基于模糊控制的十字路口交通燈智能系統

李繼鋒

【摘要】利用模糊控制算法對十二相位三車道單交叉路口的交通燈進行控制，可以依據實時交通流量靈活運行.先通過傳感器得到各車道的車輛數，規定車輛數最多那個相位的通行優先級最高.當從上一個相位轉入下一個相位時，就轉入優先級最高的那個相位.通過模糊規則，即對當前等待隊列長與通行隊列長以模糊推理，得到最佳的綠燈延時時間.仿真結果表明，模糊控制方法在車輛延誤時間上較之感應定時控制方法大為改善.

【關鍵詞】十二相位；交通燈；單交叉路口；模糊控制；仿真

【中圖分類號】TP13

一、引言

由于城市汽車數量飛速飆升，道路擁擠問題日益突出，而路口是最易發生擁堵的路段，常出現路口某方向車輛排起百米長龍而無法通過，另外某方向的等候車輛卻寥寥無幾的情況.提高十字路口的通行效率，對緩解交通阻塞具有重要的現實意義.目前城市十字路口交通燈的控制普遍采用固定轉換時間間隔的控制方法.在城市交通中，單路口交通控制通常采用定時控制方案，即根據交通流量的歷史統計數據，預先人為分配好南北向與東西向的紅綠燈的保持時間.其目的首先是協調好車輛的通行，其次是要盡量減少車輛的延誤.但是根據實際的觀察結果顯示，大多數交通路口東西南北方向的車流量并不平衡，交通流量也有低峰和高峰的區別，其結果常使路口形成忙閑極端，使整體延時增加.城市交通系統復雜、多變，使得傳統建立精確模型的控制方法達不到良好的控制效果.模糊控制不需要建立被控對象精確的數學模型，特別適用于隨機的、復雜的城市交通控制，本文基于我國交通現狀，根據十字路口停車道通行（等待）的車隊長度，采用模糊控制，通過計算機仿真，建立擬人化的多相位信號燈智能控制，并與感應定時控制進行比較，建立了更有效的控制系統.

二、交通燈控制系統分析

1交叉口車輛傳感器的設計

如圖1 所示，單交叉路口交通流在東西南北四個方向上均有左行、直行、右行三個車道車流.由于交口路口有天橋的存在或人行道設在離路口較遠處，右行車輛不與其他車輛發生沖突，故對于右行車輛沒有信號燈控制.在每個方向直行與左行車道上相距150米設置兩個感應線圈檢測器，兩個檢測器之間為車輛檢測區.單個車道上，交叉口遠端的檢測器對進入檢測區的車輛進行加計數，近端的檢測器對駛離檢測區的車輛進行減計數，由此可以記錄各方向單車道隊列長度.

從圖5中可以看出，不管車的輸入流大于輸出流，還是輸入流小于輸出流，在模糊控制下等待車輛數都小于感應定時控制下等待車輛數.車輛延誤時間的計算，由于車進入檢測區是實時動態的，很難精確的計算每輛車的延誤，所以只能計算平均每輛車的延誤時間，每個相位等待隊列的車輛數按一半來計算再乘以綠燈亮的時間作為該相位車的延誤時間.總的延誤時間除以總的等待車輛數即為平均每輛車的延誤時間.通過仿真得出感應定時控制的每輛車的延誤時間為10秒，而模糊控制的每輛車的延誤時間約為9秒.

五、結束語

運用以上方法所構建的交通燈信號延時模糊控制器對于實際的交叉路口交通控制是可行的.該方案是一種較好的交通燈智能控制方案，而且本方案不受地域限制，具有普遍的實用性.

不論是交通的高峰還是低峰，模糊控制的準確性和智能的優勢在交叉路口交通現狀較為復雜時得以充分體現，且在同一相位中不同方向車流量嚴重不均衡的情況下，不會使其他各相位車輛的等待時間延長，不會造成平均車輛延誤時間增大，這是本方案的優點.但本文模糊控制中的模糊變量的劃分和模糊控制規則都是根據專家經驗及其調試總結出來的，有待完善.

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