关于城市交通信号灯配时系统的研究

论文总字数：28359字

目 录

摘要 3

Abstract 4

第一章 绪论 5

1.1课题研究背景 5

1.2国内外研究现状 5

1.2.1国外研究现状 5

1.2.2 国内研究现状 6

1.3课题主要研究内容和意义 6

1.4 本章小结 7

第二章 城市交通信号控制基本理论 7

2.1 交通信号控制基本概念和控制对象 7

2.1.1 交通信号控制的基本概念 7

2.1.2 交通信号控制的控制对象 7

2.2 交通信号控制方式及分析 8

2.3 主要评价指标 8

2.4本章小结 8

第三章 交通流预测 9

3.1 交通流预测目的与意义 9

3.2 交通流预测研究现状 9

3.2.1 国外研究现状 9

3.2.2 国内研究现状 9

3.3 基于参数拟合的交通流预测 10

3.3.1 最小二乘法介绍 10

3.3.2 模型建立 10

3.4 实例计算和分析 11

3.4.1 实例计算 11

3.4.1 实例分析 13

3.5 本章小结 13

第四章 信号灯配时优化 14

4.1 传统的信号控制系统 14

4.1.1 传统信号灯控制系统概述 14

4.1.2 传统信号灯控制系统的不足 14

4.2信号灯实时配时基本理论 14

4.2.1 信号灯配时优化的主要参数 15

4.2.2 平面交叉口介绍 17

4.3 基于模糊控制的信号灯配时优化 17

4.3.1 模糊控制理论 17

4.3.2 算法介绍 17

4.3.4 算法流程^[17] 19

4.4 实验结果及分析 19

4.4.1 实验结果 19

4.4.2 结果分析 20

4.5 本章小结 20

第五章 总结 21

参考文献 22

致谢 23

关于城市交通信号灯配时系统的研究

叶晓彤

，China

Abstract: In the traffic system，the traffic light plays an important role. The signal control system which is applied generally using a timing control system, the method can’t adapt to the change of traffic flows. When the number of vehicles is small, cars will waste time in this system, when there are many vehicles, the system can’t make all of the cars through the intersection, causing serious congestion problems.

     Therefore, it is time to build an efficient and safe system.This paper aims to introduce a new real-time timing system, hoping to improve the road traffic capacity, and solve the problem of urban road congestion. In this paper, the timing system can predict the traffic flow by the method of parameter fitting. Then, we improved the timing optimization algorithm based on fuzzy theory. The experiment proves that the system reduces the delay time compared with the traditional algorithm, improve the road pass rate, and the algorithm with better effect.

Key words: Traffic flow forecasting, Split, Cycle length, Least squares, Fuzzy sets

第一章 绪论

1.1课题研究背景

城市道路拥堵、尾气污染问题及交通事故成为困扰许多国家的难题。造成严重交通问题的原因有：经济快速发展、城市人口迅速增加、基础设施的建设跟不上城市的发展、道路管理的不全面。日益严重的城市道路拥堵问题，给社会发展、经济发展、行人安全、环境带来巨大挑战，因此，现在急需改革现有的交通系统，来提高道路通行率，减少交通拥堵。我国城市对交通需求增长很快，交通对日常生活有重要的意义。机动车数量的与日俱增，给我国交通带来巨大挑战。目前我国普遍应用的信号灯控制是定时控制，因而我国城市道路通行率比较差，总是会造成严重的拥堵。所以在2006年，我国就提出智能交通系统^[1]。

在道路系统中我们意识到交叉口的重要性，城市交通拥挤会造成大量的事故，尤其是在交叉路口，如果交通灯能根据实时交通情况进行配时，随时调整绿信比，将能有效的减轻道路拥堵。因此，有效的控制道路交叉口对指挥城市交通有至关重要的作用。

1.2国内外研究现状

道路拥堵问题日益困扰着社会，传统的调度方法无法满足与日俱增的需求。所以研究有效的调度方法是十分必要的。从20世纪70年代至今，经过许多国家及地区的研究，已经取得了巨大的成果^[2]。

1.2.1国外研究现状

随着城市交通问题的出现，为了改善混乱的交通状态，早在1868年，伦敦就出现了交通信号灯，自交通信号灯的出现，就显现出了对于改善城市道路状况的优势。但随着社会的发展，原有的定时信号灯不能很好的解决日益严重的拥堵问题，所以许多国家和地区开始研究信号灯的实时配时算法。

英国世界上最早发展公共交通的国家之一，在19世纪，英国首次提出了信号灯配时的思想，二战结束后，世界上许多国家开始研究交通灯的配时优化系统。Webster和Miller提出了一种交通灯控制算方法，该方法的目的是减少车辆平均延误；1975年英国又成功开发了SCOOT系统,SCOOT成为世界上应用最广泛的一种智能交通系统；1991年，Nahatsuu和Terutoshi首次将神经网络算法运用到智能交通系统的研究中，该算法优化了交通灯的绿信比；1992年，Foy等人提出了基于遗传算法的配时系统^[3]；1997年Pappis和Mamdani将模糊理论运用的交通灯配时系统中，该方法解决了城市交叉口交通灯优化配时问题^[19]；2001年Park等提出了将多种要素同时进行优化的算法，包括信号周期、绿灯时长等。ELLA Binghan提出了模糊理论与神经网络结合的算法，该算法有效的改善了控制效果；DankoA提出了应用智能体配时的方法，该方法优化了交通灯配时方案；Baher和Abdulhai提出了一种新的配时算法，该算法应用了能自我学习的智能体，优化了传统算法^[20]；Dusn Teodorovic提出了通过预测车流量对信号灯进行配时的算法；Chen等人研究了通过预测下一时段车流来进行信号灯配时的算法^[3]。

1.2.2 国内研究现状

我国开始研究ITS较晚，总体水平不高，到70年代才开始研究计算机控制信号灯技术；关于信号灯配时系统的研究也较晚，但通过许多专家的研究也获得许多成果，1992年徐东玲等提出了基于模糊神经网络的配时优化算法，来解决孤立交叉口信号灯配时问题^[21]；1998年，陈森发等开始研究了交通流对信号灯配时优化算法的影响；1999年，朱劲等人提出了基于模糊理论的信号灯配时优化算法^[3]；2000年徐建闽等考虑了交通流的随机性，针对交叉口提出了一种基于模糊理论的信号灯配时方法；2001年，武建国等为适应交叉口交通流实时变化的情况，提出了基于模糊理论和智能感应的配时算法；2004年，杨晓光提出了公交优先的配时算法^[3]。

1.3课题主要研究内容和意义

交通信号灯是保障交通秩序、确保车流、行人安全的工具。在1868年，交通信号灯被使用，但是传统的信号灯系统无法解决日益严重的道路拥堵问题，所以研究信号灯实时配时系统对解决该问题具有十分巨大的意义。

随着我国经济快速发展，道路上的车辆急速增加，造成交通拥堵的问题，交通拥堵问题又造成安全、经济损失等问题，所以智能交通系统对于解决该问题十分有效且十分必要。中国交通存在很多弊端，如人口众多，车辆较多，交通管理系统不够先进，所以研究适合我国交通状况的智能交通系统势在必行。

交通系统是一个非常复杂且包含许多影响因素的系统，车流量具有不确定性，随机性等特点，原有的定时信号灯系统难以预防和解决交通拥堵问题，所以本文尝试说明一种基于预测车流量的信号灯配时算法，并进行实验。同时本文对定时交通信号灯配时系统也进行实例模拟，与本文介绍的算法的结果进行比较，来确定本文提出的算法是否优于定时信号灯系统，并进行改进。

1.4 本章小结

本章阐明了信号控制系统的研究背景、内容和意义，并总结了关于信号控制系统的研究现状。提出了交通信号灯实时配时系统的重要性，简要的说明了本文的要点。

第二章 城市交通信号控制基本理论

交通信号灯在现代化城市交通中有着十分重要作用。城市信号控制系统对于增加道路通行率、改善交通安全、减少能源消耗等具有十分重要的作用。优化的信号控制系统对缓解城市交通拥堵问题有重要意义。

城市信号控制系统是通过交通信号灯指挥交通，疏导车流和行人，提高道路通行率。在信号灯的疏导下，道路拥堵问题有明显的改善。交通控制理论和自动控制技术的发展具有紧密的联系，随着自动控制技术的发展，被应用于信号控制系统，智能的、更高效的交通控制方法也不断地出现。

2.1 交通信号控制基本概念和控制对象

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：28359字