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摘要：智能交通信号控制系统是现代化城市交通系统的核心，对于改善城市交通状况、降低交通事故发生率有着重要的作用。因此应积极利用先进的科学技术，进一步优化和完善智能交通信号控制系统，提高城市交通信号控制水平。本文简单介绍了交通信号控制系统，分析了交通信号控制系统的控制策略，阐述了智能交通信号控制系统设计。
关键词：智能交通信号；控制系统；设计
近年来，城市机动车辆的出行率和保有量大幅度上涨，道路交通情况越来越复杂，对于交通信号控制的智能化和适应性提出了更高的要求。在此背景下，基于自动化控制技术和计算机技术的快速发展，要积极开发和设计智能交通信号控制系统，满足城市复杂的交通环境需求。
一、交通信号控制系统概述
交通信号控制系统基于计算机科学技术，主要包括外场设备和中心设备。外场设备包括通信和电力的局部切改、检测线圈、路口信号机等，中心设备主要是指配套管理设备、应用软件、区域协调控制设备等。在城市交通信号控制区的中心自适应计算机设备兼容PC机，控制城市各个区域的多个路口。由于城市各个交叉路口的车流量是相关联的，具有非确定性，交通信号控制系统应实现集成化和智能化，将交通管理技术、交通预测技术、信息融合技术以及智能控制技术等结合起来，实现城市交通的点、线、面协调控制。
二、交通信号控制系统的控制策略
交通信号控制区中心自适应协调计算机控制整个网络的信号协调，由检测器线圈实时采集道路占有率和交通流量信息，计算相位差、绿信比和周期参数，满足主流交通状况。
1、交通信号控制相位差
根据城市交通信号的控制区域规模，计算最优的交通信号控制相位差，避免多方向路口相位差变化的影响。在交通信号控制区中心自适应协调的子系统中定义相位差，协调不同交通流量运行。高流量的连接性决定着交通信号控制的最佳相位差，当一个周期时间满足信号连接协调时，交通信号控制系统应保持该周期，保障良好的通行能力，减少停车次数。
2、交通信号控制绿信比
在不同的信号变化周期绿信比以小步长变化，主要是为了均衡有冲突车道车流的饱和度，减小车流延误时间。交通信号控制系统的控制器保存最小绿信比，根据实际的道路交通情况，当相位最小时间和周期时间限定交通信号控制的最大绿信比，可将该绿信比分配给指定的某一相位。
3、交通信号控制周期
交通信号控制周期可根据城市道路车流的饱和度上下变动，保持城市交通道路90%左右的饱和度，由用户确定最大周期（100~150s）和、最小周期（30~40s），结合不同的交通需求，适当调整交通信号控制周期。
三、智能交通信号控制系统设计
智能交通信号控制系统采用中断方式发布控制指令和接收交通参数。现代化智能交通信号机可同时执行车流量检测、通讯和信号灯控制等多个任务。为了避免交通信号控制系统同时运行多个任务出现效率低下、功能受限、结构混乱等问题，可应用 C linux嵌入式操作系统，同时支持计算机网络通信、模块化设计和各种文件系统，C linux采用Flat平板式内存模型，优化了应用程序加载方式，通过开发基于 C linux的C函数库，可快速完成网络实现、设备控制、文件系统、内存管理、进程管理等功能，采用模块化方式设计内核，可独立安装或者卸载功能模块，当需要编译内核时，删除冗余功能模块，选择嵌入式操作系统功能模块，重新配置内核，缩减系统内核占有量。
1、系统结构设计
智能交通信号控制系统结构可分为网络负荷分配层、网络流控制层和路口控制层。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆网络负荷分配层主要是预测1小时内的交通需求，为交通信号控制系统提供约束和输入条件，在这一层可应用现代化的动态交通分配技术和ATIS信息系统。网络流控制层主要是预测道路车辆行驶情况，从而有效约束各个路口的交通流量，每间隔200~300s预测一次。路口控制层主要是根据交通信号控制的各种约束条件和预测的交通流来控制交通流相位长度和相序，实现实时的预测控制。智能交通信号控制系统的分布式结构，在一定程度上增加了城市道路路口信号控制器的信息通信量，但是减轻了路口控制器和中心控制计算机之间的通信任务量，并且有助于实现最优的实时自适应交通流控制。
2、系统组成模块
（1）在线交通仿真系统
在线交通仿真系统基于路口容量模型和交通流模型，以道路车队为系统建模单元，可在线评估城市交通性能指标，仿真效率较高，并且模型具有足够的现实性。
（2）网络交通负荷预测和估计系统
通过车辆出行行为模型、实时的OD流量预测和估计技术以及实时动态的交通分配技术等，实现各个区域网络的交通负荷短期预测和实时估计，为网络交通车流预测提供转弯车流量比例等背景数据，进一步优化智能交通信号控制系统的约束条件。
（3）网络控制系统
基于在线交通仿真系统，分析交通控制区域路口各个方向的车流冲突情况，实时预测各个路口的车流运动情况，构造交通信号控制决策树，结合决策树的不同路径，即不同车流冲突的处理解决措施，通过在线交通仿真系统科学评估性能指标，获得各个路口大致的相位持续时间，作为单个路口相位优化的一个约束调价。路口级信号控制层可将智能交通信号控制系统网络控制层的输出数据作为系统的约束条件，实现路口级信号控制层和网络控制层的协调运行。
（4）路口级相位控制系统
路口级相位控制系统以网络控制系统的输出作为初值或者约束条件，根据上游路口各个进出道口的交通流量，利用动态规划技术，合理预测道路某车辆到达该路口的行驶时间，优化该路口交通信号控制的相序和相位时间，以停车次数和平均车辆延误时间作为优化指标，对于车流量大的路口，以通过车辆数量为优化指标。通过路口级相位控制系统可预测单个车辆到达路口的时间，在指标函数中，可对各有优化指标进行加权，实现最优的相位配时方案。
3、中心控制系统结构设计
智能交通信号控制系统的中心控制系统可提供良好的人机交互界面，和交通信号控制器进行数据通讯，设定或者获取参数，实时显示路口信号灯的倒计时和颜色状态，进行配时优化、存取相位信息、相位定义等。中心控制系统结构主要包括配时优化模块、电子地图模块、时间定义模块、配时和相位定义模块以及灯组定义模块。灯组定义主要是为了提供良好的运行环境，来定义不同路口信号灯，在智能交通信号控制系统数据库中存储定义好的灯组，并且便于定义相位，通过图形化设计形式，准确清晰地标记灯组图标，可实现随机组合，具有良好适用性。配时模块主要是提供配时环境和相位设计，每个相位对应一个时间参数，交通信号控制的相位序列和相位设计完全对应，并且同一个相位序列可以采用多种配时方案，有效提高智能交通信号控制效率和准确性。
结束语：
智能交通交通信号系统设计对于减少燃油消耗和环境污染、降低交通事故、缩短交通延误时间等有着重要的现实意义。智能交通信号系统设计是城市交通领域的重要内容，智能交通信号控制系统设计可应用嵌入式操作系统，增强控制系统的通讯功能，进行实时的数据采集和处理，通过讲通信联网，满足智能交通信号控制的区域协调控制目标，实现城市交通的智能化、信息化和数字化管理，推动智能交通信号系统的快速发展。
参考文献：
[1]边婷婷.智能交通信号控制系统的研究与实现[D].沈阳航空工业学院，2010.
[2]尹中宁.智能交通信号控制及系统的设计与实现[D].电子科技大学，2011.
[3]梁子君.城市道路智能交通信号控制系统[D].合肥工业大学，2011.
论文作者:高竟全
论文发表刊物:《基层建设》2015年23期供稿
论文发表时间:2016/4/6
标签：信号论文; 控制系统论文; 交通论文; 相位论文; 路口论文; 智能交通论文; 城市交通论文; 《基层建设》2015年23期供稿论文;