何興昱

摘 要：伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的不斷加快，交通運(yùn)輸在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用也愈加顯著，進(jìn)而人們對交通系統(tǒng)控制的關(guān)注程度越來越高。在交通擁擠問題有效緩解中，其最具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的方式就是通過先進(jìn)技術(shù)開發(fā)的智能交通系統(tǒng)，其能夠?qū)煌ňW(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率全面提升，特別是在交通信號(hào)控制中，如何通過路口交通流特點(diǎn)與排隊(duì)延誤規(guī)律進(jìn)行先進(jìn)交通信號(hào)控制方案地設(shè)計(jì)，對實(shí)現(xiàn)路口控制高效化極為重要。為此，本文主要對交通信號(hào)控制系統(tǒng)的工作原理、相關(guān)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析與探究。

關(guān)鍵詞：智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

1 交通信號(hào)控制系統(tǒng)的工作原理

點(diǎn)、線、面控為道路交通控制的主要類型，點(diǎn)控制是指單點(diǎn)交叉口交通信息控制，其控制對象為單個(gè)交叉口，利用指示燈顏色地轉(zhuǎn)變，在確保安全的基礎(chǔ)上盡量提高通行車數(shù)量。其最根本的形式為交通信號(hào)控制。一般可將定周期控制、模糊邏輯式信號(hào)控制等歸納到點(diǎn)控制內(nèi)。

干道交通信號(hào)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是我們所說的線控制，是指將重要干道內(nèi)相近的若干交通信號(hào)實(shí)施聯(lián)動(dòng)，保證干線內(nèi)交叉口所有信息控制器的周期一致，有效錯(cuò)開綠燈開始時(shí)間，進(jìn)而確保行駛于干線的車輛紅燈相遇量大大減少，達(dá)到延誤時(shí)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(qū)域交通信號(hào)控制系統(tǒng)，其協(xié)調(diào)控制對象以區(qū)域內(nèi)全部信號(hào)交叉口為主。中心控制室內(nèi)的控制機(jī)能夠?qū)φ麄€(gè)區(qū)域內(nèi)所有被控制的交通信號(hào)進(jìn)行集中管控，進(jìn)而對道路通行效率大大提升，實(shí)現(xiàn)公路行駛安全、高效的目的。以上3種控制方式，都與信號(hào)周期、綠信比及相位差息息相關(guān)，但點(diǎn)控與其他2類相比，僅需對信號(hào)周期、綠信比進(jìn)行控制。在交通信號(hào)控制中，要求必須嚴(yán)格遵循相應(yīng)控制程序，在交叉路口的各個(gè)方向利用三色指示燈，對交通流加以指揮，且于時(shí)間方面進(jìn)行隔離。在具有一定交叉路口幾何特性的基礎(chǔ)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(hào)配時(shí)，這也是決定停車次數(shù)、降低排隊(duì)延誤時(shí)間的重要因素

2 智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、案例分析

某路口選取四相位18步伐作為其交通信號(hào)控制系統(tǒng)，進(jìn)而控制交通。因四個(gè)相位8個(gè)方向車流到達(dá)率的影響，此系統(tǒng)系統(tǒng)變量較多。由此可見，該路口屬于多變量模糊控制系統(tǒng)。系統(tǒng)變量個(gè)數(shù)指數(shù)函數(shù)被認(rèn)為是模糊控制規(guī)則的條數(shù)，如具有較大系統(tǒng)變量個(gè)數(shù)，基于規(guī)則的常規(guī)模糊控制器構(gòu)建難度較大。為此，需選取多級(jí)模糊控制結(jié)構(gòu)。本文案例內(nèi)的路口所有路進(jìn)口位置都有2個(gè)車輛信號(hào)檢測器的安設(shè)，以此對各個(gè)方面車輛到達(dá)信息進(jìn)行全部檢測，并將此信息在整個(gè)周期內(nèi)加以持續(xù)。在綠燈向紅燈轉(zhuǎn)變過程中存在另一顏色的燈—黃燈，其時(shí)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(shí)間內(nèi)向控制器迅速傳遞各個(gè)方向車輛到達(dá)信息。在案例路口位置，共有8路車輛檢測器，相應(yīng)時(shí)間段內(nèi)針對檢測的車流量信息，得出其車流到達(dá)率，如表1所示。

按照檢測器對所有方向車輛到達(dá)信息的檢測結(jié)構(gòu)，對重點(diǎn)車流加以確定。且將模糊控制應(yīng)用到重點(diǎn)車流車輛達(dá)到情況內(nèi)，也就是通行權(quán)相位綠燈延長時(shí)間初值e秒可通過模糊化、模糊控制規(guī)則等一系列流程加以確定。同時(shí)，也可將模糊控制應(yīng)用于非重點(diǎn)車流車輛到達(dá)情況內(nèi)，以此對△e秒綠燈時(shí)間延長修正值加以確定。進(jìn)而達(dá)到控制策略獲得的目的，也就是以上二者綠燈延長時(shí)間秒數(shù)之和，具體控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2、路口交通信號(hào)模糊控制器設(shè)計(jì)

根據(jù)以上分析，一級(jí)、二級(jí)模糊控制器為本文研究重點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中其都由三方面構(gòu)成。

（1）一級(jí)模糊控制器設(shè)計(jì)

綠燈延長時(shí)間為一級(jí)模糊控制器的控制變量，在綠燈開啟到結(jié)束之間，40秒為主干道綠燈基準(zhǔn)時(shí)間，30秒為次干道，要求相隔10秒進(jìn)行一次控制。其模糊輸入量一般包含三個(gè)，T＼Q＼A，可理解為時(shí)間、等候車輛數(shù)、到達(dá)車輛數(shù)；而只有一個(gè)E為模糊輸出量，是指綠燈延長時(shí)間?？偰：P(guān)系公式為：

R=R1UR2UR3UR4UR5

（2）二級(jí)模糊控制器設(shè)計(jì)

綠燈延長時(shí)間的修正值為此控制器的控制變量，同上相隔10秒鐘進(jìn)行一次控制。其模糊輸入量只有2個(gè)，Q1是指非重點(diǎn)車流沒有通行權(quán)相位的等候車輛數(shù)，由于存有3個(gè)沒有通行權(quán)相位的非重點(diǎn)車流，可根據(jù)所有方向車流量的實(shí)際情況實(shí)施加權(quán)歸總。Qe是指在綠燈延長時(shí)間e秒后具備通行權(quán)相位的重點(diǎn)車流沒有行使通過的車輛數(shù)?！鱡作為二級(jí)模糊控制器的唯一輸出量，其為綠燈延長時(shí)間的修正值。

紅燈相位非重點(diǎn)車流等候車輛數(shù)可通過二級(jí)模糊控制器輸入，利用模糊控制規(guī)則，能夠獲取相應(yīng)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(shí)施反模糊化，進(jìn)而獲取綠燈延長時(shí)間的修正準(zhǔn)確值。

3、控制系統(tǒng)硬件（交通信號(hào)輸出板電路）設(shè)計(jì)

本文以智能交通信號(hào)控制機(jī)為例分析，在控制系統(tǒng)內(nèi)硬件設(shè)計(jì)極為重要，其主要構(gòu)成部分為主板、交通信號(hào)輸出板、車輛檢測輸入板等。本文重點(diǎn)探討交通信號(hào)輸出板電路設(shè)計(jì)，在交叉口交通信號(hào)控制環(huán)節(jié)，需根據(jù)具體情況，設(shè)置信號(hào)燈的總量，本文分析的智能交通信號(hào)控制機(jī)所需控制的 交通信號(hào)燈可達(dá)到32路。220v為交通信號(hào)燈驅(qū)動(dòng)正常電壓，此時(shí)需做好隔離強(qiáng)弱電工作，達(dá)到弱電有效控制強(qiáng)點(diǎn)。為此繼電器可選取固態(tài)形式，交通信號(hào)輸出板才能夠接收主板控制信息，實(shí)現(xiàn)分離數(shù)據(jù)的功能，同時(shí)向所有固態(tài)繼電器一個(gè)一個(gè)地進(jìn)行各路控制信息傳送，進(jìn)而對交通信號(hào)燈實(shí)施控制。主板利用控制RUNING與ECSO達(dá)到現(xiàn)階段交通信號(hào)燈改變，且利用BAO-BA3＼IOW得到控制所有交通信號(hào)燈的目的。交通信號(hào)輸出板內(nèi)板選信號(hào)為ECSO，交通信號(hào)控制執(zhí)行信號(hào)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(hào)燈后，則會(huì)呈現(xiàn)出現(xiàn)階段的狀態(tài)，其改變只會(huì)出現(xiàn)于輸出板得到下一步控制信號(hào)之后。選取此種方法，能夠確保其連續(xù)性，降低浪費(fèi)系統(tǒng)資源現(xiàn)象。

4、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

選用結(jié)構(gòu)化與模塊化作為本文智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的主要方式，也就是把系統(tǒng)功能進(jìn)行各個(gè)功能模塊劃分，一個(gè)相對獨(dú)立的特定子功能需由各個(gè)模塊完成，選取模塊化原則，才能明確軟件結(jié)構(gòu)。在模糊控制模塊設(shè)計(jì)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(guī)則，把車輛檢測器所獲取的車流量信息實(shí)施模糊判決，以此獲取綠燈延長時(shí)間值確定，以此對達(dá)到最長綠燈時(shí)間加以判定。

3 結(jié)束語

綜上所述，在科學(xué)技術(shù)水平迅速發(fā)展的今天，智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)也愈加規(guī)范化、科學(xué)化，為更好地緩解交通擁堵問題，減少排隊(duì)延誤時(shí)間，相關(guān)部門必須重視設(shè)計(jì)的合理性，完善智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)，全面推動(dòng)交通事業(yè)發(fā)展。

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