基于無線傳感器網的智能交通信號控制設計

摘要：為了控制車輛在交叉路口順暢通行，提出了一種基于無線傳感器網的智能交通信號控制設計。利用傳感器節點收集的交通信息，結合多Agent的協同方法，在不同的時段采用不同的路口控制模式，控制終端根據采集到的交通信息自適應地控制車輛通行時間，實現了交通信號燈的無線智能控制，從而提高車輛通行效率，實現交通信號控制的智能化、網絡化。
關鍵詞：無線傳感器網；多Agent；路口控制模式；智能交通

為了緩解交通壓力，降低修路資金投入，減少車輛延誤，節能減排，建設和諧的交通環境，設計智能交通信號控制是建設資源節約型社會的必然選擇。
現有交通信號控制系統主要分為兩類：定時控制和感應式控制。定時控制不能根據車輛的流量自適應地動態調節延時時間，可能會造成車輛延誤時間長及不必要的擁塞等情況：感應式控制可以根據車流的狀態采用不同的控制模式，但目前的研究大部分只能單獨地控制某一點，并不能實時、多點、聯測、聯動的控制。
本文設計了一種基于無線傳感器網的智能交通控制，利用傳感器節點采集交通信息，智能交通控制終端根據采集到的交通信息，選擇合適的路口控制模式，調整各交叉路口的綠信比，協調干線各路口周期的確定和各路口之間的相位差，自適應地控制車輛通行時間，從而保證車輛通行質量，實現交通信號控制的智能化、網絡化。

1 路口控制模式
傳統的路口控制模式是定時控制，先進的路口控制模式有模糊控制、綠波帶模式、夜間模式和急停模式。模糊控制模式是根據隨機的車輛流量智能完成模糊增減交通信號控制時間。綠波帶模式在單向車輛高峰期時，將各個路口間紅綠燈起始點亮時間延宕一定量來保證車輛一路暢行。夜間控制模式可在夜晚車輛流量為零負荷的狀態使用，僅使用黃燈警示開車司機，減少能源和時間的消耗。急停模式可為緊急車輛開辟通行空間，在緊急車輛方向開啟綠燈，別的方向開啟紅燈。本設計提出在不同的時段采用不同的控制模式，在9：00～11：30，14：30～17：30和20：30～24：00時段采用模糊控制模式；在5：30～9：00，11：30～14：30和17：30～20：30時段采用綠波帶模式；在0：00～5：30時段采用夜間控制模式；在檢測到緊急車輛時采用急停控制模式。具體時段的設置可以根據具體的區域或車輛流量，由信號機重設或修改。選擇多種控制模式可以實現交通控制的合理化，從實際上緩解交通路口的壓力。

2 智能交通控制設計
2．1 基于多Agent的智能交通控制模型
多Agent系統(MAS)一直是人工智能領域的研究熱點，MAS具有主動性、層次性、動態性和可操作性等優點田。在MAS中，協作不僅能提高單個Agent以及由多個Agent所形成系統的整體行為性能，增強Agent與多Agent系統解決問題的能力，還能使系統具有更好的靈活性。國內外研究表明。與傳統建模方法(如還原論方法、歸推理方法等)相比，MAS建模可以較好地刻畫復雜系統特性。MAS建模主要用于表現復雜情況(個體有復雜的、不同的行為，并存在交互)，多Agent復雜適應系統的建模是復雜系統建模的一種重要方法，多Agent間的交互和協作是多個Ag-ent個體在開放、動態環境下，在資源有限的情況下實現多個目標的關鍵。
交通信號控制系統是一個典型的復雜大系統，具有時變、非線性等特點，它是由許許多多關系密切而復雜的不同領域、不同功能的子系統按不同層次綜合集結而成的。目前，各種交通子系統接自身的優化目標運作，不考慮與其他系統的集成與協作，使得交通系統難以達到最優。綜合分析與協調各交通子系統，是智能交通的發展趨勢。本文構建了基于多Agent的智能交通控制模型，控制模型如圖1所示。