2001年3月系统工程理论与实践第3期 文章编号:100026788(2001)0320102205
城市单交叉路口交通流实时遗传算法优化控制
黄辉先,史忠科
(西北工业大学自动控制系,陕西西安710072)
摘要: 针对单交叉路口多相位交通流建立了一种实时动态模型,并简要介绍了一种实时遗传算法
优化控制方法Λ通过对本周期及前一个周期的车流量进行实时测量,采用线性预估方法,对下一个周
期的车流量进行预估,以最大通行能力为路口模型控制性能指标,从而确定下一周期的相位配时方
案Λ采用C语言编程进行实时仿真实验,仿真结果表明,实时优化性能良好、性能稳定Λ
关键词: 交通流;遗传算法;实时优化;多相位控制
中图分类号: T P202.7 文献标识码: A α
R eal2ti m e Con tro l of T raffic Signal w ith Genetic A lgo rithm s Op ti m izing in U rban In tersecti on
HU AN G H u i2x ian,SH I Zhong2ke
(D epartm en t of A u tom atic Con tro l,N o rthw estern Po lytechn ical U n iversity,X i’an710072,Ch ina)
Abstract A real2ti m e dynam ic model on m u lti phase traffic flow s is conducted in an
u rban in tersecti on and an op ti m al con tro l m ethod w ith Genetic A lgo rithm s(GA)is
developed in th is paper.U sing data of the traffic flow s in the cu rren t cycle and the cycle
befo re,the traffic flow s in the nex t cycle m ay be esti m ated th rough the linear p re-
esti m ati on m ethod and each phase ti m e in nex t cycle is determ ined w ith GA op ti m izing
m ethod.A si m u lati on experi m en t fo r the traffic model at a fou r2phase in tersecti on is
also perfo rm ed in the last secti on.T he resu lts show that the m ethod is effective.
Keywords traffic flow;genetic algo rithm s;real2ti m e op ti m izing;m u lti phase con tro l
1 引言
交通是城市经济活动的命脉,对城市交通路口交通灯实施合理优化控制,有利于缓解日趋紧张的交通拥挤问题Λ对于不同的交通路口,由于道路上的交通流呈现很大的随机性,各个方向乃至各个车道车流不一样,车流行驶过程是一种随机变化的过程,所实施的相位控制也应随交通流的不同而相应变化Λ对交通路口实施优化控制,主要体现在对交叉路口各个相位的配时实施不同控制Λ一种配时方案的改变,会影响各个车道的车流Λ目前,对城市交通网络的优化控制研究,国内外的一些刊物刊载过一些有关文章,但大多是针对城市交通网路进行优化,或依据出行者的起讫点之间路径按时间最短优化控制,或按城市流通能力最大优化控制等,但对于交叉路口多相位信号优化控制还很少提及,本文旨在针对单交叉路口多相位信号优化控制进行探讨的Λ
遗传算法(Genetic A lgo rithm s)是一种基于自然选择原理和群体遗传学机制的参数全局搜索(寻优)方法Λ在优化算法中,传统的方法是从一个点开始搜索,易于陷入局部最优解Λ而遗传算法在搜索中同时考虑了问题解空间中的许多点(一个点群)搜索Λ象一张网罩在地形上,从而大大减少了陷入局部的最优解的可能性Λ此外,在传统的算法中,需要提供一些辅助信息,而遗传算法仅利用问题本身所具有的目标值函数
α收稿日期:1999207207
资助项目:国家自然科学基金(69874031)
信息Λ更重要的一点是和传统算法比较起来,遗传算法具有顽强的鲁棒性Λ
2 单交叉路口交通流动态模型
图1 单交叉路口交通流分布
单交叉路口交通流分布如图1所示,东、南、西、北四个方向,每个方向均存在左行、直行、右行三个车道车流Λ对路口各个车道车流量进行实时检测而获取车流量信息,为优化决策提供必要的数据Λ正是由于各个车道在不同时刻具有不同的车流量,交通工程技术人员经过较长时间的摸索,总结出适合该路口车辆放行的规律,由此制定出相应路口的相位控制方案,并对不同的相位实施不同的配时Λ然而,由于路口各个方向的车流是随机变化的,对于固定时段固定相位时间的控制显然难以得到理想的交通状况Λ依据各个车道的车流信息,以路口流通能力最大或排队候车的时间最短为优化目标函数,对交叉路口交通信号进行综合优化,实时修正各个相位的配时,有利于疏散车流,减轻交通拥挤程度,使交通控制系统获得最佳性能指标Λ下面以图2所示单交叉路口4相位信号控制为例介绍实时优化控制策略Λ
针对如图2所示的一个四相位变化控制的单交叉路口,不同的相位、不同的车道的车辆放行状态可用一个系数矩阵p e 表示,
p e ={p ijk }
(1)
其中:i 为相位序号,取值为1,2,3,4,分别表示第一、第二、第三、第四相位;j 为方向序号,取值为1,2,3,4,分别表示东、南、西、北方向;k 为车道序号
,取值为1,2,3,分别表示左行、直行、右行车道;
p ijk =
1,表示第i 相位、第j 方向、第k 车道车辆放行0,表示第i 相位、第j 方向,第k 车道车辆禁止放行
图2 四相位交通图
则对采用如图2所示四相位信号控制的交叉路口,其放行状态系数矩阵可表示为:
p e ={{0,1,1,0,0,0,0,1,1,0,0,0};{1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0};
{0,0,0,0,1,1,0,0,0,0,1,1};{0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,0,0};}(2)
延误车辆数的计算:
设:t i (i =1,2,3,4)为交叉路口各个相位的配时;Κijk 表示第i 个相位、第j 个方向、第k 个车道的车辆到达率,则一个周期内第i 个相位、第j 个方向、第k 个车道到达的车辆数为
s 1=Κijk t i
(3)
假设在绿灯期间内,放行车辆在第i 个相位、第j 个方向、第k 个车道驶离路口的离开率为,u ijk 则一个周期内第i 个相位、第j 个方向、第k 个车道可能驶离路口的车辆数为
s 2=p ijk u ijk t i
(4)
设s l ijk 表示第l 个周期、第i 个相位、第j 个方向、第k 个车道滞留的车辆数,则
s l ijk =s l i -1jk
+Κijk t i -p ijk u ijk t i s l i -1jk
+Κijk t i Εp ijk u ijk t i
(5a )s l ijk =0 s l i -1jk
+Κijk t i
(5b )
3
01第3期城市单交叉路口交通流实时遗传算法优化控制
其中,i =1,2,3,4;j =1,2,3,4;k =1,2,3.
当i =1时,s l i -1jk 为第l -1个周期、第j 个方向、第k 个车道、第四相位滞留的车辆数Ζ故第l 个周期末路口总的滞留车辆数可表示为:
s =
64j =16
3
k =1
s l
4jk
(6)
系统的性能指标描述:
从以上分析可知,为了使路口流通能力最大,即要求路口滞留车辆数最小Ζ满足
s 3
=m in s =m in
64
j =16
3
k =1
s l 4jk
=m in
64j =16
3
k =1
s l
4jk +
6
4
i =1
Κijk t i -
6
4
i =1
p ijk u ijk t i
(7)
优化过程是对路口4个相位进行实时优化配时t 1、t 2、t 3、t 4,且满足
t 1+t 2+t 3+t 4=T
(8)
其中T 为路口相位信号控制的周期Ζ
若控制周期不变,性能指标为在满足(8)式条件下求(7)式的极小值Ζ考虑路口行人过马路时的安全需
要,每相位最短绿灯时间不得小于某值e (一般取e >=6s ),因此每一相位的配时须满足条件(9)式Ζ
6Φt i ΦT -18, i =1,2,3,4
(9)
3 遗传算法优化配时控制
由于交通路口配时问题是一个随机过程,采用传统的算法往往难以获得比较满意的最优解,本文采用遗传算法进行交通信号配时优化
、按周期顺序进行,实时优化配时控制是利用本周期及前一个周期各个方向、各个车道车流信息,对下一周期各个方向、各个车道的车流进行预估,同时考虑本周期路口滞留车辆数,经过遗传算法寻优处理,从而为该路口下一周期的相位配时确定最佳方案Ζ
3.1 车流预估分析
单交叉路口各个车道车流量预估如图3所示Ζ
图3 车流量预估框图
路口各个方向到达的车流量按以下线性预估的方法
Κl =Κl -1+Α(Κl -1-Κ
l -2
)(10)
其中,l 取正整数,Κl 为第l 个周期到达的车辆数,Α为模糊修正系数(0ΦΑΦ1)ΖΑ值随Κl -1-Κl -2
的绝对值增
大而增大,随其绝对值减小而减小Ζ
3.2 优化方法
选取路口各个相位的配时时间为变量,求滞留路口的车辆在满足(8)、
(9)式条件下的最小值Ζ为了简化问题,可将上述4变量求极小问题简化为3变量求极小值问题Ζ即以t 1、t 2、t 3为自变量,将(7)式极小值问题化为以下3变量极小值问题Ζ
401系统工程理论与实践2001年3月
s 3
=m in s =m in
64
j =16
3
k =1
s l 4jk
=m in
64j =16
3
k =1
s l
4jk +
6
3
i =1
Κijk t i +Κ4jk T -
6
3
i =1
t i -
6
3
i =1
p ijk u ijk t i -p 4jk u 4jk T -
6
3
i =1
t i
(11)
(11)式是求极小值问题,采用遗传算法进行优化需要转换成极大值问题,因而存在目标值向适应值映射问题,取如下映射
F =C -
Χs (12)
式中,s 为目标值,F 为映射适应值,C 为使适应值F 取正数的一个固定数;Χ为映射系数,其值随着目标值的趋近而逐渐增大Ζ
经过(12)式映射,求目标值极小值问题就转化为求适应F 值极大值问题Ζ本文遗传算法采用二进制编码,用二进制码串[c n 3,…,c 1,b n 3,…,b 1,a n 3,…,a 1]表示一条染色体,n 为染色体长度Ζ二进制码串[a n 3,…,a 1]、[b n 3,…,b 1]、c n 3,…,c 1]分别对应相位1、
相位2、相位3的配时t 1、t 2、t 3,且满足:t 1=e +(T -3e )6n 3
i =1a i 2i
22 n +l
-1
(13)t 2=e +(T -3e )6n 3
i =1b i 2i
22 n +l -1
(14)t 1=e +(T -
3e )
6
n 3
i =1
c i 2i
2
2 n +l
-1
(15)
并且,在生成初始种群和经交叉、变异算子生成新的部分种群时必须考虑满足(8)、
(9)式Ζ本文选用了复制、杂交、变异遗传算子Ζ
采用遗传算法对配时问题进行优化的算法如下:
步骤1 初始化,设定种群数目、染色体长度、迭代总代数、复制、杂交、变异概率;步骤2 采用二进制编码,在可行域内随机产生种群数目大小的染色体;步骤3 计算种群适应值,并按适应值大小排序;
步骤4 按复制概率复制具有适应值较高的染色体到新一代;
步骤5 按杂交、变异概率生成除复制染色体以外满足种群数目的染色体到新一代;步骤6 判断是否到了迭代总代数,若没有,则转步骤3;步骤7 按最优适应值计算各相位配时;
步骤8 预估下一周期车流量,转步骤2,进行下一周期循环Ζ
4 仿真研究
单路口交通信号实时配时遗传算法采用C 语言编制成仿真程序,在586微型计算机上B orland C ++
3.1环境下运行通过,其中,种群数取为150,染色体长度n 取为24,总迭代代数取为50Ζ东、南、西、北的左、中、右各车道的车流到达率分别假定为:
DA _e 0=15+12co s (k t ); DA _w 0=12+16sin (4k t );
DA _e 1=15+5sin (2k t );DA _w 1=12+18co s (k t );DA _e 2=8+12co s (2k t );DA _w 2=15+12co s (k t ));
DA _s 0=10+12sin (k t );DA _n 0=13+13sin (k t );DA _s 1=11+16sin (2k t );DA _n 1=14+10co s (k t );DA _s 2=15+14co s (3k t );
DA _n 2=12+18co s (2k t );
其中,k =0.314159,t 是时间(单位为秒)Λ
路口各个方向各个车道在允许放行条件下最大放行车辆数为80辆 分,固定周期T 为120秒Λ仿真程序采用遗传算法和传统算法两种优法方法进行比较运行10个周期,结果如表1所示Λ表中,t 1-t 4分别表
5
01第3期
城市单交叉路口交通流实时遗传算法优化控制
示一个周期内四个相位的配时时间(单位为秒),s为经过优化配时后交叉路口排队等候车辆数(单位为辆)Λ预估遗传算法优化和实际测量遗传算法优化结果一致Λ遗传算法优化时间为12秒,传统算法每周期各相位初始搜索时间均设定为30秒Λ由表1可以看出,与传统的优化算法比较,遗传算法具有寻优能力强的特点,运行结果良好Λ
表1 两种优化算法比较(每个相位的时间以秒为单位计)
时间周期遗传算法传统算法
t1t2t3t4s t1t2t3t4S
第一3034352143230283021
第二3618363043527283025
第三222322532203927342
第四152935410184824303
第五272438310303426301
第六344433903230283013
第七3618363043527283017
第八2632233902840223012
第九154432290165024309
第十272438310303426301
5 结论
遗传算法收敛性通过采用带最优适应值保持的复制算子的SGA而得到保证[5]Λ
在搜索初期,选用较大的交叉率和较大的变异率Λ较大的交叉率有利于新的个体的实现,较大的变异率有效地防止出现“过早收敛”现象Λ随着搜索的进行,为了防止破坏种群的相似性特性,动态地减小交叉率与变异率Λ而复制概率亦随着搜索地进行不断地增大,有利于稳定地收敛于全局最优解Λ应用GA处理具有多个最优解的寻优问题,首先是将父代的具有最优适应值的个体直接复制到下一代Λ这样每生成新的一代个体时,父代的最优个体被完全保留到下一代Λ其次是适当增加遗传优化的代数,以确保所有最优解均被搜索到Λ此外,将GA应用于路口控制中,若是多个最优解的寻优,如果只考虑排队长这单项性能指标,则可选择多个最优解中任意一个作为寻优目标值Λ也可综合其它性能指标(如平均延误时间、停车次数等)确定多个最优解之一作为寻优目标值Λ
本文虽然是针对单路口四相位交通流控制,同样可以扩展到更多相位的交通路口交通流控制Λ
参考文献:
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601系统工程理论与实践2001年3月
交 通 管 理 与 控 制 论 文 作者：周辉 院别：交通与物流工程学院 专业：交通工程 班级：交通092 学号：090511204
摘要：随着我国汽车的拥有量的持续增加和城镇化水平的日益提高，道路交通的增长速度 和人口向城市的聚集速度也不断加快，由此进一步加剧了城市的交通问题，需要对交通进行必要的管理与控制。针对城市主要存在的交通问题，依靠相关的交通管理与控制的相关原则，对城市交通管理与控制策略进行研究，以期为进一步的研究奠定基础，并对相关领域的的实际工作有所帮助。 关键词：道路交通，交通管理，交通控制 Abstract: along with our country car have a quantity to increase continuously and the urbanization level increasing, road traffic growth rate and population to the city to gather the accelerating speed, thus further aggravate the traffic problem in the city, the need for transportation necessary management and control. Aiming at the existing traffic problems in city mainly, rely on traffic management and control of the relevant principles, to the city traffic management and control strategies are studied, in order to lay the foundation for further research, and to the related practical work help.Key words: road traffic, traffic management, traffic control 一、交通管理与控制的涵义、性质、目的与作用以及原则 交通管理：是按照国家制定的法规、政策、条例等的规定和道路交通的实际状况,运用各种手段、方法、设施、工具、措施等科学合理地疏导、协调、禁限、约束、组织和指挥交通。交通控制：交通控制就是运用现代化的遥测、遥控、监控、传感、检测装置采集信息，并用电子设备、光缆、通迅设施、信号系统、电脑及相关软件传送信息、处理信息,从而达到对动态交通---运行中的车辆进行准确地组织、指引、诱导和调控，使其安全畅通地运行。交通管理与控制的性质：交通管理与控制有机地结合起来就构成现代交通管理与控制系统。交通管理与控制的重点，在于运用各种现在化的仪表装置与设备，最大限度地及时处理有关道路的有效信息适时了解和掌握区域网上交通而及时作出正确的分析决策，达到科学的调控流量、指挥交通。交通管理目的在于认识并遵循道路交通流所固有的客观规律，运用现代化的技术手段和科学原则，方法和措施，不断的提高交通管理的效率和质量，以求得延误更少，运行时间更短，通行能力更大，秩序更好和运行费用更低，从而更好的获得社会经济，交通与环境效益，为国民经济发展，人民出行质量提高的服务。原则：1.分离原则 2.限制原则 3.疏导原则 4.节源原则 5.可持续发展原则 二、交通管理与控制的内容与类别 （1）行政管理： 规划组织单向交通专用车道与建立合理的管理体制; 禁止或限制某种车辆、某种运行方式: 实行错时上下班或组织可逆性行车; 对于某些交通参与者(老人、小孩、残疾、孕妇人员)予以特殊照顾; 对于车辆拥有量或某种车辆实行调控; 采取临时的或局部性的交通管理措施。 （2）法规管理：
交通信号 控制系统（ATC）设计方案 x x x x有限责任公司
目录 1.概述 (1) 1.1系统简介 (1) 1.2设计原则 (2) 1.3系统设计依据及执行标准 (4) 2．总体设计方案 (6) 2.1控制系统总体功能 (6) 2.2通信系统总体结构 (6) 2.3通信系统主要优势 (8) 3.详细设计方案 (9) 3.1监测点设备 (9) 3.1.1设备功能描述 (9) 3.1.2监测点设备组成、结构及特点 (9) 3.2防雷保护及安全设计 (14) 3.3详细设备说明 (15) 3.3.1高清晰摄像机 (15) 3.3.2标清视频检测 (15) 3.3.3补光设备 (15) 3.3.4嵌入式存储 (15) 3.3.5 GOE210千兆工业以太网交换机 (15) 3.3.6 POE工业以太网光纤收发器 (17) 3.4系统典型配置清单 (18)
1.概述 城市发展交通智能信号灯，减少道路拥堵，最终达到智能化区域交通信号控制系统。智能交通信号灯迎合实现绿色经济的时代潮流，为了解决这个问题，提出智能交通信号灯及网络技术，会根据路口车辆多少，自动调节时间，可减少等候时间在75%以上，从而大大节省了人们的出行时间，减少了路口的无效等候，使出行更快捷。 在智能交通系统中，以往的常规摄像机是对所有通过该地点的机动车辆的车牌进行拍摄、记录与处理。由于受到图像采集设备分辨率的制约，图片仅能反映出车型、车身颜色、车牌号码等简单信息。公安执法部门对部分治安案件、交通肇事案件的取证要求上，希望能掌握更详细更清楚的资料，如驾驶员的面貌特征、车内驾驶室的情况、清晰的车辆信息、货车的装载情况。采用高清晰摄像机做前端采集，可以实现所抓拍的图像中用肉眼清楚地分辨：车辆的颜色、特征、车牌的号码、车牌颜色、司乘人员的面部特征。 如此一来智能化同时也带来了网络数据流量的剧增，对网络通信的可靠传输提出了更高的要求。工业以太网交换机在区域交通信号控制系统网络中稳定性、高可靠性、高安全性成为关键中的关键。 1.1系统简介 区域交通信号控制系统(ATC) 智能化区域交通信号控制系统采用百万像素的数字化网络摄像机（1600×1200 CCD传感器），一台摄像机覆盖两条车道，准确抓拍正常行驶、压线行驶、并行通过的车辆，并自动识别车牌号码，抓拍的车辆图片可清晰地显示车辆特征及前排司乘人员的面部特征。摄像机工作于外触发方式，通过视频分析、环形线圈或者窄波雷达检测通过车辆，在抓拍车辆的同时可获取车辆的行驶速度。两条车道共用一台高清数字摄像机的方式在保障系统性能的前提下，大大降低了系统成本。
交通信号控制系统解决方案 1概述 交通信号控制系统，是智能交通系统（ITS）在交通管理工作中的基本应用，也是城市智能交通管控系统中最直接、最基础的应用系统。通过建设信号控制系统，实现信号路口联网远程控制、交通流量的采集、路口自适应控制、绿波协调控制以及区域的自适应控制，有效减少车辆的停车次数，节省旅行时间；后台实时调整信号配时，采取多时段控制方式，必要时，可通过智能交通管理中心人工干预，直接控制路口交通信号机执行指定相位，有效的疏导交通，减少行车延误，提高通行能力，缓解日益严峻的城区道路交通拥堵压力，提高城区交通综合管理能力，减少汽车尾气排放，美化环境，提升城区形象。 2系统结构设计 系统结构划分为3级：分别为中心控制级设备、区域控制级设备以及路口控制级设备。交通信号控制系统设备主要包括中心设备、前段设备和通信设备。
（1）中心控制级设备 中心控制级设备作用主要是： ?监控整个系统的运行。 ?协调区域控制级的运行。 ?具备区域控制级的所有功能。（2）区域控制级设备 区域控制级设备作用主要是： ?监控受控区域的运行。
?对路口交通信号进行协调控制。 ?对路口交通信号机的工作状态和故障情况进行监视。 ?通过人机回话对路口交通信号机进行人工干预。 ?监视和控制区域级外部设备的运行。 ?进行交通流量统计处理。 （3）路口控制级设备 路口控制级设备即信号机，其作用主要是： ?控制路口交通信号灯。 ?接收处理来自车辆检测器的交通流信息，并定时向区域计算机发送。 ?接收处理来自区域计算机的命令，并向区域计算机反馈工作状态和故障信息。 ?具有单点优化能力。 3系统功能设计 3.1基础功能 （1）区域自适应控制 系统以控制子区作为基本控制单元，综合考虑子区内的交通运行状态（如交通阻塞、交通拥挤、交通顺畅）、交叉口的关联性大小、交叉口的实际交通量，确定公共信号周期与相位差的决策模型，并运用智能优化算法实时优化子区协调控制配时参数，实现控制子区交叉口的协调控制功能。 系统的区域交叉口协调控制能够确保控制区域内的交通流时刻处于最佳运行状态，相邻交叉口之间协调方向的行驶车流可以获得尽可能不停顿的通行权，大大降低车辆在交叉口频繁加减速所产生的交通污染，减少区域交通总的车辆燃油
1.交通管理：是对道路上的行车停车、行人和道路使用，执行交通法规的“执法管理”，并用交通工程技术措施对交通运行状况进行改善的“交通治理”的一个统称。是一种静态管理。 2.交通控制：是依靠交通警察或采用交通信号控制设施，随交通变化特性来指挥车辆和行人的通行。它是一种动态的管理。 3.交通管控的目的：保障交通安全，疏导交通、提高现有设施的通车效率。更着重于采取各种交通需求管理措施来减少道路上的汽车交通总量，缓解交通拥挤，保障交通安全与畅通，并降低汽车交通对环境的污染影响。 4.交通管控的原则：分离原则，限速原则，疏导原则，节源原则，可持续发展原则。 5.通行权：在平面分离上，车辆、行人按规定在各自的道路上有通行的权利；在时间分离上，车辆、行人按交通信号、标志或交通警察指挥指定在其通行的时间内有通行的权利。 6.先行权：各种车辆或行人在指定平面和时间内共同有通行权的前提下，对车辆、行人在通行先后次序上确定优先通行的权利。 7.问：为什么要进行交通管理？答：交通管理能整合现有的道路资源，在不投资建设新道路的情况下，挖掘道路资源的潜力，在节省投资的同时增加道路的通行能力，进而保证道路畅通。 8.交通所带来的问题：安全问题，能源问题，土地问题，环境问题。 9.TSM：Transportation System Management交通系统管理 10.TDM：Transportation Demand Management交通需求管理 11.ITS：Intelligent Transportation System智能交通运输系统 1.交通治理五阶段：传统交通管理，交通系统管理，交通需求管理，智能化交通管理，可持续交通发展阶段 2.交通管理分类：交通行政管理，交通执法管理，交通运行管理。 3.交通管理规划内容：城市交通管理现状问题与需求分析，制订城市交通管理发展目标和策略，建立交通管理长效发展机制，近期交通系统管理改善方案制定，智能交通与高新技术发展应用规划，拟定交通管理规划实施行动计划。 4.交通规划编制原则：保持与城市总体规划、交通规划相一致原则。体现可持续发展、以人为本、公共交通优先的原则。应遵循远期讲战略、中期粗、近期细与标本兼治的原则。可实施性和滚动原则。 1.国家相关法律、法规、规章、政策、技术标准规范所赋予和规定的交通管理职权和事权，是国家各级交通行政管理部门依法施行交通管理权力的主要依据。 2.全局性管制：在全国或某地区范围内，在较长的时间内有效的那些措施。 3.局部性管理：仅在局部范围内，在较短时间内才有效的一些措施。 4.交通法规的层次：交通法规按其有效性的范围，可分为三个层次：全国性法规。（全国性法规应具有全局意义，是一种必须在全国统一执行的一些规定。全国性法规是制订地方性法规的依据。）地方性法规。（地方性法规应是当地具有全局性含义的管理措施。可根据当地自然环境、城市建设及交通特点，在全国性法规为依据的前提下，制订当地必须统一执行的一些补充规定。地方性法规是对全国性法规作的一些不矛盾的补充。）局部性管理措施。（可认为是交通法规的补充和外延。） 5.交通法规的内容：对人的管理，对路的管理，对车的管理，对环境的管理。 1.交通行政管理的内容：交通行政管理是最高层次的交通管理，它的内容涉及交通管理的职能、体制、手段等多个方面。在宏观层面上，……在围观层面上…… 2.车辆驾驶人的管理主要包括：驾驶证管理、驾驶人教育管理、驾驶人驾车管理等。 3.对驾驶员的日常安全教育：技术教育，法制教育和道德教育。 4.车辆管理的基本目的是使车辆经常保持良好的行驶性能，保证交通安全。
我国城市交通信号控制的现状与发展 二零一二年四月
本论文的背景和意义 背景：我国近年城市交通信号控制的情况 意义：1、减少交通事故，增加交通安全。 2、缓和交通拥挤、堵塞，提高运行效率。 3、节约能耗，降低车辆对环境的污染。 本论文的主要内容 分析我国城市交通信号控制的现状、存在问题以及发展趋势。 本论文的结构安排 本论文主要分为两大部分： 第一部：分分析我国交通信号控制的现状以及存在问题； 1、我国城市交通状况 2、城市交通信号控制系统应用现状 3、国内交通信号控制系统问题分析 第二部分：分析我过交通信号控制的发展趋势。 1、交通系统的发展历程 2、我国一些城市的发展计划和目标
正文 第一部分：分析我国交通信号控制的现状以及存在问题 1、我国城市交通状况 我国城市交通面临的总体形势：城市化势头迅猛、机动车拥有量增长迅速、道路交通基础设施落后、交通结构和路网结构不尽合理、市民的交通法规意识和交通安全常识缺乏，交通管理措施不完善、管理效率低下、城市交通拥挤严重、社会消耗巨大、交通事故多发、汽车废气对城市环境污染严重。因此，在对我国城市交通目前的状况进行全面把握和详细解剖的基础上，探索解决我国城市交通问题行之有效的办法，展望城市道路交通的发展趋势和特点，探讨适合我国城市道路交通特点的道路交通管理发展战略，具有重要意义。而交通控制实际上属于交通管理的范畴，交通控制是交通管理的某一表现方式。 将城市道路互相连起来构成道路交通网的城市道路平面交叉口，是造成车流中断、事故增多、延误严重的问题所在，是城市交通运输的瓶颈。交叉口的通行能力又是决定道路通行能力的关键所在，对城市交通网络的交叉口信号控制系统进行协调优化控制，对提高道路通行能力和服务水平具有重要意义。 2、城市交通信号控制系统应用现状 交通控制的发展经历了点控、线控和面控3个阶段。把控制对象区域内全部交通信号的控制作为一个交通控制中心管理下的整体控制系统，是单点信号、干线信号和网络信号系统的综合控制系统。 随着计算机技术和自动控制技术的发展，以及交通流理论的不断完善，交通运输组织与优化理论的不断提高，世界上出现了多种城市交通信号控制系统——澳大利亚的SCATS系统、加拿大的RTOP系统、英国的TRANSYT系统和SCOOT系统、美国的UTCS-3GC系统以及ASCOT系统，其中TRANSYT系统、SCOOT系统和SCATS系统正在实践中取得了较好的应用效果，并在世界上很多城市得到广泛应用。 3、国内交通信号控制系统问题分析 上个世纪八十年代至今，北京、上海、天津、沈阳、南宁等中大城市先后引进SCOOT、SCATS、TELVENT等先进的城市交通控制系统，迄今国内已经有30多个城市引进类似系统。本土企业如青岛海信、上海宝康等自1990年后也先后进行了交通信号系统的研发，但总体的技术指标和应用范围与国外系统仍有一定差距。 交通信号系统建设工程是一项投资大、周期长和社会公益性强的系统工程，但目前无论是建设中国本土系统还是引进国外先进系统，许多城市建成后投入应用的城市交通信号系统普遍存在效能发挥不佳、使用不方便、经济效益差等问题，究其原因，排除系统产品本身的质量和功能因素外主要涉及一下几个方面： 1、轻视前期调查。交通调查和基于交通调查数据的交通工程设计是交通信号系 统是否个性化、适应性和效能发挥的关键性工作。遗憾的是，相对信号配时设计，中国内陆城市交通管理者和系统设计施工者对设计前期的交通现场调查、交通流组织、交通流量等分析工作普遍认识不足、重视不够。对交通调查的方法、内容、时间和数据分析缺乏针对性和系统性，导致受控区域的交
编号: 毕业论文(设计) 题目智能交通信号灯控制系统设计 指导教师xxx 学生姓名杨红宇 学号201321501077 专业交通运输 教学单位德州学院汽车工程系（盖章） 二O一五年五月十日
德州学院毕业论文（设计）中期检查表
目 录 1 绪论............................................................................................................................ 1 1.1交通信号灯简介...................................................................................................... 1 1.1.1 交通信号灯概述.................................................................................................. 1 1.1. 2 交通信号灯的发展现状...................................................................................... 1 1.2 本课题研究的背景、目的和意义 ......................................................................... 1 1. 3 国内外的研究现状 ................................................................................................. 1 2 智能交通信号灯系统总设计.................................................................................... 2 2.1 单片机智能交通信号灯通行方案设计 ................................................................. 2 2.2 功能要求 ............................................................................... 错误！未定义书签。 3 系统硬件组成............................................................................................................ 4 4 系统软件程序设计.................................................................................................... 5 5 结论和展望................................................................................................................ 6 参考文献...................................................................................... 错误！未定义书签。 杨红宇 要： 但是传统的交通信号灯不已经不能满足于现代日益增长的交通压力，这些缺点体现在：红绿 以及车流量检测装置来实现交通信号灯的自控制，随着车流量来改变红绿灯1 绪论 1.1 1.1.1 为现代生活中必不可少的一部分。
名词解释 1.交通需求管理（TDM）：交通需求管理是引导人们采取科学的交通行为，理智地使用道路交通设施的有限资源。简言之，交通需求管理主要管理的是：人们理性地使用汽车，而不是人们是否拥有汽车。 2.视距三角形：为了提高无控制交叉口的交通安全性，它通过绘制交叉口的视距三角形保证在交叉口前，驾驶员对横向道路两侧的可通视范围，它是全无控交叉口设计和设置的基本依据，必须注意，“视距线”应画在最易发生冲突的车道上。在双向交通的道路交叉口，对从左侧进入交叉口车辆的视距线，应画在最靠近行人道的车道上；而对于从右侧进入交叉口的车辆，则应取最靠近路中线的车道。在视距三角形内不得有高于1.2米妨碍视线的物体。 3.绝对时差：绝对时差是指各个信号的绿灯或终点相对于某一个标准信号绿灯或红灯的起点或终点的时间之差。 4.绿信比：绿信比是一个信号相位的有效绿灯时长与周期时长之比，一般用λ= Ge/C表示。 5.通过带：在时-距图上，各个信号交叉口绿灯时间始端连线与终端连线中最窄的一组平行斜线所标定的时间范围称为通过带。 6.交通系统管理（TSM）：交通系统管理是把汽车、公共交通、出租汽车、行人和自行车等看成为一个整体城市交通运输系统的各个组成部分,城市交通系统管理的目标是通过运营、管理和服务政策来协调这些个别的组成部分,使这个系统在整体上取得最大交通效益。 7.路边存车：在道路沿侧石车行道上的机动车停存，或人行道边的自行车停存。路边存车管理的目的是使道路在“行车”及“存车”两方面能够得到最佳的使用。 8.相对时差：相对时差是指相邻两信号的绿灯或红灯的起点或者终点之间的时间之差。相对时差等于两信号绝对时差之差。 9.区域交通信号控制系统：区域交通信号控制系统是把区域内的全部交通信号的监控，作为一个指挥控制中心管理下的一套整体的控制系统，是单点信号、干线信号系统和网络信号系统的综合控制系统。 10. TOD：以公共交通为导向的开发（transit-oriented development，TOD）是规划一个居民或者商业区时，使公共交通的使用最大化的一种非汽车化的规划设计方式。 11.全无控制交叉口：是指具有相同或基本相同重要地位，从而具有同等通行权的两条相交道路，因其流量娇小，在交叉口上不采取任何管理手段的交叉口。 12.交通信号：在道路上用来传送具有法定意义指挥交通流通行或停止的光、声、手势等。道路交通常用的信号有手势信号和灯光信号。 13.饱和流量：在一次连续的绿灯信号时间内，进口道上一列连续车队能通过进口道停车线的最大流量，单位是Pcu/绿灯小时。 判断题 1.路宽小于10m时，一般认为道路两侧1m为非机动车道，其余为机动车道。(错) 2.最高行驶车速的限制是指对各种机动车辆在有限速标志路段上行驶时的最高形式车速的规定。(错) 3. 单向交通是指道路上的车辆只能按一个方向行驶的交通。(对) 4.变向交通是指在同一时间内变换某些车道上的行车方向或行车种类的交通。(错) 5.路边存车是指在道路沿侧石车行道上的机动车停存，或人行道边的自行车停存。（对) 6.道路交通标志的视觉性要素有形状、颜色和文字。(错) 7.警告标志的颜色为白底、红边、黑图案。(错) 8.在正常的周期时长范围内，周期时长越长，通行能力越大，但车辆延误及油耗等也随之增长。(对)
1交通信号控制系统概述交通信号控制系统是智能交通管理系统的重要子系统，其主要功能是自动协 1.1调和控制整个控制区域内交通信号灯的配时方案，均衡路网内交通流运行，使停车次数、延误时间及环境污染减至最小，充分发挥道路系统的交通效益。 必要时，可通过控制中心人工干预，直接控制路口信号机执行指定相位，强制疏导交通。 NATS交通信号控制系统用于城市道路交通的控制与管理，可以提高车速、减少延误、减少交通事故、降低能耗和减轻环境污染。 从上个世纪八十年代中期以来，中国电子科技集团公司第二十八研究所就开始了NATS系统和路口交通信号控制机的研制开发。 该系统通过了国家鉴定验收，获得了国家重大科技攻关成果奖、公安部科技进步一等奖和国家科技进步三等奖。 NATS交通信号控制系统特点： 适合中国城市混合交通的特点，具有自行车控制功能；系统支持多种硬件平台（微机、工作站以及大、中、小型计算机），多种软件平台（WINDOWS 98/NT/2000/XP）；支持多种外部设备（动态地图板、室内信息板、室外信息板、违章记录仪…）；支持多种系统互联（电视监视系统、地理信息系统、车辆定位系统、违章捕捉系统、信息管理系统…）；系统配置灵活、裁剪方便；支持远程控制和维护；支持多种通信方式（光缆、电话线、GPRS/CDMA无线通信、城域网…）；系统人机界面友好，显示内容丰富，操作使用方便；与国外同类系统相比，具有很高的性能价格比。 1.2系统结构 1.2.1系统控制应用层结构NATS交通信号控制系统采用三级分布式递阶基本控制结构： 中心控制级，区域控制级，路口控制级（参见下图）。
中心控制级区域控制级1区域控制级2路口控制级路口控制级路口控制级区域控制级N 1.2.2系统基本结构区域监控台动态地图板室内信息板违章捕捉仪区域控制计算机数据通信控制机(光端机)光纤(光端机)(光端机)路口信号机…(光端机)(光端机)路口信号机室外情报板…室外情报板交通信号灯车辆检测器其中： 区域控制计算机监视、控制、协调整个系统的运行，可同时控制128个外部设备，如果外部设备超过128路，可采用多台区域控制计算机。 区域监控台用作交通工程师工作台，实时显示被控区域内的交通状态和信息，下达人机会话命令；数据通信控制机为区域控制计算机与户外设备提供通信通道；路口信号机负责采集、处理、传送交通信息，控制路口信号灯色；环形线圈检测器和微波检测器安装位置可分布在路口或者路段；动态地图板实时显示被控区域内的交通状态。 1.3系统功能 1.3.1系统三级控制功能1）中心控制级监控整个系统的运行；协调区域控制级的运行；具备区域控制级的所有功能。 2）区域控制级监控受控区域的运行；对路口交通信号进行协调控制； 对路口交通信号机的工作状态和故障情况进行监视；通过人机会话对路口交通信号机进行人工干预；监视和控制区域级外部设备的运行；进行交通流量统计处理。 3）路口控制级控制路口交通信号灯；接收处理来自车辆检测器的交通流信息，并定时向区域计算机发送；接收处理来自区域计算机的命令，并向区域计算机反馈工作状态和故障信息；具有单点优化能力。 4）终端控制为了方便灵活地控制系统，系统可挂接终端控制计算机（工作站），终端控制计算机提供与区域控制计算机完全同样的显示操作功能，终端控制计算机既可以是本地的（如放在管控中心），也可以是远程的（如在任何地方通过公安网进行控制）。 1.
《交通管理与控制 (第四版)》全书重点部分标记绪论 1.为什么要进行交通管理？ 交通管理能够整合现有道路资源，在不投资建设新的道路情况下挖掘道路资源潜力，在节省投资的同时增加道路的性能力，保证道路畅通。 2.现代交通管理的一个重要理念是什么？ 现代交通管理的一个重要理念是通过采用“交通需求管理”来减少道路上的汽车交通量的需求。 3.本课程讨论的交通管理是指哪两个层面？侧重的是哪一层面？ 本课程中所讨论的交通管理按其是否具有法律意义，在性质上可以分为两类：一是具有法律意义且必须强制执行的管理措施，是指在交通法规中制定的，为维护交通秩序，保障交通安全所必需的基本交通规则。2。用来改善交通状况的工程技术措施，这些措施本身不具有法律意义，但要使这些措施能得以有效实施，还需依靠具有法律意义的管理措施来强制执行，或依靠经济手段来诱导执行。在本书中对两者都分别作了必要的探讨，但主要探讨的重点是后者。 第一章交通管理概论 （必看）1.交通管理的发展历史可分为几个阶段？各阶段管理的主要特征是什么？ 交通管理的发展历史可以分为四个阶段。 第一阶段：传统交通管理：建新路、配以提高老路通车效率措施的交通管理来满足汽车交通需求的增长。
第二阶段：交通系统管理：以提高现有道路交通效率为主。 第三阶段：交通需求管理：对交通需求加以管理、降低其需求量以适应现有道路交通设施能够容纳的程度 第四阶段：智能交通运输系统：将信息技术、人工智能技术、计算机及通信技术应用到交通管理中。 3.什么是城市交通管理规划？ 城市交通管理规划就是以保障城市交通安全、提高交通系统运行效率、有效管理交通需求为目的，根据社会经济与交通发展对交通管理的要求，依据城市总体规划、城市用地规划、城市交通规划以及城市交通运行现状调查，应用交通工程、系统工程的理论与方法，制定城市交通管理的目标与策略，对城市交通管理体制、城市交通系统管理组织、城市交通管理设施、城市交通安全管理以及城市交通管理科技应用与发展进行系统规划。 第二章交通管理法规 1.交通管理的法律依据是什么？主要包括哪些内容？ 国家相关法律、法规、规章、政策、技术标准规范所赋予和规定的交通管理职权和事权，是交通管理的主要依据。交通法律或法令由国家制定并颁布执行；交通规则、条例属于政令，由主管机关根据国家的交通法规、法令制定并颁布执行。主要分为对“人”的管理、对“路”的管理、对“车”的管理、对“环境”的管理。 2.在交通管理中什么是最重要的因素？为什么？ 交通管理中最重要的因素是人，道路交通的使用者是人，是一切交通活动的主体，只有通过对人的合理管理才能取得好的交通管理效果。 3.在执行交通法规时要注意如何分层次？
交通信号控制系统 1.1项目概述 对当地的简单介绍及交通状况的分析。 1.1.1系统概述 城市交通的管理与控制是智能交通系统的重要组成部分，城市交叉口的通行能力是决定道路通行的关键。交通信号控制系统对城市交叉口进行系统化协调控制，能缓解拥堵区域的交通压力，使交通流量在整个城市范围内的分配趋于合理，能够降低或消除对道路的瓶颈影响，提高道路的通行能力和服务水平。 交通信号控制系统的发展经历了点控、线控和面控3个阶段： （1）每个交叉口的交通控制信号只按照该交叉口的交通情况独立运行，不与其邻近交叉口的控制信号有任何联系的，称为单个交叉口交通控制，也称为单点信号控制，俗称“点控制”。 （2）把干道上若干连续交叉口的交通信号通过一定的方式联结起来，同时对各交叉口设计一种相互协调的配时方案，各交叉口的信号灯按此协调方案联合运行，使车辆通过这些交叉口时，不致经常遇上红灯，称为干道信号联动控制，也叫“绿波”信号控制，俗称“线控制”。 （3）以某个区域中所有信号控制交叉口作为协调控制的对象，称为区域交通信号控制系统，俗称“面控制”。 1.1.2设计目标 交通信号控制系统目标如下： （1）降低交通延误，降低停车次数，提高车速，降低机动车油耗，减少交通污染，改善城市环境； （2）科学控制交通流，最大限度利用现有道路，提高道路的通行能力； （3）使交通有序运动，从而改善交通秩序，有利于交通安全； （4）节省警力，降低交警的劳动强度。 1.1.3设计原则 根据我公司多年来在城市智能交通领域的建设经验，对公安、交通行业业务需求的深入理解，结合我国交通发展的现状，根据信号控制系统设计理论，在设
计过程中秉承以下原则： 1.1.3.1标准化原则 交通信号控制系统严格按照公安部颁布的标准GA47-2002《道路交通信号控制机》和GB/T20999-2007《交通信号控制机与上位机间的数据通信协议》规定的技术要求进行设计，所有数据格式与接口均符合国家标准，并在此基础上加以完善，以适应各地的交通状况。 1.1.3.2先进性原则 采用科学的、主流的、符合发展方向的技术、设备和理念，系统集成化、高清化、网络化、模块化，使系统具有“国内领先，国际先进”的总体水平，能够适应交通控制未来发展的要求。 1.1.3.3实用性原则 系统提供清晰、简洁、友好的中文操作界面，操控简便灵活，易学易用，便于管理和维护，系统具有自动恢复功能，整个系统的操作简单、快捷、环节少，以保证不同的操作者都能熟练操作系统，具有高度友好的界面和使用性。 系统设计、选材、选型符合国家及行业的有关标准，与用户及其上级管理部门的有关规定要求相适应，与用户在经济能力方面实际情况相吻合。 1.1.3.4可靠性原则 交通信号控制系统选用集成度和稳定性高的设备，具有系统自诊断和维护管理功能、远程设备监控、数据备份等功能。室外设备具有耐高温、耐高湿、耐低温，防雷、防尘等特性，保证系统的正常可靠运行。 1.1.3.5安全性原则 交通信号控制系统具有防误操作特性，通过合理的硬件结构设计、有效的外场保护措施以及完善的内部管理机制有效避免系统遭到恶意攻击和数据被非法提取的现象出现，保障系统的信息安全。同时通过数据加密、备份、补录、恢复等措施，提高系统在传输链路故障时的数据完整性及安全性。 1.1.3.6经济性原则 交通信号控制系统的可靠性得到提升，因此系统的维护成本显著下降。采用技术先进的设备，通过最优化的系统集成，设备使用寿命长，系统经济性显著提高。
交通管理与控制 得原则与方法：分离原则、限速原则、疏导原则、节源原则、可持续发展原则。 交通管理得演变与发展：传统交通管理--交通系统管理--交通需求管理--智能化交通管理。 事故黑点：某一时期内，发生事故数量或特征比其她地方明显突出得位置。 道路交通标志：用图形符号、颜色与文字向交通参与者传递特定交通管理信息得一种交通管理措施。标志板+支架标志板得支托部分，柱式、悬壁式、门式、附着式) 单向交通单行线)：道路上得车辆只能按一个方向行驶得交通。 优点：简化交叉口交通组织，提高通行能力；提高路段通行能力；降低交通事故；提高行车速度；有利于实施各交叉口间交通信号得协调联动控制；有助于解决停车问题。 缺点：增加车辆绕道行驶得距离，增加附近路段上得交通量；给公共车辆乘客带来不便，增加步行距离；容易导致迷路，特别就是对不熟悉情况得外地驾驶员；增加了为单向管制所需得道路公用设施。 实施条件：具有相同起终点得两条平行道路，她们之间得距离在350~400以内；具有明显潮汐特性得街道，其宽度不足3车道得可实行可逆性单向车道；复杂得多路交叉口，某些方向得交通可另有出路得，才可将相应得进口道改为单向交通。 变相交通：不同得时间内变换某些车道上得行车方向或行车种类得交通。 优点：合理使用道路，充分提高道路得利用率，提高了道路得通行能力；对解决交通流方向与各种类型得交通在时间分布上不均匀性得矛盾都有较好得效果。
缺点：增加了交通管制得工作量与相应得设施，且要求驾驶人有较好得素质，注意力集中，特别就是在过渡地段。 不宜设置人行道得地方：弯道、纵坡路段等视距不足得地方；信号交叉口附近；瓶颈路段；车辆进出口得附近。 停车诱导系统：通过交通信息显示板、无线通讯设备等方式向驾驶人提供停车场得位置、使用状况、诱导路线、停车场周边交通管制、交通拥堵状况得服务系统。 功能：提高停车者得使用方便性；促进交通顺畅、确保交通安全；提高停车场得使用效率；增加商业区域得经济活力。 组成：信息采集、信息处理、信息传输、信息发布。 交叉口交通管制得原则：减少冲突点；控制相对速度；重交通车流与公共交通优先；分离冲突点与减少冲突区；选区最佳周期，提高绿灯利用率。 交通组织优化：在有限得道路空间上，科学地分配通行时间、空间，合理地限制车种、流向得交通管理方案。 原则：分离冲突点、改变冲突性质； 时间分离法：在信号周期内拿出专有相位放行非机动车； 空间分离法：只设置机动车信号灯，让非机动车按照机动车相位走； 时空分离法：在路口中间划定一块面积卫非机动车禁驶区，左转非机动车在区外二次停车等待，让直行机动车先行通过，通过拉长左转非机动车得通过距离，避免左转弯非机动车对直行机动车得冲突。 常规公共交通优先通用管理：公交车专用车道；公交车专用街、公交车专用道路；公交车专用进口车道；公交车自行车专用道路；交通信号得公交车优先控制；公交车优先转弯；车站设置与换乘衔接优化；公交车辆运营智能管理。
毕业设计中文摘要
目录 1 前言 (1) 2 城市轨道交通信号系统 (1) 2.1 信号定义与实现意义 (1) 2.2 信号的基本分类 (2) 2.3 信号机与行车标志种类 (2) 2.3.1 信号机的基本种类 (3) 2.3.2 行车标志 (3) 2.3.3 信号标志 (4) 2.4 视觉信号的意义 (5) 2.5 手信号的显示方式和意义 (6) 2.6 听觉信号 (9) 3 信号系统的基础 (11) 3.1 联锁的定义 (11) 3.2 进路与道岔 (11) 3.3地铁信号系统 (13) 3.4 车场线信号 (13) 4 信号控制系统在城市轨道交通中的应用 (13) 4.1 城市轨道交通中使用的信号系统 (13) 4.2 城市轨道交通移动闭塞信号系统的通信实现方式 (15) 4.3 信号控制方式及列车运行模式信号控制方式 (16) 4.3.1 ATP列车自动保护系统 (16) 4.3.2 ATO列车自动驾驶系统 (16) 4.3.4 SICAS微机联锁系统 (17) 结论 (19) 致 (20) 参考文献 (21)
1 前言 近年来，在改革开放政策的指导下，我国国民经济发展十分迅速，为了城市轨道运输能力与国民经济发展相适应。就要求足够数量、质量良好的车辆投入到生产运输当中去，才能满足和适应国民经济发展的需要。所以信号控制系统作为最重要的一部分，关乎到效益的今天，不得不重视信号控制系统的作用。稳定而安全是最重要的，信号系统在快速发展的同时，安全这一块也不能忽视，总体来说信号系统还是可以确保列车的安全可靠，但再紧密的机器也会有失误。本文从信号系统的安全可靠性分析，从细小的组成到整体的应用，探讨了信号控制系统。首先介绍了信号系统的组成，信号机、联锁、进路、信号标志等。从而介绍信号控制系统在轨道交通中的应用，三种闭塞的分类，固定闭塞，准移动闭塞，移动闭塞，更加详细介绍了当今通用的无线通信移动闭塞系统。 2 城市轨道交通信号系统 2.1 信号定义与实现意义 定义：所谓信号是指示列车运行与调车工作开展的命令，它传达指挥者的意图，指示列车运行条件，表示有关行车设备的位置和状态等，是行车指挥的一种形式。信号装置就是实现信号含义的专用装置。 基本作用：“信号”的发展同交通运输事业的发展紧密联系，它同运输事业密不可分。 实现意义：由于信号的基本作用的重要性是客观存在的，所以他已经深入和渗透到所有交通运输的行业中，没有信号作为相关的指示和命令，任何交通工具都无法在现代社会现实中实现其功能。 从我们日常生活中经常遇到的，如地面道路交通、地铁、航海运输、航空运输都必须要有统一规的行业公认的信号来确保运转安全和保证它运输能力的发挥。甚至在其他领域都必须用标准的规和命令来实现功能，如先进的信息高速公路同样要有相关的命令和标准规的制约才能实现信息的快速传输。所以，信号是实现和保障交通运输运行的最重要工具与手段。 在整个的运输过程中，有关行车人员必须严格按信号指示的要求执行，任何单位、个人均不得违反，而任何违反都将造成十分严重的后果及无法挽回的损失对信号的基本要求： 各种信号机的灯光排列、颜色、外形尺寸应符合规定的标准。 信号机的显示方式和表达的含义必须统一并且符合规定的要求。 信号机的设置须保持能够进行实时检测、故障警告，为列车运行提供安全保障、正确信息。 在一般情况下，信号机设置在运行线路的右侧，与列车司机的驾驶位置相同，便
基于单片机的交通信号灯控制系统设计 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
毕业综合实践报告 题目：基于单片机信号灯控制系统设计 姓名张文轩 学号 学院应用科技学院 专业电子信息工程 指导教师钮文良 企业指导教师 协助指导教师 2016年04月25日 摘要 近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为核心器件来使用。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。交通信号灯控制方式很多，本系统采用MSC-51系列单片机AT9S51和可编程并行I/O接口芯片89S51位中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过89S51的P1口设置红绿灯点亮时间的功能，红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯闪烁警告，本系统实用性强，操作简单，扩展功能强。交通的亮灭规则为：初始状态南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮，延迟50s 后，东西方向黄灯亮。延迟10s后，南北方向绿灯亮，同时东西方向红灯亮，延迟40s 后，南北黄灯亮，延迟10s后，南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮，重复上述过程。 关键词:交通灯AT89S51单片机 目录
1绪论 近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。 交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。随着中国加入WTO，我们不但要在经济、文化等各方面与国际接轨，在交通控制方面也应与国际接轨。如果交通控不好道路还是无法保障畅通安全。作为交通控制的重要组成部份单片机。因此，本人选择制作交通灯作为课题加以研究。 我国大中城市交通系统压力沉重。交通管制当以人性化、智能化为目的，做出相应的改善。以此为出发点，本系统采用的单片机控制的交通信号灯。该系统分为单片机主控电路、键盘控制电路和显示电路三部分组成。并在软硬件方面采取一些改进措施，实现了根据十字路口车流量、进行对交通信号灯的智能控制，使交通信号灯现场控制灵活、有效从一定程度上解决了交通路口堵塞车辆停车等待时间不合理等问题。系统具有结构简单、可靠性高、成本低、实时性好、安装维护方便等优点，有广阔的应用前景。
智能交通信号灯控制系统设计 摘要：本文对交通灯控制系统进行了研究，通过分析交通规则和交通灯的工作原理，给出了交通灯控制系统的设计方案。本系统是以89C51单片机为核心器件，采用双机容错技术，硬件实现了红绿灯显示功能、时间倒计时显示功能、左、右转提示和紧急情况发生时手动控制等功能。 关键词：交通灯；单片机；双机容错 0 引言 近年来随着机动车辆发展迅速，给城市交通带来巨大压力，城镇道路建设由于历史等各种原因相对滞后，特别是街道各十字路口，更是成为交通网中通行能力的“隘口”和交通事故的“多发源”。为保证交通安全，防止交通阻塞，使城市交通井然有序，交通信号灯在大多数城市得到了广泛应用。而且随着计算机技术、自动控制技术和人工智能技术的不断发展，城市交通的智能控制也有了良好的技术基础，使各种交通方案实现的可能性大大提高。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。本文设计的交通灯管理系统在实现了现代交通灯系统的基本功能的基础上，增加了容错处理技术（双机容错）、左右转提示和紧急情况（重要车队通过、急救车通过等）发生时手动控制等功能，增强了系统的安全性和可控性。 1 系统硬件电路的设计 该智能交通灯控制系统采用模块化设计兼用双机容错技术，以单片机89C51为控制核心，采用双机容错机制，结合通行灯输出控制显示模块、时间显示模块、手动模块以及电源、复位等功能模块。现就主要的硬件模块电路进行说明。 1.1 主控制系统 在介绍主控制系统之前，先对交通规则进行分析。设计中暂不考虑人行道和主干道差别，对一个双向六车道的十字路口进行分析，共确定了9种交通灯状态，其中状态0为系统上电初始化后的所有交通灯初试状态，为全部亮红灯，进入正常工作阶段后有8个状态，大致分为南北直行，南北左右转，东西直行，与东西左右转四个主要状态，及黄灯过渡的辅助状态。主控制器采用89C51单片机。单片机的P0口和P2口分别用于控制南北和东西的通行灯。 本文的创新之处在于采用了双机容错技术，很大程度上增强了系统的可靠性。容错技术以冗余为实质，针对错误频次较高的功能模块进行备份或者决策机制处理。但当无法查知运行系统最易出错的功能，或者系统对整体运行的可靠性要求很高时，双机容错技术则是不二选择。 双机容错从本质上讲，可以认为备置了两台结构与功能相同的控制机，一台正常工作，一台备用待命。传统的双机容错的示意图如图1所示，中U1和U2单元的软硬件结构完全相同。如有必要，在设计各单元时，通过采用自诊断技术、软件陷阱或Watch dog等系统自行恢复措施可使单元可靠性达到最大限度的提高。其关键部位为检测转换（切换）电路。