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1、摘 要目前国内十字路口的交通灯控制一般是定时切换控制的。在当今高速发展的社会里，交通问题成为大家关注的社会问题，汽车数量的直线上升及现有的定时切换控制交通方式的局限性都使得我们有必要寻求一种智能的交通控制系统，基于此本论文的思路是:通过探测器(即电磁感应线圈)探测出汽车的流量后自动调节红绿灯的时长。车辆的流量记数、交通灯的时长控制可由可编程控制器(PLC)来实现。本毕业论文分为以下几部分组成：PLC基础知识简介，题目分析编程方案，智能交通系统PLC编程，程序编程和调试。关键词：智能交通 可编程控制器模糊控制目 录 目 录摘 要I目 录II第一章 绪 论11.1 引言11.2 课题的研究背景与意
2、义11.3 课题的主要研究内容1第二章 交通控制系统概述32.1 交通控制系统概述32.2 交通信号控制类型42.3 交通信号控制的基本参数52.4 交通信号控制的评价指标62.5 城市平面道路交叉口的类型6第三章 交通信号控制系统设计83.1 控制系统的总体方案83.1.1 控制对象83.1.2 控制原理和控制步骤83.1.3 控制特点93.2 交通信号模糊控制的理论基础103.2.1 模糊和模糊控制的概念103.2.2 模糊集合和隶属函数103.2.3 模糊关系113.3 交通信号模糊控制器的设计123.3.1 模糊控制器的基本原理123.3.2 模糊控制器的实现方法133.3.3 模糊控
3、制器输入输出量的设定14第四章 交通信号控制系统在PLC中的实现174.1 PLC简介174.2 基于PLC的交通信号控制系统184.2.1控制系统简介184.2.2 交通信号相位转换194.3 plc控制交通信号的几种设计方法224.3.1 模糊控制算法在PLC中的实现224.3.2 “起保停”技术在PLC中的实现254.3.3步进顺控技术在plc中的实现264.4关于几种控制方法的总结27第五章 总结与展望29致 谢30参考文献31附录A3233绪论第一章 绪 论1.1 引言交通问题是影响我国社会经济发展的一个大问题，随着我国城市现代化进程的不断推进，这个问题显得日益突出。交通是否便捷是衡
4、量一个城市生活水平与投资环境的重要指标。近年来，随着汽车数量的猛增，我国大中型城市的城市交通，正面临着严峻的考验，日常的交通堵塞成为人们司空见惯而又不得不忍受的问题。所以，改变和完善我国现有的交通系统已成为当务之急。城市道路交通问题的核心就是对十字交叉路口交通信号的控制。近几年，国外一些发达国家把城市交通信号控制研究的重点放在城市交通干线和区域的控制上，可是控制效果并不明显。人们对十字路口交通信号的控制方法大致有如下两种：因此，本文提出城市交通路口多相位自寻优方法，采用模糊控制技术对交通信号灯进行控制，使主相位和辅相位自转换，并用抗干扰性和稳定性都很高的PLC进行实现，最大限度地减少了十字路口
5、的车辆平均延误时间，提高了路口通行能力，从而达到缓解交通拥挤的目的。1.2 课题的研究背景与意义随着我国社会、经济的高速发展和城市化、自动化进程的加快，我国机动车辆拥有量及道路交通量急剧增加。交通拥挤的加剧不仅造成巨额的经济损失，而且将会导致交通事故的增加和环境污染的加剧。交通问题是目前世界各国城市发展共同面临的主要“城市病”之一，无论是发达国家还是发展中国家，都毫无例外地承受着不断恶化的交通的困扰，交通问题己经成为影响世界经济发展的主要因素。提高交叉口的通行能力，不但能提高车辆通过交叉口的速度，减少延误并节约人们的出行时间，同时能避免该交叉口发生堵塞而影响交叉口临近路段及更远路段的顺利通行，
6、减轻汽车尾气污染。城市交通信号灯采用红、黄、绿三种颜色，对到达交叉口的交通流实施控制。由于到达交叉路口的交通流受到许多因素的影响，而且随机性大，因而，通过建立精确的数学模型或预先人为的设定多套方案，控制效果都难以尽如人意。为了更好的提高平面交叉口的通行能力，解决交通拥挤和交通延误问题，近年来，国内外专家学者致力于开发新的交通信号灯的控制方法，模糊控制是较新的研究方向之一。因此，应尽量加快智能交通信号灯控制系统的开发和普及应用。1.3 课题的主要研究内容本文主要是研究一种新的交通信号控制系统，并把智能控制引入交通控制中，本系统不需要建立精确的数学模型，具有良好的实时性和稳定性，是一种很有前途的控
7、制方法。从理论意义上来说，当前智能控制已成为交通信号控制发展的一个必然方向。从实际意义上来说，交叉路口的智能控制不仅可以提高交叉路口的道路通行能力，而且可以解决交通延误和交通拥挤等问题。第2章主要详细介绍了目前世界范围内信号交叉路口交通控制研究的几个经典系统TRANSYT、SCOOT、SCATS、RHODES，详细分析了这几个经典系统的特点，阐明了这四种系统在交通信号控制应用中的优势和存在的不足，并提出了一种新的控制方法，另外详细介绍和分析了城市交通信号系统的一些基本概念、控制方式、控制的基本结构、信号控制的一些参数。第3章首先进行了整体方案设计，接着介绍了模糊控制理论的一些基本概念，最后进行
8、具体的各部分的设计。第4章主要是完成本方案各个部分在PLC中的实现。交通控制系统概述第二章 交通控制系统概述2.1 交通控制系统概述世界上最早的信号灯出现在1868年英国伦敦 Westminster 街口，它具有红绿两种颜色。1918年，在纽约街头出现了手动操作的三色信号灯。1926年在英国又出现了第一座自动交通信号机。从上世纪60年代开始，世界各国开始研究控制范围较大的信号联动协调控制系统，以解决信号配时的优化问题。在众多的交通信号控制系统中，比较成功的有 TRANSYT、SCOOT、SCATS、RHODES 等。TRANSYT 系统是当今世界上最负盛名的信号配时优化设计程序。最初版本是由英
9、国道路运输研究所（TRRL）于 1968 年研究成功。TRANSYT 是一种脱机操作的定时控制系统，主要由仿真模型和优化模型两部分组成。建立交通仿真模型的目的是用数学方法模拟车流在交通网络上的运行状况，研究配时参数的改变对交通流的影响，以便客观的评价任意一组配时方案的优劣。将交通流信息和初始配时参数作为原始数据，通过仿真得到系统的性能指标作为配时的优化目标函数，用“爬上法”进行优化，产生比初始配时更优越的新配时方案，再把新的信号配时输入到仿真部分，反复迭代，最后得到性能指标值达到最小的信号配时方案。经过30多年的不断发展，已成为区域交通控制方案优化设计的强有力工具，因而被世界许多城市使用。实践
10、证明，使用该系统带来的社会经济效益是很显著的。TRANSYT 也存在不足之处：一是 TRANSYT 的计算量太大，当网络较大时，这一问题更加突出；二是 TRANSYT的优化问题本质上是一个数学规划问题，如何找出全局最优解理论上还没有彻底解决，仍需不断探索；三是作为一种离线优化方法，TRANSYT 需要大量的网络几何尺寸和交通流信息，需要大量的人力和时间来采集数据。SCATS（Sydney coordinated adaptive traffic system）系统是由澳大利亚新南威尔士道路和交通局于20世纪70年代末研究成功的，它属于响应式联机操作系统，从1980年起陆续在悉尼等城市安装使用。
11、它把信号周期、绿信比和相位差作为各自独立的参数分别进行优选，优选算法以饱和度和综合流量为主要依据。优化过程没有利用数学模型，而是在各种预定的方案中进行优选，方法简单，但配时方案的数量有限。SCOOT 系统是20世纪70年代初英国运输和道路研究所与3家公司联合在TRANSYT 基础上研究出的一种自适应控制系统。该系统于1975年在英国哥拉斯哥进行现场试验，取得了较好的效果，与 TRANSYT 相比，可减少12的平均车辆延误时间。SCOOT 是一种对交通信号网络实行实时协调控制的自适应控制系统，采用小步长渐进寻优方法，无需过大的计算量。在优化过程中，配时参数随着交通需求的改变而作频繁的适量调整，通
12、过频繁调整的连续累计来适应一段时间内交通的变化趋势，在避免因配时突变引起车流不稳定的同时，大大简化了优化算法，从而可以实现实时运算的自适应控制。RHODES 系统是由美国亚利桑那州立大学近年来开发成功的，它充分利用通信、控制、系统工程、运筹学和数值计算等方面的最新技术，通过预测模型预先获得交通流的必要信息，并对其提前做出有效的响应，经过现场测试证明该系统对半拥挤的交通网络比较有效。交通系统是一个大的延迟系统，要实时响应交通流的随机变化，必须提前知道其变化并及时做出响应。智能交通系统（ITS）是为了改善交通系统的运行情况，提高交通效率及安全性，减少交通事故，降低环境污染，综合运用先进的信息通信、
13、网络、自动控制、交通工程等技术，建立起来的一个智能、安全、便捷、高效、环保的综合交通体系。智能交通有许多分支，如交通信息服务系统、城市公共交通系统、自动车辆驾驶系统、自动收费系统、物流系统等。智能信号灯控制是其中的一个重要分支，是城市交通控制和疏导的主要手段。平面交叉路口是道路的基本组成部分，是最容易发生交通堵塞的区域，因此交叉路口通行能力的优化是解决城市交通问题的重要环节，交通信号灯又是交叉路口必不可少的交通控制手段。对于传统的信号灯控制系统，控制周期固定，不能根据实际的交通流状况随时调整各方向上信号灯的时间，从而经常造成很多不必要的时间等待和资源浪费，这是现今交通问题日趋严重的原因之一。智
14、能交通信号灯控制系统则可以根据各方向上检测到的车流量信息，实时调整控制周期，对交通流实行合理的引导和控制，以缓解或防止交通拥挤、减少尾气排放和噪声污染及能源消耗、缩短出行延时。2.2 交通信号控制类型 城市交通信号控制有多种方式，其分类也有很多种。在此考虑到选择控制方式的方便性，将其按控制范围分为以下几种：（1）单点交叉口交通信号控制（点控）点控方式是指道路交叉口的信号灯各自互相不相关的独立运行的方式。点控方式适用于相邻路口间距离较远，线控无多大效果或者因各相位交通需求变动显著，其交叉口的周期长和绿号比的独立控制比线控更有效的情况。（2）主干路交通信号协调控制（线控） 线控也称干线协调控制、绿
15、波控制。我们知道交通流具有连续运动的特点，若交通干线上几个距离较近的交叉口其控制信号不相关时，从上游驶出的车辆又可能在下游又遇红灯。这种交叉口之间各自为政的孤立控制方式难免造成频繁停车，控制效果不佳。这时若把这些交叉口的信号机在时间上联接起来进行协调控制，则可以形成一条绿波带，减少了干线上车辆的停车次数和行车延误。线控的主要特点是对几个信号设定共同的周期长和相对的相位差。线控适用于交叉口间距离较小，交通干线流量较大的情况，因为这时车流不会离散，控制效果好。线控按控制的时间基准分为同时式线控、优先式线控和交互式线控；按有无连接电缆分为有缆线控和无缆线控；按控制策略分为固定周期控制、方案选择式感应控制、方案生成式感应控制。线控根据控制目标的不同而有相应的信号配时算法，比较有代表性的有最大绿波算法 MDWB、最小化总延误和停车次数算法 MINDS。（3）区域交通信号系统控制（面控） 面控也称区域协调控制，是对某一大面积道路网上的多台信号机采用集中协调控制的方式，因为这些信号机相互关联，每一个路口的配时变化都或多或少地与其他路口有关。面控方式是线控方式的扩展。面控区域一般划分成若干个子区，这里的子区是指用相同的周期去进行控制的区域。面控系统由中央控制机、子区控制机、路口控制机三级组成。中央控制机给出每个子区的最佳周期长，各个子区控制
