基于模糊控制的单交叉口信号控制方法与算法研究

论文摘要

伴随着经济的高速增长,城市化水平正在迅速提高,居民的经济、文化活动日益频繁。这就导致了城市交通需求的快速增长。而随着城市交通的飞速发展,同时也带来了一系列问题如城市交通拥挤、交通延误、交通事故和交通污染等。交叉口是城市道路的交汇点,在道路网和交通流中起着十分重要的作用,上述问题也往往突出表现在交叉口处,因此对交叉口信号控制方法进行深入研究十分必要。由于交通系统是一种非线性的、时变的、滞后的大系统,采用传统的控制方法很难得到满意的效果,而模糊控制不需要建立精确的数学模型,因此本课题将采用这一理论对交叉口进行控制。本文以单交叉路口主干道信号控制作为研究对象,以减少车辆平均延误作为控制目标,检测各进口车道上的车队长度,利用模糊时间序列预测下一周期各方向的交通流,根据交通流数据为下一周期选择合适的配时方案,即由专家经验和数学推导确定的最优相序安排。在一个周期内,将实时检测到的交通流作为自适应模糊控制器的输入参量,得到各通行相位的绿灯延时。运用了MATLAB对其控制效果进行仿真分析,结果表明该算法可有效降低通行车辆在交叉口的平均延误时间,使交叉口的通行能力提高。然后再分别利用蚁群算法和遗传算法对模糊控制器进行优化,对优化过的模糊控制器在不同的交通条件下进行了仿真,并与未经过优化的模糊控制器在相同的交通环境下对车辆的控制进行比较。仿真结果表明蚁群算法与模糊控制相结合的智能控制技术,更有效地降低通行车辆在交叉口的平均延误时间,更能适应复杂多变的交通环境。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第1章 绪论
• 1.1 题目研究背景
• 1.2 目的及意义
• 1.2.1 研究的目的
• 1.2.2 研究的意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国内研究现状
• 1.3.2 国外研究现状
• 1.3.3 小结
• 1.4 研究内容及技术路线
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 技术路线
• 第2章 单交叉口信号控制方法
• 2.1 引言
• 2.2 交通流理论
• 2.2.1 交通流理论的分类
• 2.2.2 交通流理论研究的内容
• 2.2.3 交通流基本特性及相互关系
• 2.2.4 交通流的统计分布特性
• 2.3 单交叉口交通信号的一般控制方法
• 2.3.1 交通信号控制的主要参数
• 2.3.2 信号控制常用的性能指标
• 2.3.3 单交叉口的定时控制
• 2.3.4 单交叉口的感应控制
• 2.4 单交叉口交通信号的模糊控制方法
• 2.4.1 模糊控制的基本理论
• 2.4.2 交通信号的模糊控制思想
• 2.4.3 交通信号模糊控制器的设计
• 2.5 多相位自适应模糊控制方法
• 2.5.1 多相位交通控制运行过程
• 2.5.2 多相位自适应模糊控制方法
• 2.5.3 自适应模糊控制器的设计
• 2.5.4 仿真研究
• 2.6 本章小结
• 第3章 车辆视频检测与短期交通流预测
• 3.1 车辆视频检测
• 3.1.1 概述
• 3.1.2 基于虚拟线圈的视频检测算法
• 3.1.3 强干扰交通图像的处理
• 3.2 短期交通流预测方法
• 3.2.1 交通流短时预测的基本原理
• 3.2.2 短期交通流预测模型的特性
• 3.2.3 短期交通流预测模型与评价
• 3.3 模糊时间序列预测算法
• 3.3.1 模糊时间序列的基本概念
• 3.3.2 基于模糊时间序列的预测算法
• 3.3.3 具体实例研究
• 3.3.4 小结
• 第4章 单交叉口模糊控制系统设计及其算法优化
• 4.1 引言
• 4.2 单交叉口模糊控制系统的设计
• 4.2.1 单交叉口模糊控制系统的基本框架
• 4.2.2 控制方案的选取
• 4.2.3 方案调整过程中存在的问题及解决办法
• 4.3 蚁群算法对模糊控制器的改进
• 4.3.1 蚁群算法简介
• 4.3.2 蚁群算法对模糊控制规则的优化
• 4.3.3 仿真结果及分析
• 4.4 遗传算法对模糊控制器的改进
• 4.4.1 遗传算法优化模糊控制器的可行性和优化思路
• 4.4.2 利用遗传算法对隶属度函数的优化
• 4.4.3 仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 单交叉口控制系统的评价与仿真
• 5.1 引言
• 5.2 评价内容
• 5.3 单交叉口信号控制系统的技术评价
• 5.3.1 评价指标
• 5.3.2 评价方法
• 5.4 应用实例分析
• 5.5 仿真实例
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢
• 研究生履历