西安電子科技大學國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目申請書.doc

西安電子科技大學國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目申請書項目名稱:聰明的交通燈項目負責人:馬帥指導老師:劉乃安所在院系:通信工程學院研究起止時間:2008年4月至 2009 年3月西安電子科技大學教務處二八年三月制填表說明一、項目申請書要按順序逐項填寫,空缺項要填無.要求一律用A4紙打印,于左側(cè)裝訂成冊.二、項目申請書中欄目一至九由學生填寫,欄目十至十二由教師填寫,欄目十三由學院負責人填寫.三、項目申請書由所在學院審查、簽署意見后,一式五份(均為原件),報送教務處教學研究科.項目名稱 聰明的交通燈項目來源 教師的科研項目 學生自選題目申請經(jīng)費 9700元 項目完成時間 2009年3月申請人(團隊) 姓名 學號 性別 身份證號碼 專業(yè)班級 聯(lián)系電話 手機 E-mail馬帥07056026 通信工程 01075113659190697 厲鎮(zhèn)齊07056024 通信工程 01075115802903536 馬瑞琪 07056011 通信工程 01075113484580368 ruiqi_1219888163.com一、項目組成員情況介紹(包括自身具備的知識條件,有何特長、興趣,參加哪些科技事件創(chuàng)新活動等)馬帥(負責人):通信工程專業(yè),本碩班三年級,對電子制作特別是單片機應用有濃厚興趣,具有很強的組織管理能力和團隊合作意識,參加過學校第十九屆星火杯,作品為六位數(shù)字時鐘.厲鎮(zhèn)齊(成員):通信工程專業(yè),本碩班三年級,掌握C語言,匯編語言和一定單片機知識,有較強團隊意識,在校第十九屆星火杯以單片機中的漢字顯示獲二等獎.馬瑞琪(成員) :通信工程專業(yè),本碩班三年級,具備一定的專業(yè)知識,比較喜歡電子制作,有較強團隊意識,參加過學校的第十九屆星火杯,作品為基于單片機與PC機的通信.二、項目研究背景隨著我國經(jīng)濟建設快速發(fā)展,我國已成為全世界機動車擁有量增長最快的國家, 目前國內(nèi)機動車擁有量已達2千多萬輛,而這一數(shù)字仍呈快速上升的趨勢.而我國的經(jīng)濟條件有限,短時間內(nèi)立交橋不能普及,決定了現(xiàn)階段十字路口的大量存在.近年來,車輛數(shù)目的增長遠超過了道路的建設進而引起了交通堵塞,加大了空氣污染.現(xiàn)在的交通紅綠燈信號時間都是按照固定程序變化,未考慮實際車流量和車輛狀況,容易出現(xiàn)如下弊端:當某條路段的車流量很大時卻要等待紅燈,而此時另一條是空道或車流量相對少得多的道卻長時間亮的是綠燈,這種多等少的尷尬現(xiàn)象是未對實際情況進行實時監(jiān)控所造成的,不僅讓司機乘客怨聲載道,而且對人力和物力資源也是一種浪費.另外,我們注意到當交通燈系統(tǒng)停止電力供應時,會引發(fā)交通混亂,堵塞更加嚴重.一方面,交通堵塞引起了很大的經(jīng)濟損失.僅以北京為例,北京市現(xiàn)有機動車擁有量已經(jīng)突破200萬量.按照50%的上路率,一天就有100萬輛的汽車上路.機動車在遇到紅燈等情況下停止然后再啟動,一停一開啟動一次造成的機械和燃油損失是0.30.5元.如果僅以 100萬輛機動車一天啟動一次的損耗計算,費用也在30萬元到50萬元之間,那么一年的損失總量就達到1.2億!經(jīng)過粗略推算,已經(jīng)得出北京市一年因為交通堵塞所造成的損失有121.2億元!相比于北京2004年3300億元的GDP總量,可以發(fā)現(xiàn)交通堵塞造成的損失相當于GDP總量的3.6%!另一方面,汽車由于長時間等在十字路口,造成這一區(qū)域尾氣污染和噪聲污染明顯加重.目前我國很多大城市的尾氣污染相當嚴重.汽車尾氣不但對人體有直接危害,還會破壞地球臭氧層,使地球表面溫度升高,在生態(tài)和地球化學方面造成災難.據(jù)估計,我國每年環(huán)境污染損失大約3000億元,其中汽車尾氣造成的大氣污染損失高達60億元.汽車噪聲的危害也很大,除了損傷人的聽力以外,還會使人心緒不寧、心跳加快、血壓增高. 因此對汽車尾氣,噪聲等參數(shù)的檢測和改善,對環(huán)境、經(jīng)濟和社會資源有深遠意義.所以,解決交通堵塞問題迫在眉睫.三、國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及研究意義研究現(xiàn)狀:交通系統(tǒng)智能控制是目前交通研究的方向.少數(shù)幾個發(fā)達國家已經(jīng)采用智能方式來控制交通信號,其中主要運用GPS全球定位系統(tǒng)等.采用智能交通系統(tǒng),被國際上公認為是解決交通矛盾投資最少效果最好的途徑.它可以減少塞車時間最高達45%,能使交通工具的使用率提高50%以上,道路利用率提高80%甚至一倍以上.目前,在我國少數(shù)幾個城市先后引進國外先進的智能交通燈,但其成本高,復雜,不宜推廣.同時也有部分研究者做過類似研究,但其技術不夠成熟,在實際中也未得到廣泛應用.有學者提出一種基于Agent的智能交通控制系統(tǒng),并對各Agent及其交互進行建模,闡述了各Agent交互協(xié)調(diào)的過程.在該系統(tǒng)中,每個交通元素被定義為具有自主性、適應性和合作協(xié)調(diào)性的智能化Agent.各Agent可自主地進行道路數(shù)據(jù)采集、處理,并通過相互通信實現(xiàn)資源共享,從而使每個交通元素都具有足夠的智能參與交通的智能化決策,在很大程度上降低交通系統(tǒng)中的不確定因素和不完備信息對交通穩(wěn)定性的影響,提高了交通控制的精確度. 基于我國城市道路交通控制的現(xiàn)狀,也有人提出一種新的控制方案,采用模糊控制的算法,通過初始綠燈時間和相位轉(zhuǎn)換的模糊設定,建立擬人化的多相位信號燈智能控制,并由性能優(yōu)越的PLC承擔主要的控制任務.經(jīng)實驗表明,這種控制方法對減少車輛平均延誤時間具有明顯的控制效果同時還有學者用虛擬儀器,虛擬儀器是第4代儀器,優(yōu)良的特點使其成為新的仿真平臺.本文介紹了一種利用自組織競爭神經(jīng)網(wǎng)絡控制信號燈相位的方法,詳述了其原理和實施方法,并且在LabVIEW環(huán)境下進行了仿真試驗. 對于應用方面,一些城市通過攝像系統(tǒng)監(jiān)控路口車流量的方法,但是這樣必須有人員在監(jiān)控,人工處理,不能做到智能化.所以,現(xiàn)在在我國沒有大量普及.參考文獻:1、基于虛擬儀器的神經(jīng)網(wǎng)絡智能交通相位控制作者李馳新等2、能交通系統(tǒng)模型的算法分析與改進作者徐武等3、基于Agent的智能交通系統(tǒng)的控制建模作者王娜等4、周明楨,張少明.基于plc控制的交通燈系統(tǒng)設計.2005研究意義:聰明的交通燈的研究可以有效解決現(xiàn)有路口交通效率低的問題,交通暢通進而可以降低路口附近尾氣和噪聲等污染,而且減少堵車很大程度上可以節(jié)約能源,也能夠緩解石油緊缺的問題.另外,本系統(tǒng)采用清潔能源太陽能,能節(jié)約電能,并解決由電力無法供應而引起的交通混亂問題.本系統(tǒng)也可根據(jù)噪聲污染程度適當調(diào)節(jié)交通燈時長,另外,這些數(shù)據(jù)的顯示可增強人們的環(huán)保意識.本系統(tǒng)的使用可以提高交通效率,有效減少行人在路上浪費的時間,使社會更加和諧 . 四、項目研究的目標及主要內(nèi)容研究目標:設計一個根據(jù)傳感設備檢測車流量來控制交通燈時長的智能控制系統(tǒng),并利用太陽能及電力雙線供電,同時可顯示等待時長,噪聲污染程度,用以提高交通效率,降低對環(huán)境的污染. 主要內(nèi)容: 設計并制作聰明的交通燈硬件系統(tǒng);設計出最優(yōu)的控制策略;建立雙線供電的方式,使太陽能及電力能夠合理切換. 五、項目創(chuàng)新特色概述(50字以內(nèi))1、根據(jù)車流量的變化自動靈活調(diào)整交通燈時長;2、采用太陽能與電能雙線切換供電;3、可檢測并顯示噪音污染狀況并影響交通燈時長.六、項目實施方案及實施計劃主要包括以下幾個系統(tǒng): 1、 車流量檢測系統(tǒng)2、 噪聲污染檢測系統(tǒng)3、 控制系統(tǒng)4、 顯示系統(tǒng)5、 供電系統(tǒng)圖1為聰明的交通燈系統(tǒng)組成圖圖1聰明的交通燈組成設計各子系統(tǒng)如下:1、車流量檢測系統(tǒng):主要用電磁感應線圈或者紅外線感應裝置實現(xiàn),用來檢測車流量.首先調(diào)查并選擇合適的檢測點,埋設感應線圈或安置紅外線感應裝置. 2、 控制系統(tǒng): 包括消息接受設備及信息處理裝置,而信息處理裝置主要由單片機為處理器的裝置.先尋找最優(yōu)的控制策略,再設計制作實驗板及控制面板,主要以單片機為處理器,再根據(jù)控制策略設計相應的控制程序.3、 供電系統(tǒng):可采用兩套供電設備,利用太陽能電池板收集太陽能,經(jīng)過供電控制設備的控制為整個系統(tǒng)供電.4、 顯示系統(tǒng):可顯示紅綠燈及倒計時,還可顯示空氣質(zhì)量及噪聲污染程度.5、噪聲檢測系統(tǒng):在測試車流量的位置安裝空氣污染及噪聲污染檢測設備.6、 建立以上各子系統(tǒng)的連接.圖2基本模型圖2為基本模型,其中方框為檢測點.系統(tǒng)的大致原理如下:假設現(xiàn)在WE方向綠燈時長為,SN方向剛由綠燈變?yōu)榧t燈,此時記為0時刻;為最長綠燈時間(考慮到另一方司機等待紅燈的忍耐上限),為最短綠燈時間;為SN方向下次綠燈的時長.通過實驗統(tǒng)計得到的輛在該方向上通過該路口時所需的時間,建立函數(shù)=,預計函數(shù)的可能曲線如圖3.= 圖3 函數(shù)曲線 步驟一:通過檢測設備測得(0, )內(nèi)N-S方向車流量為,SN方向車流量為.取=.步驟二:代入函數(shù)=+(其中由空氣及噪聲污染等級決定),得到.1、若>, 則=;2、若<, 則= ;3、否則, =.步驟三:將一方面送給SN方向作為綠燈倒計時.同時送給WE方向作下次檢測時長.步驟四: WE方向的下一次檢測類似,重復以上步驟.項目實施計劃:2008年 4月5月,查閱資料準備相關知識.6月7月,準備實驗器材7月10月,作品制作與項目實踐11月12月,調(diào)試,實際檢驗2009年1月3月, 實驗報告總結(jié)七、成員分工情況控制系統(tǒng)程序設計 馬帥車流量檢測系統(tǒng)和線路故障檢測 厲鎮(zhèn)齊噪聲污染檢測和供電系統(tǒng) 馬瑞琪八、預期成果及成果形式預期成果:實現(xiàn)一種交通燈自適應調(diào)節(jié)系統(tǒng),紅綠燈的時間變化與車流量相適應,同時采用太陽能源,可靠性高,實現(xiàn)智能化自動控制.成果形式:模擬聰明的交通燈系統(tǒng)一套一套基于最優(yōu)交通燈控制程序和算法總結(jié)報告九、資助經(jīng)費使用計劃序號 名稱 價格 單位:人民幣元1 控制系統(tǒng)模塊 2002電源(太陽能)模塊 20003車流量檢測模塊 10004噪聲檢測模塊 10005顯示系統(tǒng)模塊 8006印制電路板 10007線路、連接及存儲設備 15008資料、交通及通信費 9009測試費用 80010 不可預見費 500總計:9700元申請人簽名:年月日導師姓名 劉乃安 性別 男 出生年月 1966.2職稱 教授 職務 通信工程實驗中心主任 所屬院系 通信工程學院聯(lián)系電話 88201001 手機E-mail 十、指導教師科研項目情況長期從事無線通信與射頻技術、寬帶無線IP網(wǎng)絡與技術、擴頻技術與通信對抗等方面的教學和科研工作,主持或參加多項國家自然科學基金、863計劃、國防預研以及省市計劃等縱向課題和橫向科研