【正文】 3 輸出變量各模糊子集的隸屬函數(shù) 確定模糊控制規(guī)則確定控制規(guī)則的原則是：當?shù)却犃虚L或很長時,增加綠燈時間,選取的輸出以放行、減少車輛等待為主；而當?shù)却犃休^短時,選取的控制量以防止綠燈時間浪費為出發(fā)點。在論域 Q 上的定義的五個模糊子集為{很短,短,中,長,很長},簡記為{VS,S,M,L,VL}。這種方法擺脫了控制對象輸入、輸出物理量的精確描述,用自然語言描述專家控制策略,以機器模擬人的模糊思維對系統(tǒng)實現(xiàn)有效控制。在此處有一感應(yīng)器，其裝置在車道中部，當車輛通過時，感應(yīng)器就能感應(yīng)到，由此而記錄一輛車經(jīng)過?？紤]某個周期 T,在 T 內(nèi)第 i 相位末時（第 i 相將由綠轉(zhuǎn)紅）任一車輛等待隊列長度設(shè)為 ,則：()jki （31）(1)1()(),jkjkjk jkqiCii gi?????????， 紅 燈 綠 燈式中 為周期 T 內(nèi)第（i1）相位末時 jk 車道的車輛等待隊列長jki度。一個設(shè)在距第一個檢測器 D 處,用于檢測車輛到達數(shù)，距離 D 一般為 80～100m。本文提出根據(jù)當前相和后繼相的車輛等待長度確定單路口多相位信號配時的方法。但在實際模糊控制中，必須要有一個確定值才能控制或驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。以下為模糊控制器的設(shè)計步驟：1）模糊控制器的結(jié)構(gòu)單變量二維模糊控制器是最常見的結(jié)構(gòu)形式。三維 模糊控制器d/dtd/dtEECCECE圖 6 三維模糊控制器模糊控制系統(tǒng)所選用的模糊控制器維數(shù)越高，系統(tǒng)的控制精度也就越高。在模糊控制系統(tǒng)中也可類似地劃分為單變量模糊控制和多變量模糊控制。規(guī)則條數(shù)和模糊變量的模糊子集劃分有關(guān)，劃分越細，規(guī)則條數(shù)越多，但并不代表規(guī)則庫的準確度越高，規(guī)則庫的“準確性”還與專家知識的準確度有關(guān)。在規(guī)則推理的模糊關(guān)系方程求解過程中，向推理機提供數(shù)據(jù)。當系數(shù) k 所取的隸屬度 時，就轉(zhuǎn)化為重心法。因此，難免會丟失許多信息?；谀：评硪?guī)則，根據(jù)模糊關(guān)系 R，可求得給定輸入 和 對應(yīng)的輸1AB出 為：1C (219)211()TAB?=將模糊關(guān)系 R 看成一個模糊變換器。根據(jù)其語義和構(gòu)成的語法規(guī)則不同，可分為以下幾種類型：1）模糊陳述句：語句本身具有模糊性，又稱為模糊命題。模糊控制規(guī)則的來源可通過下列的各種方式：1)專家豐富的經(jīng)驗和知識：在前面曾經(jīng)提到過模糊控制也稱為控制上的專家系統(tǒng)，專家豐富的經(jīng)驗和知識是設(shè)計上有力的線索。目前為止還沒有形成一種比較完善的方法來確定隸屬度函數(shù)，現(xiàn)在主要是采用經(jīng)驗和實驗的方法。1）高斯型隸屬度函數(shù)高斯型隸屬函數(shù)由兩個參數(shù) ? 和 c 確定： (212)2()(,)xfxce??其中參數(shù) b 通常為正，參數(shù) c 主要用于確定曲線的中心。在經(jīng)典集合中，??)(,)(xMaxBAc???)()()( xxxBABAc ?????)(,1)(xMinxBAc????????? ??? )(1)(1)()( xxxx BAc ??????)()(xxBAc? )(xBA??????? 13 特征函數(shù)只能取 0 和 1 兩個數(shù)值，然而在模糊集合中，它的特征函數(shù)的取值范圍可以擴大到[0,1]區(qū)間的任意連續(xù)值。采用隸屬函數(shù)的取大（MAX）取?。∕IN）進行模糊集合的并、交邏輯運算是目前最常用的方法。5）模糊控制的魯棒性和適應(yīng)性好。這些模糊量和模糊推理是人類通常智能活動的體現(xiàn)。經(jīng)過模糊推理，必然得到一個模糊的輸出量集合。實施模糊控制要經(jīng)過 3 個過程,即:1)將輸入的機器、精確量經(jīng)輸入隸屬函數(shù)映射成模糊輸入變量(模糊化) ；2)用模糊規(guī)則對模糊輸入變量推理,并得到模糊控制變量(模糊推理) ；3)用輸入隸屬函數(shù)將模糊控制變量轉(zhuǎn)換成能進行實際控制的精確控制。對于這些系統(tǒng)卻具有大量的以定性的形式表示的極其重要的先驗信息，以及僅僅用語言規(guī)定的性能指標。近年來,我國的許多研究學者以及研究機構(gòu)在交通建模與交通控制方面作了大量的研究工作,并將許多研究成果應(yīng)用于交通控制系統(tǒng)中,建立了一些比較優(yōu)秀的交通控制系統(tǒng)。且已經(jīng)在洛杉磯等地方開始開發(fā)了 ITS 在洛杉磯市對交通道路的自動的交通檢測和控制,通過計算機控制系統(tǒng)來監(jiān)控全市的交通運行狀況和系統(tǒng)本身的性能；在道路上所設(shè)置的感應(yīng)線圈可以檢測出車輛的行駛速度和車流量以及車輛對道路的占用情況,并且能在短時間內(nèi)對一些情況進行數(shù)據(jù)修改；交通信號可通過計算機針對實際的交通狀況來進行自適應(yīng)的調(diào)整或者人為的干涉。 在不同的交通運輸項目中,往往采用下面幾種技術(shù): a 交通檢測技術(shù):通過感應(yīng)圈,紅外,微波,閉路電視攝像,衛(wèi)星定位檢測技術(shù),對不同路段的車輛和道路進行檢測,并收集交通車流數(shù)據(jù)和圖像信息； b 交通控制技術(shù):包括先進的交通信號控制系統(tǒng),匝道信號控制系統(tǒng),信號燈控制系統(tǒng)等技術(shù)； c 通訊技術(shù):主要包括了高密度的波分復(fù)用技術(shù),光纖的傳輸以及接入技術(shù),無線傳輸技術(shù)等； d 數(shù)據(jù)處理:包括對車流數(shù)據(jù),收費數(shù)據(jù),監(jiān)控信息數(shù)據(jù)等一些數(shù)據(jù)的處理； e 信息提供:通過圖像信息或者 FM 等通訊手段提供了出行的信息。為了確保系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù),語音,圖像信息準確,及時地傳輸,以滿足運營管理的通信需求,傳輸系統(tǒng)通常由城市道路綜合通信專用網(wǎng)光纖傳輸網(wǎng)和其它專網(wǎng)集合而構(gòu)成。智能交通控制系統(tǒng)(ITS) 按交通控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類,可分為集中式的計算機交通控制系統(tǒng)和分布式的計算機交通控制系統(tǒng)。按交通控制系統(tǒng)的控制模式分類,可分為靜態(tài)系統(tǒng)和動態(tài)系統(tǒng)。 2）先進的車輛控制系統(tǒng)(AVCS)：即能夠輔助以至替代駕駛員實行控制的技術(shù),如駕駛員警告和援助技術(shù),障礙物避讓技術(shù),以及自動駕駛燈,從而使汽車行駛安全,高效。 國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀城市交通路口的擁擠問題往往突出表現(xiàn)在一些單交叉路口處,80%以上的交通延誤和擁擠主要集中在單交叉路口上,交叉口的通行能力不足道路的50%。并且在一些關(guān)鍵的路段和重點的地區(qū)都會配有攝像機,以此來及時地觀察該路段的交通情況。 本文主要研究內(nèi)容 本課題的主要任務(wù)是設(shè)計一個單交叉路口交通燈智能控制系統(tǒng)，要求能根據(jù)車流量大小來調(diào)節(jié)紅綠燈亮的時間。同時，要求過程的操作人員是系統(tǒng)的基本組成部分等。模糊控制的輸出量是唯一的，也就是說它給執(zhí)行機構(gòu)是一個確定的信號。但是一個執(zhí)行機構(gòu)的控制是唯一的，不能模棱兩可。3）模糊控制易被人們所接受。模糊控制系統(tǒng)無論被控對象是線性的還是非線性的，都能執(zhí)行有效的控制，具有良好的魯棒性和適應(yīng)性。但還有其它公式，這些公式統(tǒng)稱為模糊算子。為了把兩者之間區(qū)分開來，就把模糊集合的特征函數(shù)稱作隸屬度函數(shù)。Matlab 表示為： ]),σ[gausmf(x 14 2）廣義鐘型隸屬度函數(shù)廣義鐘型隸屬度函數(shù)由三個參數(shù) a，b，c 確定：(213)其中參數(shù) b 通常為正，參數(shù) c 主要用于確定曲線的中心。通常的方法是初步確定粗略的隸屬度函數(shù)，然后通過不斷的學習和不斷的實踐來進行調(diào)整和完善。人類日常生活中，人們在判斷事情的時侯，使用語言的定性分析多于數(shù)值的定量分析；然而模糊控制規(guī)則提供了一個自然的架構(gòu)來描述人類的行為及決策分析，并且專家的知識通?？捎?if… then 的型式來表示。如：“今天天氣很好” 。） ，并且則是當 A 為輸入時，B 為輸出，如圖所示:圖 2 模糊變換器可分為兩種情況討論：1）已知輸入 A 和模糊關(guān)系 R，求輸出 B，這是綜合評判，即模糊變換的問題。但是它的突出優(yōu)點是計算簡單。()vi?反模糊化方法的選擇與隸屬度函數(shù)形狀的選擇、推理方法的選擇相關(guān)。2）規(guī)則庫（Rule Base—RB） 模糊控制器的規(guī)則是基于專家知識或手動操作人員長期積累的經(jīng)驗，它是按人的直覺推理的一種語言表示形式。（Inference engine）推理機是模糊控制器中，根據(jù)輸入模糊量，由模糊控制規(guī)則完成模糊推理來求解模糊關(guān)系方程，并獲得模糊控制量的功能部分。1. 單變量模糊控制器在單變量模糊控制器（Single Variable Fuzzy Controller—SVFC）中，將其輸入變量的個數(shù)定義為模糊控制的維數(shù)。但是維數(shù)選擇太高，模糊控制規(guī)律就過于復(fù)雜，這是人們在設(shè)計模糊控制系統(tǒng)時，多數(shù)采用二維控制器的原因。2）定義輸入輸出模糊集對誤差 E、誤差變化 EC 及控制量 u 的模糊集及其論域定義如下：E、EC 和 u 的模糊集均為： ；E、EC 的論域均為：{3，2，1，0，1，2，3}；u 的論域為：{,3,0,1,3,}。將模糊推理結(jié)果轉(zhuǎn)化為精確值的過程稱為反模糊化。該模糊控制方法可用于安裝倒計時器的路口,具有良好的實用性。取二者的差值即可求出該車道檢測區(qū)域內(nèi)的排隊長度 q。 為第 i 相位 jk 車道的車輛到達數(shù) , 是第 i 相位從紅燈變?yōu)榫G()jC()jkgi燈后的車流離開數(shù)。為了確保交通的井然有序，采用的相位控制如圖 10 所示，有箭頭的車道表示正處于狀態(tài)的車道，交通燈按 6 個相位順序切換，紅綠燈之間采用黃燈閃爍警告。在實際控制過程中,將計算機采樣的輸入量（精確量）模糊化，經(jīng)模糊推理確定控制量的模糊值,最后進行反模糊處理獲得控制量的實際輸出,對被控對象進行控制。直行隊長的隸屬函數(shù)定義見圖 11。通過總結(jié)實踐和專家經(jīng)驗,建立了模糊控制規(guī)則表,如表 2 所示。39。Sfis =readfis(39。 qs=j1。對于一些簡單的應(yīng)用，MATLAB 模糊邏輯工具箱提供了圖形用戶界面（GUI）幫助使用者方便﹑快速的完成工作。設(shè)在一個周期 T 內(nèi),第 i 相位 jk 車道的車輛延誤為 44 則： ()jkdi 1()(),2) 1max{,0}()max{()1),0},2jkjkijkjjijkjkjiqiCedigigiqej???????????紅 燈 綠 燈（41）所以第 i 相位所有進口的車輛總延誤為： （42）621()()jkjdii??周期 T 內(nèi)所有進口的車輛總延誤為： （43）61()()iDTd?同理設(shè)在一個周期 T 內(nèi)所有進口車輛到達數(shù)為 C(T),則： (44)621()()jkijCi??所以 n 個周期內(nèi)六個進口的車輛平均延誤為： (45)10()kiiDdQC??其中, 為周期開始時所有進口的初始隊列長度之和,即在第一個周期開0始時,車輛等待隊長之和。表 3 模糊控制與定時控制結(jié)果比較 次數(shù)方法 1 2 3 4 5 6 7 8定時控制 模糊控制 經(jīng)過多次仿真運行,得到模糊控制車輛平均延誤 d1= 秒/輛,定時控制方法的車輛平均延誤為 d2= 秒/輛。改善模糊控制性能的最有效方法是優(yōu)化模糊控制規(guī)則。 48 此次論文設(shè)計在查閱資料和對設(shè)計題目的了解以及將其聯(lián)系到現(xiàn)實生活中的應(yīng)用都是至關(guān)重要的，只有確定了自己的設(shè)計方案和滿足所要設(shè)計的要求以后才能更快速，更完整地完成論文設(shè)計。 2）本文提出的控制方法只是針對一個單個的交叉口的交通燈控制方案，而城市交通系統(tǒng)是一個龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，各個交叉口之間必然存在著一定的聯(lián)系，如何找出這些聯(lián)系并建立一個有效的模型對實現(xiàn)城市交通系統(tǒng)智能化意義重大。運用控制理論、遺傳算法優(yōu)化規(guī)則,為以后作進一步的研究?？梢?采用模糊控制方法綠燈時間隨交通量而變，車輛平均延誤減少,因此比定時信號更能適應(yīng)交通量的隨機變化,通行能力增大。39。模糊邏輯工具箱可以完成許多工作，其中最重要的就是創(chuàng)建和測試模糊推理系統(tǒng)。MATLAB 是矩陣實驗室（Matrix Laboratory）的簡稱，和Mathematica，Maple 并稱為三大數(shù)學軟件。)。直行相和右行相、左行相使用*e的比例因子不同。 表 2 直行相模糊控制的規(guī)則表sq pVS S M L VLVS NL NM O PM PLS NL NM O PM PLM NL NM O PM PLL NL NL NS PM PLVL NL NL NM PS PL 38 在 MATLAB 環(huán)境下所生成的模糊控制規(guī)則表形式如下圖所示：圖 14 模糊控制規(guī)則表對應(yīng)形式雙輸入單輸出的模糊控制器，其控制規(guī)則可寫成如下形式：if ( is )and ( is ) then (Δe is )pqiQsqjSijE這里 , , 分別是上文定義的模糊語言變量。從基本率域到論域的線性變換同公式（32)。其輸入是當前相的主隊列