系统概述
智能交通信号控制系统是采用高效的现代信息技术改造传统的运输系统，统计分析交通枢纽的实时交通流量，在此基础上利用交通软件和模型确定恰当的交叉口红绿灯配时方案，以此高效优化整个交通路网。其特点主要有：兼容性，该系统能够同时与相同标准内的各种型号、厂商的交通信号控制器相连接；实用性，该系统使用的应用软件、技术、设备能够符合各种城市的交通信号控制需求，且使用、建设、维护都非常简便。如现在使用的中文图形操作和交互界面，友好、直观，容易操作，能够及时提供在线帮助；开放性，该系统使用了互通互联的拓扑结构设计，能够满足于未来各种功能扩展；先进性，该系统利用了最先进的信息技术和决策系统，并充分考虑未来发展需要；可靠性，该系统具有容错、自动检测、自动恢复、报警等功能。信号机总体上来说包括人机接口、网络通信、中央控制器、RTC实时时钟、故障检测、功率驱动等部分。
二、智能交通信号灯控制系统
1、设计目标
在交通路口红绿灯前各方向车道安装车流强度采集设备，该设备主要采用RFID技术工作。对通过的机动车安装车载电子标签，动态监控车流量。通过无线网络，实现机动车辆、监控节点和控制中心之间相互交换信息。采用自适应算法，以各车道交通强度为依据，自动控制信号灯变换，减少车辆等待时间。
2、参数输入与键盘模块
此模块为了使系统及时显示运行状态和运行时间倒计时等信息，运用了八个七段数码管，三个数码管用于倒计时装置，四个数码管用于时间显示装置，另外一个数码管用于倒计时和时间之间的分隔符。其选用具有驱动和锁存功能的CH454芯片用于扫描键盘和驱动数码管，其利用I2C总线完成与LPC2378控制器的数据交换。由于I2C总线使用较少的信号线且传输质量可靠，因此在交通信号机的设计中得到广泛应用。
按照信号机功能要求，该模块分别设置了减小键、复位键、功能键、手动键、增加键、翻页键、退格键、确认键八个主要操作键。增加键和减小键主要用于对各项功能设定进行切换；退格键用于功能设定的修改；翻页键用于下一功能的设定；功能键完成对主要功能的设定；复位键是在信号机出现功能紊乱的情况下一键恢复为初始状态；手动键是在紧急状况下对信号灯进行手动控制。
该模块的主要功能是输入控制和参数命令，为信号机提供显示正确的运行方案信息，为用户提供优质的人机交互方式，从而使信号机容易操作。
3、车流量信息采集与统计
交通信号灯控制系统的核心是基于RFID技术的车流量数据采集设备。在交叉路口每个车道设立缓冲区，为一个先入先出的线性队列，停车线前200m为缓冲区入口，停车线为缓冲区出口，该长度200m的队列作为车流量数据采集区域。缓冲区入口和出口分别设置一个RFID阅读器。入口RFID阅读器执行通行车辆数加操作，即每通过一辆机动车，车辆数加一；出口RFID阅读器执行通行车辆数减操作，即每通过一辆机动车，车辆数减一。任意时刻缓冲区数据即为该方向等待放行的车辆数。当某一相位绿灯亮之前，系统将待通过车辆数发送至控制节点，作为判断当前交通强度和决定下一周期通行时间的依据。单路口交通车流量如图1所示。
图1单路口交通车流量
4、通讯接口模块
通信模块主要完成与系统上位机的双向通讯工作，其主要采用以局域网络为基础的通讯方式，利用管线接口完成与上位机的数据传输和共享。
通讯模块内部拥有一个多功能的以太网MAC控制器，该控制可以利用告诉的DMA硬件实现系统性能的优化。利用媒體独立接口管理串行总线将使用RMIII的片外以太网与以太网模块进行连接，通过相关电路和物理层接口芯片就可以完成通信功能。现代通讯接口模块中主要采用DM9161A以太网收发器，其具有成本低、功耗低、波形稳定等特点。RJ45采用网络隔离变压器与DM9161A进行连接，网络隔离变压器具有隔离高电压、抑制杂波、修复波形、传输信号、匹配阻抗等作用。
5、数据发送
利用数据发送功能，可以把上位机完成的对运行方案的修改信息及时传输到信号机中。数据方案的修改主要通过优化方案和设置方案的过程实现。在通信机制的传输中，将数据发送设定在true的发送位置，上位机就会数据传输到信号机中。数据发送完成后，发送位置会自动转换为false，这样就实现了一次数据传输的周期。
6、交通信号灯智能控制算法
路口交通强度具有非线性、时变、多扰动、随机和不确定性，不易确定数学模型，使得传统的基于模型的控制理论与方法难于取得良好的控制效果[4]。以第一相位为例，说明交通信号灯智能控制算法。第一相位包含自东向西直行和自西向东直行两个方向的交通，其他相位原理相同。
设定相位一初始绿灯时长，该时长是系统中绿灯时长的最小值，应保证不会因为车流量过小而不给出通行时间。该数值依据实际情况设定，这里假设Tmin=30s。
当第一相位即将由等待转为通行时，统计其缓冲区内车辆数，车辆数小于20辆时，判断该方向为少车；对面车道相位一等待车辆数也小于20辆时，判断该方向也为少车，跳转到步骤2。当自东向西或自西向东任意一个方向等待通过的车辆数达50辆时，判断该状态车辆较多，跳转到步骤3。
绿灯放行时间改为Tmax=60s，该时长是系统中绿灯时长的最大值，为避免该方向长时间占用通行权，使其他方向车辆的延误时间增大，跳转到步骤2。
7、显示界面
显示界面的主要功能是尽量直观详尽的显示信号机的不同控制方式和运行状态，以帮助操作者熟悉和了解路口信号机的状态。其显示内容主要包括两方面：
7.1主界面
在主界面打开后，其可以按照不同区域状况显示不同的区域地图，所有已建成的路口都会在地图上显示。通过单击相应的的左键，可以进入不同的子界面，也可以在地图上删除或添加路口，并将路口信息动态保存到固定的文件夹中，确保再次启动时信息数据不会丢失。
7.2子界面
子界面的左半部分用于倒计时和系统参数显示。倒计时部分用于显示信号机向上位机发送的每一次倒计时信息，同时还可以显示目前运行的方案号信息。系统参数按钮用于获得信号机的相位信息、系统参数和时段表信息。子界面的右半部分用于路口状态的实时显示。其采用局部重绘机制，对信号灯方案中间部分发生变化的情况进行重绘，而不对其他部分进行重绘，以此防止由于界面重绘造成界面闪烁问题。
8、设置监控中心
在交警部门的交通指挥中心设置大型机架式服务器，实现对交通信号灯的远程控制。交通指挥中心拥有最高权限，可控制交通信号灯的工作模式，在现有方案和新方案之间切换，以保证升级到新方案之后系统的平稳过渡，不会出现继承性问题。另外，本方案可配合现有的交通检测手段（高清摄像头、测速雷达、传感器），通过有线或无线网络，将采集到的车辆信息（车牌号码、车辆类型、车辆所有者、车辆通过时间、车辆年检情况等）发送给服务器存档，为城市智能交通的其他领域如交通指挥调度、车辆交通信息统计、交通肇事追逃、交通信息诱导等提供原始数据信息。
结束语
随着我国经济的迅速发展、人民生活水平的提高，现在许多家庭都愿意开车出行，城市中的车辆数日渐增加。但现在的道路还是基于以前车辆数不多时规划的，虽然现在也在重新规划，但规划速度远小于车辆增长的速度。这种交通供给和交通需求发展的不平衡性，不可避免地导致行车难、乘车难、停车难的矛盾，所以现在运用智能交通信号控制是至关重要的，对于缓解乃至彻底解决交通拥堵、保障交通安全有重要的意义。
参考文献
[1]李伟,门佳.基于物联网技术的智能交通信号灯控制系统[J].温州职业技术学院学报,2014,02:59-61+80.
[2]薛连斌.城市智能交通信号控制系统分析[J].中国新通信,2014,09:56-57.
[3]王东亮，万幼川，王昆，等.一种基于交通灯调整和速度控制的交通方案[J].武汉理工大学学报:信息与管理工程版，2012，31(6):945-949.
关键词：交通信号灯；控制系统；控制措施
中图分类号：C913文献标识码： A
一、城市智能交通信号控制系统概述
智能交通信号控制系统是采用高效的现代信息技术改造传统的运输系统，统计分析交通枢纽的实时交通流量，在此基础上利用交通软件和模型确定恰当的交叉口红绿灯配时方案，以此高效优化整个交通路网。其特点主要有：兼容性，该系统能够同时与相同标准内的各种型号、厂商的交通信号控制器相连接；实用性，该系统使用的应用软件、技术、设备能够符合各种城市的交通信号控制需求，且使用、建设、维护都非常简便。如现在使用的中文图形操作和交互界面，友好、直观，容易操作，能够及时提供在线帮助；开放性，该系统使用了互通互联的拓扑结构设计，能够满足于未来各种功能扩展；先进性，该系统利用了最先进的信息技术和决策系统，并充分考虑未来发展需要；可靠性，该系统具有容错、自动检测、自动恢复、报警等功能。信号机总体上来说包括人机接口、网络通信、中央控制器、RTC实时时钟、故障检测、功率驱动等部分。
二、智能交通信号灯控制系统
1、设计目标
在交通路口红绿灯前各方向车道安装车流强度采集设备，该设备主要采用RFID技术工作。对通过的机动车安装车载电子标签，动态监控车流量。通过无线网络，实现机动车辆、监控节点和控制中心之间相互交换信息。采用自适应算法，以各车道交通强度为依据，自动控制信号灯变换，减少车辆等待时间。
2、参数输入与键盘模块
此模块为了使系统及时显示运行状态和运行时间倒计时等信息，运用了八个七段数码管，三个数码管用于倒计时装置，四个数码管用于时间显示装置，另外一个数码管用于倒计时和时间之间的分隔符。其选用具有驱动和锁存功能的CH454芯片用于扫描键盘和驱动数码管，其利用I2C总线完成与LPC2378控制器的数据交换。由于I2C总线使用较少的信号线且传输质量可靠，因此在交通信号机的设计中得到广泛应用。
按照信号机功能要求，该模块分别设置了减小键、复位键、功能键、手动键、增加键、翻页键、退格键、确认键八个主要操作键。增加键和减小键主要用于对各项功能设定进行切换；退格键用于功能设定的修改；翻页键用于下一功能的设定；功能键完成对主要功能的设定；复位键是在信号机出现功能紊乱的情况下一键恢复为初始状态；手动键是在紧急状况下对信号灯进行手动控制。
该模块的主要功能是输入控制和参数命令，为信号机提供显示正确的运行方案信息，为用户提供优质的人机交互方式，从而使信号机容易操作。
3、车流量信息采集与统计
交通信号灯控制系统的核心是基于RFID技术的车流量数据采集设备。在交叉路口每个车道设立缓冲区，为一个先入先出的线性队列，停车线前200m为缓冲区入口，停车线为缓冲区出口，该长度200m的队列作为车流量数据采集区域。缓冲区入口和出口分别设置一个RFID阅读器。入口RFID阅读器执行通行车辆数加操作，即每通过一辆机动车，车辆数加一；出口RFID阅读器执行通行车辆数减操作，即每通过一辆机动车，车辆数减一。任意时刻缓冲区数据即为该方向等待放行的车辆数。当某一相位绿灯亮之前，系统将待通过车辆数发送至控制节点，作为判断当前交通强度和决定下一周期通行时间的依据。单路口交通车流量如图1所示。
图1单路口交通车流量
4、通讯接口模块
通信模块主要完成与系统上位机的双向通讯工作，其主要采用以局域网络为基础的通讯方式，利用管线接口完成与上位机的数据传输和共享。
通讯模块内部拥有一个多功能的以太网MAC控制器，该控制可以利用告诉的DMA硬件实现系统性能的优化。利用媒體独立接口管理串行总线将使用RMIII的片外以太网与以太网模块进行连接，通过相关电路和物理层接口芯片就可以完成通信功能。现代通讯接口模块中主要采用DM9161A以太网收发器，其具有成本低、功耗低、波形稳定等特点。RJ45采用网络隔离变压器与DM9161A进行连接，网络隔离变压器具有隔离高电压、抑制杂波、修复波形、传输信号、匹配阻抗等作用。
5、数据发送
利用数据发送功能，可以把上位机完成的对运行方案的修改信息及时传输到信号机中。数据方案的修改主要通过优化方案和设置方案的过程实现。在通信机制的传输中，将数据发送设定在true的发送位置，上位机就会数据传输到信号机中。数据发送完成后，发送位置会自动转换为false，这样就实现了一次数据传输的周期。
6、交通信号灯智能控制算法
路口交通强度具有非线性、时变、多扰动、随机和不确定性，不易确定数学模型，使得传统的基于模型的控制理论与方法难于取得良好的控制效果[4]。以第一相位为例，说明交通信号灯智能控制算法。第一相位包含自东向西直行和自西向东直行两个方向的交通，其他相位原理相同。
设定相位一初始绿灯时长，该时长是系统中绿灯时长的最小值，应保证不会因为车流量过小而不给出通行时间。该数值依据实际情况设定，这里假设Tmin=30s。
当第一相位即将由等待转为通行时，统计其缓冲区内车辆数，车辆数小于20辆时，判断该方向为少车；对面车道相位一等待车辆数也小于20辆时，判断该方向也为少车，跳转到步骤2。当自东向西或自西向东任意一个方向等待通过的车辆数达50辆时，判断该状态车辆较多，跳转到步骤3。
绿灯放行时间改为Tmax=60s，该时长是系统中绿灯时长的最大值，为避免该方向长时间占用通行权，使其他方向车辆的延误时间增大，跳转到步骤2。
7、显示界面
显示界面的主要功能是尽量直观详尽的显示信号机的不同控制方式和运行状态，以帮助操作者熟悉和了解路口信号机的状态。其显示内容主要包括两方面：
7.1主界面
在主界面打开后，其可以按照不同区域状况显示不同的区域地图，所有已建成的路口都会在地图上显示。通过单击相应的的左键，可以进入不同的子界面，也可以在地图上删除或添加路口，并将路口信息动态保存到固定的文件夹中，确保再次启动时信息数据不会丢失。
7.2子界面
子界面的左半部分用于倒计时和系统参数显示。倒计时部分用于显示信号机向上位机发送的每一次倒计时信息，同时还可以显示目前运行的方案号信息。系统参数按钮用于获得信号机的相位信息、系统参数和时段表信息。子界面的右半部分用于路口状态的实时显示。其采用局部重绘机制，对信号灯方案中间部分发生变化的情况进行重绘，而不对其他部分进行重绘，以此防止由于界面重绘造成界面闪烁问题。
8、设置监控中心
在交警部门的交通指挥中心设置大型机架式服务器，实现对交通信号灯的远程控制。交通指挥中心拥有最高权限，可控制交通信号灯的工作模式，在现有方案和新方案之间切换，以保证升级到新方案之后系统的平稳过渡，不会出现继承性问题。另外，本方案可配合现有的交通检测手段（高清摄像头、测速雷达、传感器），通过有线或无线网络，将采集到的车辆信息（车牌号码、车辆类型、车辆所有者、车辆通过时间、车辆年检情况等）发送给服务器存档，为城市智能交通的其他领域如交通指挥调度、车辆交通信息统计、交通肇事追逃、交通信息诱导等提供原始数据信息。
结束语
随着我国经济的迅速发展、人民生活水平的提高，现在许多家庭都愿意开车出行，城市中的车辆数日渐增加。但现在的道路还是基于以前车辆数不多时规划的，虽然现在也在重新规划，但规划速度远小于车辆增长的速度。这种交通供给和交通需求发展的不平衡性，不可避免地导致行车难、乘车难、停车难的矛盾，所以现在运用智能交通信号控制是至关重要的，对于缓解乃至彻底解决交通拥堵、保障交通安全有重要的意义。
参考文献
[1]李伟,门佳.基于物联网技术的智能交通信号灯控制系统[J].温州职业技术学院学报,2014,02:59-61+80.
[2]薛连斌.城市智能交通信号控制系统分析[J].中国新通信,2014,09:56-57.
[3]王东亮，万幼川，王昆，等.一种基于交通灯调整和速度控制的交通方案[J].武汉理工大学学报:信息与管理工程版，2012，31(6):945-949.