智能交通灯控制系统的设计文献综述

 2022-11-09 12:38:53

文 献 综 述

  1. 引言

随着社会发展，人们生活水平有了质的提高，越来越多的人利用汽车进行代步，汽车保有量逐步增多，这使得道路压力越来越大，交通状况日益严峻。针对上述情况，缓解道路压力的传统方法是对道路进行扩宽、把路网密度适当增大，建立起立体交通网模式。显然，解决上诉问题最直接和最有效的方法是修建更多的路桥以提高路网的通行能力。然而修建路桥的巨额资金和城市有限空间的严格限制，使这一有效的方法大打折扣。因此，在有限的道路条件下，提高交通控制和管理水平合理使用现有的交通设施，充分发挥其能力是解决交通问题有效方法之一[1][2]。但由于城市空间密集型程度越来越高，上述传统方法对路面交通状况的缓解显得有点疲软，因此，利用现行的智能化控制技术来解决交通问题[3]。在城市交通中，交通红绿灯控制系统非常重要，只有提高交通控制系统的智能水平，才能疏散交通，解决城市道路拥堵的问题。为了实现上述目标，将单机片应用于交通灯控制系统设计中非常必要[4]。

  1. 智能交通灯研究的意义

交通是城市经济活动的命脉，对城市经济发展、人民生活水平的提高起着十分重要的作用。汽车现已成为人们日常生活中必不可少的交通工具。汽车在给人们带来便利的同时，也带来了一系列令人困惑的问题，如环境污染、交通拥挤、交通事故频繁发生，给人们的生命和财产带来了很大的损失。市交通问题困扰城市发展、制约城市经济建设的重要因素，人们对交通有效控制的意识越来越强烈[5][6]。

我国城市建设资金短缺，而协调控制一般投资较大，这就限制了其使用。所以我国目前各个城市的绝大多数交叉口都在使用单交叉口控制方式。如何赋予单路口控制方式一些新的策略，使之对于大量的交叉口进行行之有效的控制，最大限度的提高其通行能力及安全，对解决我国目前城市交通有着非常现实的意义，也可为协调控制的研究提供帮助[7][8]。

  1. 智能交通灯的研究背景

智能交通灯是智能交通领域的一个分支。智能交通系统，简称ITS(Intelligent Transport Systems)，作为一个概念性名词出现于20世纪90年代初，但其思想早在20世纪30年代已有萌芽，当时美国通用汽车公司和福特汽车公司倡导和推广过“现代化公路网”的构想，而20世纪60年代出现的静态路径诱导、计算机交通控制技术等都可谓是ITS的雏形，不过当时其重要性并不明显，没有受到人们足够的重视。因此，近几年来世界各国都竞相投资ITS的研发和应用。智能交通灯的应用是解决智能交通系统的关键之一[9]。

  1. 国外交通智能系统现状

ITS在日本的发展始于70年代。从1973年至1978年，日本成功地开展了一个叫动态路径诱导系统的实验。在这个实验中，车上的驾驶员可以根据装在车上的显示器上所显示的道路交通堵塞状况及诱导方向，选择自己到达目的地的最佳路线。从80年代中期至lJ90年代中期的10年间，日本相继完成了道路与车辆之问通信系统、交通信息通信系统、宽区域旅行信息系统、超智能车辆系统、安全车辆系统以及新交通管理系统等方面的研究。在此基础上，1994年1月，由日本警察厅、通产省、运输省、邮电省和建设省等五个部门联合成立了日本道路交通车辆智能化推进协会用以推动ITS在日本的发展[10][11][12]。

美国交通系统的智能化研究是最早的，始于本世纪60年代末，那时叫做电子路径导向系统(ERGS．-Electronic Route Guidance System)。中间暂停了十多年，到80年代中期后以加州交通部门研究的驾驶员寻路系统获得了成功为契机，在美国全国开展了被称为智能化车辆一道路系统(IntelligentVehicle．Highway System，简称IVHS)的研究。1991年，成立了美国智能交通系统协会(Intelligent Transportation Society of America)，主要宗旨是帮助并加速智能交通系统在政府和民间企业的发展，从而有力地促进了美国智能交通系统研究的发展。1991年，美国总统签署了综合提高陆上交通效率法案ISTEA，又称“冰茶法案”)，把开发研究智能化车辆一道路系统作为国策并给予充足的财政支持。1994年将美国IVHS改为美国ITS，以表明这方面的研究开发不仅限于车辆和道路，而可以推广到一切交通工具和交通中所组成的智能化系统。当然，就目前来讲，主要还是以道路交通为对象。

目前智能交通灯一直停留在理论研究阶段[1][2]。

  1. 我国交通灯现状

目前我国城市街道交叉路口的交通信号灯虽然是自动的，但是仔细观察就会发现红绿灯的交替转换是定时式的，即转换的间隔时间是固定不变的。定时式并不符合实际要求。因为，如果东西和南北两方向车流量相差很大，而信号灯还是平均分配导通时间，就会出现这样的问题：车多的方向导通时间不足，而车少的方向导通时间剩余，造成一方向车挤另一方向车松的不合理的局面，这就是机器自动控制不如人工现场指挥的差别。然而人工指挥劳动强度大，我们应充分发挥计算机的作用，用计算机模拟人的智能来控制交通灯，从而提高经济和社会效益。

  1. 交通信号控制系统发展简介

世界上最早的信号灯出现在1868 年英国伦敦Westminster 街口，它具有红绿两种颜色。1918年，在纽约街头出现了手动操作的三色信号灯。1926年在英国的Wolver- hampton又出现了第一座自动交通信号机。从上世纪60年代开始，世界各国开始研究控制范围较大的信号联动协调控制系统，以解决信号配时的优化问题。在众多的交通信号控制系统中，比较成功的有TRANSYT、SCOOT、SCATS、RHODES 等[13][14][15]。

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