基于模糊逻辑的交通灯自适应控制算法的研究

论文总字数：14980字

目 录

摘要 - 1 -

第1章 绪论 - 3 -

1.1 交通信号控制理论的研究背景 - 3 -

1.2 交通控制的研究意义 - 3 -

1.3 交通信号灯控制的研究内容和组织结构 - 4 -

第2章 交通控制的理论基础 - 5 -

2.1 交通控制的分类方式 - 5 -

2.2 信号控制和交通流的基本参数 - 6 -

2.3 交通信号控制评价指标 - 7 -

第3章 道路交通模糊控制器 - 8 -

3.1 模糊控制理论概述 - 8 -

3.2 模糊控制器的设计 - 8 -

3.2.1 交叉口布局和相位设置 - 9 -

3.2.2 模糊控制器的组成 - 10 -

3.2.2.1 输入输出变量 - 10 -

3.2.2.2 隶属度函数 - 11 -

3.2.2.3 模糊规则 - 11 -

3.2.2.4 模糊决策 - 12 -

3.2.2.5 模糊控制表 - 12 -

3.3 模糊控制MATLAB中的仿真 - 12 -

第4章 遗传算法控制交通灯 - 14 -

4.1 遗传算法的实现流程 - 14 -

4.1.1 遗传算法的基本概念 - 14 -

4.1.2 遗传算法的优化步骤 - 14 -

4.2 仿真的参数选择 - 15 -

4.3 仿真结果 - 16 -

第5章 结论与展望 - 18 -

参考文献 - 19 -

致谢 - 20 -

基于模糊逻辑的交通灯自适应控制算法的研究

李容月

，China

Abstract

In today's society of rapid social and economic development,the degree of modernization of the city is constantly improving,the rapid growth in the number of cars has led to an increasing demand for road traffic.And the traffic lights,as the main control of urban road junctions,the original timing control or sub-time control mode is clearly difficult to meet the current needs.In recent years.So the road traffic control has become a research hotspot.

In recent years,computer technology and traffic management knowledge continue to develop, road traffic control means from the most primitive manual control to move closer to the intelligent control.As a time-varying complex system, the traffic system can not establish accurate mathematical model in practical application. Therefore, the fuzzy control of this method can play an important role began to show up. Especially in the adaptive control of traffic lights, the advantages of fuzzy control much more than any previous method used.

This article focuses on the most common plane crossroads on urban roads. First choose a commonly used lane combination, and then determine the four phases, real-time observation of the traffic on the various lanes of the situation, and then through the fuzzy control of its management control. And then,the genetic algorithm is used to adjust the membership function of the research parameters in real time. This allows the system to have the ability to self-learning, with the traffic flow changes, follow the human brain thinking, according to the control of their own real-time correction. This algorithm can greatly reduce the waiting time for vehicle travel, and improve the efficiency of urban road traffic.

Key Word:Traffic signal;Fuzzy control;MATLAB;Genetic Algorithm;Optimization

第1章 绪论

1.1 交通信号控制理论的研究背景

在经济发展较为落后的念叨，道路上通常采用手势信号对交通状况进行控制。然而随着机动车的普及，手势信号使用占用越来越多的人力物力，已经无法和日渐复杂的交通状况相匹配。于是交通信号灯开始出现在人们视线。

如今大多数道路上所采用的交通信号灯的始祖出现在1858年的英国。那时候的英国车马错行，与现在社会的人车混行状况十分相似。为了改善道路情况，研究者们创造了交通灯这个工具。当时的交通信号灯只有红和蓝两种颜色。它的出现为人类打开了道路交通规划控制的大门。

又过了十年左右，信号灯才从原来红色和蓝色变成了红色和绿色。

通过电气启动的交通灯出现在1914年的美国，同样的，它只有红灯和绿灯。

到了1926年的时候，一种新型的现代交通信号控制器在英国出现了。这种信号灯具有智能化的功能，它开启了研究者的新视野。

1930年，美国出现了一种联动式的信号系统，它将相邻的交叉路口作为一个整体，通过人工控制的方式对这一组临近的交叉路口进行集中管理。现如今使用的协调控制系统就是从这里演化而来。

到了六十年代，加拿大在交通灯智能化协调控制方面的成就初见端倪。新建立的系统首次选择了计算机控制，为之后的道路交通控制技术研究指明了新方向。

到八十年代初，区域交通控制系统已经在世界上将近250个城市中得到使用。随着城市化的演进，城市范围的不断扩大，通过区域集中控制对城市道路进行管理是未来的趋势。

现如今，有三个系统在世界各个国家中被广泛使用。它们分别是：

（1）英国的TRANSYT系统

全称Traffic Network Study Tool，又被称为交通网络研究工具。它采用了定时式的脱机操作，并且把系统分成两个部分，一个是仿真模型，一个是优化。这种交通信号控制系统采用的是静态模式，通过爬山法对研究对象进行优化，从而得到局部最优解。

（2）澳大利亚的SCATS系统

全称Sydney Coordinated Adaptive Traffic System，也被称为悉尼自适应交通控制系统。它是由澳大利亚某州的道路交通局研究开发的，采用三级协调分布式控制结构。

（3）英国的SCOOT系统

全称Split Cycle Offset Optimizing Technique，又被称为绿信比、周期、相位差优化技术。它的建立基于TRANSYT之上，属于一种实时自适应交通控制系统。它可以根据检测得到的实时数据计算出想要得到的结果，然后根据这些计算出的数据提前预测交通状况。

这些系统的实用性已经在一部分发达国家得到认可，而近年我国也逐步开始了对智能交通控制系统的研究。

1.2 交通控制的研究意义

随着城市现代化进程的加快，导致道路交通需求日渐提高。但由于历史原因以及技术的局限性，我国的多数城市的道路交通都呈现出不堪重负的状态。目前我国大多数城市道路结构不合理，还处在简单的平面交通这种状态。路网结构混乱，主次干道比例失调，人车混行，同时交通出行结构失衡，公共交通和私人交通各种出行方式间比例不合理，而基础建筑布局杂乱，道路交通安排没有章法，交通管理水平低，因此，交通运行效率与国外发达城市相比较为低下。

一座城市的道路格局构成了一张交错复杂的交通网，而交叉口就是这张交通网中最基本也是最重要的枢纽。在交叉口的控制中，信号灯扮演着不可或缺的角色，而系统的优劣也将对交叉口的管理控制起到直接的影响作用。交通信号灯必须达到稳定、可靠、配时方案合理的目标，才能使行驶的车辆的减少延误时间，从而保障城市道路交通达到最大畅通。针对一些路口的交通占有率不足，信号灯配时不合理的问题，我们需要采取有效的方式来改善当前局面。

到目前为止，我国的大部分城市在交通灯的管控方面还使用着古老的定时控制方式，这与日益增长的交通工具数量非常不匹配。还有一部分城市针对白天和夜间的车流量变化，设置了一种分时段的控制方式，虽然比起定时控制有所改善，但仍然不能满足现在的交通需求。因此，智能化的管控技术成为目前发展的大趋势。

然而作为一个时变的复杂系统，交通系统至今还无法建立准确且固定的数学模型。而传统的道路交通信号灯控制方式又存在着指挥效率较低和灵活性差的问题，显然已经不能满足当前的道路交通需求。为了解决该问题，研究人员在控制系统方向做出了深入的探讨和研究。

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