嵌入式密碼之智能交通信號燈

哦哈喲

"紅燈停、綠燈行、黃燈亮了等一等"，還記得這首童謠么？如今隨處可見(jiàn)的交通信號燈大家一定不在陌生，那你知道這些信號燈都隱藏著(zhù)哪些“秘密”？跟著(zhù)小編一起來(lái)了解一些交通信號燈背后的那些“秘密”以及 未來(lái)智能交通信號燈的發(fā)展趨勢。

一、交通信號燈

交通信號燈由紅燈、綠燈、黃燈組成。紅燈表示禁止通行，綠燈表示準許通行，黃燈表示警示。

1、綠燈信號：綠燈信號是準許通行信號。按《交通安全法實(shí)施條例》規定：綠燈亮時(shí)，準許車(chē)輛、行人通行，但轉彎的車(chē)輛不準妨礙被放行的直行車(chē)輛和行人通行。

2、方向指示信號燈：方向信號燈是指揮機動(dòng)車(chē)行駛方向的專(zhuān)用指示信號燈，通過(guò)不同的箭頭指向，表示機動(dòng)車(chē)直行、左轉或者右轉。

3、人行橫道燈信號：人行橫道燈由紅、綠兩色燈組成。在紅燈鏡面上有一個(gè)站立的人形象，在綠燈面上有一個(gè)行走的人形象。人行橫道燈設在人流較多的重要交叉路口的人行橫道兩端。燈頭面向車(chē)行道，與道路中心垂直。

二、交通信號燈控制邏輯

以一個(gè)最常見(jiàn)的十字路口為例，東西南北四個(gè)方向各有一組紅綠燈。

十字路口紅綠燈，最常見(jiàn)的交通信號燈的控制邏輯是南北方向通行時(shí)，東西方向不通行；東西方向通行時(shí)，南北方向不通行。如果十字路口車(chē)流量很大，可能會(huì )是另外一套控制邏輯，比如每一個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)方向為綠燈，其它都是紅燈。平時(shí)見(jiàn)到的交通信號燈，絕大部分都是固定配時(shí)的，也就是紅燈、綠燈時(shí)長(cháng)固定不變，也有 非固定配時(shí)的，比如按照一天中的時(shí)間段、或者按照一個(gè)星期的不同日子來(lái)設置不同的配置[color=inherit !important]方案，還有會(huì )根據路口的流量變化動(dòng)態(tài)調整配時(shí)方案的。

三、為什么現在信號燈的設計越來(lái)越復雜？

開(kāi)過(guò)車(chē)的朋友，尤其是新手司機來(lái)說(shuō)，最怕經(jīng)過(guò)情況比較復雜的路口。路面上不僅有復雜的導向線(xiàn)，路口處還有樣式特別的紅綠燈，一個(gè)方向可能會(huì )有多組燈，比如有直行燈、左轉燈、右轉燈、甚至掉頭燈，總之各種情況都會(huì )有。 從表面上看，這些交通信號標志的類(lèi)型似乎很復雜，在不同的情況下想要采取不同的方式去應對。其實(shí)萬(wàn)變不離其宗，看見(jiàn)交通信號燈只要遵循“紅燈停，綠燈行”的原則即可。

為什么現在交通信號燈的設計越來(lái)越復雜？是因為我國主要大中城市的市內交通擁堵情況日益加重，特別是在交通高峰期，如果還是采用簡(jiǎn)單控制邏輯，那么整個(gè)區域的交通都可能面臨癱瘓的處境，更合適的信號控制時(shí)間和轉向配置方案，可以更加有效地改善交通擁堵情況。

四、交通信號燈背后的[color=inherit !important]嵌入式

理工科的同學(xué)是否還記得那些年做過(guò)的實(shí)驗，通過(guò)定時(shí)器+LED+數碼管實(shí)現交通信號燈的演示。當然如此簡(jiǎn)單的演示方案，肯定不能滿(mǎn)足日益復雜的交通現場(chǎng)環(huán)境，而現實(shí)中的交通信號燈控制是如何做到的呢？

交通信號控制系統是一個(gè)獨立的系統，又是整個(gè)地區信號燈系統的一部分。是城市道路交通管理系統中對交叉路口、行人過(guò)街，以及環(huán)路出入口采用信號控制的子系統，主要包括交通工程設計、車(chē)輛信息采集、數據傳輸與處理、控制模型算法與仿真分析、優(yōu)化控制信號調整交通流等。

在十字路口道路旁，都會(huì )有這么樣的一個(gè)交通信號控制柜，針對于交通信號燈控制的交通信號機就安裝于交通信號控制柜內，是現代城市交通系統的重要組成之一，用于城市道路交通信號的控制與管理。

交通信號機內部由單片機或者[color=inherit !important]Linux的處理器作為 主控，外圍有串口、網(wǎng)口、按鍵、顯示屏、指示燈等接口�？此撇粡碗s，但是由于它工作環(huán)境嚴酷、需要常年累月連續工作，對產(chǎn)品穩定、質(zhì)量要求很高。小編通過(guò)檢索各個(gè)嵌入式廠(chǎng)商針對交通信號機提供的[color=inherit !important]解決方案，簡(jiǎn)單為大家梳理一下交通信號機的工作原理。

上面這張框架圖很好的體現了 交通信號機內部主控系統是如何工作的。根據[color=inherit !important]飛凌嵌入式提供的解決方案，簡(jiǎn)單梳理了各個(gè)接口連接的外設需求。以[color=inherit !important]飛凌嵌入式的[color=inherit !important]iMX6UL系列[color=inherit !important]核心板為例，

■ [color=inherit !important]雙網(wǎng)口冗余設計，當某一線(xiàn)路出現故障時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)另外一條線(xiàn)路與指揮中心進(jìn)行通信；

■ 8路串口，可外接多種傳感器、檢測器、GPS，保證系統的精確[color=inherit !important]時(shí)鐘；

■ USB接口，可外接U盤(pán)、鼠標，方便生成和下載參數；

■ 多路[color=inherit !important]GPIO，實(shí)現多通道紅綠燈控制；

■ 7寸、10.1寸高清屏幕顯示，界面運行流暢；

■ 上行通道支持4G接口，WiFi熱點(diǎn)方便參數配置；

■ 工業(yè)級主板，可在-40°[color=inherit !important]C~+85°C溫寬下運行，經(jīng)多個(gè)的領(lǐng)域長(cháng)期測試，保證產(chǎn)品在嚴苛環(huán)境下的性能穩定；

■ 采用Linux+QT開(kāi)發(fā)，提供各個(gè)接口的Demo例程，可以更快速的開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，支持Linux3.14+QT4.8.5，Linux4.1.15+QT5.6。

五、什么是智能信號燈？是否可以解決擁堵問(wèn)題？

同時(shí)，城市發(fā)展的日新月異以及居民生活水平的提高使得市政道路改建工程頻繁、機動(dòng)車(chē)保有量持續增加，這些變化都對城市交通分布特征帶來(lái)了巨大的影響，對交通信號燈控制如何應對這些快速變化提出了挑戰。

隨著(zhù)中國城市化與機動(dòng)化進(jìn)程的深入，交通擁堵問(wèn)題日益突出，已成為制約城市發(fā)展的主要瓶頸之一。傳統的緩解交通擁堵的解決方案例如：拓寬道路、加大路網(wǎng)密度、建立立體交通等越來(lái)越顯示出其局限性，隨著(zhù)[color=inherit !important]物聯(lián)網(wǎng)、大數據、人工智能、信息技術(shù)的發(fā)展，交通部門(mén)意識到只有利用高科技手段才能改善日趨嚴重的交通問(wèn)題。因此，對道路基礎設施的“智能化”改造成為智能交通發(fā)展的必然趨勢。交通信號燈是城市交通管理控制的重要手段，信號燈控制系統升級將有極大潛力緩解交通擁堵。

在人工智能技術(shù)高速發(fā)展的背景下，對路面交通設施設備進(jìn)行數字化梳理和數字化采集上，基于圖像處理及嵌入式系統的智能交通信號燈應運而生。它可以通過(guò)多個(gè)渠道進(jìn)行感知和收集相關(guān)的交通數據，然后利用“智慧大腦”分析研判，計算出更合適的信號控制時(shí)間和轉向配置方案，從而有效地改善交通擁堵情況。

六、智能交通信號燈需要“智能大腦”

智能交通信號控制系統解決方案，飛凌嵌入式提供的解決方案是這樣的，在各路口的交通信號燈現場(chǎng)的路邊控制柜內，交通信號機可采用飛凌嵌入式的相關(guān)嵌入式[color=inherit !important]ARM核心板設計，推薦的是FE[color=inherit !important]T3399-[color=inherit !important]C核心板，多種AI框架支持， Android7.1系統，支持Tensorflow Lite、Caffe等多種AI框架；并提供針對[color=inherit !important]RK3399平臺深度學(xué)習目標檢測開(kāi)發(fā)的優(yōu)化方案例程（RKSSD），利用了OpenCL、RGA等硬件加速模塊，以降低CPU負載。

■ 具備2個(gè)[color=inherit !important]ARM [color=inherit !important]Cortex-[color=inherit !important]A72內核和4個(gè)ARM Cortex-A53內核，最高主頻1.8GHz，GPU采用Mali-T864，視頻處理性能強大，可結合視頻車(chē)輛檢測器，利用路口電子警察的攝像機進(jìn)行車(chē)輛信息的采集，進(jìn)行車(chē)輛信息的采集；

■ 具備多種[color=inherit !important]顯示接口，包括HDMI2.0、MIPI-DSI、EDP1.3、DP1.2，最大分辨率達[color=inherit !important]4K，可靈活選擇顯示接口，超大高清分辨率屏幕顯示；

■ 具備ADC 5路，可通過(guò)監測信號燈的電壓、電流、功率來(lái)監視信號燈的狀態(tài)；

■ 可通過(guò)4G/[color=inherit !important]5G與實(shí)時(shí)路況數據進(jìn)行交換，實(shí)時(shí)改變控制方案，解決突發(fā)交通擁堵問(wèn)題。在擁堵頻發(fā)的核心區域、潮汐流明顯的主干道區域，能發(fā)揮更加強大的協(xié)調路況的功能；

■ 多系統支持，Linux4.4+QT5.12、Android7.1、Forlinx Desktop18.04，python3.6語(yǔ)言編程，讓開(kāi)發(fā)變得更簡(jiǎn)單。

■ 由于飛凌嵌入式嵌入式計算機硬件的產(chǎn)品優(yōu)勢，使得交通燈可以有效規避“停機”或延遲等故障，同時(shí)可以高效處理海量的數據與控制任務(wù)。

擴展閱讀：

-------------------------------------------------------------------

相關(guān)信號機專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)

有兩個(gè)不太容易理解的概念，叫做 相位和 相位階段，官方的解釋我就不引用了，說(shuō)下自己的理解。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，一個(gè)路口有幾組燈，就對應幾個(gè)相位，比如上述的十字路口，東西南北各一組燈，那就是4個(gè)相位。

相位階段，車(chē)輛“通行權”的每一次轉換就稱(chēng)為一個(gè)信號相位階段，一個(gè)信號周期內"通行權"的交接幾次，就是幾個(gè)信號階段。

相位周期，就比較好理解了，就是該相位的信號燈各種燈色輪流顯示一次所需的時(shí)間總和。

還有一些其他術(shù)語(yǔ)就不解釋了。