基于PLC實(shí)現(xiàn)道路十字路口交通燈模糊控制系統(tǒng)

1 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，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。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)。

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、w、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)。如圖1所示。

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)。為了簡(jiǎn)化運(yùn)算，可以將兩個(gè)相對(duì)的方向(n與s、w與e)的x、y值合并為一組，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)，設(shè)計(jì)模糊控制器主要是求取模糊控制表。

　 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、y，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)，則在15秒時(shí)間內(nèi)通過(guò)的最大車輛數(shù)約為15輛。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)，考慮一般車輛車身長(zhǎng)度連同兩車輛間距平均5米左右，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，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，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。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，輸出變量t的變化范圍為15～60。

　 3.2 模糊化方法的選擇與確定

　為了實(shí)現(xiàn)模糊控制，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。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。以紅綠燈轉(zhuǎn)換瞬間為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，記錄10s內(nèi)通過(guò)的車輛數(shù)作為變量x的論域，取(0-15)，并將它分為三個(gè)模糊子集：少、中等、多。其從屬函數(shù)設(shè)計(jì)如圖2所示。

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)。

1 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，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。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)。

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、w、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)。如圖1所示。

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)。為了簡(jiǎn)化運(yùn)算，可以將兩個(gè)相對(duì)的方向(n與s、w與e)的x、y值合并為一組，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)，設(shè)計(jì)模糊控制器主要是求取模糊控制表。

　 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、y，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)，則在15秒時(shí)間內(nèi)通過(guò)的最大車輛數(shù)約為15輛。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)，考慮一般車輛車身長(zhǎng)度連同兩車輛間距平均5米左右，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，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，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。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，輸出變量t的變化范圍為15～60。

　 3.2 模糊化方法的選擇與確定

　為了實(shí)現(xiàn)模糊控制，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。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。以紅綠燈轉(zhuǎn)換瞬間為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，記錄10s內(nèi)通過(guò)的車輛數(shù)作為變量x的論域，取(0-15)，并將它分為三個(gè)模糊子集：少、中等、多。其從屬函數(shù)設(shè)計(jì)如圖2所示。

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)。

　 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)，如同為多，