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城市单交叉路口信号控制方法研究

作　者: 白利芳
导　师: 徐进学
学　校: 大连海事大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 模糊控制遗传算法神经-模糊控制系统建模系统仿真
分类号: U491.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 111次
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内容摘要

经济的飞速发展和城市化进程的加快加剧了城市道路交通的拥堵。并且带来车辆延误增加、交通事故频发和环境恶化等一系列的问题。智能交通控制系统是解决这一问题的重要途径。针对城市交通控制系统具随机性、很强的非线性等问题而难以建立精确数学模型这一缺点,本文利用了模糊逻辑、遗传算法和神经网络等智能理论,对单交叉口展开研究,确保车流可以最小延误地顺畅通行,以缓解城市交通拥堵产生的危害。一般的信号优化方案都是针对正常情况下,而对于车道发生交通事故或车道维修的状况并没有考虑,本文设计了一种可以同时适用于正常和非正常情况下的信号控制方案。首先,从控制论的角度出发应用模糊控制方法对城市单交叉路口信号灯的控制建立模糊控制模型,在此基础上,应用模糊控制理论和交警指挥交通的经验,设计了一种基于车辆延误的单路口交通信号灯控制策略。该策略把车辆延误作为控制目标,综合考虑相邻相位的车辆平均延误及当前的车道情况,以此来决定各相位的绿时分配。其次,针对经典模糊控制器的缺陷,设计了基于遗传算法的模糊控制器优化。利用遗传算法寻优模糊控制规则的调整量而非控制规则本身,避免了不合理规则的产生,提高了收敛速度。再次,针对神经-模糊控制方法,本文介绍了自适应神经模糊推理系统的结构原理和推理方法,并利用神经网络的自学习功能,将模糊推理系统(FIS)中的模糊逻辑规则及隶属度函数参数通过神经网络的自学习来整定,自动产生模糊规则并调整隶属度函数,解决了模糊控制系统中模糊推理规则主要根据交警经验设计、缺乏自学习能力、控制精度不高等问题。最后,利用Matlab和Simulink工具分别对三种控制方法的结果进行建模和仿真。仿真结果表明,这三种控制策略对于正常和非正常情况下都能有效减少车辆延误,效果比较好,且经过优化后的控制效果明显优于传统的模糊控制。总之,本文在结合模糊逻辑、遗传算法和神经网络等人工智能理论的基础上,深入研究了城市交通信号控制策略,有力地减小了车辆平均延误。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第1章绪论  11-18
  1.1 课题研究的背景及意义  11
  1.2 国内外研究现状  11-16
  1.3 目前存在的问题  16
  1.4 本文的研究工作  16-17
  1.5 小结  17-18
第2章城市交通信号控制概述  18-25
  2.1 交叉口信号灯控制的参数及评价指标  18-20
    2.1.1 基本参数  18-19
    2.1.2 评价指标  19-20
  2.2 交通数据的采集  20-21
  2.3 城市道路交通模型  21-22
  2.4 路口模型  22-23
  2.5 相位设置  23
  2.6 非正常通行单路口研究  23-24
  2.7 小结  24-25
第3章城市交叉口交通信号模糊控制方法  25-38
  3.1 交通信号模糊控制思想  25-27
    3.1.1 模糊控制的基本理论  25-26
    3.1.2 交通模糊控制的基本思想  26-27
  3.2 模糊控制器的设计  27-33
    3.2.1 变量的模糊语言描述  27-29
    3.2.2 确定模糊控制规则  29-32
    3.2.3 反模糊化  32-33
  3.3 模糊控制器系统的设计方案  33-34
  3.4 仿真结果及结论  34-37
  3.5 小结  37-38
第4章基于遗传算法的城市交叉路口模糊控制器优化设计  38-46
  4.1 遗传算法简介  38-40
  4.2 遗传算法优化模糊控制器的方法  40-41
  4.3 模糊集和及模糊控制规则的建立  41-43
  4.4 仿真结果及分析  43-45
  4.5 小结  45-46
第5章城市交叉路口的神经-模糊控制器的设计  46-55
  5.1 模糊控制器优化的必要性  46
    5.1.1 控制参数优化必要性  46
    5.1.2 控制优化对象及方法  46
  5.2 模糊神经网络基本概念介绍  46-48
  5.3 ANFIS模糊神经网络实现控制器参数优化  48-52
    5.3.1 数据导入和网络形成  48-50
    5.3.2 网络训练和误差检验  50
    5.3.3 隶属度函数优化结果  50-52
  5.4 仿真结果及结论  52-54
  5.5 小结  54-55
第6章总结  55-57
  6.1 总结  55
  6.2 研究展望  55-56
  6.3 小结  56-57
参考文献  57-61
致谢  61

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