基于模糊控制的十字路口交通灯智能系统

李继锋

【摘要】利用模糊控制算法对十二相位三车道单交叉路口的交通灯进行控制，可以依据实时交通流量灵活运行.先通过传感器得到各车道的车辆数，规定车辆数最多那个相位的通行优先级最高.当从上一个相位转入下一个相位时，就转入优先级最高的那个相位.通过模糊规则，即对当前等待队列长与通行队列长以模糊推理，得到最佳的绿灯延时时间.仿真结果表明，模糊控制方法在车辆延误时间上较之感应定时控制方法大为改善.

【关键词】十二相位；交通灯；单交叉路口；模糊控制；仿真

【中图分类号】TP13

一、引言

由于城市汽车数量飞速飙升，道路拥挤问题日益突出，而路口是最易发生拥堵的路段，常出现路口某方向车辆排起百米长龙而无法通过，另外某方向的等候车辆却寥寥无几的情况.提高十字路口的通行效率，对缓解交通阻塞具有重要的现实意义.目前城市十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法.在城市交通中，单路口交通控制通常采用定时控制方案，即根据交通流量的历史统计数据，预先人为分配好南北向与东西向的红绿灯的保持时间.其目的首先是协调好车辆的通行，其次是要尽量减少车辆的延误.但是根据实际的观察结果显示，大多数交通路口东西南北方向的车流量并不平衡，交通流量也有低峰和高峰的区别，其结果常使路口形成忙闲极端，使整体延时增加.城市交通系统复杂、多变，使得传统建立精确模型的控制方法达不到良好的控制效果.模糊控制不需要建立被控对象精确的数学模型，特别适用于随机的、复杂的城市交通控制，本文基于我国交通现状，根据十字路口停车道通行（等待）的车队长度，采用模糊控制，通过计算机仿真，建立拟人化的多相位信号灯智能控制，并与感应定时控制进行比较，建立了更有效的控制系统.

二、交通灯控制系统分析

1交叉口车辆传感器的设计

如图1 所示，单交叉路口交通流在东西南北四个方向上均有左行、直行、右行三个车道车流.由于交口路口有天桥的存在或人行道设在离路口较远处，右行车辆不与其他车辆发生冲突，故对于右行车辆没有信号灯控制.在每个方向直行与左行车道上相距150米设置两个感应线圈检测器，两个检测器之间为车辆检测区.单个车道上，交叉口远端的检测器对进入检测区的车輛进行加计数，近端的检测器对驶离检测区的车辆进行减计数，由此可以记录各方向单车道队列长度.

从图5中可以看出，不管车的输入流大于输出流，还是输入流小于输出流，在模糊控制下等待车辆数都小于感应定时控制下等待车辆数.车辆延误时间的计算，由于车进入检测区是实时动态的，很难精确的计算每辆车的延误，所以只能计算平均每辆车的延误时间，每个相位等待队列的车辆数按一半来计算再乘以绿灯亮的时间作为该相位车的延误时间.总的延误时间除以总的等待车辆数即为平均每辆车的延误时间.通过仿真得出感应定时控制的每辆车的延误时间为10秒，而模糊控制的每辆车的延误时间约为9秒.

五、结束语

运用以上方法所构建的交通灯信号延时模糊控制器对于实际的交叉路口交通控制是可行的.该方案是一种较好的交通灯智能控制方案，而且本方案不受地域限制，具有普遍的实用性.

不论是交通的高峰还是低峰，模糊控制的准确性和智能的优势在交叉路口交通现状较为复杂时得以充分体现，且在同一相位中不同方向车流量严重不均衡的情况下，不会使其他各相位车辆的等待时间延长，不会造成平均车辆延误时间增大，这是本方案的优点.但本文模糊控制中的模糊变量的划分和模糊控制规则都是根据专家经验及其调试总结出来的，有待完善.

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