智能交通信号控制系统的设计与研究

徐慧海

摘 要：随着现代社会对交通运输的日趋依赖，交通系统的控制逐渐被人们所重视。建立智能的交通信號控制系统不仅可以降低城市道路交通延误及交通事故发生的概率，还可以减少环境污染。基于此，本文主要对我国城市道路交通控制系统现状以及发展趋势进行了分析，并探讨了信号机硬件和软件设计的思路。

关键词：智能交通；信号控制系统；设计

随着城市建设的发展，交通拥挤问题越来越严重。近年来，各种交通事故频发，与此同时，车辆排放的大量尾气对环境也造成了严重的污染。因此，建立智能交通信号控制系统是十分有必要的。智能交通信号控制系统是将先进的信息技术、自动控制技术以及通信技术等有效集成构造的地面运输管理系统。它不仅可以增加道路网络的通行能力，还可以减少能源的消耗。

一、我国城市道路交通控制系统现状以及发展趋势

（一）我国城市道路交通控制系统现状

我国的城市交通控制系统起步较晚，在七十年代后期北京市开始采用DJS—130型计算机进行了干道协调控制的研究。八十年代以来，城市道路交通问题越来越严重。国家一方面进行以改善城市市中心交通为核心的UTSM技术研究；另一方面采取引进与开发相结合的方针，建立了一些城市道路交通控制系统。如：北京引进了SCOOT系统，上海引进了SCAT系统，深圳市引进了日本的控制系统。在国家计委、国家科委的批准下，交通部、公安部、南京市完成了“七五”攻关项目，建成了南京城市交通控制系统。

（二）我国城市道路交通控制系统的发展趋势

综合考虑我国城市道路交通的实际情况，并结合国内外先进的城市道路交通控制系统与现代科学技术成果的使用情况，我国的城市道路交通控制系统的发展将会逐渐趋于多模式化、智能化以及规整化的方向发展。多模式化主要体现在：为了使系统结构与交通流的区域变化相适应，在控制范围内的各个区域采用可灵活转换的系统结构；为了有针对性的进行系统优化，对路口能力最大、总延误最小以及排队长度最短的目标进行筛选和组合，进而确定不同的系统目标；智能化主要体现在：在传统的可变情报板以及信息广播的基础上，在城市中建立集中式GPS诱导系统，该系统应与控制系统相协调，并与智能车辆公路系统相衔接；规整化主要体现在：对于任何一个控制系统来说，其都是立足于一定的道路与交通条件下的，所以在建立城市道路交通控制系统前，要根据道路的实际情况以及交通流的状况，制定道路使用方法和交通流疏导方案，并制定出相应的交通规则，使道路与交通更为规整。

二、信号机硬件设计

国内信号机主要分为两类：一类是采用8/16位单片机作为处理器，它的特点是功能简单、方案单一。此外，这类信号机主要采用RS232或RS485通讯方式，不易实现对区域交通的协调控制，无法满足现代化交通控制的要求；另一类是基于工控机或PC104，它的优势是功能强大。但是，由于工控机和PC104都是按通用计算机标准进行设计的，而不是专门针对信号机应用设计的，从而导致硬件结构复杂，成本较高。另外，传统的RS232/485通信方式对于远距离、大信息量的信号机联网数据传输已经无法适应，而S3C44B0X又缺少集成网络控制器，故选用NE2000兼容的以太网控制器芯片RTL8019对以太网进行扩展，以太网模块如图1所示。此外，信号机需要存放操作系统、引导程序和应用程序等数据，再加上系统启动后操作系统和程序运行需要更大的空间，因此应设计外存储单元，以实现存储空间的扩展，存储器模块包括8MB的SDRAM、2MB的NorFlash和16MB的NandFlash。

三、信号机软件设计

目前，现代智能信号机需要同时执行信号灯控制、通讯和车流量检测等多个任务，而在执行多个任务的同时会带来效率低下、程序结构混乱以及功能受限等问题，从而影响系统的正常运行。为了解决这些问题，就需要引入嵌入式操作系统，以支持多种文件系统、模块化设计和基于计算机网络的通信。嵌入式操作系统采用的是一种平板式的内存模型，去除了对MMU的依赖，改变了用户程序的加载方式，开发了运行于嵌入式操作系统的函数库。嵌入式操作系统内核可以完成内存管理、进程管理、设备控制、文件系统和网络实现等功能，该系统的内核采用的是模块化设计，且许多功能模块可以独立地添加和卸载，当对内核进行重新编译时，会选择嵌入式设备所需要的功能模块，而对多余的功能模块会进行删除。通过重新配置内核，可以减小系统运行所需要的内核，缩减资源使用量，从而显著减少系统运行所需的硬件资源。

四、结语

总的来说，在交通问题日趋严重的今天，智能交通信号控制系统的建立是十分有必要的，它对于缓解交通压力、降低能源消耗以及保护环境具有十分重要的意义。

参考文献：

[1]陶强，解锡霖，贾冰.智能交通控制系统的设计策略[J].南方农机，2017，03：87+93.

[2]柴干，赵倩，蒋珉.城市智能交通信号控制系统的设计与开发[J].浙江大学学报（工学版），2010，07：1241-1246.

[3]程民.智能交通信号控制系统的设计与研究[D].西安建筑科技大学，2003.