交通信号灯自动识别技术的研究分析 通信工程专业

交通信号灯自动识别技术的研究摘要中国不仅是城市道路等基础设施建设速度最快的国家，也是交通需求增长最快的国家。特别是近年来，机动车数量迅速增加，导致交通问题越来越严重，传统的车辆管理方法越来越难以有效管理。目前道路车辆监控技术主要是图像或视频识别，这种非法视频采集技术和电子相机监控技术在实际应用中存在一定的不足。自动识别技术为实现车辆信息数字化、车辆识别自动化、车辆管理智能化提供了良好的前端信息平台，已逐步应用于铁路车辆自动识别、道路车辆识别、集装箱识别、停车场管理等交通领域。本文以城市道路车辆为研究对象，通过在车辆上安装RFID电子标签，在城市道路交叉口和路段安装读取装置，自动识别车辆通过，最后基于模糊控制理论进行仿真实验，从而检验其可行性，如果可行，这样可以限制驾驶员的违法行为，实现对车辆的监控，完善城市道路车辆监控手段，弥补现有道路监控技术的漏洞，提高城市道路交通的效率，从而减少交通拥堵，减少车辆通过交叉口的延误时间。关键字：交通信号灯；自动识别；智能化；监控

AbstractChinaisnotonlythefastestgrowingcountryinurbanroadinfrastructureconstruction,butalsothefastestgrowingcountryintrafficdemand.Especiallyinrecentyears,thenumberofmotorvehicleshasincreasedrapidly,whichleadstomoreandmoreserioustrafficproblems.Thetraditionalmethodofvehiclemanagementismoreandmoredifficulttomanage.Atpresent,roadvehiclemonitoringtechnologyismainlyaboutimageorvideorecognition.Suchillegalvideocollectiontechnologyandelectroniccameramonitoringtechnologyhavesomedeficienciesinpracticalapplication.Automaticidentificationtechnologyprovidesagoodplatformfortherealizationofinformationfrontvehicleinformationdigitization,vehicleidentificationautomation,intelligentvehiclemanagement,hasbeengraduallyappliedinrailwayvehicleautomaticidentification,roadvehicleidentification,containeridentification,parkingandtrafficmanagementfield.Basedoncityroadvehicleastheresearchobject,throughtheinstallationofRFIDelectroniclabelonthevehiclemountedreadingdeviceinthecityroadintersectionandroad,automaticrecognitionofthevehiclethroughwhichbasedonfuzzycontroltheoryandsimulationexperimenttotestitsfeasibility,iffeasible,suchviolationscanlimitthedriver,toachievecontrolofthevehicleperfectcity,roadvehiclemonitoringmeans,makeuptheexistingroadmonitoringtechnologyvulnerabilities,enhancetheefficiencyofcityroadtraffic,soastoreducetrafficcongestion,reducethedelaytimeofvehiclesthroughtheintersection.Keyword:trafficsignallamp;automaticrecognition;intelligent;monitoring

目录TOC\o"1-3"\h\u323141绪论 4259731.1选题背景及意义 4159831.2国内外研究现状及进展 4289101.2.1国外研究现状 494351.2.2国内研究现状 5234982、自动识别技术 5245862.1自动识别技术简介 5134602.2自动识别系统的一般模型 6158123、识读器软件设计 7198963.1识读器工作方式配置 770463.2识读器参数设置 8308653.3识读器功能 940334、交通信号灯自动识别仿真 10312734.1交通信号控制的基本概念 10149004.2模糊控制理论 1137754.2.1模糊控制的知识 11235024.2.2实现模糊控制的步骤 12149744.3十字路口模型描述 1369184.4十字路口交通信号模糊控制器的设计 14228104.4.1确定输入、输出变量 14162634.4.2隶属度函数曲线以及修正算法 15110544.4.3模糊控制规则的制定 16185934.4.4模糊推理 17224024.5系统仿真及结果分析 187136总结 1918352参考文献 2013748附录 2117085致谢 251绪论1.1选题背景及意义随着工业的发展，人们的生活水平日益提高，人类社会人口的迅速增长，汽车作为主要的交通工具，在刚被制造出来的时候就给人类带来了优势和便利，相反，汽车给现代人带来了很多麻烦，如交通拥堵、交通事故、环境污染等。为了解决上述问题，发达国家于20世纪80年代开始研究智能交通系统。（IntelligentTrafficSystem，简称ITS），智能交通系统是指将传感器技术、先进的信息技术、网络技术、自动识别技术、综合交通管理控制系统等计算机处理技术应用于交通管理系统中，从而形成一种信息、智能、社会化的系统。21世纪是更加智能化的世纪，随着人工智能和图像处理技术的不断发展，人类通过高科技对智能交通系统进行研究，作为智能交通系统研究的一个重要分支，辅助驾驶系统是目前国内外研究的热点，也是智能发展的必然研究方向，作为辅助驾驶系统最关键的部分是智能车辆识别交通标志，交通标志包括道路标志和以上道路标志，例如用人行横道标记的路面、车辆驾驶标记、指示标记等。、道路上方标明警示标志、警示标志、交通信号灯、导向标志等。、对道路标志进行自动检测和识别，并将其状态告知驾驶员或系统，协助驾驶员或系统行驶。作为辅助驾驶系统的一个分支，交通信号自动识别的研究目前正处于其研究的瓶颈，因为目前的研究大多是针对圆形交通灯的检测与识别，对箭头形交通灯识别的研究不多，基于自动识别技术的交通信号技术还没有人研究。交通信号自动识别的设计对于减少交通事故具有重要的实用价值。它是智能设计的体现，智能车辆交通灯的自动识别可以为驾驶员或系统提供交通信息，它可以在短时间内对交通信号做出快速响应，这是做不到的，尤其是面对醉酒的驾驶员可以避免更多的红灯，这样，交通事故发生的概率就会大大降低，以保证行车安全，避免交通事故的发生。因此这种设计具有非常重要的研究价值，如果我们能够很好地在我们的现实生活中开发和应用，并推广使用，其影响是不可估量的。1.2国内外研究现状及进展1.2.1国外研究现状1868年第一个气体信号在英国伦敦的诞生标志着交通信号在城市道路控制中的应用开始。1913年，美国俄亥俄州开始控制交通信号灯，这是世界上第一个控制交通信号灯的国家。1926年，美国芝加哥市开始采用交通灯控制方案进行单个交通流，在每个十字路口都有唯一的交通灯，只能实现最简单的控制功能。1963年，加拿大第一个交通信号控制系统诞生，该系统采用IBM650计算机，通过集中协调感应控制实现对交通信号的控制。目前，世界上许多国家在城市交通的智能控制中采用了许多不同的系统。。在这其中应用频率最高和效果最好的有英国TRANSYT（TrafficNetworkStudyTools）交通控制系统，英国的SCOOT（SplitCycleandOffsetOptimizationTechnique）交通控制系统和澳大利亚的SCAT（SydneyCoordinatedAdaptiveTrafficMethod）交通控制系统。1.2.2国内研究现状与许多发达国家相比，我国对城市交通控制系统的研究还不是很早，但随着经济和社会的不断发展，国家越来越重视城市交通控制系统的研究。以下是中国交通信号控制在过去几十年的发展概况：20世纪70年代末，北京开始使用DJs130计算机实现主干道的协调控制，并开始研究交通控制问题。20世纪80年代以来，国家开始以交通管制研究为目的，改善城市中心区的交通拥挤状况；另一方面，采用引进与开发相结合的策略，采用适合我国道路交通状况的交通控制系统。20世纪90年代，随着智能交通系统(ITS)的开展(理论与应用相关，并收到了良好的效果，同时，设备与支撑子系统以及智能交通系统的成功开发，交通管理与控制流程等许多产品在实践中得到了广泛的应用，也取得了良好的效益。考虑到交通信号控制机在交通控制系统中的地位，多年来许多学者在这一领域进行了广泛而深入的研究。到21世纪初，曹程涛根据我国混合交通流的特点，设计了一种基于AVR128单片机的智能交通信号系统。该信号具有硬件自检和软件抗干扰功能，可实现单点自适应控制和区域协调控制。根据2009-2010年中国道路交通信号市场研究报告，总结了中国道路交通信号技术的发展趋势：1、内部构件接口将标准化；2.与控制中心集成成为趋势；3.嵌入式硬件平台和开放操作系统将得到更广泛的应用；4、建成交通信号控制系统集成平台和交通管理综合信息平台。2、自动识别技术2.1自动识别技术简介在现实生活中，各种活动或时间都会产生这样或那样的数据。这些数据包括人力、物力和财力，涵盖从原材料采购到产品生产和销售的所有方面。这些数据的收集和分析对生产和生活决策具有重要意义。没有这些数据的支持，生产和决策将是空话，缺乏现实基础。在信息系统的早期开发中，相当一部分数据处理是手工输入的。这不仅增加了数据量和劳动强度，而且导致数据的高误码率，失去了实时性。为了解决这些问题，人们研究和开发了多种自动识别技术，人们从繁重的重复性但非常不准确的人工劳动中解脱出来，提高了系统信息的实时性和准确性，从而为生产的实时调整、财务汇总和正确决策提供了正确的参考。自动识别技术是一种通过计算机系统、可编程逻辑控制器或其它微处理设备输入非键盘数据的技术。它是信息数据自动识别、读取和自动输入计算机的重要方法和手段。它是以计算机技术和通信技术的发展为基础的综合性科学技术。近几十年来，自动识别技术在世界范围内发展迅速。初步形成了以RFID技术、条形码技术、磁卡技术、光学字符识别技术和集计算机、光学、机电、通信技术为一体的高新技术学科。在日常生活中，有很多自动识别技术的例子。条形码识别技术在超市购物中的应用。银行卡消费或取款，目前采用磁条技术，未来将采用CPU卡(联系IC卡)；手机采用CPU卡技术；传真、扫描、复印等是利用光学字符识别技术；公交IC卡、住宅门禁、办公门禁等经常采用非接触式IC卡技术。这是自动识别技术在生活中应用的一个例子。可以说，自动识别技术已经进入了人们的工作和生活。自动识别技术是在计算机和通信技术发展的基础上发展起来的一门综合性科学技术。它是信息数据自动采集和输入计算机的重要方法和手段。总之，自动识别技术是一种高度自动化的信息数据采集技术。自动识别技术的兴起，使数据采集快速准确，解决了计算机数据输入速度慢、错误率高等“瓶颈”问题。因此，它被认为是一项革命性的高科技，很快被人们所接受。近年来，自动识别技术在世界范围内发展迅速，形成了集计算机、光、磁、物理、机电、通信技术于一体的条形码技术、磁条磁卡技术、IC卡技术、光学字符识别技术、射频识别技术等多种生物识别技术的高新技术学科。自动识别技术具有以下特点:(1)精度:自动数据采集，大大减少人为误差。(2)高效:数据采集快速，信息交换可实时进行。(3)兼容性:基于计算机技术的自动识别技术，可以与信息管理系统无缝连接。2.2自动识别系统的一般模型一般来说，在信息系统中，数据采集(识别)完成了系统的原始数据采集工作，解决了人工数据输入速度慢、错误率高、劳动强度大、工作简单、重复性差等问题，为计算机信息处理提供了一种快速准确的数据采集和输入手段。因此，自动识别技术作为一项革命性的高新技术，迅速被人们所接受。自动识别技术通过中间件或接口(包括软件和硬件)将数据传输到后台处理计算机，后台处理计算机对采集到的数据进行处理或处理，为人们提供有用的信息。一种完整的自动识别计算机管理系统包括自动识别系统(AIDS)、应用接口(API)或中间件和应用软件。即自动识别系统完成系统的采集和存储，应用系统软件对自动识别系统采集的数据进行应用处理；所述应用程序接口软件提供所述自动识别系统与应用系统软件之间的通信接口，所述通信接口包括数据格式，将所述自动识别系统获取的数据信息转换为所述应用软件系统能够识别利用的信息并进行数据传输。自动识别系统的一般模型如图2-1所示。图2-1自动识别系统模型在图2-1中，自动识别系统的前端部分，可以使用不同的自动识别技术来自动采集数据，这些不同的自动识别技术包括条形码技术、射频识别技术、磁条技术、各种生物技术等。：中间件或数据接口部分根据不同的自动识别技术具有不同的配置模式；对于应用软件系统，存在最大的通用性。例如，对于资产管理系统，可以采用条形码技术和射频识别技术进行资产自动管理，系统后端的应用部分可以完全通用。本文主要通过读者识别对象，然后通过模糊控制理论仿真实验，从而检验其可行性。3、识读器软件设计3.1识读器工作方式配置软件实现通信协议及SDK函数将在附录给出识读器工作方式配置程序如下如图3-1所示：图3-1参数配置程序运行界面工作模式参数分为主从工作模式、定时工作模式和触发工作模式。主从式工作模式是指阅读器的操作完全通过主机来操纵工作模式，主从式工作模式下，阅读器的工作参数设置相对简单。应用系统采用主从式工作模式，可以使用阅读器SDK开发应用软件。定时工作模式是识读器根据设定的时间间隔周期性地识别标签的工作模式。识读器实现标签ID数据过滤功能。如果选择了ID相邻判别，则识读器每次重新识别标签ID数据，与先前的有效标签ID数据进行比较，如果相同，则丢弃识别标签的ID数据，如果不同，则将其识别为新的有效标签ID数据。如果未选择ID相邻判别，则由标识符ID数据标识的标识符是有效数据。触发方式是指识读器平时不识别标签，只有在外部触发源触发的情况下，才开始标签识别。在触发源被有效触发情况下，识读器根据时间间隔开始识别标签，在触发信号被取消且自动关机延迟时间被延迟之后，识读器停止定时识别标签。采用识读器触发工作模式，可以降低识读器的工作功率。3.2识读器参数设置识读器参数设置程序如图3-2所示：图3-2识读器参数设置界面功率设置:阅读器RF功率值设置，有效功率范围为0-150，功率值越大，阅读器与标签之间的通信距离越有效。功率值可根据应用要求适当调整。同步设置:阅读器实现同步功能，当多个小范围的阅读器同时使用时，同步功能可以使阅读器工作更加协调。同步功能通过485接口实现。同步功能分为主机同步和自同步，阅读器通过485总线连接，当有计算机或控制器连接到总线时，应选择主机同步，在这种情况下，主机负责定时广播同步命令。当没有主机时，应选择自同步模式，读取之间完成同步。识读方式:识读方式分为单卡和多卡两种方式。单卡模式，识读器有效范围只有单卡标签，可以选择单卡模式。多卡模式下，采用防碰撞算法进行标签id识别，多卡识别可以识别读取器有效范围内的多个标签。跳频设置:读取器可以在固定频率或跳频下工作。固定频率是指阅读器与标签进行固定频率的通信，用户可以从频率下拉列表中选择一个频点；跳频是指读取器和标签之间以选定的频率序列进行通信。用户可以选择读取器跳频或固定操作模式。天线设置:本系列阅读器可根据型号不同分为单通道和多通道。对于多路阅读器，可根据阅读器外部天线的实际情况和应用要求选择相应的工作天线。3.3识读器功能该演示程序实现了标签识别、标签读取、标签写入、标签数据锁定和标签数据查询锁定状态等功能。图3-3是识读器功能演示的界面。图3-3演示程序识读器功能示意界面（1）ID识别功能单卡标识:识读器有效范围内只有一张标签时，可以选择单卡标识。多卡识别:使用防碰撞算法识别标签的id。多卡识别可以识别读取器有效范围内的多个标签。读取次数:连续的单个卡或多个卡标识标签的数量。间隔时间:两个连续标签标识之间的间隔，当读数设置大于1时，间隔时间有效，否则忽略间隔时间设置。（2）读标签功能读取地址:读取标记内存内容的起始字节地址，该地址的有效值为0-255。读取长度:需要读取的标记内存内容的字节长度。写入标签功能写入地址:写入标签存储器内容的字节地址，地址有效值为12-2550写入数据:要写入标签存储器的数据。锁定标签和查询标签锁定状态功能锁定地址:标签存储器的字节地址，地址有效值为12-255。当锁定地址被设置时，可以对标签指定的地址的存储器内容执行锁定操作和锁定状态查询操作。4、交通信号灯自动识别仿真4.1交通信号控制的基本概念只有正确理解和学习交通信号控制的基本概念和术语，才能制定合理的控制方案，优化交叉口的信号配时参数。下面简要介绍与交通控制相关的一些参数。信号相位:信号相位是一个周期的信号状态或控制状态序列，在该周期中，一个或多个业务流可以通过相同的信号颜色显示获得相应的通行权。根据交通信号显示的时序安排对其时序进行划分。不同的控制状态可以显示不同的灯颜色组合集，导致不同的信号相位。信号周期:信号灯发生变化，信号灯按照设定的相序信号运行一个周期的时间，即绿色、黄色、红色三种光的时间之和。考虑到行人和司机的情绪，信号周期通常要求在180秒内。车辆延误:车辆通过十字路口或路段的时间与正常驾驶时通过相同距离的时间之差。排队长度:在十字路口停车线后等待通过的车辆数量或排队车辆沿此方向占用的路段长度。4.2模糊控制理论4.2.1模糊控制的知识1965年，美国科学家L.A.Zadeh于1965年发表了题为“fuzzyset”的论文，提出了模糊控制理论。模糊理论建立在模糊集合（fuzzyset，模糊集合是以一定程度具备某种特性元素的全体）和模糊逻辑（fuzzylogic）的基础上，引入了隶属函数（membershipfunction）的概念来描述介于“属于”和“不属于”的中间过渡过程，使得每个元素不仅以“0”或“1"，并且还以一定的介于“0”和“1”之间的程度属于某一集合。在理论上隶属函数描述了论域内所有元素属于模糊集的强度。模糊控制是智能控制的重要组成部分。实际上，它也是一种人工智能控制，即基于人类语言规则的控制。它不依赖于对象的数学模型，通过对模糊信息的处理可以实现对复杂对象的良好控制，并且当对象的参数或结构发生一定程度的变化时仍然可以保持良好的控制，具有良好的鲁棒性。动态性能好，系统参数变化影响小；其缺点是稳态精度不高。典型的模糊控制系统原理方框图如下所示：图4-1模糊控制系统原理示意图从上图可以看出，模糊控制器具有两个输入:一个是受控过程的灵敏输出，另一个是设定点输入。被控系统的调节量输入作为模糊控制器的输出。在知识库的基础上，模糊控制器由模糊、模糊推理和去模糊三部分组成。4.2.2实现模糊控制的步骤1、首先定义输入/输出变量2、定义输入输出变量的模糊条件由于模糊控制器的输入是非模糊的，因此在进行模糊推理时，需要将其转化为模糊量。在模糊控制中，输入量本身也称为语言变量，其值是语言值或模糊集。大多数语言变量的定义都是在坐标系中绘制语言值的隶属函数。在模糊处理过程中，您可以完成以下功能：（1）论域变换在模糊控制器中，输入变量的真实宇宙必须转换为其内部宇宙。该过程通过将输入变量乘以基于其真实宇宙的缩放因子来实现。如果内部宇宙是离散的，则其论域为{0，±整数}，若内部论域是连续的，则其论域为{1，1}。（2）模糊化经过论域变换后，输入变量仍然是普通变量，然后分别定义模糊集，并在其内部论域上定义每个模糊集的隶属函数。根据隶属度函数的定义，计算各模糊集的输入变量的隶属度。通过这个过程，普通变量的值可以转化为模糊变量的值，从而完成模糊化工作。输入变量的值由内部宇宙中的公共值确定，经过模糊化之后变成为[0，1]区间内的隶属度。1、模糊推理模糊推理是根据语言变量的定义对输入变量进行模糊化后的下一个过程。模糊推理包括条件聚合、推理和累加。模糊推理首先计算控制率中各规则的满足度(条件聚合)，然后根据条件的满足度推导(推导)规则输出的大小，最后将所有规则的输出叠加得到总模糊输出结果。控制规则的条件部分由模糊算子连接的多个子条件组成。在计算出条件满足度后，如果在模糊逻辑中使用b规则，条件部分满足度也会对模糊规则的结论产生一定的影响。常见的方法有最大最小法（max-min-inference）和最大乘积法（max-pIDd-inference）。2、去模糊化模糊推理得到的模糊输出必须转换为非模糊值输出才能用于调节过程。常用的去模糊方法有面积重心法和平均最大值法。在区域重心法中，非模糊量的输出是模糊多边形区域的重心，而在平均最大值法中，非模糊量的输出是模糊输出最大值的平均值。4.3十字路口模型描述交叉口在城市道路交通中起着非常重要的作用，因此采取措施使车辆顺利通过交叉口是非常重要的。交通灯的控制直接影响到整个交通的畅通。本文以交通灯为控制对象，在排除行人、非机动车和交叉口周围存在的地下通道和立交桥的影响下，实现交通的智能控制。十字路口的示意图如图4-2所示：图4-2十字路口示意图十字路口由东、南、西、北四个方向组成，每个方向有直、左、右三条车道。在每个入口车道上嵌入两个车辆检测器，以形成检测区，一个位于停车线上，用于检测车道上车辆离开次数；另一个位于离停车线约80m-100m处，用于检测到达车辆的数量。检测器实时检测交叉口各车道的交通流量，并在获取交通流量信息后向模糊控制器提供必要的数据。我国《交通法》规定，在不考虑行人的情况下，交叉口右转交通流量不会影响其他方向的交通流量。因此，该模型在信号和相位安排上没有考虑右转交通流的影响。本文的十字路口采用四相位控制：东西直行一东西左转一南北直行一南北左转，如图4-3所示。图4-3十字路口四相位示意图4.4十字路口交通信号模糊控制器的设计目前，许多学者正在研究模糊控制理论并将其应用于许多不同的领域。同时，模糊控制理论也显示出其独特的优势。在交通信号控制中，许多学者构造了许多不同的语言变量和模糊控制器。它们通常使用当绿灯信号时进入的车辆数量、当红灯信号时等待的车辆数量或红灯信号的持续时间等。作为输入变量，绿光信号的持续时间作为输出变量。但研究中没有考虑交叉口的交通拥堵问题，因此对于交通拥堵问题，他们的结论是不正确的。此外，如果存在交通拥堵，交叉口交通必然会出现车辆滞留的情况，导致交通流过饱和。如果某个交叉口的车辆发生滞留，必然会使交叉口下游的绿灯信号丢失，即当前交叉口绿灯保持亮，但没有车辆通过。因此，如果发生交通堵塞，则当前使用的交通控制器在不考虑使用交通控制的情况下不能很好地处理上述情况。为了解决这一拥塞问题，本文采用了一种等分模糊交通控制器，即模糊控制器语言变量的隶属函数大小和形状相同，然后采用隶属函数修正算法。采用聚类算法对模糊推理系统的输入输出数据进行处理，设计了一种更加精确的模糊控制器。该模糊控制器通过合理改变交通灯的显示方式，实现交通灯的智能控制，减少交通拥堵，减少车辆通过交叉口的延误时间。。4.4.1确定输入、输出变量目前，交叉口模糊控制主要采用以下两种控制策略来控制相位，一种是相位变化控制方式；另一种非相位控制模式，对于前者来说，虽然在一定程度上可以提高信号利用率，减少车辆延误，但由于人们的固定思维和目前常用的传统控制模式的影响，如果变相的交通，一旦驾驶员的注意力不特别集中，就会导致交通事故的发生，所以本文采用了非相位控制策略。智能交通控制系统的实质是模拟一个有经验的交警在复杂的交通条件下，指挥各车道的车辆行为。实现这一目标的具体手段是调整交叉口各阶段的绿灯时间，因为本文重点研究了如何处理可能产生拥堵的交叉口，因此，本文采用的判断依据是，系统的输入变量是当前阶段的车辆数量、红灯信号持续时间和该路段的交通拥堵情况，即当前交叉口的车辆数量，不包括当前阶段的车辆；输出变量当前相位的绿色时间。(1)在使用这种模糊控制方法之前，本文假定以下两种情况是正确的:(2)传感器能够准确检测出交叉口拥堵；(3)黄色信号灯的持续时间由当前交叉口的宽度和车队长度决定。模糊控制器的输入如下：当前相位的等待通行的车辆数、红灯信号的持续时间以及后续第一个相位的等待车辆数，其变化范围为[[0，50]，论域为，定义其模糊子集为{很短，短，中，长，很长}，简记为VS（VerySmall），S（Small），M（Medium），L（Large）和VL（VeryLarge）；输出为当前相位的绿灯时间，其变化范围为[0，50]，论域为E，定义其模糊子集为{很短、短、中、长、很长}，简记为VS（VerySmall），S（Small），M（Medium），L（Large）和VL（VeryLarge）。输出变量分为直行和左转，其中直行的时间范围是[]，左转的时间范围[]，则直行的量化因子为=（）/10，左转的量化因子为=（)/10。其中，是直行绿灯时间最小值，是直行绿灯时间的最大值，、是左转绿灯时间的最小值和最大值。4.4.2隶属度函数曲线以及修正算法三角形隶属函数曲线具有形状简单、计算工作量小、节省存储空间、输入值变化等特点，适合于简单计算，与其他隶属函数相比具有较大的灵敏度。因此，本文的输入输出变量采用大小和形状相同的三角形隶属函数，隶属度曲线如图4-4所示。三角形隶属函数虽然有很多优点，但由于采用了相同大小和形状的隶属函数，当控制范围超过一定范围时，控制性能会下降。因此，使用以下方法进行更正。图4-4隶属度曲线图其中：get_input_data()是输入数据，get_output_data()是输出数据，eval()利用（式1）对数据输入输出数据进行计算。fitness=，其中分子是输入/输出数据，分母是输入/输出数据集的基数（式1）delete_inconsistent()是删除不满足输入输出规则的数据，clustering()是指使用K-均值算法减少输入输出数据并且返回当前数据值，make_newes_FLC()修改当前数据并且执行“clustering()”后返回。4.4.3模糊控制规则的制定根据交通控制理论和交叉口控制的实际经验，制定了具体的模糊控制规则。控制策略采用“if-then”的形式。对于模糊控制规则，条件部分由and算子连接的子条件组成，控制规则的一般形式是：这里，分别是论域上定义的模糊子集。根据当前阶段等待通过的车辆数量、红灯信号持续时间和后续第一阶段等待通过的车辆数量判断当前阶段的绿灯时间。例如，如果当前交通阶段的等待车辆的数量是vs，红灯信号的持续时间是vs，并且后续第一阶段的等待车辆的数量是vs，则当前阶段的绿灯时间也将很小，用模糊子集表示为vs。其模糊控制规则如表4-1所示：表4-1模糊控制规则表4.4.4模糊推理在模糊逻辑中，“if-then”都表示了输入与输出之间的模糊关系；，并且分别对应一条模糊条件语句，的隶属函数为：（式2）由于所有的控制规则是用or算子联接即：（式3）R的隶属函数是：（式4）由此可得输出：（式5）E的隶属函数是：（式6）上述过程得到的结果是模糊子集，但在实际控制过程中，只有精确的控制量才能作用于被控对象。因此，为了将模糊子集转化为精确的控制量，本文采用平均最大值法来实现抗模糊化过程，得到绿灯时间的精确控制量，再通过下列公式将它转换成为实际控制量e，实现对控制对象进行控制的目的。（式7）（式8）4.5系统仿真及结果分析为了模拟实际交叉口的交通状况，采用二项式分布随机数来描述交通流，即到达交叉口停车线的车辆数量服从二项式分布。本文利用MATLAB进行仿真实验，将通过当前交叉口的车辆数量和车速按照一定的规则分为五个等级，由于在制定模糊规则时，车辆数最大值是200，因此以50为临界值划分车辆的层次，则有40±10，80±10，120±10，160±10和200±10，车速的层次为lOkm/h，20km/h，3Okm/h，40km/h和5Okm/h。信号周期设定为100秒，每次仿真时间为20min。交通流仿真过程：1、首先将输入变量进行初始化，它们分别为：(1)当前阶段等待通行的车辆数量，它是由二项分布随机数产生的，同时它也受绿灯时间的影响；(2)红灯信号的持续时间，因为在交通管制中，信号周期是固定的，而本文的模糊输出是绿灯时间，所以我们应该不断地修改它；(3)等待下一个第一阶段的车辆数量，这是短期交通流量预测的结果。(4)送入模糊控制器进行处理，得到当前相位的绿灯时间；(5)分别计算左绿灯时间和直绿灯时间；(6)计算当前阶段结束后通过的车辆数量。本文采用延迟时间作为衡量控制器性能的标准。延迟时间是以一辆车在该路口等待1秒作为基本单位，即如果在该路口等待车辆的数量是s辆，平均在该路口等待的时间为t秒，则在该路口的车辆延误为st秒。实验结果如图3-5及3-6所示，分别对不同车辆速度下以及不同车辆数的情况下，采用不同的控制手段下的延迟时间，其中是定时信号控制器，是采用了修正算法的模糊控制器，是未进行修正的模糊控制器。图3-5不同车速下的延迟时间图3-6不同的车辆数下的延迟时间从上图可以看出，本文所采用的模糊控制方法在任何时候都不会优于传统的定时控制方法，但随着车辆流量和车速的增加，模糊控制的性能优势逐渐体现出来。总结本文首先简要介绍了国内外交通灯自动识别的背景和现状，分析了存在的问题，提出了智能信号系统的自动识别技术。交通流信息由识读器采集，针对道路交通系统的非线性、时延和不确定性等特点，采用模糊理论对交叉口进行控制。输入/输出变量采用相同大小和形状的隶属函数，简化了问题。为了提高输出的灵敏度，引入隶属度函数校正算法对隶属度函数进行校正。利用聚类算法对模糊推理系统的输入输出数据进行处理，使模糊控制器的控制效果更加准确。同时对模糊控制器进行了仿真。结果表明，随着交通流量和车速的增加，模糊控制器的优势非常明显，可以减少交通拥堵，缩短车辆通过交叉口的延误时间。鉴于本人的研究深度、实验设备的局限性以及城市交通变化情况的不确定性，本文的智能信号控制系统仍处于非常简单的城市交通信号控制研究水平。该系统在实际应用中没有充分考虑各种可能因素的影响，而是提出了一种相对简单的控制策略和设计思路。模拟中使用的数据与交叉口的实际交通流数据存在一定的差距。如果能够获得更多真实的交通流数据，控制效果将更加真实。参考文献徐世文.交通信号灯故障自动检测系统研究[J].城市建设理论研究:电子版,2011(22).王豪.交通信号灯识别技术方法的研究[D].东北大学,2013.张欢欢,金琳,黄平平,等.基于RFID检测技术的交通信号灯实时控制系统的研究与设计[J].中国水运(下半月),2010,10(11):83-84.彭祖胜.交通标志和信号灯实时检测与识别技术研究[D].重庆大学,2012.金涛.复杂场景下交通灯的检测与识别方法研究[D].上海交通大学,2012.佀君淑.基于视频信息的城市交通溢流识别研究[D].山东大学,2014.赵志帅.基于彩色图像处理的铁路信号灯识别及其测距技术研究[D].武汉理工大学,2010.孟江曼.基于视觉的交通信号灯检测与识别系统的设计与实现[D].东北大学,2014.黄振威.交通信号灯检测与识别算法的研究[D].中南大学,2012.汪建强.基于RFID的城市道路车辆监控系统的设计研究[D].山东大学,2009.TianJ.Fieldtestingforautomaticidentificationofturningmovementsatsignalizedintersections/[J].TransportationResearchRecordJournaloftheTransportationResearchBoard,2004,1867(1867):210-216.StolteJ,RobinsonA,HopkoA.Spacebasedmonitoringofglobalmaritimeshippingusingautomaticidentificationsystem:US,US7809370[P].2010.LopezmeyerP,SchuckersS,MakeyevO,etal.Automaticidentificationofthenumberoffooditemsinamealusingclusteringtechniquesbasedonthemonitoringofswallowingandchewing[J].BiomedicalSignalProcessing&Control,2012,7(5):474.GuptaV,RathnaGN,RamakrishnanKR.ANOVELAPPROACHTOAUTOMATICIDENTIFICATIONOFKANNADA,ENGLISHANDHINDIWORDSFROMATRILINGUALDOCUMENT[C]//IEEE–InternationalConferenceonSignalandImageProcessing.IEEE,2006.MengQ,WengJ,LiS.AnalysiswithAutomaticIdentificationSystemDataofVesselTrafficCharacteristicsintheSingaporeStrait[J].TransportationResearchRecordJournaloftheTransportationResearchBoard,2014:33-43.FerlisRA,AaronR.Assessmentoftheapplicationofautomaticvehicleidentificationtechnologytotrafficmanagement.AppendixA:reviewofautomaticvehicleidentificationtechnology,andcandidateapplications.Finalreport[J].CostEffectiveness,1977.附录附录内容：识读器SDK函数一、识读器管理函数识读器管理函数是实现主机对识读器工作状态进行设置、状态查询以及操作功能的函数。1、DrfCommOpen函数原型:DrfCommOpen(HANDLE*hCom,char*com_port)功能说明:打开计算机串口输入参数:hCom一串口句柄、com-port一串口文件名返回结果:调用成功返回值=02、DrfCommClose函数原型:DrfCommClose(HANDLEhCom)功能说明:关闭计算机串口输入参数:hCom一串口句柄3、Dr}etBaudRate函数原型:DrfSetBaudRate(HANDLEhCom,unsignedshortBaudRate)功能说明:设置计算机和识读器之间通讯的波特率输入参数:hCom一串口句柄、BaudRate一波特率设置值，取值为0,1,2,3,4，分别对应的波特率值为9600,19200,38400,57600,115200bpso4、DrfSetParameter函数原型:DrfSetParameter(HANDLEhCom,unsignedintiAddr,unsignedcharvalue)功能说明:设置识读器工作参数输入参数:hCom一串口句柄、iAddr一识读器中工作参数地址，取值范围为2-255,value一需要设置的工作参数值5、DrfGetParameter函数原型:DrfGetParameter(HANDLEhCom,unsignedintAddr,unsignedchar*value)功能说明:读取识读器工作参数输入参数:hCom一串口句柄、Addr一识读器中工作参数地址，取值范围为2-255,value一工作参数返回值6,Dr}etMultiParameter函数原型:DrfSetMultiParameter(HANDLEhCom,unsignedintAddr,unsignedcharParaCount,unsignedchar*Parameter)功能说明:输入参数:值范围为2-255作参数值设置识读器多个工作参数hCom一串口句柄、Addr一需要设置的多个工作参数首地址，取、ParaCount一需要设置的参数个数、Parameters一需要设置的工7,DrfGetMultiParameter函数原型:DrGetMultiParameterHANDLEhCom,unsignedintAddr,unsignedcharParaCount,unsignedchar*value)功能说明:读取识读器多个工作参数输入参数:hCom一串口句柄、Addr一多工作参数首地址、ParaCount一参数个数、Value一工作参数返回值8、DrfReset函数原型:DrfReset(HANDLEhCom)功能说明:复位识读器输入参数:hCom一串口句柄9,DrfGetFirmwareVersion函数原型:DrfGetFirmwareVersion(HANDLEhCom,unsignedchar*major,unsignedchar*minor)功能说明:读取识读器固件程序版本信息输入参数:hCom一串口句柄、major一固件程序主版本值、minor一固件程序次版本值10,DrfPower函数原型:DrfPower(HANDLEhCom,unsignedshortMode,unsignedcharPowerLevel)功能说明:设置识读器射频发射功率值输入参数:hCom一串口句柄、PowerLevel一设置的射频发射功率值，取值为0-150，值越大，则射频发射功率值越大11、DrfSetWorkAntenna函数原型:DrfSetWorkAntenna(HANDLEhCom,unsignedcharAntenna)功能说明:设置多通道识读器工作通道(天线)输入参数:hCom一串口句柄、Antenna一设置的工作天线，位掩码模式，DO-D7为1，则表明天线1一天线8可以工作，为0，则相应的天线不工作12,DrfSetAntennaCycle函数原型:Drf}etAntennaCycle(HANDLEhCom,unsignedcharCycle)功能说明:设置多通道识读器天线循环工作输入参数:hCom一串口句柄、Cycle一工作天线循环标志，取值为1代表天线循环工作、取值为0代表天线不循环工作13、DrfAntennaQuery函数原型:DrfAntennaQuery(HANDLEhCom,unsignedchar*Antenna)功能说明:查询多通道识读器天线连接状态输入参数:hCom一串口句柄、Antenna一多通道识读器天线连接状态标志，DO-D7位为1代表相应的天线连接上识读器，为0代表没有连接上识读器14,DrfStopRFwork函数原型:DrfStopRFwork(HANDLEhCom)功能说明:停止识读器发射功率输入参数:hCom一串口句柄15、Drfsynchronize函数原型:DrfSynchronize(HANDLEhCom)功能说明:同步识读器输入参数:hCom一串口句柄二、识读器标签操作函数识读器标签操作函数是实现识别标签、读取标签、写入标签、锁定标签存储器以及查询标签存储器锁定状态等功能的操作函数。1、DrfSingleTagIdentify函数原型:DrfSingleTagIdentify(HANDLEhCom,unsignedintTagType,unsignedchar*ID)功能说明:单标签ID识别输入参数:hCom一串口句柄、TagType一标签类型标识。1代表符合IS018000-6B规范的电子标签、ID一识别的标签ID返回值2,DrfMultipleTagIdentify函数原型:DrfMultipleTagIdentify(HANDLEhCom,unsignedintTagType,unsignedint*Count,unsignedchar*ID)功能说明:多标签ID识别输入参数:hCom一串口句柄、Tag万pe一标签类型标识。1代表符合IS018000-6B规范的电子标签、Count一识别到的标签数量、ID一识别的标签ID返回值3、DrfReadSingleTag函数原型:DrfReadSingleTag(HANDLEhCom,unsignedintTagType,unsignedcharAddr,unsignedcharLength,unsignedchar*Id,unsignedchar*value)功能说明:识别单标签ID，并且读取标签指定地址的存储器内容输入参数:hCom一串口句柄、Tag竹pe一标签类型标识。1代表符合IS018000-6B规范的电子标签、Addr一标签存储器字节地址、Length一需要读标签的字节长度、ID一识别的标签ID返回值、Value一读取的标签存储器内容返回值4,DrfReadSingleTagO函数原型:DrfReadSingleTagO(HANDLEhCom,unsignedintTagType,unsignedchar*Id,unsignedcharAddr,unsignedcharLength,unsignedchar*value)功能说明:读取指定标签的存储器内容