（控制理论与控制工程专业论文）基于电子地图的城市交通网络信号控制研究.pdf

摘要 摘要 基于电子地图的城市交通网络信号控制研究 硕士研究生：翟前启导师：蒋珉副教授 东南大学 近年来，交通拥挤以及由此带来的经济损失和环境污染等问题使得各国政府面临严峻考验。如何对 城市交通流进行合理科学的调控与管理是全球交通工程和理论界的焦点所在，而城市交通网络信号优化 又是其中一个重要的发展方向。因此，本文以南京市某交通区域中的若干个交叉口为研究对象，研究该 区域的交通信号网络的控制与仿真。主要通过提取区域道路路网的拓扑结构信息，设计合适的区域协调 控制方案来优化区域中交叉口的交通控制信号：来调整信号控制参数以及协调控制道路交通流量，使路 口排队长度和车辆平均延误时间减至最小，充分提高路网的交通效益。 针对控制方案设计所需的道路和交叉口信息以及对城市区域道路交通仿真的任意性要求，设计劳实 现了电子地图拓扑结构的生成。在电子地图中选择预研究区域，用合适的数据结构来描述路网中各条道 路的连接关系是获取道路拓扑结构的关键。拓扑结构的实现是基于v i s u a lc 抖和m a p x 的开发平台，运 用m a p x 开发方法建立道路信息数据库，拓扑结构信息包括交叉口的地理位置、区域内交叉口之间的 连接关系、交叉口之间的距离等信息。 针对区域交通路网中各道路的通行能力和功能的不同，将路网分为主干线和支线，设计了基于控制 大系统思想分解的两级协调控制器，即路口控制级和路口协调级控制器。区域中的每个交叉口都设计了 控制级模糊控制器，主干线中两两相邻的交叉口之间或是支线与主干线相交的两两交叉口之间设计协调 模糊控制器，它能够协调两相邻交叉口的控制信号，减少车辆延误。这种控制结构简化了模糊控制规则， 提高控制器运算速度，实时性好。本文对设计的控制方案进行仿真验证，建立车辆生成模型，车辆延误 模型等，根据仿真实验数据客观地反映信号控制的好坏。通过与定时控制的仿真结果进行比较，得出了 本文所建立的区域协调控制能够对区域内的交叉路口的交通进行有效地控制。 关键词：电子地图；m a p x ；拓扑结构；城市交通信号控制：模糊控制；区域协调控制；交通仿真 a b s t r a c t a b s t r a c t r e s e a r c ho nu r b a nt r a f f i cn e t w o r ks i g n a lc o n t r o l b a s e do ne l e c t r i cm a p z h a iq i a n q is u p e r v i s e db ya s s o c i a t ep r o f e s s o rj i a n gm i n s o u t h e a s tu n i v e r s i t y f o rt h em o m e n t , t r a f f i cj a m ，e c o n o m i cl o s sa n dp o l l u t i o na r er e s u l t e df r o mt r a f f i cj a ma r eb i gp r o b l e m s w h i c ha l l g o v e r n m e n t sa r o u n dt h ew o r l da r ef a c e dw i t h ，h o wt or e g u l a t ea n dc o n t r o lt h et r a f f i cf l o wp r o p e r l y a n ds c i e n t i f i c a l l yh a sb e e nt h ef o c u so ft h em s e a r c h e r sa n de n g i n e e r si nt h ef i e l do ft h et r a f f i ce n g i n e e r i n g o p t i m i z a t i o nf o ru r b a nr o a dt r a f f i cn e t w o r k si sa ni m p o r t a n td e v e l o p m e n tt r e n d t h e r e f o r e ，s e v e r a lc r o s s i n g s i nu r b a na r e ao fn a n j i n gc i t yi st a k e na so b j e c t so fs t u d yo nu r b a nt r a f f i cn e t w o r ks i g n a lc o n t r 0 1 f i r s t , c o n s t r u c tt h et o p o l o g i c a ls t r u c t u r eo ft h ec h o s e nr o a d so ra r e a sa n dg e ti n f o r m a t i o no fr o a dn e t w o r k , t h e n d e s i g np r o p e ra r e ac o o r d i n a t i o nc o n t r o ls c h e m et oo p t i m i z et r a f f i cc o n t r o ls i g n a lb ya d j u s t i n gt h ep a r a m e t e r s o fs i g n a lc o n t r 0 1 a tt h es a m et i m e ，c o o r d i n a t i n gt r a f f i cf l o wo fo t h e rc r o s s i n go fa r e at om i n i m i z eq u e u el e n g t h t h e s ec a l li m p r o v et h ep e r f o r m a n c e so fu r b a nt r a f f i cn e t w o r k t h et o p o l o g i c a ls t r u c t u r eo fr e g i o ni ne l e c t r i cm a pi sd e s i g n e df o ri n f o r m a t i o no fr o a d sa n dc r o s s i n g si n c o n t r o ls c h e m e f i r s t , c h o o s eo n ea r e ai sn e c e s s a r y ；t h e nd e s c r i b et h er e l a t i o n s h i po fr o a d si st h ek e yo f c o n s t r u c t i n gt o p o l o g i c a ls t r u c t u r ew i t ha p p r o p r i a t ed a t ao r g a n i z a t i o n i m p l e m e n t a t i o no ft o p o l o g i c a ls t r u c t u r e d a t a b a s ei sb a s e do nv c + + a n dm 印i nu s i n gd e v e l o p m e n tm e t h o do fm a p x i n f o r m a t i o no ft o p o l o g i c a l s t r u c t u r ei n c l u d e st h el o c a t i o no f c r o s s i n g , c o n n e c t i o no f c r o s s i n g sa n dd i s t a n c eb e t w e e nc r o s s i n g se t c ak i n do ff l e x i b l et w o - s t a g ef u z z yc o o r d i n a t i o nc o n t r o l l e rb a s i n go nd e c o m p o s i t i o na n dc o o r d i n a t i o n t e c h n o l o g yo fl a r g es y s t e m sf o ru r b a na r e at r a f f i ci sp u tf o r w a r d t h e r ea r es o m ed i f f e r e n c e si nt r a f f i cc a p a c i t y a n df u n c t i o no fe a c hr o a dl i n ei nt h eu r b a nt r a f f i cn e t w o r k , f o rt h a tr e a s o nt h eu r b a nt r a f f i cn e t w o r ki s s e p a r a t e di n t om a i nt r u n k sa n db r a n c ht r u n k s t h et w o s t a g ef u = yc o o r d i n a t i o nc o n t r o l l e ri n c l u d e st w op a r t s w h i c ha l ef u z z yc o n t r o l l e r so f c o n t r o ll e v e la n df u z z yc o n t r o l l e r so f c o o r d i n a t i o nl e v e l t h ef u z z yc o n t r o l l e ro f c o n t r o ll e v e la r ed e s i g n e df o ra l li n t e r s e c t i o n si nt h eu r b a nt r a f f i cn e t w o r ka n dt h ef u z z yc o n t r o l l e r so f c o o r d i n a t i o nl e v e l 铀屯o n l yd e s i g n e df o rt h ec o n j o i n ti n t e r s e c t i o ni nt h em a i nt r u n k so ri n t e r s e c t i o n sb e t w e e n m a i nt r u n ka n db r a n c ht r u n k t h ec o n t r o l l e r so fc o o r d i n a t i o nl e v e lc a nc o o r d i n a t et h ec o n t r o ls i g n a lo ft h e c o n j o i n ti n t e r s e c t i o ni nt h em a i nt r u n k so ri n t e r s e c t i o n sb e t w e e nm a i nt r u n ka n db r a n c ht r u n ka n dc a nr e d u c e d e l a yo fv e h i c l e s t h i sk i n do fc o n t r o ls t r u c t u r ed e c r e a s e st h en u m b e ro ff u z z yr u l e sg r e a t l y , i m p r o v e st h e n a b s t r a c t o p e r a t i o ns p e e da n dg o o di n s t a n t a n e i t y t h e nc o n t r o ls c h e m ei ss i m u l a t e d ，m o d e lo fv e h i c l e sc r e a t i o n ，m o d e l o fv e h i c l e sd e l a yi sb u i l ta n dr e s u l t sa r ec a l c u l a t e do u tf r o ms i m u l a t i o nm o d e lw h i c hi su s e dt or e f l e c tt h e c o n t r o ls y s t e mo b j e c t i v e l y t h et w o - s t a g ef u z z yc o o r d i n a t i o nc o n t r o l l e rc a l lc o n t r o lt h eu r b a na r e at r a f f i c e f f e c t i v e l yt h r o u g hc o m p a r i n gw i t ht h ec o n t r o lm e t h o d k e yw o r d s ：e l e c t r i cm a p ；t o p o l o g i c a ls t r u c t u r e ；u r b a nt r a f f i cc o n t r o l ；f u z z yc o n t r o l ；r e g i o nc o o r d i n a t i o n c o n t r o l ；t r a 墒cs i m u l m i o n i i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研 究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：銎塑塑 日 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件 和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文 的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：翟萄麈 导师签名： ，砖t 翰惑 日期：2 吨9 孕，富 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 城市区域交通信号控制的研究意义 1 1 1 研究背景 城市交通是城市经济活动的命脉，交通拥挤和交通事故正越来越严重地困扰着世界各国的大城市， 解决这些问题已成为世界各国的共识。各国交通系统都面临着严峻挑战，人均道路面积缺乏。但是单纯 依靠大幅度增加修建道路的投资无法解决所面临的困境。因此从软件设施上入手对交通流进行科学的组 织与管控，充分发挥现有交通网络的通行潜力，最大稗度上使交通流做到有序流动己成为解决交通拥塞 的主要方法。城市交叉路口交通灯的信号实时控制有利于缓解日益紧张的交通堵塞问题，因此城市交通 信号控制系统成为发展的必然。 城市交通信号控制是通过给各个路口不同方向上的车辆通行权，对交通流进行调节、警告和诱导， 从而改善人和货物的安全运输，提高运营效率，其目标在于更好地利用现有的交通能力，提高交通流的 安全性、快速性和舒适性。然而由于现有的交通控制系统的不完善，造成了交通高峰时段的交通拥堵； 带有人工干预的交通信息管理系统的落后经常造成交通管理滞后，带来很人的车辆延误和燃料消耗。 城市交通信号控制是城市交通管理中的一个极其重要的环节。从最初简单的机械信号装置到今天广 泛采用的系统工程理论和人工智能技术，期间经历了一个从简单到复杂、从低级到高级的发展过程。采 用的交通控制技术也经历了从单点控制、线控制到面控制的过程。人们总希望控制的区域越米越大，控 制效果越来越明显，因此城市区域交通信号控制也必然成为交通控制学者的研究热点。鉴于交通运输系 统本身的特性，难于采用现场实验的方法，计算机技术和系统仿真方法为复杂的城市交通系统创造一种 计算机实验平台，于是便形成了交通控制仿真技术。 1 1 2 研究意义 城市交通路网中的道路分为主干线和支线。城市的主干线是城市道路交通的动脉，承载了城市交通 中的大部分交通量，主干线的畅通与否决定了城市道路交通效率的高低，支线上的交通量远远小于主干 线的交通流量，但却影响着主干线上的交通状况。因此，有效地控制主干线和支线上的交通就能够改善 城市的交通拥堵。一般来说，城市区域内各交叉路口处的交通流是相互关联的。很多情况下，提高某一 交叉口的通行能力或减少车辆在该交叉口的延误，有可能引起关联路口更多的延误。换句话说：子系统 最优并不能保证整个系统最优。因此实现城市区域交通的协调控制方能获得好的控制效果。 城市交通系统是一个庞大复杂的系统，随着智能交通系统的提出，城市区域交通控制的对象和内容 也更为复杂，不确定因素和子系统间的相互耦合作用越来越多。要实现交通的智能控制并取得较好的控 制效果必须对这个大系统进行分析和分解，而传统的区域的控制效果并不能很好的控制区域内的交通。 目前实际运行的城市区域交通控制系统根据它们是否对交通信号灯的配时方案进行在线调整可分为静 态交通控制系统和动态交通控制系统。 静态系统根据交通流的统计规律来设置信号配时。由英国道路与运输研究所( t r r l ) 提出的离线优 化交通网络信号配时t r a n s y t 系统是静态系统的代表【lj 。它将系统的总延误时间和总停车次数的加权 值作为目标函数，优化时，配时信息在仿真部分和优化部分反复迭代，求得最佳配时。 动态交通网络优化控制的发展是曲折的。现在产品化的动态交通网络控制系统已经走向成熟，并且 已经在很多城市实际运行。其中最为著名的是英国的s c o o t 系统( 2 l 和澳人利的s c a t s 系统1 3 】。这两 类控制系统也存在一些设计上的缺陷gs c a t s 系统配时方案的优劣取决于系统设计者事先判断的能力； s c o o t 系统的控制效果取决于仿真模型的精度。此外，s c o o t 系统为集中控制模型，应用规模受到 限制，通常不超过5 0 个信号交叉口i 引。这就要求人们继续研究基于新的控制理论的城市区域交通实时 1 东南大学硕： 学位论文 控制系统。鉴于交通流过程的高度不确定性和复杂性，尤其对于我国目前人车混流的交通状况，建立精 确的模犁不太可能，s c o o t 系统和s c a t s 系统的实际应用效果并不理想。因此，结合中国的交通状况 研究出适合于中国的城市区域交通控制方案对城市的经济发展有着极为重要的现实意义。 近年来，先进的城市交通控制系统在世界上备受瞩目并且得到了迅速的发展和应用。一方面，它有 利于提高交通的安全性，生产效率与效益；另一方面，它关系到士地资源的合理利用、环境污染的改善 乃至国民经济的持续发展和社会经济效益的提高。随着计算机技术以及交通理论的发展，交通仿真得到 迅速的广泛应用，产生了良好的经济和社会效益。国外已经商业化的交通仿真软件有十多种，而国内还 处在起步阶段。将先进交通控制技术与仿真优化有机的结合，开发出适合我国交通状况的交通控制系统 是本论文所研究的问题。 1 2 国内外研究概况 1 2 1 国外研究概况 在国外，2 0 世纪7 0 年代末以来城市交通问题日益严重，传统的交通信号控制系统已不能满足交通 控制的需求，交通工程师开始寻求其他工程领域的技术米解决交通信号问题。随着计算机技术和自动控 制技术的发展，以及交通流理论的不断发展完善，交通信号控制系统作为i t s 的重要组成部分也得到迅 速发展，典型的交通信号控制系统有英国的a n s y t 和s c o o t 、澳大利弧的s c a t s 系统。 t r a n s y t 系统是由英国道路研究所( t r r l ) 花费近十年时间研制而成的。系统采用静态模式，以 绿信比与相位差为控制参数，优化方法为爬山法。 s c o o t 系统由t r r l 在t r a n s y t 系统的基础上采用自适应控制方式的动态交通控制系统。 s c o o t 仍采用了t r a n s y t 的交通模犁，但扬长避短，获得了明显优于静态系统的效果，是现今主流 的系统。s c o o t 系统采用联机实时控制的动态模式，对周期、绿信比与相位差进行控制，采用小步长 渐进寻优方法。 s c a t s 系统采用先进的计算机网络技术，呈计算机分层递阶形式。采用地区级联机控制，中央级 联机与脱机同时进行的控制模式，控制参数为绿信比、相位差和周期，其选取是从预先确定的多个参数 中通过比较法确定，无实时交通模型。s c a t s 系统充分体现了计算机网络技术的突出优点，结构易于 更改、改变，控制方案较为容易变换。 t r a n s y t 系统计算量很大、很难获得整体最优的配时方案而且需大量的路网几何尺寸和交通流数 据等不足限制着它的发展。s c o o t 相位不能自减，相序不能自动改变，现场安装调试时相当繁琐等不 足也是有待改进的。s c a t s 系统也不是完美的，它是一种方案选择系统，限制了配时参数的优化程度； 过分依赖于计算机硬件；无车流实时信息反馈，可靠性低。 o p a c ( o p t i m i z e dp o l i c i e sf o ra d a p t i v ec o n t r 0 1 ) 1 5 , 6 1 是一个分布式交通信号控制系统，可以连续地进行 信号配时以减小指定区域内整个路口的迟延和停车次数性能指标，它既可以作为单点优化控制器、又可 以作为协调控制系统的一部分。但是要使该系统更好的：i = 作，必须提供比离线方式更高的性能，还要扩 展一些新的自适应控制的概念，才能够频繁或连续地更新方案。因此在实施的过程中效果并不理想。 自适应感应控制通常把交通网络作为一个不确定性系统、能够连续测量其状态，如车流量、停车次 数、延误时间、排队长度等，逐渐了解和掌握对象把它们与希望的动态特性进行比较，并利用特定算法 产生一个配时方案，从而使控制效果达到最优或次最优。正是基于这一理由，上述提到的比较先进的系 统都采用交通信号协调自适应控制。 近年来，世界各国更是竞相进行交通信号控制器的研究1 7 , 8 , 9 , 1 0 1 ，如英国e c 系列交通信号控制器， 美国e a g l e 2 0 7 0 a t c 系列智能交通信号控制器，德国两门子公司s t 8 0 0 s e 智能交通控制系统，两班牙 的s a i n c o 系统，美国的q u i c k n e t 系统等。由于这些系统均采用了先进的电子技术，通信技术、优化策 略，并且具有高集成度等特点，控制效果很好。 2 第1 章绪论 1 2 2 国内研究概况 我国在交通信号控制系统方面的： 作起步较晚，直到2 0 世纪7 0 年代，有关单位开始这方面的研究， 陆续试验了感应式、定周期信号控制。8 0 年代以来，中国城市道路交通问题越来越严重。交通部、公 安部、南京市完成了“七五”攻关项目，建成了南京城市交通控制系统h t - u t c s ( 代号2 4 4 3 ) ，另一方 面采取引进与开发相结合的方针，建立了一些城市道路交通控制系统：如1 9 8 4 年北京引进了南斯拉夫 t y a n s y t - 7 f 系统。1 9 8 5 年义引进了s c o o t 系统，另外，上海、广州、沈阳还引进了s c a t 系统， 大连、成都、青岛引入了s c o o t 系统，长春引进了西班牙s a i n c o t r a f i c o 系统，深圳市引进了日 本的k y o s a n 系统。这些交通信号控制系统在一定程度上起到了提高城市道路运行效率，缓解交通拥 挤的作用。但是由于我国开发能力相对落后，机动车、非机动车混流等因素，导致引进的系统多数执行 的是单点多时段控制，少数具有简单的协调功能。 近年来，为解决日益突出的城市交通问题，出现了一批专业从事交通控制系统开发的公司，如清华 紫光智能交通事业部、北京市振隆科技发展公司、青岛海信网络科技股份有限公司、上海交大高新技术 公司、无锡锡山大为科技、南京电子研究所等。他们通过自行研究或与清华大学、吉林大学、同济大学 和东南大学等高等院校合作，相继开发了一些具有自主知识产权的城市交通控制系统，这些产品正逐步 在各类城市得到使用。 对于城市区域交通的仿真研究，可以实现区域中各个交叉口的运行状态的动态虚拟再现，为交通管 理人员和交通规划设计人员提供一个有效的实验平台。利用交通流仿真模型进行仿真实验，通过仿真输 出结果的分析、对比和评估来验证控制方案的优劣。 目前大多数的交通仿真软件大部分都是根据不同的交通仿真模型进行开发。按其如何模拟车辆、人 流在路网上的移动和如何处理信号灯的控制，有微观、中观和宏观之分。微观模型以跟车换道模型模拟 车辆的运动并详细描述交通监测和信号控制的运作。宏观模型一般以流量函数表示的路段和路口延误来 模拟车辆在一个路段行驶的时间和在路口等待的概率或时间。中观模型介于微观和宏观两者之间，它一 般以车辆密度的函数来表示一个区段车辆行驶的速度，并考虑车辆在路口的转向和排队现象。通常中观 和宏观模型不直接模拟交通监测和信号控制的运作，不同控制系统对路网的影响以通过能力的形式表 示。 东南大学自动化学院在交通仿真方面也开发了不同功能的仿真软件。黄必栋1 1 1 i 将电子地图引入到 宏观的单交叉口的交通灯优化控制中，在仿真软件中能够根据交叉口的交通量的变化改变交义口信号灯 的绿信比和配时。电子地图的引入能够直观形象地在电子地图的交叉口摆放交通灯，根据单点配时的结 果改变信号灯的颜色，做到动态形象地演示。张雷1 1 2 i 研究了城市干线交通流仿真及智能控制，运用神 经网络和模糊控制对城市交通某条干线进行仿真演示。但是这两种仿真软件也都有自身的局限性，黄必 栋开发的仿真软件只是对单点控制的研究，无法进行路口之间的协调控制：张雷开发的仿真软件只是针 对某一干线进行仿真的，如果要对其它的道路或是区域进行仿真，只能是重新获取干线或是交通区域的 信息而重新设计仿真。这使交通仿真软件的开发浪费了大量的人力、财力和时间。因此如何使开发的仿 真软件不但能够正确反映交通状况而且还要具有很强的通用性就成了交通仿真软件的主要开发方向。 1 3 本文研究的目标和内容 在众多的智能交通控制方法中，基于模糊逻辑的城市交通控制占有特别重要的地位。模糊控制能够 模拟人的思维。控制方式直观简单，不需被控对象的数学模型，并且实施费用节省，已经得到控制：i ：程 师和交通工程师的很人重视且有前人学者将模糊理论应用到交通领域。可以说，基于模糊逻辑的交通控 制是目前所有基于智能方法的交通控制中最受关注也是最有希望大规模走向实用的智能控制方法。 在提高交通仿真软件的通用性上，考虑到g i s 开发给人们带来的便利，电子地图包含丰富的道路 信息和城市其它信息，而且我们可以在网页上下载免费的城市电子地图，利用电子地图的二次开发能够 获得城市道路路网信息。只要获得任意道路的信息，就可以实现仿真区域的任意性，自然也就提高了仿 3 东南火学硕士学位论文 真软件的通用性，也提高了仿真软件的经济效益。 本文对城市区域交通信号网络协调控制是采用模糊控制的方法设计一种基于大系统分解协调的两 级模糊协调控制器。并对控制方案进行仿真验证，本论文的研究内容由几个相互联系的部分组成，主要 分为三个部分：电子地图部分、交通信号优化控制部分和交通信号控制方案的仿真评价部分，系统结构 图如图卜l 所示。 交通控制用户界面 调 用 电 子 地 图 电子 地图 浏览 操作 拓 扑 结 构 生 成 交通 量信 息以 及各 种参 数输 入 交 通 优 化 仿 真 拓扑结构信息数据库 图1 - l 系统功能结构图 仿 真 结 果 输 出 电子地图部分采用m a p l n f o 公司的m a p x 控件显示电子地图，通过将m a p x 控件与v c 开发平台的 集成，对电子地图进行二次开发，通过对现有的电子地图进行操作，生成选择区域的路网拓扑结构，将 路网信息存储到数据库中为后续的交通控制提供道路信息。 交通信号优化控制部分主要采用定时控制和优化控制两种方法进行对比，定时控制采用遗传算法进 行优化。优化控制选用区域的协调分级模糊控制的方法来确定各个交叉口的周期、绿信比以及区域中各 个交叉口的相位差。 交通信号控制的目的就是采用合理的配时方案要使单个交叉口或交通网络获得良好的交通效益。根 据优化函数的指标的比较来确定控制方案的优劣。 1 4 本文主要部分 第l 章主要对当前世界和我国的交通控制与仿真发展的紧迫性做了分析阐述，论证了设计适合中国 的交通与仿真的发展概况和趋势，正是在此背景下才引出了本文的论题。 第2 章主要介绍电子地图的构成和电子地图的路网拓扑结构的实现方法。拓扑结构的实现与电子地 图中属性数据是分不开的，本章主要介绍了电子地图图层的属性、m a p x 方法，拓扑结构数据结构的设 计思想和算法等。路网拓扑结构信息主要包括路网中各条道路的连接关系，交叉口之间的距离等。 第3 章主要介绍城市交通网络信号控制系统的基本概念和信号系统的分类，这是本文研究的理论基 础。 第4 章主要介绍了模糊控制原理以及模糊控制原理在城市交通控制中的应用，在前人研究的基础上 介绍了单交叉口模糊控制器的设计思想和方法。 第5 章是交通信号网络协调模糊控制器设计，根据控制系统大系统分解协调的思想设计了两级模糊 控制器，并以南京市某区域内的若干个交叉路口为研究对象，对这几个交叉口进行协调模糊控制与仿真 验证。 第6 章主要是对本文的设计与仿真的总结，指出了本文研究的不足，并说明了进一步研究方向。 4 第2 章电子地图的路网拓扑结构实现 第2 章电子地图的路网拓扑结构实现 众所周知，地图能够直观准确的传达给人们信息，电子地图所呈现给人们的是更为直观地关于某一 个地区的信息，对其概况一目了然。电子地图的信息承载量比较大；能存储、显示的信息量大；具有强 大的交互功能：集合了先进的入：i ：智能、强人的数据库和专家系统技术，能够解决用户具体需求。例如， 可以利用电子地图提供的搜索功能，很方便的获得搜寻目标：具有实时性和准确性高的特点；还可以随 时补充和修正数据。电子地图能够更好的为交通控制设计者研究城市的交通的网络提供了便利，同时设 计者也可以对电子地图进行二次开发，也可将交通信息发布到电子地图上为交通参与者提供引导信息。 2 1m a p x 简介 m a p x 是m a p l n f o 公司向用户提供给应用程序开发人员的工具l i3 1 。它提供了一个最简单和最节约成 本的方法，用来将地图化功能嵌入到新的和现有的应用中。m a p x 是一个o c x 组件，可以被快速集成 到使用v i s u a ib a s i c 、p o w e r b u i l d e r 、d e l p h i 、v i s u a lc + + 或其他面向对象的语言的客户端应用程序以及 使用l o t u ss c r i p t 的l o t u s n o t e s ( v 4 5 ) 中。开发人员可以在他们熟悉的环境中工作，最终用户可以通 过他们熟悉的应用程序来访问地图数据。m a p x 采用基于m a p l n f op r o f e s s i o n a l 的相同的地图化技术，可 以实现m a p l n f op r o f e s s i o n a l 具有的绝大部分地图编辑和空间分析功能。 2 1 1m a p x 的空间数据结构和图层表示 空间数据结构是g i s 的基石，g i s 就是通过这种地理空间拓扑结构建立地理图形的空间数据模型并 定义各空间数据之间的关系，从而实现地理图形和数据库的结合。m a p x 的空间数据结构如图2 一l 所示。 综合地图 图层l 图层2 空间实体 对应的空间数据表 对应的空间数据表 图2 1m a p x 的空间数据结构 从横向分析，m a p x 采取的空间数据结构是基于空间实体和空间索引相结合的一种结构。空间实体 是地理图形的抽象模型，主要包括点、线、面三种类型。任何点、线、面实体都可以用直角坐标点工、 y 米表示。点可以表示成一组坐标 ，力，对于线和面，则均被表示成多组坐标( x l ，y tx 2 ，”；而， 蜘) 。空间索引是查询空间实体的一种机制，通过空间索引，就能够以尽量快的速度查询到给定坐标范 围内的空间实体及其所对应的数据。 从纵向分析，m a p x 的空间数据结构是一种分层存放的结构。用户可以通过图形分层技术，根据自 己的需求或一定的标准对各种空间实体进行分层组合，将一张地图分成不同图层。采用这种分层存放的 结构，可以提高图形的搜索速度，便于各种不同数据的灵活调用、更新和管理。 5 东南入学硕十学位论文 m a p x 以m a p l n f o 表的形式组织所有潜在信息，每个表都是一组用来在地图中创建地图图层的 m a p l n f o 文件，每个可用地图表示的m a p i n f o 表都能在地图上作为一个图层显示。可以想象图层是透明 的，而每一层都包含了地图的不同部分。这些图层是一层层叠加上去的，我们所看到的电子地图就是图 层叠加的结果。 2 1 2m a p x 组件的模型结构 m a p x 组件的基本组成单元是o b j e c t ( 单个对象) 和c o l l e c t i o n ( 集合) 。其中集合包括对象，是多个 对象的组合。每种对象和集合负责处理地图某一方面的功能。由图2 1 可以看出，位于项层的是m a p 对象本身，其它均由m a p 对象继承。l a y e r s 、d a t a s e t s 、a n n o t a t i o n s 是m a p 对象下面的三个重要的分支。 其中l a y e r 主要用于操作地图的图层，d a t a s e t 用于访问空间数据表，a n n o t a t i o n 用于在地图上增加文本 或者符号。 2 1 3m a p x 的基本属性 m a p 每个m a p 对象主要包括d a t a s e t s 、l a y e r s 、a n n o t a t i o n s 三个对象集合。 m a p 对象有一些主要的属性，如z o o m 用来设置放大级别( 在地图上显示的大小) ，r o t a t i o n 控制 地图的旋转角度，c e n t e r x 和c e n t e r y 用于设置工和y 的坐标系，这要取决于地图的投影。 m a p 对象的许多属性本身又是一个对象，比如说一幅地图由多个图层组成，则在一个m a p 对象中 存在一个单独的l a y e r s 集合，其中包含所有图层的信息。 l a y e r s 在m a p x 中，每张单独的地图都被表示成单独的一个图层，所有图层都存储在l a y e r s 集合中。l a y e r s 集合由l a y e r 对象组成，按顺序编号为0 到刀。l a y e r 对象由f e a t u r e s 对象组成，f e a t u r e s 对象又是由f e a t u r e 对象组成，对应于地图中的点、线、区域或符号。 最上面一层为l a y e r s ( 1 ) 。l a y e r s ( 2 ) 位于l a y e r s ( 1 ) 的下面，依此类推。最下面的图层最先绘制，最 上面的图层最后绘制。在应用程序中，合理地安排好每层在l a y e r s 中的顺序是至关重要的。比如说有 两个图层，一层为点，一层为区域，则应将点层放到区域层的上方，否则区域会将点覆盖。 另外，在进行地图选择操作时，根据要求调整图层的顺序也是十分重要的。m a p x 中的选择工具总 是从可选择图层中的最上层开始选择，如果在地图上的同一位置存在多个位于不同层的地图对象，其结 果是很难精确地选择到目标对象。因此，最好将被选择圈层提到最上层显示。 d a t a s e t s d a t a s e t s 用于实现地图与数据的绑定。举例说明，有一个关于城市销售情况的m s a c c e s s 数据库和 一张该城市的地图，则可以将二者绑定，在地图上形象地显示出各城市销售业绩的趋势，这一点是表格 数据无法做到的。 建立地图信息与属性数据之间联系的过程称之为自动绑定或自动匹配( a u t o b i n d i n g a u t o m a t c h i n g ) 。 要实现这一过程，必须首先将地图在g e o d i c t i o n a r y 中注册。属性数据表示的可视化使得创建专题地图 成为可能。数据绑定”p u t t i n gy o u rd a t ao nt h em a p ”，专题地图”t h e m em a p p i n g a n da n a l y s i s ”。 a n n o t a t i o n s a n n o t a t i o n s 集合提供了操纵地图中文字和符号的简单方法。a n n o t a t i o n s 位于所有其它图层的上方 并且不与任何数据连接，与m a p l n f o 中的透明图层类似。 a n n o t a t i o n s 主要包括以下的属性与方法：a d ds y m b o l 在a n n o t a t i o n s 中增加符号，符号类型使用 m a p d e f a u l t s t y l e 定义；a d d t e x t 在a n n o t a t i o n s 中增加文本；r e m o v e 删除特定的标注；t y p e 取值为 6 第2 章电子地图的路网拓扑结构实现 m i s y m b o l a n n o t a t i o n 或m i t e x t a n n o t a t i o n 。 a n n o t a t i o n s 还有一个非常重要的属性g r a p h i c ，其定义为g r a p h i c 对象，在该对象中包含了符号或 文本的样式、位置等信息，即g r a p h i c 的c a p t i o n 、p o s i t i o n 、s t y l e 、x 、y 属性。如a n n o t a t i o n s 的t y p e 属性定义为m i t e x t a n n o t a t i o n ，则可以定义g r a p h i c 的c a p t i o n 属性设置标注的字符串。 可创建对象 在m a p x 对象模型中，以下对象是可以被创建的： a f f i n e t r a n s f o r m 、b i n d l a y e r 、b i t m a p s y m b o l s 、c o o r d s y s 、d a t u m 、f e a t u r e 、f i e l d s 、l a y e r l n f o 、m 印、 o d b c q u e r y l n f o ，p a r t s ，p o i n t ，p o i n t s ，r e c t a n g l e ，r o w v a l u e ，r o w v a l u e s ，s t y l e ，v a r i a b l e s ，n o t e s q u e r y l n f o ， n o t e s v i e w l n f o 。 2 1 4m a p x 控件在v c + + 中的使用 1 加载m a p x 控件 使用v c + + 0 j 建m a p x 控件( 1 3 l 在项目中包括m a p x c p p 和m a p x h 文件。这两个文件包含用于对 m a p x 控件进行访问的类定义和方法实现： # i n c l u d e ”m a p x h ” ： c l a s sc m a p x s a m p l e v i e w ：p u b l i cc v i e w p r o t e c t e d ： c m a p xm _ c t r l m a p x ) 声明表示用于m a p x 的控件l d 的常数的步骤为： 转到“视图” “资源符号”； 单击“新建”； 键入“i d cm a p ”来作为名称。 在类向导中为w ms i z e 和w mc r e a t e 消息创建处理程序的步骤为： 转到“视图” “类向导”： 从“类名称”组合框中选择所需的视图类： 在消息框中，单击“w m c r e a t e ”，然后单击“添加函数”： 在该消息框中选择“w m s i z e ”，并单击“添加函数”； 单击“编辑代码”。 在视图中添加其他消息的步骤类似。 2 创建自定义工具 在目标视图类中创建其函数为c m a p x ：c r e a t e c u s t o m t o o l ( ) 。 3 定义槽事件 若要处理m a p x 事件，您首先需要为感兴趣的事件建立e v e n t s i n k 地图。如鼠标按下事件 ( d i s p 一1 d m o u s e d o w n ) ，鼠标弹起事件( d i s p _ j dm o u s e _ u p ) ，工具被使用事件( m a p x d i s p i d t o o l u s e d ) 等来实现控件事件的触发。用于事件d i s p a t c h i d 的常数是在m a p x h 中为 m a p x 定制事件定义的，并且是在 中为o l e 普通事件定义的。e v e n ts i n k 中的o n _ e v e n t 宏也为m a p x 控件指定一个i d ( 本文为i d c m a p ) ，