交通路口紅綠燈智能模糊控制方法研究

朱曉航，胡佳琳

1.河海大學文天學院，安徽馬鞍山 243031

2.中南財經政法大學統計與數學學院，湖北武漢 430073

城市交通信號燈管理大部分采用定時控制方案，這種方法對于流量變化大的路口往往會增加車輛等待時間，使得路面通行效率下降[1]。本文以十字路口交通流量與紅綠燈信號控制為例，用智能模糊控制方法設計一個交通流量與信號模糊控制器，通過減少路口平均排隊等待時間來提高車輛通行效率。

1 交通路口與信號燈控制

城市交通用紅綠燈控制各方向車輛通行，當東西方向綠燈通行時，南北方向車輛禁行，反之，則東西方向禁行，南北方向通行。通行間隔時間根據流量大小來調整，即南北方向先通行m 秒，間隔幾秒后再東西方向通行n 秒。m、n 值可大可小，可同也可不同，完全根據兩個方向流量而定。這種方法具有簡單、實用特點，只要m、n 時間選擇適當，就能使車輛通行達到比較高的效率。

2 信號燈控制及存在問題

目前各國紛紛研究智能交通系統(ITS)，如日本AHS 和ASV 組成的智能誘導系統、美國洛杉磯市的自動交通檢測和控制中心(AXSAC)、新加坡的優化交通信號系統(GLIDE)等[2]，最終都是通過選擇合適m、n 值實現路口優化控制。

我國大城市交通流量波動越來越大，采用固定m、n 值控制方式已不能適應交通變化要求，比較合理的方式是根據交通流量變化調整m、n 值，使得紅綠燈控制更加合理有效。

最有效調整m、n 值方式，是將交通監測、控制和信息處理技術結合，組成類似飛機起降管理的智能交通管理系統，根據整個交通網絡車流量變化實時調整m、n 值。這涉及到城市交通流量全面檢測、控制等技術，目前實現起來還有很多經濟和技術方面困難。本文基于智能模糊控制理論，提出一種智能化m、n 值選取方法，解決交通流量大幅度變化條件下的路口交通信號燈控制問題。

3 智能模糊控制理論與應用

基于模糊控制的路口車流量控制器，其控制依據是各方向車流向量K，控制手段是紅綠燈開閉時間m、n 值，控制目的是減少車輛平均等待時間d 。在模糊控制器中，各方向車流向量K 值經模糊化處理，依據模糊控制規則庫進行模糊推理，產生模糊控制量，再經逆模糊化，產生紅綠燈開閉時間m、n 值。但精確檢測車流量K 需要一套復雜的車輛識別系統，在現有條件下，我們依靠布置和埋設車輛感應器方法，探測車流向量K。

模糊控制基本方法如圖1 所示。

圖1 模糊控制結構圖

圖2 十字路口及感應器示意圖

4 智能模糊控制器設計

路口交通信號燈及道路情況如圖2 所示，以此設置如下模糊控制器。

4.1 模糊變量選擇與設置

在每車道等待線前和其后80 米處埋設車輛感應器，通過計算兩感應器感應車輛值差，近似獲得這段車道上目前擁有的車輛數和車流量。m、n 值由四個方向流量感應值K 確定，流量K 由感應器統計東西和南北方向各個等待區內保持的車輛，分別用DX 和NB 表示，流量大小及綠燈時間用模糊變量表達。

表1 車流量模糊區間表達方法

4.2 模糊控制規則庫設計

東西和南北方向交互通行時間m、n 值由模糊變量K值確定。根據交通控制經驗，以及實際實驗獲得的數據，建立如表2 的模糊控制規則庫。

表2 模糊控制規則表

其中，mVSnVL 表示m 取非常小（20 秒），n 取非常大（150 秒）。

4.3 評價方法

本文引用車輛等待延誤一般評價公式[3]，并針對本方法簡化改進來。

5 實驗結論與展望

我們應用收集的六個時間段交通流量數據，采用固定時間和智能模糊控制兩種方法做仿真比較，六組數據平均通行等待時間對比結果如下表所示。

表3 模糊控制與定時控制等待時間

模糊控制較定時控制方法能夠平均減少8.5%的車輛等待時間，顯然采用智能模糊控制方法能夠提高交通路口的通行效率。

[1]張曾科.模糊數學在自動化技術中的應用[M].北京：清華大學出版社，1997.

[2]尹宏賓，徐建閩.道路交通控制技術[M].廣州：華南理工大學出版社，2000.

[3]朱銘琳，陳陽舟.單交叉路口信號的動態模糊控制[J].交通與計算機，2005，23(3):7-10.