智能电子交通监控系统解决方案.doc

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摘要

智能交通监控系统是目前研究的一个热点课题，而且取得了不少的成果，在少数先进国家已采用智能方式来控制交通信号。

为了实现交通道路的有效管理，力求交通管理先进性和科学化,本文采用车流量传感器检测车辆的存在与通过,并把这一信号转化为标准脉冲信号,作为可编程控制器的控制输入，采用PLC计数，按一定控制规律自动调整红绿灯的时长；设计定时器在上、下班高峰期增加绿灯放行时间以及合理应用电子警察对各个路口违章、肇事事故进行监控和记录等。

关键词PLC智能交通监控车流量传感器电子警察

目录

第一章绪论 1

1.1课题背景及发展现状 1

1.2智能交通监控系统的简介 2

1.3课题的建立以及本文完成的主要工作 3

第二章可编程程序控制器（PLC）的简述 5

2.1PLC的定义及由来 5

2.2PLC的基本结构 6

2.3PLC的工作原理 9

2.4PLC的特点 9

2.5PLC控制系统的总结与展望 10

第三章智能交通监控系统概述 12

3.1智能交通监控系统的设计目的 12

3.2系统设计方案 12

3.3系统的设计要求 12

3.4系统的设计方案分析 12

3.5设计流程图 13

第四章智能交通监控系统的总体设计 14

4.1电子警察监控系统的设计 14

4.1.1系统概述 14

4.1.2系统分析 14

4.1.3前段抓拍子系统技术详解 15

4.2交通信号控制系统的设计 19

4.2.1交通灯控制系统结构图 19

4.2.2车辆滞留检测系统 19

4.2.3信号转换装置 21

4.2.4正常运行模块程序框图及分析 22

4.2.5车流量信号智能处理模块及分析 23

4.2.6交通灯智能控制程序框图 23

第五章设计总结 26

致谢 27

参考文献 28

智能交通监控系统的设计

第一章绪论

1.1课题背景及发展现状

1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。

这是世界上最早的交通信号灯。

1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。

它由红绿两种旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。

1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。

1914年，电器启动的红绿灯出现在美国。

这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市5号大街的一座高塔上。

红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。

1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。

带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。

红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。

红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。

信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。

1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。

绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。

左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。

红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。

黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。

在汽车产业蓬勃发展的背后，随之而来交通问题也越来越多，如交通堵塞和交通事故时常发生，这不但给人们的生命和财产造成了威胁，同时还制约着国民经济的发展。

为了缓解交通的负荷量，使车辆运行畅通无阻，交通事业整严有序，我国引进了与国情相符合的国外先进的控制体系，多车道交通灯控制系统，不但解决以往交通控制系统的局限性，同时还加快了车流量速度。

并制定了《道路交通安全法实施条例》第三十八条明确规定：

绿灯亮时，准许车辆通行，但转弯的车辆不得妨碍被放行的直行车辆、行人通行，黄灯亮时，已越过停止线的车辆可以继续通行，红灯亮时，禁止车辆通行。

城市的现状随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。

人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。

城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。

城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况。

因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。

然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。

而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。

所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门待解决的主要问题。

智能控制交通系统是目前研究的方向，也已经取得不少成果，在少数几个先进国家已采用智能方式来控制交通信号。

1.2智能交通监控系统的简介

智能交通系统的出现大大改变了我国紧张的交通形势，它能够根据车流量的变化自动调整红绿灯的时间长度，不会出现空道占时的情形，最大限度的减少十字路口的车辆滞留现象，有效地缓减交通拥挤，实现交通控制的最优控制，大大的提高了交通系统的效率。

随着我国经济的不断发展，国民生活水平不断提高，私家车辆的数量大幅度的增加，道路拥挤的问题日益突出，智能交通系统一定会得到广泛应用。

智能交通系统的发展，最早可以追溯到20世纪七八十年代的一系列车辆导流系统新技术的开发和应用。

1991年美国通过“地面交通效率法”（ISTEA），俗称“冰茶法案”，从此美国的IVHS研究开始进入宏观运作阶段。

1994年，美国将IVHS更名为ITS。

之后，欧洲、日本等也相继加入了这一行列。

经过30年的发展，美国、欧洲、日本成为世界ITS研究的三大基地。

美国是当今世界在ITS开发领域发展最快的国家，它从上个世纪80年代开始，先后开展了与智能汽车技术相关的PATH、IVI、VII和CVHAS等国家项目1995年3月美国交通部正式出版了“国家智能交通系统项目规划”，明确规定了智能交通系统的7大领域和29个用户服务功能目前7大领域包括：

出行和交通关系系统、出行需求管理系统、公共交通运营系统、商用车辆运营系统、电子收费系统、应急管理系统、先进的车辆控制和安全系统。

日本于上个世纪90年代初就制定了大力发展智能交通系统的国家战略，其中智能汽车作为智能交通的重要组成部分，也得到了深入研究。

日本政府主导的先进安全汽车ASV项目已于2000年取得初步实用化成果。

我国ITS的发展起步较晚，70年代以来，从国外引进、消化了一些项目，并进行了一些ITS或类ITS基础项目的研究和应用。

70年代中至80年代初，主要是进行城市交通信号控制试验研究，80年代中至90年代初，在一些大城市引进和消化城市交通信号控制系统，实现了一些（高速）公路监控系统、高等级公路电子收费系统和路边信息服务系统。

90年代中以来，开始研究部门ITS发展战略和GIS、GPS、EDI在交通中的应用等，重视交通信息网络的建设，公路和桥梁管理用基础数据库、道路交通量和气象数据采集等经过多年的努力，也已取得明显的进展。

1.3课题的建立以及本文完成的主要工作

在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了强有力的保障。

但是随着社会、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。

如何改善交通灯控制系统，使其适应现在的交通状况，成为研究的课题。

传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：

事先经过车流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。

然而，实际上车辆流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。

即使是经过长期运行、较适用的方案，仍然会发生这样的现象：

绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。

这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。

目前，大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。

由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的，采用固定时间的控制方法，经常造成道路有效利用时间的浪费，出现空等现象，影响了道路的畅通。

为此，需要一种新型的控制方法才能较好地解决这个问题。

智能交通系统（ITS——IntelligentTransportSystems）ITS是一个跨学科、信息化、系统化的综合研究体系，其主要内容是：

将先进的人工智能技术、自动控制技术、计算机技术、信息与通讯技术及电子传感技术等有效的集成，并应用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。

交通控制系统是ITS研究的一个重要方面。

由于交通系统具有较强的非线性、模糊性和不确定性，是一个典型的分布式非线性系统，而且具有多种信息来源、多种传感器的特点，用传统的理论与方法很难对其进行有效的控制。

把先进的智能控制技术、信息融合技术、智能信息处理技术与交通管理技术结合起来，代表着城市交通信号控制系统发展的方向。

智能交通的发展是现代社会经济发展的客观要求，交通运输是国民经济和现代社会发展的基础。

由于现代社会城市化速度越来越快、国民经济的高速增长、全球经济的一体化进程加快、个人旅行与休闲时间的不断增加以及人们对交通需求越来越高，智能交通便成为现代社会经济发展的客观要求，又由于PLC技术相较于单片机技术和继电器技术有如下优点：

功能强、性价比高、硬件配备齐全、易操作、适应性强、可靠性高、编程调试简单、体积小、能耗小、维修方便等等。

所以课题选用先进的西门子公司的小型PLC设备S7-200作平台。

以交通信号监控系统为整套设计方案的中心，提出一套可行性方案。

其中具体包括：

1．能控制十字路口东西南北的通行，通过定时器控制通行和禁止通行的时间；

2．利用PLC的相关知识实现交通高峰低峰的通行时间的智能调整；

3．在智能交通信号控制系统中加入电子警察抓拍违章系统。

第二章可编程程序控制器（PLC）的概要

2.1PLC的定义及由来

1.PLC的定义

可编程控制器ProgrammableController是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。

早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器ProgrammableLogicController，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。

随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。

但是为了避免与个人计算机PersonalComputer的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。

PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。

为了使其生产和发展标准化，美国电器制造商协会NEMA（NationalElectricalManufactoryAssociation）经过四年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为PC（ProgrammableController），并给PC作了如下定义:

PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。

用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。

一部数字电子计算机若是从事执行PC子功能，亦被视为PC，但不