城市道路智慧交通区域性融合应用研究

杨志华

1. 安徽科力信息产业有限责任公司，2. 城市交通管理集成与优化技术公安部重点实验室

0 引 言

随着机动车保有量及道路照明设备数量的增加，如何进一步提高道路通行效率、降低机动车能耗及尾气排放、提高路灯节能效率，需要多层次交通设备、数据、平台的深度融合应用，如车联网技术、智慧路灯、信号控制、车辆检测等。智慧交通是智慧城市建设的重要组成部分，是物联网大数据背景下智能交通系统（Intelligent Transportation System，ITS）的智慧发展应用，是使人、车、路更加协调的智慧出行服务系统[1]。

智慧交通的实现有数据大集中模式、独立建设模式等多种方法[2]，政府及大数据企业多从大数据的角度研究智慧交通的实现[3]，该方式的实现规模较大；独立建设模式对于当前的多数设备厂家较易实施，但在后期交互方面存在一定的执行难度。本文结合大数据及独立设备等多种形式，从区域性实施的角度对智慧交通的实现进行分析研究，以更好地服务于当前国内应用发展状况。

1 智慧交通相关设备介绍

对于区域性交通通行，与交叉路口的信号控制、道路路灯控制、车辆及行人监控等关联较为紧密，也是实现区域性智慧交通的研究重点。

1.1 交通信号机

信号机是城市道路交叉口交通信号灯的控制、管理设备，其运行的可靠性、智能化水平对道路交通通行状况具有直接的影响。当前对信号机的研究一般采用基于路口检测器和平台交通大数据两种方法进行，受制于检测器可靠性程度影响较大，大数据的实时性也不够可靠，且对行人的检测及优化控制较少，需增加考虑行人友好型控制系统的实现[4]。由于城市道路经常会有施工、恶劣天气等造成的断电等信号机不能正常工作的情况，会较大地影响道路交叉口的通行，而当前国标规定的信号机备用电源接口并未有较好的外部电源接入方式。

1.2 视频检测器

随着视频检测器技术的不断进步，其可实现的功能也越来越多。当前路口均有很多电子警察和卡口视频设备，该设备也可同步实现更多交通参数的检测[5]，包括车辆速度、排队长度、车道存在车辆状态等。同时，视频检测器存在白天检测识别率较高，但在夜晚、雨雪雾等天气误检率较高的问题，需要一定的照明条件提高其可靠性水平。

1.3 WIFI终端

智慧城市的建设，同时也较好地推动了城市公共场合WIFI热点的普及、WIFI设备的推广应用，而各个道路交叉口也是一个重要的应用地点。

1.4 路灯节能控制

随着道路交通网的增加及节能降耗要求的提高，节能管理日益成为路灯照明的一个重要技术研究方向，当前主要通过使用LED路灯、后半夜降低照明亮度等方法提供照明系统的节能管理，节能的智能化水平仍待提高。

2 智慧交通的区域性实现方法

智慧交通的实现需充分考虑当前技术、设备情况，并需进行多维度的应用验证。通过在符合条件的区域进行试验、运行，较易推广实施，实现成本低，易于深入研究并形成标准化的相关技术要求。

2.1 车流量和行人的智慧检测

目前对车流量的检测方法有很多，如雷达、微波、地磁等，但均存在只能实现车流量数据的检测单一性问题。如今，视频检测技术的发展较快，成本也下降很多，可在实现电子警察闯红灯拍照、卡口车速检测的同时实现对更多交通参数的检测，包括车辆排队长度、车辆类型、车辆轨迹分析等，对路口交通信号控制优化有较好的应用效果。

实现行人友好的信号控制，首先需对行人进行流量检测统计。随着智能手机的推广，很多行人随身携带的手机设备经常开启WLAN功能，尤其对于上下班的工作人员。由于WIFI设备在开启WLAN功能后，会向周围不停地发送Probe探测帧，寻找可用的无线接入AP设备，很多公司基于无线路由器技术进一步开发了专门检测与统计周围WIFI设备的探针，可实现对设备唯一MAC地址的获取，并用于商场、展厅、景区的人流分析，实现成本低，高见等通过WIFI探针技术对设备轨迹和位置等功能的大数据研究分析了事件的预警机制[6]。因此在交通路口安装WIFI热点的同时，可进一步基于获取的手机MAC地址实现对行人数量的检测，并通过对相邻路口的数据共享以及对历史信息的统计，实现对行人基本运行轨迹的分析，以用于基于行人流量的交通控制优化。

2.2 智慧交通融合设备

为兼容当前路口的各种设备，在信号机内部设计增加独立的智慧交通融合设备，用来实现对车流量的采集、行人流量的收集、数据保存及分析、交通信号优化控制方案的生成、路灯节能控制的策略形成等功能。

如图1所示，数据交互融合设备有多种外部接口与外部设备交互，其网口1用于与其它数据交互融合设备的网络连接，实现相邻路口数据资源的共享；网口2用于实现与安装在智慧路灯上的视频检测器及WIFI探针的连接，用于实现车流量和行人的数据获取；RS232串口用于与信号机的连接，可发送交通流量给信号机，并进行优化方案传输；由于当前的路灯控制器很多预留了ZIGBEE模块和RS485通讯接口，因此设备可实现与路灯控制器的连接；设备通过北斗模块可获取其地理位置信息并进行校时；通过4G模块可实现与后台服务器的连接。数据交互融合设备即是区域性智慧交通融合的数据及控制核心。?

图1 数据交互融合设备

2.3 智慧路灯的实现

智慧路灯既可实现对路灯的智能管理，也可综合应用其灯杆，实现多种设备的集成化安装管理[7]。

如图2所示，在需要检测车流量的地方，将视频检测器安装在智慧路灯上，既可实现灯杆的复用，也可通过路灯的照明，提高夜晚时间段视频检测的精确度，较好地实现系统的综合应用。

图2 视频检测器与路灯的组合安装

如图3所示，通过在交叉口的智慧路灯上增加WIFI热点，可为路人提供联网功能。通过WIFI热点对设备唯一MAC地址的获取及分析，可得到路口的人流量的基本情况。

图3 交叉口智慧路灯的设计

道路交叉口的智慧路灯在采用市电供电的同时，也采用太阳能发电、备用电池储电的方法，在夜间时可利用太阳能发电的储存电能，实现路灯的节能应用。该备用电源同时提供给信号机的备用电源接入口，在路口信号机出现断电等情况时，可及时切换至备用电源，防止路口交通拥堵。

为实现对路灯的节能管理，在利用路口的红绿灯控制信息进行节能管理的同时[8]，可综合利用智慧灯杆上的检测器采集到的车流量、行人流量数据以及信号机的控制参数，由数据交互融合设备进行大数据融合分析，生成节能控制方案发送给路灯控制柜进行整体优化控制，其工作流程如图4所示。其中灯杆1为安装在道路上的集成车流量检测器的智慧灯杆，灯杆2为安装在交叉口集成WIFI探针功能的智慧灯杆，其检测的车流量和行人数据均直接传输给数据交互融合设备。数据交互融合设备如分析到长时间车流量和行人流量均低于设定的阈值，可输出路灯节能比控制数据，发送给临近的路灯控制器进行节能管理。2.4 智慧信号机的方案优化

图4 路灯节能控制流程

通过区域性智慧交通系统的设计，信号机可通过获取相应的车流量、行人流量、相邻路口交通参数及融合分析结果进行多种信号控制方案的优化，其工作流程如图5所示。

图5 信号控制优化工作流程

通过视频检测的车流量实时数据，由于其较高的可靠性，可进行精确的红绿灯延时、早断等感应控制。受行人无线设备状态及WIFI探测精度和方向判断的限制，需对行人流量数据进行分析才可用于人流量较少路口或夜间的交通信号控制或长期方案的优化。

通过获取相邻路口的实时车流量和行人流量信息，可对相应流量数据进行保存及后期细化分析，如预估行人的行驶方向等；而通过对相邻路口红绿灯控制参数的获取，可进一步优化信号控制方案。

智慧灯杆的储能电池组，除了可用于路灯的照明外，还可给信号机提供备用电源。若为夜间断电，车流量不大，数据交互融合设备还可直接优化降级信号机方案，如将左右转箭头、直行圆盘组合信号灯切换为仅允许直行的圆盘灯工作，以降低能耗，提供更长时间的供电。

3 结 语

通过对路口相关交通设备的区域性综合应用，实现了更好的智慧交通应用，可更好地发挥城市道路各设备的利用效能，提高设备的应用价值，实现更智慧、更节能、更便捷的智慧交通系统。