基于单片机的动态交通信号灯控制系统

摘　要：摘要： 文章设计了一种将基于GPS浮动车的移动型交通数据采集技术，模糊控制技术，计算机处理技术综合应用，终端设备基于单片机的对十字路口交通灯进行动态控制的智能交通灯控制系统。在一定程度上缓解了交通拥挤这一现象，使道路的运行能力得到一定的提高。

关键词：关键词：GPS；模糊控制；单片机

中图分类号：TP273      文献标识码：A      文章编号：
    1.引言
    随着社会经济和科学的发展，城市规模日益扩大，城市交通道路也在增加，人们对交通的工具需求，使得交通工具在种类上和数量上都进一步增加。但同交通工具数量的增加和人们的出行需求相比起来，道路的增加并不能完全解决现有的一些交通问题，反而，使得交通拥挤[1]问题变得更为严峻。交通拥挤会使道路通行能力降低、交通延误增大、行车速度下降，从而造成巨大的经济损失。
    为了解决这些问题，将先进的电子通信、自动控制、计算机处理、信息融合等技术有效集成，综合运用于道路交通管理，形成智能交通系统[1]，从而提高了路网的通行能力。
    在城市交通中，对十字路口的交通信号灯的合理控制，能有效地解决一些交通拥堵问题。目前我国对十字路口交通信号灯的控制大多数采用的是单点定周期控制方式，交通流是在不断变化的，这就决定了这种控制方式的不足之处，不能适应交通流的变化而采取相应的措施，改进这种信号灯控制系统是很有必要的。
    目前，将电子通信、自动控制、计算机控制等技术应用于交通信号灯的控制，在此领域已有学者做了大量的研究和应用，取得了较好的效果。本文结合GPS技术，计算机，模糊控制，通信技术提出了一种基于单片机的动态交通信号灯控制系统。
    2.交通信号灯动态控制系统的整体设计
    本文应用基于GPS浮动车[2]的移动型采集技术[3]采集必要的交通数据，发送到交通控制控制中心[4]的微机系统，对采集到的数据进行处理，得到平均行程速度，再经过模糊运算，确定出当前的交通状态，并将当前的交通状态发送到终端控制设备——基于单片机的交通信号灯控制系统，使其选择出合理的适用于当前交通状态的交通信号灯控制参数，动态地对交通信号灯进行控制，有效地缓解城市交通拥挤问题，使城市交通道路的运行能力得到提高。具体控制框图如图1所示：
 
                                图1  交通信号等控制系统的整体框图
    2.1 交通参数的采集
    交通参数是描述和反映交通流性质的一些物理量，它从不同角度说明了交通流的性质。交通参数在数值上的变化反应出了交通流在性质上的变化。目前，交通参数的采集方法大致分为两种：移动型采集技术和固定型采集技术[3]。本文选用的是基于GPS浮动车的移动型采集技术。
    基于GPS浮动车的移动型采集技术是指运用安装有GP S信号收发设备和移动通信设备的移动车辆(F1oating Car)来采集交通参数的方法，可以采集车辆的行程时间、行程速度、瞬时速度等交通参数。具体操作为：让装有GPS收发装置和移动通信设备的车辆在道路上行驶并以一定的采样周期记录车辆的时间数据和三维位置坐标，并将这些数据传入交通控制中心，让其与地理信息系统[5](GIS)的电子地图相匹配，使得车辆行驶位置与实际道路相关联，经过重叠分析计算出车辆的瞬时速度及其通过特定路段的行程时间和速度。若在某个给定的时间段内有多个车辆进过特定路段，则计算得出该撸管的平均行程时间和平均行程速度。其采集的数据有很强的连续性，可全天候工作。
    2.2 交通参数的模糊处理
    交通拥挤是交通运行的直观表现形式，对于交通拥挤好多国家已经有了量化的定义。用于描述交通拥挤程度的词语有：畅通、轻度拥挤、拥挤、严重拥挤。根据实际情况，我国公安部2002年公布的《城市交通管理评价指标体系》中规定，用城市主干路上机动车的平均行程速度来描述其交通拥挤程度。
    ①畅通:城市主干路上机动车的平均行程速度不低于30Km/h；
    ②轻度拥挤:城市主干路上机动车的平均行程速度低于30Km/h，但高于20Km/h；
    ③拥挤:城市主干路上机动车的平均行程速度低于20Km/h，但高于10Km/h；
    ④严重拥挤:城市主干路上机动车的平均行程速度低于10Km/h。
    用于描述交通状态的语言，畅通、轻度拥挤、拥挤、严重拥挤本身就是一种模糊概念，即使进行了量化，也不能完全贴切。所以本文在公安部的规定的基础上，采用一种简单的一维模糊[6]判别方法对交通状态进行判定。
                                                                                                                                                                                                                                                                  2.3 基于单片机的动态交通灯信号控制的实现
    单片机是将CPU，存储器，定时器/计数器，中断系统，输入输出接口，总线和其他多种功能的器件集成在一块芯片上的微型计算机。其应用涉及到多种领涉，如仪器仪表、工业控制、家电控制、智能交通等。
    本文选用单片机作为信号灯的终端控制系统，根据事先得出的经验值确定好适用于交通处在畅通、轻度拥挤、拥挤、严重拥挤时的交通信号灯控制时间，设计成表格，存储在单片机的存储单元中，单片机根据接收到的交通状态信息来选择适用于当前交通状态的交通信号灯控制时间值。具体流程如图2所示：
 
                                      图2   交通信号灯的动态控制流程图
    3.结束语
    在进行仿真实验时，该系统对于处于繁忙时期的十字路口的交通控制效果良好，可靠性高，在一定程度上能解决交通拥挤问题，很适合我国对城市交通十字路口的交通信号的动态控制。
参考文献：
[1]陆化普.城市交通现代化管理[M].北京:人民交通出版社，2005
[2]陈青.基于GPS浮动车的城市道路交通状态判别技术研究[D].西安:长安大学,2009
[3]姜桂艳.道路交通状态判别技术与应用[M].北京:人民交通出版社，2004
[4] 董均宇.基于GPS浮动车的城市路段平均速度估计技术研究[D].重庆大学，2006
[5] 张伟.基于GPS/GIS的路段行程时间预测研究[D].辽宁工程大学，2006
[6] 刘金馄.智能控制[M].北京:电子工业出版社,2005