智能交通控制系统中信号灯的模糊控制与算法毕业设计.doc

摘 要随着经济社会的的不断发展，汽车的普及成了反应经济社会的的一大标志。而随着汽车的发展，尤其是小汽车的快速发展，道路拥堵已经成为了我国大多数城市的焦点问题，如何才能减少拥堵和交通事故的发生时时刻刻考验着交管部门对交通的实际控制能力；根据实际情况，各个城市选择了不同的控制方法，而受到各方面原因的影响，就目前而言，大多数城市采用的定时控制，从控制效果来看，该系统已经满足不了快速增长的交通需求，为了更好的实现道路交通的管理，达到交通管理的先进性和科学化，人们想到了很多种控制方法，本文结合了当今城市交通控制和管理的现状，结合交通实际情况，提出了一种交通灯模糊控制系统设计方案，用MATLAB软件进行系统仿真结果表明该控制系统与当前的定时控制进行比较，控制精度高、智能化程度高、响应速度快和效率更好等特点，从而也提高了道路的利用，减少了交通拥堵等情况的出现！关键词 模糊控制；MATLAB软件；交通灯；交通流量；交通管理AbstractWith the development of social economy, the popularization of cars has become a sign of the reaction of economic and social. And with the development of the automobile, especially the rapid development of the car, road congestion problem has become the focus of most cities in our country, how to reduce congestion and traffic accidents always tests the actual control of traffic administration of the traffic capacity; According to actual condition, cities chose the different control methods, and under the influence of various aspects reason, for now, most cities adopt timing control, from the point of control effect, the system cannot meet the rapid growth of traffic demand, in order to better realize the road traffic management, to achieve the advanced and scientific traffic management, people came up with all kinds of control methods, this paper analyses the present situation of the current urban traffic control and management, combination with the practical situation of transportation, put forward a kind of traffic lights fuzzy control system design and system using MATLAB software simulation results show that the control system comparing with the current timing control, high control precision, high intelligent degree, fast response speed and better efficiency and other characteristics, thus improve the way of using, reduce the emergence of the traffic congestion situation！Key words Fuzzy control MATLAB traffic traffic flow traffic management目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1交通灯的发展11.2研究的目的和意义11.3 现阶段国内外对交通控制的研究21.4本论文的可行性分析3第2章 城市平面道路交叉口的控制42.1 城市平面道路交叉口的定义42.2 交叉口的分类42.3 交叉口的交通信息调查62.3.1交通信息调查中的常用量62.3.2交通信息调查中常用量之间的关系92.4 交叉口控制方法122.5 城市智能交通控制系统阐述122.5.1 智能控制的定义122.5.2 智能交通控制系统132.5.3 智能交通控制系统的分类132.6 本章小结14第3章 模糊控制153.1 模糊控制理论153.1.1模糊控制的定义和特点153.1.2模糊控制的重要组成153.2 模糊控制中的隶属度函数163.2.1隶属度函数的定义163.2.2隶属度函数的确定163.3 本章小结17第4章 单交叉口的模糊控制系统设计184.1 交叉口交通量检测184.2 模糊控制系统的设计184.2.1 模糊控制系统的组成184.2.2 模糊控制系统的控制过程194.3 单路口多相位交通流模型204.4 多相位交叉口模糊控制系统设计214.4.1 模糊控制及算法214.4.2 绿灯延时模糊控制器的设计234.5 本章小结24第5章 系统仿真255.1 仿真的准备255.1.1建立仿真环境255.1.2仿真的过程265.2 仿真结果的分析295.3 本章小结30结 论31参考文献32致 谢33第1章 绪论1.1交通灯的发展自1885年德国人本茨发明世界上第一辆汽车以来，交通控制就是一直为人类所关注的问题之一，交通的控制与交通的安全时时刻刻伴随着每一个地球人，而在交通控制中尤为重要的部分就是交通信号灯，交通灯的发展主要有三个时期，主要是探索期、改进期、完善期。探索期：1858年，当时，英国首都伦敦的主要街头就安装了一种以燃烧煤气为光源的红、蓝两色的手动式机械信号灯，当然，当时主要用以引导马车的通行，这种交通灯是世界上最早的交通控制信号灯。1868年，英国人德·哈特在伦敦的威斯敏斯特区议会大厦前广场内，装上了由红、绿两色组成的燃烧煤气交通灯。它以红绿两色灯交替的方式控制来往交通，它主要由一条灯柱、红绿两色灯组成，红色代表停止，绿色代表通行。非常不幸的是在诞生后23天，煤气灯突然爆炸，致使执勤警察死亡，英国当局果断取消了这种当时较为先进的交通灯。在后来的几十年时间里交通灯一直处于停滞状态。改进期：20世界20年代初期（1914），美国最先恢复了交通灯，这次交通灯的复出，使得它一下子进入了电气时代，在结构方面也得到了进一步的发展，它由红、绿、黄三个投光灯构成，克利夫兰市是首先安装的城市，随后在纽约市大街上的一处铁塔上也安装了这种交通控制灯。红灯代表停止，绿灯代表通行，黄灯表示等待。 在这个时期，交通灯得到了大力的发展，1918年，名副其实的交通灯诞生。其间，最具有代表性的有带控制的红绿灯和用扩音器来启动的红绿灯，工作原理是安装一个压力探测器在道路下对道路车辆进行检测，当车辆接近红路灯时通过感应使控制灯变为绿灯；以扩音器来开启的红绿灯的工作原理是通过声音感知实行控制，司机遇红灯时按一下嗽叭红灯就会变为绿灯。稍后一点出现的还有就是红外线控制的红绿灯，这种主要用于人的通行，当行人踏上对压力存在感应的路面时，交通灯能很快的发现有人将要通过马路，红外光束就会把信号灯的红灯延长一段时间，直到行人安全通过后踏上路口对面的压力感应器才显示绿灯对汽车放行，这样就避免了交通事故的发生。完善期：20世界以来，交通灯得到了很大的发展，控制方法也在日益的完善，交通法规也在进一步的改善，但是，随着世界经济的不断发展，汽车数量不断的增加，交通拥堵越来越厉害，这就有必要进行新的交通控制的研究，以用来改善日益增长的交通要求！交通信号灯的发展从出现到现在经历了三个世界，它的的出现，使原本混乱的交通控制得到了解决，效果较为显著的有：交通流的疏导、交通事故的控制和道路通行能力的提升等方面。1.2研究的目的和意义本课题的研究目的是在于如何对现阶段城市交通的拥堵进行改善，城市交通拥堵很多情况下又都是有控制的缺陷造成的，鉴于当前城市交通控制系统的不完善，交通事故不时发生，本文介绍了一种模糊控制方法，通过对系统进行模糊化处理，再进行离线训练来完成控制，本系统能随时根据车辆排队情况队智能控制信号灯的时间进行调整，通过检测通行相位的排队车辆数量和下一相位的车辆排队数量作为信息，得出通行相位以及下一个相位时间内的车流通行密度，来确定是否对相位进行变相调节。通过计算每个周期内交叉口的平均延误时间来作为控制的标准，平均延误时间的多少是判断控制器性能的主要依据。意义：当前我国定时交通信号灯控制抑制了交通控制的灵敏度，试想如果在十字路口能减少流量少的相位浪费的时间，使其它交通流量大的相位上车辆利用这些时间进行通行，这样的话大大的提高了交通灯的利用效率，减少了高峰期其它相位交通流少而相位不变的时间浪费，提高了道路交通运输能力。 1.3 现阶段国内外对交通控制的研究我国国内早期有关交通控制的技术主要部分基本上都是引进和学习外国的技术，国内相对来说起步比较晚，具有代表性的有北京市的TRANSYT、SCOOT控制系统和上海、宁波、天津等城市引进使用的SCATS系统。城市交通控制理论是以同自动控制理论及技术为基础发展发展而来的,自动控制理论及技术在城市路面交通控制中的广泛应用,对促进我国城市路面交通控制理论的发展起了不可替代的作用。近几年，我国的交通工作者和研究学者对道路交通控制进行了大量的探讨，最具有代表性的有徐冬玲提出的基于感应控制思路的交叉口神经网络模糊控制方案；陈森发等提出的关键车流和非关键车流的概念；顾怀中、王炜等人提出的交叉口信号调时的退火全局模拟优化算法；刘智勇、朱劲等人提出的多相位单交叉路口模糊感应控制器；张莉、马岩等人提出的分形几何控制理论应用于交通流控制，值得一提的是这种控制非常适合我国当前的城市复杂交通现状；还有就是王秋平、谭学龙等人提出的城市单交叉口信号配时优模型。这些都大大提高了我国自主研究交通信号控制的自主水平。 相比之下，国外对道路交通的控制走的时间比较长，所以经验也相对丰富些，开始的时间也要早得多，但是由于不断更新的交通方式，使交通控制不得不对多样化的交通进行新的研究。早在20世纪70年代初，多国就也开展了对交叉口信号控制的研究，这经历了一个漫长的时期，从开始的固定控制到可变控制、定控到变控、点控制到面控制这些都是这一时期主要研究对象。走在这些国家最前例的要数英国，英国于1996年研发了世界上最早的也是当时世界上最为先进的TRANSYT系统，我国首都现在都还用的这套系统的影子，可想而知，它的完整性还是非常只好的；随后，澳大利亚从也开发了SCATS系统。后来英国又对TRANSYT进行优化，在TRANSYT原有的基础上研发了一套自适应系统SCOOT。除此之外， Pappis提出的城市单向单路口模糊控制方法； Park等提出的一种针对固定周期的信号控制优化方法； Yi Jiang等人提出的基于车队的主次干道的交通信号配时方法；Ghassan Abu-lebdeh等人提出的拥挤状态的交通信号控制方法。这里值得一提的是Pappis提出的城市单向单路口模糊控制方法第一次把模糊数学应用在交叉路口的信号控制中去，可以说，它的提出翻开了城市道路交通控制全新的一页。1.4本论文的可行性分析2002年的一份调查数据显示，当前国内大多数城市在交叉口的控制上都采用的是定时控制系统，当遇到车流量很大时经常会出现两次或者两次以上的单相位等待时间，根据我国大多数城市的规划，往往在这一时刻另一相位上的车流量相对少很多，这种现象使司机和乘客非常愤怒，同时也是对资源的一种浪费，如何完善交通控制方法成了火烧眉毛的事。针对定时控制的不足，人们提出来一种智能交通控制系统，它的出现使原本固定的模式被打破，使交通得到了更好的控制，目前，智能控制系统已经取得不少成果，已经有少量国家运用智能控制方法来控制路面信号灯，具有代表性的 GPS全球定位系统就是其中的一种，但是该系统的价格相当昂贵，很多发展中国家根本承受不了。本论文针对我国现阶段大多数城市的定时交通信号灯控制的落后现状，设计一种基于模糊神经网络的交通灯模糊控制方法。采取对交通流信息模糊化处理，再根据改进后的离线计算，能够快速的进行调节，随时根据交通流量情况智能控制该相位上的信号灯相位时间（主要调节红灯和绿灯），其原理是对当前相位上排队车辆的多少和下一相位排队车辆的多少进行智能检测来算出这两个相位上各自的车流密度，通过分析车流密度来进行判断是否对相位时间进行调节。通过对该控制系统仿真结果的分析表明，该系统控制精度、响应速度、智能化程度和鲁棒性都要好于其它控制系统。同时该系统也减缓了滞留现象，有效抑制空道耗时情形发生，提升了道路交通运输率，再与全球定位系统相比较，其成本更低，更适合大部分发展中国家的需求。第2章 城市平面道路交叉口的控制2.1 城市平面道路交叉口的定义所谓城市道路平面交叉口就是城市中有两条或者更多条来自于不同方向上道路的相交之处，这里我们一定要注意，必须是在同一平面上相交（与立体交叉口分开），主要可以分为简单交叉口（通常不设交通管制）、有信号灯的交叉口、环形交叉口，以下我们简称交叉口。作为城市交通的重要组成部分，平面交叉口具有的交通特点如下：（1）右转车流基本上不会影响交叉口的控制，冲突点的存在主要来自于左转车流；（2）随着相交路数的增多交通特征点个数也随之增加，冲突点是这些特征点中增加最快的；（3）分流点、合流点和冲突点的产生主要来自于不同方向上的交通流汇合所产生的干扰。2.2 交叉口的分类我们常说的城市交通控制，主要指的就是交叉口交通控制，主要有T形、Y 形、十字形、X形、多路形等形式，有的还有错位形路口的说法，所谓错位形路口，其实就是T形和Y形路口在很短的距离内两次或者两次以上出现，下面我们就来介绍一下常见的几种交叉口：一、十字形交叉口所谓十字形交叉路口就是四个岔道呈“十”字形的平面交叉路，两条道路之间的夹角在90°±15°之间,且各个道路口都有三个流向，左转，右转和直行，一般右转车流不会受到系统的控制，如下图2-1。图2-1 十字交叉口二、T形交叉路口T形交叉路口的定义是由一条主干道的一边分出来一条道路的路口，两条线路之间的夹角在90°±15°之内,这种路口也称为三路交叉口，如图2-2。图2-2 T形交叉口三、Y形交叉路口由三条道路相交，且两两相交的夹角105°或75°的三条车道组成的路口，这种路口比较特殊，往往在设计控制的时候不能按常规控制办法来进行控制，如图2-3。图2-3 Y形交叉口四、X形交叉路口两两相交的道路，相邻两条车道夹角满足105°或75°的交叉口我们就叫X形交叉路口，这种路口是在十字形路口的基础上发展而来的，所以在控制方面跟十字交叉路口差别不大，如图2-4。图2-4 X形交叉口五、多路形交岔路口在交叉位置上有5条或者5条以上车道相交所组成的交叉口我们统称为多路形交叉口。多路交叉口车辆聚集的密度相对来说比较高，交通状况也非常复杂，路口一般的交通流比较大，控制难度也随之增大，如图2-5。图2-5多路形交岔路口2.3 交叉口的交通信息调查2.3.1交通信息调查中的常用量谈到交通信息的调查，研究最多的主要有交通量的调查、交通密度的调查和速度的调查，对于城市交通控制研究，首先要研究的就是这三者它们在控制过程中所起的作用和三者之间的一些关系，这样才能有效的了解交通信息，从而进行判断和控制。一、交通量交通量：在指定时间范围内，经过路面上某一点、某一切面或者某条车道上的车数目，通常我们所说的交通量都指的机动车产生的交通量，交通量的种类有很多，其中具有代表性的有平均日交通量（ADT）、年平均日交通量(AADT)、月平均日交通量(MADT)、周平均日交通量(WADT)、周日年平均日交通量、小时交通量等。1、平均日交通量把在调查时间里记录的交通量总和除以调查的天数和得到的平均数我们就把它叫为平均日交通量，简称ADT，表达式如下： （2-1）式中：Qi代表调查期里第i天的交通量，辆天；n表示观测的天数，1dn365d。2、年平均日交通量某年里通过调查点的车辆数之和除以该年的天数和，所得到的平均值就是年平均日交通量，简称AADT。 （2-2）式中：Qi代表调查期里第天的交通量，辆天；3、月平均日交通量一个月里通过观察点的交通体总量除以这个月的天数的平均值就称为月平均日交通量，简称MADT。 （2-3）式中：Qi代表调查期里第天的交通量，辆天； 表示当月的天数。4、周平均日交通量一周里通过观察点的交通体总量除以本周的天数和（7天）所得到的平均数就称为周平均日交通量，简称WADT。 （2-4）式中：Qi代表调查期里第天的交通量，辆天；5、周日年平均日交通量所谓周日年平均日交通量：就是将一年中每周某日的交通量总和除以这一年里选定的那周该日的总天数得到的平均值。6、小时交通量某一天某个小时（可以是整小时，也可以说小时内的某分到下一小时的某分）内通过观察点的交通体数量叫做小时交通量，单位是辆h。二、交通密度交通密度：在固定长度车道上，短暂存在道路上的车辆数，换而言之某个行车车道上或某路段上固定长度的交通体数进行说明，其单位是辆（km·车道），在计算交通密度的时候，通常我们用下面的计算式进行计算，计算式如下： （2-5）式中：代表交通密度，辆（km·车道）； 代表车头平均间距，单位为m。注：车头间距指的是同条车道上前后两辆车中间的距离，一般选车辆身上具有代表性的位置，如保险杆等。但是，一般我们在研究中都不直接来对交通密度进行研究，通常的做法是用车辆在道路上的占用率表示交通密度，车辆的占用率高，交通的密度也就大，车道的道路占用率一般分为空间占用率和时间占用率两种，下面我们简单介绍一下这两种占用率。1、空间占有率在设定长度的直道上，车辆的投影长度占用道路的百分率，主要用它来表示观察路段上的交通负荷程度，这个对我们后面的设计有很大的帮助，可以通过它知道排队车辆的数量，在计算中的表达式如下： (2-6)式中：RS表示空间占用率，； L表示调查路段总长度，m； li表示第辆车的长度，m; n表示调查路段上的车辆数，辆。2、时间占用率在某一个观察点，车辆通过所用时间总和与测量时间之比，车辆的设计占用率不但跟交通量有关，也跟车本身长度和地点车速有关，这就可以帮助我们在后面的研究中预知下一相位的排队长度，其表达式如下： (2-7)式中：RS表示空间占用率，； ti表示第辆车通过观察断面所用的设计，单位s。 T表示调查时间长度，单位s; n表示调查路段上的车辆数，辆三、车速车速其实就是车辆在运动过程中的速度，一般都是随时间的变化而变化的，它是一个随机量，但是为了我们研究，往往我们要对车速进行了解，通常在调查中用的有地点车速、区间车速、行驶车速和设计车速，在这之外还有时间平均车速和区间平均车速【6】。1、地点车速车辆经过路面上某个点或者某断面的瞬间速度就叫做地点车速，有人也叫点车速，表达式如下： （2-8）式中：表示地点车速，单位ms； L表示调查的路段长短，单位m。注：式中t一般很短，通常以24s为限制。2、行驶车速车辆驶过规定长度的路程跟运行时间的比就为行驶车速，它是一个平均值，并不代表在这个过程中车辆一直都是这个速度。3、区间车速车辆通过一段长度的路程跟总时间的比值，跟行驶车速有一点点区别，区间车速它还包括了车辆在途中损失的时间，比如说因为堵车，它和行驶车速一起，都是评估路段行车通畅与否和推算行车延误的主要资料。4、设计车速在一切外在因素都保持良好的条件情况下，仅考虑道路方面的原因所保持的最大行车速度，它是估算道路最小规格线形示例的依据。5、时间平均车速车辆通过某观察点时，观察时间内地点车速的算术平均值，平时我们都简称为平均速度，计算式如下示： （2-9）式中：Vt代表时间平均速度，单位kmh ； vi代表第辆车的地点速度，单位kmh； 代表调查时间里测得的车辆数。6、区间平均车速在某个给定瞬间，行驶在路面某个给定长度里的所有车辆的车速平均值就叫区间平均车速，表达式如下所示： (2-10)式中：Vt代表区间平均速度，单位kmh； ti代表第次行程的运行时间，单位h； L表示行程长度，单位km； 表示行驶该路程L的次数。区间、时间平均车速两者之间存在如下所示联系： （2-11）2.3.2交通信息调查中常用量之间的关系通过研究，如果区间车速与密度均针对相同的道路区段，会有如下的相关关系。L路段上车流密度为： (2-12)N号车通过L路段所用的时间： (2-13)N号车通过B断面时交通量为： (2-14)对上面三式进行整理有： (2-15)通过深入的研究我们发现，交通量、交通密度和车速之间不仅仅只有这些小的关系，它们之间的相关曲线关系还依赖于交通状况，也就是说在不同的地点是不同的，不仅如此，就是在相同的地点，不同的时间段也有很大的变化，下面我们就来更深入的讲解它们之间的关系。1、速度密度的关系在实践生活中，我们随处可以看到这种情况，当路面上交通体增多、车流密度增大时，车辆的速度相对畅通的情况要慢得多，当车流密度减小时，车辆的速度又不知不觉的加快，这就说明，密度与速度之间存在某种关系。经过长期的研究，人们发觉，速度随密度的增加出现单调减小，1933年，格林希尔兹最终提出了速度密度相互关系模型： (2-16)图2-6 速度-密度关系图利用图2-6，我们可以进行交通量的推算，如果在C点，速度为vm，密度为km，那交通量，也就是图中那个长方形的面积。2、交通量密度的关系根据（2-15）和（2-16）我们可以推出以下公式： (2-17)由（2-17）我们建立函数模型，不难得出交通流量与密度两者的函数关系，如图所示：CBADE不拥堵拥堵图2-7 交通量密度关系图从图中我们不难看出：如车流密度很小时，交通量很小，密度增加，交通量也跟着增大，密度为临界密度Km时，交通量有最大值Qm，密度继续增大时道路开始阻塞，最后使交通量为零；由原点分别向曲线作矢量，矢量的斜率代表的是区间平均车速。3、交通量速度的关系由前两个关系我们不难得出，交通量与速度之间的关系，其表达式： （2-18）不拥堵拥堵ABDC0图2-8 交通量速度关系图由于交通量与速度为二次函数关系，所以，当密度与流量都为较小值时，车速可达到最大值，反之则会减少，甚至出现阻塞；当密度增大时，交通流量和车速都减小，直到阻塞。2.4 交叉口控制方法谈到城市道路交通控制它的主要研究对象我们都知道是道路交叉口的控制，就目前而言，很多国家都还在对交叉口的控制进行探索，也取得了相当的成果，就近阶段而言，世界上很多国家都在采用以下这几种控制方法：无控制、让行控制、定时控制、设置交通岛、立交桥、智能控制系统控制等几种。这几种控制方法各有各的优点，也各有各的缺点，在应用中通常要根据实际来进行选择，下面我们就简单的说说这几种常见方法。无控制：靠驾驶员自觉调节，遵循先来后到的原则，这种控制主要用在一些交通量很小或者偏远地区的路面交叉口。让行控制：采取主干道与次干道之分，这种控制要求次干道上的车辆无条件对主干道上的车辆让行，其中包挂停车让行和减速让行，这种控制方法主要用在一些次干道车流较小或者还在规划的道路交叉口。定时控制：该种控制是我国近阶段一大半城市应用的控制办法，它采用的是固定的程序控制，设置固定的相位时间，如需对相位时间进行调节，必须要对控制程序进行修改，由于它比较方便，控制简单，投入不大，所以比较受很多城市欢迎，不过这套控制方法在目前飞速发展的经济冲击之下暴露出了很多不完善的地方，也使很多人开始了对它进行优化。交通岛：设置交通岛主要是通过增加交叉口的入口车道数量，实行路口展宽，这种控制往往还结合定时控制方法，具有代表性的有中心环岛、碟式交通岛、剖式交通岛，这种控制办法主要用在多路形交叉口的控制上。立交桥：设置立交桥的控制办法也是一种无控制的方法，主要有上跨和下潜这两种形式，这种控制方法投入较大，特别是上跨式对城市的空间有一定的浪费，工作量较大，对城市已经规划好的地方一般不宜采用这种控制，主要就是考虑到了这一点。智能控制系统：这是本文需要探讨的控制方法，该控制系统是把先进的电子技术和算法运用在交通控制上来，对交通控制进行优化处理，能够实时进行控制，对交通变化比较灵敏，能随时对交通控制进行调整，但是这种控制系统暂时还处于发展阶段，还有很多不稳定的因素，但控制的效果比其他几种控制方法都要好。有很多人都在进行研究，并取得了相对的效果。2.5 城市智能交通控制系统阐述2.5.1 智能控制的定义智能控制初略的说就是不需要人来实现对控制对象的控制，系统在没人干涉的情况下自主驱动所需要控制的对象，不需要人的参与来实现控制效果的自动控制的技术。有下面几个特点：（1）控制核心在于高层控制，具有变结构特点；（2）控制系统的设计应满足需求广泛性目标（随机控制）的高能效要求；（3）控制器不管在什么时候都具有总体自己寻优的特点，且控制效果一般都呈现出非线性性；（4）作为一门新兴学科，属于边缘交叉学科，理论体系相对来说还不够完善，但在应用上面取得了比较大的成果。2.5.2 智能交通控制系统所谓智能交通控制系统，就是建立在现代电子信息技术基础之上，对交通运输和车辆控制的一种服务系统，它主要研究的是如何提升道路的通行效率和确保交通运输过程中的安全。作为智能控制系统，它必须拥有以下功能：（1）对交通进行监控，记录交通流问题并对其进行分析，然后进行处理（不包括交通事故的处理）；（2）可与人进行协同作用，交管中心可以通过远程监控，了解交通状况，然后对路口信号灯进行有效人工调节，保障路口的车辆高效通过确保有序的通行；（3）具有全面性，只要在控制系统范围之内的控制对象，系统在调节某一个环节时会对全局进行分析，找出最恰当的方法。2.5.3 智能交通控制系统的分类智能交通控制系统起初应用的范围相对来说比较狭窄，但随着人们的要求质量渐高和智能控制技术的越趋成熟，它的应用也越来越广泛，分类也越来越细，在起初的交通控制系统外，人们又研发了车辆控制系统、营运车辆高度管理系统、交通监控系统和旅游信息系统等一系列有关交通的子系统。下面大致介绍一下这几个系统：车辆控制系统：也就是近几年人们常说的智能汽车，它是一种帮助驾驶者驾驶车辆或者说取代驾驶者驾驶车辆的系统。 交通监控系统：它是为驾驶员提供实时车辆本身信息和道路通行信息的系统，目的在于使道路、驾驶员和车辆之间建立快速的通讯，使驾驶员在第一时间对交通进行判断，增加了行车过程的安全系数，同时也提高了交通运输效率。营运车辆高度管理系统：该系统是利用车载电子设备和管理中心再与卫星定位系统建立联系，使管理中心和驾驶员之间进行实时联系，来提高营运车辆的效率。该系统应用费用较高，目前，只有极少国家的个别城市在用。旅游信息系统：旅游信息系统是应人民生活水平改善出现的一个子系统，相对来说这个系统开发比较简单，它是专为外出旅游的人们提供各种交通信息的系统。2.6 本章小结本章首先介绍了平面道路交叉口，然后接着介绍了城市的交通控制方法，在介绍控制过程的基础上重点描述了与控制有关的交通调查，并仔细的介绍了交通调查中的一些关键量和它们之间的关系，只有对交通进行调查才能有效的对交通进行控制，所以详细进行了介绍，后面我们简单介绍了智能交通控制系统的定义和它的控制原理，主要是对智能控制系统有一定的了解，有利于我们对下一章的学习。第3章 模糊控制3.1 模糊控制理论3.1.1模糊控制的定义和特点 模糊控制是一种把模糊结合理论和模糊逻辑推理应用在相关控制过程中的一种控制方法，模糊控制不需要对控制的对象进行数学建模，很大的提升了控制的效率。在社会的不断发展当中，人们对各种要求也渐渐地高，在各行各业对自动控制的要求越来越高的情况下，模糊控制弥补了传统控制的不足，当然也不是完全弥补，作为当代受环形的控制，它主要具有以下几个特点：（1）它能模拟人类的知识和思维方式，正因为在控制过程中跟人有一定的相同之处，所以它能很好的代替人来进行工作；（2）在控制器的设计过程中，控制器组成较为简单，控制方法的实现方式较其它控制方法更多；（3）控制过程中稳定性非常好，能随时发现每一个问题。3.1.2模糊控制的重要组成模糊控制的核心部分是由模糊化、模糊推理和解模糊组成，通过人类的在生活中的一些常识和知识组成一个知识库来对三者进行调控，这里我们只作简单的介绍，它的具体分工和作用将在下一章进行详细的讲解，一般的模糊控制器如下图所示：模糊化解模糊推理中心被控对象知识库输入值输出值图3-1 模糊控制器由于植入了人类的一些知识和常识，我们得到的控制结果往往比较符合我们的要求，其应用的范围较为广泛！3.2 模糊控制中的隶属度函数3.2.1隶属度函数的定义在模糊控制中，我们往往要把控制的一些变量转化为一些模糊控制系统能够识别的模糊集，而对一个固定的模糊子集来说，它阐述的的某些事和物的渐变性，在变换的过程中必须遵守某些基本的规则，这就是所谓的隶属度函数。在确定隶属度函数的时候，我们应该遵守的原则有：（1）在选择隶属度函数是应尽量选择单峰值函数，且通常情况下，模糊集与隶属度函数两者应是一种对比和平衡的关系；（2）隶属度函数需遵循言语顺序，且尽量回绝重叠现象，如果有重叠现象一定要慎重考虑。在日常工作中，我们最容易见到的又高斯隶属度函数和三角隶属度函数两种，还有的比如说矩形、梯形、脉冲、Sigmoid等都是在一下工业控制上才看到，这里我们介绍一种特殊的隶属度函数曲线模糊集“中等”隶属度函数，基本图形如下：2.06.04.08.010.000.51.0图3-2 隶属度函数3.2.2隶属度函数的确定到目前为止，确定隶属度函数还没有一条完整的方法，这里我们简单讲解一下运用模糊统计的方法确定隶属度函数，所谓模糊统计法就是利用确定的来研究不确定的模糊对象。具体步骤如下：第一步：在我们准备控制的对象中建立一个合适的论域；第二步：在论域中取一个元素x1；第三步：由不同的几个人将模糊集U化成一个特定模糊集U *，这步我们把它称为统计实验；第四步：随着人数的增加，统计的数会趋向区间这个闭区间中的一个值，那个数就是x1对U的隶属度Wu(x1)； （3-1）第五步：用同样的方法，把论域里其他元素对应的隶属度Wu(x1)求出来，然后把他们整理成一个模糊集。3.3 本章小结本章简单的介绍了模糊控制，先从定义下手，逐步介绍了模糊控制过程中的一些重要量，其中重要介绍了隶属度函数，为什么要着重讲解隶属度主要是因为接下来的第四章会用到它，通过对模糊控制的基本了解，也使我们在接下来的一章里能更好的进行运用，达到学习的目的。第4章 单交叉口的模糊控制系统设计4.1 交叉口交通量检测交叉口交通量的检测有很多方式，红外线检测、传感器检测等，我们这里采用的是传感器检测中的一种环形线圈检测器，它的原理主要是运用了物理学上的涡流效应，通过检测埋在道路下面的电感线圈的变化量来检测车辆的存在，进而进行计数。它的计算方法是假设检测器的计算周期为,单条车道上在周期内检测器记录的数值为,则在该周期里该条车道上的交通量为：= （4-1）线圈1 线圈2图4-1 十字路口传感器检测效果图通过计算线圈1和线圈2检测到的车