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新型智能交通信号机的研究与设计

肖圣兵  
【摘要】: 随着我国城市化进程的加快,城市交通拥挤日益严重,平面交叉口是造成交通堵塞的主要“瓶颈”。智能交通系统由于能够有效缓解日益严重的交通拥塞而成为现代交通的发展方向。交通信号智能控制是智能交通系统的重要研究领域之一。交叉口信号控制机是实现交通信号智能控制的基础设施,其技术水平直接决定了它在交通信号控制系统中的作用,从而对城市道路交通管理的科学性、有效性产生直接的影响。 本文深入研究了交通信号机的发展现状,为了适应智能交通的发展趋势,提出了一种新型智能交通信号机,并从交通信号机的硬件结构、可靠性、软件设计和单交叉口信号控制等方面进行了研究与设计。论文的主要工作如下: 1、提出了一种新型、智能交通信号机设计方案,对硬件系统进行了模块化设计。针对目前信号机的功能和可扩展性等方面的不足,本文进行改进性设计,具体包括:采用高性能的ARM9芯片作为处理器、大容量Flash存储芯片、添加网络接口、采用CPLD扩展I/O口、设计灯色回路状态反馈电路、采用触摸屏作为输入/输出接口等,并给出了详细的硬件设计描述。 2、可靠性和安全性是交通信号机的基本要求。本文从电路系统、故障自检、防雷击等方面进行了可靠性设计。其中,故障自检采用软、硬件两级检测的方法保证了灯色的安全输出,以满足交通安全的要求。 3、建立软件开发环境,实现了基本的硬件设备驱动程序和主控制程序,定义了信号机与上位控制机的通信协议。为了满足人性化的操作要求,采用Qt进行了人机接口界面(GUI)的设计与实现。 4、单交叉口信号控制是大范围交通信号控制的基础,论文首先分析了定时控制和感应控制两种基本控制方式。在深入研究强化学习的基础上,提出了一种基于Dyna-Q的嵌入式交叉口信号机的在线单点优化控制算法,仿真实验结果验证了该算法的有效性。 本文研发的交通信号机能够满足信号机的网络化、智能化和人性化的要求,符合信号机的发展方向,为交通信号机的研究提供了有益的借鉴。


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