【文章內(nèi)容簡介】 汽車私有化大潮，引起了交通負荷加重，交通問題也因此日趨嚴重。交通的擁堵，導致各種交通事故頻發(fā)。汽車尾氣的排放，也污染了環(huán)境。此時原有的交通體系已不適合解決現(xiàn)有的交通問題，至此智能交通體系應(yīng)運而生。 智能交通系統(tǒng)在發(fā)達國家的應(yīng)用較為成熟，尤其在日本應(yīng)用較為廣泛，其次是美國和歐洲。在一些發(fā)展中國家也在逐步應(yīng)用智能交通系統(tǒng)。目前中國在此領(lǐng)佳木斯大學學士學位論文 6 佳木斯大學信息電子技術(shù)學院 域還處于起步階段。在國內(nèi)主要應(yīng)用于車輛管理與交通疏導方面，而在交通服務(wù)系統(tǒng)及一些前沿技術(shù)領(lǐng)域，存在著一定的不足，與發(fā)達國家還有著不小的差距。 智能交通系統(tǒng)前景展望 未 來智能交通系統(tǒng)的發(fā)展方向?qū)⒊惑w化、物聯(lián)化、綠色化、人性化四大方向發(fā)展。 所謂一體化即智能交通系統(tǒng)整合一體化。智能交通系統(tǒng)由交通信息服務(wù)系統(tǒng)(ATIS)、交通管理系統(tǒng) (ATMS)、車輛控制系統(tǒng) (AVCS)、收費系統(tǒng) (ETC)、緊急救援系統(tǒng) (EMS)等部分組成。到目前為止這些系統(tǒng)模塊各自獨立，可單獨運行，但卻還不能完全成為一個統(tǒng)一的整體。如果將其各部分功能統(tǒng)一起來，才能真正發(fā)揮出智能交通系統(tǒng)的潛力。除此之外，中國的智能交通系統(tǒng)由于還處在起步階段，并不成熟。因此，各地方的交通系統(tǒng)自成體系，無法統(tǒng)一起來，在一些 邊遠地區(qū)，還沒有智能交通設(shè)備，因此智能交通系統(tǒng)整合一體化是未來數(shù)十年中國發(fā)展的目標。 物聯(lián)化是指智能交通系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)化。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指將各種物體通過信息網(wǎng)絡(luò)連接起來，成為一個統(tǒng)一的整體。這種技術(shù)在身份識別、電子消費、物流、安檢方面已經(jīng)體現(xiàn)出其獨有的優(yōu)越性。如果將其應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)中，將提升智能交通系統(tǒng)的工作能力到另一個高度。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中經(jīng)常使用到的是一種叫做射頻識別 (RFID)的技術(shù)?；谏漕l識別 (RFID)技術(shù)的電子標簽可應(yīng)用于智能車牌的制作中，在智能交通系統(tǒng)中可以用來對車輛信息進行統(tǒng)計與識別。 綠色化 是指智能交通系統(tǒng)低碳環(huán)保，減少城市能源壓力和保護自然生態(tài)環(huán)境的宗旨。自第二次工業(yè)革命以來，人類的科技飛速發(fā)展，但由此帶來的環(huán)境污染問題與能源危機問題也日趨嚴重。石油等重要的能源也將在幾十年，最長不超過二百年的時間內(nèi)消耗殆盡。因此如何節(jié)約能源，提高能源的利用率，極為重要。佳木斯大學學士學位論文 7 佳木斯大學信息電子技術(shù)學院 目前各國已投入于清潔能源與可再生能源技術(shù)的研制，希望在傳統(tǒng)能源枯竭后尋找可替代的方案。 人性化是指智能交通系統(tǒng)對人性化服務(wù)的要求。以人為本，是科學發(fā)展觀的核心。是中國共產(chǎn)黨人堅持全心全意為人民服務(wù)的黨的根本宗旨的體現(xiàn)?！皥猿忠匀藶楸尽保侵袊?共產(chǎn)黨十六屆三中全會《決定》提出的一個新要求。因此，我們對未來智能交通系統(tǒng)人性化方面提出了較高的要求。例如我們可以對十字路口的交通信號燈做一些改動，使之成為語音智能信號交通燈，為殘疾人，尤其是盲人朋友發(fā)放基于射頻識別技術(shù)的綠色通行卡，當其通過十字路口時，停止所有車輛的通行，并進行語音提示，順利的幫助殘障人士順利通過路口，這也是胡錦濤總書記提出的以人為本的重要思想在交通控制領(lǐng)域的良好體現(xiàn)。 智能交通技術(shù)在本文中的應(yīng)用 本文所探討的課題是設(shè)計一種交通信號燈控制系統(tǒng)。為了將智能通信技術(shù)融合進交通信號燈控 制器的設(shè)計中，并且體現(xiàn)出智能交通未來的發(fā)展方向，將智能化、一體化、物聯(lián)化、綠色化、人性化的思想體現(xiàn)于其中，在對交通信號燈控制器的設(shè)計中，將采用一些智能交通技術(shù)及其核心思想。 本文所探討的交通信號燈控制器具有智能化的特點。在智能化方面的體現(xiàn)是將一些人工智能技術(shù)融入其中，初步具有電子交通警察的特性，雖然還不能徹底代替交通警察的智能，但以可以輔助交通警察做一些日常事務(wù)處理。例如對交通進行智能化疏導，對一些違規(guī)車輛進行監(jiān)控輔助交警對其進行處罰。 本文所探討的交通信號燈控制器具有一體化的特點。在一體化方面的體現(xiàn)是將各 種具有不同功能的系統(tǒng)模塊整合為一體，并將其快速融入現(xiàn)有的交通系統(tǒng)之中。例如本文設(shè)計的智能交通燈控制系統(tǒng)雖然沒有使用數(shù)字圖像處理技術(shù)，但仍可以安裝在具有視頻圖像處理技術(shù)監(jiān)控探頭的現(xiàn)有智能交通系統(tǒng)中，輔助配合完佳木斯大學學士學位論文 8 佳木斯大學信息電子技術(shù)學院 成一些監(jiān)控任務(wù)，而在沒有智能交通設(shè)備的場合下又可以獨立運行，完整的完成設(shè)計者對其定制的全部功能，成為獨立的智能交通系統(tǒng)。 本文所探討的交通信號燈控制器具有物聯(lián)化的特點。在物聯(lián)化方面的體現(xiàn)是交通信號燈控制系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)化，將各種行駛車輛及部分行人、動物等通過信息網(wǎng)絡(luò)連接起來，成為一個統(tǒng)一的整體，并使用交通信號 燈控制系統(tǒng)對其進行監(jiān)測控制。最主要的應(yīng)用是將射頻識別技術(shù)應(yīng)用于其中。例如強制為車輛安裝智能車牌，這樣可以由智能系統(tǒng)直接對車輛進行監(jiān)控及違規(guī)處罰。 本文所探討的交通信號燈控制器具有綠色化的特點。在綠色化方面的體現(xiàn)是指交通信號燈控制器設(shè)計中低碳環(huán)保，對路面破壞小，減少城市能源壓力和保護自然生態(tài)環(huán)境理念的體現(xiàn)。由于在通信號燈控制器無法對車輛的能耗進行控制，所以體現(xiàn)在其設(shè)計思想中的主要是指對交通控制器本身能耗的控制。本文所設(shè)計的交通信號燈控制器屬于低功耗的智能交通燈，如果配合使用太陽能系統(tǒng)，則會使其在能耗方面的控制 更加突出。本文中雖然沒有對控制系統(tǒng)增加太陽能電池板，但可在實際應(yīng)用中追加。除此之外，采用非接觸式傳感器使其對路面的破壞性較小，安裝方便。 本文所探討的交通信號燈控制器具有人性化的特點。在綠色化方面的體現(xiàn)是指交通信號燈控制器設(shè)計體現(xiàn)胡錦濤總書記的以人為本重要思想中人性化服務(wù)在交通控制系統(tǒng)中的體現(xiàn)。在本文中主要體現(xiàn)在報警監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計中。在本文所設(shè)計的交通燈控制系統(tǒng)中可以對違反交通規(guī)則的部分車輛通過電子銀行進行自動罰款，為了保障監(jiān)控的精確性，可就近調(diào)用交通監(jiān)控探頭對其進行抓拍，最終由交管部門確認，防止誤報。除此 之外，對十字路口的交通信號燈做一些改動，使之成為語音智能信號交通燈，為殘疾人，尤其是盲人朋友發(fā)放基于射頻識別技術(shù)的綠色通行卡，當其通過十字路口時，停止所有車輛的通行，并進行語音提示，順利的幫助殘障人士順利通過路口，本文未增加語音功能，可在實際應(yīng)用中追加。 佳木斯大學學士學位論文 9 佳木斯大學信息電子技術(shù)學院 第 3 章 交通信號燈控制器總體設(shè)計方案 總體設(shè)計思路 設(shè)計任務(wù) 本文的設(shè)計任務(wù)是設(shè)計一種交通信號燈控制器 ，主要 應(yīng)用于十字路口，可以對來往車流量進行控制 、 疏導 ， 減少交通擁堵次數(shù)及交通事故的發(fā)生率，并為人員出行提供人性化服務(wù)。 設(shè)計要求 本文對所設(shè)計的交通信號等控制器的設(shè)計方案有如下要求： 1. 智能化。本文所設(shè)計的交通信號燈控制器應(yīng)具有智能化的特點。首先必須具備可根據(jù)車流量自動改變交通燈信號的能力，其次要具備可自動應(yīng)對突發(fā)事件進行緊急處理的功能。 2. 一體化。本文所設(shè)計的交通信號燈控制器應(yīng)具有一體化的特點。首先必須具備一種微型的完整交通控制系統(tǒng)，各系統(tǒng)模塊既可獨立使用又可協(xié)同運作。其次應(yīng)具有良好的兼容性，可較為容易的集成于現(xiàn)有交通控制系統(tǒng)當中，協(xié)助原有系統(tǒng)發(fā)揮更高效率。 3. 物聯(lián)化。本文所設(shè)計的交通信號燈控制器應(yīng)具有物聯(lián)化的特點。首先必 須具備對來往車輛、行人以及動物在現(xiàn)有條件允許的情況下進行身份信息認證及監(jiān)控的能力。其次還應(yīng)具有電子銀行的功能，即根據(jù)身份識別的結(jié)果對違反交通規(guī)則的車輛進行警告及罰款。 4. 綠色化。本文所設(shè)計的交通信號燈控制器應(yīng)具有綠色化的特點。首先必須具備低功耗的特性，為此應(yīng)選擇采用較為先進的技術(shù)工藝的元件進行設(shè)計，佳木斯大學學士學位論文 10 佳木斯大學信息電子技術(shù)學院 并且提供功耗管理程序，在條件允許的時候可以使用綠色能源如太陽能來代替市電電網(wǎng)或電池。其次還應(yīng)使用對路面破壞小的非接觸式測量技術(shù)或微創(chuàng)測量設(shè)備，安裝便捷，體積小巧。 5. 人性化。本文所設(shè)計的交通信號燈控制器應(yīng)具有人性化的 特點。首先必須具備對老弱病殘孕提供保障的功能即出行保障體系。其次還應(yīng)具備先進的事故預測系統(tǒng)預先對可能發(fā)生的事故進行進行風險評級及相應(yīng)警告，可以將其稱之為風險預測體系。 設(shè)計功能描述 本文所設(shè)計交通燈控制器主要實現(xiàn)以下功能： 1. 在東西向與南北向道路交叉十字路口的每條道路設(shè)置一組交通信號燈，每個交通信號燈有紅黃綠三色信號燈，兩個用來倒計時的數(shù)碼管，報警器。 2. 東西向按綠燈，綠燈閃爍，黃燈，紅燈的順序顯示；南北向按綠燈閃爍，綠燈，黃燈，紅燈的順序顯示。其中綠燈閃爍代表允許轉(zhuǎn)彎。 3. 東西向通行時南北向禁止， 南北向通行時東西向禁止。 4. 發(fā)生事故或特殊情況時，報警器報警。 5. 在每條街道上安裝數(shù)個交通監(jiān)控識別裝置，向主控制器發(fā)送實時交通信息。 6. 為所有車輛安裝電子車牌，為特殊人群發(fā)放綠色通行卡。 7. 主控制器根據(jù)交通監(jiān)控識別裝置采集的實時交通信息調(diào)節(jié)交通信號燈的顯示頻率及時長。 8. 主控制器根據(jù)交通監(jiān)控識別裝置采集的實時交通信息對路面狀況進行風險評級預測，對可能發(fā)生事故進行預警并在主控制器的風險狀態(tài)燈進行顯示。 9. 主控制器根據(jù)交通監(jiān)控識別裝置采集的車輛信息對違規(guī)行為進行檢測，發(fā)現(xiàn)違規(guī)車輛后進行車輛身份識別，并根據(jù)電子車牌信息進行罰 款。 佳木斯大學學士學位論文 11 佳木斯大學信息電子技術(shù)學院 10. 如果發(fā)生威脅人民財產(chǎn)安全的惡性交通事故，可向交通管制中心及相關(guān)救援機構(gòu)報警進行處理。 11. 對于一些特殊人群，通過綠色通行卡進行識別后，停止路面車輛，讓其先行通過。 與傳統(tǒng)方式的比較及系統(tǒng)可行性分析 交通燈控制器設(shè)計的目的就是為了減少交通事故的發(fā)生及交通擁堵的現(xiàn)象。而目前傳統(tǒng)的非智能交通燈無法動態(tài)調(diào)節(jié)信號燈的時長和頻率，因此不能根據(jù)車流量的不同對進行調(diào)節(jié)，無法有效避免交通擁堵的現(xiàn)象。而現(xiàn)有的智能交通燈只是實現(xiàn)了根據(jù)車流量進行簡單的交通調(diào)節(jié)，而無法實現(xiàn)對路面進行全面檢測，所以雖能部分起到減少交通 堵塞現(xiàn)象發(fā)生率的現(xiàn)象，但根本無法降低惡性交通事故的發(fā)生率。 為了實現(xiàn)交通系統(tǒng)的智能化，緩解局部街道車輛擁堵等問題，對原有交通燈控制系統(tǒng)進行改進，設(shè)計了一種新型交通信號燈控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)由交通控制系統(tǒng)，車輛監(jiān)控系統(tǒng)，自動報警系統(tǒng)，等部分組成。控制系統(tǒng)采用模糊控制技術(shù)，可對交通進行自適應(yīng)性調(diào)節(jié)。監(jiān)控系統(tǒng)采用車流量自動監(jiān)控及識別技術(shù)，可有效檢測過往車輛。報警系統(tǒng)采用有限狀態(tài)機技術(shù)，對一部分違反交通規(guī)則的車輛進行自動報警并可以手動強制進入突發(fā)事件處理狀態(tài)暫停路面交通。 本系統(tǒng) 最大的特點在于其獨有的智能預警系統(tǒng)可 有效降低事故發(fā)生率，這是在交通控制系統(tǒng)中最重要的因素。各系統(tǒng)的性能對比見下表（表 21）。 系統(tǒng)設(shè)計框圖 本系統(tǒng)由交通信號燈，車輛及人員監(jiān)測模塊，交通控制模塊，自動報警模塊組成。其系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖 31 所示。 佳木斯大學學士學位論文 12 佳木斯大學信息電子技術(shù)學院 表 21 系統(tǒng)性能 比較 控制方式 系統(tǒng)成本 準確率 % 交通事故下降 % 交通擁堵下降 % 系統(tǒng)功耗 可推廣性 本方法 適中 97% 75% 63% 低 很好 非智能系統(tǒng) 低廉 — — — 中 差 智能系統(tǒng) 昂貴 95% 3% 54% 高 一般 圖 31 交通信號燈控制器系統(tǒng)設(shè)計框圖 系統(tǒng)各功能模塊設(shè)計方案 交通信號燈 交通信號燈部分由紅黃綠三色信號燈及兩個四位數(shù)碼管組成。其中一位數(shù)碼管顯示信號燈切換倒計時，而另一個數(shù)碼管則顯示報警信息。當出現(xiàn)嚴重事故時紅燈閃爍同時警報數(shù)碼管顯示報警信息。 車量及人員監(jiān)測模塊 車輛及人員監(jiān)測部分由車輛檢測模塊及 RFID 射頻識別模塊組成。車輛檢測模塊負責交通數(shù)據(jù)的采集分析，而 RFID 射頻識別模塊則對來為車輛及人員身份進行車輛及人員檢測模塊 交通控制模塊 風險分析及自動報警模塊 交通信號燈 交通管理控制中心 傳感器 路況信息 無線 傳輸 無線 傳輸 無線傳輸 佳木斯大學學士學位論文 13 佳木斯大學信息電子技術(shù)學院 驗證。 交通控制模塊 分析由 車輛檢測模塊采集的交通數(shù)據(jù)實時對交通燈進行調(diào)節(jié)。 自動報警模塊 自動報警模塊由交通規(guī)則處理模塊，路況風險分析模塊，緊急救援模塊，罰款處理模塊組成。交通規(guī)則處理模塊分析車輛違規(guī)行為，路況風險分析模塊對可能發(fā)生的交通事故進行提前預警并分析其危險等級，緊急救援模塊向交通管理中心發(fā)送事故信息方便相關(guān)部門對事故進行及時處理，罰款處理模塊對違規(guī)車輛進行罰款。 佳木斯大學學士學位論文 14 佳木斯大學信息電子技術(shù)學院 第 4 章 交通信號燈控制器硬件實現(xiàn) 整體硬件實現(xiàn)原理介紹 本文所介紹的交通信號燈控制器的硬件電路部分由主控制器電路，傳 感器電路以及交通信號燈控制器電路三部分組成。主控制器負責對交通數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的處理以及選擇執(zhí)行相應(yīng)的命令。傳感器負責對路面交通數(shù)據(jù)進行實施采集并返回主控制器進行處理。交通信號燈控制器從主控制器接收相應(yīng)指令，在交通信號燈上進行相應(yīng)顯示。主控制電路，傳感器電路以及交通信號燈控制電路三部分之間通過無線傳輸芯片控制三者之間的通信傳輸，傳輸距離最遠可達兩公里。如果將無線傳輸系統(tǒng)擴展，可構(gòu)成小型基站，可對中小型城市進行全方位覆蓋。整體硬件原理實現(xiàn)，如圖 41所示。