城市路口交通信号的自适应模糊控制策略研究

论文摘要

近年来,随着交通规模不断扩大,城市交通与经济发展的矛盾日趋尖锐,城市道路面临着日益拥挤的交通问题。传统的交通控制技术与方法已不能有效解决日益严重的交通问题,而信息技术、网络技术、和智能控制技术的日臻完善促进了城市交通控制技术的发展。本文在研究城市交通流特性的基础上,由点到面对城市道路交通信号系统的智能控制展开了分析研究。先描述了一个四相位的单路口交通模型,由于模糊控制不需要建立被控制对象的精确数学模型,吸收了人工控制的经验,能模仿人脑的逻辑推理和决策过程,特别适用于随机性很强的、复杂的城市交通控制系统,因此根据单路口的交通流特性设计了基于车辆排队长度和车辆平均延误的模糊控制器,然后针对城市交通的实际情况,将单路口拓展到多路口,考虑到多路口之间的交通流相互关联,采用双模糊系统对路口进行控制,不但能够调整各相位的绿灯时间和交叉口的信号周期,还能协调控制相邻交叉口中间路段上的车流。由于上述模糊控制器模糊控制规则和隶属度函数都是依据专家经验设计,其参数在整个控制过程中固定,若交通流状况变化较大,模糊控制器的效果就会受到影响。根据交通状况对系统参数自适应地调整将有助于改善控制系统的效果,本文利用遗传算法对单路口模糊控制器和多路口的双系统模糊控制器的模糊规则和隶属度函数进行实时优化,使之能适应不同交通流的变化,从而实现交叉路口信号的自适应控制。最后对单路口和多路口模糊控制器分别在定时控制,模糊控制和遗传优化模糊控制情况下进行仿真,仿真结果表明模糊控制合理有效,相比定时控制有效减小了车辆平均延误,而通过遗传算法优化的模糊控制器能够适应不同交通流的变化,控制性能得到进一步提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内发展现状
• 1.3 城市交通信号控制技术的新技术及其发展趋势
• 1.4 论文的主要工作及内容安排
• 第2章 城市交通信号控制的基本理论
• 2.1 信号控制方式的分类
• 2.2 交通信号控制系统的基本参数和评价指标
• 2.2.1 基本参数
• 2.2.2 评价指标
• 2.3 三种典型交通控制系统
• 第3章 单路口交通信号模糊控制系统的设计
• 3.1 单路口模型描述
• 3.1.1 单路口模型相位设置
• 3.1.2 单路口交通流模型及评价指标
• 3.2. 单路口交通信号模糊控制器设计
• 3.2.1 模糊控制简介
• 3.2.2 单路口模糊控制器
• 3.3 仿真分析
• 3.3.1 MATLAB仿真过程及结果
• 3.3.2 Paramics可视化仿真
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于遗传算法的单路口交通控制策略与优化方法
• 4.1 模糊控制器设计中存在的问题及解决方法
• 4.2 遗传算法优化设计
• 4.2.1 遗传算法简介
• 4.2.2 利用遗传算法优化模糊控制器
• 4.3 仿真分析
• 4.3.1 遗传算法优化隶属度函数的结果
• 4.3.2 遗传算法优化模糊规则的结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 多交叉路口交通信号协调模糊控制
• 5.1 多交叉路口的模糊控制
• 5.1.1 交通模型描述
• 5.1.2 模糊协调控制结构与算法
• 5.1.3 模糊控制器设计
• 5.2 遗传算法优化模糊控制器
• 5.2.1 遗传算法优化协调模糊控制器的工作过程
• 5.2.2 编码方式与初始种群的产生
• 5.3 仿真分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文及科研成果