何兴昱

摘 要：伴随社会经济发展速度的不断加快，交通运输在国民经济发展中的作用也愈加显著，进而人们对交通系统控制的关注程度越来越高。在交通拥挤问题有效缓解中，其最具经济价值的方式就是通过先进技术开发的智能交通系统，其能够对交通网络运行效率全面提升，特别是在交通信号控制中，如何通过路口交通流特点与排队延误规律进行先进交通信号控制方案地设计，对实现路口控制高效化极为重要。为此，本文主要对交通信号控制系统的工作原理、相关设计进行了分析与探究。

关键词：智能交通信号控制系统；设计

1 交通信号控制系统的工作原理

点、线、面控为道路交通控制的主要类型，点控制是指单点交叉口交通信息控制，其控制对象为单个交叉口，利用指示灯颜色地转变，在确保安全的基础上尽量提高通行车数量。其最根本的形式为交通信号控制。一般可将定周期控制、模糊逻辑式信号控制等归纳到点控制内。

干道交通信号协调控制系统是我们所说的线控制，是指将重要干道内相近的若干交通信号实施联动，保证干线内交叉口所有信息控制器的周期一致，有效错开绿灯开始时间，进而确保行驶于干线的车辆红灯相遇量大大减少，达到延误时间缩短的目的，为干道整体通行效率提升提供有利条件。

面控是指区域交通信号控制系统，其协调控制对象以区域内全部信号交叉口为主。中心控制室内的控制机能够对整个区域内所有被控制的交通信号进行集中管控，进而对道路通行效率大大提升，实现公路行驶安全、高效的目的。以上3种控制方式，都与信号周期、绿信比及相位差息息相关，但点控与其他2类相比，仅需对信号周期、绿信比进行控制。在交通信号控制中，要求必须严格遵循相应控制程序，在交叉路口的各个方向利用三色指示灯，对交通流加以指挥，且于时间方面进行隔离。在具有一定交叉路口几何特性的基础上，为对交叉路口通行能力有效提升，必须重视交叉路口信号配时，这也是决定停车次数、降低排队延误时间的重要因素

2 智能交通信号控制系统设计

1、案例分析

某路口选取四相位18步伐作为其交通信号控制系统，进而控制交通。因四个相位8个方向车流到达率的影响，此系统系统变量较多。由此可见，该路口属于多变量模糊控制系统。系统变量个数指数函数被认为是模糊控制规则的条数，如具有较大系统变量个数，基于规则的常规模糊控制器构建难度较大。为此，需选取多级模糊控制结构。本文案例内的路口所有路进口位置都有2个车辆信号检测器的安设，以此对各个方面车辆到达信息进行全部检测，并将此信息在整个周期内加以持续。在绿灯向红灯转变过程中存在另一颜色的灯—黄灯，其时间一般为2秒，在黄灯开启2秒后绿灯消失。检测器与停车线之间距离需充足，以此确保能够在12秒钟以下时间内向控制器迅速传递各个方向车辆到达信息。在案例路口位置，共有8路车辆检测器，相应时间段内针对检测的车流量信息，得出其车流到达率，如表1所示。

按照检测器对所有方向车辆到达信息的检测结构，对重点车流加以确定。且将模糊控制应用到重点车流车辆达到情况内，也就是通行权相位绿灯延长时间初值e秒可通过模糊化、模糊控制规则等一系列流程加以确定。同时，也可将模糊控制应用于非重点车流车辆到达情况内，以此对△e秒绿灯时间延长修正值加以确定。进而达到控制策略获得的目的，也就是以上二者绿灯延长时间秒数之和，具体控制系统结构如图1所示。

2、路口交通信号模糊控制器设计

根据以上分析，一级、二级模糊控制器为本文研究重点，在设计中其都由三方面构成。

（1）一级模糊控制器设计

绿灯延长时间为一级模糊控制器的控制变量，在绿灯开启到结束之间，40秒为主干道绿灯基准时间，30秒为次干道，要求相隔10秒进行一次控制。其模糊输入量一般包含三个，T＼Q＼A，可理解为时间、等候车辆数、到达车辆数；而只有一个E为模糊输出量，是指绿灯延长时间。总模糊关系公式为：

R=R1UR2UR3UR4UR5

（2）二级模糊控制器设计

绿灯延长时间的修正值为此控制器的控制变量，同上相隔10秒钟进行一次控制。其模糊输入量只有2个，Q1是指非重点车流没有通行权相位的等候车辆数，由于存有3个没有通行权相位的非重点车流，可根据所有方向车流量的实际情况实施加权归总。Qe是指在绿灯延长时间e秒后具备通行权相位的重点车流没有行使通过的车辆数。△e作为二级模糊控制器的唯一输出量，其为绿灯延长时间的修正值。

红灯相位非重点车流等候车辆数可通过二级模糊控制器输入，利用模糊控制规则，能够获取相应的模糊控制策略，也就是将△e模糊量输出，并通过隶属度最大化原则，实施反模糊化，进而获取绿灯延长时间的修正准确值。

3、控制系统硬件（交通信号输出板电路）设计

本文以智能交通信号控制机为例分析，在控制系统内硬件设计极为重要，其主要构成部分为主板、交通信号输出板、车辆检测输入板等。本文重点探讨交通信号输出板电路设计，在交叉口交通信号控制环节，需根据具体情况，设置信号灯的总量，本文分析的智能交通信号控制机所需控制的 交通信号灯可达到32路。220v为交通信号灯驱动正常电压，此时需做好隔离强弱电工作，达到弱电有效控制强点。为此继电器可选取固态形式，交通信号输出板才能够接收主板控制信息，实现分离数据的功能，同时向所有固态继电器一个一个地进行各路控制信息传送，进而对交通信号灯实施控制。主板利用控制RUNING与ECSO达到现阶段交通信号灯改变，且利用BAO-BA3＼IOW得到控制所有交通信号灯的目的。交通信号输出板内板选信号为ECSO，交通信号控制执行信号则由RUNING代表，为此，可通过74LS373有效锁存此次控制信息，在改变交通信号灯后，则会呈现出现阶段的状态，其改变只会出现于输出板得到下一步控制信号之后。选取此种方法，能够确保其连续性，降低浪费系统资源现象。

4、系统软件设计

选用结构化与模块化作为本文智能交通信号控制系统软件设计的主要方式，也就是把系统功能进行各个功能模块划分，一个相对独立的特定子功能需由各个模块完成，选取模块化原则，才能明确软件结构。在模糊控制模块设计中，主要选取主控制方式作为模糊控制方式，其工作程序就是遵循模糊控制规则，把车辆检测器所获取的车流量信息实施模糊判决，以此获取绿灯延长时间值确定，以此对达到最长绿灯时间加以判定。

3 结束语

综上所述，在科学技术水平迅速发展的今天，智能交通信号控制系统设计也愈加规范化、科学化，为更好地缓解交通拥堵问题，减少排队延误时间，相关部门必须重视设计的合理性，完善智能交通信号控制系统，全面推动交通事业发展。

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