淺談模糊控制理論在高速公路智能化的應用

王少武等

【摘要】 伴隨著我國經濟快速發展，我國高速公路里程大幅度增加，同時大量的交通事故及交通擁堵也日趨嚴重。高速公路智能化是將原來單一的設備采集信息變為不同類型設備采集的信息進行有效地融合和挖掘。本文集中討論如何將模糊控制理論應用到高速公路智能化中。

【關鍵詞】 高速公路 智能化 模糊控制理論

一、引言

我國第一條高速公路自從1988年建設以來，高速公路的建設速度快速發展[1]。截止2013年底，我國高速公路總里程已達10.4萬公里，總里程位居世界第一，導致道路交通事故死亡人數也是世界上最多的國家之一。為了使高速公路更加安全，充分體現高速公路“安全、高效、高速、舒適”的優點，我國高速公路運營管理單位加大對高速公路智能化和信息化的建設步伐。

二、模糊控制理論的發展

2.1 模糊控制概述

模糊控制實質上是一種非線性控制，從屬于智能控制的范疇。模糊控制的一大特點是既有系統化的理論，又有大量的實際應用背景。模糊控制的發展最初在西方遇到了較大的阻力；然而在東方尤其是日本，得到了迅速而廣泛的推廣應用。近20多年來，模糊控制不論在理論上還是技術上都有了長足的進步，成為自動控制領域一個非常活躍而又碩果累累的分支。其典型應用涉及生產和生活的許多方面，例如在家用電器設備中有模糊洗衣機、空調、微波爐、吸塵器、照相機和攝錄機等；在工業控制領域中有水凈化處理、發酵過程、化學反應釜、水泥窯爐等；在專用系統和其它方面有地鐵靠站停車、汽車駕駛、電梯、自動扶梯、蒸汽引擎以及機器人的模糊控制[3]。

2.2 模糊控制原理

1、專家的經驗和知識。模糊控制也稱為控制系統中的專家系統，專家的經驗和知識在其設計上有余力的線索。人類在日常生活常中判斷事情，使用語言定性分析多于數值定量分析；而模糊控制規則提供了一個描述人類的行為及決策分析的自然架構；專家的知識通常可用if….then的型式來表述。藉由詢問經驗豐富的專家，獲得系統的知識，并將知識改為if….then的型式，如此便可構成模糊控制規則。除此之外，為了獲得最佳的系統性能，常還需要多次使用試誤法，以修正模糊控制規則。

2、操作員的操作模式。現在流行的專家系統，其想法只考慮知識的獲得。專家可以巧妙地操作復雜的控制對象，但要將專家的訣竅加以邏輯化并不容易，這就需要在控制上考慮技巧的獲得。許多工業系統無法以一般的控制理論做正確的控制，但是熟練的操作人員在沒有數學模式下，卻能夠成功地控制這些系統：這啟發我們記錄操作員的操作模式，并將其整理為if….then的型式，可構成一組控制規則。

三、高速公路智能化模糊控制模型

監控指利用設置在外場的監視設備，對道路的路況、天氣、車流量等參數進行實時測量和監視，利用通信系統將實時高速公路交通信息傳送到監控中心。同時依據外場設備監測所得到的各種數據，并依據外場監控方式對數據進行分析、判讀和決策，將最終的數據統計結果發送及時信息，實現控制高速公路上的交通流量、改善交通環境、減少事故發生率。

四、前景應用

模糊控制算法在國內外高速公路智能化中廣泛研究，本人參與某項目中充分利用高速公路的設備，并結合高速公路路段的情形，合理制定出一套基于模糊控制算法技術的解決方案。為了快速得到路況異常信息，我們使用模糊控制算法對采集信息進行智能研判，得到相應的路況信息分析結果。為了保證路況信息準確性，當分析結果為異常信息時，指揮中心軟件平臺系統立刻報警并提供異常信息對應的高速公路應急預處理方案，交通管理工作人員第一時間根據指揮中心軟件平臺提供的異常信息及對應的高速公路應急預處理方案作出相應的路況信息發布。

五、結論

目前我國實施的模糊控制技術，大都是比較簡單方法直接控制路面情況。雖然由于我國高速公路模糊控制系統硬件設備的配置較為齊全，但由于控制的落后，依舊同發達國家有一定的差距。由于我國高速公路基礎硬件設施比較齊全，充分利用模糊算法對這些基礎設備進行控制以解決高速公路異常情況。在以后對我國高速公路進行開發、運用時要從我國的實際情況出發，根據其特點，結合先進的控制方法和監控系統，來提高我國的高速公路監控中模糊控制技術的運用。

參 考 文 獻

[1] 胡寶清.模糊理論基礎：武漢大學出版社，2010年6月1日

[2] L A Zadeh Fuzzy Sets in Information and Control.1965，8：338～353

[3] E H Mamdani ，Applications of Fuzzy Algorithms for Control of Simple Dynamic Plant，Proc IEE，1974，121：1585～1588.

[4] 章衛國等.模糊控制理論與應用[M].西安：西安工業大學出版社，2000.