针对目前交叉路口交通控制信号灯的绿信比固定不变的问题,提出一种模糊控制的方案。根据当前相位的车流量和当前相位与下一相位车流量之差,实时控制相位绿信比,缩减车辆在交叉路口的排队长度。绿信比可在FPGA上模拟实现,采用E-Elements ISE Development Kit开发套件,使用ISE10.1软件设计工具,对上述控制方案进行仿真。 1 概述
为了解决城市交通拥挤的问题,需要从供求两个方面来采取措施:一是加强城市道路的基础建设,二是要充分利用、提高现有路网的利用效率。目前,国内的城市交通灯大多数都是采用固定的绿信比(一个信号相位的有效绿灯时长与周期时长之比),不能满足交叉路口车辆的时变性要求。
模糊控制技术作为智能控制的重要分支之一,它的最大特点是针对各类具有非线性、强耦合、不确定性、时变的多变量复杂系统,在各个控制领域中得到广泛的应用,并取得良好的控制效果。在城市道路中存在大量的平面交叉路口,交叉路口一般可以分成十字形、X形、T行、Y行和多路交叉形,本文以十字形交叉路口作为研究对象。
在平面交叉路口上某一支或者几支交通流所获得的通行权称为信号权,简称相位。一个周期内有几个信号相位,则称该信号系统为几相位系统。本文以双向6车道4相位系统为例。第1相位东两方向交通流直行,第2相位东西方向交通流左转,第3相位南北方向交通流直行,第4相位南北方向交通流左转,所有右转方向交通流不予控制。其交通运行图如图1所示。
2.2 车辆检测器
采用环形线圈式,金属线圈埋在地下,构成LC振荡回路。受车身铁磁材料的影响,电感量发生变化,根据电感不同可知车辆通过时的脉冲,从而推算出车辆通过的频率。 2.3 控制器的设计
本文采用二维模糊控制器,二维指的是模糊控制器的输入变量有两个,而控制器的输出只有一个。这类模糊规则的一般形式为:
IF X1 IS Ai AND X2 IS Bi THEN Y IS Ci
由控制规则得到模糊控制规则表,如表4所列。
3 模糊控制的FPGA实现 3.1 Spartan3A/3AN介绍
FPGA具有性能好、规模大、可重复编程、开发投资小等优点,在现代电子产品中应用得越来越广。使用Xilinx的Spartan3A/3AN FPGA时,ISE是必备的设计工具。它可以完成开发的全部流程,包括设计输入、仿真、综合、布局布线、生成BIT下载文件、配置和在线调试等。本文采用E-Elements ISE Development Kit开发套件和ISE10.1软件设计工具,建立模糊控制交通灯系统工程,如图3所示。