智能交通控制系统在交通工程中的应用

林嘉豪

摘要：交通问题已成为现阶段城市社会发展过程中的主要难题之一，交通工程需要进一步的改革，以此实现全方位的智能交通控制。因此，文章对智能交通控制系统在交通工程中的应用展开了探讨。文章明确了系统的总体思路，对系统硬件设计进行设计。该系统包括所需支持的设备，实现了交通实时监测控制功能、数据采集回传功能。研究表明，智能交通系统可有效缓解交通，为城市交通的进一步发展添砖加瓦。

关键词：智能交通；交通系统；控制缓解

中图分类号：TP301.6

文献标志码：A

0 引言

近年来，随着我国城市化的高速发展，私家车的数量日益增多，城市交通的管控压力随之增大，实行有效的交通控制以保障城市道路的顺畅，是城市发展的必修课题^［1］。城市交通控制系统已经成为城市发展中的重要组成部分，目前常规的交通控制方法无法有效避免交通堵塞，减少违反交通规则的行为^［2］。基于此，本文研究设计了智能交通控制系统，主要用于城市发展交通工程控制和违反交通规则行为的管理，对于提升城市道路通畅度、缓解道路交通车辆拥堵等具有重要意义^［3］。智能交通控制系统包括交通路口现场的控制端，实时监测交通情况，以信号灯时间变化和蜂鸣器对现场进行控制，增加短时间路口的行驶车辆通过数量，同时减少汽车在路口滞留的时间，以达到城市道路通畅程度最大化的目的；并通过摄像头记录数据，反馈到控制后台，作为交通管理的依据，对未来交通管控做出预警。该系统完成了车流量监测与信号灯的时间调整，当路口行人出现闯红灯等违反交通规则的情况时，系统将警告并拍照留存。智能交通控制系统在城市交通工程中的应用，将对城市发展起到良好的推动作用。

1 系统总体框架设计

在每个路口设置独立的智能交通控制系统，用于实时获取路口各个方向的车流信息，并对路口交通进行实时监测，发现异常交通行为将立即做出反馈，以实现实时交通控制。监测的同时将建立历史车流信息数据库，经过一段时间的收集和统计后反馈到控制端后台。反馈数据经过软件建立模型，可用于预测未来路况，以便相关人员依据预测数据提前做出应对方案，实现未来交通控制。智能交通控制系统框架如图1所示。

微处理器对路口交通状况进行实时监控，持续记录车流信息并建立数据库，若发现异常交通行为将立刻做出实时决策并通过信号灯或播音装置做出警告达到实时控制的目的。

2 系统硬件设计

智能交通控制系统由现场控制端和后台控制端共同组成。现场控制端装备一个控制箱、行驶路口上方的红绿灯、支持200万像素的莱卡OV2640高清摄像头和蜂鸣警示器。控制箱内置微型处理器，选用一台8.5 W的单模块计算机，搭载8 GB运行内存，1 T储存硬盘，控制箱内安装多种标准硬件接口，可与不同设备实现集成连接。通信网线构成通信的主要部分，后台控制端基于MATLAB平台开发，使用SQL对所收集信息进行处理。

3 系统软件设计

3.1 交通行为监测

交通行为监测的对象以车辆和行人为主，其中车辆检测是实现智能交通控制的关键^［4］。现阶段，对车辆进行信息采集的方式较多，本系统应用感应线圈技术对车辆进行监测，主要包含监测器处理核心芯片、行驶车辆监测卡和光照指示灯。考虑到监测设备的兼容性，可按照现场路口的实况放置一定数量的车辆监测盘，为反馈数据奠定基础。该系统可将路口车流量、车速、车辆停滞时间等参数进行记录，并将结果上传到交通控制中心。

平均车速是指道路行驶车辆的平均车速，设所测路段长度为L，设通过路口行驶车辆数量为N，每辆车通过监测器的瞬时车速为v_j，则该车辆通过路口的时间为t_j，则：

所有行驶车辆通过该路段的平均时长t为：

该段时间内车辆通过该路口的平均速度v为：

通过以上算法，该系统对行驶车辆进行数据采集计算后做出统计，判断当前车流量是否达到阈值，并将结果反馈到控制箱内微处理器进行处理，通过信号灯调整灯光来对当前路口的车辆进行控制。该系统以红外探测装置对行人进行监测，若当前路口信号灯为红灯时，红外探测装置开启散发红外线，信号横穿马路，当监测到行人触碰到红外线，蜂鸣器将会发出警示。

3.2 数据记录回传

交通情况记录的重点是时效性和准确性，为确保记录的数据具有以上两个特性，系统设计使用道路调度算法。此算法负责交通系统监测的道路实现智能调度功能，根据单交叉路口进行，基于道路建设规划对车辆行驶方向进行分析，结合红绿灯展开道路车辆控制，以道路调度算法作为支持：

式中，T、t_i代表红绿灯灯光显示时间、4个方向红绿灯中绿灯显示时间，q_i、p_i为第i方向车辆进、出率，S_i（h）、S（h）代表第i相位车辆在h时间方向放行后的停滞数量、第h个路口车辆在交叉路口的总停滞数量。智能交通系统的信号传输需要使用网络实现。设备开机后需要进行网络连接、数据初始化等，同时需要长时间保持待机状态，收到各个网点数据的发送请求后，进行节网点联网，完成数据信息接收，并将所有信息进行封存上传到中央服务器。

数据采集完成后，使用公共网络传输的数据由中央服务器收集，此過程需要网点的支持，因此系统设计采用了soaket方法链接。中央服务器包括对数据信息分析处理并推送、实现逻辑算法，开发设计采用Aobe平台实现，使用jsk脚本实现相关功能。过程集中于ACQ服务器，负责对数据请求和接收回传，数据库管理模块负责调用和储存数据。

系统设计选择关系型数据库MongoOB用于储存数据。为获取道路车流量信息，对路口的车流信息实时记录，形成道路车流量记录单，系统记录更新时间为3 min，内容包括道路实时车流量、道路信息、道路所在区域信息。此设计具有较高容错性的特点，若服务器出现崩溃，也不会导致整个智能交通系统瘫痪，即使其中任何一个网点出现掉线也不会出现数据上传中断或数据丢失，由此可显著提高交通控制的效率。

3.3 实时交通控制

城市交通的控制主要体现在需要管控道路车辆行驶的车速，疏通因车辆停滞而导致的道路拥堵，同时还可减少行人出行时间。车流量检测搭配红外探测器，根据车道数量不同可增加或减少数量。以3個探测器为例，当路口信号灯为红灯时，3个红外探测器信号均被遮挡表示当前车流量较大，以此类推，通过信号被遮挡的数量判断此时车流量的大小，系统可根据车流量的大小来智能调整红灯和绿灯的显示时间，以实现道路交通的实时控制，如表1所示。

信号灯控制系统包括4个工作状态，最初状态为东、西信号灯为红灯，时间为35 s，南、北信号灯绿灯时间为30 s，黄灯为5 s。车流量的大小可影响信号灯显示时间，车流量较大时，需要减少红灯时间，增加绿灯时间，以增加路口的车辆通过数量。

交通管制不仅在于车辆，也需要对路口的行人进行控制约束，一些非核心区域难免存在行人闯红灯行为，为此该系统构建了行人闯红灯拍照系统，如图2所示。信号灯为红灯时，红外探测装置会发出行人穿过路口的信号，当信号被遮挡时，做出存在闯红灯行为的判定，此时，蜂鸣器将发出警示音作为警示，摄像头也会对现场情况拍照留底，作为后续交通管理的判罚依据。当信号灯为绿灯时，该系统处于休眠状态，不进行工作。

4 测试实验

4.1 实验准备

为测试系统，在城市某一路口安装控制箱、莱卡OV2640高清摄像头和蜂鸣警示器。控制箱搭载8 GB运行内存，1 T储存硬盘。连接网络后对路口进行智能控制系统测试，以常规控制和使用智能系统控制分别对此路口进行全天监测，并记录不同时段的数据，通过采集数据的对比验证智能交通控制系统的有效性。

4.2 实验结果

经过全天检测后，分别对同一路口车流量以及停车滞留时间进行采集，得到不同时段平均车流量及不同时段平均车辆滞留时间对比，结果如表2—3所示。

由表2数据可得知，常规控制下的平均车流量最低0.17辆/s，最高0.31辆/s；智能交通系统控制下平均车流量最低0.24辆/s，最高0.47辆/s。通过对比可知，智能交通系统控制下相同时间段通过的车辆数量更多。

由表3记录数据可得知，常规控制下平均车辆滞留时间最低4.19 s，最高33.78 s；智能交通系统控制下平均车辆滞留时间最低3.42 s，最高25.27 s，经对比，智能交通系统控制下车辆停滞的时间更短。综合记录对比的数据显示，在智能交通控制系统下，平均时段的车辆可以增长到15%，车辆等待滞留的时间可缩短20%，一定程度上缓解了交通堵塞。

5 结语

目前我国处于高速发展期，日积月累的交通问题已经对城市化建设产生了影响。本次智能交通控制系统实验测试表明，城市道路采用智能交通控制系统后，交通控制更为有效，对疏通城市交通能够起到一定的积极作用。

参考文献

［1］衣华军，王昆鹏，张书民.城市智能交通系统设计分析及应用研究［J］.时代汽车，2022（23）：193-195.

［2］刘玉强，吕玉花.智能交通系统对交通运输经济发展的影响［J］.中国市场，2022（11）：158-160.

［3］张雷，沈国琛，秦晓洁，等.智能网联交通系统中的信息物理映射与系统构建［J］.同济大学学报（自然科学版），2022（1）：79-86.

［4］钱磊，赵长海，孙明.关于我国智能交通系统发展的思考［J］.内蒙古科技与经济，2021（19）：94-95，97.

（编辑 王雪芬）

Application of intelligent traffic control system in traffic engineering

Lin Jiahao

（Jiangxi Intelligent Transportation Affairs Center， Nanchang 330008， China）

Abstract： Traffic issues have become one of the main challenges in the current process of urban social development， and further reforms are needed in transportation engineering to achieve comprehensive intelligent traffic control. Therefore， the article explores the application of intelligent traffic control systems in traffic engineering. The article constructs the overall design concept of the system and designs the system hardware. The system includes the required supporting devices， achieving real-time traffic monitoring and control functions， as well as data collection and transmission functions. Research has shown that intelligent transportation systems can effectively alleviate traffic and contribute to the further development of urban transportation.

Key words： intelligent transportation; transportation systems; control mitigation