王蕾

摘要：該文根據(jù)當(dāng)前我國城市智能交通系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，以十字路口紅綠燈的智能化為研究對象，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)工作原理和面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的城市智能交通燈系統(tǒng)，為建立全新的城市智能交通網(wǎng)絡(luò)提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；城市智能交通燈系統(tǒng)；交通流；體系結(jié)構(gòu)

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）10-2356-03

Abstract： In this paper， according to the characteristics of the structure of intelligent transportation system of our city， the intelligent traffic lights at a crossroads as the research object， combining with analysis and research on the working principle of the Internet of things and the study of service-oriented architecture， put forward an urban intelligent traffic lights system based on Internet of things， which provides a basis for establishing a new urban intelligent transportation network.

Key words： The Internet of things； city intelligent transportation system； traffic flow； system structure

1 概述

隨著近年來我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和城市交通路網(wǎng)不斷擴(kuò)張，目前我國在道路交通領(lǐng)域存在著許多問題：1） 缺乏系統(tǒng)的、可操作性強(qiáng)的框架體系規(guī)劃方案。2） 智能交通的產(chǎn)業(yè)化程度還比較低，尚未形成一條具有一定規(guī)模的產(chǎn)業(yè)鏈。3） 缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范。4） 資源整合度不高，難以發(fā)揮系統(tǒng)功能的優(yōu)勢。在這種情況下，人們開始考慮如何將交通設(shè)施進(jìn)行合理分配，實(shí)現(xiàn)交通資源的合理配置。

1999年，麻省理工學(xué)院（MIT）的Ashton教授在研究RFID時(shí)首次提出了物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of things）的概念，由于物聯(lián)網(wǎng)具有全面感知、可靠傳遞、智能處理等特點(diǎn)，因此它已經(jīng)成為了當(dāng)今世界上新一輪經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展對于促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步都具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。 智能交通系統(tǒng)（Intelligent Vehicle Highway System， 簡稱ITS），是將先進(jìn)的通信、檢測、控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)集成技術(shù)，以及交通科學(xué)與工程等多學(xué)科技術(shù)有效地綜合應(yīng)用于車輛和道路系統(tǒng)，形成一個(gè)令人、車和路都實(shí)現(xiàn)智能化的綜合系統(tǒng)。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于城市智能交通體系，能在最大限度上發(fā)揮現(xiàn)有交通基礎(chǔ)設(shè)施的潛力，提高交通運(yùn)輸效率，促進(jìn)交通安全，緩解交通擁堵，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，使社會現(xiàn)有的交通設(shè)施能夠得到充分、高效的使用，從而獲得巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。

本文在現(xiàn)有的城市智能交通系統(tǒng)體系框架的基礎(chǔ)上，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的智能交通燈控制系統(tǒng)，以十字路口紅綠燈的智能化為研究對象，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)工作原理和面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)，并與人工智能方法相結(jié)合，從服務(wù)客體、邏輯結(jié)構(gòu)、物理框架三方面對其進(jìn)行探討和研究。

2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

總體上看，物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下城市智能交通燈系統(tǒng)應(yīng)該包括感知設(shè)備、核心處理單元、及應(yīng)用客體三個(gè)部分。感知設(shè)備主要包括射頻技術(shù)、傳感設(shè)備，GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)等，它主要的作用是識別物體和采集信息；核心處理單元涵蓋了一個(gè)龐大的技術(shù)體系，它包括十字路口各個(gè)方向上車流量的統(tǒng)計(jì)、智能交通燈時(shí)長的實(shí)時(shí)變化、智能交通燈的控制系統(tǒng)等，該部分主要負(fù)責(zé)信息的傳遞和處理；應(yīng)用客體是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能交通進(jìn)行結(jié)合，分別從人、車、路等方面實(shí)現(xiàn)交通燈控制系統(tǒng)的智能化?？傮w設(shè)計(jì)方案圖如圖1 所示。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)方案

當(dāng)前我國大多數(shù)城市所采用的交通燈控制系統(tǒng)都是時(shí)長固定、紅綠燈轉(zhuǎn)換間隔固定的，這種系統(tǒng)的弊端在于當(dāng)十字路口某一方向的車流量很大而另一方向卻是空道或車流量相對較少時(shí)，就容易造成十字路口某一方向上的道路交通擁堵，這不僅讓司機(jī)浪費(fèi)了大量時(shí)間處于等待，造成資源浪費(fèi)，也容易導(dǎo)致局部路段的交通癱瘓，而這些問題主要是由于未對道路的實(shí)際情況作出實(shí)時(shí)監(jiān)控和有效解決所造成的。

3.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

利用GPS全球定位技術(shù)對城市道路交叉口處紅綠燈進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，通過智能交通燈控制系統(tǒng)，可以根據(jù)各個(gè)路口的車流量變化情況動態(tài)改變交通燈的時(shí)長。

3.2 實(shí)施方案

如圖2所示，在道路的入口處（如圖2中的a處）加設(shè)傳感設(shè)備（傳感器1），當(dāng)有汽車從此處經(jīng)過時(shí)傳感器便可檢測出有汽車從此處通過，系統(tǒng)中的計(jì)數(shù)器加1，在道路的出口處（如圖2中的b處）也加設(shè)一個(gè)傳感器（傳感器2），一旦傳感器檢測到有車輛從此處通過，系統(tǒng)中的計(jì)數(shù)器便減1，這樣就可以知道當(dāng)前該條路段上的車流量總數(shù)，當(dāng)該路段上的車流量達(dá)到一定數(shù)量后，系統(tǒng)會和該路段所對應(yīng)方向上的車流量進(jìn)行比較，并按一定控制規(guī)律自動調(diào)節(jié)紅綠燈的時(shí)長（假設(shè)南北方向上的車流量比東西方向上的車流量要大很多，那么系統(tǒng)將會按比例延長南北方向上的綠燈時(shí)長）。

3.3 整體思路

本文中的智能交通燈控制系統(tǒng)主要由三部分組成：車輛檢測系統(tǒng)（傳感器），通信系統(tǒng)（無線網(wǎng)絡(luò)）和控制中心（參見圖3）。

如圖所示，首先，用傳感器來判斷各個(gè)方向上車輛駛?cè)牒婉偝龅那闆r，并將該情況通過網(wǎng)絡(luò)傳送到控制中心，控制中心會給出相應(yīng)的算法來對交通燈的時(shí)長進(jìn)行調(diào)整。比如：在60秒內(nèi)十字路口以東的道路上共有50輛車駛?cè)耄僭O(shè)此處為單向行駛，方向?yàn)橛蓶|向西），并有25輛車駛出該路段，那么說明有25輛車滯留在該路段上；而這60秒內(nèi)十字路口以南的道路上共有40輛車駛?cè)耄僭O(shè)此處為單向行駛，方向?yàn)橛赡舷虮保?，?5輛車駛出該路段，只有5輛車滯留在該路段上。以此類推，可以得到十字路口以西和以北的車流量信息，然后以東西方向和南北方向?yàn)閱挝粚嚵髁窟M(jìn)行整合，計(jì)算南北方向和東西方向上的滯留車輛數(shù)分別為多少。假如當(dāng)前東西向的滯留車輛數(shù)為60輛，南北向的滯留車輛數(shù)為10輛，而當(dāng)有30輛車滯留在這一路段上時(shí)就會導(dǎo)致道路擁堵，那么，系統(tǒng)會根據(jù)當(dāng)前該十字路口各個(gè)方向的交通流量對信號燈的時(shí)長做出相應(yīng)改變，適當(dāng)延長東西向的綠燈時(shí)長，以減少該方向上的車流量。這樣的控制方法可以將十字路口本來擁堵的某一方向上的車流量慢慢分流，雖然最后可能由于某個(gè)方向的綠燈時(shí)間延長而使另一方向上的車輛的等候時(shí)間變長，但這個(gè)等待時(shí)間比堵車所花費(fèi)的時(shí)間要短得多。這一過程可用下圖表示：

4 結(jié)束語

隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了快速發(fā)展的階段?；谖锫?lián)網(wǎng)環(huán)境下的智能交通燈系統(tǒng)是今后交通燈設(shè)計(jì)和應(yīng)用的發(fā)展方向，它可以合理、高效地解決我國當(dāng)前人多、車多、道路資源利用不充分等問題，為交通系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動化、智能化提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陸化普.交通規(guī)劃理論與方法[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[2] 高自友，任華玲.城市動態(tài)交通流分配模型與算法[M].北京：人民交通出版社，2005.

[3] 李野，王晶波，董利波，周國志，宋俊德.物聯(lián)網(wǎng)在智能交通中的應(yīng)用研究[J].移動通信，2010（15）.

[4] 顏志國，唐前進(jìn).物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能交通中的應(yīng)用[J].警察技術(shù)，2010（6）.

[5] 彭新玉.基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能交通解決方案[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2012（6）.

[6] Merchant D K，Nemhauser G L.A Model and an Algorithm for a Dynamic Traffic Assignment[J].Transportation Science，1978a（12）：183-199.