桂伟 张红霞 陈皓
（武汉商学院湖北武汉４３００５６）
摘要：针对当前路口交通灯不能根据路口各方向车流量的实际大小实时调整红绿灯工作时间的现状，探讨了基于压力传感器、电感应、超声波、红外线及图像检测技术的车流量检测技术的交通灯计时智能调整系统的各种方案及发展趋势，提出了一种基于单片机的交通灯智能计时系统的设计思路。
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关键词 ：交通灯；计时；智能调整
中图分类号：TP273.5文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６６５－２２７２．２０１5．07．００6
０引言
进入２１世纪，我国经济持续高速增长，人们的生活水平不断提高，越来越多的人进入城市，城市的规模不断增大，城市中私家车拥有量不断增加，给人们的生活带来方便的同时，也产生了一系列的负面影响。人们的社会活动日趋繁忙，公共交通的迅速发展，使得城市交通变得越来越堵塞，城市交通事故不断发生。
目前，武汉市正处于大规模建设时期，同时私家车的保有量逐年增加，城市道路交通压力越来越大，城市交通的拥堵现象也越来越严重，尤其是在工程建设地段的十字路口，经常出现某个方向车辆排队等候、而另一方向车辆稀少的现状。据其原因，设置在十字路口的交通灯计时功能存在一定的不足，无论是在车流量的高峰期还是低谷期，路口交通灯在各个方向的设定时间相对固定，不能根据各个方向交通流的实际情况进行实时调整，这样的时间设定无法灵活控制各个方向的交通流，无形地加剧了路口的局部拥堵。因此，根据路口各个方向实际车辆的数量变化情况，改变路口每个方向红绿灯的转换时间，可以提高路口的车辆通行效率。
目前，主要是靠交通警察在路口进行人工调整红绿灯的转换时间，由于人工不能２４小时实时监测车流量的大小，不能做到红绿灯时间的实时调整，因此不能动态调整各个路口的车流量大小。对路口交通灯计时实现智能调整，是降低路口交通拥堵的主要措施，本文主要探讨交通灯计时智能调整系统的研究现状与发展趋势。
１交通灯计时智能调整系统的方案
要真正实现交通灯计时的智能调整，必须准确实时获得各个方向上车流量大小的信息，因此需要利用检测技术检测车流量的大小。目前，能够进行车流量检测的装置与方法比较多，如图像检测法、超声波检测法、电磁感应检测法、红外线检测法以及压力传感器检测法等。
１．１压力传感器检测法
压力传感器检测法是在距十字路口一定距离的地面下埋下压力传感器（见图１）。当汽车进入经过埋有压力传感器的地面上时，压力传感器就会因受压会发出信号，当汽车离开此地面的时候，压力传感器就会失去信号，根据得到信号，失去信号控制系统计算出通过路口的车流量大小。计算机控制系统根据检测路口各个方向的车流量的实际大小，改变路口各个方向的交通灯红绿灯的时间，车流量大的路口方向红灯时间变少，绿灯时间变长，车流量小的路口方向红灯时间变长，绿灯时间变短，实时改变各个方向车流量大小，有效缓解路口交通拥堵。
１．２电磁感应检测法
电感应检测法主要是利用电感式传感器来进行检测，如图１所示的电感式传感器主要部件是埋在路面下方的绝缘电线。其检测原理是，当有高频电流通过电感时，公路面上就会形成高频磁场。当汽车进入高频磁场区时，电感开始减少。当汽车运行到线圈的正上方时，电感减到最小值。当汽车离开这高频磁场区时，电感逐渐恢复到初始状态。汽车经过线圈时电感产生变化，使得线圈中的电流发生变化，在检测电路的末端装上电流变化的检测器，就可得到汽车通过的电信号，进而可以判断汽车的存在和通过，电感式检测法的电路由高频振荡电路、检波电路、整形电路及输出电路组成。计算机控制系统根据检测路口各个方向的车流量的实际大小，改变路口各个方向的交通灯红绿灯的时间，车流量大的路口方向红灯时间变少，绿灯时间变长，车流量小的路口方向红灯时间变长，绿灯时间变短，实时改变各个方向车流量大小，有效缓解路口交通拥堵。
１．３超声波检测法
如图所示２的超声波检测法是利用超声波检测器对车流量进行检测，其检测车流量的基本思路如下，在路口的每个车道上安装超声波检测装备，由超声波发生器向车辆经过的路口发射超声波，发生器再接收返回的反射波。每个车道的检测器上装有前后两个探头，检测车道上车流量信息，探头主要检测等待车辆，车辆进入检测区等信息。计算机控制系统根据检测路口各个方向的车流量的实际大小，改变路口各个方向的交通灯红绿灯的时间，车流量大的路口方向红灯时间变少，绿灯时间变长，车流量小的路口方向红灯时间变长，绿灯时间变短，实时改变各个方向车流量大小，有效缓解路口交通拥堵。
１．４红外线检测法
如图所示２的红外线检测技术采用的是红外检测器，红外检测法检测车流量原理同超声波检测法一样，采用的是反射式检测技术。红外检测器的主要部件是反射式检测探头，探头主要由红外发光管和红外接收管组成。检测器中调制脉冲发生器发出脉冲，发出的调制脉冲，辐射到道路上，当道路上有车辆通过时，调制脉冲就反射回来，经过解调、放大、整流滤波后产生检测信号送入单片机，单片机计数出通过路口的车流量大小，其工作流程如图３所示。计算机控制系统根据检测路口各个方向的车流量的实际大小，改变路口各个方向的交通灯红绿灯的时间，车流量大的路口方向红灯时间变少，绿灯时间变长，车流量小的路口方向红灯时间变长，绿灯时间变短，实时改变各个方向车流量大小，有效缓解路口交通拥堵。
１．５图像检测法
视频监控系统是道路交通指挥系统的一个重要组成部分，它能为交通指挥人员提供道路交通的直观信息与实时交通状况，有利于交通指挥人员迅速作出响应，而目前武汉市的视频监控系统主要还是通过视频把现场道路的信息反馈到交通控制大厅，然后通过交通监控大厅的指挥人员对现场的交通警察进行指挥，控制现场的交通状况。这种视频监控技术，还是需要依靠人工进行协调控制交通，还不是真正的智能控制。
当今，模糊识别技术、人工智能技术、图像处理技术以及计算机技术的飞速发展，计算机图像处理技术在交通信息检测中占据了越来越重要的地位。
如图所示２的图像检测法检测通过路口的车流量的基本思路是在路口的每条车道上设定探头检测的固定区域，视频探头获取区域内的图像信息，检测通过路口车流量的大小。检测的信号传送给计算机控制系统，根据检测路口各个方向的车流量的实际大小，改变路口各个方向的交通灯红绿灯的时间，车流量大的路口方向红灯时间变少，绿灯时间变长，车流量小的路口方向红灯时间变长，绿灯时间变短，实时改变各个方向车流量大小，有效缓解路口交通拥堵。
基于视频图像的车流量检测技术有较广泛的应用发展前景，对改善城市交通状况发挥着积极的支持作用。但是视频检测法存在着漏检、误检问题，基于目前存在的问题，视频图像车流量检测技术要不断进行改进。视频图像处理涉及噪声、光照条件变化、遮挡、误识别以及图像处理速度与质量问题。为改进图形处理的质量和速度、提高抵抗抗噪声、光照条件变化等因素的能力，可以将图像处理的抽象层次提高到线的层次，计算直线和曲线的线流场，或者将基于特征的方法和基于流场的方法结合起来。
２基于单片机的交通灯智能计时系统的设计思路
基于单片机的交通灯智能计时系统的设计思路是在路口安装红外检测装置，实时检测路口每条车道上车流量大小，建立数学模型，开发算法，利用单片机控制系统对交通灯计时进行优化，从而达到灵活改变交通灯红绿灯时间的目的。基于单片机的交通灯智能计时系统的具体设计如下：
（１）外发射器向道路发出红外信号波，红外信号波遇到车辆通过时，反射回来，以此准确计算出通过路口的车辆的数量。
（２）红外检测器将接收到的信号传送到检测回路的终端控制器，依据算法，根据采集到的车流数据，进行运算分析
（３）根据路口每个方向上的流量的实际大小，制定合理的每个方向红绿灯的工作时间方案。
（４）依据设计思路开发出系统的软硬件。硬件通过上位机连接无线模块，下位机通过串口连接ＡＴ８９Ｃ５１单片机，上位机与下位机之间实现通讯。
３结语
本文通过调研武汉地区各主要拥堵路口的交通状况，分析产生拥堵的原因，在此基础上研究能够根据不同方向车流量的大小自动调整红绿灯时间的控制系统方案，以达到提高车辆通行能力，缓解武汉地区交通压力，降低油耗，减少环境污染的目的。
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参考文献：
１黄鹃飞．基于ＰＬＣ的自适应交通灯智能控制系统设计［Ｄ］．南昌：南昌大学，２００９．
２孙玉芳．基于单片机的智能交通灯控制系统的研究［Ｄ］． 哈尔滨：哈尔滨工程大学，２００９
３苏玉萍．基于模糊逻辑的路口交通灯控制算法的研究［Ｄ］．兰州：兰州理工大学，２００７
４蔡军，曹慧英．智能交通灯控制系统的设计与实现［Ｊ］．重庆邮电学院学报，２００４（３）
５谢溪凌，肖建波，张昊．考虑时段交通流交通灯工作状态的智能优化［Ｊ］． 汽车安全与节能学报，２０１２（３）
（责任编辑 吴汉）