摘要：智能交通灯控制系统以物联网的RFID (Radio Frequency Identification) 技术为核心。在车辆内安装体积很小的电子标签 (射频卡) , 并在卡内写入汽车制造商、汽车类型、车主、车牌号等信息, 行人的二代身份证已嵌入射频卡并写入相关身份信息。在路口分别设置RFID车辆检测器和RFID行人检测器, 可测得车流量、车速、人流量等交通流信息以适当配置交通灯的响应时间, 可识别消防车、急救车、公交车等特殊车辆以控制交通灯的变换使其优先通过, 可识别老弱病残孕等特殊行人以延长人行道绿灯时间使其顺利通过。
关键词：物联网; RFID; 特殊车辆; 特殊行人; 交通灯; 车辆检测;
1 概述
随着我国城镇化、机动化的持续快速发展, 人们生活节奏逐步加快, 道路上的车辆快速增长。据新华网报道, 截至2014年年底, 中国小型载客汽车达1.17亿辆, 其中私家车达1.05亿辆, 占90.16%, 全国有35个城市的汽车保有量超百万辆;机动车驾驶人突破3亿人, 其中汽车驾驶人超过2.46亿人。由此产生城市交通堵塞、交通事故频发、环境污染等问题, 甚至影响城市经济活动。智能交通灯控制系统改变了定周期的信号灯控制, 增加系统的灵活性, 以适应瞬时变化的交通流量, 提高机动车通过率, 缓解城市交通压力, 减少交通事故, 降低能源消耗。
物联网是在互联网、移动通信网等通信网络的基础上, 针对不同应用领域的需求, 利用具有感知、通信与计算能力的智能物体自动获取物理世界的各种信息, 将所有能够独立寻址的物理对象互联起来, 实现全面感知、可靠传输、智能处理, 构建人与物、物与物互联的智能信息服务系统。基于物联网的智能交通信号灯的控制, 利用无线通讯、红外感应、定位、激光扫描、射频识别等信息技术进行车流量检测、车辆种类监测、行人监测、道路环境监控等, 将人、车、道路与交通控制网络相联, 实时优化信号配时, 控制交通灯的变换, 即控制各车道的机动车与行人的通行时间, 提高交叉口的通行能力。
2 车辆检测
车辆检测是指车辆的存在、通过和车辆种类的识别, 可用于计算车流量、车速、车道占有率等。
2.1 传统的车辆检测
传统的车辆检测是采用各种传感器来实现, 可分为三类:磁频车辆检测器、波频车辆检测器和视频车辆检测器。磁频车辆检测器包括感应线圈检测器、磁性检测器、磁成像检测器等。目前使用最广泛的是感应线圈检测器, 基本原理是法拉第电磁感应定律, 当有车辆经过感应线圈时, 引起磁场变化, 从而检测出车辆。
另外, 线圈通过电子元件的高频励磁可以分辨车辆底部特殊的金属元件, 实现车辆识别;磁频车辆检测器的器件已标准化、计数精确, 但由于线圈是装在路面以下, 其安装、维护需中断交通, 影响路面寿命, 且安装过程对可靠性和稳定性影响很大。波频车辆检测器包括超声波检测器、微波检测器和红外检测器等:这类检测器一般安装在道路上方或侧面, 可移动, 可实现多车道检测;超声波检测器易受气候环境影响;微波检测器虽然在恶劣天气下性能出色但安装精度要求高, 被广泛用于高速公路监控系统;红外检测器可昼夜工作但精度不高、可靠性较差。视频车辆检测器, 是利用图像传感器如CCD摄像机来获取道路的图像, 通过分析连续图像的变化, 实现车辆检测包括车流量、平均车速、车辆识别等, 其安装方便、成本低、联网方便、检测信息量大, 但检测精度受图像处理技术的影响。
2.2 基于物联网的车辆检测
基于物联网的车辆检测, 使用射频识别技术RFID (Radio Frequency Identification) 实现车流量监测和车辆识别。RFID是利用无线射频方式进行非接触双向通信, 无需光学可视、无需人工干预即可完成信息输入与处理。在车辆上安装射频卡 (Radio Frequency Card) , 即电子标签, 其芯片体积很小, 厚度一般不超过0.35 mm, 可印制成标签贴在汽车发动机上、封装在汽车钥匙里或置入汽车牌照。电子标签内可存储数兆字符信息, 包括车辆制造商、车辆类型、车架号、车牌号、车主姓名、联系方式等, 成为每辆车的身份识别卡。
在道路上方或两侧安装读写器 (Reader) , 对来往车辆进行检测和识别, 实时传送车流量、车速、车辆种类等信息给交通控制中心, 以智能配置交通信号灯的响应时间, 提高道路通行能力。考虑到城市主城区车辆一般限速60 km/h, 采用超高频RFID系统, 识别距离1~10 m, 数据传输速率快, 可同时检测多辆汽车, 且不受遮挡物影响, 成本较低。对于特殊车辆, 如救护车、消防车、公交车等, 在距离交叉口30~50 m的位置安装读写器, 提前发送识别信号给交通控制中心, 以保证这类车辆的行车道为绿灯, 实现特殊车辆的优先通过。
3 行人检测
行人检测是对路口等待通行的人流量的检测和对特殊行人的识别。目前的交通系统多以机动车为设计核心, 较少考虑行人的需求, 尤其是老、弱、病、残、孕等特殊行人, 这类特殊行人的步行速度约为1.0 m/s, 远低于总体行人的平均值1.35m/s。我们常常会在路口看见这样的情形:人行灯已经由绿灯变红灯, 但人行横道上还有位老人没来得及通过马路, 结果可能造成交通事故、道路拥堵, 对机动车司机和行人造成身心伤害和经济损失等。
鉴于我国的二代身份证正是嵌入了射频卡的非接触式IC卡, 可采用13.56 MHz的RFID系统实现行人检测, 其识别距离为1~1.5 m。在身份证的IC卡内可存储姓名、性别、出生年月、身份证号、地址、电话、紧急联系人、病史等基本信息。在人行道设置读写器, 自动检测待通行的行人数量, 并识别老弱病残孕等特殊行人, 若人流量达到阈值或识别到特殊行人, 交通控制中心智能延长人行道的绿灯时间, 确保行人顺畅通过。
4 交通灯控制系统
设十字路口东西方向为主干道, 南北方向为副干道, 在路口设置RFID车辆检测器和RFID行人检测器。系统结构框图, 如图1所示。
图1 系统结构框图
主副干道对应的机动车道各设置一组红黄绿交通信号灯, 对应的人行道各设置一组红黄绿灯。主干道平时一直亮绿灯, 表示主车道和主人行道可一直通行。当检测到副干道有汽车或行人需要通过时, 则主干道由5 s黄灯变红灯禁止通行。此时副干道的绿灯通行时间, 由RFID检测器测出的信号决定:若流量小于于阈值且没有特殊行人, 绿灯时间为15 s;若流量大于阈值且没有特殊行人, 适当增加绿灯时间为25 s;若流量小于阈值但有特殊行人, 适当增加绿灯时间为25 s;若流量大于阈值且有特殊行人, 适当增加绿灯时间为35 s;若同时检测到主副干道都有特殊车辆经过, 则主副干道同时红灯闪烁15 s, 提醒其它车辆紧急避让, 以便特殊车辆先行通过。交通灯的实际响应时间, 应结合实际路口的位置、交通流量、时间段等信息, 进行灵活设置。
5 结语
基于物联网的智能交通灯控制系统, 以RFID技术为核心, 在路口进行车辆和行人的检测:可计算车流量、车速、人流量等交通流信息, 以优化配置交通灯的响应时间;可识别消防车、急救车、公交车等特殊车辆, 控制交通灯变换使特殊车辆优先通过;可识别老、弱、病、残、孕等特殊行人, 延长人行道绿灯时间, 保证特殊行人顺畅过马路。随着物联网技术的飞速发展, 全面感知的车辆、行人、道路密切配合, 促使交通控制系统更加智能化, 有利于提高城市交通运输能力、缓解城市交通拥堵、减少交通事故、降低城市能耗, 促进城市经济发展。
参考文献
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