交通灯控制器设计方案

交通灯控制器设计方案（通用8篇）

交通灯控制器设计方案 篇1

交通信号控制优化服务是借助专业团队对交通信号控制方面进行挖掘，以更加有效地缓解目前由于机动车数量过快增长而造成路网交通运行压力增大，道路硬件资源增长严重失衡这一问题。具体服务内容包括：

 对交通信号控制理论及相关技术进行总结，规范信号优化工作流程，落实责任，建立统一化与个性化相结合的交通信号管理模式，保证交通信号合理运行，满足各种条件下道路交通参与者的通行需要。

 通过对相关路口进行周期性调查，及时发现存在不足并予以改善、跟踪，从而不断提高其运行水平。

 通过路口排查和调研，对有条件进行协调控制的路口设计协调控制方案，降低协调控制路口的行车延误，提高交叉口服务能力。

 以周报、月报和专项分析报告总结归纳工作开展情况及完成效果，有计划性的回检评价历史优化路口，提炼可取之处及考虑不周的地方，对未来将有可能发生变化的交叉口或路段有一定预测性。服务内容

2.1 交通信号管理基础工作

（1）交通信号控制理论及相关技术总结

交通信号控制理论及相关技术的总结包括对交通信号控制相关理论的总结和对现今主流信号控制模式及方法的总结2部分内容。

 对交通信号控制相关理论的总结

包括对信号控制涉及的相关参数的总结、对通过能力的总结及对信号路口对车流停滞作用的总结3部分内容。

 对现今主流信号控制模式及方法的总结

包括对单点信号控制模式与方法的总结、对交通信号子区划分的模式与方法的总结、对主干道交通信号协调控制模式与方法的总结、对同类型交通信号路口协调控制模式与方法的总结、对长距离交通信号协调控制模式与方法的总结以及对区域协调控制模式与方法的总结六大类涵盖点、线、面三个层次的信号控制与协调方法的相关技术理论的总结。

在对交通信号控制相关理论的总结基础上，根据各地市信号路口特点，重点对适用该地信号控制特点的信号控制模式及方法进行总结。

 单点信号控制

主要包括单点定时信号控制、单点感应信号控制和单点自适应信号控制三种方式。针对信号控制路口常用的单点信号控制方法有Webster等方法。

 交通信号子区划分

主要基于距离原则、车流特征原则、周期原则的子区划分原则及其相关的关联度判断方法、合理周期范围判断方法的划分方法总结。

 主干道交通信号协调控制

主要包括单向绿波协调控制、对称双向绿波协调控制、非对称双向绿波协调控制的方法。针对不同地市信号控制路口不同的流量特征可选用相对应的主干道信号协调控制方法。

 同类型交通信号路口协调控制

主要针对信号路口饱和度同类型及其基础上的潮汐特征同类型进行交通信号路口同类型的判定分析，归纳与其相对应的信号控制适用方法。

 长距离交通信号协调

主要对相邻路口间距离较长的信号路口及交通信号路口数较多的整体距离较长的协调控制方法进行研究，针对长距离交通信号协调的分类归纳相对应的协调模式及方法。

 区域协调控制

交通区域协调控制是二维上的控制，它通过将绿波协调控制的路口利用组合叠加的方式，对各信号控制路口的信号周期、绿信比以及路口间的相位差进行优化，以减小延误、提高路网通行效率的信号控制方法。当前交通信号区域协调控制的方法主要可以分为结合调控的协调方法、基于延误的协调方法和基于绿波带优化的协调方法。

通过全面深入的了解信号控制的基础理论及信号控制主流模式及技术方法，掌握前沿技术，归纳出适用性强的主流核心技术规范，为交通信号控制优化提供理论及技术支持。

（2）交通信号控制关键工作流程归纳

交通信号控制关键流程，是基于ITIL服务管理理念，结合日常管理部门组成及运作特点，在项目服务周期的开始时间段内研究并确立一套更加科学、合理和细致的落实到点、责任到人的交通信号控制路口运行情况巡查管理、交通信号运行方案优化、交通信号设施巡查的规范工作流程，完善配套模板，以提高交通信号控制系统日常工作的效率。

（3）优化交通信号控制策略及方案编制

根据各地市信号控制系统的特点，结合道路情况及交通流特点，对归纳及制定出来的适用的信号控制相位模板和各种交通条件下的信号控制策略和方案进行完善优化，使得交通信号控制策略及预案模式化、流程化、标准化。

（4）信号控制模式标准化

深入研究基于单点信号控制、协调信号控制、转弯信号、倒计时设置及行人按钮设置等信号控制系统的各项参数，归纳出解决路口信号具体问题的方向及思路，制定相关规范及标准。

（5）对交通信号基础信息的核查与摸查

对已有路口的基础信息档案的路口，利用一定时间进行交通信号基础信息的核查，核对现有资料的正确性与完整性，对不完整的资料按规范进行更新及补充；对尚未建档的路口，另外一定时间进行交通信号基础信息的摸查，并按规范对路口的相关信息进行补充完善，分类建档，以上基础信息文档资料经用户方最终核定后入库存储。同时建立路口档案库，根据各路口的信息材料进行分类存储并进行不断的更新完善。

2.2 交通信号控制路口日常巡查及方案优化

（1）全市信号控制路口周期巡查

通过定时对全市交通信号控制路口进行周期巡查，利用路面巡查和内场检查结合的方式，及时发现信号策略方案不适应当前交通流需求的信号控制路口，提高对信号控制系统运行状态的动态把握和快速反应。其中，路面巡查是主要的巡查方式，通过定期对辖区路口进行实地调查，及时发现路口存在问题；内场检查是辅助方式，通过在控制中心利用系统警告功能和交通监控视频来发现问题路口。（2）日常问题路口调查及控制方案优化

对在日常巡查中发现的问题路口，以及市民、媒体等反应的问题路口，进行深入的补充调查，并根据调查数据基于实际情况对信号控制路口进行优化，通过包括调查、设计、方案优化、实施、跟踪、再优化的信号路口优化工作流程对问题路口进行模式化、标准化的方案调整，使得路口适应当前交通流增长的需求。

（3）路口信号控制档案库维护与更新

每天对存在信息变更（主要包括车道划分、检测器、灯具类型、路口硬件配置等信息）的路口档案进行维护更新；此外，对在日常巡查中发现的问题路口，以及市民、媒体等反应的问题路口，在进行信号控制策略优化后及时记录更新相关信号控制档案。

2.3 交通信号协调控制方案优化

（1）绿路协调控制优化  单向绿路协调

单向绿路协调，即对单行线的路段或双行线的其中一个方向所包含的信控交叉口进行调节，从而实现范围内的单个方向的交通流的协调控制。使得协调方向上较多的车辆在通过上游交叉口后，能够不停车地连续通过多个交叉口，提升行驶顺畅度。

 双向绿路协调

在城市中，对向交通量差值不大的双行线路段的分布显然更为广泛。非高峰期间，对向交通量趋于接近的趋势极为明显。对于这样的道路交通条件，设置单向绿路协调显然是不合适的，协调方向上的带宽收益难以弥补对向大大增加的延误。因此需要采用双向绿路协调来对这些路段进行设置。

（2）区域协调控制优化

完整优良的交通信号协调系统应当包含三个层次：为每个路口设置合适的相位、相序、周期和配时的点层次；为在同一路段上的路口设置合适的相位差实现协调控制的线层次以及对多个路口或多条路段构成的区域作战略控制的面层次。由于包含多个路口、多条路段的区域中，其交通环境、交通流结构以及交通流向的多样性均非常丰富，因此难以建立通过数学模型来对区域交通进行描述。因此需要根据各地市的实际情况，尝试逐步实现由小到大的区域协调控制。2.4 技术支持及总结

（1）周期性工作汇报

定期总结一定时间段的工作开展情况和完成效果，包括现场巡查、信号优化路口以及视频巡查路口的总结，归纳信号优化结果并附上具体优化方案，同时制定下个时间段的工作安排，以word、excel、Visio等形式整理成报告反馈。

（2）回检历史优化路口

在总结中提取部分路口将其划分为重点路口、次重点路口和特殊路口，并进行长期跟踪维护，做好优化登记和存档；针对重大交通变化或突发性等交通事件而进行的信号方案修改、优化成果、优化总结等以报告形式汇报甲方。应用案例

目前，国内城市已经基本完成了交通信号控制系统的初步建设，交通运行秩序明显改善。然而普遍存在“重建设、轻服务”的误区，导致当交通流发生明显波动时，管控优化策略明显滞后，引起局部大面积的交通拥堵，信号控制系统的运行效率大大降低。基于此，方纬公司为广州交警、珠海交警等提供了本地化驻场的信号控制优化服务，主要借助交通信号控制理论及相关专业技术，对信号控制路口进行基础信息的收集整理与归档，并在此基础上进行路口巡查、方案优化及协调控制方案的优化，逐步形成标准化的流程，最后对相关技术及工作进行总结汇报并对关键前沿技术进行研究。以珠海市交通信号控制优化服务项目为例，截止到2015年底，方纬公司已经完成珠海市香洲大队辖区、拱北大队辖区、南湾大队辖区、金堂大队辖区，涉及93个路口的交通信号控制优化工作，包括93个路口基础信息的整理、更新及信号控制方案的整理更新，84个（次）路口巡查，10条绿路方案设计，使得信号控制效率大大提高。

控制路口相位资料基础信息路口名称：XX路XX路XX地感线圈制作日期：机 型：协调路口编号：2014-x-x路口编号：检测器类型:3车行灯组：2人行灯组：XXNWES3D路口信号灯组及检测线圈分布图3425(7m)12D1D4(14m)备注：2013-7-3，SG1、SG2、SG3新增倒计时ABC3D5相位序列图542D1DV1d:bV2d:bV3d:aSG4:P1-c(Q-)SG5:P2-ac(Q+)Da1:3,4Db1:1,2图1 控制路口相位资料整理示意图

交通灯控制器设计方案 篇2

1 系统总体功能描述

根据日常生活中交通繁忙路段十字路口车辆和行人的通行情况，设置本交通灯控制器控制十字路口的各交通灯有按照以下规律转换状态：

1)主道优先通行且通行时间为40S。

2)支道通行时间为25S。

3)主道与支道的车辆交错通行。

4)主道与支道转换的时候，绿灯变红灯时，黄灯先亮5S，而此时另外一个红灯不改变。

2 硬件系统设计

硬件系统的总体设计框图如图1所示。

其中各部分的名称和功能[1]如下：

1)时钟信号发生模块

此模块产生准确的秒脉冲信号，为控制模块提供时钟脉冲、

2)计时模块

记录秒脉冲的个数，达到一定时间时向控制模块发送定时信号，负责提示控制模块控制主道和支道交通灯状态的转换。

3)主控制模块

根据计时模块传送的信息控制主、支道交通灯的状态，并控制显示模块显示倒计时时间。

4)译码驱动模块

对控制模块的状态进行译码，驱动显示模块对交通灯状态的显示。

5)显示状态模块

显示交通灯的状态

6)显示时间模块

显示交通灯保持当前状态的剩余时间。

3 VHDL编程实现

本系统利用CPLD芯片在MAX+PLUS II平台上实现系统设计。VHDL语言使用自上至下的方法将设计内容细化，最终完成系统硬件的整体设计。这种自上而下的设计方法能够首先建立设计的行为描述，并能够在早期阶段对设计的行为描述进行仿真。通过对仿真结果的分析，能够调整、修改设计方案，以保证设计的最优化。

顶层模块包括以下2个部分：交通灯控制模块和数字钟模块[2]。

3.1 交通灯控制模块

交通灯控制模块的输入包括时钟信号clk以及4路传感器模块信号输入口。四路传感器信号分别为M1、M2、B1、B2，来自主干道和支路的传感器根据对车流量进行检测后产生的计数值。该模块内部产生交通灯控制逻辑，所使用的控制策略为：当支路无车时总保持主干道畅通，当支路有车时支路的绿灯时间与支路上的传感器送回的计数值成正比增加，主路同理。以上控制逻辑产生6路输出MR、MY、MG和BR、BY、BG，分别控制主从路的红黄绿灯亮灭以及闪烁。同时以2个8位数据口输出车流量计数值，2个8位口输出倒计时值，以上4路均以BCD码形式输出，方便数码管显示。

3.2 数字中模块

数字钟模块主要分为时、分、秒、日、月、年等子模块。分别对应于60、24、31 (30、29或28)、12进制的计数器。所以计数器以统一时钟clk驱动，clk为周期1s的时钟信号。时钟具有异步清零输入reset端口。setmin、sethour、setday、setmonth以及setyear为手动调节信号输入。这些输入口均连接一个触动开关，每接受到开关按下所产生的一个脉冲则对相应的日期时间位加1。由于在使用硬件按键对时钟模块进行时间设置时会因机械振动或外部干扰而使得控制按键误操作，所以在软件设置时，编写了相应的按键消抖装置，以保证时钟的正常运行。年份信息以16位BCD方式输出，其他均以8位BCD方式输出，方便数码管进行显示[3]。

3.3 仿真与测试

测试初始状态为主次车道车流量计数值均为0，此时依照主干道优先原则，主干道上绿灯常量。在初值基础上逐步增加主次车道上的车流计数，等待计数值随车流量的增加线性增长。当等待倒计时值到0时，红绿灯均灭，黄灯开始闪烁，即MG、MR、BG、BR等输出均为低电平，MY、BY产生3秒钟的方波脉冲。

4 结束语

经测试，此交通灯控制系统能够满足设计所提到的功能。通过CPLD作为交通灯控制器的主控芯片，提高了数字系统设计的灵活性和通用性。

参考文献

[1]沈奇.交通灯控制器的设计及其CPLD实现[J].电子科学, 2009 (11) .

[2]张培, 陈杰, 苏品刚.基于CPLD的智能多功能交通灯设计[J].苏州市职业大学学报, 2009, 20 (3) .

基于交通灯控制系统设计 篇3

摘 要：近年来随着科技飞速发展，单片机的应用正在不断深入，传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系統中，单片机往往作为一个核心部件来使用，但仅单片机知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及与具体应用对象软件结合，这样才能给人们带来更有价值的应用。

经济的发展使车辆越来越普遍，因此，人、车的通行秩序的维持，就要依靠交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式有很多。交通灯控制系统通常要实现自动控制，本系统采用MCS-51系列单片机AT89S52为中心器件来设计交通灯控制器，以共阳极双位数码管显示倒计时间，实现了能根据实际车流量设置红绿灯燃亮时间的功能；红绿灯循环点亮，倒计时剩2秒时绿灯闪烁示警，另外，可以通过按键分别实现紧急模式和夜间模式以达到智能和节能的效果。系统整体电路包括单片机最小系统、交通信号灯模块和显示电路模块，将以上模块综合连接起来，以实现整体系统功能。软件部分则采用KEIL C语言编程，使单片机的中断和计时功能，用以实现所设想功能。本系统设计周期短、可靠性高、实用性强、操作简单、维护方便、扩展功能强。

关键词：单片机；交通灯；数码管

0 引言

目前设计交通灯的方案有很多，有应用PLC实现对交通灯控制系统的设计，有应用单片机实现对交通信号灯设计。由于AT89S52单片机自带有2个计数器，6个中断源，且其I/O口作为输出时，具有较大的吸收电流能力，可直接驱动数码管，能满足系统的设计要求。用单片机设计不但设计简单，而且成本低，用其设计的交通灯也满足了要求，所以本文采用单片机设计交通灯。

1 各模块选择

1.1 控制：采用AT公司的单片机AT89s52作为控制器。单片机运算能力强，软件编程灵活，自由度大。它是MCS-51系列单片机的派生产品，在指令系统、硬件结构和片内资源上与标准8052单片机完全兼容，使用时容易掌握；采用AT89s52单片机稳定可靠、应用广泛、通用性强，在系统/在应用可编程。

1.2 显示：用七段LED数码管完成倒计时显示，用LED灯作为状态灯指示功能。

1.3 输入：直接在I/O口线上接上按键开关。因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的口资源还比较多，我们使用两个按键，分别是K1、K2。

1.4 电源：采用独立的稳压电源，采用USB供电为整个系统供电，它具有多路电源输出，此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用；缺点是各模块都采用独立电源。

1.5 设计要求：

①把设计任务细化为四个状态，其对应状态如表1：

2 系统整体电路

①AT89S52单片机作为系统核心器件，通过各个I/O口控制和驱动整个系统。

②P0口的第一到第四引脚控制数码管的位选，然后经过三极管输出高电平传输到双位共阳数码管进行选通，P2口的第一到第七引脚用于控制数码管的片选。

③P1口的六个引脚分别控制六个表示红绿黄信号灯的LED二极管的亮与灭。

④根据十字路口车流量的大小调节车辆通行的时间。

⑤设置紧急按键用以处理紧急情况。通过外部中断1实现，P3.3用于检测相应信号。

⑥设置夜间模式按键，从节省能源的角度考虑。通过外部中断1实现，P3.2用于检测其信号。

3 软件主流程图

图2所示为正常模式下的流程图，其实现的主要功能是显示十字路口倒计时显示，当有按键按下的时候系统将进行自动扫描确定按键的值，然后进行判断对应的状态进行执行，包括特种车辆的通行（紧急模式）和节能模式（夜间模式）。

3.1 紧急状态子程序

在正常情况下，首先要进行判断紧急模式控制按键是否按下，要是按下则进入紧急模式（所有红灯亮），否则状态正常运行，当进入紧急模式后，再次判断紧急模式按键是否按下，只有再次按下时才能转为正常状态，否则，仍处于紧急模式（所有红灯亮）状态。

3.2 夜间状态子程序（图4）

在夜间模式下，只有通过按键才能使所有的黄灯亮。再次按键后转为正常运行状态。

3.3 软硬件测试结果分析

由于经验不足，电路板设计过程中不能正常实现要求，需要在生产电路板时由厂家进行检测后略微进行改动，经过几次调试终于出现了正确结果。

以下是当中出现的问题：

①制作PCB板时边界处由于没有注意到设置成了具有电气性的。

②制作PCB时由于排版不当导致生产PCB板厂家退回一次。

③焊接过程中出现相邻焊盘之间联通导致电路无法运行，检查和更正后终于可以正常运行。

④在用Proteus软件进行电路仿真时不能正常仿真出来， Proteus软件中的电路和实际中的电路有一定差距，有时一个电阻的缺失就可能出现不能进行高低电平的切换。

4 结论

传统交通灯的基本功能为：东西南北方向倒计时单元显示时间，通行时间可以调节，使得行车繁忙时间段与行车清淡时间段行车时间可调，改善了交通问题。

本次设计在原有基础上，增加了紧急通行按键、转换夜间模式按键。

参考文献：

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[2]黄菊生.单片机原理与接口技术[M].国防工业出版，2007.9.

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[8]王静.AltiumDesignerWinter09电路设计案例教程[M].中国水利水电出版社，2010.2.

[9]郭天祥.新概念51单片机C语言教程——入门、提高、开发、拓展全攻略[M].电子工业出版社，2009.

[10]唐清善.ProtelDXP高级实例教程[M].中国水利水电出版社，

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[11]周润景，张丽娜.PROTEUS入门教程[M].机械工业出版，2007.9

[12]张萌，和湘.单片机应用系统开发综合实例[M].清华大学出版社，2007.7.

[13]张毅坤.单片微型计算机原理及应用[M].西安电子科技大学出版社，1998.5.

[14]潘永雄.新编单片机与应用[M].西安电子科技大学出版社，2003.2.

作者简介：

智能交通灯控制系统设计文献综述 篇4

毕业设计(论文)文献综述

课题名称： 智能交通灯控制系统设计 学生姓名： 学 号：

学 院： 信息科学与技术学院 专业年级： 电子信息工程 指导教师： 职 称： 副教授

完成日期： 二○一五年一月九日

文献综述

前言：

随着人口快速的增多，交通工具爆炸性的发展，以及道路资源有限性，交通控制就应运而生，在人类的生活、工作环境中，交通扮演着极其重要的角色，人们的出行都无时无刻与交通息息相关。自18世纪工业革命以来，工业发展带动整个交通运输的发展，从而催生了单独的交通控制学问与管理机构。

交通控制系统是近现代社会随着物流、出行等交通发展产生的一套独特的公共管理系统。要保证高效安全的交通次序，除了制定一系列的交通规则，还必须通过一定的科技手段加以实现。现代人类科学技术，特别是电子科技的发展和成熟能比较好的解决系统建立中软硬件方面要求的科技难题。目前交通控制方面的研究能完全实现自动智能化，甚至将整个区域整合成一个统一的系统范围，还能根据正常时段以及突发时段的情况进行科学的自动调整。交通对于社会的工业发展和人类的生活生产中有着十分重要的意义。随着单片机和传感器技术的迅速发展，自动检测领域发生了巨大的变化，交通监控方面的研究有了明显的进展，并且必将以其优异的性能比，逐步取代传统的交通控制措施。

正文

1.交通控制系统的发展

城市进路交通自动控制系统的发展是以城市交通信号控制技术为前导，与汽车工业并行发展的。在其各个发展阶段，由于交通的各种矛盾不断出现，人们总是尽可能地把各个历史阶段当时的最新科技成果应用到交通自动控制中来从而促进了交通自动控制技术的不断发展。

早在1850年，城市交叉口处不断增长的交通就引发了人们对安全和拥堵的关注。世界上第一台交通自动信号灯的诞生，拉开了城市交通控制的序幕，1868年，英国工程师纳伊特在伦敦威斯特敏斯特街口安装了一台红绿两色的煤气照明灯，用来控制交叉路口马车行，但一次煤气爆炸事故致使这种交通信号灯几乎销声匿迹了近半个世纪。1914年及稍晚一些时候，美国的克利夫兰、纽约和芝加哥才重新出现了交通信号灯，它们采用电力驱动，与现在意义上的信号灯己经相差无几。1926年英国人第一次安装和使用自动化的控制器来控制交通信号灯，这是城市交通自动控制的起点。

早期的交通信号灯使用“固定配时”方式实行自动控制，这种方式对于早期交通量不大的情况曾起过一定的作用。但随着汽车工业的发展、交通流量增加、随机变化增流强，采用以往那种单一模式的“固定配时”方式己不能满足客观需要，于是一种多时段多方案的信号控制器开始出现并逐步取代了传统的只有一种控制方案的控制器

20世纪30年代初，美国最早开始用车辆感应式信号控制器，之后是英国，当时使用的车辆检测器是气动橡皮管检测器。车辆感应控制器的特点是它能根据检测器测量的交通流量来调整绿灯时问的长短，使绿灯时间更有效地被利用，减少车辆在交叉口的时问延误，比定时控制方式有更大的灵活性。车辆感应控制的这一特点刺激了车辆检测器技术的发展。继气动橡皮管式检测器之后，雷达、超声波、光电、地磁、电磁、微波、红外以及环形线圈等检测器相继问世。当今在城市道路交通自动控制、交通监测和交通数据采集系统中，应用最广的是环形线圈车辆检测器。超声波检测器主要在日本等少数国家得到广泛应用。

计算机技术的出现为交通控制技术的发展注入了新的活力，更是实现了以一个城市或者更大地域，而非简单的一个路口的交通总体控制系统。1952年，美国科罗拉多州丹佛市首次利用模拟计算机和交通检测器实现了对交通信号机网的配时方案自动选择式信号灯控制，而加拿大多伦多市于1964年完成了计算机控制信号灯的实用化，建立了一套由IBh1650型计算机控制的交通信号协调控制系统，成为世界上第一个具有电子数字计算机城市交通控制系统的城市。这是道路交通控制技术发展的里程碑。

可以说，在近百年的发展中，道路交通信号控制系统经历了手动到自动，从固定配时到灵活配时，从无感应控制到有感应控制，从单点控制到干线控制，从区域控制到网络控制的长远过程。交通控制研究的发展，旨在解决人类交通因需求的增多而日益繁重带来的问题，局限于进路建设的暂时不足和交通工具的快速增长，就要使更多的车辆安全高效的利用有限的道路资源，避免因无序和抢行等无控制原因造成的不必要阻塞甚至瘫痪，另外，针对整个交通线路车辆的多少实时调整和转移多条线路的分流也十分必要。

交通网络是城市的动脉，象征着一个城市的工业文明水平。交通关系着人们对于财产、安全和时间相关的利益。具有优良科学的交通控制技术对资源物流和人们出行都是十分有价值的，保证交通线路的畅通安全，才能保证出行舒畅，物流准时到位，甚至是生命通道的延伸。

2.国内外交通控制技术研究现状

当前世界各国广泛使用的最具代表性却有实施的城市道路交通信号控制系统有英国的TRANSYT与SCOOTS交通控制系统和澳大利亚的SCATS系统。信号机的发展历程中，自适应理论一直受到各研究机构的欢迎，比如上面所述的SCOOTS和SCATS系统。最近几年，国外仍偏向于引进自适应理论来对交通信号控制系统进行研制，特别是美国有十几个大学或研制机构正在研制自适应交通信号控制系统，具有代表性的有美国亚利桑那大学研制的RHODES。

我国交通领域的发展起步较晚，基本是从新中国建国之后，随着各方面的条件的成熟以及社会发展的要求，才建立及健全交通控制系统的，主要引用国外的交通控制系统。各级交通管理部门通过技术引进和自主创新，在中国部分大中城市里，摒弃旧有的控制方式，一些先进的控制技术得到应用。虽然在整体规模和层次上与世界发达国家还有不少差距，但部分领域技术水平已处于世界先进位置。目前，我国交通控制系统己不单单是对交叉口信号灯进行控制，而是集交叉口信号的控制和干线控制以及现代城市高速公路交通控制于一体的混合型交通，实现区域信号控制和城市高速公路集成控制。

3.交通控制存在的问题

目前，城市交通控制还存在如下问题:(1)随着城市机动车增长速度加快的同时，城市道路建设规模也在加大，我国城市普遍存在进路密度，进路面积率偏低的问题，这是我国城市尤其是大城市进路交通出现问题的一个重要原因。我国城市道路的密度只有6.8k.每平方千米，而在20世纪80年代，世界发达国家就己到达20km每平方千米。20世纪90年代，我国部分城市道路面积率，北京为5.9%，上海为6.4%，而国外东京为13.8%，巴黎为25%}普遍高于我国。近几年，国家虽不断加大城市道路建设的力度，但仍赶不上车辆的增长速度，且与世界其他国家相比，差距仍很大。

(2)出租车以及公交的发展运营情况并不尽如人意，虽然车辆和线路长度增长，但运营速度成了瓶颈，新增的运力被运输效率低下所抵消。

(3)交通管理方面水平还欠发展，随着交通需求越来越旺盛，而我国城市中小交通管理和交通安全的现代化设施却做得不足。在车辆、道路和交通管理系统，城市交通信号控制系统，城市交通管制中应用人工智能技术、信息采集和信息提供技术等方面都与发达国家有很大差距。近几年，虽然有部分城市研究和引进一些国外先进的交通信号管理系统，但是由于交通管理设施不足等原因，我国交通事故率居高不下。城市车流行驶速度逐年下降，目前不少城市交通运量年年增长，但运输速度普遍下降，这都源于交通通行不佳。

针对我国城市交通运输的现状和存在的问题，应采取如下对策:借鉴国外城市交通管理的先进经验，强调建立城市交通管理体制的重要性，提出加强城市交通研究的交通规划，建立稳定的交通基础设施建设的资金出道，实行公交优先政策，建立先进的交通信息系统等。

4.交通控制系统的发展方向

综合分析国内外先进的城市交通控制系统，结合我国城市道路及交通的实际情况，同时也对今后城市交通与道路建设的发展的前瞻性考量，我国道路智能交通控制系统的发展模式应具有如下功能：

(1)多模式化。首先从系统结构上吸收集中式SCOOT、分布式SCAT等智能交通系统的长处，在控制范围内各个区域采用灵活可转换的系统结构，使系统结构根据交通流的区域变化而改变。此外，充分根据不同地区实时交通情况，对路口能力最大、延迟时间最短等作为遴选不同系统的参考标准。

(2)智能化。随着信息技术的高度发展，作为道路交通控制系统所承担的工作不仅仅是对交通流的引导，更承担了诸如为车辆提供道路交通信息的职能，利用对车辆的CPS诱导，使道路通行更加顺畅。3)最优化。随着计算机技术和优化理论的发展，模型算法的求解和交通模型的建立就有可能获得最优解并建立最佳模型。当我们建立整个交通路网的动态交通分配模型和整体优化模型并求最优解，从而达到对路口的控制参数进行调整进而实现某个地域范围内对交通流进行动态协调控制就成为可行口

(4)规整化。任何控制系统部是立足于具体的道路和交通条件，所以采用道路的方法和疏导交通流的方法对控制系统会有很大的参考作用.我国在建立完整的道路交通控制系统之前，必须针对进路状况和交通流做出若干种交通疏导预案和进路使用预案，从而使交通和进路更加规整。

(5)通用性和模块化。根据计算科学的发展，我国在制定和实施智能交通控制系统时必须在硬件设计和软件编程上采用通用化和模块化，有利于将来的逐步升级和换代。

5.交通灯控制系统方案比较

交通控制系统有许多方案:PLC交通控制系统、单片机交通控制系统等。(1)PLC具有以下特点

PLC(Programmable Logic Controller)可编程逻辑控制器，是工业控制计算机。采用梯形图、助记符、功能图等编程语言，完成逻辑运算、顺序控制、记数、定时、计算及模拟量处理等功能。具有光电隔离的输入输出端子，可代替大量的定时器、记数器、继电器，具有极高的可靠性。通过各种扩展模块，可增加输入/输出点数，增加模拟量功能如可直接接热电偶等，增加通信功能及特殊通信协议等，具有较高的使用灵活性。PLC包括操作系统及强电的光电隔离的输入/输出，方便应用并具有极高的可靠性与抗干扰能力、扩展能力及使用方便性。但是相对于它强大的功能而言，价格也是十分昂贵的。(2)单片机具有以下特点

单片计算机是将电子计算机的基本环节，如:CPU，存储器，总线，输入输出接口等，采用集成电路技术集成在一片硅基片上。由于单片计算机体积很小(仅手指般大小)，功能强(控制功能强大、指令简单等)，它还具有抗干扰性强、可靠性高、电磁辐封小、更新换代速度慢等优点，因而广泛用于电子设备中作控制器之用。

城市交通是一个高度综合而又复杂的问题，必须从政策、机构、体制、管理、收费价格、基础设施建设和投资各个方面同时入手解决。单片机具有抗干扰性强、可靠性高、电磁辐射小等优点，但是它的价格相对于PLC来说就便宜的多。因此，本文中采用单片机作为交通灯控制系统。

6.单片机交通控制系统主要研究的内容

基于整个交通控制系统的发展情况，本设计主要进行如下方面的研究:用智能、集成，且功能强大的单片机芯片为控制中心，设计出一套十字路口的交通控制系统，以指挥该路口的实时通行状态。本设计中将采用8051系列单片机交通控制系统实现多时段多相位的交通控制目的。

8051单片机的交通灯控制系统由8051单片机、交通灯显示、车流量检测及调整、紧急处理、时间模式手动设置等模块组成。系统除基本交通灯功能外，还具有通行时问手动设置、可倒计时显示、急车强行通过、车流量多时段调整、多相位、交通异常状况判别及处理等相关功。本设计主要做了以下几方面的工作:(1)确定系统交通控制的总体设计，包括:十字路口具体的通行禁行方案设计以及系统应拥有的各项功能。本设计除了有信号灯状态控制能实现基本的交通功能，还增加了倒计时显示提示等。基于实际情况，又要求了对车流量多时段调整模拟功能，多相位，紧急状况处理盲人提示音和键盘可设置等强大功能。(2)控制系统硬件电路设计，包括CPU、存储器、显示电路等模块的选择及连接，大体分配各个器件及模块的基本功能要求。

(3)软件系统的设计，对于本系统，拟采用单片机汇编语言编写，目前己对单片机内部结构和工作情况做了充足的研究，了解定时器，中断以及延时原理。

结论

城市交通是一个高度综合而又复杂的问题，必须从政策、机构、体制、管理、收费价格、基础设施建设和投资各个方面同时入手解决。我国城市经济和社会的高速发展使得社会对交通的需求急剧增加，也对此提出了严峻的挑战。要保证高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通规则，还必须通过一定的科技手段加以实现。本文在对目前交通控制进行深入分析的基础上，运用实时调整智能化控制的实现技术，拟将实时调整车辆通行时问的算法与单片机控制作用相结合，提出多时段多相位控制的单片机交通控制系统，来实现基本交通灯功能、倒计时显示、车流量多时段调整、多相位、急车强行通过、通行时间手动设置等功能，实现多时段多相位控制的以AT89C51为基础的单片机交通控制系统。

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《交通灯的可编程控制》教学设计 篇5

摘 要： 采用任务驱动，由观察实际交通灯的变化引出本次任务，进行任务分析、决策、实施，最后进行总结评价，帮助学生更好地掌握由可编程控制器控制交通灯变化。

关键词： 任务 PLC 十字路口交通灯

可编程控制器是目前应用极为广泛的工业控制专业，是集机、电于一体实践性很强的专业课，是机电专业中专学生的主干课程，也是维修电工国家职业资格的核心课程。

一、教材分析

本节课项目选自《可编程序控制器应用技术》（机械工业出版社 程显吉主编）第二章《S7-200系列PLC的基本指令及寻址方式》中第二节《定时器指令》，本教材是中等职业教育“十一五”规划教材。

二、学情分析

本节课的授课对象是中职机电技术应用专业二年级学生，大多数学生的数理逻辑思维能力差，且注意力难于保持较长时间。学生对纯理论的学习缺乏兴趣，对实践操作兴趣较浓厚，但执行规范的能力及遵守纪律的意识较差。

三、教学目标

（一）知识与技能

1.掌握用PLC控制十字路口交通灯的时序图绘制、I/O分配及实物接线图绘制。

2.掌握西门子PLC基本指令、定时器指令及比较指令的使用。

3.掌握十字路口交通灯的PLC程序设计。

4.掌握简单故障现象的检修。

（二）过程与方法

通过任务分析、任务决策、任务实施、总结与评价，实现“做中学，学中做”。

（三）情感与态度

1.实事求是的学习态度和探究能力。

2.小组合作的团队精神和竞赛意识。

3.树立安全文明生产的观念，形成良好的职业道德。

四、教学重点与难点

（一）教学重点

1.掌握用PLC控制十字路口交通灯的I/O分配及PLC的外部接线图。

2.掌握THSMS-A型实验台上交通灯控制的接线。

3.掌握十字路口交通灯的控制过程，并熟练使用编程软件进行程序编写、下载、调试。

（二）教学难点

1.十字路口交通灯的程序设计。

2.解决在实际操作过程中出现的故障。

五、教学方法

“做中教”，采用情境教学、任务驱动、启发式教学等方法，通过操作演示、启发引导、个别指导、点评反馈等手段展开教学。

“做中学”，采用探究式、讨论式、合作式、实践式等学习方法，通过自主学习和小组合作学习等途径进行学习。

六、教学过程

（一）课前准备

1.布置学生观察某一十字路口交通灯的变化情况，并拍摄一段视频上交。

2.学生查阅书籍，回忆老师讲过的指令思考如果用PLC控制技术实现该路口的交通灯控制，那么怎么办？

（二）课堂活动

1.活动一：项目引入。

老师播放视频，创设情境，抓住学生注意力，激发学生的学习兴趣。

2.活动二：任务分析。

（1）项目描述：PLC实现交通信号灯的控制，规律：先是东西方向绿灯亮25秒，然后闪亮3秒，绿灯闪过之后是东西方向黄灯亮2秒，接下来是南北方向绿灯亮15秒、闪亮3秒及南北方向黄灯亮2秒。在东西方向绿灯亮、闪亮及东西方向黄灯亮的同时，南北方向亮的是红灯；在南北方向绿灯亮、闪亮及南北方向黄灯亮的同时，东西方向亮的是红灯。信号灯按此规律不断重复。（2）老师播放视频，了解最终正确显示结果。（3）引导学生画出十字路口交通灯时序图。

3.活动三：任务决策。

（1）确定I/O分配。（2）绘制PLC外部接线图。（3）绘制实际接线图的连接。（4）确定编程思路及主要使用的指令。

4.活动四：任务实施

（1）播放视频强调安全操作注意点：除调试外，不能带电操作，尤其是接线一定要断电。播放视频老师演示接线。（2）搭建硬件电路，安全接线，并检测接线可靠性。（3）用软件编写梯形图，下载并进行调试。

赛一赛，看哪一组配合得好，做得既快又好，评选出前三名并发小奖品以示鼓励。

（4）故障排除。

5.任务五：提高与总结

（1）对任务实施过程中学生出现的故障进行分析，对照常见故障检修表，和学生一起讨论故障检修的方法，化解难点。赛一赛：设置故障，小组派一名成员进行比赛故障检修，看哪一组快。（2）给出样例程序并进行总结。（3）填写学习过程评价表。

6.任务六：布置作业

七、教学反思

（一）可取之处

1.项目选取“十字路口交通灯的PLC控制”贴近学生生活实际，较好地激发了学生的学习兴趣和学习动机；难度适中，由项目的评估和验收情况来看，95%的同学能够完成任务，锻炼技能的同时，极大提高学习成就感，为今后的继续学习打下坚实基础。

2.教学设计上以十字路口交通灯的控制的整个工作过程为导向，将具体教学目标落实到各个工作任务中，同时，学生工作页中的知识链接、操作指导和教师制作的教学视频，为本项目的教学重点难点提供了所需补充，达到了化难为易的目的。

3.组织形式，通过小组合作学习，较好地实现了优势互补，特别是在故障检修环节，如一个小组内故障不尽相同，这时小组内同学相互检查、排故。另外就常见故障现象及解决办法我列出了表格帮助同学进行排查，较好地解决了难题。

4.评价方式，在教学环节中，变由教师一方评价为学生自评、互评，老师总评的大家一起参与的评价方式，起到了很好的互动作用。

（二）不足之处

进度控制方面，由于学生在知识和能力方面存在较大差异，小组内完成时间相差较多，一定程度上影响了整体进度。

（三）改进措施

交通灯控制器设计方案 篇6

基于W S N 的智能交通灯控制系统设计 田 丰,杜富瑞

(沈阳航空工业学院计算机检测与控制研究室,辽宁沈阳 110136 摘要:针对多路口的交通信号灯控制问题,提出了基于无线传感器网络的两级组织结构,搭建了交通信

号灯控制平台。利用传感器节点收集的交通信息,结合模糊控制方法,实现了交通信号灯的无线智能控制。仿真结果表明,该控制器是有效的,其控制效果优于传统的控制方法。关键词:无线传感器网络;交通信号灯控制;模糊方法;鲁棒性

中图分类号:TP273+.5;TP18

文献标识码:A

文章编号:1000-8829(200912-0056-04 D esi gn of I n telli gen t Traff i c L i ght Con trol System Ba sed on W SN TI A N Feng,DU Fu 2rui(Computer Detecti on and Contr ol Laborat ory,Shenyang I nstitute of Aer onautical Engineering,Shenyang 110136,China Abstract:For multi 2juncti on traffic signal contr ol syste m ,t w o 2tier organizati onal structure based on wireless sens or net w orks(W S N is p r oposed,and a p latfor m f or traffic signal contr ol syste m with W S N is built.By using the collected inf or mati on about traffic and fuzzy contr ol method,the goal of intelligent contr ol for the traffic

lights is realized.The si m ulati on shows that the contr oller is realizable and better than the traditi onal contr ol methods.Key words:wireless sens or net w orks;traffic signal light contr ol;fuzzy method;r obustness

交通灯控制系统是一个典型的复杂大系统,具有时变、非线性、不易确定数学模型的特点。现有交通灯控制系统主要分为两类:定时控制和感应式控制。定时控制不能适应车流的动态变化,只适用于路面车流量较少的情况;感应式控制易受外界干扰,且在安装过程中,容易造成对道路的损坏。此外,这两种控制方式都只能单独地控制某一点,并不能实时、多点、联测、联动的控制。

无线传感器网络(W S N,wireless sens or net w orks 作为一种新兴的测控网络技术,融合了短程无线通信技术、微电子技术、嵌入式技术等。基于W S N 的交通灯控制系统具有控制精度高、响应速度快的优点。

模糊控制不需要建立精确的数学模型,它把人的感官认识和好的控制策略联系起来,具有很强的鲁棒性。

将模糊控制与无线传感器网络相结合,以W S N 传 感器节点收集的路面信息为输入,经模糊控制器处理, 得到作为输出的控制策略,对交通灯系统实施控制,可以实现交通灯控制系统的智能化、网络化。以下首先针对多路口交通灯控制系统,提出了两级W S N 组织结构,搭建了基于W S N 的交通信息收集和控制平台;然后介绍了多路口交通灯智能控制算法的设计,以及模糊控制器的设计;最后,进行了仿真实验。W S N 交通灯控制平台

在多路口交通信号灯控制系统中,信号灯的周期、绿信比和相位差是控制向量;到达交叉路口的车辆数和各交叉路口停车线前面排队的车辆数是状态向量。详细分

析表明,同时考虑信号灯的周期、绿信比和相位差的优化,将增大计算量,使问题的求解过程变得十分

复杂[1]。针对多路口交通灯控制系统,采用两级W S N 组织结构(见图1,第1级为控制级,负责调整各交叉路口的绿信比;第2级为协调级,负责协调干线各路口周期的确定和各路口之间的相位差。

图2为无线传感器网络交通灯控制系统模型图。路口的交通灯控制节点A1及其相邻路段内的路面检测节点B i(i =1,2,3,4,5和车载节点C j(j =1,2,3,4

图1 两级交通灯控制模型组成控制级。这些传感器器节点自组织成簇:交通灯控制节点作为簇首,路面检测节点和车载节点作为簇成员。簇首A1负责收集簇内路面检测节点的数据,进行数据融合,并与相邻簇首节点进行通信;簇成员节点负责路

面信息的收集。从簇首节点中,选取一个节点作为协调级,称此节点为汇聚节点。汇聚节点以多跳的方式与各簇首节点通信,收集各路口车流量信息 , 图2 无线传感器网络交通灯控制系统模型 进行智能处理,协调各路口工作。

针对交通控制系统中信息采集、策略制定、输出执 行的实际需求,引入3类W S N节点:信息收集节点、汇 聚节点和交通灯控制节点。传感器节点是构成W S N 的基本要素,具有采集环境信息、信息处理和无线通信 功能,它们既是数据包传输的发起者,也是数据包的转

发者[1]。信息收集节点负责路面车辆信息的收集,如 车速、交通流量比等,将此数据信息传递给交通灯控制 节点,经数据融合后传递给汇聚节点;汇聚节点根据设 定的目标(如通行量最大、平均候车时间最短等运用 智能控制方法计算出最佳方案,并输出给各路口交通 灯控制节点,控制车辆的通行与禁止,实现多路口的协 调控制。

信息收集节点由路面检测节点和车载节点两部分 构成。路面检测节点用于收集其检测范围内的车辆信 息,它按照一定的距离(一般为50~200m安装在道 路两侧的路灯上;车载节点被安装在每一辆汽车上,用 于收集车辆本身的数据信息(速度和坐标,并将该信 息发送给路面检测节点。路面检测节点按照一定周期 不断地广播消息,消息里面包含本身的I D和自己的坐 标信息。处于监听状态的车载节点接收检测节点发送 的消息。根据无线定位知识[2],车载节点只需收到3 个以上节点发送的消息,就可以计算出自己的坐标与 车速,并将坐标与速度消息传递给附近的路面检测节 点。路面检测节点在收到该消息后,计算出路面行驶 的车辆数、车辆所在车道和车辆与路口的距离,以多跳 通信的方式传递给路口的交通灯控制节点。由车速和 距离,交通灯控制节点就可以判断出车辆状态:①它 已经到达路口;②在路口信号灯换相之前到达路口;③ 不能按时到达路口。这样,可以方便地统计出干线路 口间行驶的车辆数QN以及各路口红灯方向排队车辆 数QR。多路口交通灯控制算法设计

文献[3,4]中指出,在交通控制系统中,各路口协 调周期,不能变换太频繁,否则,方案变换引起的交通 延误所带来的损失会大于新方案所带来的效益。设定 循环变量n=6,以6个周期为一个时间段,在此时间 段内,保持控制参数不变。2.1 算法设计

步骤1:汇聚节点根据以往的交通流量数据统计 出干线上各交叉口间的相位差ω i(i=1,2,3,…,n、统一使用的周期T、各个交叉口的绿信比,将此信息发

送给各路口簇首节点,并初始化循环变量n=0。步骤2:各交叉口簇首节点在给定的周期T下,依 据相位差ω i 依次开启干线各路口绿灯信号。在周期

时间末,簇首节点将周期内由W S N检测得到的路口间 行驶的车辆数QN和路口红灯方向排队车辆数QR送 给汇聚节点。汇聚节点用模糊控制规则以周期时间长 度为单位,调整路口之间相位差。

步骤3:令m=m+T,检验m>6T是否成立。若 成立,则到下一步;反之,则回到步骤2。步骤4:汇聚节点根据各路口簇首节点传递过来 的各路口间的交通流量和各交叉口的绿信比,预估下 一阶段的干线道路上各个交通流量比,计算下一阶段 的周期值。回到步骤2。2.2 各控制参数的具体实现 2.2.1 周期的确定

在交通信号控制系统中,为使各交叉口的交通信 号取得协调,各个交叉口的周期需要统一。方法是先

根据单个交叉口的配时方式,计算出各交叉口的周期, 然后从中选取最大周期,作为系统协调周期。周期确 定步骤如下: ①在给定时间段内,根据公式计算出路口j的第 m周期的交通流量比R j m;其计算公式为 R j m=∑n j=1 q j m i s j m i(1 式中,q j m i 为第j路口第m周期的第i相位车道的交通 量;s j m i 为饱和流量;n为相位个数。

②求出所有路口的交通流量比的最大值R j m MAX

R j m MAX =MAX{R j m ,j=1,2,3,…}(2

根据韦伯斯特最佳周期公式 C0= 1.5L+5 1-R j m MAX(3 计算出第m周期的最佳周期。式中,L为相位损失时间(车辆起制动、行人、自行车干扰,可由协调级模糊控制器的输出得到。

③在本段时间结束时刻,计算所有周期时间内周期的最大值为 C MAX=MAX{C m,m=1,2,3}(4 将此周期值作为下一个阶段信号控制的统一值送入协调单元保存起来,作为下一阶段内的周期。

2.2.2 相位差的确定

相位差是控制交叉路口间交通流的重要参数,设定一个好的相位差可以显著地降低车流的等待时间,实现车辆通行的“绿波带”效应。相位差计算公式为

ω=T

+L(5 式中,T 为本路口到下游路口的行驶时间,由无线传感器网络实时检测得到;而损失时间L由协调级模糊控制器输出得到。模糊控制器的设计

相位损失时间L与路口间车辆数目QN和路口的红灯方向停车线前面车辆排队长度QR有很大关系。路口间车辆数目多,红灯方向排队长度QR长,则车辆启制动所耗费时间就越多,相应的相位损失时间L越大;反之,则越少。

设计步骤如下:(1输入输出变量的确定及量化。

输入变量:本路口到下一路口的车辆数QN,路口红灯方向在停车线前排队车辆数QR。QN的论域为{0,1,2,3,4,5,6,7,8},变化范围为0~85,量化因子k1=8÷85=0.09,语言变量为{Z B,Z M,ZS,Z,PS};QR 的论域为{0,1,2,3,4,5,6,7,8},变化范围为0~48, 量化因子k 2 =8÷48=0.17,语言变量为{NB,Z}。

输出变量:路口相位损失时间为L。L的论域为{0,1,2,3,4,5,6,7,8},变化范围为0~60,比例因子k3=60÷8=7.5,语言变量为{NB,NS,Z,PS,P B}。

(2确定输入输出变量的隶属函数(见图3。

(3确定模糊控制规则。

根据专家经验,建立模糊控制规则表。表1中建立了10条控制规则。表1 模糊控制规则表 QR QN NB NM NS Z PS NB NB NS Z PS PS Z NB NS Z PS P B

(4解模糊。

解模糊的常用方法有以下几种:最大隶属度法、中位数法、加权平均法。由于加权平均法比中位数法的计算量要小,比最大隶属度法控制性能优越,因此,在本设计中选用加权平均法进行解模糊运算,得到精确控制量。其计算公式为

L = ∑n j =1 u j(e j e j ∑n j =1 u j(6 式中,e j(j =1,2,...,9为论域值;u j(e j(j =1,2,(9 为对应于e j 的隶属度。

根据公式(5,计算出路口间的相位差ω,对路口间的交通车流进行协调控制。4 仿真实验

设一条道路有3个路口组成,三路口间距离均为600m。其中，南北为次干道。每个路口的有4个交通流相位:东西直行,东西左转,南北直行,南北左转,如图4所示。路口车辆的到达服从泊松分布,车辆的离开服从负指数分布。干线饱和流量为3000辆/h,支线饱和交通流量为2000辆/h,左转、直行、右转车流比例为1∶2∶1。

图4 主干道三交叉路口示意图利用MAT LAB 6.5编写仿真程序,将基于W S N 的两级模糊控制算法,分别在400、600、1200、1400、2000、2300辆/h 6种不同的车流量情况下进行仿真,统计相应的车辆平均延误时间。为了作比较,在完全相同的条件下,对定时控制也进行了仿真,结果如表2所示。

表2 模糊控制与定时控制比较 车流量/辆・h-1 两级模糊控制 定时控制

提高程度/% 40025.126.5 5.260026.428.67.7120029.138.223.8140031.540.622.4200034.751.232.22300 36.7 56.6 35.2

由仿真结果可以看出,在车流量不大时,两种控制

方式的效果差异不大。但随着车流量的增大,模糊控制的优势是十分明显的。5 结束语

以上将无线传感器网络引入到交通信号灯的控制

中来,搭建了无线传感器网络交通信号灯控制平台,提出了针对多路口交通灯控制的两级无线传感器网络组织结构。利用无线传感器网络的低功耗、自组织、分布式计算的特点,实现快速精确的车辆信息收集,提高了系统的响应速度和控制效果,具有较强的实时性和鲁棒性。同时,结合模糊控制理论,设计了干线信号灯控制算法,实现了交通信号灯的无线智能控制。参考文献: [1] 徐建闽.交通管理与控制[M ].北京:人民交通出版社, 2007211.[2] Akyildiz I F,Su W ,Sankarasubra mania m Y,et al.A survey on sens or net w orks[J ].Communicati ons Magazine,2002,40(8:102-114.[3] W ann C D,L in M H.Data fusi on methods f or accuracy i m 2

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N I 推出LabV I E W 图形化软件教育版, 全力支持动手学习课程

2009年11月,美国国家仪器有限公司(简称N I 推出 LabV I E W 软件教育版,它是LabV I E W 图形化编程软件面向

高校的新产品。该版本软件的初衷是为了帮助教师实现基于科学、技术、工程和数学(STE M 学科项目的动手学习。

N I 与美国塔夫茨大学工程教育与外展服务中心(CEEO 一 起合作开发该产品,它是将工程集成到K 212教育的领导者。

N I 和塔夫茨大学CEEO 总裁和控制与机械电子教授Chris Rogers 博士共同合作,开发了该教育版软件,它可以有效帮

助高校教师使用工业、学术界工程师和科学家使用图形化系统设计技术,进而为工科学生提供动手实践经验。

LabV I E W 教育版软件可以帮助教师实现基于项目的动

手学习,并且将理论与实际世界的实例联系在一起。这一新版本软件能够与核心教育硬件平台无缝集成,例如LEG O M I N DST ORMS Educati on NXT、Vernier Sens or DAQ 以及TET 2R I X(Pitsco 开发的金属机器人构建系统,让教师能够轻松

地将机器人、测量和数据采集整合到课程中。软件的图形化拖放模式帮助学生学习主要的编程概念,并在获取专业世界中所使用的技术经验的同时,提高分析能力。新版本还包含可以在教室中使用的工具,包括数据查看器,能够图形化地显示传感器数据,虚拟示波器,以及其他让学生能够获得多种电子和机器工程技巧动手经验的虚拟仪器。此外,LabV IE W 教育版包括支持课程和教师活动,能够直接在

交通灯控制器设计方案 篇7

关键词：城市轨道交通控制,校企合作,人才培养方案

职业院校一直着力探讨的重要课题之一是人才培养方案, 包括人才培养模式、人才培养规格、人才培养目标及课程设置等。如何适应现代社会对人才的要求, 如何审视中职教育的培养模式等问题, 是职业教育改革沿着正确方向发展的关键, 也是中高职院校一直探讨的热点问题。为了能更好地培养适应现代社会的应用型人才, 辽宁轨道交通职业学院专业教师对相关企业进行了调研, 系统地设计、搜集、记录、整理、分析及研究轨道交通行业对职业院校毕业生人才需求市场各类信息资料、报告调研结果并结合实际给出应对策略。

一、企业调查

1.被调查企业的情况

被调查的企业主要为地铁运营有限公司、铁路、铁路信号工厂、工程局及厂矿企业。从被调查企业的分布和性质来看, 对于城市轨道交通控制专业毕业生就业及轨道交通行业发展来说, 具有一定的代表性。

2.主要企业人才需求分析

不论是国铁、工程局、地铁、地方铁路还是轻轨等轨道交通行业, 主要的工作技术人员分为两类:工程实施 (安装调试及管理等) 人员和设备操作维护人员;而工厂需要产品设计、生产、安装调试和技术服务人员。国铁及城市轨道交通企业都有一个共同的特点, 就是采用具有一定工作经验或者高学历的人才进行工程实施及操作维护作业, 因此我们在制定人才培养方案时应充分考虑企业现场的需求和中职院校培养的人才层次结构, 二者密切结合。

3.企业对毕业生的评价

按照中职毕业生的职业道德、心理素质、工作态度、团结协作能力、吃苦耐劳精神、独立工作能力、自我约束能力、组织管理能力、是否安心工作、阅读英文技术资料能力、自主学习能力、创新能力、基础理论知识、动手实践能力等多个方面, 我们做了调查问卷。从被调查的几家企业反馈的意见可以看出, 企业对毕业生的评价是:表现较差的是中职毕业生的动手实践能力、自我约束能力、阅读英文技术资料能力;表现一般的大多在专业基础知识掌握、自主学习能力、吃苦耐劳精神、团结协作能力、独立工作能力、组织管理能力等方面;多数中职毕业生具有基本的职业道德、心理素质较高、工作态度较好, 能够做到安心工作。

二﹑调查情况分析

1.企业对毕业生的评价分析

(1) 专业知识、动手实践能力有待加深加强。从上述调查结果可以看出, 毕业生的专业知识还有待加深加强, 亟待加强动手实践能力培养, 体现职业院校的人才培养特点。但与网络共生的新一代年轻学生对新知识、新技能的接受比较快, 工作中, 可以充分发挥这一优势。

(2) 沟通协调能力、团队合作、吃苦耐劳精神欠缺。沟通协调能力以及团队合作精神在工作中也是很重要的, 而独生子女一代的学生在这方面有一定的欠缺, 普遍不能吃苦。在创新能力方面还存在着很大的不足, 缺乏竞争意识。

(3) 阅读英文技术资料能力较差。目前, 我国正直城市轨道交通大发展时期, 随着国外先进技术的大量引进, 现场急需流利的英语听说读写能力的高级维护及管理人员。而中职毕业生阅读英文技术资料能力普遍较差, 应注意专业英语阅读技能的逐渐培养。

2.企业人才需求情况分析

(1) 毕业生主要从事岗位。据调查, 近几年, 中职城市轨道交通控制专业毕业生就业在地铁、轻轨、铁路工程局、冶金等地方铁路、基本站段的操作维护岗的约占60%～70%, 行政管理占10%左右, 不在城轨、铁路等就业的有20%～30%。

(2) 企业急需人才。目前企业急需的人才主要是:信号设备操作维护 (信号工) 、新站开通、施工建设及工程管理、技术服务及能独挡一面的系统维护人员, 尤其是随着国外先进技术在铁路通信信号系统及城市轨道交通控制系统的大量引进和发展, 如中国列车控制系统 (CTCS2/3) 、基于通信的列车控制系统 (CBTC) , 更需要既懂英语又懂专业技术的中高级操作维护人员。

三﹑对策研究

1.校企合作调整课程设置, 完善教学内容

据调查, 轨道交通企业现场与城市轨道交通控制专业相关的岗位有信号车载检修员、行车调度员、信号楼值班员、信号车辆段检修员、信号检修员、信号列车自动控制检修员、运营调度员、电客车司机、站务值班员。通过对岗位及岗位群的分析, 结合中职学生的特点和实际, 我们和企业专家灵活调整了紧跟行业需求的课程体系。打破原有课程体系和教学内容变化较慢的局面, 做到与市场和企业跟踪变化且与城市轨道交通控制专业的发展动态调整, 把课程体系的重点放在公共基础、电类基础、专业核心、专业选修以及实践教学等模块上。为满足现场信号维修人员应该了解运营相关知识及满足运营调度员、电客车司机、站务值班员等次要就业岗位需求, 专业核心课程在原来的“城市轨道交通信号基础设备维护”、“车站信号自动控制”、“列车运行自动控制基础及应用”、“城市轨道交通通信技术”、“施工及信号测量”基础上, 增加了“城市轨道交通运营组织”这门课。同时为提高阅读英语资料的能力, 适当增加“专业英语”的学习课时, 由原来的30课时调整为48课时。专业选修课程体系是有企业参与的前沿课程、特色课程、工程课程等, 与企业需求紧密结合。

为满足现场对人才的需求, 我们在专业课教学中校企合作共编教材, 教材内容尽量取材现场, 实施项目教学, 如继电器组合、转辙机、信号机等的安装、调试测试等和计算机联锁的操作维护等都实施项目教学, 效果较好。

2.改善教学条件, 强化技能训练

针对学生动手实践操作能力薄弱的问题, 我们建立了实践与教学合并机制。实践与教学分离已经在这些年的职业教育教学工作中暴露出了较多的问题。首先我们把教学与实践环节的师资队伍合并, 正在努力借鉴我校机电改革班的成功经验把实验与理论课教学安排在一个教室进行, 便于加强理实一体化教学;其次, 实验场地及设备逐渐开放, 充分利用, 发挥价值。城市轨道交通控制等专业实训室已建成, 供教学、科研使用, 并制定学生想练能练、教师想研能研的管理制度。

3.改革教学手段, 创新教学方法

为提高学生动手实践能力, 锻炼学生的口语表达能力、沟通协调能力, 并满足不同层次学生的培训需求, 我们改革了实训课程设计环节, 采取分层次教学, 并根据课程内容增加口语答辩环节。教学是教与学的双边互动过程, 教师的教和学生的学是相互制约的统一体, 良好的教学手段、恰当的教学方法是完成教学任务的前提。实训课程尤其是专业综合实训课程设计是时间较长且时间集中的一个重要环节。课程设计采取了分层次的多个题目进行, 不同层次的题目有不同的难度系数, 学生可以自由选择, 最终得分结合难度系数综合给分。这样可以照顾学生不同的兴趣爱好、不同的能力水平, 使每个学生都能从中得到锻炼和收获。同时考核方式不只是凭最终结果给分, 同实验一样需要结合过程给分, 同时通过口试答辩, 锻炼学生的口语表达能力, 为走向社会展示自己做好铺垫。

为增强同学学习的积极性、主动性, 由被动学习变主动学习, 提高竞争意识, 并逐步培养吃苦耐劳精神和独立分析问题、解决问题的能力, 我们改革了实验课程的实验方式和考核方式为过程考核。在实验课教学中, 弱化了实验指导书, 教师不做具体步骤指导, 只是方法引导, 促使学生自己思考。实验方式采用因材施教等灵活、机动、非整班同步式的方式, 考核方式不仅凭实验报告来考核, 还结合实验过程、结合分析问题的过程来考核, 即任课教师依据“学员项目评估记录表”进行。每个学员都有这样的一张表格, 供教师随时考核学员的学习情况, 教师按表中项目逐条进行考核, 随考随填。

针对调查结果中“团队合作意识淡薄”的问题, 结合城市轨道交通控制专业课的教学目的、课程性质及特点、学校的实训设备情况及教学的时间长度, 教师结合自身情况, 采取灵活多样的教学方法。常言道“教学有法, 但无定法, 贵在得法”, 教学活动是一种创造性活动。为培养团队合作意识教师们恰当地运用了分组讨论法等, 结合每个同学都坐过火车或者地铁的生活经历, 把全班同学分成不同的小组, 每次选出不同的同学作组长, 围绕相关的学习内容, 组织讨论, 最后小组间相互评比, 激发学生的学习兴趣, 活跃课堂气氛, 培养学生分析问题、解决问题的能力。同时通过轮流当组长方式, 让每个同学都得到锻炼, 提高了同学们的组织管理能力。

4.加强德育渗透, 提高专业素质

为增强职业道德, 提高心理素质, 尤其是承担工作压力的能力, 为以后安心工作做好充分准备, 我们在教学过程中紧紧围绕爱国主义、集体主义和社会主义教育, 理想、道德和劳动教育, 社会主义民主和遵纪守法教育及良好的个人心理品质教育几方面内容, 并结合中职学生心理、生理发育特点加强德育渗透。除在基础理论课教学中开设“心理健康教育”、“德育”等外, 还在专业选修课中增加“就业指导”、“行车心理学”。尤其是在专业课教学中, 加强职业道德、职业规范等渗透更是重中之重。我们的老师在教学中首先以身作则, 言行统一, 作好示范, 积极引导教育学生在知行统一上严格要求自己, 并结合具体专业项目对学生晓之以理, 动之以情。除了说服教育外, 结合城市轨道交通控制专业课特点采取了恰当的德育渗透方法, 如运用榜样教育法, 以正面人物或班级优秀学生的优秀品德和模范行为教育学生, 再如选择铁路或地铁中具体案例, 运用案例分析法, 按照信号工职业标准、铁路技术规范如“三不动、三不离、四不放过”和职业道德等教育引导学生, 帮助他们树立正确人生观、世界观, 提高专业素质及职业道德。

5.加强实习实训基地建设, 参与企业实践

为增强学生的动手实践能力, 提高专业课教师实践教学素质, 逐步完善教学基地、校内实训基地、校外实习基地建设。按照中职城市轨道交通控制专业人才培养方案要求, 我们已在建校内专业实训基地, 如“室外信号设备实训演练站场、信号基础设备实训室、计算机联锁实训室、光传输SDH实训室、信号智能电源屏实训室、城市轨道交通车站控制设备实训室”等, 通过具有代表性的、特色鲜明的专业实习实训项目, 增强老师和同学们的动手能力, 实现了学生和现场零距离接触。同时, 增加校企合作机会, 在原有校外实习基地基础上, 正在和有关企业商讨共建校外专业实习实训基地, 并计划长期融入科研团队训练, 定期参与国家铁路、地方铁路及地铁、轻轨等企业实践, 并引进部分高层次工程型人才兼职教学, 加强专、兼职教师队伍建设, 进一步强化产学研相结合的办学思想。

6.深化校企合作, 提高专业综合竞争力

校企合作是职业院校培养高素质技能型人才的重要模式, 是实现人才培养目标的重要途径。我们在城市轨道交通控制专业专业建设过程中, 以《国家中长期教育发展规划纲要》精神为指导, 并遵照教育部《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》 (教高[2006]16号) 精神, 结合实际, 加大推进校企合作力度, 更好地发挥职业院校高素质技能型人才培养基地的作用。我们正在和地铁公司、铁路局、地方企业等进行校企合作, 主要包括课程开发、师资队伍、教材编写、实习实训基地及科研课题开发合作等, 同时建立健全校企合作保障机制, 以保证校企合作长效化、制度化, 实现合作“双赢”。

通过调研, 我们对城市轨道交通控制专业人才培养方案进行了充分的调整。实践证明, 按照调整后的人才培养方案进行教学, 我们的毕业生动手操作能力大大提高, 专业基础知识、基本技能得到了进一步巩固和加强, 职业道德和职业技能得到进一步提高, 并得到了用人单位的一致好评。我们将继续在“双闭环控制”教学质量保障体制指导下, 根据由学生、教师和校内督导评价部门构成的内环反馈及由教学管理部门、就业指导与服务部门组成的外环反馈及各方面的反馈信息, 定期、动态调整城市轨道交通控制专业人才培养方案, 使之不断完善。

参考文献

[1]鲍风雨.职业院校教育教学质量保障体系理论与实践[M].机械工业出版社, 2011.

[2] (英) 贝磊, (英) 鲍勃, (南非) 梅森主编;李梅主译.比较教育研究:路径与方法[M].北京大学出版社, 2010.

交通灯控制器设计方案 篇8

关键词：智能交通；计算实验；评估

中图分类号：U491.4 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）17-0001-02

1 概 述

对交通解决方案进行全面、准确、及时地评估和优化是交通研究中急需解决的问题之一。评估及优化工作面临的主要制约因素是评价实验难以开展。中国科学院王飞跃研究员带领的团队在交通管控的研究与实践中引入复杂系统和智能控制的相关成果，提出了平行交通系统控制与管理的理念。该理念基于人工系统（Artificial systems）、计算实验（Computing experiments）和平行控制（Parallel control）所组成的方法体系，简称为ACP方法。基于人工交通系统的计算实验设计为交通方案的评价提供了新的实验手段，这种实验方法在提高可实施性的同时，能提供更为全面、合理的评价结果，对保障交通管理控制系统的大规模应用与实施具有重要意义。

基于ACP方法体系中的计算实验理论，构造智能交通管控方案评估及优化平台。该平台由交通信息处理与分析系统、交通管控与服务方案计算实验与评估系统和交通人员学习与培训系统三个部分组成。交通管控与服务方案计算实验与评估系统基于搭建的人工交通仿真系统，模拟真实的智能交通系统的能力，通过海量交通数据的计算实验，完成对智能交通系统各个层面管控与服务方案的学习与优化，提高管控与服务方案的效果，并进一步完善智能交通系统管控与服务方案的决策支持库。该系统由计算实验资源与设置和计算实验运行环境两个功能模块构成。本文将分别针对这两个模块，详细描述其功能设计。

2 计算实验资源与设置

该模块分为城市交通生成器、城市交通管理生成器、城市交通环境生成器和城市交通实验场景生成器四个部分。

2.1 城市交通生成器

包含以下三个生成器：

①城市交通及设施生成器，建立城市的路网、场所分布、线路、检测设备，包含如下功能：

其一，基于人工交通系统生成各交通要素；其二，基于人工交通系统生成交通基础设施。

②人口生成器，建立人口分类、人口的运动规则，包含如下功能：

其一，管理人口模型列表；其二，在列表中新建、移除及管理维护当前工作区的人口模型；其三，支持将其他人口模型文件加到当前工作区；其四，支持对人口模型的内容进行配置。

人口配置包含：人口数量与人口结构、人口年龄区间与比例分布、人口性别比例、人口出行交通工具选择习惯、人口使用各种交通工具时的自由流习惯、 人口配置还包括以年份为单位生成该年内的人口构成；

③车辆生成器，建立车辆类型分类，包含如下功能：

其一，在列表中显示设计的车辆模型（允许增加、修改、删除）；其二，指定城市的车辆拥有数量； 其三，指定城市的车辆类型及其分布；其四，系统支持将其他车辆模型文件加到当前工作区。

2.2 城市交通管理生成器

包含三个方面的管理功能：

①信号控制，建立城市路网下的信号控制方案，可以为每一个信号机指定信号控制，包含如下功能：

其一，在列表中管理信号控制方案；其二，维护信号控制方案；其三，支持在列表中維护当前工作区内的信号控制模型；其四，信号控制模型必须针对一个路网进行设置；其五，信号控制模型中必须指定信号控制模式以及信号机、最大绿灯、最小绿灯；其六， 选择路网后列出路网内的实路口进行路口机方案配置；其七，每个路口机允许指定一套控制方案；控制方案包括相位配置方案和相位配时方案；其八，相位配置方案：每个路口机的控制方案中根据路口形状进行相位配置；其九，相位配时方案：系统允许为每一个相位指定相位的绿灯时间、黄灯时间和红灯时间；其十，一个路口机的方案的时长为绿灯时间+黄灯时间+红灯时间；其十一，允许通过每个相位图直观的查看相位方案。

②信息发布，建立信息发布模型，包括接收率及发布周期，包含如下功能：

其一，以列表形式管理信息发布模型（允许增加、修改、删除）；其二，指定信息发布模型中的是否有信息发布以及信息被交通参与者接收的比例；

②交通管理，建立城市路网下的管理，包括限速管理等，包含如下功能：

其一，在列表中管理交通管理模型； 其二，维护交通管理模型；其三，交通管理模型必须制定对应的路网；其四，交通管理模型中必须指定城市自由流速度；其五，交通管理模型中必须指定城市公交车自由流速度。

2.3 城市交通环境生成器

包含三个方面功能：

①天气环境，建立天气类型，包含如下功能：

其一，在列表中维护天气环境模型；其二，天气环境模型指定了一种典型的天气环境，通过降水强度、持续时间、造成能见度影响、风力进行描述；其三，天气环境模型列表提供各种典型的天气环境模型，供人工系统使用。

②事故生成器，建立事故类型，包含如下功能：

其一，在列表中维护事故模型；其二，交通事故模型指定了一种典型的交通事故，通过发生概率、事故影响严重程度、事故影响持续时间进行描述；其三，交通事故模型列表提供各种典型的交通事故模型，供人工系统使用。

③大型活动生成器，建立大型活动类型，包含如下功能：

其一，在列表中维护大型活动模型；其二，大型活动模型指定了一种典型的大型活动，通过活动类型、活动影响程度、活动持续时间进行描述；其三，大型活动列表提供各种典型的大型活动模型，供人工系统使用。

2.4 城市交通实验场景生成器

建立实验场景，一个实验场景指定了一类典型实验所包含的条件，可以根据实验场景设计实验，包含如下功能：

①在列表中管理实验场景；

②支持预先根据实验条件设计不同的实验场景，以提供实验设计时复用；

③实验场景中必须指定一个路网；

④实验场景中，必须根据选择的路网选择信号控制模型及交通管理模型；

⑤实验场景中，可以指定多个天气模型，并为每个模型指定发生的时间；

⑥实验场景中，可以指定多个事故模型，并为每个模型指定发生的位置及时间；

⑦实验场景中，可以指定多个大型活动模型，并为每个模型指定发生的位置及时间；

⑧实验场景中，可以不指定天气模型、事故模型及大型活动模型。

3 计算实验运行环境

该模块分为以下四部分：

①城市交通计算实验设计器，选择实验条件因素，一次实验设计中，除了路网，其余的都可以多选，表示设计不同条件因素的实验，包含如下功能：

其一，支持两种实验设计方式：根据场景设计和根据实验条件设计；其二，根据场景设计时，允许选择同一个路网下的多个实验场景；其三，根据实验条件设计时，只允许选择一个路网模型，其他模型可以设置多个；其四，设计实验时，必须指定实验的基本运行参数以及输出设置；其五， 设计实验时，如果根据实验条件设计，必须指定实验方式；其六，设计实验时，必须指定路网、人口、车辆、信号控制、城市交通管理模型，否则实验资源准备不充分。

②城市交通计算实验生成器，选择一次实验设计，对设计中的实验，生成实验前的各种因素的xml文件，如出行需求等，包含如下功能：

其一，选择实验设计，列出包含的实验；其二， 选择准备生成的实验，顺序生成；其三，实验生成实际上是准备实验所必须的各种资源；其四， 实验生成过程中，要对实验的生成进行监控。

③城市交通计算实验执行器，选择设计好的实验，调用人工系统顺序开始执行系统，包含如下功能：

其一， 选择实验设计，从实验设计中选择已经生成的实验开始执行（可以按照顺序执行，每个实验对应一个人工系统）；其二，执行实验时，要求对实验的执行过程进行监控。

④城市交通计算实验查看器，选择实验结果，可以查看实验结果的avi动画、简单交通流信息、实验报告等，包含如下功能：

其一，以列表形式列出要查看的实验；其二，对于查看的实验以动画回放的形式查看；其三，对于查看的实验以图表的形式查看；其四，对于查看的实验以输出报告的形式查看；其五，支持一次性選择一个实验，打开窗口（非模态）播放动画；其六，当选择一个实验时，可以设置输出哪些具体的路段；当选择多个实验时，只能输出所有的路段；其七，允许设置是否输出实验平均值。

4 结 语

本文以智能交通管控与服务方案评估及优化问题为研究对象，基于ACP方法构建智能交通管控方案评估及优化平台。针对该平台组成部分之一的交通管控与服务方案计算实验与评估系统，分别从计算实验资源与设置和计算实验运行环境两个方面，详细描述了其功能设计。

参考文献：

[1] 张会，于泉，刘金广，等.平行系统理论在交通工程中的应用浅探[J].交通 信息与安全，2009，（S1）

[2] 王飞跃.关于复杂系统研究的计算理论与方法[J].中国基础科学，2004，（5）.

[3] 宁滨，王飞跃，董海荣，等.基于ACP方法的城市轨道交通平行系统体系 研究[J].交通运输系统工程与信息，2010，（6）.