智能交通信號控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究

何興昱

摘 要：伴隨社會經(jīng)濟發(fā)展速度的不斷加快，交通運輸在國民經(jīng)濟發(fā)展中的作用也愈加顯著，進而人們對交通系統(tǒng)控制的關(guān)注程度越來越高。在交通擁擠問題有效緩解中，其最具經(jīng)濟價值的方式就是通過先進技術(shù)開發(fā)的智能交通系統(tǒng)，其能夠?qū)煌ňW(wǎng)絡(luò)運行效率全面提升，特別是在交通信號控制中，如何通過路口交通流特點與排隊延誤規(guī)律進行先進交通信號控制方案地設(shè)計，對實現(xiàn)路口控制高效化極為重要。為此，本文主要對交通信號控制系統(tǒng)的工作原理、相關(guān)設(shè)計進行了分析與探究。

關(guān)鍵詞：智能交通信號控制系統(tǒng)；設(shè)計

1 交通信號控制系統(tǒng)的工作原理

點、線、面控為道路交通控制的主要類型，點控制是指單點交叉口交通信息控制，其控制對象為單個交叉口，利用指示燈顏色地轉(zhuǎn)變，在確保安全的基礎(chǔ)上盡量提高通行車數(shù)量。其最根本的形式為交通信號控制。一般可將定周期控制、模糊邏輯式信號控制等歸納到點控制內(nèi)。

干道交通信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是我們所說的線控制，是指將重要干道內(nèi)相近的若干交通信號實施聯(lián)動，保證干線內(nèi)交叉口所有信息控制器的周期一致，有效錯開綠燈開始時間，進而確保行駛于干線的車輛紅燈相遇量大大減少，達到延誤時間縮短的目的，為干道整體通行效率提升提供有利條件。

面控是指區(qū)域交通信號控制系統(tǒng)，其協(xié)調(diào)控制對象以區(qū)域內(nèi)全部信號交叉口為主。中心控制室內(nèi)的控制機能夠?qū)φ麄€區(qū)域內(nèi)所有被控制的交通信號進行集中管控，進而對道路通行效率大大提升，實現(xiàn)公路行駛安全、高效的目的。以上3種控制方式，都與信號周期、綠信比及相位差息息相關(guān)，但點控與其他2類相比，僅需對信號周期、綠信比進行控制。在交通信號控制中，要求必須嚴格遵循相應(yīng)控制程序，在交叉路口的各個方向利用三色指示燈，對交通流加以指揮，且于時間方面進行隔離。在具有一定交叉路口幾何特性的基礎(chǔ)上，為對交叉路口通行能力有效提升，必須重視交叉路口信號配時，這也是決定停車次數(shù)、降低排隊延誤時間的重要因素

2 智能交通信號控制系統(tǒng)設(shè)計

1、案例分析

某路口選取四相位18步伐作為其交通信號控制系統(tǒng)，進而控制交通。因四個相位8個方向車流到達率的影響，此系統(tǒng)系統(tǒng)變量較多。由此可見，該路口屬于多變量模糊控制系統(tǒng)。系統(tǒng)變量個數(shù)指數(shù)函數(shù)被認為是模糊控制規(guī)則的條數(shù)，如具有較大系統(tǒng)變量個數(shù)，基于規(guī)則的常規(guī)模糊控制器構(gòu)建難度較大。為此，需選取多級模糊控制結(jié)構(gòu)。本文案例內(nèi)的路口所有路進口位置都有2個車輛信號檢測器的安設(shè)，以此對各個方面車輛到達信息進行全部檢測，并將此信息在整個周期內(nèi)加以持續(xù)。在綠燈向紅燈轉(zhuǎn)變過程中存在另一顏色的燈—黃燈，其時間一般為2秒，在黃燈開啟2秒后綠燈消失。檢測器與停車線之間距離需充足，以此確保能夠在12秒鐘以下時間內(nèi)向控制器迅速傳遞各個方向車輛到達信息。在案例路口位置，共有8路車輛檢測器，相應(yīng)時間段內(nèi)針對檢測的車流量信息，得出其車流到達率，如表1所示。

按照檢測器對所有方向車輛到達信息的檢測結(jié)構(gòu)，對重點車流加以確定。且將模糊控制應(yīng)用到重點車流車輛達到情況內(nèi)，也就是通行權(quán)相位綠燈延長時間初值e秒可通過模糊化、模糊控制規(guī)則等一系列流程加以確定。同時，也可將模糊控制應(yīng)用于非重點車流車輛到達情況內(nèi)，以此對△e秒綠燈時間延長修正值加以確定。進而達到控制策略獲得的目的，也就是以上二者綠燈延長時間秒數(shù)之和，具體控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2、路口交通信號模糊控制器設(shè)計

根據(jù)以上分析，一級、二級模糊控制器為本文研究重點，在設(shè)計中其都由三方面構(gòu)成。

（1）一級模糊控制器設(shè)計

綠燈延長時間為一級模糊控制器的控制變量，在綠燈開啟到結(jié)束之間，40秒為主干道綠燈基準時間，30秒為次干道，要求相隔10秒進行一次控制。其模糊輸入量一般包含三個，T＼Q＼A，可理解為時間、等候車輛數(shù)、到達車輛數(shù)；而只有一個E為模糊輸出量，是指綠燈延長時間。總模糊關(guān)系公式為：

R=R1UR2UR3UR4UR5

（2）二級模糊控制器設(shè)計

綠燈延長時間的修正值為此控制器的控制變量，同上相隔10秒鐘進行一次控制。其模糊輸入量只有2個，Q1是指非重點車流沒有通行權(quán)相位的等候車輛數(shù)，由于存有3個沒有通行權(quán)相位的非重點車流，可根據(jù)所有方向車流量的實際情況實施加權(quán)歸總。Qe是指在綠燈延長時間e秒后具備通行權(quán)相位的重點車流沒有行使通過的車輛數(shù)?！鱡作為二級模糊控制器的唯一輸出量，其為綠燈延長時間的修正值。

紅燈相位非重點車流等候車輛數(shù)可通過二級模糊控制器輸入，利用模糊控制規(guī)則，能夠獲取相應(yīng)的模糊控制策略，也就是將△e模糊量輸出，并通過隸屬度最大化原則，實施反模糊化，進而獲取綠燈延長時間的修正準確值。

3、控制系統(tǒng)硬件（交通信號輸出板電路）設(shè)計

本文以智能交通信號控制機為例分析，在控制系統(tǒng)內(nèi)硬件設(shè)計極為重要，其主要構(gòu)成部分為主板、交通信號輸出板、車輛檢測輸入板等。本文重點探討交通信號輸出板電路設(shè)計，在交叉口交通信號控制環(huán)節(jié)，需根據(jù)具體情況，設(shè)置信號燈的總量，本文分析的智能交通信號控制機所需控制的 交通信號燈可達到32路。220v為交通信號燈驅(qū)動正常電壓，此時需做好隔離強弱電工作，達到弱電有效控制強點。為此繼電器可選取固態(tài)形式，交通信號輸出板才能夠接收主板控制信息，實現(xiàn)分離數(shù)據(jù)的功能，同時向所有固態(tài)繼電器一個一個地進行各路控制信息傳送，進而對交通信號燈實施控制。主板利用控制RUNING與ECSO達到現(xiàn)階段交通信號燈改變，且利用BAO-BA3＼IOW得到控制所有交通信號燈的目的。交通信號輸出板內(nèi)板選信號為ECSO，交通信號控制執(zhí)行信號則由RUNING代表，為此，可通過74LS373有效鎖存此次控制信息，在改變交通信號燈后，則會呈現(xiàn)出現(xiàn)階段的狀態(tài)，其改變只會出現(xiàn)于輸出板得到下一步控制信號之后。選取此種方法，能夠確保其連續(xù)性，降低浪費系統(tǒng)資源現(xiàn)象。

4、系統(tǒng)軟件設(shè)計

選用結(jié)構(gòu)化與模塊化作為本文智能交通信號控制系統(tǒng)軟件設(shè)計的主要方式，也就是把系統(tǒng)功能進行各個功能模塊劃分，一個相對獨立的特定子功能需由各個模塊完成，選取模塊化原則，才能明確軟件結(jié)構(gòu)。在模糊控制模塊設(shè)計中，主要選取主控制方式作為模糊控制方式，其工作程序就是遵循模糊控制規(guī)則，把車輛檢測器所獲取的車流量信息實施模糊判決，以此獲取綠燈延長時間值確定，以此對達到最長綠燈時間加以判定。

3 結(jié)束語

綜上所述，在科學技術(shù)水平迅速發(fā)展的今天，智能交通信號控制系統(tǒng)設(shè)計也愈加規(guī)范化、科學化，為更好地緩解交通擁堵問題，減少排隊延誤時間，相關(guān)部門必須重視設(shè)計的合理性，完善智能交通信號控制系統(tǒng)，全面推動交通事業(yè)發(fā)展。

參考文獻

[1] 趙雨旸，馮雨芹，楊忠良. 信號交叉口Webster法延誤計算修正模型[J]. 黑龍江工程學院學報（自然科學版）. 2010（02）

[2] 畢海濱，劉玉德，林建龍，楊昊，熊光潔，梁乙朝. 交通信號控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展對策[J]. 北京工商大學學報（自然科學版）. 2008（01）

[3] 柴干，趙倩，蔣珉. 城市智能交通信號控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[J]. 浙江大學學報（工學版）. 2010（07）

[4] 林勇，許兆霞，李樹彬，黨文修. 交通信號控制參數(shù)的仿真優(yōu)化方法研究[J]. 交通運輸系統(tǒng)工程與信息. 2010（03）

[5] 王晶，盛建平，楊厚云. 中國交通信號控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析及發(fā)展思考[J]. 工業(yè)控制計算機. 2014（04）