道路交叉口信号模糊控制系统设计毕业设计论文.docx
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1、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毕业论文(设计)原创性声明本人所呈交的毕业论文(设计)是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除文中已经注明引用的内容外,本论文(设计)不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文(设计)的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名: 日期: 毕业论文(设计)授权使用说明本论文(设计)作者完全了解*学院有关保留、使用毕业论文(设计)的规定,学校有权保留论文(设计)并向相关部门
2、送交论文(设计)的电子版和纸质版。有权将论文(设计)用于非赢利目的的少量复制并允许论文(设计)进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文(设计)的全部或部分内容。保密的论文(设计)在解密后适用本规定。 作者签名: 指导教师签名: 日期: 日期: 注 意 事 项1.设计(论文)的内容包括:1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)2)原创性声明3)中文摘要(300字左右)、关键词4)外文摘要、关键词 5)目次页(附件不统一编入)6)论文主体部分:引言(或绪论)、正文、结论7)参考文献8)致谢9)附录(对论文支持必要时)2.论文字数要求:理工类设计(论文)正文字数不少于1万字(不包括图纸、程序清单等)
3、,文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括:任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)。4.文字、图表要求:1)文字通顺,语言流畅,书写字迹工整,打印字体及大小符合要求,无错别字,不准请他人代写2)工程设计类题目的图纸,要求部分用尺规绘制,部分用计算机绘制,所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁,布局合理,文字注释必须使用工程字书写,不准用徒手画3)毕业论文须用A4单面打印,论文50页以上的双面打印4)图表应绘制于无格子的页面上5)软件工程类课题应有程序清单,并提供电子文档5.装订顺序1)设计(论文)2)附件:按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订摘 要城市交
4、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
5、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
6、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- III -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 urban traffic system. As the development of city and the increase of motor vehicles amount
7、, 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 control combined by experts knowledge can adjust control signal concurrently, achieve an
8、 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 current phase green-time can be resolved. The average vehicle delay is an effective way to
9、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 rationality of control signal.To making up the defects of former traffic light designs, this pa
10、per 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, theoretical design, and fuzzy control plan by MATLAB Simulink toolbox, to test signal design effec
11、t. 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 about the background of this paper, recent achievements, and issues to be solved in this
12、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 fixed traffic signal. The fourth section simulates intersections traffic flows using MA
13、TLAB 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 Simulation;Crossing Signals- VI -目 录摘 要IAbstractII引 言21绪论21.1研究背景21.2道路通行能力21.2.1美国道路通行
14、能力手册(HCM)21.3模糊控制理论21.3.1模糊控制理论的发展简史21.3.2模糊控制理论的应用范围21.3.3模糊推理过程21.4主要工作22交通控制基本理论22.1交通控制的设计原则22.2信号设计及检测流程22.3交通控制的基本术语和方法22.3.1定时控制22.3.2自适应控制22.4相位设计22.5检测器的设置22.6交通情况检测指标的确立23单交叉口勘测与信号控制效果检验23.1单交叉口交通情况勘测23.1.1道路情况23.1.2车流量调查23.2信号相位观察23.2.1实际配时方案23.2.2相位表示方法23.3Synchro6软件仿真23.3.1调查数据输入23.3.2北
15、山十字路口控制效果检测23.3.3北山十字路口控制信号改进24单交叉路口模糊控制设计24.13相位6车道的信号设计24.1.1模糊控制信号设计流程24.1.2仿真总体结构24.1.3信号相位设计24.1.4绿信比设计24.23相位6车道的定时控制仿真24.2.1Simulink模块搭建24.2.2定时控制延误时间24.33相位6车道的模糊控制仿真24.3.1模糊控制方案设计24.3.2模糊控制规则24.3.3模糊控制Simulink模块24.3.4模糊控制延误时间24.4平均车辆延误比较2结 论2参考文献2附录A MATLAB函数计算程序2致 谢错误!未定义书签。道路交叉口信号控制系统设计引
16、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,
17、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,
18、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,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
19、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
20、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,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
21、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
22、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
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