基于模糊控制技术的智能交通设计

【摘要】随着高速发展的信息技术和世界经济，交通运输在经济和社会发展的作用越来越重要，不断推动着基础经济的可持续稳定发展。因此，在不改变现有交通控制手段的前提下，如何使交通得以更好地应用，已成为相关学科当前研究的重点热点之一。随着美国和欧洲的许多国家巨额经费与科研力量的投入，一系列相对稳定的交通控制系统不断被开发出来。这些基于现有路灯智能控制技术基础之上的研究成果，具有相对很高的系统可靠性，这些流量控制系统在国外交通应用中经过了长期的实践测试，技术已然非常成熟，然而结合我们国家的具体的实践应用，也表现出一些不足之处：（1）由于我们国家交通现状的混合性，不能理想地发挥实际控制效果;（2）系统的初次投资成本太高，使得很多城市和地区无法安装；（3）后续应用时的维护成本投入太大，使得一部分已经安装了系统设备的城市和地区也不能及时地进行系统维护。因此，根据我国的交通运输国情，建立一套高效节能的交通控制系统已成为当前研究的重点。本文研究目的是光电传感器矩阵系统检测东西方向和南北方向车流量的大小，同时单片机会根据历史预存数据和目前检测到的车流量数据进行对比，通过模糊控制规则建立好的信号灯动态模型从而获得最佳周期长度和有效绿灯时间，然后采用模糊算法对信号灯配时方案进行实时的动态优化调整，在保证交通安全同时最大限度地提高交通交替运行的顺畅度，从而实现对十字路口的智能控制。主要研究工作如下：1、根据智能交通系统的需求，选取PIC18F452单片机作为系统的硬件平台的主控芯片，分析并比较了目前检测车流量方式的优缺点，选取了E3F-DS10C4光电传感器对车流量进行检测，并据此搭建系统的硬件模型电路以及硬件部分的总体设计方案。2、重点分析并论述了单交叉路口交通信号灯控制（点控制）模型的实时配时算法。根据车流量监测系统得到的交通流分布规律，设计出流量序列生成算法来控制交通流；通过建立信号灯动态模型从而获得最佳周期长度和有效绿灯时间，然后采用模糊控制算法对信号灯配时方案进行实时的动态优化调整，并建立基于排队车辆模型对模糊控制算法进行评价。3、车流量的正确检测是本系统的重点，研究对动态车流量采集的方法，选取适合本系统的车流量处理技术，分析了目前车流量采集在已有的智能交通系统中的不足，提出来改进方法。分析了影响本系统车流量采集的环境因素，如现场施工、车辆通行、电磁波干扰等。4、设计开发出本智能交通系统的应用软件，在PIC单片机专用开发环境MPLAB下，通过编译器PIC2进行在线调试后并下载到硬件平台，结合硬件仿真模型进行了系统联合调试工作。同时进行了系统功能测试，主要包括AT24C02存储功能的测试，MAX487通信功能测试和模糊控制配时测试。由于采用了PIC单片机作为系统的控制器，大大提高了系统的稳定性与运行的可靠性，同时极大地方便了系统的调试和后续的维护。光电传感器的应用，使该系统在车流量的检测方面性能大大提高；跟随环境变量动态调整的信号灯显示时间，有效规避信号灯固定显示时间带来的低效率，使之服务的交通通行更加畅通；单片机外部中断的引入，对突发情况（如救护车辆，消防车辆等）的应急处理提供了最佳的解决方案。为了实现更好的警示效果，本设计选用大型号的信号指示要作为本系统中的交通信号灯，本系统采用常用型号的传感器，方便之后的量产应用，同时能大大降低后续的维护成本。本系统在今后伴随道路的发展情况可以做更进一步的完善与扩展（比如增加摄像机交通监控的控制、车辆转弯的交通灯的控制以及车辆闯红灯警告系统的控制等等），用来满足更加苛刻的应用要求。作为智能交通管理系统的一个重要子系统，智能交通灯控制系统在减少交通事故发生，提高道路通行效率，缩短车辆的路口通过时间等许多方面，都具有非常大的实用效果和现实意义。同时结合当今最热门的物联网技术，依靠强大的物联网网络资源，智能交通系统必将获得长足的发展。该项研究进行推广和试用，这将直接间的为我国国民经济做出不可估量的贡献，因此具有极大的潜在应用前景。
【作者】赵玲玲；
【导师】包晓安；
【作者基本信息】浙江理工大学，计算机应用技术，2014，硕士
【关键词】模糊控制；单片机；光电传感器；算法；智能交通；

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