用可編程控制器實(shí)現(xiàn)智能交通信號(hào)控制

        目前我國(guó)城市里的十字路口交通系統(tǒng)大部分都采用定時(shí)方式來(lái)控制（不排除繁忙路段或高峰時(shí)段用交警來(lái)取代交通燈的情況），這樣必然產(chǎn)生如下弊端：當(dāng)某條路段的車流量很大時(shí)卻要等待紅燈，而此時(shí)另一條是空道或車流量相對(duì)少得多的道卻長(zhǎng)時(shí)間亮的是綠燈，這種以多等少的尷尬現(xiàn)象是未對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控所造成的，不僅讓司機(jī)乘客怨聲載道，而且對(duì)人力和物力資源也是一種浪費(fèi)。

　　智能控制交通系統(tǒng)是目前研究的方向，也已經(jīng)取得不少成果，在少數(shù)幾個(gè)先進(jìn)國(guó)家已采用智能方式來(lái)控制交通信號(hào)，其中主要運(yùn)用GPS全球定位系統(tǒng)等。出于便捷和效果的綜合考慮，可用如下方案來(lái)控制交通路況：制作傳感器探測(cè)車輛數(shù)量來(lái)控制交通燈的時(shí)間。具體如下：在入路口的各個(gè)方向附近的地下按要求埋設(shè)感應(yīng)線圈，當(dāng)汽車經(jīng)過(guò)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生渦流損耗，環(huán)狀絕緣電線的電感開(kāi)始減少，即可檢測(cè)出汽車的通過(guò)，并將這一信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)作為可編程控制器的控制輸入，并用PLC計(jì)數(shù)，按一定控制規(guī)律自動(dòng)調(diào)節(jié)紅綠燈的時(shí)長(zhǎng)。

　　比較傳統(tǒng)的定時(shí)交通燈控制與智能交通燈控制，可知后者的最大優(yōu)點(diǎn)在于減緩滯流現(xiàn)象，也不會(huì)出現(xiàn)空道占時(shí)的情形，提高了公路交通通行率，較全球定位系統(tǒng)而言成本更低。

　　1車輛的存在與通過(guò)的檢測(cè)

　　（1）感應(yīng)線圈（電感式傳感器）。電感式傳感器其主要部件是埋設(shè)在公路下十幾厘米深處的環(huán)狀絕緣電線（特別適合新鋪道路，可用混凝土直接預(yù)埋，老路則需開(kāi)挖再埋）。當(dāng)有高頻電流通過(guò)電感時(shí)，公路面上就會(huì)形成如圖1（a）所示虛線所形成的高頻磁場(chǎng)。當(dāng)汽車進(jìn)入這一高頻磁場(chǎng)區(qū)時(shí)，汽車就會(huì)產(chǎn)生渦流損耗，環(huán)狀絕緣電線的電感開(kāi)始減少。當(dāng)汽車正好在該感應(yīng)線圈的正上方時(shí)，該感應(yīng)線圈的電感減到最小值。當(dāng)汽車離開(kāi)這高頻磁場(chǎng)區(qū)時(shí)，該感應(yīng)線圈電感逐漸復(fù)原到初始狀態(tài)。由于電感變化該感應(yīng)線圈中流動(dòng)的高頻電流的振幅（本論文所涉及的檢測(cè)工作方式）和相位發(fā)生變化，因此，在環(huán)的始端連接上檢測(cè)相位或振幅變化的檢測(cè)器，就可得到汽車通過(guò)的電信號(hào)。若將環(huán)狀絕緣電線作為振蕩電路的一部分，則只要檢測(cè)振蕩頻率的變化即可知道汽車的存在和通過(guò)。

　　電感式傳感器的高頻電流頻率為60kHz，尺寸為2×3m，電感約為100μH.這種傳感器可檢測(cè)的電感變化率在0.3％以上。電感式傳感器安裝在公路下面，從交通安全和美觀考慮，

　　它是理想的傳感器。傳感器最好選用防潮性能好的原材料。

　　（2）電路。檢測(cè)汽車存在的具體實(shí)現(xiàn)是在感應(yīng)線圈的始端連接上檢測(cè)電感電流變化的檢測(cè)器，并將之轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)脈沖電壓輸出。其具體電路圖由3部分組成：信號(hào)源部分、檢測(cè)部分、比較鑒別部分。原理框圖如圖2所示，輸出脈沖波形如圖1（b）所示。

　　（3）傳感器的鋪設(shè)。車輛計(jì)數(shù)是智能控制的關(guān)鍵，為防止車輛出現(xiàn)漏檢的現(xiàn)象，環(huán)狀絕緣電線在地下的鋪設(shè)采取在每個(gè)車行道上中的出口地（停車線處）以及在離出口地一定遠(yuǎn)的進(jìn)口的地方，各鋪設(shè)一個(gè)相同的傳感器，方案如圖3所示（以典型的十子路口為例），同一股道上的兩傳感器相距的距離為該股道正常運(yùn)行時(shí)所允許的最長(zhǎng)停車車龍為好。

                               
　　2.用PLC實(shí)現(xiàn)智能交通燈控制

　　（1）控制系統(tǒng)的組成

　　車輛的流量記數(shù)、交通燈的時(shí)長(zhǎng)控制可由可編程控制器（PLC）來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，也可選用其他種類的計(jì)算機(jī)作為控制器。文中選用PLC作為控制器件是因?yàn)榭删幊炭刂破骱诵氖且慌_(tái)計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力；它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程；它采用模塊化結(jié)構(gòu)，編程簡(jiǎn)單，安裝簡(jiǎn)單，維修方便。

　　利用PLC，可使上述描敘的各傳感器以及各道口的信號(hào)燈與之直接相連，非常方便。本設(shè)計(jì)例中，PLC選用FX2N-64，其輸入端接收來(lái)自各個(gè)路口的車輛探測(cè)器測(cè)得的輸出標(biāo)準(zhǔn)電脈沖，輸出接十字路口的紅綠信號(hào)交通燈。信號(hào)燈的選擇：在本例中選用紅、黃、綠發(fā)光二極管作為信號(hào)燈（箭頭方向型）。

　　（2）車流量的計(jì)量

　　車流量的計(jì)量有多種方式：（1）每股行車道的車流量通過(guò)PLC分別統(tǒng)計(jì)。當(dāng)車輛進(jìn)入路口經(jīng)過(guò)第一個(gè)傳感器1時(shí)，使統(tǒng)計(jì)數(shù)加1，經(jīng)過(guò)第二個(gè)傳感器2出路口時(shí)，使統(tǒng)計(jì)數(shù)減1，其差值為該股車道上車輛的滯留量（動(dòng)態(tài)值），可以與其他道的值進(jìn)行比較，據(jù)此作為調(diào)整紅綠燈時(shí)長(zhǎng)的依據(jù)。（2）先統(tǒng)計(jì)每股車道上車輛的滯留量，然后按大方向原則累加統(tǒng)計(jì)。如，將東西向的左行、直行、右行道上的車輛的滯留量相加，再與其它的3個(gè)方向的車流量進(jìn)行比較，據(jù)此作為調(diào)整紅綠燈時(shí)長(zhǎng)的依據(jù)。（3）統(tǒng)計(jì)每股車道上車輛的滯留量后按通行最大化原則（不影響行車安全的多道相向行駛）累加統(tǒng)計(jì)。如，東、西相向的2個(gè)左行、直行、右行道上的車輛的滯留量全部相加，再與南北向的總車流量進(jìn)行比較，據(jù)此作為調(diào)整紅綠燈時(shí)長(zhǎng)的依據(jù)（下面的例子就是按此種方式）。以上計(jì)算判別全部由PLC完成。可以把以上不同計(jì)量判別方式編成不同的子程序，方便調(diào)用。

　　（3）程序控制方法

　　文中就上述所描述的車流量統(tǒng)計(jì)方式，就圖3中的十字路口給出一例PLC自動(dòng)調(diào)整紅綠燈時(shí)長(zhǎng)的程序控制方法，其行車順序與現(xiàn)實(shí)生活中執(zhí)行的一樣，只是時(shí)間長(zhǎng)短不一樣。

　　1）當(dāng)各路口的車輛滯留量達(dá)一定值溢滿時(shí)（相當(dāng)于比較嚴(yán)重的堵車），紅綠燈切換采用現(xiàn)有的常規(guī)定時(shí)控制方式。

　　2）當(dāng)東、西向路口的車輛滯留量比南、北向路口的大時(shí)（反之亦然），該方向的通行時(shí)間=最小通行定時(shí)時(shí)間＋自適應(yīng)滯環(huán)比較增加的延時(shí)時(shí)間（是變化的），但不大于允許的最大通行時(shí)間。其中最小定時(shí)時(shí)間是為了避免紅綠燈切換過(guò)快之弊；最大通行時(shí)間是為了保障公平性，不能讓其它的車或行人過(guò)分久等。進(jìn)一步的說(shuō)明在后面的注釋中。

　　3）自適應(yīng)滯環(huán)比較（本例的核心控制規(guī)律）增加的時(shí)間的確定若東、西向車輛滯留量≥南、北向一個(gè)偏差量σ（如30輛車或其它值）時(shí)，先讓東、西向的左轉(zhuǎn)彎車左行15s（定時(shí)控制，值可改），再讓直行車直行30s（直行時(shí)間的最小值，值可改）后再加一段延時(shí)保持，直至東、西向的車輛滯留量比南、北向的車輛滯留量還要少一個(gè)偏差量σ，才結(jié)束該方向的通行，切換到其它路上，否則一直延時(shí)繼續(xù)通行下去，直至到達(dá)最大通行時(shí)間而強(qiáng)制切換。實(shí)際應(yīng)用時(shí)σ的值需整定，過(guò)小則導(dǎo)致紅綠燈切換過(guò)頻，過(guò)大又不能實(shí)現(xiàn)適時(shí)控制。

　　3.結(jié)束語(yǔ)

　　與傳統(tǒng)的定時(shí)交通燈控制相比，智能交通控制的最大優(yōu)點(diǎn)在于減緩滯流現(xiàn)象，也不會(huì)出現(xiàn)空道占時(shí)的情形，提高了道路交通通行率，較全球定位系統(tǒng)而言成本更低，特別適合繁忙的、未立交的交通路口，更適合于四個(gè)以上的路口，也可方便連網(wǎng)。
 

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