高速公路人口匝道的模糊逻辑控制及

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ｘ ０ ３］ Ｅ ［ ，５ ２ ｘ ５ ５］ Ｅ ［ ，０ ３ ｘ ０ ６］ Ｅ ［ ，０ ４
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的实时性需要〔１ 模糊控制在实现上相对容易。 ７］ －； １
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因 本文采用模糊控制理论， 此， 将检测的高速公路
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１ 模糊逻辑控制器
人 口匝道模糊控制系统 （ １ 核心部分是模 图 ） 糊逻辑控制器 ， 模糊控制器有 由数个检测器测得 的３ 个输人量， ２ ｓ 每 ０ 更新一次， 用符号表示如 下 ： Ｕ为上游车流密度 ， Ｄ 它定义为某一瞬间单位 道路长度上存在的车辆数； Ｄ Ｄ 为下游车流密度；
控制器， 提出了 三种入口匝 道辅助设计方案。结 合工程实呼， 选择了 上游车流密度、 下游车流密度
和入口处等待车辆的总长度作为模糊控制器的输入量， 入口匝道的调节率为输 出量。计算结果表 明， 随着入口匝道车辆数量的增加， 高速公路主线下游的车速将明显下降， 根据主线上、 下游车流密 度及匝道车辆的数量变化， 计算出不同的匝道调节率， 通过对高速公路入口匝道的调节率进行实时 调节， 可控制匝道上车辆的进入， 入口匝道辅助方案的实施可缓解与高速公路相连道路的拥堵， 对 改善高速公路运行安全和效率具有重要的作用。 关键词 ： 交通工程； 口匝道； 入 模糊控制； 匝道调节率； 辅助方案 中图分类号： ４ １２３ Ｕ ９． ２ 文献标识码 ： Ａ
旱背
函数为
规则（） ５用于避免人口匝道的车辆排队超过一 定的长度， 否则过长的等待队列会引起与高速公路 相邻车道的交通阻塞。根据每条规则 的重要 性不 同， 可以分别赋予不同的权值。 步骤 ３构造模糊产生器。模糊产生器的作用 ：
是将一个确定的输人（ ｕＤ ， Ｅ利用上述模 糊规 Ｄ ， ＤＱ ）
第６ 卷
第４ 期
２０ ０ ６年 １ ２月
交 通 运 输 工 程 学 报 Ｊｕｎｌ ｒｆｓ Ｔａｓ ｒ ｔｎ ｉ ｅｎ ｏｒａｏ Ｔ ａ ｉａｄ ｎｐ ｔｉ Ｅｇ ｅ ｉ ｆ ｆ ｎ ｒ ｏ ａｏ ｎ ｎ ｒ ｇ
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则库中的一条规则映射成Ｒ Ｍ的一个模糊集合 。 例如： ｕ ０ 将 Ｄ 定位于隶属度大的 当Ｄ 为５ 时， ｕ 取值区间上， 由式（） Ｄ 在模糊集合“ 上 ， １知 ｕ 大” 利 用模糊规则库中的规则（）Ｒ １，Ｍ输出是 Ｓ 即匝道调 ， 图Ｉ 模糊控制系统
文章编号：６１１３ （０ ６０－１１ ４ １７－６ ７２０ ）４００－ ０
高速公路人口匝道的模糊逻辑控制及 辅助方案设计
张生瑞 ， 国玺 唐
（ 长安大学 公路学院， 陕西 西安 ７０６） １０４
摘 要： 为保证高速公路主线安全、 畅通与舒适运行， 减少对相连道路的影响， 构造了匝道逻辑模糊
（ｃｏｌ ｉ ｗ ｙ Ｃ ａｇ ｎ ｉ ｒ ｔ， ａ ７０６ ， ｈａｘ， ｉ ） Ｓｈｏ ｏ Ｈｇ ａ， ｎ ＇ Ｕ ｖ ｓｙ Ｘ＇ １０４ Ｓ ａｎｉ Ｃ ｎ ｆ ｈ ｈ ａ ｎｅｉ ｉｎ ｈａ
Ａ ｓａｔ Ｉ ｏｄｒ ｅｓｒ ｔｅ ｅ ｅｐｄ ｅ ｃｍ ｏｔ ｌ ｏｅ ｔ ｎ ｆ ｅ ａ ｍ ｉｉ ， ｔ ｂｔ ｃ； ｒｅ ｔ ｎｕｅ ｓ ， ｅｉ ａｄ ｆ ａ ｅ ｒ ｉ ｏ ｒ ｗ ｙ ｎｎ ａｄ ｒ ｎ ｏ ｈ ａ ｘ ｔ ｎ ｏ ｒ ｂ ｐ ａｏ ｆ ｆ ｅ ａ ｌｅ ｎ ｏ ｌ ｓ ｉ ｉ ｌ ｎｅ ｌｋｄ ｄ， ｚ ｌ ｉｃｎｒｌｒ ｎ ｐ ｓ ｓ ｕｔ ， ｅ ｋ ｄ ｏ ｅ ｅ ｔ ｎ ｕ ｃ ｏ ｉ ｅ ｒ ｓ ａ ｚ ｏ ｃ ｔ ｌ ｏ ｏ ｒ ｗ ｃｎｔ ｃ ｄ ｔ ｅ ｓ ｓ ｎ ｆ ｅ ｎ ｓ ｎ ｏ ａ ｆ ｙ ｏ ｏｅ ｆ ａ ｕ ｇ ｍ ａ ｏ ｒ ｅ ｈ ｉ ｆ ｒ ｎ ａｘｉｙ ｒ ｐ ｊ ｔ ｗ ｒ ｄｓ ｎｄ Ｉ ｐａ ｉ ｌ ｉ ｅｎ ， ｕｓ ｅｍ ｎｉ ， ｎｔ ａ ｕｉ ｒ ｏ－ ｍ ｐｏ ｃ ｅ ｅｇｅ． ｒ ｔａ ｅｇ ｅ ｉ ｔｅ ｔ ａ ｄ ｓｙ ｄｗ ｓ ｅ ｌ ａ ｎ ａ ｒ ｅ ｓ ｅ ｉ ｎ ｃｃ ｎ ｎ ｒ ｇ ｈ ｐ ｒ ｅ ｔ ｏ ｒｍ ｄｎｉ ａｄ ｒ ｃ ｑｅｅ ｖｈ ｌｆ ｘ ｒ ｓ ｅ ｅ ａ ｃｎｒｌｒ ｕｓ ｔｅ ｔ ｉ ｒ ｅ ｏ－ ｅｓｙ ｅｔ ｎｅ ｕ ｏ ｅｉｅ ｌ ｗ ｅ ｃ ｄ ｏｔ ｌ ｉ ｔ， ｍ ｅｎ ａ ｏ ｎ ｔ ｎ ｎａ ｕ ｆ ｃ－ｕ ｅ ｅ ｔ ｓ ｏｅ ｎ ｌ ｐ ｈ ｅ ｒ ｇ ｆ ｔ
（） ｕ ａ Ｄ ｓ ｈ Ｒ ｓ ｉ Ｓ ｄ ｉ Ｓ ｎ ｉＢ ４ｉＤ ｓ ｎ Ｄ ｔｅ Ｍ ｏ ｆ （） Ｅ ｔｅ Ｒ ｓ ｓ ｈｎ ｉ Ｂｏ ５ｉＱ ｉＢ ｆ Ｍ
制器的构造步骤如下。
＿＿ ＿一 ４ Ａ＿一 ＿－ 直 公 － ＝ －－ ＿＿ －一
作者简介： 张生瑞（９３ ， 陕西佳县人， １６－ 男， ） 长安大学教授， 工学博士， 从事交通运输规划与管理及交通控制研究。
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控制［， ［ 并取得了一些成果。神经网络控制虽然 ｓ ７
能够根据实际的交通状况进行在线学 习， 但缺乏 一定定性知识 ， 学习时间较长， 很难满足交通控制
节率为小。
Ｆｇ１ ｕｚ ｃｎｒｌ ｔ ｉ ． Ｆ ｚ ｏｔ ｓｓ ｍ ｙ ｏ ｙ ｅ
步骤 １把输人输出空间划分为模糊区间， ： 分别 用 ＳＭ， ， Ｂ表示模糊集合 “ （ｍ ｌ＂ “ Ｍｉ 小 Ｓ ａ）， 中（ ｄ ｌ － ｄ ）， Ｂ ）。根据测定的统计数据， Ｄ 可能 ｌ ＂“ ｉ ＂ ｅ 大（ ｇ 把 ｕ 取值范围「 ｕ．Ｄ－」 Ｄ＿， 划分成 ３ ｕ 个模糊集合，ｕｎ Ｄ ， Ｄ －分别表示 Ｄ ｕ． ｕ的最小值和最大值。例如： 当 Ｄ－为１，，二 ６ 时， 给出了上游车流密度 ｕ． ０Ｄ－为 ０ 图２ ＳＭ， ３ ， Ｂ 个模糊集合的隶属度函数。岛 的隶属度
Ｑ 为人口处等待车辆的总长度， Ｅ 超过一定的长度， 等待车辆将阻塞附近区域的交通。由此可以测得
３ 个反映高速公路交通情况的数据， 把这些数据作
为模糊逻辑控制器的输人量 。模糊逻辑控制器的 输出量就是各人 口匝道调节率 Ｒ 。模糊逻辑控 Ｍ
Ｄ 为 ５ 在 个模糊集合的隶属度函数值 时， ３ Ｕ ０ 分别为 ｆ （ ｕ ＝０ｆ （ ｕ ＝０ｆ （ ｕ ＝０５ （ ， Ｄ ） ，ａＤ ） ． ） ｓＤ ） ｍ １ 同理， Ｄ ， Ｄ Ｑ ， 把 Ｅ Ｒ 可能出现的值也分 Ｍ 别划分成为 ３个模糊 集合。 步骤 ２ 构造模糊 ： 规则库。模糊 规则 的 ｘ（ｅ ｋ － ／ ｈ． ｍ ｖ 来源是专家， 模糊规则 图 ２ ｏ Ｄ 模糊集的划分 的数 目也来 自专家经 Ｆｇ２ ｉｓ ｎ Ｄ ｆｚｙ ｔ ｉ Ｄｖ ｉ ｏ ｕ ｚ ｓ ｓ ． ｉｏ ｆ ｕ ｅ 验。这里选择 了如下 ５ 条规则。 （） ｕ ｏ Ｄ ｔ ｎ ｓ ｉＢ Ｄ ｉＢ ｅ Ｒ ｉＳ １ｉＤ ｓ ｒ ｓ ｈ Ｍ ｏ ｆ （） ｕ ｔ ｎ ｓ ｉＭ ｅ Ｒ ｉ Ｍｏ ２ｉＤ ｓ ｈ ｆ Ｍ （） Ｄ ｔ ｎ ｓ ｉＭ ｅ Ｒ ｉ Ｍｏ ３ｉＤ ｓ ｈ ｆ Ｍ
人 口匝道的交汇空档通过模糊运算转化为实际的 精确控制 ， 达到定性判断和定量控制的统一 ， 从而 简化计算程序， 更加有效地提高高速公路入 口匝 道车辆汇人高速公路主线的实时性。同时， 考虑 到如果对 车流量 比较大 的人 口匝道实施 模糊 控 制， 将有可能阻塞与其相连的道路 ， 因此， 实际应 用过程中， 为缓解交通压力， 设计了相应的人 口匝 道辅助方案。
ｒ ｐ ｓｅｅ ａ ｃ ｔ ｌｒ ｐｔ Ｃｌ ｌｅ ｒ ｕ ｉ ｉｔ ｔ ｔ ｎｔａ ｖｈ ｌｓ ｅ ｉ ａ ｗ ｓ ｃｄ ｏ ｒｌ ｏｔ ． ｃ ａ ｄ ｌ ｎ ｃ ｅ ｈ ｄｗ ｓｅ ｅｉ ｐ ｄ ｎ ｍ ａ ｅ ｔ ｓ ｏｅ ｕ ｕ ａｕ ｔ ｅ ｔ ａ ｓ ｏ ｒ ｍ ｃ ｅ ｓ ｌ ｎ ｓ ｄ ａ ｅ ｍ ｉｉ ａ ｄｃ ａｎ ｏｖ ｕｌ ｗｔ ｔ ｉ ｒ ｓ ｇ ｖｈ ｌ ｎｍ ｅ ｉ ｏ－ ｍ ； ｏ ｉ ｔ ａ ｌｅ ｅ ｅ ｉ ｂｉ ｓ ｉ ｈ ｎ ｅ ｉ ｏ ｅｉｅ ｂｒ ｎ ａ ｐ ａ ｒ ｎ ｏ ｎｎ ｒ ｒ ｓ ｇ ｏ ｙ ｈ ｅ ａｎ ｆ ｃ ｕ ｅ ｃ ｎ ｒ ｃ ｄ ｇ ｃ ｕｓｅ ｄｎｉ ， ｎｔ ａ ｄｎｉ ａｄ ｉｅ ｂｒ ｒ ｐ ｔ ｉ ｒ ｅ ｂ ｃ ｃ ａ ｄ ｔ ｐｔ ａ ｅｓｙ ｄｗ ｓｅ ｅｓｙ ｖｈ ｌ ｎｍ ｅ， ｍ ｅｎ ａ ｃ ｅ ｕ ｔ ； ｒ ｍ ｔ ｏ ｒ ｍ ｔ ｎ ｅ ｃ ｕ ａ ｍ ｅ ｒ ｇ ａ ｔ ｎ ａ ｌｅ ｈ ｌ ｅ ｅｔ ｎｅ ｎｒ ｐ ｉｅ ｃ ｂ ｃ ｔ ｌｄ ｔｅ ｌｉｅ ｓｎ ｏ ｔ ｍ ｔｉ ｒ ｅ ｒ ｗｙ ｎ ａｃ ｏ ｏ－ ｍ ｖｈ ｌ ａ ｅ ｒ ｌ ｂ ｈ ｒ －ｍ ａ ｕｔｇ ｈ ｅ ｒ ｇ ｏ ｆ ｅａ ｒ ｆ ａ ｅ ｃｓ ｎ ｏ ｏｅ ｙ ｅ ｔ ｄ ｉ ｆ ｎ ａ ｊ ｅ ｅｎ ａ ｆ ｔ ｅ ｏ－ ｍ ， ａｐｃ ｉ ｏ ａｘｉｙ ｊ ｔ ｃ ａｅｉｅ ｃｎｅ ｉ ｏ ｌｋｄ ｄ， ｉｐ ｖ ｎ ａ ｐ ｔｅ ｌａｏ ｆ ｉ ｒ ｐｏ ｃ ａ ｌｖ ｔ ｔ ｏｇｓｏ ｆ ｅ ｒ ｓ ａｄ ｒ ｅ ｒ ｈ ｐ ｉｔｎ ｕ ｌ ｒ ｅ ｓ ｌ ａ ｈ ａ ｎ ｅ ｔｎ ｉ ｎ ｏ ａ ｎ ｍ ｏ ｔ ｓ ｅ ａｄ ｃｎｙ ｆｅ ａ ｒｎｉ ． ａ， ｇ， ｒ ｓ ｈ ａ ｔ ｎ ｅｉｅｃ ｏ ｒ ｗ ｙ ｎ ｇ １ ５ １ ｅ ． ｅ ｙ ｆ ｉ ｆ ｆ ｆ ｅ ｕ ｎ ｔ ｂ ｆｓ １ ｉ ｆ Ｋｙ ｄ：ｒ ｆ ｅｇ ｅｒ ｇ ｏ－ ｍ ；ｕｚ ｃｎｒｌｒ ｐ ｔ ｉ ｒ ｅ ａｘｉ ｙ ｊ ｔ ｅ ｗ ｒｓ ｔ ｆｃ ｉ ｅｎ ； ｒ ｐ ｆ ｙ ｔ ；ａ ｍ ｅｎ ａ ； ｉａ ｐｏ ｃ ｏ ａｉ ｎ ｎ ｉ ｎ ａ ｚ ｏ ｏ ｍ ｅ ｒ ｇ ｔ ｕ ｌｒ ｒ ｅ ｓ Ａ ｔ ｒ ｕ ｅ Ｚ ａｇ ｎ－ ｉ ９３ ， ａ ， ， ｆ ｓｒ ８－ －２３２２ ｚａｇｒ ｃｄ ｕ ｏ ｒ ｍ ： ｎ Ｓｅｇ ｕ １６－ ｍ ｌ Ｐ Ｄ ｐｏ ｓ ， ２ ８３４６，ｈｎｓ ｈ． ｈ ｅ ｓ ｈ ｈ ｒ（ ） ｅ ｈ ｒｅ ｏ ６ ９ ＠
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百度文库０ 引
言
高速公路人口匝道控制的难点在于系统的复
收稿 日期：０６ ７１ ２０－ －２ ０ 墓金项目： 国家自然科学基金项 目（０７０９ ５５８０）
杂性和随机性， 以用精确的数学模型来描述 。 难 随着智能控制理论的发展， 越来越多的研究尝试 使用模糊控制［１神经网络控制及模糊神经网络 Ｃ 、 ｌ － ５
Ｏ － ｍ ｆｚｙ ｉ ｃｎｒｌ ａｘｌ ｒ ｐｏ ｃ ｄｓ ｎ ｆ ｅ ａ ｎｒ ｐ ｚ ｌ ｃ ｔ ａｄ ｉａｙ ｊ ｔ ｉ ｏ ｒ ｗ ｙ ａ ｕ ｏ ｏ ｏ ｎ ｕ ｉ ｇ ｒ ｅ ｅ ｇ ｆ ｅ
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