交通信號控制智能化系統(tǒng)方案-技術方案

精品文檔-下載后可編輯交通信號控制智能化系統(tǒng)方案-技術方案為了緩解交通壓力，降低修路資金投入，減少車輛延誤，節(jié)能減排，建設和諧的交通環(huán)境，設計智能交通信號控制是建設資源節(jié)約型社會的必然選擇。

現(xiàn)有交通信號控制系統(tǒng)主要分為兩類：定時控制和感應式控制。定時控制不能根據車輛的流量自適應地動態(tài)調節(jié)延時時間，可能會造成車輛延誤時間長及不必要的擁塞等情況：感應式控制可以根據車流的狀態(tài)采用不同的控制模式，但目前的研究大部分只能單獨地控制某一點，并不能實時、多點、聯(lián)測、聯(lián)動的控制。

本文設計了一種基于無線傳感器網的智能交通控制，利用傳感器節(jié)點采集交通信息，智能交通控制終端根據采集到的交通信息，選擇合適的路口控制模式，調整各交叉路口的綠信比，協(xié)調干線各路口周期的確定和各路口之間的相位差，自適應地控制車輛通行時間，從而保證車輛通行質量，實現(xiàn)交通信號控制的智能化、網絡化。

1路口控制模式

傳統(tǒng)的路口控制模式是定時控制，先進的路口控制模式有模糊控制、綠波帶模式、夜間模式和急停模式。模糊控制模式是根據隨機的車輛流量智能完成模糊增減交通信號控制時間。綠波帶模式在單向車輛高峰期時，將各個路口間紅綠燈起始點亮時間延宕一定量來保證車輛一路暢行。夜間控制模式可在夜晚車輛流量為零負荷的狀態(tài)使用，僅使用黃燈警示開車司機，減少能源和時間的消耗。急停模式可為緊急車輛開辟通行空間，在緊急車輛方向開啟綠燈，別的方向開啟紅燈。本設計提出在不同的時段采用不同的控制模式，在9：00～11：30，14：30～17：30和20：30～24：00時段采用模糊控制模式；在5：30～9：00，11：30～14：30和17：30～20：30時段采用綠波帶模式；在0：00～5：30時段采用夜間控制模式；在檢測到緊急車輛時采用急?？刂颇Ｊ?。具體時段的設置可以根據具體的區(qū)域或車輛流量，由信號機重設或修改。選擇多種控制模式可以實現(xiàn)交通控制的合理化，從實際上緩解交通路口的壓力。

2智能交通控制設計

2.1基于多Agent的智能交通控制模型

多Agent系統(tǒng)（MAS）一直是人工智能領域的研究熱點，MAS具有主動性、層次性、動態(tài)性和可操作性等優(yōu)點田。在MAS中，協(xié)作不僅能提高單個Agent以及由多個Agent所形成系統(tǒng)的整體行為性能，增強Agent與多Agent系統(tǒng)解決問題的能力，還能使系統(tǒng)具有更好的靈活性。國內外研究表明。與傳統(tǒng)建模方法（如還原論方法、歸推理方法等）相比，MAS建?？梢暂^好地刻畫復雜系統(tǒng)特性。MAS建模主要用于表現(xiàn)復雜情況（個體有復雜的、不同的行為，并存在交互），多Agent復雜適應系統(tǒng)的建模是復雜系統(tǒng)建模的一種重要方法，多Agent間的交互和協(xié)作是多個Ag-ent個體在開放、動態(tài)環(huán)境下，在資源有限的情況下實現(xiàn)多個目標的關鍵。

交通信號控制系統(tǒng)是一個典型的復雜大系統(tǒng)，具有時變、非線性等特點，它是由許許多多關系密切而復雜的不同領域、不同功能的子系統(tǒng)按不同層次綜合集結而成的。目前，各種交通子系統(tǒng)接自身的優(yōu)化目標運作，不考慮與其他系統(tǒng)的集成與協(xié)作，使得交通系統(tǒng)難以達到。綜合分析與協(xié)調各交通子系統(tǒng)，是智能交通的發(fā)展趨勢。本文構建了基于多Agent的智能交通控制模型，控制模型如圖1所示。

圖1中，智能交通控制模型中各Agent的功能如下：

1）交通管理Agent

幫助建立起其他Agem之間的通訊鏈接，還負責系統(tǒng)管理多Agent的增加和刪除等。

2）數據管理Agent

數據采集Agent利用傳感器節(jié)點對路面的車輛流量等狀態(tài)向量信息進行采集；數據處理Agent將收集到的車輛信息數據進行計算處理，計算出各交叉路口交通控制的各種控制向量；數據傳輸Agent向智能交通控制數據庫傳輸數據，并與其他數據源進行交流；數據備份與恢復Agent將智能交通控制數據庫中的數據進行備份和還原。

3）智能交通控制Agent

時刻確定Agent獲取控制時間段；模式選擇Agent生成路口控制模式；控制方法Agent將控制任務分解，發(fā)送給綠信比Agent、相位差Agent、周期Agent、綜合控制Agent，完成單個控制向量的單獨控制或多個控制向量的綜合控制，同時它還負責從綜合控制Agent那里得到的控制結果并輸出給相應用戶。綠信比Agent、相位差Agent、周期Agent是完成控制任務的主體，進行綠信比、相位差和周期控制，然后將結果送給綜合控制Agent。綜合控制Agent獲取綠信比、相位差和周期控制Agent的輸出結果并利用綜合控制方法將結果匯總，匯總得出各交叉路口智能控制值，生成交叉路口智能控制匯總數據報表，并將終結果發(fā)送給控制執(zhí)行Agent?？刂茍?zhí)行Agent對各交叉路口智能控制結果進行執(zhí)行。

2.2基于無線傳感器網的交通信號控制

無線傳感網是集計算機、通信、網絡、智能計算、傳感器、嵌入式系統(tǒng)、微電子等多個領域交叉綜合的新興學科，它將大量多種類傳感器節(jié)點（傳感、采集、處理、收發(fā)、網絡于一體）組成自治的無線網絡，實現(xiàn)對物理世界的動態(tài)協(xié)同感知。它能實時、動態(tài)獲得物理世界的傳感信息，并且將相關信息與通訊主干網融合，實現(xiàn)了現(xiàn)有的計算機網絡虛擬世界向真實物理世界的延伸，改變了人類和自然界交互的方式。

無線傳感器網絡用于構建交通信息系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

1）其無線自組、泛在協(xié)同的特點使系統(tǒng)布設和維護十分方便，可以降低用戶成本，布設和維護時不會影響車輛的正常行駛，便于提高交通信息采集系統(tǒng)的可擴展性；

2）規(guī)模的分布式監(jiān)測和協(xié)同計算技術在能力上優(yōu)于傳統(tǒng)的單點或局部監(jiān)測技術。

在交通信號控制中，需進行信息采集、處理、傳輸，控制模式選擇，控制結果輸出執(zhí)行等操作。傳感器節(jié)點是構成無線傳感器網的基本要素，具有信息采集、信息處理和無線通信功能，它們既是數據包傳輸的發(fā)起者，也是數據包的轉發(fā)者。針對多路口交通信號燈控制系統(tǒng)，采用三層WSN組織結構，第1層為信息采集層，負責采集各路口車輛信息；第2層為控制層，負責調整各交叉路口的綠信比；第3層為協(xié)調層，負責協(xié)調干線各路口周期的確定和各路口之間的相位差。多路口交通信號燈控制系統(tǒng)WSN組織結構如圖2所示。

相鄰路段的信息采集節(jié)點組成信息采集層，路口交通信號燈控制節(jié)點組成控制層。信息采集層和控制層傳感器節(jié)點自組織成簇：交通信號燈控制節(jié)點作為簇首，信息采集節(jié)點作為簇成員。簇首負責采集簇內信息采集節(jié)點的數據，進行數據融合，并與相鄰簇首節(jié)點進行通信；簇成員節(jié)點負責路面車輛信息的采集。從簇首節(jié)點中，選取一個節(jié)點作為匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點與控制中心組成協(xié)調層。匯聚節(jié)點以多跳的方式與各簇首節(jié)點通信，收集各路口車流量信息，將數據送到控制中心，控制中心進行綜合處理，協(xié)調各路口工作。

信息采集節(jié)點負責路面車流信息的采集，基于RFID技術進行車輛檢測，在車輛前擋風玻璃上粘貼RFID標簽，在交叉路口四個方向的紅綠燈前50～70m安裝RFID讀寫器，并調整信號燈控制器軟件，檢測交叉路口附近的車輛流量，采集到車輛數據后，將此數據信息以多跳通信的方式傳遞給交通信號控制節(jié)點，經數據融合后傳遞給匯聚節(jié)點；匯聚節(jié)點收集各路口車流量信息，控制中心根據設定的目標（如通行量、平均候車時間短等）運用智能控制方法計算出方案，并輸出給各路口交通信號控制節(jié)點，控制車輛的通行與禁止，實現(xiàn)多路口的協(xié)調控制。

3結論

本文構建了基于多Agent的智能交通控制