羅金玲

摘 要：針對當前城市路口交通信號易發(fā)生擁堵的現(xiàn)象，設計出了交通信號智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)首先對云模型的定義、正態(tài)云模型和云發(fā)生器進行了分析；其次對單路口交通信號的建模和智能算法進行了研究；最后從總體流程、硬件、軟件對系統(tǒng)的設計進行了詳細的分析研究。文章對于系統(tǒng)設計和交通規(guī)劃都具有一定的積極意義。

關鍵詞：云模型；交通信號；智能算法；交通規(guī)劃

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）11-00-02

0 引 言

隨著城市人口和車輛的增多，城市交通問題受到人們越來越多的關注，交通的通暢與否已經(jīng)影響到人們的生活質量和工作效率。道路交通是一門綜合性非常強的系統(tǒng)工程，提高城市的交通效率可以通過擴寬和修建道路來完成，但是城市里的土地資源有限，道路不可能無止境地修建，所以，可以通過智能交通信號來管理整個交通系統(tǒng)，使道路上車輛的行駛更加科學、安全。

1 云模型

1.1 云模型的定義

在當前社會中，有許多的不確定問題和事件，通過數(shù)據(jù)提取技術將它們的隨機性和模糊性提取出來，再利用模糊數(shù)學理論對其進行分析，從而得到一個評估近似的結果。這也是人與機器本質的區(qū)別，在學習和認知過程中，存在著大量的模糊概念，需要人們不斷地對其進行判斷、評價和學習。

1995年，我國李德毅院士在對不確定性問題的研究過程中，提出了如何處理定性概念與定量描述過程中使用不確定轉換模型，即云模型。云模型是建立在正態(tài)分布的基礎上，可以較清晰地描述和表示模糊數(shù)學中數(shù)據(jù)之間的關系，具有隨機性和穩(wěn)定傾向性的特點。在當前的工業(yè)控制、組合優(yōu)化、圖像處理、信號控制、經(jīng)濟調控等社會生活和生產(chǎn)領域中得到廣泛的應用。

1.2 正態(tài)云模型

在概率統(tǒng)計學中，正態(tài)分布是最常見的分布，有方差和均值兩個常用參數(shù)，其幾何模型和使用符合人類社會發(fā)展規(guī)律，應用比較廣泛。正態(tài)云是在正態(tài)分布的基礎上設計的散點云模型。

正態(tài)云的定義如下：一個定量論域X={x}，其中A是X上的一個定性概念，那么對于x都有一個穩(wěn)定傾向隨機數(shù)，即x是A上的隨機實現(xiàn)。X對于A滿足公式（1），則稱為x在論域X上的正態(tài)云。

（1）

不同參數(shù)的正態(tài)云生成的正關圖像是不同的，其中分布是正態(tài)的，取值是不確定的，每個云滴的映射也不同，隨著云滴增加，云的特性表現(xiàn)更加明顯。為了實現(xiàn)云模型計算，需要三個參數(shù)，分別是期望Ex、熵En、超熵He，這三個參數(shù)在云模型中的關系如圖1所示。

圖1 正態(tài)云模型

1.3 正態(tài)云發(fā)生器

正態(tài)云發(fā)生器是將定性概念和數(shù)據(jù)分布規(guī)律互相轉化的模型。分為正態(tài)云發(fā)生器和逆向云發(fā)生器兩種。正向云發(fā)生器是通過云模型參數(shù)生成符合正態(tài)分布的云滴的模型，即由期望Ex、熵En、超熵He推出云滴μ（x）的過程，而逆發(fā)生器是將云團轉化為定性概念的模型。

2 單路口建模與優(yōu)化

2.1 單路口建模

當前，我國的交通信號主要采用紅、黃、綠三色，在單路口建模以前，需要對幾個常用的術語進行描述：

（1）周期

信號燈在紅黃綠三種顏色間不斷交替，當前我國大部分城市采用的都是紅綠燈定時的方案，周期是綠、黃、紅燈時間相加起來的總和。

（2）車輛滯留量

在單個路口，允許等待紅綠燈的最大車輛數(shù)目。

（3）綠信比

綠燈時間和周期的比例。

（4）相位

在一個路口，當車輛行駛向同一方向行進稱為一相，路口的車輛可能同時有多相行駛，相位越多，代表當前的交通秩序越好。

當?shù)缆烦霈F(xiàn)擁堵現(xiàn)象時，就會有交警在路口指揮交通，這使得交通信號具有了智能性。如果交通信號燈在沒有交警的情況下能夠智能地對車輛進行引導，可以節(jié)省大量的警力。

在單個交叉路口的規(guī)劃中，需要在路口盡可能多地通過車輛，同時根據(jù)實際情況有效地改變綠信比，使得車輛滯留量多的路段延長綠燈時間，從而避免該路段的堵塞。單交叉路口規(guī)劃建模如圖2所示。

圖2 單交叉路口規(guī)劃建模

單路口規(guī)劃的數(shù)學模型計算出來的最大車輛通過量f（t）如公式（2）所示：

（2）

為了保證每個相位的相對公平，其中ti的時間和不能超過120秒，每個時間相位ti的時間不能少于10秒，pi為一分鐘內通過的車輛數(shù)。

2.2 智能算法

交通信號能夠隨著車流輛的多少而自行設置紅綠燈的時間，因此交通信號具有智能分析能力，本文將遺傳算法應用到交通信號控制中，使信號燈能夠根據(jù)不同的交通情況自行進行處理。

遺傳算法是借鑒“優(yōu)勝劣汰，適者生存”的自然法則而產(chǎn)生的隨機搜索算法，是當前最流行的智能算法，主要經(jīng)過群體初始化、數(shù)據(jù)編碼、對信息進行編碼、選擇及交叉運算，經(jīng)過變異后設置終止條件，進而得到最優(yōu)解的過程。

3 交通信號智能控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)總體流程

根據(jù)交通的特點，設計的系統(tǒng)要具有實時性、靈活性、智能性和獨立性的特點，通過照相設備和傳感器獲取車流量信息，對其進行數(shù)據(jù)處理并分析，經(jīng)過遺傳算法與交通特點相結合生成適當?shù)目刂撇呗?，并生成相應的信號控制系統(tǒng)對信號燈的變化進行管理，達到合理分配交通流量的目的。其總體流程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)總體流程

3.2 硬件設計

采用LPC2378作為整個系統(tǒng)的中央處理器，將檢測器、鍵盤與LED顯示、輸出、異常處理、上位機、模擬顯示設備與之相連，可以有效地收集道路的交通數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的完整采集和輸出。其硬件結構如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)的硬件結構

3.3 軟件設計

軟件是整個系統(tǒng)運算的關鍵，管理著相關數(shù)據(jù)信息在設備上的輸入和輸出，確保不同設備之間的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交流，并進行智能化計算，確保得出最優(yōu)的紅綠燈運行時間，達到智能控制的要求。其核心代碼如下：

int sj，i，j；

float Addhe=0；

float p；

for（sj=0；sj

{

Addhe+=diedai[sj].fitness；

}

for（sj=0；sj

{

diedai[sj].rfitness=diedai[sj].fitness/Addhe；

}

diedai[0].shihe=diedai[0].rfitness；

for（sj=1；sj

{

diedai[sj].shihe=diedai[sj.shihe+diedai[sj].rfitness；

}

for（i=0；i

{

p=rand（）%1000/1000.0；

if（p

{

newdiedai[i]=diedai[0]；

}

else

{

for（j=0；j

if（p>=diedai[j].shihe&&p

newdiedai[i]=diedai[j+1]；

}

}

for（i=0；i

diedai[i]=newdiedai[i]；

4 結 語

本文對單路口交通信號智能控制系統(tǒng)進行研究，在當前社會中，交通問題已經(jīng)成為困擾每個城市發(fā)展的重要問題，解決交通難題可以提高市民的生活品質和提升城市的品質。本文結合云模型和遺傳算法使交通信號的控制具有智能化，實時緩解了交通擁堵的運行狀況。

參考文獻

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