周淑燕+卞井井+逯兆友+弓棣+閆啟龍+巴興強(qiáng)

【摘 要】針對(duì)交叉口緊急車輛通行不暢影響緊急事件的處理效率問題，本文提出了緊急車輛通過交叉口時(shí)信號(hào)燈的及時(shí)轉(zhuǎn)變控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，在研究信號(hào)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)信號(hào)控制系統(tǒng)的工作原理、組成結(jié)構(gòu)及影響因素等進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)與分析，并且制作了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。通過實(shí)驗(yàn)表明，提高了緊急車輛的通過效率、節(jié)省延誤時(shí)間和減少交叉口交通事故發(fā)生率，體現(xiàn)了控制系統(tǒng)的優(yōu)先功能。

【關(guān)鍵詞】交叉口；緊急車輛；優(yōu)先通行；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

[Abstract] In this paper， the design scheme of the timely change control system of emergency vehicles through the intersection of emergency vehicles is presented.

[Key words] intersection；emergency vehicle； priority； system design

我國交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展愈加迅猛，為我國帶來經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展的同時(shí)，交通擁擠和交通事故的發(fā)生也隨之而來，道路交通作為現(xiàn)代生活中生命線的一部分，對(duì)公共緊急車輛如救護(hù)車、消防車等的快速、高效、安全通過起到至關(guān)重要的作用。經(jīng)過調(diào)查與分析，我們開展“交叉口緊急車輛優(yōu)先通行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的研究。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

為保證由于多種情況而行駛的緊急車輛能夠在短時(shí)間內(nèi)到達(dá)目的地并完成各種應(yīng)急任務(wù)，目前，國內(nèi)一些科研機(jī)構(gòu)研發(fā)了智能車路協(xié)同系統(tǒng)（CVIS）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相比于現(xiàn)有的緊急車輛通過交叉口的通行情況，采用改進(jìn)后的交通控制系統(tǒng)方法，緊急車輛在通過交叉口的平均緊急車輛速度有所提高，但是存在局限性，不能夠及時(shí)的解決緊急情況。國外如美國、英國、法國、日本等國家都有適應(yīng)自已國家交通運(yùn)行的緊急車輛的通行辦法。其中，最典型的是美國對(duì)于緊急車輛通過交叉口的處理辦法。Homas提出了一個(gè)基于車道的網(wǎng)絡(luò)流模型，選擇車輛在各種復(fù)雜的行駛路線中進(jìn)行緊急通行的方法。該模型認(rèn)為路況的交叉口是導(dǎo)致交通擁堵的重要原因。因此，我們提出了對(duì)現(xiàn)有的交通控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的方案，通過控制或改變交叉口車道的通行狀態(tài)，減少車輛在交叉口等待通過的時(shí)間，保障交叉口緊急車輛交通更加快速安全有效。

2 緊急車輛優(yōu)先通行控制

2.1 通行控制目標(biāo)

通過前期調(diào)查統(tǒng)計(jì)和規(guī)劃，利用單片機(jī)設(shè)計(jì)信號(hào)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)交叉口緊急車輛優(yōu)先通行的信號(hào)控制系統(tǒng)優(yōu)化；對(duì)信號(hào)交叉口的通行能力進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)緊急車輛無障礙通行；控制后臺(tái)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)信號(hào)燈的緊急轉(zhuǎn)變。

2.2 系統(tǒng)工作原理

運(yùn)用arduino控制信號(hào)燈，與手機(jī)app實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信。由中央控制系統(tǒng)將道路攝像頭與高德地圖等反饋回來路況信息進(jìn)行整合處理，并進(jìn)行分析判斷得出需要進(jìn)行臨時(shí)改變的交叉口信號(hào)燈，將信息呈現(xiàn)給緊急車輛司機(jī)，再由司機(jī)根據(jù)實(shí)際情況具體分析判斷是否需要臨時(shí)改變信號(hào)燈信號(hào)，在緊急車輛通過被改變的信號(hào)燈后，信號(hào)燈自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位，恢復(fù)原有周期。以此達(dá)到優(yōu)化控制信號(hào)系統(tǒng)措施的目的，完成緊急控制系統(tǒng)啟動(dòng)后與正常系統(tǒng)之間聯(lián)動(dòng)與協(xié)調(diào)。

2.3 實(shí)施方案

在交叉口信號(hào)控制系統(tǒng)中，由監(jiān)測(cè)交叉口信號(hào)狀態(tài)和信息的信號(hào)控制系統(tǒng)以及與車載系統(tǒng)進(jìn)行信息交互構(gòu)成，控制系統(tǒng)軟件安裝在后臺(tái)檢測(cè)服務(wù)器內(nèi)，在緊急車輛中安裝其接收器，顯示交通信號(hào)狀態(tài)和信息兩部分構(gòu)成。后臺(tái)服務(wù)器控制程序，對(duì)交通信號(hào)控制系統(tǒng)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)初步改造，實(shí)現(xiàn)緊急車輛無障礙通行。采集交通交叉口的車流流量信息，推算其通行能力，觀察周圍是否有障礙物，規(guī)劃緊急車輛的最優(yōu)通行方案。擁有此能力的緊急車輛在通過交叉口時(shí)，減少駕駛員對(duì)車輛的反應(yīng)時(shí)間及操作難度；實(shí)現(xiàn)緊急車輛在交叉口的快速響應(yīng)，有效降低了緊急車輛在通過交叉口時(shí)的能量消耗，并有利于提升交叉口的通行效率及駕駛安全性。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 模型建立與仿真

基于現(xiàn)有情況，本設(shè)計(jì)模型的控制系統(tǒng)采用arduino芯片，搭建藍(lán)牙4.0模塊與手機(jī)app通信，制作簡易模型來進(jìn)行模擬。對(duì)于十字交叉口緊急車輛通過實(shí)際情況進(jìn)行仿真操作，選擇路段連接器、標(biāo)準(zhǔn)選擇、平面交叉口機(jī)動(dòng)車道道路路網(wǎng)；東西方向、南北方向：直行車道、右轉(zhuǎn)車道、左轉(zhuǎn)車道，將各進(jìn)口方向流量輸入，設(shè)置信號(hào)控制，采用單點(diǎn)固定信號(hào)控制，周期為自擬，黃燈時(shí)間為3s四相位，相位設(shè)置記錄下來。將信號(hào)燈組設(shè)置到相應(yīng)道路進(jìn)口處，仿真顯示各方向信號(hào)燈狀態(tài)，記錄信號(hào)相位和個(gè)方向信號(hào)燈顯示。進(jìn)行連續(xù)仿真、觀察并保存2D和3D仿真過程。

3.2 問題和不足

基于全國交通信號(hào)燈設(shè)備現(xiàn)狀，從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，普及該系統(tǒng)還有一定的困難；安裝后的實(shí)際運(yùn)行情況有待進(jìn)一步觀察；在道德層面上，或許會(huì)存在著濫用職權(quán)等問題；可靠性有待進(jìn)一步檢驗(yàn)；信號(hào)干擾問題需要解決，系統(tǒng)要進(jìn)行加密。

4 結(jié)語

本研究對(duì)現(xiàn)有的交叉口交通系統(tǒng)紅綠燈的開閉時(shí)間進(jìn)行了優(yōu)化，當(dāng)緊急車輛通過交叉口時(shí)，通過系統(tǒng)軟件進(jìn)行信號(hào)控制，使緊急車輛優(yōu)先通行。經(jīng)過仿真試驗(yàn)結(jié)果的表明，該控制系統(tǒng)可以使緊急車輛在交叉口優(yōu)先通行，提高了緊急車輛的通過效率、節(jié)省延誤時(shí)間和減少交叉口交通事故發(fā)生率，體現(xiàn)了控制系統(tǒng)的優(yōu)先功能。endprint