基于MATLAB的智能交通信号灯控制系统的实现

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写在前面

1）现实意义

早期使用的交通信号灯是固定配时的调控方式，无法随着车流量的变动而调整绿灯时间，这降低绿灯的使用效益，增大了车辆在交叉口的延误。堵车现象频繁发生，给市民工作生活带来了极大不便，国民经济受到影响。这时候提高道路通行效率，特别是交叉路口的车辆通行效率就显得尤为重要。

2）关键技术

智能交通系统的核心是交通信号灯的智能控制算法，根据实时交通流的大小，配置信号周期及各种色灯的闪亮时间， 以在所有道口的全体车辆等待时间最短为目标。

3）实时配时算法的实现

本文主要以MATLAB的模糊数据工具箱和GUI界面设计模块为基础，结合现有的关于智能交通信号灯控制系统的理论，进行对智能交通系统的实时配时算法的设计和实现。

软件工具：MATLAB
文献参考：https://wenku.baidu.com/view/8c814b04844769eae009ed5e.html

关于实时配时模型设计的理论知识，这里就不再 赘述了，通过上方给出的文献，也可以在知网上搜寻其他文献，来了解下理论内容。接下来，主要将智能交通信号灯控制系统的核心部分（即实时配时算法），用MATLAB工具进行设计和实现。

1. 模糊控制算法的设计

本小节主要内容就是使用MATLAB的模糊数据工具箱，建立基于排队长度和长度差的模糊控制规则、控制算法。
搭建好的模糊控制算法，如下图所示：
其中Road01是代表其中一条路上检测到的车辆（关于如何检测车辆数目，可以用视觉识别系统，路面传感器设置等多种方式，由于不是本文的重点内容，本文就不再赘述了）；Road02是代表两条路上车辆数目的差值。
１）模糊模型具体的步骤建立，参考下方链接：
https://mp.csdn.net/mdeditor/89057028#
２）基于模糊数据模型，用MATLAB中的simulink仿真模块建立一个Model，可以看出两个输入与输出的关系。也就是说，输入一条道路上的车辆数目以及两条道路车辆的差值，那么便可以得到，该道路上的绿灯需要时间，于此同时，另一个道路的红灯时间与此路口绿灯时间一致。
关于Simulink中建立Model的具体步骤，参考下方链接：
https://blog.csdn.net/weixin_43958974/article/details/89057396

２. 模糊控制平面

根据以上步骤得出的绿灯延时模糊控制规则，可以用MATLAB拟合和绘制出相对应的模糊控制平面。
关于离散二元曲面的拟合，参考如下链接：
https://blog.csdn.net/weixin_43958974/article/details/89057727

3. GUI界面设计

１）Road01与Road02为输入值，它们分别代表着十字路口两条路况下检测到的路况数目。
既可以手动输入，两条路况车辆的数目进行模拟计算其中一条路口绿灯延时情况。也可以点击输入，自动为Road01和Road02两者进行赋值随机数，并且由于路况车辆数目是随机的，并且根据统计学规律，该随机数是服从泊松分布的，因此，该界面可以自动为两者赋值泊松分布随机数的（泊松分布参数可以根据统计进行修改，暂时分别设定为２０与５方便智能交通信号灯系统的模拟）。如下图所示：
２）为Road01与Road02赋值后，点击确定，图框内会模拟绿灯，并且在其下方，根据所建立的模糊数据模型计算得到绿灯的延时时间。此时的时间保留为双精度的。

３）点击倒计时，右侧的时间会开始以整型数据的形式，进行倒计时。

并且，在倒计时完成之后，会变为红灯。