基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)的智能交通解決方案

現有交通信號控制系統主要分為兩類(lèi)：定時(shí)控制和感應式控制。定時(shí)控制不能根據車(chē)輛的流量自適應地動(dòng)態(tài)調節延時(shí)時(shí)間，可能會(huì )造成車(chē)輛延誤時(shí)間長(cháng)及不必要的擁塞等情況：感應式控制可以根據車(chē)流的狀態(tài)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(diǎn)，并不能實(shí)時(shí)、多點(diǎn)、聯(lián)測、聯(lián)動(dòng)的控制。

本文設計了一種基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)的智能交通控制，利用傳感器節點(diǎn)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(xié)調干線(xiàn)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(chē)輛通行時(shí)間，從而保證車(chē)輛通行質(zhì)量，實(shí)現交通信號控制的智能化、網(wǎng)絡(luò )化。直線(xiàn)位移傳感器一、路口控制模式直線(xiàn)位移傳感器

傳統的路口控制模式是定時(shí)控制，先進(jìn)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(chē)輛流量智能完成模糊增減交通信號控制時(shí)間。綠波帶模式在單向車(chē)輛高峰期時(shí)，將各個(gè)路口間紅綠燈起始點(diǎn)亮時(shí)間延宕一定量來(lái)保證車(chē)輛一路暢行。夜間控制模式可在夜晚車(chē)輛流量為零負荷的狀態(tài)使用，僅使用黃燈警示開(kāi)車(chē)司機，減少能源和時(shí)間的消耗。急停模式可為緊急車(chē)輛開(kāi)辟通行空間，在緊急車(chē)輛方向開(kāi)啟綠燈，別的方向開(kāi)啟紅燈。本設計提出在不同的時(shí)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(shí)段采用模糊控制模式;在5:30～9:00，11:30～14:30和17:30～20:30時(shí)段采用綠波帶模式;在0:00～5:30時(shí)段采用夜間控制模式;在檢測到緊急車(chē)輛時(shí)采用急?？刂颇Ｊ?。具體時(shí)段的設置可以根據具體的區域或車(chē)輛流量，由信號機重設或修改。選擇多種控制模式可以實(shí)現交通控制的合理化，從實(shí)際上緩解交通路口的壓力。

智能交通控制設計

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(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，MAS具有主動(dòng)性、層次性、動(dòng)態(tài)性和可操作性等優(yōu)點(diǎn)。在MAS中，協(xié)作不僅能提高單個(gè)Agent以及由多個(gè)Agent所形成系統的整體行為性能，增強Agent與多Agent系統解決問(wèn)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?？梢暂^好地刻畫(huà)復雜系統特性。MAS建模主要用于表現復雜情況(個(gè)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(xié)作是多個(gè)Agent個(gè)體在開(kāi)放、動(dòng)態(tài)環(huán)境下，在資源有限的情況下實(shí)現多個(gè)目標的關(guān)鍵。

交通信號控制系統是一個(gè)典型的復雜大系統，具有時(shí)變、非線(xiàn)性等特點(diǎn)，它是由許許多多關(guān)系密切而復雜的不同領(lǐng)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(yōu)化目標運作，不考慮與其他系統的集成與協(xié)作，使得交通系統難以達到最優(yōu)。綜合分析與協(xié)調各交通子系統，是智能交通的發(fā)展趨勢。本文構建了基于多Agent的智能交通控制模型。

1)交通管理Agent幫助建立起其他Agem之間的通信鏈接，還負責系統管理多Agent的增加和刪除等。

2)數據管理Agent數據采集Agent利用傳感器節點(diǎn)對路面的車(chē)輛流量等狀態(tài)向量信息進(jìn)行采集;數據處理Agent將收集到的車(chē)輛信息數據進(jìn)行計算處理，計算出各交叉路口交通控制的各種控制向量;數據傳輸Agent向智能交通控制數據庫傳輸數據，并與其他數據源進(jìn)行交流;數據備份與恢復Agent將智能交通控制數據庫中的數據進(jìn)行備份和還原。

3)智能交通控制Agent時(shí)刻確定Agent獲取控制時(shí)間段;模式選擇Agent生成路口控制模式;控制方法Agent將控制任務(wù)分解，發(fā)送給綠信比Agent、相位差Agent、周期A(yíng)gent、綜合控制Agent，完成單個(gè)控制向量的單獨控制或多個(gè)控制向量的綜合控制，同時(shí)它還負責從綜合控制Agent那里得到最后的控制結果并輸出給相應用戶(hù)。綠信比Agent、相位差Agent、周期A(yíng)gent是完成控制任務(wù)的主體，進(jìn)行綠信比、相位差和周期控制，然后將結果送給綜合控制Agent。綜合控制Agent獲取綠信比、相位差和周期控制Agent的輸出結果并利用綜合控制方法將結果匯總，匯總得出各交叉路口智能控制值，生成交叉路口智能控制匯總數據報表，并將最終結果發(fā)送給控制執行Agent?？刂茍绦蠥gent對各交叉路口智能控制結果進(jìn)行執行。

2、基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)的交通信號控制

無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)是集計算機、通信、網(wǎng)絡(luò )、智能計算、傳感器、嵌入式系統、微電子等多個(gè)領(lǐng)域交叉綜合的新興學(xué)科，它將大量多種類(lèi)傳感器節點(diǎn)(傳感、采集、處理、收發(fā)、網(wǎng)絡(luò )于一體)組成自治的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現對物理世界的動(dòng)態(tài)協(xié)同感知。它能實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)獲得物理世界的傳感信息，并且將相關(guān)信息與通訊主干網(wǎng)融合，實(shí)現了現有的計算機網(wǎng)絡(luò )虛擬世界向真實(shí)物理世界的延伸，改變了人類(lèi)和自然界交互的方式。

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )用于構建交通信息系統具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)其無(wú)線(xiàn)自組、泛在協(xié)同的特點(diǎn)使系統布設和維護十分方便，可以降低用戶(hù)成本，布設和維護時(shí)不會(huì )影響車(chē)輛的正常行駛，便于提高交通信息采集系統的可擴展性;2)規模的分布式監測和協(xié)同計算技術(shù)在能力上優(yōu)于傳統的單點(diǎn)或局部監測技術(shù)。

在交通信號控制中，需進(jìn)行信息采集、處理、傳輸，控制模式選擇，控制結果輸出執行等操作。傳感器節點(diǎn)是構成無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)的基本要素，具有信息采集、信息處理和無(wú)線(xiàn)通信功能，它們既是數據包傳輸的發(fā)起者，也是數據包的轉發(fā)者。針對多路口交通信號燈控制系統，采用三層WSN組織結構，第1層為信息采集層，負責采集各路口車(chē)輛信息;第2層為控制層，負責調整各交叉路口的綠信比;第3層為協(xié)調層，負責協(xié)調干線(xiàn)各路口周期的確定和各路口之間的相位差。

相鄰路段的信息采集節點(diǎn)組成信息采集層，路口交通信號燈控制節點(diǎn)組成控制層。信息采集層和控制層傳感器節點(diǎn)自組織成簇：交通信號燈控制節點(diǎn)作為簇首，信息采集節點(diǎn)作為簇成員。簇首負責采集簇內信息采集節點(diǎn)的數據，進(jìn)行數據融合，并與相鄰簇首節點(diǎn)進(jìn)行通信;簇成員節點(diǎn)負責路面車(chē)輛信息的采集。從簇首節點(diǎn)中，選取一個(gè)節點(diǎn)作為匯聚節點(diǎn)，匯聚節點(diǎn)與控制中心組成協(xié)調層。匯聚節點(diǎn)以多跳的方式與各簇首節點(diǎn)通信，收集各路口車(chē)流量信息，將數據送到控制中心，控制中心進(jìn)行綜合處理，協(xié)調各路口工作。

信息采集節點(diǎn)負責路面車(chē)流信息的采集，基于RFID技術(shù)進(jìn)行車(chē)輛檢測，在車(chē)輛前擋風(fēng)玻璃上粘貼RFID標簽，在交叉路口四個(gè)方向的紅綠燈前50～70m安裝RFID讀寫(xiě)器，并調整信號燈控制器軟件，檢測交叉路口附近的車(chē)輛流量，采集到車(chē)輛數據后，將此數據信息以多跳通信的方式傳遞給交通信號控制節點(diǎn)，經(jīng)數據融合后傳遞給匯聚節點(diǎn);匯聚節點(diǎn)收集各路口車(chē)流量信息，控制中心根據設定的目標(如通行量最大、平均候車(chē)時(shí)間最短等)運用智能控制方法計算出最佳方案，并輸出給各路口交通信號控制節點(diǎn)，控制車(chē)輛的通行與禁止，實(shí)現多路口的協(xié)調控制。

小結

本文構建了基于多Agent的智能交通控制模型，提出了一種基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)的智能交通控制部署，利用傳感器節點(diǎn)采集交通信息，交通信號控制節點(diǎn)進(jìn)行數據融合，并將數據傳送給控制中心，控制中心進(jìn)行綜合處理，選擇合適的路口控制模式，調整各交叉路口的綠信比，協(xié)調干線(xiàn)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(chē)輛通行時(shí)間，從而保證車(chē)輛通行質(zhì)量，實(shí)現交通信號控制的智能化、網(wǎng)絡(luò )化。