时间：2022-07-30 02:57:21
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了1篇交通灯智能控制系统的设计与实现，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
摘 要 利用采集的路口车辆排队动态视频图像，采用边缘检测等数字图像算法，进行车辆排队长度检测。对交叉路通灯的通行时间在稳定性和通过率进行比较，再以各相位车队排队长度为输入值，建立不定相序及信号灯时间实时动态分配模型。在此基础上，利用synchro软件进行了仿真分析。
关键词 机器视觉；智能交通；实时配时
0 引言
随着计算机技术和视频技术的发展，基于机器视觉的检测技术已经应用于交通监测系统，本文通过计算机视频检测技术实时检测十字路口各车道车辆的排队长度，根据路口的实际候车队列分布情况，对交通灯采取实时动态的配时控制方案。最大程度的利用绿灯时间，避免绿灯时间的浪费和路口候车时间的增加，有效缓解交叉路口的交通拥堵。
1系统总体设计方案
本设计方案分为视频图像采集、数字图像处理、交通灯信号控制3个部分。图像采集利用安装在交叉路口四个方向的摄像头采集车裂排队长度的实时图像，并对图像数据数据进行存储和传输；图像处理利用数字信号处理器（DSP）进行实时处理，并通过图像预处理、图像分割和设置虚拟框实时分析计算交叉路口路口车列的排队长度；信号控制以车列排队长度作为输入值对时间进行动态实时分配。控制器采用可编程控制器（PLC）作为控制核心，根据接收到各个路口车辆排队的长度信息，实时配时地智能化控制交通灯。
2 基于图像的车辆队列长度检测
2.1 路口视频图像的采集
图像传感器采用数字COMS摄像头，CMOS应用半导体工业常用的MOS制程，可以一次整合全部周边设施于单晶片中，包括信号读取电路、图像信号放大器、光敏元件等，节省了加工晶片所需负担的成本和良率的损失；采用COMS芯片的摄像头成本很低，并且数字摄像头的并行接口可以很好的与DSP的并行I/O接口连接，数字COMS摄像头获取路口图像，缓存在COMS传感器内存RAM中的数字图像。
2.2 基于图像的车辆队列长度检测
1） 检测原理
车辆排队队列长度检测是实时配时智能控制的基础，本设计采用数字信号处理器DSP处理图像，并先通过图像预处理，使图像的帧灰度化；通过canny算子对降噪滤波后的图像进行边缘检测，获得完整的车辆队列的轮廓边缘；最后在轮廓图上设置虚拟框分析并计算路口车辆的排队长度。
2） 车辆排队图像的预处理
图像的预处理包括帧灰度化和去噪。数字图像处理器DSP接收缓存在COMS传感器内存（RAM）中的数字图像，在DSP中，对原始图像数据进行位图格式转化，将图像转换为BMP格式，并进行灰度转化。为了提高后续处理效果，采用3×3滑动窗口中值滤波进行去噪处理，较好保存图像边缘。
3） 基于canny算子的车辆边缘检测
本方案采用了canny边缘检测方法，检测到车辆的边缘轮廓。对先期处理过的图像采用canny算法，能够清晰的寻找到图像中的车体边缘。
3.2信号配时方案设计
配时方案的设计不拘泥于延误时间或者绿信比等参数的降低，任何一种方法也不能说是绝对的最优，更重要的是涉及到交通安全。设计时，我们针对应用最广泛最常见也是最常见的交叉路口，综合分析左转的车辆，排除右转车辆，将交叉路口分成8个相位。
1）绿灯浪费时间
在十字路口任意相位，不同时刻等候车队长度是变化的，各相位车队长度随机性很强。而每个周期都遵循没有绿灯浪费时间的规则，则可以保证总通行时间仍然是最小的。综合其他相位和优先相位，对于其他相位，应尽量多放行，但不多给时间；对于优先相位，确保没有绿灯浪费时间。
2）同时开放两个不冲突相位
本方案是固定当开放一个方向的相位时，此时可选取与之不冲突的相位进行同时开放，保证一直是两个不冲突相位同时开放，从而充分利用了绿灯时间。由于右转车流不与其他车道交通流发生冲突，故在此不作考虑。
3）信号周期
5）算法过程描述
（1）判断周期开始。若是周期起始，则根据各相位车列排队计算本次周期时长，若时长大于约束值，则使周期时长等于约束值（120s）跳到步骤3；
（2）若非周期开始，排除此次周期已通过的优先相位；
（3）对比各相位车列排队长度，找出最大相位，使最大相位优先通过；
（4）比较与本次相位配皮的三个相位，确定2或3个通行相位，分配好时间依次开放，其时间总和应等于最大值相位开放时间；
（5）某一绿灯绿灯时长结束前，若此次周期结束则跳入步骤1，若没有结束则跳入步骤2，循环执行。
6）系统整体复位功能
一旦系统出现混乱的状态，如冲突相位同时开放，则人工启动复位键，使系统从开始状态重新运行。
4 交通灯控制仿真
为进行交通信号的配时与优化，并分析路口的通行能力以及协调控制，本文采用了Synchro软件仿真。通过Synchro软件对初始数据进行仿真，输出各车道的评价参数和95th的各车道队列长度，同时输出各车道的评价参数，与优化前的参数作对比。
1）有效反应十字路口的通行能力有多种指标，通过对十字路口的车辆总延误、行程时间和平均通行速度以及车辆燃油消耗率的模拟仿真来对比改造前后的十字路口通行能力。
摘 要：随着我国私家车数量的持续增长，各大城市都出现了交通极度拥堵的情况，城市交通问题也越来越引起人们的注意，社会各界也都在为解决交通现状出谋划策。文章从交通信号灯的控制方面着手，研究和设计了基于PLC的自适应交通灯智能控制系统。
关键词：PLC；交通灯；自适应；智能控制
交通灯控制系统是一个具有随机性的复杂系统，他受到车辆、行人、天气等都多方面的影响，因此想要建立一种固定的数学模型是不大可能的，即使是用现有的数学方法也无法描述其系统特征。目前国内交通等控制系统主要采取定时切换的控制模式。
我国自20世纪80年代开始出现私有汽车，到2003年私家车社会保有量达1 219万辆，私家车突破千万辆仅用了20年时间，而突破2 000万辆仅用了3年时间。截止到2011年我国机动车保有量已到达2.19亿辆，汽车保有量首次突破1亿大关，占机动车总量的46%。随着经济发展、人均国民生产总值增加以及政府拉动内需各项政策的实施，私家车的拥有量也跟着急剧上升，国内各大中型城市（如北京、上海、广州、武汉等）的交通系统都面临着严峻的考验。虽然各大城市都出台了一系列的限制汽车出行、增加公共交通设施、扩宽新修道路等措施，但依然无法缓解目前的城市交通状况。交通信号灯定时切换这一种控制模式的局限性也就逐渐凸显出来，因此我们急需一种智能的交通控制系统来缓解交通信号控制的缺陷给本就糟糕的交通系统带来的压力。
智能交通控制系统的研究在国内外已经取得了不少成果，一些发达国家已采用智能方式来控制交通信号灯，其中主要运用的有GPS全球定位系统等。出于成本、设计便捷性等方面的综合考虑，我们可以考虑在各路口增加传感器探测车辆数量来控制交通信号灯的时长这一设计方案。
1 控制系统设计方案
基于PLC的自适应交通灯智能控制系统主要有车流量检测系统、PLC、控制中控台三大部分组成，其控制结构图如1所示。
1.1 系统控制原理
车流量检测系统主要负责检查各路口单位时间（60 s）内通过路口的车辆数量，并将检测结果发送至PLC；PLC根据车流量检测系统记录的数据，按预先设定的控制规律来控制相应的交通信号灯；中控台主要用来对控制系统的运行模式进行控制，如自动运行模式、人工干预运行模式等。
自动运行模式下，若东西向或南北向车流量均小于15辆/min，则系统按定时切换控制运行，双向绿灯均为40 s，黄灯3 s，红灯43 s切换运行；若某一向每分钟车流量大于15而小于30，则该向绿灯调整为50 s，黄灯3 s，另一向绿灯30 s，黄灯3 s；若某一向若某一向每分钟车大于30，则该向绿灯调整为70 s，黄灯3 s；当两向车流量均在同一范围内时，车流量较大的一向控制优先，若两向车流量均在同一范围内且相等时，东西向控制优先。系统控制流程如图2所示。
1.2 车流量检测设计
智能交通灯控制系统自适应交通情况的关键在于系统自身对车流量的判断，因此系统车流量检测的设计就显得尤为重要。调查研究表明，我国机动车辆高度一般在1～5 m之间不等，因此本方案设计在各路口100 m处架设高度为5 m的检测点，采用由欧姆龙公司生产的检测距离0～4 m的光电传感器E3JM-R4来对过往车辆进行检测，当有在此高度的车辆经过检测点时，光电开关会向PLC发送信号。E3JM-R4光电传感器参数如表1所示。
本设计采用在各路口双向设置光电传感器的形式对通过路口的车流量进行统计，并将统计信号传送给PLC。PLC对各方向传感器发送信号进行统计比较，最终确认各路口的车流量，同时对各路口车流量情况进行再比较，最后根据比较结果按预设控制方式对南北和东西向的红绿灯进行控制。
1.3 PLC控制设计
PLC为本控制系统的核心，相当于计算机控制系统的CPU，主要负责对车流量、中控台等方面的信号进行收集，并按相应的信号运行PLC内设计的用户程序，最终驱动交通信号灯。本系统选用三菱公司生产的FX2N-48MR系列PLC，其I/O分配如表2所示。
本系统运行模式分两种，即自动运行模式和手动运行模式。
①自动运行模式下系统按图2所示的运行规则，结合车流量检测信号控制各向红绿灯进行切换。车流量信号的判断比较主要包括两个方面，一是同向信号的比较，将单位时间内来自X6与X10的信号脉冲数比较，两者中较大值作为东西向最终车流量参考值，X7与X11的信号脉冲数比较，两者中较大值作为南北向最终车流量参考值。二是东西南北向车流量比较，即将同向信号比较的结果进行再比较。
②手动运行模式下，系统在人工干预下运行，人工干预信号包括南北向强制通行、东西向强制通行和四向禁止通行三种。南北向强制通行时，南北向固定输出绿灯亮，东西向固定输出红灯亮；东西向强制通行时，东西向固定输出绿灯亮，南北向固定输出红灯亮；四向禁止通行时，东西南北四向固定输出红灯。
2 总结与展望
本设计基于车流量的自适应交通灯智能控制系统，利用逻辑判断比较和分析算法，使程序的运算结果根据相应的程序方案进行控制，实现了交通灯自适应的智能控制，并通过了软件及硬件的模拟调试。车流量比较值、信号灯接通时间等都可以通过改变PLC中相应的参数进行调整，通过本智能控制方案，可以实现优化交通疏导，达到交通信号灯自适应智能控制的目的。
交通信号系统是一个极其复杂的控制系统，基于车流量的自适应交通灯控制虽然能缓解日趋严峻的交通压力，但其缺点也较为明显，固定的车流量判断模式是其主要缺陷之一。因此今后我们可以考虑使用现今逐渐成熟的视频检测技术，对交通压力进行直观的监测与分析，并设计相应的控制方案。
【摘 要】本文主要解决根据十字路口红灯路段停车数的多少，控制交通指示灯的下次放行时间达到实时智能交通控制。
【关键词】微波交通检测器；单片机；交通灯；8255并行口
对目前十字路交通控制器研究发现，用户设定主副路口的时间后，就一直按照设定的时间在主副路交替转换下去，无法满足智能交通对于路口控制器的要求；能否找出根据实际交通状况进行调节控制是解决问题的关键，本文通过微波检测器测出的车辆数，控制定时时间来达到实时智能交通控制。
一、微波交通监测器
微波交通检测器是利用雷达线性调频技术原理，通过发射中心频率为1 0.525GHZ或24.200GHZ的连续频率调制微波（FMCW）在检测路面上，投映一个宽度为3.4米，长度为64米的微波带。每当车辆通过这个微波投映区时，都会向RTMS反射一个微波信号，RTMS接收反射的微波信号，并计算接收频率和时间的变化参数以得出车辆的速度及长度，提供车流量、道路占有率、速度和车型等实时信息。为了检测出车道上停车的车量数，RTMS在微波束的发射方向上以2M为一个层面分展探测物体，微波束在15度范围内投影形成一个分为32个十层面的椭圆形波束（椭圆的宽度取决予仪器选择的工作方式），通过这种方式可检测出车量数。
二、交通指示灯控制过程分析
十字路口各车道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯点亮时间为各干道的公共停车时间。各干道车辆通行情况如下表1所示。
表1 各干道车辆通行情况
三、系统硬件设计
它主要由控制器、微波交通检测器、定时器、串行通讯电路、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。所选元件为8051单片机、各车道微波检测器、8255并行通用接口芯片、74LS07锁存器、MAX692‘看门狗’以及显示电路指示灯组成。系统总框图如图1示：
四、系统工作原理
（1）系统初始化，微波交通检测器检测各车道车辆数，通过车辆数的多少转换为各车道放行时问，通过研究发现，车道放行时间与停车数存在一种复杂的数学关系，为了使问题简单，这里用简单的公式表示为：车道放行时间=停车数*3秒，然后通过8051单片机延时程序控制延时时间，达到智能控制十字路口车辆通行情况。（2）由8051单片机通过P0口向8255的数据口送信息，由8255的PC口显示红、绿、黄灯的燃亮情况；由8255的PA、PB口显示每个灯的点亮时问。（3）8255 PA口用于输出时问的个位，P B口用于输出时间的十位，由747S07驱动芯片驱动；而P C口用于输出各个灯的情况，它的末段连接双向晶闸管采用220V交流电压驱动。（4）在交通控制程序中加入看门狗指令，当系统出现异常看门狗将发出溢出中断。通过专用端口输入到MAX692看门狗芯片的WDI引角引起RESET复位信号复位系统。（5）微波交通检测器测得的数据，通过RS。232接口传递数据至8051串行口，将数据通过编制的软件处理得到定时时间并延时。
五、软件流程图
本系统的设计，主要突出通过微波交通检测器实现十字路通灯智能控制，获得了不错的效果。通过系统将扩展，可实现摄像机交通监控的控制，盲人通过时交通灯的控制以及行人通过时播放音乐声等更加完善。
摘 要：在城市道路密集、路口众多的背景下，基于道路现场测量系统获取车队尾长数据，利用Matlab软件编制一种控制信号灯延迟通断的计算程序，与信号装置相配合，就可以及时调整城市路通灯的接通顺序和时间，一定程度上达到控制车流和避免交通阻塞的目标。
关键词：车队尾长 信号灯 延迟通断
1 交通堵塞的成因
现代城市路网密集，大量私家车上路常常造成交通阻塞且已成为影响城市市民正常生活和工作的严重问题。而城市道路管理中不合理的交通灯通断系统更使交通拥堵现象雪上加霜，例如，多数城市采用的定时同步通断转换自动化交通灯系统，即沿同一条街道上各路口的灯光同步切换，在一定情况下会成为交通拥堵的导火索。很多人都有这样的经历，在一个路口被红灯拦下，后面路口会接二连三被红灯拦住。这不仅仅是运气问题，实际上和交通灯通断控制有很大关系。假设有一队车A在路口1等绿灯放行，欲驶向路口2，两路口的距离为D，车辆正常行驶速度为V，第一辆车到达路口2时用时D/V，此时路口2绿灯，第一辆车通过路口2。由于车队各车是不可能同时起动、同时加速的，而是从头车开始，各辆车依次起动从而形成一个“起动波”，传播速度大约为4.5 m/s（16km/h）[1]。设车队长L，与头车相比，最后一个车要走（L+D）路程才能到达路口2，而且它必须等候起动波传过来时才能起动，因此末尾车要花（L/Vb+（L+D）/V）时间才能到达路口2，如果绿灯通行时间T0小于（L/Vb+（L+D）/V），这就使得车队的尾部有可能在到达并通过路口2之前，就被下一次红灯阻挡，车队A发生截尾，跟过来的车队B就有增长的趋势，车队B增长到一定长度，也会甩尾给车队C，这样车队越积越长，进而发生交通堵塞。可见防止交通堵塞的关键在于及时制止过长车队的形成，防止车队增长的趋势。
2 一种预防交通堵塞方法思路
目前城市路口都装有摄像及图像识别系统，发现某路口车队逐渐增长，在一个绿灯通行时间内有被甩下的车队尾巴出现，通过智能干预，及时调整交通灯的通断顺序和时间，引导疏流，就有可能制止过长车队的形成，从而达到完全避免非反常交通堵塞的目的。假如发现上例路口2逐渐有被甩下的车队尾巴出现，就要延迟路口2红灯开通，即延长绿灯时间，使T≥（L/Vb+（L+D）/V），放车队A过去，消除这个尾巴。这样从路口1处开过来的车队B在接近路口2时就没有车队A的尾巴留下，车队B就不会增长，但延长的时间是有限制的，最长允许延长时间是车队B的头车刚好接上车队A的尾车，即D/V-L/Vb-L/V=0，车队A的长度占路口1与路口2之间的距离D的比例L/D=Vb/（V+Vb）。如果?T=D/V-L/Vb-L/V>0，则路口2还可以再延迟?T开通绿灯；如果?T=D/V-L/Vb-L/V
当然，和实际情况比，这里忽略了车辆行进过程中加速和减速过程，这里V实际上是两路口距离间车队的平均移动速度。
3 一种预防交通堵塞方法的程序实现
设某城市有主干道m条，n条横向街道，主干道与s条横向街道相交后，各段主干方向街道的长度为矩阵D。各路口上被甩下的车队尾巴长度组成的动态数据矩阵（截尾矩阵），如果在上述m条主干方向街道中有m1条双行道，则矩阵将是一个（m+m1）×n的矩阵。根据双行道上双向车队尾长的总和判定各双行道的优先方向，只取双行道优先方向截尾尾长，截尾矩阵化为m×n的矩阵。计算并输出延迟矩阵?T，?T=D/V-L/Vb-L/V，从而控制交通灯通断顺序。在延迟量矩阵中，?T值为负的路口实际上就是尾巴较长的路口，需要提前?T接通绿灯，提前放走积压的车辆，?T值为正的路口是尾巴较短的路口，可以延迟?T接通绿灯而不会造成该方向车辆堵塞。提前值?T大于T0，即可认为已经产生车辆堵塞。
以某7×4街道为例，输入上下行车辆截尾尾长，计算的延迟时间结果如表1所示。
通过道路现场测量系统获取车队尾长数据，应用这个程序计算的信号灯延迟时间，与信号装置相配合，就可以及时调整城市路通灯的接通顺序和时间，一定程度上达到控制车流和避免交通阻塞的目标。
4 结语
现在技术获取道路现场车队尾长数据已经非常方便，Matlab软件应用也非常方便，利用Matlab软件编制的计算程序很容易实现该方案，通过控制信号灯延迟通断，控制车流，避免交通阻塞。
摘 要：该文在采用车辆检测传感器实时采集十字路口各方向车流量数据的基础上，提出一套自动周期交通灯比例时长和固定周期交通灯比例时长相结合的智能交通灯控制方案，即根据车流量的实际情况，自动调节信号周期和红绿灯配时比例，以尽量减少道路交通路口的车辆滞留，实现交通灯的智能化控制。
关键词：车流量 交通灯 微控制器
随着经济和人民生活水平的提高，私家车数量的剧增使得城市交通拥堵问题日益突出。十字路口是整个交通网络控制的关键点，十字路通的有效控制能提高整个交通网络的性能。目前，我国传统的十字路通信号采用固定的时间控制，不能有效提高十字路口的通行能力。那么如何提高十字路口的通行能力和缓解城市的交通拥堵问题呢？大家设想如果可以根据十字路口各个车道上的车流量来合理分配交通信号灯的控制时间，对交通信号实现智能化控制，那么就可以提高交通系统的通行能力和效率，从而缓解交通拥堵问题。
1 硬件电路设计
1.1 系统结构图
该十字路通灯智能控制系统由微控制器、车流量检测电路、显示电路（指示灯和倒计时显示电路）和紧急控制开关组成。该系统是以传感器为核心的车流量检测电路用于车流量的智能检测，将车流量信息送微控制器进行处理，智能化控制交通灯的时间长短和倒计时的显示，起到优化十字路通的作用。紧急控制开关用于交通突发事故时的交通车辆通行控制。遇到紧急情况，扳动开关，通过硬件和程序发出一个控制信号来实现两路红灯与黄灯亮，同时关闭数码管的显示。紧急情况解除后，按复位键通过程序回到初始状态，重新开始运行主程序。该系统的结构图如图1所示。
1.2 车流量检测电路
目前，实现车流量检测的传感器有感应线圈传感器、超声波传感器、红外线传感器、微波检测器、视频检测器、磁力检测器、声学检测器等[1]。目前的交通控制系统大多采用单一的车流量检测传感器来采集交通流信息，这样会导致一系列问题：（1）采用单一车流量检测器，若该检测器出现问题，则可能造成整个交通瘫痪；（2）不同的车流量检测器有各自的工作原理和特点，如超出其测试条件时该检测器将无法采集到准确的数据；（3）车流量检测传感器不断地采集数据，这些数据需要汇总到交通控制中心，由控制中心经计算后发出相应指令。车流量检测传感器的发展趋势是多传感器联合检测，在前端对联合检测的数据进行处理，这样交通控制中心获得的信息才会真正成为交通诱导、交通控制以及交通规划的有力依据。
城市中典型的十字路口为双向6车道，每个方向1、2、3车道分别为右转、直行和左转车道。在每个车道的远侧和近侧分别埋设一个车流量检测传感器检测车流量数据，两个检测器之间为各车道的检测区，设定这一距离为100 m。远侧检测器执行通行车辆数加操作，近侧检测器执行减操作，这样任意时刻检测区获得的数据即为该方向等待放行的车辆数。当某一相位绿灯亮时，系统将该车道收集的数据存储，作为判断交通状态和决定下一周期通行时间的依据。
十字路口车流量的放行采用常用的四相位方式，即按照东西方向直行车辆、东西方向左转车辆、南北方向直行车辆、南北方向左转车辆通行的顺序循环切换，交通灯之间采用短时黄灯进行缓冲警告。系统根据传感器获得的等待放行车辆数，适时控制放行时间的自动周期交通灯时长比例的方法和固定周期调节交通灯时长比例两种方法相结合，在各方向车辆数比较均衡的交通低峰时段采用自动周期，在某方向或几个方向出现交通高峰时采用固定周期自动调节交通灯时长比例方式。两种方式判断的标准是是否出现两个或更多方向的排队车辆占满计数区，即如果出现两个方向的车辆排队长度超过100 m即使用第二种控制方式，否则使用第一种方式。不管采用哪种方式，系统都要设定一个最短绿灯时长和最大绿灯时长。设定最短绿灯时长的目的是为了保证每一条道路都不会因为车流量过小而不给通行时间，设定原则是能让少量车辆安全通过路口而不影响交通安全，一般取t0 =15 s。最大时长的设定是为了不让某方向长时间占用通行权，使其他方向的车辆的延误时间增大，对于不太大的单交叉路口，绿灯时间一般不超过60 s，因此设定tm=60 s。
1.3 微控制器
系统的控制核心采用MSP430系列超低功耗的微控制器，车流量检测电路将检测的车流量信息传递给微控制器，微控制器采用某种算法进行计算处理，并将需要发送的十字路通信号信息发送至显示电路，人们通过显示电路就很容易通过十字路口了。
2 系统软件设计
该交通灯采用自动控制，在设计方案中预先设定了可调节红绿灯自动转换时间，并以自动方式显示倒计时；控制系统将在红绿灯交替阶段自动控制黄灯时间，提示各方向过往车辆通过或暂停，以达到模拟现实生活十字路通灯工作模式。程序开始运行时首先对定义的各个变量进行初始化，接下来进入while循环检测是否有按键按下，如果检测到按键，则执行中断程序，解除按键锁定后返回执行while循环。如果没有检测到按键，while循环继续，交通灯与交通灯倒计时同时执行，之后返回while循环。
3 结语
系统采用车流量检测传感器和MSP430微控制器构成的十字路通灯智能控制系统，可以根据实时检测的车流量信息调整红绿交通灯的配时比，达到交通灯智能化控制的目的，提高十字路通的通行能力。
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