交通灯的外文翻译10000字.docx

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本科毕业设计（论文）

外文翻译（附外文原文）

学院：

课题名称：

专业（方向）：

班级：

学生：

指导教师：

日期：

文献出处:

赵亚妮.基于PLC的智能交通操纵系统的设计与实现[D].西安:

长安大学出版社，2007

分类号:

U49

10710——20040531

硕士学位论文

基于PLC的智能交通操纵系统的设计与实现

赵亚妮

导师姓名职称：

苏诗琳副教授

申请学位级不：

硕士

论文提交日期：

2007年5月10日

学科专业名称：

交通信息工程及操纵

论文答辩日期：

2007年6月3日

学位授予单位：

长安大学

答辩委员会主席：

巨永锋教授

摘要

都市道路交通智能操纵技术是当前操纵领域和交通工程领域的研究热点之一,由于交通操纵具有较强的非线性。

不确定性,用传统的理论与方法专门难对其进行有效操纵。

模糊操纵是一种不依靠模型的智能操纵方法,通过模拟人的思维和体会进行操纵,是一种前景宽敞的都市智能交通操纵方式。

本文以标准的单交叉路口作为研究对象,提出了定时操纵和模糊操纵相结合的智能交通操纵方法。

在非高峰状态下对交叉路口进行模糊操纵,高峰时期采纳定时操纵。

通过研究和设计相应的操纵规则库以及推理单元完成了模糊算法的设计,运用MATALB软件的SIMULINK工具箱和模糊逻辑工具箱完成了对模糊操纵的仿真,并在VB环境下完成了模糊操纵算法的程序开发。

这种模糊操纵和定时操纵相结合的操纵方法,发挥了传统定时操纵的优势,克服了模糊操纵在高峰时期操纵成效不佳的状态。

关键词:

单交叉口,模糊操纵,智能操纵,可编程操纵器,串口通讯

第一章绪论

1.1研究背景

都市交通系统是社会经济的“血液循环系统”,是衡量一个都市文明进步的标志,随着社会经济的持续进展和都市规模持续膨胀,都市的经济贸易和社会活动日益繁忙,交通量连续增长,使得交通拥挤和堵塞现象越来越突出,都市交通咨询题越来越严峻,都市交通咨询题成为我国严峻的都市病之一,阻碍着都市功能的正常发挥和都市的连续化进展,如果我们不及早采取综合措施加以治理,则都市交通必将成为阻碍我国经济进展和都市功能发挥的瓶颈。

解决都市交通咨询题的全然途径有两条,一是加快道路设施规划建设,健全都市道路网络体系,这种方法是一种外延型的进展途径。

诚然道路设施是进展都市交通、满足各种交通需求的物质载体,但受到道路建设资金和都市土地空间的限制,因此,我们除了要保证每年有一定资金用于道路建设外,更重要的是采取其他投资少见效快的方法,第二种解决都市交通咨询题的途径是采纳先进的科学技术,对都市交通进行现代化的治理与操纵,提升现有道路的通行能力,这种方法是一种内涵的方法,加大交通治理与操纵是目前公认的效益明显、投资少的方法。

从英、美、澳等国所走过的道路及所采纳的方法能够看出,传统的推测操纵方法看起来不是今后的研究方向，智能操纵可能是解决都市交通操纵咨询题的有效途径,应是今后重点研究的对象。

1.1.1国外典型都市交通信号操纵系统介绍

随着运算机和自动操纵技术的进展、以及交通流理论的持续完善,交通运输组织与优化理论技术水平的持续提升,交通管制的功能得到增强,操纵手段越来越先进,形成了一批高水平有实效的都市道路交通操纵系统。

当前世界各国广泛使用的最有代表性且有成效的交通操纵系统有TRANSYT系统、SCATS系统和SCOOT系统。

1.1.2国内都市交通信号操纵系统的现状

1.2基于模糊逻辑的都市交通操纵研究

zadeh提出的模糊集理论对解决复杂过程中不确定性的咨询题提供了一个专门好的概念框架,它对那些人们只能进行粗糙近似的过程的建模和分析提供了强大的概念基础,因而能在一定范畴内利用人工体会进行决策。

都市交通操纵具有十分复杂的特性,同时又在长期的实践中积存了大量的人工操纵体会,因而十分适合模糊操纵方法的应用。

目前,模糊操纵已成为智能自动化操纵研究中最为活跃而又富有成果的领域之一,并为世界科学家所瞩目。

大量的模糊技术产品己经在工业及民用方面中得到应用。

例如1986年,模糊操纵器在日本就己经成为商品。

1987年,基于模糊操纵的仙台地铁开通,而后,各种家电的模糊产品相继研制成功并投入市场。

1.3课题研究的意义

1、理论意义

深入研究了交通信号操纵理论,探讨模糊操纵和和定时操纵相结合的操纵方法,并通过应用在工业上应用成熟的可编程操纵器,实现了本文的设计思想,对实现区域操纵有一定的借鉴意义。

2、实际应用价值

都市交通治理在交通运输系统有着举足轻重的作用。

高速进展的经济,落后的交通设施和治理手段,使得我国都市交通治理工作面临严肃的挑战。

按照我国都市中机动车数量逐年增加、交通秩序日趋恶化、出行时刻延长、交通事故呈逐年上升趋势的实际情形,充分发挥现有路网的效率,缓解都市交通拥挤堵塞,依靠科技进步开发智能交通操纵系统是一种投入少、见效快的有效途径。

该系统的实施能最大限度地利用都市己有的交通设施,提升路网的利用率,有效的操纵都市交通状况,减少交通拥挤,减少环境污染,提升经济效益具有重要的意义；同时对我国智能运输系统ITS的研究和进展也具有重要的意义。

第二章都市交通信号操纵的差不多理论

由于论文中所涉及的都市道路交通操纵要紧是指道路交叉口的信号灯操纵。

本章将要紧介绍道路交通操纵方面的一些理论知识。

2.1交通信号操纵的差不多参数

为便于论文的叙述,本节简单介绍交通信号操纵的差不多术语。

信号周期:

用于指挥交通的信号总是一步一步循环变化的,一个循环由有限个步构成。

一个循环内各步的步长之和称为信号周期,以C表示。

若一个循环有n步,各步步长分不为tl,t2,···,tn,则

C=t1+t2+···+tn（2.1）

相位:

交通操纵中,为了幸免平面交叉口上各个方向交通流之间的冲突,通常采纳分时通行的方法,即在一个周期的某一个时刻段,交叉口上某一支或几支交通流具有通行权（即该方向上的信号灯为绿色或绿箭头）,而与之冲突的其它交通流不能通行（即该方向上的信号灯为红色）。

在一个周期内,平面交叉口上某一支或几支交通流所获得的通行权称为信号相位。

一个周期内有几个信号相位,则称该信号系统为几相位系统。

绿信比:

在一个信号周期中,各相位的有效绿灯时刻与周期长度的比称为绿信比。

若设tGi为第i相信号的有效绿灯时刻,C为周期长度,则该相信号的绿信比λi为

λi=tGi/C（2.2）

绿信比反映了该信号相位交通流在一个周期中需要绿时的大小。

通过优化的绿信比能够恰当地把绿时分配给各相位的交通流,从而使总延误或停车次数最小。

相位差:

相位差是交通干线和谐操纵系统中的一个重要概念,分为绝对相位差和相对相位差。

交通干线和谐操纵系统中,干线上所有路口的信号周期相同,各路口规定某一相位参加和谐,称为和谐相位。

把干线上某一路口作为基准路口,其他各路口的和谐相位起始时刻滞后于基准路口的和谐相位起始时刻的最小时刻差,称为绝对相位差。

沿车辆行驶方向任意相邻路口的和谐相位起始时刻的最小时刻差,称为相对相位差。

标准车辆单位：

车流中车辆的种类繁多,一样有大型的的、轻型的、重型的等等,不同类型的车辆所占的道路面积、运行灵活性都不一样,通过停车线所用的时刻也会不一样。

为了运算信号的方便,可选择一种类型的车辆作为标准车辆单位,而把其它各种类型车辆按规定的系数折算成标准车辆单位。

韦伯斯特按照英国的交通状况,提出了采纳“折算标准小客车单位”作为运算车道饱和流量的标准单位,其建议的不同车辆的折算系数如表1.1所示。

表1.l不同车辆的折算系数

国内采纳的折算系数略有不同。

按照国内车辆的分类方法,小客车和微卡车称成为小型车,而大卡车和拖挂车折算为标准小型车的方法如下:

l辆大型车=1.48PCU,l辆托挂车=2.34PCU

在混合型车道上,当大型车和拖挂车比重小于或等于35%时,小型车差不多不受阻滞阻碍,则小型车就视为一辆标准小客车:

若大型车和拖挂车比重大于35%且不大于85%时,则每辆小型车折算为1.15辆标准小客车；若大型车和拖挂车比重大于85%则每辆小型车折算1.35辆标准小客车。

2.2平面交叉口信号操纵的评判指标

2.2.1信号操纵下的车辆运动过程及车辆延误

一样来讲,车辆通过交叉路口的延误时刻要紧受车辆到达率和交叉路口的通行能力的阻碍。

在交叉路口的通行能力不变的情形下,延误时刻要紧取决于车辆到达率。

为了分析信号操纵下交叉口某一进口道的延误,不妨设车辆的到达率为q（PCU/h）,同时设绿灯期间车辆的驶出率为S（PCU/h）。

进口道周期时刻可分为绿灯时刻tg和红灯时刻tr（可明白得为包括黄灯时刻和缺失时刻）。

明显周期C=tg+tr,如图l.1所示,描述了车辆到达交叉路口和驶离交叉路口的过程（图中假设到达率和驶离率均为常数）。

在红灯期间,车辆的驶离率为0,车辆排队等待;当信号转换为绿灯时,排队车辆以s（PCU/h）驶出率离开交叉口。

绿灯开启后g0（s）内,队长消逝。

现在到达车辆以到达率q（PCU/h）离开交叉路口,直到信号灯变为红灯为止。

图1.l车辆到达和驶离交叉路口的过程

第三章平面单交叉口的模糊操纵器设计

都市交通操纵系统是一种非线性的、时变的、滞后的大系统。

传统操纵方法（如最优操纵、自适应操纵）都要第一建立交通流的数学模型,在此基础上推导出某种操纵算法。

基于都市交通系统的复杂性和随机性,建立的数学模型一样难以准确地描述都市交通的实际状况,而且算法复杂,在线估算量大,操纵实时性差,操纵精度也不高。

专门是中国都市的交通,车辆种类繁多,兼有自行车干扰,更是如此。

因此近年来,国内外专家学者致力于开发新的交通信号灯的操纵方法,模糊操纵确实是新的研究方向之一。

模糊操纵不需要建立被控对象的精确数学模型,适合处理复杂系统的定性模型,而且直截了当用路口车辆的实时信息进行推理、决策,从而实现信号灯的操纵,事实上时性好,精度高、原理简单易把握,它能仿照有体会的交警指挥交通时的思路,达到专门好的操纵成效。

这是SCAT系统和SC00T系统所无法达到的,因而是一种具有宽敞应用前景的方法,正在各行各业得到广泛的应用。

3.1模糊操纵差不多理论

从广义上讲,模糊操纵属于智能操纵的范畴,是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的非线性运算机数字操纵。

模糊操纵系统与通常的运算机数字操纵系统的要紧区不是采纳了模糊操纵器,模糊操纵器是模糊操纵系统的核心,一个模糊操纵系统的性能要紧取决于模糊操纵器的结构,所采纳的模糊规则、合成推理算法,以及模糊决策的方法等因素。

3.1.1单交叉路口智能操纵器的操纵算法

单个交叉路口信号的操纵采纳定时操纵和模糊操纵相结合的方法,具体操纵算法如下:

步骤1.1:

从相位i开始,进行模糊操纵,分不制定各相位的最短绿灯时刻Tgmin=m和最大绿灯时刻tgmax=M；

步骤1.2:

先给i相位以最短的绿灯时刻tgi=tgmin=m；

步骤1.3:

在tgmin内测得放行相位滞留的车队长度及下一相位的等待车辆的车队长度,分不为D和W；

步骤1.4:

若相邻三个周期内各相位八个进口道的车队长度的语言值有五个以下进口道的车队长度的语言值小于或等于8,则连续进行模糊操纵,否则转到步2；

步骤1.5:

按照D和w值的大小来确定绿灯延长时刻Δt1,若

Tgmin+Δt1>=tgmax=M,则Δt1=M~tgmin,转入下一相位,转到步1.2；否则Δt1；第一次延时终止；

步骤1.6:

第二次延时Δt2,若Δt2+Δt1+tgmin>tgmax则延时Δt2=tgmax-tgmin-Δt1,转入下一相位,转到步1.2；否则延时Δt2,转入下一相位。

转到步1.2；

步骤2:

实行定时操纵,若相邻三个周期内各相位八个进口道的车队长度的语言值有五个或五个以上进口道的车队长度的语言值大于或等于8,则连续定时操纵,否则转到步1.1。

3.1.2模糊操纵器的设计

该模糊操纵系统采纳查表法,模糊操纵器的工作流程如图3.3所示。

图3.3模糊操纵器的工作流程

第四章智能交通操纵系统的总体设计

4.1PLC操纵系统设计原则和设计步骤

1、设计原则

（l）最大限度地满足被控对象的操纵要求。

设计前,设计人员应深入现场进行调查研究,收集资料,并与机械部分的设计人员和实际操作人员紧密配合,共同拟定电气操纵方案,协同解决设计中显现的各种咨询题。

（2）在满足操纵要求的前提下,力求使操纵系统简单、经济,使用及修理方便,保证操纵系统的安全、可靠。

（3）考虑到以后操纵要求的变化,在选择PLC容量时,应适当留有余量。

因此,关于不同的用户要求的侧重点有所不同,设计的原则应有所区不。

如果以提升产品产量和安全为目标,则应将系统可靠性放在设计的重点,甚至考虑采纳冗余操纵系统；如果要求改善治理信息,则应将系统通信能力与总线网络设计加以强化。

2、PLC操纵系统的设计步骤

一样PLC操纵系统的设计步骤如图4.4[29]所示包括一下几个差不多步骤:

图4.4PLC操纵系统设计步骤

4.1.1PLC中的有关模块介绍

1、CPU单元

CPU单元是PLC运行的核心部件。

按照CPU的要紧技术指标（用户程序、储备器容量、数据储备器容量、扩展储备器容量、差不多指令执行时刻、I/O点数、扩展I/O机架、RS—232C）,本设计选用了CS1G—CPU42H型中型PLC,带有RS—232C接口、无扩展储备器、I/0位960位、程序容量10K步,数据65K字,带有型号为CSIG—SCB41的内板安装型串行通信板,它不占I/0槽,增加2个串行端口,1个为RS232C端口,1个为RS422A/485端口,而且能够分不为每个端口设置:

协议宏通信,HostLink通信,或1:

N的NTLink通信等,它能够使用Rs422A/485端口连接通用外部设备（1:

N）。

2、输入单元

输入单元选用OMRON公司的C200H—IA221,此模块为8点输入,需要两个单元C200H—IA221就可满足设计要求,PLC输入信号分配是:

XO:

启动信号

Xl:

南北强通信号

X2:

东西强通信号

X3:

复位信号

X4:

绿冲突返送信号

X5—X12:

车辆检测信号

RUN:

PLC运行操纵信号

3、输出单元

输出单元选用OMRON公司的C200H—OC221。

输出单元有三种形式:

继电器输出,晶体管输出和可控硅输出。

晶体管输出单元只能带直流负载,用于高速小功率负载；可控硅输出单元是交流输出模块,只用于高速大功率负载；继电器输出单元是交直流输出模块,即可带交流也可带直流,因其有触点,故只能用于低速负载。

因智能交通系统的操纵对象为交通信号灯,属于交流低速负载,因此本论文选用OMRON的C200H—0C221,该单元为继电器独立接点输出单元8点输出,25OAC/24DC时最大负载电流2A,该型号完全符合要求。

该操纵系统是针对单交叉路口进行操纵,每个方向三色信号灯,总共需要12个信号操纵点,因此需要C200H—OC221型输出模块两个单元即可满足要求。

4、电源模块

电源模块通过基架供电给其他模块,本设计选用CZOOHW—PA240R型电源单元,规格为100~12OVAC或200~240VAC（可用跳线器来完成）,本系统采纳的是交流220V电源供电。

4.1.2系统的输入输出信号的地址分配

那个操纵系统共有13个输入点:

启动按钮,复位按钮,南北方向强通,东西方向强通,绿冲突返送信号,8路车辆检测信号。

具体输入分配如表4.2所示。

表4.2输入量地址分配表

操纵系统的输出有南北向直行红、黄、绿三色交通灯操纵信号、南北向左转红、黄、绿三色交通灯操纵信号,东西向直行红、黄、绿三色交通灯操纵信号、东西向左转红、黄、绿三色交通灯操纵信号,共12个交通灯操纵信号,因此用12个输出点即可,具体的输出分配表如表4.3所示。

表4.3输出量地址分配表

交通灯某段定时操纵的流程图如图4.8所示。

具体的操纵要求如下:

（1）先亮南北方向绿灯和东西方向红灯,再亮东西方向绿灯和南北方向红灯,然后再亮南北方向绿灯和东西方向红灯,如此一直循环运行,直到检测器测到的排队长度小于给定值,转入模糊操纵。

（2）南北方向和东西方向主干道均设有左转绿灯,连续亮10s,左转黄灯连续亮2s,左转红灯连续亮78s；左转绿灯灭的同时直行绿灯亮,连续30s,绿灯闪亮3s,黄灯2s,红灯45s。

当南北主干道红灯点亮时,东西主干道应依次点亮左转绿灯、直行绿灯,绿灯闪亮和黄灯；反之,当东西主干道红灯点亮时,南北主干道依次点亮作行绿灯,直行绿灯、绿灯闪亮、黄灯。

图4.5某时段定时操纵的流程图

南北向和东西向运行程序差不多相似,下面给出南北方向运行的梯形图程序。

南北向直行绿灯运行的梯形图程序

南北向直行黄灯梯形图程序

南北向直行红灯梯形图程序

南北向左转梯形图程序

南北向强通梯形图程序

结论与展望

本文以单交叉路口为操纵对象,设计了模糊操纵和定时操纵相结合操纵方法,完成了对单交叉路口智能交通操纵系统的设计,采纳个人运算机与PLC相结合,在Microsoft公司推出的可视化编程工具VisualBasie6.0集成开发环境下,结合微软公司的MSCOMM通信控件,成功实现了个人运算机和OMRON公司CSIG—CPU42H型PLC的通信。

实现了以PLC为操纵主体,个人运算机作为上位监控运算机的智能交通操纵系统。

展望

1、本论文中设计的智能交通操纵系统只是针对单交叉路口设计的,实际都市交通的操纵咨询题,是一个由点、线和区域操纵组成的复杂的操纵系统。

都市交通操纵的研究最终解决区域交通操纵咨询题,这是提升都市交通水平的全然所在。

因此,在以后的研究中,有待于在此基础上将系统扩展到干道和谐操纵和区域交

通操纵上,提升系统的有用性。

2、模糊操纵变量和操纵规则的制定,一方面依靠对以往交通数据的统计和运算,得出合理的隶属函数和操纵规则；另外一方面确实是靠长期积存起来的体会,而体会的获得要通过长期的实践积存。

为了能更好的对交通进行操纵,采纳神经网络对操纵变量的隶属函数和操纵规则进行优化,从一定程度上使系统向更优的方向靠近。

另外,能够采纳遗传算法来优化隶属函数和操纵规则,使系统具有更高程度的智能化。

3、本文的研究没有考虑行人、自行车等自由车流的存在,在进一步的都市交通操纵系统的研究中,要注意结合中国都市交通中汽车一自行车一行人混合交通的国情,研究适合我国国情的智能交通操纵系统。

4、提升都市交通网的通行能力是一个综合性的咨询题,交通信号操纵只是其中一个措施,除此之外,还应加大交通法规建设和交通治理措施。

把规划、治理、操纵等方面进行综合治理才是都市交通的出路。

参考文献

[1]刘智勇.智能交通操纵理论及其应用[M].北京:

科学出版社,2003

[2]荆便顺.道路交通操纵[M].人民交通出版社,1995

[3]史忠科,黄辉先,曲仕茹,等.交通操纵系统导论[M].科学出版社,2003

[4]李江.交通工程学[M].北京:

人民交通出版社,2002,10

[5]杨兆升.都市交通流诱导系统[M].北京:

中国铁道出版社,2004

[6]上海市交通安全教育学校编著.道路交通标志和标线学习手册[M].上海:

上海交通大学出版社,1999,12

致谢

当我完成这篇论文时,三年的研究生生涯立即终止,在我求学期间得到了许多人的关心,借此机会表达对他们的感谢。

第一向导师苏诗琳副教授致以诚挚的敬意和感谢。

从论文的选题到完成,他都给予精心的指导,苏老师治学严谨,学识渊博,思想深邃,视野雄阔,为我营造了一种良好的精神氛围。

置身其间,耳濡目染,潜移默化,使我不仅同意了全新的思想观念,树立了宏伟的学术目标,领会了差不多的摸索方式,而且还明白了许多待人接物的道理"同时将感谢送给信息工程学院曾经给予我关心的所有老师。

感谢王娟,魏晋燕,熊建芳同学,在我写论文期间给予我的关心,你们坚强的求学精神和豁达的生活态度,时刻在感染着我,催我上进,同时感谢班里的所有同学。

感谢张勇,赵治学同学,在我完成论文期间给予我的关心。

感谢董龙江先生在我求学及完成论文期间给予我的关心。

最后,对本文写作过程中参考的文献和有关资料的作者及各位评委老师致谢!

Keywords:

U49

10710-20,040,531

MentorsNameTitle:

SuShi-lingAssociateProfessor

Applyforgraduatelevel:

Master

Papersubmissiondate:

May10,2007

Disciplines:

TrafficInformationEngineeringandControl

ThesisDefenseDate:

June3,2007

Degree-grantingunits:

Chang’anUniversity

Chairmanofthedefensecommittee:

JuYong-feng,Professor

TheDissertationreviewers:

ProfessorWuZi-fangZhaoZhong-jieAssociateProfessor

Abstract

Thefirstchapter

1.1Background

Urbantransportsystemisasocio-economic"bloodcirculatorysystem”,isameasureoftheprogressofcivilizationofacityflag,withthecontinuousdevelopmentofthesocialeconomyandexpandingcitysize,tradeandsocialactivitiesofthecity'seconomyisincreasinglybusytrafficcontinuedtogrow,phenomenonoftrafficcongestionandblockingmoreandmoreprominent,theincreasinglyseriousproblemofurbantraffic,urbantrafficproblemsbecomeseriousinChinaoneoftheurbandisease,affectingthethecitynormalfunctioningandurbansustainabledevelopment,ifwedonottakeearlycomprehensivemeasurestogovernance,urbantransportwillbecomethebottleneckaffectChina'seconomicdevelopmentandurbanfunctioning.

Thefundamentalwaytosolvethetrafficproblemsinthecity,therearetwo,thefirstistoacceleratetheplanningandconstructionofroadfacilities,improvetheurbanroad