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1、北方信息工程学院题目：智能控制技术的应用研究模糊控制在单个交叉口信号灯自动配时方案中的应用课程：智能控制技术班级：学号：姓名13模糊控制在单个交叉口信号灯自动配时方案中的应用摘 要:城市交通控制(UTC)是智能交通系统(ITS)中非常重要的组成部分,城市交通控制的主要任务之一就是交叉口的控制。传统的信号灯定周期控制不能满足交通流量实时变化的要求,控制效果不好。本工作提出了一种采用模糊逻辑进行道口信号灯控制的方法,通过模糊控制实时产生出最优的配时方案,仿真结果表明其优于定周期控制。关键词:交叉路口;模糊控制;城市交通控制;智能交通系统随着国民经济的发展,人民
2、生活水平的提高,车辆的数量急剧增加,道路交叉口拥挤已成为道路交通的瓶颈。有效提高交叉口的通行能力对改善交通状况至关重要,但是交通流量的高度复杂性和随机性决定了很难建立精确的数学模型。本工作提出了一种基于车辆等待长度的城市单路口模糊控制方法,寻找出最佳的信号周期,减少车辆的等待时间,提高单路口的通行效率。1 相关概念①信号相位:是指在一个交叉口某个方向的交通流(或几个方向交通流的组合)同时得到的通行权或被分配得到这些通行权的时间带[1](本文讨论2相位的交叉路口的交通流)。②周期长:信号灯发生变化,信号运行一个循环所需的时间,等于绿、黄、红灯时间之和;也等于
3、全部相位所需的绿灯时间长和黄灯长(一般是固定的)的总和。周期过长时,等待的人容易产生急噪情绪,因此通常以180s为最高界限[1]。13③平均延误:作为在交叉口进口道每辆车的平均延误所定义的状态量,可作为衡量饱和度的指标,也可作为控制指标以及衡量交叉口和道路网效率的指标[1]。2 控制原理现代交通控制的方式有许多种,定周期控制是一种最基本的控制方式,也是其它控制方式的基础,但这种方式经常会造成一些车流方向上车辆拥塞而另一些车流方向上在较长绿灯时间内只有少量车辆通过的不合理的现象。交通阻塞大部分原因是由于交叉口实际通行能力不足造成的,因此交叉口处信号灯采用的控
4、制方案就尤为重要[2]。本工作研究的对象是模糊控制在交叉口信号灯控制中的应用,即根据当前红、绿灯方向上的车流量运用模糊控制来确定下一个相位时刻的绿灯时间,从而形成自动的配时方案,满足交通流量实时变化的要求。2.1 检测方法单个路口的交通控制主要受2个相位4个方向车流的影响,见图1。本工作模糊控制系统的车辆检测方法为:在十字路口的每个入口车道上分别设置两个检测器构成一个检测区,一个设在十字路口处,用于检测离开的车辆数;另一个设在距离第一个检测器一定距离处,用于检测到达的车辆数;两个检测器得到的数据之差即是该检测区的车辆数,这样可以得到处于各检测区中的车辆数[
5、3]。132.2 控制规律为保证行人和非机动车过马路安全,首先给南北方向20s的绿灯时间(根据路面宽度可作适当的调节)。在绿灯时间用完时,由控制设备读取各检测器中的数据,经过比较可得出当前绿灯方向(南北向)处于检测区域内的最大车辆数GQ(简称绿灯方向排队数)和当前红灯方向(东西向)处于检测区域内的最大车辆排队数RQ(简称红灯方向排队数),调用模糊处理子程序对GQ、RQ进行模糊判断处理,得到东西方向上信号灯的绿灯时间t,t就是该方向上满足当前车辆畅通最优的绿灯时间。下一个时刻根据东西方向上的GQ和南北方向上的RQ来确定换相后南北方向上信号灯的绿灯时间t,如此
6、反复来保证车辆在交叉口处通行顺畅[4]。2.3 模糊控制器的设计模糊控制器的控制变量是换相后的绿灯时间t,由输入量GQ、RQ的值通过查模糊控制表的方法得出输出量的值,因此设计模糊控制器主要是求模糊控制表,其步骤如下:第一步:确定各输入、输出量及其变化范围[5]。(1)输入变量为GQ、RQ,其变化范围为0～20;13(2)输出变量为T,其变化范围为20～60。第二步:确定GQ、RQ、T的论域和量化因子。(1)GQ、RQ、T的基本论域为{0,1,2,…,10};(2)GQ、RQ的量化因子为:P1=P2=10/20=0.5;T的量化因子为:P3=4。(3)GQ、
7、RQ的模糊集为{很少,少,中,多,很多};第三步:建立GQ、RQ的隶属度。由专家评判法建立GQ、RQ的隶属度表,见表1。第四步 建立T的模糊集和隶属度。(1)T的模糊集为{很短,短,较短,中,较长,长,很长};(2)由专家评判法建立T的隶属度,见表2。13第五步:由GQ、RQ的模糊量变化得到T的模糊量。通过对交通部门统计的道口流量信息分析和交警指挥交通长年的经验得出T的模糊量表,见表3。13第六步:求取模糊关系矩阵及输出量T的论域值。在模糊控制规则表3中共有25条模糊语句,每条语句都对应一条模糊关系:Ri=[Aj×Qk]M1×Tl,式中,i=0,1,2,3
8、,…,24;j、k=0,1,2,3,4;l=0,1,…,6;M1是
