基于以太网的城市智能交通信号控制系统的研究

论文摘要

近20年来,城市交通拥堵、交通事故等一系列交通问题日益严峻,建立适合我国国内交通需求的智能交通控制系统,更好的提高其实时性和可靠性,不仅对整个交通运输系统、而且对人们的生活模式和质量、对社会的可持续发展,都将产生重要影响。本文从现代交通管理中以太网应用的技术角度出发,设计并实现了一种新的基于以太网的智能交通信号机。本信号机能够运行内部的固有方案控制交通信号灯,同时可以通过键盘面板对方案进行修改,其突出特点是具备远程监控功能,即信号机能够实时将路口交通方案信息反馈给监控中心并在主控界面显示出来,监控中心可根据路口实际情况对现行交通方案进行修改,通过以太网下传给路口信号机,改善交通流量控制。系统网络通信采用TCP/IP协议实现,可靠性和实时性好,上位计算机控制界面设计仿真实际路口,灵活、直观,实时显示路口实际灯色状态。若对本作品进行深度开发,形成完善的系统,极大提高其可靠性,通过实地运行试验,做好抗干扰及电磁兼容性设计,其将有望向产品化方向推广,因此本系统具有良好的社会意义和巨大的潜在经济效益。同时本文针对城市道路交叉口的交通流特性,对单路口交通信号控制的模型和算法进行研究,建立离散的单路口交通信号多相位实时配时模型,该模型可反映交叉口交通状况的实际需求,同时采用能随交通需求变化而实时变化的加权系数,将交叉口与信号周期时长相关联的两个性能指标转化为单目标函数进行优化处理。为提高模型的计算速度,本文基于人工免疫系统中的克隆选择原理,结合遗传策略中的高斯变异算子,采用新型免疫算法来对交通流进行优化,得到最优控制方案。在Matlab环境下进行仿真实验,仿真结果表明经过免疫算法优化后,与传统方法相比,系统能有效提高交叉路口通行能力,减少车辆延误,尤其在高峰期间能够较好的满足实际问题的需要。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 城市交通控制的现状
• 1.1.1 多时段控制
• 1.1.2 感应控制
• 1.1.3 自适应控制
• 1.2 工业以太网技术在交通控制中的应用
• 1.2.1 信息传输网络结构
• 1.2.2 工业以太网技术
• 1.2.3 网络技术在智能交通系统中的应用
• 1.3 论文研究内容与结构编排
• 第二章 城市交通控制基本理论
• 2.1 交通流基本理论
• 2.1.1 交通流的基本参数及相互之间的基本关系
• 2.1.2 交通流的统计分布特性
• 2.1.3 排队论
• 2.1.4 跟驰理论
• 2.2 交通信号控制的基本概念
• 2.2.1 交通信号控制的基本参数
• 2.2.2 交通信号控制系统的分类
• 2.3 城市道路通行能力分析
• 2.3.1 通行能力与服务水平
• 2.3.2 城市道路路段通行能力分析方法
• 2.3.3 平面交通口通行能力分析方法
• 第三章 智能交通信号机系统的设计
• 3.1 智能交通信号机系统设计的背景及意义
• 3.2 智能交通信号机系统的设计任务
• 3.2.1 系统的功能和特点
• 3.2.2 系统的方案设计
• 3.3 智能交通信号机系统的硬件技术设计
• 3.3.1 主控板电路
• 3.3.2 TCP/IP 通信接口电路
• 3.3.3 人机接口电路
• 3.3.4 功率驱动电路
• 3.4 智能交通信号机系统的软件技术设计
• 3.4.1 TCP/IP 协议族的分析与选择
• 3.4.2 信号机主程序及TCP/IP 程序设计
• 3.4.3 信号机核心处理程序设计
• 3.4.4 上位机监控集成环境
• 3.4.5 信号机远程监控的设计实现
• 第四章 基于免疫算法的单交叉路口交通信号优化控制研究
• 4.1 免疫算法的基本理论
• 4.1.1 生物免疫系统与人工免疫系统
• 4.1.2 一种解决函数优化问题的免疫算法
• 4.1.3 免疫算法对函数的优化
• 4.2 离散交通信号控制模型
• 4.2.1 单路口交通信号多相位实时配时模型
• 4.2.2 交叉口信号控制问题及两目标优化处理
• 4.3 单交叉路口仿真实验及分析
• 4.3.1 交通信号控制模式
• 4.3.2 单交叉路口仿真实验及分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A：攻读学位期间发表的学术论文及科研工作
• 附录 B：信号机实验图片