嵌入式密碼之智能交通信號(hào)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？如今隨處可見的交通信號(hào)燈大家一定不在陌生，那你知道這些信號(hào)燈都隱藏著哪些“秘密”？跟著小編一起來(lái)了解一些交通信號(hào)燈背后的那些“秘密”以及 未來(lái)智能交通信號(hào)燈的發(fā)展趨勢(shì)。

一、交通信號(hào)燈

交通信號(hào)燈由紅燈、綠燈、黃燈組成。紅燈表示禁止通行，綠燈表示準(zhǔn)許通行，黃燈表示警示。

1、綠燈信號(hào)：綠燈信號(hào)是準(zhǔn)許通行信號(hào)。按《交通安全法實(shí)施條例》規(guī)定：綠燈亮?xí)r，準(zhǔn)許車輛、行人通行，但轉(zhuǎn)彎的車輛不準(zhǔn)妨礙被放行的直行車輛和行人通行。

2、方向指示信號(hào)燈：方向信號(hào)燈是指揮機(jī)動(dòng)車行駛方向的專用指示信號(hào)燈，通過(guò)不同的箭頭指向，表示機(jī)動(dòng)車直行、左轉(zhuǎn)或者右轉(zhuǎn)。

3、人行橫道燈信號(hào)：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(shè)在人流較多的重要交叉路口的人行橫道兩端。燈頭面向車行道，與道路中心垂直。

二、交通信號(hào)燈控制邏輯

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

十字路口紅綠燈，最常見的交通信號(hào)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?yàn)榫G燈，其它都是紅燈。平時(shí)見到的交通信號(hào)燈，絕大部分都是固定配時(shí)的，也就是紅燈、綠燈時(shí)長(zhǎng)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(shè)置不同的配置[color=inherit !important]方案，還有會(huì)根據(jù)路口的流量變化動(dòng)態(tài)調(diào)整配時(shí)方案的。

三、為什么現(xiàn)在信號(hào)燈的設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜？

開過(guò)車的朋友，尤其是新手司機(jī)來(lái)說(shuō)，最怕經(jīng)過(guò)情況比較復(fù)雜的路口。路面上不僅有復(fù)雜的導(dǎo)向線，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(zhuǎn)燈、右轉(zhuǎn)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(hào)標(biāo)志的類型似乎很復(fù)雜，在不同的情況下想要采取不同的方式去應(yīng)對(duì)。其實(shí)萬(wàn)變不離其宗，看見交通信號(hào)燈只要遵循“紅燈停，綠燈行”的原則即可。

為什么現(xiàn)在交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜？是因?yàn)槲覈?guó)主要大中城市的市內(nèi)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(qū)域的交通都可能面臨癱瘓的處境，更合適的信號(hào)控制時(shí)間和轉(zhuǎn)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(hào)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(yàn)，通過(guò)定時(shí)器+LED+數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈的演示。當(dāng)然如此簡(jiǎn)單的演示方案，肯定不能滿足日益復(fù)雜的交通現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，而現(xiàn)實(shí)中的交通信號(hào)燈控制是如何做到的呢？

交通信號(hào)控制系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，又是整個(gè)地區(qū)信號(hào)燈系統(tǒng)的一部分。是城市道路交通管理系統(tǒng)中對(duì)交叉路口、行人過(guò)街，以及環(huán)路出入口采用信號(hào)控制的子系統(tǒng)，主要包括交通工程設(shè)計(jì)、車輛信息采集、數(shù)據(jù)傳輸與處理、控制模型算法與仿真分析、優(yōu)化控制信號(hào)調(diào)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(hào)控制柜，針對(duì)于交通信號(hào)燈控制的交通信號(hào)機(jī)就安裝于交通信號(hào)控制柜內(nèi)，是現(xiàn)代城市交通系統(tǒng)的重要組成之一，用于城市道路交通信號(hào)的控制與管理。

交通信號(hào)機(jī)內(nèi)部由單片機(jī)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。看似不復(fù)雜，但是由于它工作環(huán)境嚴(yán)酷、需要常年累月連續(xù)工作，對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定、質(zhì)量要求很高。小編通過(guò)檢索各個(gè)嵌入式廠商針對(duì)交通信號(hào)機(jī)提供的[color=inherit !important]解決方案，簡(jiǎn)單為大家梳理一下交通信號(hào)機(jī)的工作原理。

上面這張框架圖很好的體現(xiàn)了 交通信號(hào)機(jī)內(nèi)部主控系統(tǒng)是如何工作的。根據(jù)[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(shè)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(shè)計(jì)，當(dāng)某一線路出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)另外一條線路與指揮中心進(jìn)行通信；

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

■ USB接口，可外接U盤、鼠標(biāo)，方便生成和下載參數(shù)；

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

■ 7寸、10.1寸高清屏幕顯示，界面運(yùn)行流暢；

■ 上行通道支持4G接口，WiFi熱點(diǎn)方便參數(shù)配置；

■ 工業(yè)級(jí)主板，可在-40°[color=inherit !important]C~+85°C溫寬下運(yùn)行，經(jīng)多個(gè)的領(lǐng)域長(zhǎng)期測(cè)試，保證產(chǎn)品在嚴(yán)苛環(huán)境下的性能穩(wěn)定；

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

五、什么是智能信號(hào)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(jī)動(dòng)車保有量持續(xù)增加，這些變化都對(duì)城市交通分布特征帶來(lái)了巨大的影響，對(duì)交通信號(hào)燈控制如何應(yīng)對(duì)這些快速變化提出了挑戰(zhàn)。

隨著中國(guó)城市化與機(jī)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(tǒng)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[color=inherit !important]物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、信息技術(shù)的發(fā)展，交通部門意識(shí)到只有利用高科技手段才能改善日趨嚴(yán)重的交通問(wèn)題。因此，對(duì)道路基礎(chǔ)設(shè)施的“智能化”改造成為智能交通發(fā)展的必然趨勢(shì)。交通信號(hào)燈是城市交通管理控制的重要手段，信號(hào)燈控制系統(tǒng)升級(jí)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(duì)路面交通設(shè)施設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化梳理和數(shù)字化采集上，基于圖像處理及嵌入式系統(tǒng)的智能交通信號(hào)燈應(yīng)運(yùn)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(shù)據(jù)，然后利用“智慧大腦”分析研判，計(jì)算出更合適的信號(hào)控制時(shí)間和轉(zhuǎn)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(hào)燈需要“智能大腦”

智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)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(hào)燈現(xiàn)場(chǎng)的路邊控制柜內(nèi)，交通信號(hào)機(jī)可采用飛凌嵌入式的相關(guān)嵌入式[color=inherit !important]ARM核心板設(shè)計(jì)，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(tǒng)，支持Tensorflow Lite、Caffe等多種AI框架；并提供針對(duì)[color=inherit !important]RK3399平臺(tái)深度學(xué)習(xí)目標(biāo)檢測(cè)開發(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(fù)載。

■ 具備2個(gè)[color=inherit !important]ARM [color=inherit !important]Cortex-[color=inherit !important]A72內(nèi)核和4個(gè)ARM Cortex-A53內(nèi)核，最高主頻1.8GHz，GPU采用Mali-T864，視頻處理性能強(qiáng)大，可結(jié)合視頻車輛檢測(cè)器，利用路口電子警察的攝像機(jī)進(jìn)行車輛信息的采集，進(jìn)行車輛信息的采集；

■ 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(dá)[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(jiān)測(cè)信號(hào)燈的電壓、電流、功率來(lái)監(jiān)視信號(hào)燈的狀態(tài)；

■ 可通過(guò)4G/[color=inherit !important]5G與實(shí)時(shí)路況數(shù)據(jù)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(qū)域、潮汐流明顯的主干道區(qū)域，能發(fā)揮更加強(qiáng)大的協(xié)調(diào)路況的功能；

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

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

擴(kuò)展閱讀：

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相關(guān)信號(hào)機(jī)專業(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(duì)應(yīng)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，車輛“通行權(quán)”的每一次轉(zhuǎn)換就稱為一個(gè)信號(hào)相位階段，一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)"通行權(quán)"的交接幾次，就是幾個(gè)信號(hào)階段。

相位周期，就比較好理解了，就是該相位的信號(hào)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。