交通绿波带设计

青少年创新大赛综合实践活动方案交通绿波带设计漯河市郾城区第二实验中学物理综合实践活动小组指导老师：李亚平朱燕伟何冠超2014年12月交通绿波带设计漯河市郾城区第二实验中学物理综合实践活动小组【实践活动背景】1、社会背景随着社会经济和城市交通的快速发展，城市规模的不断扩大，交通日益繁忙，交通信号灯已经成为疏导交通最常见和最有效的手段。随着汽车的普及，经常出现交通堵塞问题。每当上下班时间和节假日，一些重要路段都会堵的水泄不通，红灯时车队常常会排到好远。这种现象产生的原因很多，交通信号灯设置不合理是导致堵塞的一个重要原因。如何设计智能化交通信号灯成为了一项重要课题。绿波带是指计算车辆通过某一路段的时间，再对各个路口的红绿灯信号进行协调，车辆在通过时能连续获得绿波带一路绿灯的技术。交通信号“绿波”控制是一项比较特殊的系统。这项系统一般被称为“绿波带”。城市交叉口信号绿波控制一般是指一条主干道中若干个连续交叉口交通信号间的协调控制。目的是使行驶在主干道协调控制的交叉口的车辆，可以不遇红灯或者少遇红灯而通过这个协调控制系统中的各交叉口。从被控制的主干道路各交叉口的灯色来看，绿灯就像波浪一样向前行而形成绿波，我们称这种交通信号协调控制方式为“绿波带”控制。此外，绿波带所带来的并不只是安全和畅通，其实绿波带还潜移默化的让交通参与者形成了一种出行时间的规律性。走在没有绿波带控制的一条路上，红绿灯的启动是随机无序的，你不能算出自己到达目的地的大概时间，当交通参与者习惯了绿波带，就能大体知道从出发地到目的地的大概时间，甚至是比较准确的时间，这就方便了大家对出行时间的估计。在现代城市交通信号控制中，为了保证主要路线的畅通，经常会使用干线协调控制，即“绿波带”控制模式。有了“绿波带”，那么其优先保持畅通的车流，就可以“一路绿灯”地通过其道路控制区域，尽量减少路口的停留时间。当然，“绿波带”主要还是为了保证某个交通流的畅通。2、学生学习背景前段时间，我们学习了有关电学方面的知识。针对所学内容，提高学生对知识应用重要性的认识，我们想就所学的内容进行实践一下。于是我们就行动起来，开展“交通绿波带设计”的研究。【实践活动目标】1、知识目标：了解物理知识在生活中的运用。2、能力目标：使学生具有基本交往协作能力、观察分析能力、动手实践能力以及对知识的综合运用能力和创新能力。初步掌握参与社会实践与调查的方法、信息资料的搜集、分析与处理的方法和研究探索、实验实证的方法。3、情感态度价值观目标：通过开展综合实践活动，培养学生对社会生活的积极态度和参与综合实践活动的兴趣。获得亲身参与综合实践活动的积极体验和丰富的经验，塑造完善人格，初步养成合作、分享、积极进取等良好的个性品质，形成对自然的关爱和对社会、对自我的责任感。【实践活动指导思想】物理课程标准强调培养学生的综合素养。本次综合实践活动以小组合作形式，培养学生的小组合作与分工，认识合作在综合实践活动中的重要性；开展调查、收集等活动，进行相关的调查数据处理，培养学生收集信息和处理信息的能力，让他们能理解收集、处理信息的方法对综合实践的意义；结合活动方案的制定，在教师的指导下开展数据的分析，发展学生的制定计划、进行简单的实验设计的实践能力；通过实践活动培养学生的观察能力和数据处理能力，得出科学的结论与建议，增进物理课程对生产和社会发展重要作用的理解；培养学生关心社会，融入社会的意识。【实践活动计划】1、活动时间2014年9月至2014年11月2、活动地点校内外3、活动对象九年级部分学生：刘苗涵、和苏南、王鹏飞、王迎庆指导教师：李亚平朱燕伟何冠超4、活动组织机构学校5、活动需求：1、测量工具（卷尺、纸、笔、计时器等）2、学校教室、教师、学生3、我们活动小组。从整体上看，班里将近八分之一的学生思维比较活跃，动手动脑能力比较强。将近二分之一的学生的操作能力一般，在这部分学生当中，有的学生不喜欢动脑动手，思维有惰性，习惯于被动的接受知识；有的学生虽然喜欢动手操作，但没有目的性，不会观察，不会思考。另外，将近四分之一的学生，综合实践能力较差，需要教师的指导和同学们的帮助。【实践活动研究方法】1、以转变学生的学习方式为出发点。研究性学习是对传统的接受式学习的一种变革，实施研究性学习的根本目的和价值不在于让学生获取多么高深的研究成果，而在于让他们在研究过程中获得一种积极的学习体验，受到新的方法的熏陶，从而改变长期以来习惯的偏重知识接受的学习方式，实现学习方式的有效转变。2、强调知识的联系和综合运用。由于研究性学习涉及的学习内容大多来自学生周围的现实生活，许多问题自身带有很强的综合性，这些问题的解决自然要求学生调动多方面的知识，并综合运用这些知识于问题解决过程中。3、注重过程。淡化知识目标，强调对过程的参与、理解与体验，是研究性学习的一大特色。从课程的实施与评价两方面来看，注重学习者对过程的参与和在过程中的表现，都应是研究性学习坚持的一条基本原则。在这个意义上甚至可以说，对研究性学习而言，学生的广泛参与就是目的，在过程中获得了积极的体验就是成功。4、强调开放。从课程建设的角度看，综合实践活动作为一类正规课程，必须具有自己特定的目标、内容、实施规范和可依据的相对稳定的学习材料。但综合实践活动自身的课程性质在本质上又决定了它有着不同于其他类型课程的一个基本特点：开放性。因此，综合实践活动和研究性学习的目标、过程、评价诸环节都呈现出很强的开放性，为师生自主选择活动和创造性地设计、组织、实施、评价活动留下了必要的空间。5、重视师生互动。正因为研究性学习具有很强的开放性，因此实施过程中的师生互动就成为一个非常重要的问题。研究性学习要求师生之间建立一种新的关系：教师不再以知识权威的身份将预定的知识传授给学生，学生也不再作为被动的接受者接受教师发出的指令。在开放的情境中，师生将共同作为课程的开发者、创造者和实施主体，依赖自己的智慧和创意，在交互过程中共同构建课程的内容，设计实施的方案，完成课程的评价。【实践活动具体实施过程】一、准备阶段：制定综合实践活动方案1、实践活动内容（1）、收集交通信号灯的基本信息；（2）、十字路口红灯、绿灯的时间设置情况；（3）、各个方向的车流量情况；（4）、设计传统红绿灯电路；（5）、设计简单的绿波带；2、综合实践活动计划表综合实践活动计划表二、实施阶段：落实综合实践活动内容（一）收集交通信号灯的基本信息（负责人：王迎庆）道路交通信号灯是交通安全产品中的一种类别，是为了加强道路交通管理，减少交通事故的发生，提高道路使用效率，改善交通状况时间内容方法负责人9月2日—23日调查、收集交通信号灯的基本信息网络收集调查问卷王迎庆9月24日---10月10日1、十字路口红灯、绿灯的时间设置情况2、各个方向的车流量情况3、相邻路口间距离测量实地测量刘苗涵10月11日—30日1、设计简单的绿波带2、设计传统红绿灯电路计算处理合作设计王鹏飞11月1日—30日对本次活动进行小结，写出活动体会及活动报告个人小结和苏南的一种重要工具。适用于十字、丁字等交叉路口，由道路交通信号控制机控制，指导车辆和行人安全有序地通行。1、交通信号灯通常称为红绿灯，由红灯（表示禁止通行）、绿灯（表示允许通行）、黄灯（表示警示）组成。2、主要技术指标（1）输入额定电压：220V±10%50Hz（2）输入功率：红（黄）圆盘≤12W，绿箭盘≤15W（3）发光强度：≥500cd,角度≥30°（4）发光色谱：红色620-625nm、黄色590-593nm、绿色503-505nm（5）发光亮度：红色4000-6000mcd、黄色4000-6000mcd、绿色8000-10000mcd，光源寿命≥10万小时（6）发光面大小：灯面发光面发光直径300mm，400mm(国标)3、交通信号灯可分为：机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯、道路与铁路平面交叉道口信号灯。4、交通信号灯一般采用三种控制形式：第一种为传统红绿灯，即在红绿灯之间转换，绿灯变红灯时加黄灯来缓冲；第二种是在传统红绿灯基础上加上绿灯闪烁（以下简称绿闪）功能，即在绿灯将要结束之际加上闪烁，其目的是提醒车辆，并保留黄灯缓冲时间；第三种是数字显示红绿灯，这是目前大城市所用最多的红绿灯，这种是在第二种红绿灯基础上加左右转弯和倒计时显示。另外人行道的红绿灯对行人和车辆起到秩序化的放行和安全交通的交通设备。人行道上的红绿灯也与马路上的红绿灯大同小异，设计方法也基本相同。5、传统红绿灯：十字路口每个方向各有一组红绿灯，共四组。这种红绿灯控制简单方便。但是缺点是只适合小型城市或者没有行人过马路和马路两边架设天桥的十字路口。如图：传统红绿灯平面示意图6、车流量：在一定的时间内，某条公路点上所通过的车辆数，用公式表示：车流量公式为：车流量=单位时间*车速/（车距+车身长）。车流量大小是设置交通信号灯的重要因素。本次研究简化了车流量计算公式：车流量=车辆数/单位时间。7、绿波带：绿波带就是在指定的交通线路上，当规定好路段的车速后，要求信号控制机根据路段距离，把该车流所经过的各路口绿灯起始时间，做相应的调整，以确保该车流到达每个路口时，正好遇到“绿灯”。（二）实际调查交通信号灯设置情况及车流量（负责人：刘苗涵）我们学校所在地有一条国道公路，一条省级公路以及多条市区级公路。我们主要研究两个交通信号灯，如图“1号位置”和“2号位置”。这是一条新建公路，“1号位置”信号灯设置较早，“2号位置”信号灯刚刚设置，这两处交通信号灯都采用传统的红绿灯。“1号位置”是省级公路与镇级公路交叉口，南北向为省级公路，东西向为市区级公路，均为双向二车道。“2号位置”是两条市区公路交叉口，也为双向2二车道。1、交通信号灯时间设置情况。“1号位置”：南北方向绿灯亮30s，同时东西方向红灯亮25s；25s后南北方向绿灯闪烁3次（用时3s）后，改为黄灯（用时2s），之后南北红灯并维持30s；此时东西方向由红灯变为绿灯亮25s，然后绿灯闪烁3次（用时3s）后转为黄灯亮2s，如此一直循环。“2号位置”：南北方向绿灯亮20s，同时东西方向红灯亮25s；20s后南北方向绿灯闪烁3次（用时3s）后，改为黄灯（用时2s），之后南北红灯并维持30s；此时东西方向由红灯变为绿灯亮25s，然1号位置2号位置3号位置4号位置5号位置后绿灯闪烁3次（用时3s）后转为黄灯亮2s，如此一直循环。2、测量车流量“1号位置”车流量：“2号位置”车流量：3、相邻路口间距离测量观察发现，很多车辆在第一个红绿灯停车后，在第二个红绿灯也要停车。如何控制一辆汽车在第一个红绿灯停下后，到第二个红绿灯能顺利通过呢？小组成员通过讨论首先测量了1号位置路口宽15m，2号位置路口宽12m，1号位置到2号位置间的距离约225m，如图。（三）处理数据，设计简单的绿波带和红绿灯电路（负责人：王鹏飞）当汽车在第一个绿灯启动后，设汽车以平均36km/h的速度向前行驶，车子到第二个路口，所需要的时间是可以精确的估计出来，我们只要在车子要到下一个路口之前，把红灯变成绿灯，车子就可以在南北向东西向上午10：00—10:20通过共______辆停车共______辆通过共______辆停车共______辆南北向东西向上午10：00—10:20通过共______辆停车共______辆通过共______辆停车共______辆15m15m15m225m不减速的情况下通过路口。因此，再调整两处绿灯时间长短，车辆可以一路畅通无阻，大大提高干线的通行能力。1、设计简单的绿波带无论是行人还是车辆，总是希望等红绿灯的时间少点，往往我们会遇到连续“吃红灯”的情况，但有时也会遇到一路绿灯。研究小组通过阅读资料了解，目前有很多公路都安装了智能信号灯系统，其中绿波带的设计是最常用的方法。因此本次研究重点思考了如何设计简单绿波带。通过以上测量，我们知道1号位置路口宽15m，2号位置路口宽12m，两路口距离225m。如果1号位置的东西向绿灯时间设置为20秒，此时2号位置的东西向为红灯，距绿灯20秒，车