收稿日期:2009-06-16作者简介:田丰(1958—,男,辽宁沈阳人,工学博士,教授,硕士生导师,主要研究方向为计算机测控技术、无线传感器网络等;杜富瑞(1981—,男,山东滨州人,硕士研究生,主要研究方向为无线传感器网络和嵌入式系统。基于WSN的智能交通灯控制系统设计田丰,杜富瑞(沈阳航空工业学院计算机检测与控制研究室,辽宁沈阳110136摘要:针对多路口的交通信号灯控制问题,提出了基于无线传感器网络的两级组织结构,搭建了交通信号灯控制平台。利用传感器节点收集的交通信息,结合模糊控制方法,实现了交通信号灯的无线智能控制。仿真结果表明,该控制器是有效的,其控制效果优于传统的控制方法。关键词:无线传感器网络;交通信号灯控制;模糊方法;鲁棒性中图分类号:TP273+.5;TP18文献标识码:A文章编号:1000-8829(200912-0056-04DesignofIntelligentTrafficLightControlSystemBasedonWSNTIANFeng,DUFu2rui(ComputerDetectionandControlLaboratory,ShenyangInstituteofAeronauticalEngineering,Shenyang110136,ChinaAbstract:Formulti2junctiontrafficsignalcontrolsystem,two2tierorganizationalstructurebasedonwirelesssensornetworks(WSNisproposed,andaplatformfortrafficsignalcontrolsystemwithWSNisbuilt.Byusingthecollectedinformationabouttrafficandfuzzycontrolmethod,thegoalofintelligentcontrolforthetrafficlightsisrealized.Thesimulationshowsthatthecontrollerisrealizableandbetterthanthetraditionalcontrolmethods.Keywords:wirelesssensornetworks;trafficsignallightcontrol;fuzzymethod;robustness交通灯控制系统是一个典型的复杂大系统,具有时变、非线性、不易确定数学模型的特点。现有交通灯控制系统主要分为两类:定时控制和感应式控制。定时控制不能适应车流的动态变化,只适用于路面车流量较少的情况;感应式控制易受外界干扰,且在安装过程中,容易造成对道路的损坏。此外,这两种控制方式都只能单独地控制某一点,并不能实时、多点、联测、联动的控制。无线传感器网络(WSN,wirelesssensornetworks作为一种新兴的测控网络技术,融合了短程无线通信技术、微电子技术、嵌入式技术等。基于WSN的交通灯控制系统具有控制精度高、响应速度快的优点。模糊控制不需要建立精确的数学模型,它把人的感官认识和好的控制策略联系起来,具有很强的鲁棒性。将模糊控制与无线传感器网络相结合,以WSN传感器节点收集的路面信息为输入,经模糊控制器处理,得到作为输出的控制策略,对交通灯系统实施控制,可以实现交通灯控制系统的智能化、网络化。以下首先针对多路口交通灯控制系统,提出了两级WSN组织结构,搭建了基于WSN的交通信息收集和控制平台;然后介绍了多路口交通灯智能控制算法的设计,以及模糊控制器的设计;最后,进行了仿真实验。1WSN交通灯控制平台在多路口交通信号灯控制系统中,信号灯的周期、绿信比和相位差是控制向量;到达交叉路口的车辆数和各交叉路口停车线前面排队的车辆数是状态向量。详细分析表明,同时考虑信号灯的周期、绿信比和相位差的优化,将增大计算量,使问题的求解过程变得十分复杂[1]。针对多路口交通灯控制系统,采用两级WSN组织结构(见图1,第1级为控制级,负责调整各交叉路口的绿信比;第2级为协调级,负责协调干线各路口周期的确定和各路口之间的相位差。图2为无线传感器网络交通灯控制系统模型图。路口的交通灯控制节点A1及其相邻路段内的路面检测节点Bi(i=1,2,3,4,5和车载节点Cj(j=1,2,3,4图1两级交通灯控制模型组成控制级。这些传感器器节点自组织成簇:交通灯控制节点作为簇首,路面检测节点和车载节点作为簇成员。簇首A1负责收集簇内路面检测节点的数据,进行数据融合,并与相邻簇首节点进行通信;簇成员节点负责路面信息的收集。从簇首节点中,选取一个节点作为协调级,称此节点为汇聚节点。汇聚节点以多跳的方式与各簇首节点通信,收集各路口车流量信息,图2无线传感器网络交通灯控制系统模型进行智能处理,协调各路口工作。针对交通控制系统中信息采集、策略制定、输出执行的实际需求,引入3类WSN节点:信息收集节点、汇聚节点和交通灯控制节点。传感器节点是构成WSN的基本要素,...