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        一个单变量二维模糊逻辑控制器的设计

        添加时间:2020/06/18 来源:中南大学 作者:易俊华
        本文提出了该智能交通信号控制系统的软硬件设计方案。系统以AT89S52单片机为核心,利用Intel8279 芯片为键盘及显示器接口电路,采用C语言开发了具有交通灯控制、功率驱动、绿切等功能的交通灯模糊逻辑控制器。
        以下为本篇论文正文:

        摘要

          随着我国经济的快速发展以及城市化进程的加快,近年各大城市机动车数量急剧增加,交通问题已成为亟待解决的民生问题之一一。城市交通系统的道路车辆流量具有较大的时变性和随机性,传统交叉口信号灯控制方法已难以满足交叉路口的通行量、疏导时间等需求。

          针对这一问题,引入模糊逻辑算法,设计了一种实时的智能交通信号控制系统。该系统利用车辆计数传感器获得各路口的车流量,根据交叉路口现状设计了一个单变量二维模糊逻辑控制器。该控制器以等待车辆数量和交叉方向等待车辆数量之差作为输入,绿灯延时作为输出。其中,模糊控制规则表在离线状态下转化为查询表,并存储于计算机中以供系统在线查询。实际应用时,系统通过查表根据路口等待车辆数量变化自动调节绿灯时间。

          本文提出了该智能交通信号控制系统的软硬件设计方案。系统以AT89S52单片机为核心,利用Intel8279 芯片为键盘及显示器接口电路,采用C语言开发了具有交通灯控制、功率驱动、绿切等功能的交通灯模糊逻辑控制器。

          采用路口交通实例,对两种不同信号控制方式进行仿真实验和现场测量比较。试验结果表明感应控制方式优于多时段定周期控制,在交叉口流量较小的情况下表现得更突出。虽然实时交通数据和状况的不断地更新,但实时模糊控制系统仍能保证最优的交叉路口利用率,缩短了车辆平均等待延误时间。

          关键词:交叉路口交通灯:模糊控制;车辆平均等待延误;单片机控制系统

        交叉路口交通灯

        abstract

          With the rapid development of China's economy and the acceleration of urbanization, the number of motor vehicles in major cities has increased dramatically in recent years, and the traffic problem has become one of the livelihood problems that need to be solved urgently. The traffic flow of urban traffic system has great time-varying and randomness, and the traditional intersection signal control method has been difficult to meet the traffic volume, dredging time and other needs of the intersection.

          To solve this problem, a real-time intelligent traffic signal control system is designed by introducing fuzzy logic algorithm. The system uses the vehicle counting sensor to get the traffic flow of each intersection, and designs a single variable two-dimensional fuzzy logic controller according to the current situation of the intersection. The controller takes the difference between the number of waiting vehicles and the number of waiting vehicles in the cross direction as the input and the green light delay as the output. Among them, the fuzzy control rule table is transformed into a query table in the offline state, and stored in the computer for the system online query. In practical application, the system can automatically adjust the green time according to the number of waiting vehicles at the intersection.

          In this paper, the hardware and software design of the intelligent traffic signal control system is proposed. The system takes AT89S52 as the core, Intel8279 as the keyboard and display interface circuit, and C language is used to develop the traffic light fuzzy logic controller with the functions of traffic light control, power drive, green cut and so on.

          Two different signal control methods are simulated and compared with the field measurement by using an intersection traffic example. The experimental results show that the induction control is better than the multi-time periodic control, and it is more prominent when the intersection flow is small. Although the real-time traffic data and conditions are constantly updated, the real-time fuzzy control system can still ensure the optimal utilization ratio of intersections and shorten the average waiting time of vehicles.

          Key words: intersection traffic light: fuzzy control; average waiting delay of vehicles; single chip microcomputer control system

        目录

          第一章绪论

          1.1问题的来源及背景

          本论文研究内容来自长沙市城区交通疏导工程项目。2008年至2010年是长沙市交通疏导工程的重点攻坚建设阶段,政府计划通过三年交通疏导工程建设达到提高城区道路交通通行能力的目的。实施交通疏导工程项目一方面是加强道路的建设和改造。另-方面是完普道路智能交通控制系统。车站北路交通疏导工程是长沙市第二期交通疏导工程中的重点工程,其位于长沙市芙蓉区,长沙火车站北边。车站北路车流人流非常大,经常堵车,影响了市民的正常工作和生活。特别是营盘路与车站北路相交的+字路口,经常造成堵车,是此次交通疏导工程的重点。工程完成后营盘路与车站北路交叉路口使用了智能交通控制系统,该控制系统具有实时自适应协调能力、自感应智能控制、无线缆协调控制、降级运行等功能,车辆检测器能够自动检测路口车辆状态信息,送给路口交通信号控制器,并通过通信传输到区域计算机。

          本文根据交叉路口交通信号控制系统的要求。采用车辆计数传感器以及单片机为核心的硬件电路,总结交通警察指挥交通的经验,运用模糊控制理论,实现了交叉路口交通信号模糊控制系统。

          1.2交叉路口智能交通控制系统的研究意义

          智能交通系统(ITS,iellieant transport system)是指人们将先进的信息技术。

          数据通信传输技术。电子控制技术。传感器技术以及计算机处理技术等有效地综合运用于整个运输体系中,从而建立起的一种在大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高效的运输综合管理系统-刊。

          当前我国大多数城市的平均行车速度已降至20km/h以下,同时,由于车辆速度过慢、尾气排放增加,使得城市的空气质量进一步忍化。为缓解经济发展给交通运输带来的压力。使现有资源发挥出最大的作用,我国政府加大了智能交通系统的研究和建设力度。采用智能交通系统的交叉口具有两大优点:

          首先。有效提高交通运输效益,使交通拥挤降低20%,延误损失减少10~25%.车祸降低50~ 80%,油料消耗减少30%;其次,对解决道路交通堵塞、减少财产损失、减少环境污染,增强交通安全性,合理利用土地与能源1.

          交叉路口城市机动车辆的不断增加,使得车辆堵寫现象越来越严重。当前大部分城市仍然采用的定时控制十字路口交通灯的控制方法。交通控制就是确定交叉口红绿灯的信号配时,使通过交叉口的车辆延误尽可能小。传统的控制-一般是采用模型控制或预先人为地设定多套方案,由于道路上的车流量具有较大的随机性,所实施的相位控制也应随车流量的不同而相应变化,但是交通警察在实际的交通指挥中可以根据实际情况来控制交通,如果东西方向的车流量大,则其放行时间长:南北方向车流量小,则其放行时间短则。

          模糊控制理论在交通系统中的应用模仿了交警的控制经验实现智能控制,可以使车辆等特延误时间最小因此基于模棚控制理论的交叉路口信号灯控制系统的研究对解决交叉路口车辆堵塞有重要的现实意义。

          1.3国内外交通信号控制系统的研究现状

          早在十九世纪的工业革命时期,出于然汽机的发明,交通工具随之机械化和现代化,缺乏交通控制手段的城市道路、交叉利口等交通设施已难以负荷锐增的车流量和人流量。人们逐渐意识到交通信号对城市通行能力的重要作用,并着手研究交通信号对车辆出入交叉口的控制。

          随着科技的飞速发展,以及交通规律和运行机理的深入研究,交通信号控制系统取得'了飞跃性的发展。其发展方向可通过四个角度进行划分:从系统的控制范国来看,可分为单点信号控制、干道信号控制以及区域信号协调控制:从系统的硬件设备来看,其经历了机械控制、点击控制,电子控制以及计算机控制系统: .

          从系统的控制方法来看,由最先的固定式信号控制,发展到感应式信号控制,再到自适应信号控制:从系统的配时方式来看,自原始的人工配时发展为以计算机脱机技术和计算机联机技术为主的智能配时阶段回。

          1.3.1国外交通信号控制系统的研究现状

          作为工业革命的发源地的英国首先意识到交叉口在城市交通中的枢纽地位以及交通信号对交叉口通行能力的重要作用。1868年, 英国的J. P. Knight发明了一种红绿两色壁板式燃气信号灯,并将其运用于伦敦Westminster街口。这次创举标志着交通信号灯的问世。继英園之后,美国人在1918年发明了-种手动控制的三色信号灯,并安装在纽约街头使用,这就是现代交通信号灯的雏形叫。

          汽车行业的迅猛发展,传统的手动控制信号灯已难以满足交叉口的通行需求。人们开始通过其他工程领域的技术方法改进交通信号的控制问题。英国人于1926年设计了一种机械式交通信号灯,并安装在Wolverhampton街口使用叫。该信号灯结构简单,通过对红绿灯单时段定周期的切换实现车辆通行控制。这种机械式红绿灯在历史上首次实现了对交通信号的自动控制标志着城市交通控制系线的诞生。

          1928年,美国成功试制了世界上第一台感应式信号机,首次将检测器应用于交通信号控制系统中2I.

          随着对道路交通、交叉口通行规律的深入研究,人们意识到对各个交叉口的孤立控制违背了城市交通系统的整体性,与车流在交通系统中时空连续性相矛盾。美国于1917年提出了世界上第一个干道信号协调控制系统,该系统在盐湖实施运用,可同时控制6个交叉口的交通流动。但是,该系统仍然是属于手动控制范畴内。1992年,美国体斯顿市采用了一种可控制12个交叉口交通信号系统,它通过电子自动计时器对所有的交叉口进行联动控制。自此。交通信号控制系统在美国蓬勃发展起来4.

          感应技术以及电子计算机的发展给交通信号控制系统注入了新的活力。美国丹佛市在1952年将模拟电子计算机引入交通信号控制系统中159,该系统通过车辆控制器感应交叉口车流量,并传递至控制中心,利用模拟电子计算机进行数据处理并调节交叉口信号。这种系统- -经面 世就在美国得到了广泛关注,十年期间就建立了-百多个类似的系统。

          二十世纪六十年代。世界各国纷纷开始研究针对大范围的区城交通信号协调控制系统,根据各交叉口车流状况建立数学模型,模拟各种交通状况,并优化信号配时问题。1960年,加拿大将数字电子计算机应用于多伦多市的区域交通信号控制,这是世界上第- - 个中心是交通信号控制系统则。1963年,该系统可控制20个交叉口,经过十年的改进,其升级为可控制885个交叉口的大型交通信号控制系统。加拿大的大型城市交通信号控制系统的运行成功促使了世界各大城市建立了类似的城市道路中心式交通控制系统。1966年,英国交通道路研究所研发了一种交通网络研究工具一TRANST系统, 该系统程序主要包含两个部分:其-.

          交通模型,模拟在红绿灯控制下的车辆行驶状况,并用于交通网络运行指标的计算:其二,优化过程,调节信号配时方案以达到运行指标最优状态7.TRANST系统是一种离线配时的交通信号控制方法,该类方案的交通信号控制系统还有MAXBAND. PASSER等。

          传统的交通信号控制均采用了离线配时的控制方式。这类方式虽然操作简单、可靠,但是随时跟踪交叉口的车流变化,容易导致绿灯空、红灯时间过长等问题。因此,交通信号的实时在线控制应运而生,其核心为:采用车辆检测器实时采集交叉路口车流数据,根据采集的数据在线优化信号配时参數川。

          1975年在华盛顿特区适用的第三代智能控制系统采用了CRYANO控制软件对交叉口交通信号实时配时,其根据实时采集的交叉口车流数据,对交通信号的时间、相位差以及绿信比进行周期性的调节,以此改变交叉口的车流状况以满足各个时段的交通需求。但这种动态的在线交通控制系统在实际应用中失败了1I0.

          其原因在f该方法采用的传统预测方法不能跟踪交通流变化,其配饰方式因此没有改善交叉口的通行状况。当突发事件来临时该系统还容易产生错误的执行方案。

          近几年,欧盟、美国和日本开展的大型ITs研发计划反应了车路- .体化的发展趋势。欧盟于2006年提出了合作性车路基础设施一体化系统(CooperativeVchice Infastructure Systcm, CVIS),该计划耗资4400万欧元,主要目的是涉及、开发和测试为了实现车辆之间通信以及车辆与附近的路边基础设施之间通信所需的技术,旨在提高旅客和货物的移动性以及道路交通运输系统的效率。美国交通部2009年启动了ItelliDrive计划,研究内容主要覆盖了车载通讯及其安全应用等方面,为美国实施下一-代ITS的重要战略目标打下基础。日本政府目前正在着手研发SMARTWAY智能交通系统,计划用5年的时间在重要道路上覆盖路况认知传感器、构建智能汽车系统、智能道路系統、车路间协调系统,实现交通信息的实时发布2.

          1.3.2国内交通信号控制系统的研究现状

          相对于我国城市快速增长的交通需求,我国交通基础设施发展较为缓慢。因此,如何在现有的交通设施的条件下,采用合理的交通控制手段,保证交通的畅通运行是我国交通信号控制领域的研究目标。二十世纪八十年代。我国引入了交叉口信号控制系统的概念。该领域早期的研究方向定位于定时控制,通过建立精确的数学模型反应交叉口交通状况,井根据模型确定信号配时方案以及绿信比等信号控制参数".

          随着城市交通的发展,定时控制方式的缺陷逐断暴露。由于信号相位。配时方案等参数既定,不能跟随交通量的变化,导致交叉口常存在绿灯方向无车辆通行,而红灯方向等待车辆较多的情况,降低了通行率。目前,我国交通研究者侧重于感应式信号控制方式,并结合智能算法,自适应调节交叉口信号,以期合理分配交叉口交通流,减小延误率。

          模糊逻辑算法在交通信号控制系统中应用较为广钙。1992年,徐冬玲设计了-种由神经网络算法优化的模糊控制器控制单路口信号灯的变化四21.该方法中,给定了绿灯最短时间,并且通过检测器检测绿灯方向的等待车辆,模糊控制器根据等待车辆调节绿灯的延长时间并决定是否切换相位。相对于Pappis等 人的控制方法而言,该方法具有更快的控制时间,使得路口每秒通行车辆得到明显改善。

          沈国江等人采用模糊神经网络控制方法,井根据分散控制的原则对整个城市区域的交叉口信号灯进行控制。该方法根据相关交通状况划分为许多子区城,这些子区城中的交通信号控制系统作为子系统构成了整个城市的交通信号控制系统。文中根据分散控制的原理,对每个交叉口建立一个模糊神经网络控制器,分别进行优化控制,而相邻的交叉口的信号周期相互平衡21,文中对杭州市的某区域作为对象进行仿真,其仿真结果表明采用这种区域划分协调控制的信号控制方法能有效改善该区域内交叉口的交通状况。

          1997年。陈洪和陈森发提出了一种多级模糊控制结构用于单路口信号灯的控制,该方法将影响路口车流的因素进行分类划级,其中两个关键相位车流的数量以及绿灯延迟时间被设定为多级模糊结构的一级变量,而非关键车流的数量- -级綵灯延迟时间作为二级变量。多级模朔控制器根据路口的实时交通数据控制绿灯的延迟时间以及相位切换,因此避免了对交通车流的预测。具有较好的实时性。

          采用实际数据对该模糊控制器进行仿真,其结果也表明了该方法的有效性P41.赵晨、胡福乔等撰弃了Pappis的两相位方法,基于城市交通的实际情况提出了一种四相位模糊控制方法29.

          近年来,其他算法在信号控制系统中也得到了广泛应用。张宗华等人采用遗传算法优化控制交通网络信号。该方法根据美国联邦高级公路管理局的交通模拟管理软件设置信号时间,采用遗传算法模拟交通网络,获得延迟时间,并以此作为对应染色体的适应度评价值。其中,公路网络的一个交通信号对应遗传算法中的一个染色体。采用该方法对三个路口的信号灯进行仿真实验,仿真结果证实了其能有效地联动控制路口信号灯的变化购。

          2003年,宫晓蕉等人提出了一种基于有序样本聚类的交叉口信号控制方法。

          该方法结合了感应算法和改进的TOD算法的优点,实用性强,对两相位、三相位以及四相位的路口均适用,在不改变交叉口硬件设施的条件下,改善了交通状况网。

          蒋忠远、宋文等人提出了- -种基于增广Petri网络的交通信号控制系统。该方案结合增广Petri网络与自控技术。模拟六相位路口状况,协调控制-一个区城内的多个路口信号29.

          龙建成等以动态随机用花均衡环境作为研究背景,将元跑传输模型引入交叉口信号控制系统中,建立固定信号配时方法和动态信号配时方法,协调控制交叉口各方向车辆通行状况啊。

          2009年,马万经等人在路段关联计算模型的基础上,结合交叉口间距、信号相位等因素建立了交叉口信号控制系统叫。通过仿真对比试验证明了该改进的路段关联计算模型能准确描述交叉口交通状况,给出最佳通行方案。

          马莹莹等结合道路交通控制的多目标性,建立交通信号周期时长多目标优化模型,采用多目标连续蚁群算法求解模型。实现交叉口交通信号优化控制。该模型综合考虑了交叉口的各种交通需求。弥补了传统交叉口交通指标的单- -性所产生的信号控制方法的缺陷34.

          吴明晖等针对单交叉口交通状况,提出了-种多种智能控制方法结合的交叉口信号控制模型。该模型采用三层BP人工神经网络预测路口车辆到达率,以交通流跑和度理论为基础利用模糊控制器调整交叉口绿灯信号时间时。

          1.4模糊控制理论及其在交通信号控制系统中的研究现状

          二十世纪初,各国学者察觉现实生活中存在着大量的"不清断"对象,这些对象难以通过精确地数学模型进行描述。这些对象的存在使得传统的控制方法难以满足各个领域对控制系统的响应速度、稳定性、适应能力以及精读的要求。因此,如何处理这些随机的、不确定的对象成为了各研究领域所关心的热点。

          1965年,加州大学的Zadch教授基于人类的主观意识的研究提出了"模糊"这一概念,并给出了模糊集的定义,开创了模糊控制理论的先河。该理论采用语宫分析的数学形式描述难以給出精确数学定义的实际对象。由于模糊集、模糊理论的出现,使得"多" 、"少"、"高"、"矮" 这些概念性的语言能直接通过数学公式表示,并且由计算机处理。从而对复杂系统做出更加符合实际的逻辑描述和决策方案3.

          模糊理论的出现也引起了交通控制领域的研究者的关注。城市道路中各个时段的车辆数量的"多"、"少" 以及红绿灯时间的"长"、"矩" 都属于模糊概念。相对于经典的控制算法。模糊逻辑控制算法能更合理的描述城市交通系统的控制对象。

          Pappis 与Mamndani在1977年将模糊逻辑控制方法引入城市单向路口的信号控制中,开创了交通信号模糊逻辑控制的新纪元叫。该控制方法每过10秒钟系统判断是否延长交叉口的绿灯时间,并且每次判断中,模糊逻辑控制器需要处理五条模糊规则。该控制器具有三个输入量和一个输出量。这三个输入量分别为:当前间隔中绿灯所用时间。在绿灯时间内该方向通过路口的车辆数量、红灯方向等待的车辆数量。输出变量则是绿灯的延长时间。该方法的仿真结果表明。相对于传统控制方法而言,其平均车辆延误率降低了7%左右。

          早期的模糊控制理论仅应用于孤立的交叉路口,因此仍不能满足整个城市道路作为一个整体的交通系统的控制需求。1984年, Nakatsuyama将孤立的交叉口交通信号模糊控制扩展到相邻两个单行路口的信号控制中。该控制系统含有两个模糊逻辑控制器,其中一个管理两个交叉口车辆的独立行使,另外-一个则用于管理两个路口的相位差。该信号控制系统首次应用模糊逻辑控制器解决了多个交叉口的交迎信号控制问题[351.

          此后,核糊控制算法在城市交通控制领城中蓬勃发展起来。1993年,Skowronski等提出了一种 自学习的交通信号模糊逻辑控制器,并将其应用于孤立的交叉口,应用结果表明了该控制器的有效性叫。1998年。 Porche等人设计了一种自适应的交通信号模糊逻辑控制方案,该方案采用多层控制的方式,有效解决了城市交通网络交叉口车辆等待延时问题叨。2002年,Chou模报了实际的交义口的通行状况,建立了一-种分散式的模糊逻辑控制方案,该方案根据交叉口的通行状况以及相邻路口的信号相位状态设定所辖路0的信号相位以及延时时间测。

          2005年,Sazi Murat- 种单交 叉口的模糊控制方法,该控制方法主要完成两项控制任务:其一,控制绿灯廷时时间:其二,决定下-周期的绿灯相位。该方法的仿真实验表明其能有效减少交叉口的车辆延误时间叫。

          陈淑燕等人针对入口为多车道的单路口的交通信号灯设计了一种三维模糊控制器。该控制器的根据当前相位的主列队、最近10秒车辆到达数量以及后继相位的主列队来调节路口信号时间。文中采用了交叉口平均车辆延误作为评价指标,并与现有的定周期配饰方式进行对比,其对比结果表明该方法明显优于定时控制方式划。

          丁金婷和吴国忠采用模糊控制的方法对交叉口进行控制,并选择PLC实现了单路口交通信号系统的硬件结构(*1.马榆等人采用双向滤波带宽最大化的方法建立了相位相序优化模型,并将该模型应用于交叉口信号控制系统。采集不同交通状况"下的15组交叉0数据进行仿真实验,方正结果表明了该方法能能减少交叉口的延误率和停车次数,缩短通行时间,改善了交叉口的交通环境|叫。

          1.5本文主要研究的内容与结构

          营盘路口位于火车站附近,连接车流较大的车站北路与营盘路。是长沙市交通流量最大的交叉口之一。近年来,长沙市流动人口增加,机动车数量成倍增长,连接两大城市重点道路的营盘路口的拥堵现象逐渐增加。营盘路口原有的定周期控制方式调节交通信号,仅将交通时段划分为高峰时段与平峰时段。虽然各段时期内,交通信号配时方式各不相同。但在该时段内,信号配时方式固定,不能跟随车流变化而自动调节。上 下班高峰期间,营盘路车流较往年有了大幅度增加,而原有的信号控制方式在该方向上的绿灯时间较短,因此,常出现营盘路方向等待车辆较长的情况。而春运期间,由于火车站流动人口增加,车站北路的车流量波动较大,原有的信号周期固定,常导致车站北路车流较大时等特车辆过长而车流较少时绿灯放空的情况,极不利于交叉口的正常通行。

          因此,急需改进营啟路口的交通信号控制方式,能够在高峰时段自动增加营盘路的绿灯时间,而在春运期间内,能跟随车站北路车流的变化自动调节交叉口的相位变化,使之能够全面协调交叉口各个方向的车流状况,到达证行能力的最优状态。

          针对营盘路口的交通需求,本文设计一种效率高、自适应能力强的交叉口交通信号模糊控制系统,用于实时调节交叉口红绿灯的变化,减少交叉口等待车辆数量,提高交叉口的通行能力。

          本文主要分为五大章节,各章节主要内容如下:

          第一章,绪论。该章首先简略介绍论文所解决的实际问题及其背景,即车站北路交叉口的通行状况和长沙市城区交通疏导工程的相关内容。其次,概述田内外交叉口交通信号控制系用的研究现状。再次。阐述模糊逻辑算法的发展过程以及在智能交通控制系统中的应用。最后,介绍本文的主体内容和结构。

          第二章,交叉口交通信号模糊控制器设计。首先,介绍智能交通控制系统的结构以及交叉口交通信号控制系统在该系统中所处的地位与作用。其次,概述交通信号的意义、交通行为及其相应的控制方法。再次,详细描述交通信号模糊逻辑控制器的原理与结构。由于城市交通的车流量具有较大的时变性、非线性以及随机性,使得系统难以通过建立精确的数学模型预知车流状况。而模糊算法有别于传统的控制算法,极其适用于交通过程中的非线性"模糊"对象。因此本文采用模糊逻辑算法作为交通信号控制器的控制算法,根搦检测的交叉口等待车辆的数量查表获得匹配的緣灯延时时间,井调节交叉口车辆通行状况。最后,利用车站北路交叉口的历史数据,分别对该路口原有的信号控制方式和本文设计的控制器仿真,并对仿真结果对比分析第三章。交叉口交通信号控制系统软软硬件设计。针对城市道路较为恶劣的设施环境,采用性价比较高。执行简单的单片机作为主体芯片。设计实时性高、无误操作的硬件方案。根据信号控制系统的软件需求,设计键盘中断程序、车流量检测程序、模糊推理查表程序等的流程图。

          第四章,交叉口交通信号灯控制系统测试。该章首先介绍几种交叉口运行质量的评价标准。然后通过这些评价指标对已投入使用的交叉口交通信号灯控制系统进行分析,并给出相应的分析结果。

          第五章,结论与展望。该章总结全文,并对进一步的研究方向进行展望.






          第二章交叉口交通信号模糊控制器设计
          2.1智能交通控制系统概述
          22交叉口交通信号及控制方式
          2.2.1交通信号以及通行行为概述
          2.2.2交通信号术语
          2.3交通信号灯控制方式

          2.4交叉口交通信号相位控制
          2.3模糊控制器设计
          23.1模糊控制理论
          23.2模糊控制系统的组成及原理
          23.3模糊控制器
          2.4交叉口交通信号模糊控制器仿真及结果分析
          2.5小结

          第三章交叉口交通信号控制系统软硬件设计
          3.1交通控制系统硬件设计
          3.1.2看门狗电路
          3.15应急控制电路
          3.1.6键盘与显示电路
          3.1.7通讯接口
          3.1.8功率驱动电路
          3.2交通控制系统软件设计。
          3.2.1软件定时方式选择
          3.22系统程序设计
          3.3小结

          第四章交叉路口交通信号灯控制系统测试
          4.1通行能力评价指标。
          4.2评价方法
          4.3实际结果分析
          4.4小结

          第五章结论与展望

          5.1结论

          本文采用模朔控制理论来设计交通灯实时控制系统,以单片机为处理核心。

          采用传感器进行车辆计数、8279接口芯片等外国电路,用软件编程的方法实现对车辆信息的模糊处理控制。用键盘来对应急情况进行处理,实现了人及对话功能。

          实践表明,采用这种方法设计的控制系统可进一步提高路网的通行能力,减少路口延误时间和停车次数,对高度非线性的、随机的十字路口车流量的控制更加精确,并取得了很好的的经济效益,模糊控制交通器以其独具的优点在十字交通路口控制领域得到了很好的应用。本文包括如下主要内容:

          1.本文首先概述了城市道路控制系统的国内外城市主流交通控制系统的结构及各自的优缺点并分析了交通控制方法的基本类型进;比较各种交通控制方法的优缺点:然后,介绍了可与交通控制中心构成完整的分级控制的城市道路交通控制体系的智能交通控制系统:

          2.明确交叉路口通行行为控制的目的就是消除交通冲突。平面交叉路口的交通问题本质就是解决交叉路口交通冲突,如何减少和消除这种交通冲突是解决该问题的关键;谝陨戏治,结合可以有效解决时分冲突的信号控制技术,进行了平面交叉路口的交通冲突点分析,进而得到信号控制的基础和前提。

          3.完成了模糊控制器设计。模糊控制器的输入是绿灯方向待通过交叉口的车辆数量X和交叉方向车辆数量之差OX,输出是绿灯延时△T,模棚控制器将模糊控制规则表离线转化为查治表,存储在计算机中供在线控制时使用,此控制器为单变量二维模糊控制器。

          4、完成了智能交通系统交通控制系统硬件、软件设计。系统的硬件电路包括单片机控制系统和外围电路。为达到对红绿灯时间的控制,要对道路车流量进行检测。车流量检测设备就是一种自感应车辆传感器。系统软件根据车流量的动态变化运用模糊控制算法实现红绿灯时间的自动调整,同时也有语言提示及报警的配合,全部软件设计包括主程序和模棚判断子程序,T0中断子程序等。

          5.进行了平面交叉路口交通测试数据的评估。针对传统的定时控制和模棚控制两种方法。通过仿真和实测数据在路口应用具体问题中进行比较。进而验证了本文所提出的交通控制策略的实用性和有效性。

          5.2展望

          本文且在交叉路口交通灯实时模棚控制系统设计与实现方面做了-定的工作,为了能取得更好的效果研究还需进一步 地提高,还可在如下方面加以改善。

          1、考虑车辆等待长度的模糊交通控制方法源于实际应用,提供了一种控制模式,然而,模糊控制规则的获取主要依赖于长期的交通管理实践和交通规则,有较大的主观性:同时,控制系统仅对各相位的绿时序进行自适应分配,井未对其它颜色时序进行设计。如何对所有颜色交通相位进行相序优化,同时增加模糊控制的自学习能力,对提高控制算法对交通流的适应性和智能化程度具有重要意义。

          2.本设计的控制器只针对城市单交叉路口的控制。而在城市十字路口相对集中的路段,模糊控制交通器只能各司其职,不能协调控制城市交通。完善的方向。以本设计的模糊控制交通器为基础,用上位机来指挥各路口的控制器,使整个城市交通构成--个网络系统。本设计的模糊控制交通器的模糊子集隶属度函数是預先根据交通警察的经验确定,其控制效果很理想,相对于目前我国大多数交通路口所使用的定时控制具有相当大的优势。本设计还可以进一步扩展, 使其作为下位机,通过软件编程实现与上位机的通信,使上位机能够综合附近的十字路口信息,以实现对整个交通系统的优化控制。

          3、在实际应用中,检测器的输出对实时模糊控制系统模式具有重要作用。

          然而,在实际交通系统的运行过程中,检测器的故障难以避免,研究检剽器故障下的容错控制在下-步的研究中非常重要。交通控制系统的容错性应建立在控制机可以根据自身的统计而生成检测参数缺省值基础上,这样可以降低交通控制系统对检测输入的依赖程度,即使检测器产生故障,控制机在也可保证较高的正常工作率。

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        致谢

          逝者如斯,美好的求学之旅将会随着我的论文(设计)的撰写、答辩的顺利完成而最终结束。在学习和论文的撰写过程中我常常感到来自:工作和学习的双重的压力,但我一直很冷静沉着地对待这两方面的事情,我深知工作后学习机会的来之不易。白天登登岳麓山。晚上看看湘江,我总感觉自己要努力去实现自己的人生价值,松懈的时候也能常常感受到来自师长、网窗。朋友、对我的默默支持和认可。

          "纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行".我不敢怠慢文章中的每-一个细节, 我力求在我的能力范田内做得尽可能完美。文章接近尾声,我哀心地感谢学校,师长、父母、同窗、朋友对我的关心与支持,特别是感谢导师阳春华教授对我的悉心指导,阳老师为人很和蔼,知识湖博,对学生的指导很仔细,善于启迪学生。

          我还得感谢给了我无私帮助的朱红求博士、柴琴琴博士、张斌博士,他们给了我很多帮助。再次衷心感谢我所有的朋友。

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