城市道路錯綜復(fù)雜，相互交錯，交通燈是城市交通的重要指揮系統(tǒng)。交通信號燈作為管制交通流量、提高道路通行能力的有效手段，對減少交通事故有明顯效果。但是車流量是隨時變化的，而傳統(tǒng)的交通燈模式采用的是定時控制，反而容易造成交通堵塞。因此我們需要根據(jù)不同的交通路況設(shè)置通行時間，本文采用模糊控制算法，設(shè)計了一種智能交通燈監(jiān)控系統(tǒng)。

1、總體方案

交通燈監(jiān)控系統(tǒng)是一個分布式、集散型、網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)控系統(tǒng)，包括監(jiān)控中心和若干個智能監(jiān)測終端，能對獨立分布的交通燈進行集中監(jiān)控和維護管理。每個路口看成一個監(jiān)控終端，都設(shè)有一個采集器和一個GPRS模塊，而每個方向上都裝有一個控制器。控制器用來直接控制交通燈的狀態(tài)、時間顯示屏以及獲得各車道車輛信息;采集器用來獲取下屬的每個控制器的數(shù)據(jù)以及發(fā)送控制命令。采集器將采集到的數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心，在監(jiān)控中心對數(shù)據(jù)進行分析，進而實現(xiàn)對路況的監(jiān)控。在此采用模糊控制算法對車輛數(shù)據(jù)進行分析，實現(xiàn)對紅綠燈的控制。

2、模糊控制算法設(shè)計

模糊控制是將人們的長期經(jīng)驗作為控制策略，并將它轉(zhuǎn)化成機器可識別的自然語言，進而實現(xiàn)自動控制。在文中，將人對交通指揮策略語言轉(zhuǎn)化為機器語言所描述的控制算法，使得該算法能夠模擬人的思維對各個車道的時間分配問題進行很好地分析，從而實現(xiàn)紅綠燈時間的可變控制。對一個十字路口來說一個周期分為四個相位，如圖1所示（①：東至西，西至東，西至南，東至北;②：西至北，東至南;③：南至北，北至南，南至東，北至西;④：北至東，南至西）。

圖1 ?十字路口

2.1、輸入和輸出變量定義

模糊控制的語言變量是對于輸入變量和輸出變量而言的，它們是自然語言形式，而不是數(shù)值形式給出的變量，選擇當(dāng)前相位等待車輛平均數(shù)和下一相位車輛等待平均數(shù)為輸入變量，當(dāng)前相位綠燈延時時間為輸出語言變量，這樣，就選擇了一個雙輸入單輸出的二維模糊控制器，如圖2所示。

圖2 雙輸入單輸出模型

圖中，X1：當(dāng)前相位總車輛數(shù)/車道數(shù)（取整）;

X2：下一相位總車輛數(shù)/車道數(shù)（取整）;

Y：當(dāng)前相位綠燈顯示時間。

2.2、變量設(shè)置

（1）輸入量：X1和X2。

等待的車輛平均數(shù)目的基本論域確定為［0，Qmax］，Qmax是能接受的最大等待車輛平均數(shù)目，根據(jù)實際情況和路況來定，這里選擇40。論域是語言變量的量化檔數(shù)，將等待車輛平均數(shù)的論域確定為{-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5}，輸入語言量的基本論域與離散域轉(zhuǎn)換對照表如表1所示。

表1輸入車輛平均數(shù)目的基本論域與離散域轉(zhuǎn)換對照表

（2）輸出量：Y，當(dāng)前相位綠燈延時時間。

將綠燈延時時間的基本論域確定為［Gmin，Gmax］，Gmin是可以接受的最小綠燈延時時間，Gmax是可以接受的最大綠燈延時時間，在這里設(shè)定Gmin=0s，Gmax=60s。將綠燈延時時間的論域確定為{0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12}。因為輸出量延時時間是連續(xù)的，所以有比例因子K=60/12=5，通過比例因子進行反模糊化，從而得到精確的延時時間：

延時時間=K×模糊集數(shù)據(jù)

2.3、隸屬函數(shù)

在文中X和Y的語言變量都選取7個語言值，“很少”—“NB”，“較少”—“NM”，“少”—“NS”，“正常”—“ZE”，“多”—“PS”，“較多”—“PM”，“很多”—“PB”。

根據(jù)隸屬函數(shù)，可以建立相應(yīng)語言變量的賦值表。隸屬函數(shù)的確定一般是根據(jù)經(jīng)驗或統(tǒng)計進行確定，也可以由專家、權(quán)威給出。表2、表3給出輸入和輸出量各自語言變量的賦值表。

表2 ?輸入量X的語言變量賦值表

表3 ?輸出量Y的語言變量賦值表