1引言
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),，目前我國(guó)城市里的十字路口交通系統(tǒng)大都采用定時(shí)來控制(不排除繁忙路段或高峰時(shí)段用交警來取代交通燈的情況),，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,，我們可用如下方案來控制交通路況:制作傳感器探測(cè)車輛數(shù)量來控制交通燈的時(shí)長(zhǎng)。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)過時(shí)就會(huì)產(chǎn)生渦流損耗,，環(huán)狀絕緣電線的電感開始減少，即可檢測(cè)出汽車的通過,，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。
2車輛的存在與通過的檢測(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,，老路則需開挖再埋)。當(dāng)有高頻電流通過電感時(shí),，公路面上就會(huì)形成如圖1(a)中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。
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[1,，2]。
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,。其具體電路圖由三部分組成: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,輸出脈沖波形見圖1(b),。
(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)我們?cè)O(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(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,。
3用PLC實(shí)現(xiàn)智能交通燈控制
3.1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,。本例選用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),。它具有高可靠性豐富的輸入/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,，非常方便可靠.
本設(shè)計(jì)例中,其輸入端接收來自各個(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)。
3.2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PLC分別統(tǒng)計(jì),。當(dāng)車輛進(jìn)入路口經(jīng)過第一個(gè)傳感器1時(shí),，使統(tǒng)計(jì)數(shù)加1，經(jīng)過第二個(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,?？梢园岩陨喜煌?jì)量判別方式編成不同的子程序，方便調(diào)用,。
3.3程序流程
本例就上述所描述的車流量統(tǒng)計(jì)方式,就十字路口給出一例PLC自動(dòng)調(diào)整紅綠燈時(shí)長(zhǎng)的程序流程,，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分久等,。進(jìn)一步的說明在后面的注釋中。
(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。滯環(huán)特性如圖6 所示,。實(shí)際應(yīng)用時(shí)σ的值需整定,，過小則導(dǎo)致紅綠燈切換過頻，過大又不能實(shí)現(xiàn)適時(shí)控制,。
4結(jié)束語
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，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),。