智能交通信號控制系統的設計與研究

何興昱

摘 要：伴隨社會經濟發展速度的不斷加快，交通運輸在國民經濟發展中的作用也愈加顯著，進而人們對交通系統控制的關注程度越來越高。在交通擁擠問題有效緩解中，其最具經濟價值的方式就是通過先進技術開發的智能交通系統，其能夠對交通網絡運行效率全面提升，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律進行先進交通信號控制方案地設計，對實現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的工作原理、相關設計進行了分析與探究。

關鍵詞：智能交通信號控制系統；設計

1 交通信號控制系統的工作原理

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變，在確保安全的基礎上盡量提高通行車數量。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。

干道交通信號協調控制系統是我們所說的線控制，是指將重要干道內相近的若干交通信號實施聯動，保證干線內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。

面控是指區域交通信號控制系統，其協調控制對象以區域內全部信號交叉口為主。中心控制室內的控制機能夠對整個區域內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，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、降低排隊延誤時間的重要因素

2 智能交通信號控制系統設計

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，進而控制交通。因四個相位8個方向車流到達率的影響，此系統系統變量較多。由此可見，該路口屬于多變量模糊控制系統。系統變量個數指數函數被認為是模糊控制規則的條數，如具有較大系統變量個數，基于規則的常規模糊控制器構建難度較大。為此，需選取多級模糊控制結構。本文案例內的路口所有路進口位置都有2個車輛信號檢測器的安設，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加以持續。在綠燈向紅燈轉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，相應時間段內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構，對重點車流加以確定。且將模糊控制應用到重點車流車輛達到情況內，也就是通行權相位綠燈延長時間初值e秒可通過模糊化、模糊控制規則等一系列流程加以確定。同時，也可將模糊控制應用于非重點車流車輛到達情況內，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之和，具體控制系統結構如圖1所示。

2、路口交通信號模糊控制器設計

根據以上分析，一級、二級模糊控制器為本文研究重點，在設計中其都由三方面構成。

（1）一級模糊控制器設計

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、到達車輛數；而只有一個E為模糊輸出量，是指綠燈延長時間。總模糊關系公式為：

R=R1UR2UR3UR4UR5

（2）二級模糊控制器設計

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相位的等候車輛數，由于存有3個沒有通行權相位的非重點車流，可根據所有方向車流量的實際情況實施加權歸總。Qe是指在綠燈延長時間e秒后具備通行權相位的重點車流沒有行使通過的車輛數。△e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可通過二級模糊控制器輸入，利用模糊控制規則，能夠獲取相應的模糊控制策略，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、控制系統硬件（交通信號輸出板電路）設計

本文以智能交通信號控制機為例分析，在控制系統內硬件設計極為重要，其主要構成部分為主板、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計，在交叉口交通信號控制環節，需根據具體情況，設置信號燈的總量，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形式，交通信號輸出板才能夠接收主板控制信息，實現分離數據的功能，同時向所有固態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。交通信號輸出板內板選信號為ECSO，交通信號控制執行信號則由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，則會呈現出現階段的狀態，其改變只會出現于輸出板得到下一步控制信號之后。選取此種方法，能夠確保其連續性，降低浪費系統資源現象。

4、系統軟件設計

選用結構化與模塊化作為本文智能交通信號控制系統軟件設計的主要方式，也就是把系統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，才能明確軟件結構。在模糊控制模塊設計中，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 結束語

綜上所述，在科學技術水平迅速發展的今天，智能交通信號控制系統設計也愈加規范化、科學化，為更好地緩解交通擁堵問題，減少排隊延誤時間，相關部門必須重視設計的合理性，完善智能交通信號控制系統，全面推動交通事業發展。

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