淺談模糊控制理論在高速公路智能化的應(yīng)用

王少武等

【摘要】 伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，我國(guó)高速公路里程大幅度增加，同時(shí)大量的交通事故及交通擁堵也日趨嚴(yán)重。高速公路智能化是將原來(lái)單一的設(shè)備采集信息變?yōu)椴煌愋驮O(shè)備采集的信息進(jìn)行有效地融合和挖掘。本文集中討論如何將模糊控制理論應(yīng)用到高速公路智能化中。

【關(guān)鍵詞】 高速公路 智能化 模糊控制理論

一、引言

我國(guó)第一條高速公路自從1988年建設(shè)以來(lái)，高速公路的建設(shè)速度快速發(fā)展[1]。截止2013年底，我國(guó)高速公路總里程已達(dá)10.4萬(wàn)公里，總里程位居世界第一，導(dǎo)致道路交通事故死亡人數(shù)也是世界上最多的國(guó)家之一。為了使高速公路更加安全，充分體現(xiàn)高速公路“安全、高效、高速、舒適”的優(yōu)點(diǎn)，我國(guó)高速公路運(yùn)營(yíng)管理單位加大對(duì)高速公路智能化和信息化的建設(shè)步伐。

二、模糊控制理論的發(fā)展

2.1 模糊控制概述

模糊控制實(shí)質(zhì)上是一種非線性控制，從屬于智能控制的范疇。模糊控制的一大特點(diǎn)是既有系統(tǒng)化的理論，又有大量的實(shí)際應(yīng)用背景。模糊控制的發(fā)展最初在西方遇到了較大的阻力；然而在東方尤其是日本，得到了迅速而廣泛的推廣應(yīng)用。近20多年來(lái)，模糊控制不論在理論上還是技術(shù)上都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，成為自動(dòng)控制領(lǐng)域一個(gè)非?；钴S而又碩果累累的分支。其典型應(yīng)用涉及生產(chǎn)和生活的許多方面，例如在家用電器設(shè)備中有模糊洗衣機(jī)、空調(diào)、微波爐、吸塵器、照相機(jī)和攝錄機(jī)等；在工業(yè)控制領(lǐng)域中有水凈化處理、發(fā)酵過(guò)程、化學(xué)反應(yīng)釜、水泥窯爐等；在專用系統(tǒng)和其它方面有地鐵靠站停車、汽車駕駛、電梯、自動(dòng)扶梯、蒸汽引擎以及機(jī)器人的模糊控制[3]。

2.2 模糊控制原理

1、專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。模糊控制也稱為控制系統(tǒng)中的專家系統(tǒng)，專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)在其設(shè)計(jì)上有余力的線索。人類在日常生活常中判斷事情，使用語(yǔ)言定性分析多于數(shù)值定量分析；而模糊控制規(guī)則提供了一個(gè)描述人類的行為及決策分析的自然架構(gòu)；專家的知識(shí)通?？捎胕f….then的型式來(lái)表述。藉由詢問(wèn)經(jīng)驗(yàn)豐富的專家，獲得系統(tǒng)的知識(shí)，并將知識(shí)改為if….then的型式，如此便可構(gòu)成模糊控制規(guī)則。除此之外，為了獲得最佳的系統(tǒng)性能，常還需要多次使用試誤法，以修正模糊控制規(guī)則。

2、操作員的操作模式?，F(xiàn)在流行的專家系統(tǒng)，其想法只考慮知識(shí)的獲得。專家可以巧妙地操作復(fù)雜的控制對(duì)象，但要將專家的訣竅加以邏輯化并不容易，這就需要在控制上考慮技巧的獲得。許多工業(yè)系統(tǒng)無(wú)法以一般的控制理論做正確的控制，但是熟練的操作人員在沒(méi)有數(shù)學(xué)模式下，卻能夠成功地控制這些系統(tǒng)：這啟發(fā)我們記錄操作員的操作模式，并將其整理為if….then的型式，可構(gòu)成一組控制規(guī)則。

三、高速公路智能化模糊控制模型

監(jiān)控指利用設(shè)置在外場(chǎng)的監(jiān)視設(shè)備，對(duì)道路的路況、天氣、車流量等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量和監(jiān)視，利用通信系統(tǒng)將實(shí)時(shí)高速公路交通信息傳送到監(jiān)控中心。同時(shí)依據(jù)外場(chǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)所得到的各種數(shù)據(jù)，并依據(jù)外場(chǎng)監(jiān)控方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判讀和決策，將最終的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)送及時(shí)信息，實(shí)現(xiàn)控制高速公路上的交通流量、改善交通環(huán)境、減少事故發(fā)生率。

四、前景應(yīng)用

模糊控制算法在國(guó)內(nèi)外高速公路智能化中廣泛研究，本人參與某項(xiàng)目中充分利用高速公路的設(shè)備，并結(jié)合高速公路路段的情形，合理制定出一套基于模糊控制算法技術(shù)的解決方案。為了快速得到路況異常信息，我們使用模糊控制算法對(duì)采集信息進(jìn)行智能研判，得到相應(yīng)的路況信息分析結(jié)果。為了保證路況信息準(zhǔn)確性，當(dāng)分析結(jié)果為異常信息時(shí)，指揮中心軟件平臺(tái)系統(tǒng)立刻報(bào)警并提供異常信息對(duì)應(yīng)的高速公路應(yīng)急預(yù)處理方案，交通管理工作人員第一時(shí)間根據(jù)指揮中心軟件平臺(tái)提供的異常信息及對(duì)應(yīng)的高速公路應(yīng)急預(yù)處理方案作出相應(yīng)的路況信息發(fā)布。

五、結(jié)論

目前我國(guó)實(shí)施的模糊控制技術(shù)，大都是比較簡(jiǎn)單方法直接控制路面情況。雖然由于我國(guó)高速公路模糊控制系統(tǒng)硬件設(shè)備的配置較為齊全，但由于控制的落后，依舊同發(fā)達(dá)國(guó)家有一定的差距。由于我國(guó)高速公路基礎(chǔ)硬件設(shè)施比較齊全，充分利用模糊算法對(duì)這些基礎(chǔ)設(shè)備進(jìn)行控制以解決高速公路異常情況。在以后對(duì)我國(guó)高速公路進(jìn)行開(kāi)發(fā)、運(yùn)用時(shí)要從我國(guó)的實(shí)際情況出發(fā)，根據(jù)其特點(diǎn)，結(jié)合先進(jìn)的控制方法和監(jiān)控系統(tǒng)，來(lái)提高我國(guó)的高速公路監(jiān)控中模糊控制技術(shù)的運(yùn)用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 胡寶清.模糊理論基礎(chǔ)：武漢大學(xué)出版社，2010年6月1日

[2] L A Zadeh Fuzzy Sets in Information and Control.1965，8：338～353

[3] E H Mamdani ，Applications of Fuzzy Algorithms for Control of Simple Dynamic Plant，Proc IEE，1974，121：1585～1588.

[4] 章衛(wèi)國(guó)等.模糊控制理論與應(yīng)用[M].西安：西安工業(yè)大學(xué)出版社，2000.