交通信号控制仿真系统开发

1、交通信号控制仿真系统开Prepared on 22 November 2020随着我国经济的增长，人民的生活越来越好。汽车作为一种代步工具，得到了许多 人的青睐，很多人都买了车，这直接导致了城市的交通压力剧增，城市道路经常会出现 交通堵寒的情况。交通事故的频发时刻在提醒着我们需要一个更加智能的交通控制系 统。随着计算机的普及，各行各业在日常的生产中依赖于计算机的情况越来越普遍。智 能交通也有了一席之地，利用计算机技术来控制交通逐渐演变成了新型的交通控制方 式。在一个交通控制方案正式投入使用之前，需要对其可行性进行精准的可行性分析。 否则，如果这个方案有错误，将会直接带来巨大的经济损失，以及对人

2、民的生命安全带 来巨大的威胁。在这样的前提下，智能交通控制系统的仿真就应运而生了。智能交通仿 真可以在无真人参与的情况下，实际模拟出交通运行的真实情况，极大的方便了交通控 制方案的可行性的检验，并且可以节省许多成本。【关键词】交通压力计算机交通控制仿真AbstractWith the development of China's economy, people's life becomes better and better. As a tool of transportation, vehicles are becoming more and more popular Man

3、y people in our country have cars which directly cause the dramatic in crease of the traffic pressure and many traffic jams in our city every day. Many traffic accidents remind us that we need a more intelligent traffic control system With the popularity of computers, relying on using computers in o

4、ur diverse daily product! ons will be more and more pervasive .In telligent transportation also can play a role in using the technology of computer to control the transportation which is becoming a new way to control the traffic Before a new traffic solution is putting into reality using, we need to

5、 do lots of analysis about its feasibility whereas 讦 this solution is not correct, it will bring us a huge economic lose and at the same time it is a big threat to people's life. In this condition, the simulation system of traffic has being come up with. The simulation system of traffic can real

6、ly simulate the traffic operation without the participation of human beings which is not only very convenient to test the feasibility of the controlling traffic solution but also can save lots of the cost.keywords traffic pressure computer control simulation随着国人的经济水平不断的増长，人们对生活品质的要求越来越高，越来 越多的人选择购买汽

7、车来作为代步工具。城市汽车的数量不断地变大，城市交 通也面临着前所未有的巨大挑战，交通压力的剧増所带来的交通问题正逐渐地 引起人们的注意。许多地区实行交通管制的策略来减轻交通压力，比如一些地 区实行的车辆限号，来降低交通流量。但这种方式并不能从根本上解决交通堵 塞的问题，真正需要的还是一个能自动控制城市交通的解决方案。红绿灯作为交管部门管理城市交通的一种重要工具，在面对今天的交通堵 塞问题时，需要具备更多的功能，以及更加智能化的管理方案。目前许多的红 绿灯的参数其实都是预先设置好的，无论车流量有多大，红绿灯的时间并不能 根据实际的情况作出相应的调整，还有一些红绿灯的时间只是根据不同的时间 段来

8、对亮灯的时间作出调整，但这样的方案也相当于是固定的设置，并不能对 实时的车流进行有效的控制，管理起来十分死板，使得城市的交通控制与调节 并不能达到最优的效果。计算机技术的出现解决了许多人力不能解决的难题，计算机在交通控制方 面的应用，极大的促进了交通控制的改进。计算机仿真在交通控制上的应用， 有效地提高了对交通控制方案的可行性分析的速度，并且也节约了很多的成 本。智能交通控制成为了城市交通控制系统的主要部分。本系统主要是对城市交通信号的控制和仿真，依据实时的车流量信息，对 十字路口的红绿灯时间进行智能化的分析，并及时作出相应的调整，以解决交 通的拥堵状况。1相关技术介绍C#介绍面向对象技术是一

9、种软件开发和程序设计技术。所开发的程序是面向对象程 序直接描述客观世界的对象及其相互关系。封装、继承、多态是面向对象程序 的主要特征。正是这些特征使程序安全、可靠、可重用、易维护。C#语言是2001年微软公司推出的可以在.NET平台的网络环境中开发软件的 新一代面向对象的编程语言。它采用虚拟机技术使其具有强大的可移植性和安 全性，为建立复杂的、可扩展、可移植的WEB应用提供了强有力的支持，被 称为一种划时代的程序设计语言。NET提供了基于组件的多层体系结构，使得C#应用程序兼有组件技术和多 层体系结构的优点，编写十分简单，因为业务逻辑被封装成为可复用的组件， 并且.NET服务器以容器的形式为所

10、有组件类型提供后台服务，使开发者将精力 集中在业务逻辑的开发中，而不必关心底层细节。对于最终用户来说，NET技 术的实现将使计算机的功能得到大幅度的提升，而计算机的操作却变得更加简 单。他们将完全摆脱人为的硬件束缚，利用任何设备、通过任何系统、在任何 时间、任何地点访问互联网的多维时空，并对其进行跨应用程序的集成。对于 网络开发来说，借助.NET技术所提供的基于XML的松散偶合技术，真正的将 应用程序逻辑分发在网络上，实现跨平台访问。交通仿真交通仿真是智能交通运输系统的一个重要组成部分，是计算机技术在交通 工程领域的一个重要应用，它可以动态地、逼真地仿真交通流和交通事故等各 种交通现象，复现交

11、通流的时空变化，深入地分析车辆、和、道路以及交通的 特征，有效地进行交通规划、交通组织与管理、交通与物资运输流量合理化等 方面的研究。同时，交通仿真系统通过手段，能够非常直观地表现出路网上车 辆的运行情况，对某个位置交通是否拥堵、道路是否畅通、有无出现交通事 故、以及出现上述情况时采用什么样的解决方案来疏导交通等，在计算机上经 济有效且没有风险的仿真出来。交通仿真作为仿真科学在交通领域的应用分 支，是随着系统仿真的发展而发展起来的，它以、信息技术、系统工程和交通 工程领域的基本理论和专业技术为基础，以计算机为主要工具，利用系统仿真 模型模拟道路交通系统的运行状态，采用数字方式或方式来描述动态交

12、通系 统，以便更好地把握和控制该系统的一门实用技术。2交通信号控制仿真系统介绍块介绍本系统主要是对交通信号的控制和仿真，一共分为四个模块:1）控制模块（交通信号灯模拟）；2）车辆模块（车辆行为模拟）；3）优化模块（统计实时车流量，给出相应的优化方案）；4）数据读取模块（接受用户自定义的配置方案）。优化模块各个模块之间的关系见图:数据优化数据读取模块需求分析数据传输数据设骨控制模块根据用户提供的数据（各个路口时囘厂1,来控制仿真信号灯的颜色变换，实现红绿灯的交替变化；状态控制根据优化之后的数据，对红绿厂的调整，以达到交通流的智信号灯组能控制；根据不同的交通灯颜色，控制车待头棒制k停,绿灯行）。模

13、拟车辆在道路上的运行情彳 车辆模块 到达路口时可以转向，服从交通灯的控制。实时统计各条道路上的车流量信息，并根据车流量实时调整交通灯的参数。能接受用户自定义输入的数据（各个路口的红绿灯的时间信息）.判断用户输入信息的合法性，若用户无输入，则采用系统定义的默认时间方案。3交通信号控制仿真系统概要设计原理介绍现代城市交通信号灯大多数采用的都是智能化的控制系统，而智能化的交通控制系统就需要对道路信息进行实时的监控，根据实时的路况信息调整交通 信号灯的数据，从而达到灵活的控制车流的效果。然而现代城市的道路情况十 分复杂，对路况信息进行采集的方式主要有两种。一是采用视屏技术，通过安 装在道路上的监控探头

14、发送回来的视屏数据，进而对路面上的车辆信息进行统 计和分析。另一种就是利用传感器技术，在道路上铺设一些传感器，通过这些 传感器来检测通过的车辆，然后将信息反馈到中心，中心再将数据进行处理。最后控制中心将各项数据进行整合，判断是否有交通堵塞或是可能发生堵塞的 情况，智能的调节交通信号灯的状态和参数。在我们的仿真系统中(1) 每一个车都有自己的地理化信息(即仿真车辆在整个图形界面上的坐 标)；(2) 控制模块通过对车辆模块的扫描可以获取到每一辆车的各项信息，以 此判断车辆位于哪条道路，以及统计道路上的车流量的多少；(3) 控制模块将获取到的车流量信息发送给优化模块，优化模块对车流量 信息进行计算和

15、处理，然后转换成交通灯的参数，并将其传输到数据读取模块；(4) 数据读取模块再将数据传输到控制模块，以此来改变交通灯的数据；(5) 车辆通过读取交通灯的状态信息，来决定能否运行。工作流程图图系统工作流程图4交通信号控制仿真系统详细设计设计目的现代城市的交通灯大多采用智能控制，目的是为了能实时根据道路上的车 流量信息调整交通灯的参数信息，以达到智能灵活地控制交通流的效果。在一 套智能的交通解决方案正式投入使用之前，需要对其可行性和准确性进行严密 的分析和测试。这就需要一个能够真实模拟出道路上的情况的仿真系统软件， 来在计算机中仿真模拟出该方案的运行效果。本次设计为交通信号控制仿真系 统开发，其总

16、体上就是要模拟出道路上的各种状况，并能智能的调节交通信号 灯的参数，以解决道路的交通堵塞问题，检测一套交通解决方案的正确性和可 行性。模块设计汽车作为一种交通工具，极大地方便了人们的曰常出行。汽车在道路上的 行为大致有以下几种：(1) 车辆的行驶；(2) 在路口时可以转向；(3) 在路口时根据交通灯的状态来判定是否能继续行驶；(4) 前方有障碍物时，车辆需要减速；为了能在软件中模拟出汽车，所以必须对其进行抽象化，将汽车作为一个 类来处理。汽车所必需有的一些属性为：车速、车当前的位置、车移动的方 向。为了设置以及获取这些属性，就需要对相应的属性设置接口函数。在设计 中采用picturebox控件

17、来模拟表示车辆。另外还有一点，在道路上的车不能只是一个，需要模拟出多个车载道路上 的运行情况就需要一个能够将这些车存储起来的数据结构。这里选取list作为 存储汽车群的数据结构。因为list在频繁增加或者删除元素方面有很大的优 势，恰恰能够使用我们软件中的需求。(1) 产生车辆：一共有16个点作为车的起始坐标，通过随机数来决定车 辆产生在哪个点，在主框架中通过一个定时器来不间断的产生出车辆。(2) 车辆转向：主干道上的车可以向前直行或者左转，副道上的车可以右 转或者直行。在车辆到达转向点时通过获取0或1两个随机数来决定车辆接下 来的行驶方向。(3) 车辆减速：车辆判定其行驶方向上与前方的车辆之

18、间的距离是否小于 安全距离，若是，则车辆将自己的速度置为与前方的车辆一致。(4) 车辆行驶：根据车辆的方向来决定车辆朝着哪边行驶，若车辆处于转 向，则车辆先执行转向动作，然后再继续行驶。车辆行驶时，根据当前的速度 以及方向来将车辆的当前坐标进行加减操作。图车辆模块流程图产生车辆：public CreateCar(MainForm theForm)formSize = new Size,;carPos = bornPos 0; etDir0 = 0)if (carsi. getCarPos(). X = / 3 - 20)if (cars .i. getCarPos (). Y = / 3 +

19、10)if (0, 2) = 0)carsi. setDir (0);elsecarsij. setDir(2);if (cars i. getCarPos (). Y =/ 3)if (0, 2) = 0)carsij. setDir (0);elsecarsij. setDir(3); 车辆减速：etCarPos()X 一 cars j getCarPos()X) <= distance &&. carsZi GetLane() cars j GetLane ()if (cars.j getSpeedO > carsigetSpeedO)cars.j setSp

20、eed(cars.i getSpeedO);distance &&else if (carsZigetCarPos()Y - carsjgetCarPos()Y) <= carsiGetLane 0 = cars ZjGetLane()if (cars.j getSpeedO > carsi getSpeedO)cars.j setSpeed(cars.i getSpeedO)；本系统主要是针对交通信号灯的控制，所以参数设置中只涉及关于交通信号 灯的设置。用户可以根据自己拟定的交通信号灯控制方案，对相应的路口的交 通灯的参数进行设置。另外数据设置还可以接受优化模块传

21、递过来的参数进行 自动设置，若用户和优化模块都没有传递参数，则采用系统默认的数据。将信号灯的红灯和绿灯持续的时间参数化，并将其作为信号灯的一个属 性，在类中定义修改这些属性的接口。在主窗口中设计一个按钮，当点击按钮 时，弹出一个窗体，用户可以在该窗体中输入自己拟定方案的各项数据。若在 程序运行中需要设置参数，则在调整之后需要重新加载红绿灯的时间参数。本部分不涉及算法，只是需要在主窗口和各个模块之间传递数据。具体传 递过程见下图：ififackColor =(time = RedTimeA + YellowTime) v ackColor = lightsA6 BackColor = 口 b业仁

22、g信号灯数据(time = GreenTimeA + RedTimeA) ackColor =lightsA2. BackColor = lightsA4. BackColor = lightsA6BackColor =if (time = GreenTimeA + RedTimeA 十 YellowTime) lightsA6BackColor =;lightsA0. BackColor =;lightsA2. BackColor =;ackColor =;5软件运行结果打开软件开始仿真打开软件运行程序，点击加载路口图标，将路面信息在窗口之中绘制出来， 如图所示：图加载路口界面参数设置点击参

23、数设置按钮，弹出参数设置界面如图所示，用户可以根据自己拟定的 交通信号灯参数方案手动设置交通信号灯的参数。若用户未输入参数，则会提 醒用户参数未设置，采用系统默认参数。若用户输入的参数不合法，则会提醒 用户输入参数不合法，需要重新设置参数。用户还可以只输入A路口的南北向 红灯时间，然后点击统一设置，则会将其他的所有参数设置为与A路口南北向 红灯时间相同的数据。图信号灯参数设置统计信息统计信息分为两种，一种是对道路上所有车的统计。会显示所有道路上的 车辆总数以及每一条道路上的车辆的总数。这种统计信息通过点击统计信息按 钮来弹出一个窗口，动态的显示道路上的车流量信息。具体如图所示：图道路车辆统计另

24、一种统计信息是统计每个路口的各个相位的车辆总数，这种统计信息通 过窗体的状态栏直接显示在界面上，方便用户查看，如图所示：图各相位车辆信息统计系统使用帮助初次使用本软件的用户可以通过点击界面上的帮助信息按钮来获取本软件 的使用帮助，以及查看关于本系统的相关信息，如图所示：图系统帮助信息系统运行情况用户在打开本程序之后，需要先点击加载按钮将路面加载到主界面中，然 后点击开始按钮进行仿真。在点击开始按钮之后，车辆会随机在四条道路上生 成，并按照指定的方向和速度运行，如图所示：图系统运行情况6系统概述系统基本信息及功能概述本系统为交通信号控制仿真，以道路上的车辆，交通信号灯为模型，实现 在计算机中的模

25、拟。以实现路面状况在计算机中的仿真模拟。系统主要功能为 模拟车辆移动、转向、停止的动作;模拟交通信号灯：红灯-绿灯-黄灯-红 灯，颜色交替变换的行为；统计道路上的车流，智能调节交通信号灯的参数。系统开发工具介绍开发平台：Windows7 ；开发工具:Visual Studio2012 ；开发语言：C# ；运行环境：Windows7 ；总结本次毕业设计用时3个月，在老师、同学的指导和帮助以及自身的努力学 习之下，到现在总算是圆满地完成了。回想做此次毕业设计的整个过程，有很多的感想，其中有苦但也有甜，不 过人生的乐趣不就在于此吗！在没有接受毕业设计任务之前，我觉得毕业设计 就只是对大学期间所学知识

26、的一个汇总，将所学知识全部融入其中，但是通过 此次的毕业设计我发现我的想法有些太过于片面了。毕业设计并不仅仅是对前 面学习知识的一个总结和检验，同时也需要我们去了解和掌握更多的新知识。通过此次毕业设计，我收获了许多的知识。首先，我对软件的基本设计流 程有了更深一步的了解和认识；其次，对C#这种软件设计语言也有了一定的理 解，熟悉了 C#中一些常用组件的使用；再次，对交通信号控制也有了一定的认 识，拓宽了我的知识面；最后，通过本次的毕业设计，对于我的编程技术又有 了进一步的提升，对于以后的工作有很大的帮助。这次毕业设计对于我的文档 整理能力、解决问题的能力也有着相当大的提升。同时，这次毕业设计也充分显示出了自己在技术层面的不足之处。具体表 现在对框架的运用不熟练，对C#编程语言的掌握不到位，软件开发流程并不熟 悉，软件开发经验的缺乏等等。由于这些原因，直接导致在前期的开发和学习 过程中进度缓慢，花了大量的时间却并没有多大的成效。最终在老师的指导和 自己的努力学习之下，才逐渐走上了正轨。但由于时间有限，以及自己知识的 不足，目前只实现了系统的基本核心功能，有很多的地方还需要进一步的完 善，期待以后会有足够的时间和充足的基本知识能够将系统做的更加完善。本次毕业设计既是对之前所学知识的检验，同时也是一