道路交叉口信号模糊控制系统设计毕业设计论文1.docx
《道路交叉口信号模糊控制系统设计毕业设计论文1.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《道路交叉口信号模糊控制系统设计毕业设计论文1.docx(55页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、大学本科毕业设计(论文)道路交叉口信号控制系统设计Road Intersection Signal Control System Design道路交叉口信号控制系统设计摘 要城市交通灯信号设计是城市道路交通通畅便利的关键。随着城市的发展,机动车数量的增加,城市的交通运输能力关乎工业发展,市民生活和市容市貌。城市交通系统具有时变性,随机性,复杂性和整体性,模糊控制结合专家的经验知识,可以实时调整控制信号,达到理想的控制效果。本文主要以单交叉路口的车流为研究对象,在相位和车道固定的前提下,以每车道的车辆平均延迟时间为检测标准,以此决定当前相位绿灯时间的模糊规则。车辆平均延误时间是评价交叉路口信号控
2、制的设计水平和车辆通行效率的有效方式。它将交叉路口的通行效率,司机的感受,机动车的耗油量结合起来,反应了信号控制的合理性。本文针对以前设计的各种交通灯信号设计的不足之处,做出了适当改进,使其符合美国通行能力手册标准(HCM)。采用简便明了的设计方法,便于司机接受。将设计效果,理论设计值和实际观测值进行比较,利用MATLAB仿真工具箱进行仿真,检验信号设计效果。仿真结果表明,和实际值相比,设计方案更加有效,接近理论最佳值。本文研究内容分为以下几个部分:第一章绪论,主要是该论文的课题背景,已有成果和本文需要解决的问题;第二章是简单介绍交叉路口术语,模糊控制方法以及计算公式;第三章给出了实际路口交通
3、流量的勘测数据,以及采用HCM中Webster算法的理想定时控制信号设计;第四章主要是使用MATLAB对交叉路口流量采用模糊控制和HCM理想最佳两种方法进行仿真建模,对平均延误时间比较、分析;最后一部分是总结。关键词:模糊控制;延误模型;MATLAB仿真;交叉路口信号- I -道路交叉口信号控制系统设计Road Intersection Signal Control System DesignAbstractUrban traffic light signal design is a key factor concerning the fluency and convenience of ur
4、ban traffic system. As the development of city and the increase of motor vehicles amount, urban traffic transportation ability becomes a crucial issue, which affects urban industry, citizens lives and city appearance. Urban traffic system has changeable, random, complex, and integer features. Fuzzy
5、control combined by experts knowledge can adjust control signal concurrently, achieve an ideal control effect.This paper mainly concerns about single cross traffic flow optimization. With a precondition of fixed phases and lanes, tested by average vehicle delay per lane, a fuzzy algorithm of the cur
6、rent phase green-time can be resolved. The average vehicle delay is an effective way to evaluate the lever of intersection signal control design and motor cars passing efficiency. This parameter combines intersections passing efficiency, drivers feeling, and motor cars oil consumption, shows rationa
7、lity of control signal.To making up the defects of former traffic light designs, this paper improves their plans to let them fit the Highway Capacity Manual standards. It uses a simple and convenient design method, making drivers easy to follow orders. Then it compares actual signal plan, theoretica
8、l design, and fuzzy control plan by MATLAB Simulink toolbox, to test signal design effect. The result shows, compared by recent plan, the new designed plan is more effective, closer to the optimum value.This paper content is divided by several sections: the first section is an Introduction, mainly a
9、bout the background of this paper, recent achievements, and issues to be solved in this paper. The second section brief introduces some traffic terms, fuzzy control methods, and calculates equations. The third section gives actual traffic flow of intersection, uses Webster algorithm to make a better
10、 fixed traffic signal. The fourth section simulates intersections traffic flows using MATLAB Simulink toolbox by two approaches of Webster and fuzzy control, compares average delays and analysis the results. The last section is a conclusion of whole passage.Key Words:Fuzzy Control;Delay Model;MATLAB
11、 Simulation;Crossing Signals- IV -目 录摘 要IAbstractII引 言11绪论21.1研究背景21.2道路通行能力31.2.1美国道路通行能力手册(HCM)31.3模糊控制理论31.3.1模糊控制理论的发展简史31.3.2模糊控制理论的应用范围41.3.3模糊推理过程41.4主要工作42交通控制基本理论62.1交通控制的设计原则62.2信号设计及检测流程72.3交通控制的基本术语和方法72.3.1定时控制92.3.2自适应控制92.4相位设计102.5检测器的设置112.6交通情况检测指标的确立113单交叉口勘测与信号控制效果检验133.1单交叉口交通情况
12、勘测133.1.1道路情况133.1.2车流量调查133.2信号相位观察153.2.1实际配时方案153.2.2相位表示方法153.3Synchro6软件仿真163.3.1调查数据输入173.3.2北山十字路口控制效果检测193.3.3北山十字路口控制信号改进214单交叉路口模糊控制设计244.13相位6车道的信号设计244.1.1模糊控制信号设计流程244.1.2仿真总体结构244.1.3信号相位设计264.1.4绿信比设计274.23相位6车道的定时控制仿真294.2.1Simulink模块搭建294.2.2定时控制延误时间334.33相位6车道的模糊控制仿真374.3.1模糊控制方案设计
13、374.3.2模糊控制规则394.3.3模糊控制Simulink模块414.3.4模糊控制延误时间444.4平均车辆延误比较45结 论47参考文献48附录A MATLAB函数计算程序49致 谢50道路交叉口信号控制系统设计引 言随着经济发展,城市化进程逐渐加快。我国机动车数量不断增加,道路交通量也随之加大,在某些地区已经超出了道路修建的速度。尤其在大城市中,交通拥挤引起交通事故增加,环境污染加剧,影响城市工业发展,物流通畅及市民日常出行。交通便利程度是衡量城市建设的重要因素。交叉路口是城市交通道路系统的枢纽,起到调整流量的重要作用,交叉路口的交通灯信号设计十分重要。目前,国外研制的典型城市交通
14、控制系统有英国的TRANSYT系统和SCOOT系统、澳大利亚的SCATS系统、德国的VRS2100型计算机交通控制系统、日本Kyosan电器制作有限公司的交通控制系统等。部分国外先进城市交通控制系统己经在我国一些城市获得应用,其中SCOOT系统在北京投入使用,SCATS系统在广州和上海投入使用。由于引入国外城市交通控制系统投资很大,且国外城市交通控制系统并不一定适合于我国特有的交通流状况,因此近些年来一些国产化城市交通控制系统孕育而生。国内研制的城市交通控制系统有上海交大的MIC-TC型路口信号控制器、广东三水京安的JK-C3型交通信号控制机、广东安达的AD-TC-D型智能交通灯控制机、西北工
15、大的XATM-V型智能交通信号机等。相比而言,国内城市交通控制系统在可靠性、兼容性、扩展性、灵活性等方面还有待进一步改进完善 1。在传统的控制领域里,控制系统动态模式的精确与否是影响控制优劣的最主要关键,系统动态的信息越详细,则越能达到精确控制的目的。然而对于复杂的系统,采用传统的设计方法会难以描述模型以及各种参数变量。模糊控制不用数值而用语言式的模糊变量来描述系统,模糊控制器不必对被控制对象建立完整的数学模式,而是根据专家建立的经验法则来控制非线性、时变、模型不完全的系统,具有较佳的适应性及强健性、较佳的容错性 2。交叉路口设计分为相位设计和每相位信号时间设计。设计的原则是简便易行,符合实际
16、,讲求效率。计算公式采用了美国道路通行能力手册(HCM)等著作给出的标准计算相应参数。本文在前人对交叉路口信号研究,设计的基础上,针对实际情况做出相应改进,避免以往公式混乱,设计不符合实际的情况。采用模糊控制的方法控制单交叉路口的信号,并且采用车辆平均延误时间的指标检验设计效果,达到了提高通行效率的目的。1 绪论1.1 研究背景随着工业现代化的发展,信息传输速度已经成为提高工作效率的重要需求。对于信息流传递有光纤的架设,对于城际交通有高铁,动车的铺设,对于城市内部交通有地铁和快轨的修建,这些交通方式都极大地减小了人与人之间的距离感。除了采用新技术来减少交通阻碍,城市道路交通也应提高效率,来适应
17、日趋紧张的道路通行率。这样,智能交通网络控制系统应运而生。其中,交叉路口信号控制是调节道路车流量的重要方式。交叉路口车流的主要控制方式是红绿灯,它的历史至今也不过150年。1859年,一位英国的纺织工人想出用灯光颜色控制交通的方法。而美国人带来了红绿灯的主要技术进步,3年内有60余项与交通信号灯有关的专利发明。机动车的信号灯控制和行人穿过街道的信号灯控制结合起来,组成了单个交叉路口的交通控制。对于单交叉口的信号设计,方法上从早期的定时控制 3,4到自适应控制 5,技术上从计算机程序控制 6到图像检测不一而足,控制参数也有车流量,排队长度,道路状况 7等等。将整个区域的交叉路口的交通控制结合起来
18、,形成区域的车流控制,这就是成型的信号控制系统。其中有英国使用的TRANSYT(Traffic Network Study Tool)系统,澳大利亚使用开发的SCATS(Sydney Coordinated Adaptive Traffic System)系统和英国稍后开发的SCOOT(Split-Cycle-Offset Optimization Technique)系统。以上这些系统于二十世纪80年代初引入中国。成都、大连、北京等用SCOOT,该方案是由英国人设计的,对于中国的实际道路情况不尽相符,针对交叉路口的交通灯设计,还要进行改进和研究 8。我国对于信号灯控制方案的设计大多从03年开
19、始,主要处于交通运输,自动化,通信和计算机领域。如文献9采用了考虑混合交通(非机动车和机动车混合)的交叉路口的控制方式,文献10采用了基于模糊神经网络的自适应信号控制方式,文献11中涉及到了相位的设计方法和车流量的优化方案。文献12针对传统模糊控制方案,提出了一种采用遗传算法和模拟退火有效结合的GASA混合算法。本文在这些研究的基础上,结合实际车流量的勘测情况,提出一种采用两级模糊控制的单交叉路口信号控制方案。1.2 道路通行能力道路通行能力是衡量疏导交通流能力的各项指标,它与驾驶员和乘客的满意程度息息相关。它主要包括两方面:一个是通行能力,另一个是服务水平。通行能力又包含了设计通行能力和可能
20、通行能力。在这方面,美国交通研究委员会于1950年出版了道路通行手册(Highway Capacity Manual)第一版 13,是一本系统分析道路通行能力的书。我国于2003年也出版了符合我国道路状况的标准公路通行能力手册 14,公路工程技术标准 15和公路线路设计计划 16。1.2.1 美国道路通行能力手册(HCM)编写道路通行能力手册是为了给交通从业人员和研究人员提供一套统一的评价公路和街道设施服务质量的方法。HCM不是为各种交通设施、系统、区域或环境制定有关期望的或恰当的服务质量的政策,而是对确定交通设施规模,确保从业人员接触到最新研究成果,找出典型问题,提供一套合乎逻辑的分析方法
21、13。全书分为五篇:总论、基本概念、分析方法、交通走廊和区域分析、仿真和其他模型。1.3 模糊控制理论模糊控制理论是模仿人类的思维模式建立的。举例说明:向一个木桶中放水,人需要感受水温的情况,这时候有“冷”“较凉”“较热”“热”等状态,它们没有明确的内涵和外延,这是可以用模糊集合来描述。当水较凉时,会相应放较多的热水;而水较热时,可以放较少的热水。这个输出也没有明确的量化,可以用模糊集合表示。模糊控制就是用计算机模拟人的思维方式。1.3.1 模糊控制理论的发展简史 1965年美国加利福尼亚大学控制学教授卢菲特泽德教授提出模糊逻辑理论。1973年,模糊逻辑被写入论文Outline of a ne
22、w approach to the analysis of complex systems and decision processes(IEEE Trans On Systems, Man and Cybernetics, vol.3 no.1, pp.28-44, Jan. 1973年)。1974年,英国的E. H. Mamdani首先用模糊控制规则构造模糊控制器,应用于锅炉和蒸汽机的控制,标志着模糊控制论的诞生。1.3.2 模糊控制理论的应用范围(1)模糊控制介于自然语言的描述;(2)模糊逻辑可以建立在专家经验的基础上;(3)模糊逻辑容许使用不精确的数据;(4)模糊逻辑在概念上易于理解;
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 道路 交叉口 信号 模糊 控制系统 设计 毕业设计 论文
链接地址:https://www.31doc.com/p-3974074.html