【正文】 ove the problem oftraffic signals in crossroads ofbig cities． Key Words： Crossroads， ATmega128， FBG sensing technology， protues protues simulation 目 錄 第 1章 課題描述 ....................................................................................................................................5 選題背景及研究意義 ................................................................. 1 國內(nèi)外智能交通研究和發(fā)展現(xiàn)狀 ............................................... 2 單片機的發(fā)展狀況 ...................................................................................................................... 2 本文研究的主要內(nèi)容 ............................................................................................................... 4 第 2章 智能交通控制系統(tǒng)方案設計 .................................................................................5 總體方案設計概述 ....................................................................... 5 三路口道路通行控制方案設計 ................................................... 6 車流量檢測方案 ......................................................................... 8 第 3章 智能交通控制系統(tǒng)硬件設計以及程序設計 ......................................... 14 AVR 單片機的選擇 .....................................................................14 硬件模塊簡介 ............................................................................16 系統(tǒng)硬件設計 ............................................................................19 第 4 章 程序設計 ....................錯誤 !未定義書簽。 錯誤 !未定義書簽。 21 程序設計 ........................................................................................21 第 5章 程序調試 ........................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 23 PROTEUS仿真軟件簡介 ..............................................................23 系統(tǒng)的模擬仿真 ........................................................................23 第 6章 總結與展望 ........................................................................................................................ 26 參考文獻 ........................................................................................................................................................ 27 致 謝 .............................................................................................................................................................. 28 第一章 課題描述 選題背景及研究意義 1． 1． 1 選題背景 交通是經(jīng)濟和社會發(fā)展的基礎性產(chǎn)業(yè)，是社會經(jīng)濟活動中人流、物流、資金流和信息流的主要載體。在現(xiàn)代社會中，沒有高效運轉的交通運輸體系，就不可能有經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展。然而，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，機動車輛迅速增如，人們在賺取由機動車輛所帶來的巨額利潤以及充分享受汽車巨大便利的同時，也越來越受到交通擁堵、交通事故頻發(fā)、環(huán)境污染加劇和燃油損耗上升所帶來的諸多問題的困擾。 在國外，特別是一些發(fā)達國家，由于經(jīng)濟發(fā)展較快，早在上個世紀 60 年代，交通問題就同漸突出；而我國，由于經(jīng)濟發(fā)展相對較晚，機動車輛擁有量相對較少，在改革開放前及 初期，這一問題并不嚴重，但是近 20 多年來，隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市化、汽車化進程加快，機動車輛保有量迅猛增加，我國的交通狀況日漸惡化，交通擁擠以及能源、環(huán)境問題日益嚴重，特別是一些大城市，交通擁擠已成為制約城市經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。 交通擁擠以及由其導致的時間損失、能源消耗、交通事故和環(huán)境問題所造成的巨大損失已成為世界各國政府和人民所面臨和必須解決的問題。近年來，理論和實踐證明采用先進的信息技術、通信技術和控制技術等高新技術開發(fā)的智能交通系統(tǒng)可以大幅度提高交通網(wǎng)絡的運行效率，是解決交通擁擠問題的最經(jīng)濟最有效的 辦法。據(jù)統(tǒng)計，智能交通系統(tǒng) (ITS)技術的應用可以減少 10％的廢氣排量，20％的交通延時， 30％的停車次數(shù)。美國 Los Angeles 地區(qū)和 Texas 州在武漢理T 大學碩 +學位論文 ITS 技術方面投資的效益成本比率分別是 16： 1 和 22： 1，收益非常顯著。而這一切，都是在基本上沒有進行道路建設和引入新的高速車道的情況下取得的。這充分說明了近年來發(fā)達國家競相投資 ITS 技術的研發(fā)和應用的原因。 目前國內(nèi)已有一些自主開發(fā)的城市交通控制與管理系統(tǒng)，但整體性能與國外同類系統(tǒng)相比較仍有較大差距，只在一些中小城市得到部分應用。 國內(nèi)城市尤其是大城市引進的交通控制系統(tǒng)大部分為進口的 SCOOT 和 SCATS 系統(tǒng)。由于我國交通流是混合交通流，和國外的交通流大不相同，國外的交通控制系統(tǒng)在國內(nèi)的使用效果不盡人意。所以迫切需要開發(fā)適合我國國情的、具有我國自主知識產(chǎn)權的能達到國際先進水平的智能交通系統(tǒng)。交通系統(tǒng)是一個非線性隨機性都很強的開放的復雜大系統(tǒng)，系統(tǒng)維數(shù)太高，加上人的參與，對其進行有效的控制是一個非常復雜的問題。這也是現(xiàn)有不管是基于方案選擇式的 SCATS 還是基于方案生成式的 SCOOT 系統(tǒng)都難于取得很好效果的原因。所以，必須采用先進的智能控 制理論來解決復雜的交通系統(tǒng)的控制問題。本論文的研究目的就是針對城市交通問題的現(xiàn)狀，從方法上對交通信號的優(yōu)化與控制問題進行研究和探討，以期為解決實際 的城市交通問題提供有益的方法和途徑。 1． 1． 2 研究意義 目前，緩解城市道路交通擁堵已到了刻不容緩的地步。解決交通擁堵問題的渠道也很多。比如控制機動車輛的發(fā)展，多修公路、多修地鐵，大力發(fā)展公共交通。相信這些方法都能從一定程度上緩解交通壓力，但我們不得不看到的是，汽車時代的來臨將是無法避免的，這是城市進化一種狀態(tài)。不論任何城市，可供修建路面交通的空間都是有限的， 修建地鐵又需要巨額資金且覆蓋面過于狹小，同時，由于交通系統(tǒng)是一個相當復雜的大系統(tǒng)，單獨從車輛方面考慮或者單獨從道路方面考慮，都很難從根本上解決問題。在這種背景下，從系統(tǒng)的觀念出發(fā)，把車輛和道路綜合起來考慮，最大限度的利用現(xiàn)有資源，增加交通系統(tǒng)的技術含量，提高交通系統(tǒng)的、運作效率，才是一種節(jié)約成本，良性循環(huán)的發(fā)展之路。因此控制交通信號燈的交通信號控制機應運而生。 然而，社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，使得傳統(tǒng)的交叉口紅綠燈已不能滿足目前的交通需求，其固定模式已不能適應現(xiàn)階段的交通系統(tǒng)。交通擁擠產(chǎn)生的時間不同，白天又分為上 下班高峰期的擁擠，在交通路口處經(jīng)常會發(fā)生這樣的情形：綠燈放行的一方?jīng)]有車通行，而紅燈禁行一方卻有車在耐心等待放行，這不僅影響等待方的心情，而且增加車輛油耗及降低城市交通網(wǎng)的效率。這就是因為當前的紅綠燈控制系統(tǒng)的發(fā)展滯后于交通發(fā)展的現(xiàn)實表現(xiàn)，所以就要求紅綠燈能根據(jù)時間及流量做出相應的判斷來進行人性化的服務疏導交通。因此就需要通過增加技術含量的方法提高現(xiàn)有道路的利用率，提高道路交通的安全程度和道路使用的舒適性，公路交通信號燈信號控制機系統(tǒng)的智能化的研究也因此應運而生。 城市交通控制理論研究現(xiàn)狀 1． 2． 2 國外的研究和發(fā)展現(xiàn)狀 自本世紀八十年代末以來，西歐、北美和日本競相發(fā)展智能運輸系統(tǒng)，成立了許多機構，制訂并實施了開發(fā)計劃。如美國 ITS 協(xié)會、歐洲共同體的交通信息與控制組織 ERTICO，日本的路車交通智能協(xié)會 VERTIS、以及 ITS 國際標準化機構 ISO/TC204 等。 1986 年，歐洲啟動智能運輸系統(tǒng)研究的第一批項目 DRⅣ E和 Prometheus，日本開始 RACS 試驗研究，其后美國開始啟動 PATHFNDER 和“ 20xx 年的交通模式”研究項目。到 1995 年，已經(jīng)有難以計數(shù)的大小項目在開展，從理論規(guī)劃到實際實施；從現(xiàn)場試驗到形成產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展規(guī)模和速度咄咄逼人。 除了歐、美、日以外，新興的工業(yè)國家和發(fā)展中國家也開始 ITS 的全面開發(fā)和研究，如韓國由交通部牽頭制定了全面的 ITS 框架結構和發(fā)展計劃，新加坡已 經(jīng)在全國開始推行不停車電子收費，中東的一些國家也開始討論本國ITS(Intelligent Transportation，即 ITS)的研究計劃。下面對國際上有代表性一些產(chǎn)品迸行簡單的介紹。 美國 ITERIS 公司是一家專業(yè)開發(fā)先進的信息技術、軟件及傳感器設備的，處于 行業(yè)技術領先地位的產(chǎn)品制造商。 ITERIS 公司早在 1990 年便涉足于 ITS 行業(yè)，開發(fā)出一系列用于解決當前智能交通問題的、開放性的解決方案，其中Vantage 系列產(chǎn)品便是其中之一。 Vantage 視頻交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，是專門為解決交通數(shù)據(jù)采集工作設計的。 Vantage 采用了先進的數(shù)字視頻技術，它除了能夠融入于道路交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，還能夠無縫的整合到感應式十字路口信號燈控制系統(tǒng)、電子警察抓拍系統(tǒng)，其雙重功用被廣泛的應用于城市道路事故監(jiān)控及交通誘導、高速公路交通數(shù)據(jù)采集，以及公路隧道、橋梁的意外事故監(jiān)控系統(tǒng)中。目前 ，Vantage 視頻車輛檢測器全球已有 30000 個系的運用案例。 比利時 TRAFICON 路暢通公司在 1982 年就開始著手有關研究，到現(xiàn)在為止已經(jīng)有超過 l0000 個 TRAFICON 系統(tǒng)在世界各地被安裝使用。 澳大利亞是世界上較早從事智能交通控制技術研究的國家之一，著名的SCATS 系統(tǒng)在澳大利亞幾乎所有城市都有使用，目前在上海、深圳都有使用。SCATS 系統(tǒng)的優(yōu)點是其自動適應交通條件變化的能力，通過大量設在路上的地埋置線圈磁感應傳感器隨時獲取道路車流信息， SCATS 系統(tǒng)能夠計算旅行時間并對交通網(wǎng)的運行情況進行判斷 。 但是該系統(tǒng)也存在了很多缺陷： (1) SCATS 系統(tǒng)的通訊方式 SCATS 系統(tǒng)目前使用的通訊方式是 BELL 1． 03是 70 年代使用的通訊規(guī)約，只能做點對點的銅線通訊，無法使用現(xiàn)代的通訊方式 (光纖、無線網(wǎng)絡、衛(wèi)星 )。這種通訊方式也無法為路口機增加備用的通訊方式。而且該系統(tǒng)已使用多年，到了更新的時間，并且 SCATS 系統(tǒng)不是一個開放式系統(tǒng)，無法增加功能以滿足現(xiàn)代交通管理的需求，甚至不能做到信息共享和信息交換。另一方面，在監(jiān)察違章車輛方面也缺少必要的現(xiàn)代手段。所以 SCATS 訊方式目前根本無法滿足現(xiàn)代城市交通管理 現(xiàn)代化發(fā)展要求。 (2)地埋線圈式磁感應檢測器環(huán)形線圈檢測器是傳統(tǒng)的交通檢測器，是目前世晃上用量最大的一種檢測設備。車輛通過埋設在路面下的環(huán)形線圈引起線圈磁場的變化，檢測器據(jù)此計算出車輛的流量、速度、時間占有率和長度等交通參數(shù)，并上傳給中央控制系統(tǒng)，以滿足交