智能交通信号控制机的研究与设计

论文摘要

智能交通信号控制机（Intelligent Traffic Signal Controller）是智能交通系统中的重要设备。智能信号机不仅要接收来自路面的车辆信息，对路口的交通信号灯控制；还要与交通指挥中心通信，实现区域协调控制，因此，它既是被控制单元又是执行机构。智能交通信号控制机的功能直接影响对道路交通的管理能力，进而影响着城市的发展、人们的生活。智能交通信号控制机的研究具有深远的意义。智能交通信号控制机的功能实现不仅决定于自身的软硬件，还需要结合交通信号检测装置、软件智能算法和交通指挥中心的协同控制能力等多方面技术来实现。本文针对上述四个主要部分进行了研究与实现：（1）为了实现对道路车辆通行信息的实时监测，为智能交通信号控制机的智能决策提供必要的数据，本文研究并设计了环形线圈车辆检测器。在分析了车辆检测器的作用、分类及特点的前提下，重点介绍了通过环形线圈进行车辆检测的方式，实现了以单片机为核心，采用频率比较方式检测车辆信息，嵌入uIP协议栈并通过TCP/IP协议与信号机通信的网络化车辆检测器设计并进行了实验分析。（2）在能够有效获取道路车辆信息的前提下，信号机的研究重点集中在自身系统结构和软件设计上。本设计中应用了S3C2410ARM处理器作为智能交通信号机的核心处理器，结合必要的接口电路形成了以嵌入式应用为核心技术的硬件结构，通过移植了u-Boot、Linux操作系统、yaffs2文件系统和其他硬件驱动结合嵌入式数据库SQLite构成了嵌入式软件系统，文中给出了各部分详细设计过程及主要代码。（3）为实现交通信号机的智能控制，将博弈论应用到信号机的控制算法中，从而有效地解决了交通控制中的冲突问题。文中对博弈的由来、历史、发展和基本组成等方面进行了详细的叙述；结合交通信号的特征量，运用博弈论的理论进行了分析、推导并得出了智能控制策略，最后设计和实现了该算法的代码。（4）交通指挥中心对各路口信号机的管理与控制模式也将极大地影响区域交通管理的成效，它也极大地影响了信号机与指挥中心交换的数据，既而影响了信号机的设计。本文简要探讨了基于案例推理（CBR）的人工智能算法在指挥中心软件中的应用，文中通过介绍了CBR的理论，结合交通信号控制的特点对案例推理中的案例进行了分析与设计。最后对本论文的研究进行了总结，也对设计中存在的不足和需要深入的研究进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 论文选题背景
• 1.2 国内外现状及研究目的
• 1.3 课题主要研究内容与本文的章节安排
• 2 智能交通信号机整体设计
• 2.1 信号机的整体方案
• 2.1.1 整体需求
• 2.1.2 信号控制系统的结构
• 2.1.3 信号控制具体分析
• 2.1.4 智能交通信号控制机实物
• 2.2 本章小结
• 3 平交道口数据采集
• 3.1 车辆检测器
• 3.1.1 车辆检测器的作用
• 3.1.2 车辆检测器的分类及特点
• 3.2 环形线圈检测器设计
• 3.2.1 环形线圈检测器的工作原理和结构
• 3.2.2 环形线圈车辆检测器检测的交通参数
• 3.2.3 线圈检测方法
• 3.3 环形线圈检测器设计
• 3.3.1 环形线圈检测电路框图
• 3.4 数据采集程序设计
• 3.5 实测数据分析
• 3.5.1 实测数据
• 3.5.2 实验硬件
• 3.6 环形线圈检测器与主控模块的联网
• 3.6.1 TCP/IP通信方式
• 3.6.2 以太网控制器及电路图
• 3.6.3 嵌入式与单片机协议栈概述
• 3.6.4 uIP协议栈接口
• 3.6.5 uIP的移植到单片机STC11FX3226
• 3.6.6 基于uIP协议栈的网络芯片驱动程序分析
• 3.6.7 应用程序的设计
• 3.6.8 实验与电路板实物
• 3.7 本章小结
• 4 信号机主控模块
• 4.1 主控模块硬件设计
• 4.1.1 硬件框图
• 4.1.2 电路原理图
• 4.2 系统开发平台搭建
• 4.3 u-Boot移植
• 4.3.1 Bootloader简介
• 4.3.2 u-Boot简介
• 4.3.3 u-Boot的分析
• 4.3.4 u-Boot的移植
• 4.4 Linux内核移植
• 4.5 文件系统移植
• 4.6 几种嵌入式数据库简介
• 4.7 SQLite移植与开发
• 4.7.1 数据库设计
• 4.7.2 SQLite移植
• 4.7.3 SQLite使用方法
• 4.7.4 SQLite开发技术
• 4.8 实验
• 4.9 本章小结
• 5 应用程序设计
• 5.1 应用程序概述
• 5.2 信号机与交通指挥中心通信程序
• 5.2.1 GPRS及通信模块简介
• 5.2.2 通信程序工作流程
• 5.2.3 通信程序设计
• 5.2.4 通信部分的程序代码说明
• 5.3 交通灯控制决策算法
• 5.3.1 博弈论概述
• 5.3.2 博弈论在本系统中的应用
• 5.3.3 算法仿真
• 5.4 信号机与检测器的通信
• 5.4.1 RTL8019 驱动程序的框架
• 5.4.2 系统工作流程
• 5.4.3 信号机与车辆检测器通信程序的设计
• 5.5 信号机中多线程机制的实现
• 5.5.1 进程的简介
• 5.5.2 信号
• 5.6 本章小结
• 6 交通指挥中心系统中智能控制算法的实现
• 6.1 CBR概述
• 6.2 应用案例推理
• 6.3 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 深入研究展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 个人简介
• 在学期间发表的论著及科研成果清单