張　丹　楊　熙

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一種便于行人通過的交通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

張丹楊熙

（湖南科技學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院，湖南 永州 425199）

利用FPGA芯片，針對(duì)十字路口行人通行時(shí)間過短的情況，設(shè)計(jì)了一種便于行人通過路口的智能交通系統(tǒng)，將原來的控制行人通過的四個(gè)紅綠燈增加為八個(gè)，能夠大大增加行人通過路口的時(shí)間，避免了車輛綠燈時(shí)行人無法完全通過路口的情況。

FPGA；智能交通系統(tǒng)；十字路口

1　引　言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，汽車已成為世界各國(guó)人民出行的主要交通工具，由此產(chǎn)生的城市交通問題已經(jīng)越來越引起世界各國(guó)的重視。伴隨著各種交通問題的產(chǎn)生，智能交通系統(tǒng)的研究也層出不窮。但縱觀大多數(shù)交通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都以方便行車為主要目的，卻鮮有人考慮行人在交通過程中的方便與快捷。然而，行人的通行不僅僅影響到行人自己，某種程度上也會(huì)影響到行車的方便。比如，在一條較寬的道路上，當(dāng)行人通過的綠燈時(shí)間較短，對(duì)于老人和孩子，他們不能在綠燈的時(shí)間內(nèi)完全通過人行道時(shí)，那么就會(huì)影響到車輛的通過。文章針對(duì)該問題，提出了一種便于行人通過的交通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2　研究意義

一般的十字路口，車輛通行有左轉(zhuǎn)和直行兩種行車方向。本文為了簡(jiǎn)化模型，考慮左轉(zhuǎn)直行同時(shí)執(zhí)行的情況。那么十字路口通過的情況就分為四種情況。在一般的交通控制系統(tǒng)當(dāng)中，行人的綠燈通行方式一般如圖1所示。

圖1.車輛從ABCD四個(gè)路口同時(shí)左轉(zhuǎn)直行綠燈通過時(shí)人行道綠燈的四種情況

表1.人行道綠燈通過情況統(tǒng)計(jì)表

人行道通道為綠燈的情況人行道通道為綠燈的情況 a1（4）（1）c1（2）（3） a2（2）（3）（4）c2（4）（1）（2） b1（1）（2）d1（3）（4） b2（3）（4）（1）d2（1）（2）（3）

但是，這樣的行人綠燈通行方式一般時(shí)間較短，若馬路較寬，就會(huì)導(dǎo)致行人無法在綠燈時(shí)間完全通過。為了改進(jìn)這種情況，本人將人行道分為兩段來進(jìn)行紅綠燈控制。那么人行道的綠燈通過情況則如圖2所示。四個(gè)路口的人行道一共分為了八段，每一段，我們分別命名為a1、a2、b1、b2、c1、c2、d1、d2。根據(jù)四種不同的車輛通行情況，a1、a2、b1、b2、c1、c2、d1、d2的綠燈情況我們用表1來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

圖2.改進(jìn)后的人行道紅綠燈設(shè)計(jì)

現(xiàn)假定每個(gè)路口的車輛綠燈加黃燈的通行時(shí)間為30秒，根據(jù)表1，我們可以看到，當(dāng)路口A為綠燈和黃燈的30秒通行時(shí)間時(shí)，人行道b1和d2分別有60秒和90秒的綠燈通行時(shí)間；當(dāng)路口B為綠燈和黃燈的30秒通行時(shí)間時(shí)，人行道c1和a2分別有60秒和90秒的綠燈通行時(shí)間；當(dāng)路口C為綠燈和黃燈的30秒通行時(shí)間時(shí)，人行道d1和b2分別有60秒和90秒的綠燈通行時(shí)間。當(dāng)路口D為綠燈和黃燈的30秒通行時(shí)間時(shí)，人行道a1和c2分別有60秒和90秒的綠燈通行時(shí)間。

3　設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

據(jù)這樣的設(shè)計(jì)要求，程序的設(shè)計(jì)將功能的實(shí)現(xiàn)分為了兩個(gè)模塊：控制模塊和顯示模塊，設(shè)計(jì)框圖如圖3所示?？刂颇K負(fù)責(zé)輸出倒計(jì)時(shí)的數(shù)據(jù)和控制紅黃綠燈的變換，顯示模塊負(fù)責(zé)將接收到的倒計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)通過譯碼的方式最終顯示在數(shù)碼顯示管上。其中cntA、cntB、cntC、cntD分別為路口A、B、C、D的倒計(jì)時(shí)數(shù)。通過這樣的設(shè)計(jì)方法，最終實(shí)現(xiàn)了這樣一種便于行人通行的智能交通控制系統(tǒng)的功能。

圖3.頂層設(shè)計(jì)框圖

4　功能仿真及分析

圖4、圖5即為控制模塊的仿真結(jié)果。如圖所示，cntA為A路口的倒計(jì)時(shí)數(shù)，cntB為B路口的倒計(jì)時(shí)數(shù)，cntC為C路口的倒計(jì)時(shí)數(shù)，cntD為D路口的倒計(jì)時(shí)數(shù)。pout是一個(gè)二十八位寬的輸出信號(hào)，每一位信號(hào)控制一個(gè)紅綠燈的亮滅，0為亮1為滅。其中高十二位控制的是A、B、C、D四個(gè)路口控制車輛的紅、黃、綠燈，低十六位控制的是人行道上的八個(gè)紅、綠燈。一個(gè)完整的交通控制周期總共有八個(gè)狀態(tài)：A路口車輛通行為綠燈狀態(tài)；A路口車輛通行為黃燈狀態(tài)；B路口車輛通行為綠燈狀態(tài)；B路口車輛通行為黃燈狀態(tài)；C路口車輛通行為綠燈狀態(tài)；C路口車輛通行為黃燈狀態(tài)；D路口車輛通行為綠燈狀態(tài)；D路口車輛通行為黃燈狀態(tài)。其中圖4、圖5分別為第一個(gè)狀態(tài)和第二個(gè)狀態(tài)。

圖4.A路口車輛通行為綠燈狀態(tài)時(shí)的仿真結(jié)果

圖4為A路口車輛通行為綠燈狀態(tài)時(shí)的仿真結(jié)果，這個(gè)狀態(tài)下，A路口的倒計(jì)時(shí)從25倒計(jì)到1，B路口的倒計(jì)時(shí)從30倒計(jì)到5，C路口的倒計(jì)時(shí)從60倒計(jì)到36，D路口的倒計(jì)時(shí)從90倒計(jì)到66。此時(shí)的紅綠燈狀態(tài)如圖2中的情況（1）所示。當(dāng)A路口車輛通行為綠燈時(shí)的狀態(tài)結(jié)束后就進(jìn)入到圖5所示的A路口車輛通行為黃燈時(shí)的狀態(tài)。此時(shí)A路口的倒計(jì)時(shí)變?yōu)辄S燈的倒計(jì)5到0，B、C、D路口繼續(xù)剛才紅燈的倒計(jì)時(shí)。另外從圖4、圖5中可以看到，pout在狀態(tài)1中的高三位從110變?yōu)闋顟B(tài)二中的101，其他位的數(shù)值不變，說明從狀態(tài)一到狀態(tài)二時(shí)，控制車輛的A路口的綠燈變?yōu)辄S燈，即高二位（A路口綠燈）從0（亮）變1（滅），高三位（A路口黃燈）從1（滅）變0（亮）。

圖5. A路口車輛通行為黃燈狀態(tài)時(shí)的仿真結(jié)果

5　結(jié)束語(yǔ)

我們?cè)O(shè)計(jì)的智能交通系統(tǒng)，從功能上改進(jìn)了行人通過的機(jī)制，大大增加了人行道行人通過的時(shí)間，一定程度上減少了行人對(duì)交通的阻塞。并通過設(shè)計(jì)頂層框架和軟件編程實(shí)現(xiàn)了這一設(shè)想，完成了功能的仿真。

但由于時(shí)間和設(shè)備上的限制，本人只完成了最簡(jiǎn)單初步的設(shè)計(jì)，只做到了考慮左轉(zhuǎn)和直行同時(shí)運(yùn)行一種紅、黃、綠燈時(shí)的設(shè)計(jì)，并且四個(gè)路口考慮固定的一樣的綠燈倒計(jì)時(shí)。這一簡(jiǎn)單的改進(jìn)和基本功能的實(shí)現(xiàn)，為其他設(shè)計(jì)者進(jìn)一步完成智能交通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜便民的交通系統(tǒng)提供了一定的借鑒作用。

[1]周春蕾.基于FPGA技術(shù)交通燈智能控制系統(tǒng)的研究[D].河北科技大學(xué),2010.

[2]楊貴,鄭善賢.基于FPGA的交通燈控制器實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)儀器儀表,2003,(9):41-43.

[3]許釗.城市交通信號(hào)智能控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].華北電力大學(xué)(北京),2009.

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[5]趙凱.城市智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)[D].西北工業(yè)大學(xué),2001.

（責(zé)任編校：宮彥軍）

2016－03－18

湖南科技學(xué)院科學(xué)研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)2015XKY002）；永州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)永科[2015]9號(hào)No.3）。

張丹（1987－），女，湖南永州人，湖南科技學(xué)院講師，碩士，研究方向?yàn)榛贔PGA的專用集成電路設(shè)計(jì)與研發(fā)。

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1673-2219（2017）06-0026-02