引言

    　傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常是事先經(jīng)過(guò)交通流量的調(diào)查，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)的方法將兩個(gè)方向紅綠燈的延時(shí)預(yù)先設(shè)置好，然后實(shí)際的變化卻是未知的协熙，所以常常出現(xiàn)綠燈方向幾乎沒(méi)有什么車輛，而紅燈方向卻排著長(zhǎng)隊(duì)等候通過(guò)的調(diào)度失控炭庙。本文據(jù)此提出模糊智能交通路口指揮調(diào)度控制系統(tǒng)饲窿。
            
2  交通十字路口傳感器的設(shè)置

    　在十字路口的四個(gè)方向(e、s煤搜、w免绿、n)的近端j(斑馬線附近)和遠(yuǎn)端y(距斑馬線約100米處)各設(shè)置一個(gè)傳感器，分別統(tǒng)計(jì)通過(guò)該處的車輛數(shù)擦盾。如圖1所示嘲驾。

圖1  傳感器的設(shè)置

  　  近端的傳感器用于記錄綠燈期間通過(guò)路口的車輛數(shù)(記為x)；遠(yuǎn)端的傳感器用于記錄紅燈期間進(jìn)入路口排隊(duì)等候的車輛數(shù)(記為y)迹卢。為了簡(jiǎn)化運(yùn)算辽故，可以將兩個(gè)相對(duì)的方向(n與s、w與e)的x腐碱、y值合并為一組誊垢，分別取兩個(gè)方向之最大者。

3  模糊控制器的設(shè)計(jì)

  　  本模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心是模糊控制器的設(shè)計(jì)症见，設(shè)計(jì)模糊控制器主要是求取模糊控制表喂走。

  　  3.1 系統(tǒng)分析

    　確定控制器的輸入變量和輸出變量以及它們的數(shù)值變化范圍。輸入變量為x谋作、y兵故，輸出變量為t。綠燈期間車輛通過(guò)路口的速度不超過(guò)20公里/小時(shí)缩棉，則在15秒時(shí)間內(nèi)通過(guò)的最大車輛數(shù)約為15輛折甸。則x的變化范圍為0～15。當(dāng)遠(yuǎn)端和近端傳感器之間距離約為100米時(shí)颂梆，考慮一般車輛車身長(zhǎng)度連同兩車輛間距平均5米左右闷邑，所以100米內(nèi)可能停留等待的車輛數(shù)最多可達(dá)到100/5=20輛弹梁，于是紅燈方向排隊(duì)等待的車輛數(shù)y變化范圍為0～20。本系統(tǒng)的輸出就是兩個(gè)方向的紅黃綠燈峦拥，還有斑馬線處人行橫道的紅綠燈以及按前進(jìn)方向分得更細(xì)的綠燈相互間關(guān)系及兩個(gè)方向的輸出關(guān)系最終歸結(jié)到對(duì)當(dāng)前綠燈的延時(shí)t动院。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，輸出變量t的變化范圍為15～60急响。

   　 3.2 模糊化方法的選擇與確定

    　為了實(shí)現(xiàn)模糊控制删猿，需要將綠燈時(shí)間分為兩部分：其一是固定的1o秒作為路口車輛狀態(tài)參數(shù)的采集時(shí)間t1；其二是根據(jù)兩個(gè)方向車輛流量變化進(jìn)行模糊決策的延時(shí)t2嘱悄。綠燈期間車輛通過(guò)路口的速度不超過(guò)10m/s，則在10s內(nèi)通過(guò)的最大車輛數(shù)約為l5实愚。以紅綠燈轉(zhuǎn)換瞬間為計(jì)時(shí)起點(diǎn)兼呵，記錄10s內(nèi)通過(guò)的車輛數(shù)作為變量x的論域，取(0-15)腊敲，并將它分為三個(gè)模糊子集：少击喂、中等、多碰辅。其從屬函數(shù)設(shè)計(jì)如圖2所示懂昂。

圖2  綠燈期間通過(guò)路口車輛數(shù)(x)從屬函數(shù)設(shè)計(jì)

  　  紅燈期間排隊(duì)等候車輛數(shù)(y)的模糊化， 輸出量模糊分類都采用三角形屬函數(shù)的設(shè)計(jì)没宾。

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   　 3.3 模糊規(guī)則的設(shè)計(jì)

  　  當(dāng)兩個(gè)方向的狀態(tài)處于同一量級(jí)時(shí)凌彬，如同為多，或同為中等循衰，或同為少時(shí)铲敛，綠燈的延時(shí)t2均取“短”，如表1所示,其目的是保證雙方流量相差不多的情況下会钝，盡快地均衡疏散伐蒋。
 

    
  表1  模糊規(guī)則表

   　 3.4 模糊推理算法與解模糊

   　 從模糊規(guī)則得到的結(jié)果仍然是模糊量，還要經(jīng)過(guò)模糊推理算法還原為精確量才能輸出狞吏。本設(shè)計(jì)采用當(dāng)今模糊控制算法的主流算法—簡(jiǎn)易模糊推理算法曲苛。對(duì)于每個(gè)確定的輸入x和y值對(duì)應(yīng)不同的模糊子集，具有不同的從屬度仁沃。由此而激活的多條模糊規(guī)則以取小的策略求出各輸出于模糊集的從屬度岖习，然后再采用重心法(加權(quán)平均法)解模糊，求出t2的精確值：

   　 式中：μi為確定的x奇茫、y輸入值所對(duì)應(yīng)的不同模糊子集的從屬度孙泵；ti為輸出各模糊子集所對(duì)應(yīng)的重心值。

4  系統(tǒng)設(shè)計(jì)

 　   4.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

    　模糊控制器采用三菱的fx2n型plc上绅，通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)交通調(diào)度過(guò)程控制崇审。圖3所示的模糊控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及a/d轉(zhuǎn)換由模擬量輸入模塊fx2n-2ad完成靠鸦，d/a轉(zhuǎn)換由模擬量輸出模塊fx2n-2da完成。

圖3  plc實(shí)現(xiàn)模糊控制的硬件連接

    　其中y10-y12是東西方向紅綠燈的控制線路,y13-y15則是南北方向的控制線路,yo-y7則是控制7段顯示器的控制線路任汪。

   　 4.2 軟件設(shè)計(jì)

   　 plc編程能力強(qiáng)苔巍，可以將模糊化.模糊決策和解模糊方便地用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，基于交叉路口車輛等待長(zhǎng)度的變周期交通模糊控制器模糊判決子程序的算法流程如圖4所示枷窿。

   　 首先分別讀入紅綠燈方向檢測(cè)區(qū)中各檢測(cè)器顯示值,計(jì)算最大車輛數(shù)x和y然后將x和y分別乘以量化因子,求得相應(yīng)論域元素表征的查找控制表所需的x和y,并根據(jù)表4模糊控制規(guī)則表查得輸出控制量的論域值t最后將其代入公式15+ki×t, 可計(jì)算出實(shí)際換向后綠燈的時(shí)間長(zhǎng)度t避归。

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5  運(yùn)行測(cè)試及結(jié)果分析

   　 本文設(shè)計(jì)的基于plc的模糊交通控制系統(tǒng)，在某路口經(jīng)過(guò)了試運(yùn)行并現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試管呵，并與傳統(tǒng)的定時(shí)控制方法進(jìn)行了比較(見(jiàn)表2所示)梳毙，比較結(jié)果表明：在交通流較小或接近定時(shí)配時(shí)的預(yù)期量時(shí),模糊控制與定時(shí)控制方法并無(wú)太大差別,而當(dāng)交通量逐漸增大時(shí),本系統(tǒng)的模糊控制的優(yōu)勢(shì)就明顯起來(lái),可以有效地減少延誤車隊(duì)長(zhǎng)和車輛平均延誤時(shí)間，其中南北方向和東西方向的平均延誤分別較定時(shí)控制的減少6.74%和5.32%捐下。

表2  模糊控制與定時(shí)控制方案效果比較對(duì)照表

6  結(jié)束語(yǔ)

  　  理論與實(shí)踐證實(shí)账锹，應(yīng)用可編程控制器plc對(duì)十字路口交通信號(hào)燈進(jìn)行模糊控制,其控制效果要比定周期方法的控制效果明顯，尤其適用在車輛信息量比較大的交叉路口坷襟。由于使用plc作為本系統(tǒng)控制器的核心奸柬，系統(tǒng)編程簡(jiǎn)單。操作方便婴程，具有較好的應(yīng)用推廣價(jià)值廓奕，適合目前我國(guó)交通控制與管理的現(xiàn)狀。

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