狹窄路段交通控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

張弛+樊文壯+胡文力

摘要：城市中的狹窄路段由于自身道路寬度有限，極易發(fā)生交通擁堵現(xiàn)象，這降低了道路通行效率，并造成不必要的能源浪費(fèi)。本文針對(duì)這一問題，設(shè)計(jì)開發(fā)了適用于狹窄路段的智能交通控制系統(tǒng)。該交通控制系統(tǒng)使用激光雷達(dá)、地感線圈作為信息采集裝置，探測(cè)通行車輛的寬度及車輛是否駛出狹窄路段；信息處理機(jī)分析所采集的數(shù)據(jù)，并通過控制紅綠燈反饋駕駛員，從而使車輛在正確的時(shí)機(jī)駛?cè)氇M窄路段，避免因車輛寬度不滿足通行條件而出現(xiàn)會(huì)車?yán)щy的情況。經(jīng)理論分析，狹窄路段交通控制系統(tǒng)可有效緩解狹窄路段的交通擁堵，提高道路通行效率。

關(guān)鍵詞：狹窄路段；交通擁堵；通行效率；激光雷達(dá)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）08-0175-02

1 引言

隨著機(jī)動(dòng)車保有量的快速增長(zhǎng)，交通擁堵問題日益突出，城市中的涵洞、窄橋、舊城區(qū)街道等狹窄路段成為交通擁堵的高發(fā)區(qū)。狹窄路段由于自身道路寬度有限，對(duì)雙向通行車輛的寬度有嚴(yán)格要求。駕駛員在車輛駛?cè)氇M窄路段前，難以準(zhǔn)確判斷對(duì)向車輛的寬度，因此車輛可能在自身寬度不滿足通行條件的情況下進(jìn)入狹窄路段，導(dǎo)致會(huì)車?yán)щy。狹窄路段的交通擁堵降低了道路的通行效率，并造成不必要的能源浪費(fèi)。

目前，國內(nèi)外對(duì)狹窄路段交通擁堵現(xiàn)象的研究主要集中在理論層次。中國楊旭剛、曾俊偉對(duì)相關(guān)交通法律中關(guān)于道路優(yōu)先通行權(quán)的特點(diǎn)進(jìn)行細(xì)致分析，提出了關(guān)于機(jī)動(dòng)車通過狹窄路段等特殊路段時(shí)部分規(guī)定的不合理性。上述研究表明狹窄路段中合理控制車流的必要性。至今，國內(nèi)外針對(duì)狹窄路段交通擁堵問題，僅通過設(shè)置交通標(biāo)志牌，間接提醒駕駛員注意對(duì)向車輛。從實(shí)際效果來看，設(shè)置交通標(biāo)志牌對(duì)駕駛員的提醒作用有限，不能有效緩解交通擁堵。

2 設(shè)計(jì)原理

2.1 設(shè)計(jì)思路

本設(shè)計(jì)以合理控制狹窄路段車流為中心，通過在狹窄路段兩側(cè)入口處，安裝激光雷達(dá)，實(shí)時(shí)采集即將駛?cè)氇M窄路段車輛的寬度信息；在兩側(cè)出口處安裝地感線圈，實(shí)時(shí)采集車輛駛離狹窄路段的信息；信息處理機(jī)接收、處理信息，判斷車輛是否可以通行，并通過紅綠燈發(fā)出信號(hào)，控制汽車進(jìn)入狹窄路段。

如圖2工作流程圖所示，汽車駛過狹窄路段入口處的激光雷達(dá)掃描平面，反射激光雷達(dá)發(fā)射的激光束；激光雷達(dá)接收、分析激光，并將信息傳輸至信息處理機(jī)儲(chǔ)存；信息處理機(jī)計(jì)算車輛寬度信息，發(fā)出控制信號(hào)，紅綠燈變換顏色，控制汽車駛?cè)氇M窄路段。車輛駛出狹窄路段，經(jīng)過地感線圈；地感線圈采集信息，信息傳輸路線同上。

2.2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)方案

狹窄路段交通控制系統(tǒng)包含激光雷達(dá)、地感線圈、信息處理機(jī)、紅綠燈。系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求：高安全性、高準(zhǔn)確性、高穩(wěn)定性、高效率、人性化、低耗能。激光雷達(dá)、紅綠燈安裝在狹窄路段入口處；地感線圈安裝在狹窄路段出口處。系統(tǒng)各裝置位置及信號(hào)傳輸路線如圖3所示。

2.2.1 激光雷達(dá)設(shè)計(jì)

激光雷達(dá)由激光器、光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)處理模塊組成，外觀如圖3所示。從技術(shù)穩(wěn)定性、精確性、低能耗、適應(yīng)惡劣工作環(huán)境這幾方面考慮，本設(shè)計(jì)的激光雷達(dá)采用光纖激光器，使用相位法測(cè)距。光纖激光器發(fā)射激光束，激光束經(jīng)發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，形成垂直于路面的掃描平面。光電探測(cè)器每次接收反射激光束，信號(hào)處理模塊便分析得到一組信息：反射激光與垂直瞄準(zhǔn)線間的夾角α、目標(biāo)與雷達(dá)間的距離l。激光雷達(dá)工作流程如圖4所示。

由于激光雷達(dá)的工作特性，在存在如圖5所示的盲區(qū)y。為了提高準(zhǔn)確性，減小盲區(qū)y，可適當(dāng)增加激光雷達(dá)立柱高度x?？紤]盲區(qū)y最大的情況，通行汽車尺寸參照大型貨車，建立激光雷達(dá)立柱高度x與盲區(qū)y的函數(shù)關(guān)系模型：

3 結(jié)束語

針對(duì)狹窄路段交通擁堵問題，國內(nèi)外目前還沒有一種有效的智能化解決方案。本文提出的交通控制系統(tǒng)整合現(xiàn)有多項(xiàng)成熟技術(shù)，具有低能耗、人性化、穩(wěn)定可靠、工作效果良好等優(yōu)點(diǎn)，可有效緩解了交通擁堵。該系統(tǒng)根據(jù)通行車輛寬度、狹窄路段寬度，并結(jié)合最小安全會(huì)車橫向距離，幫助駕駛員判斷狹窄路段是否允許通行。

近年來，隨著“低碳交通”概念的提出，解決交通擁堵問題，提高通行效率成為研究的熱點(diǎn)。本文研究的交通控制系統(tǒng)適用于城市中的多種路況，一旦實(shí)際應(yīng)用，可最大程度緩解狹窄路段交通擁堵，提高道路通行效率，其應(yīng)用前景非常廣闊。

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