浅谈模糊控制理论在高速公路智能化的应用

王少武等

【摘要】 伴随着我国经济快速发展，我国高速公路里程大幅度增加，同时大量的交通事故及交通拥堵也日趋严重。高速公路智能化是将原来单一的设备采集信息变为不同类型设备采集的信息进行有效地融合和挖掘。本文集中讨论如何将模糊控制理论应用到高速公路智能化中。

【关键词】 高速公路 智能化 模糊控制理论

一、引言

我国第一条高速公路自从1988年建设以来，高速公路的建设速度快速发展[1]。截止2013年底，我国高速公路总里程已达10.4万公里，总里程位居世界第一，导致道路交通事故死亡人数也是世界上最多的国家之一。为了使高速公路更加安全，充分体现高速公路“安全、高效、高速、舒适”的优点，我国高速公路运营管理单位加大对高速公路智能化和信息化的建设步伐。

二、模糊控制理论的发展

2.1 模糊控制概述

模糊控制实质上是一种非线性控制，从属于智能控制的范畴。模糊控制的一大特点是既有系统化的理论，又有大量的实际应用背景。模糊控制的发展最初在西方遇到了较大的阻力；然而在东方尤其是日本，得到了迅速而广泛的推广应用。近20多年来，模糊控制不论在理论上还是技术上都有了长足的进步，成为自动控制领域一个非常活跃而又硕果累累的分支。其典型应用涉及生产和生活的许多方面，例如在家用电器设备中有模糊洗衣机、空调、微波炉、吸尘器、照相机和摄录机等；在工业控制领域中有水净化处理、发酵过程、化学反应釜、水泥窑炉等；在专用系统和其它方面有地铁靠站停车、汽车驾驶、电梯、自动扶梯、蒸汽引擎以及机器人的模糊控制[3]。

2.2 模糊控制原理

1、专家的经验和知识。模糊控制也称为控制系统中的专家系统，专家的经验和知识在其设计上有余力的线索。人类在日常生活常中判断事情，使用语言定性分析多于数值定量分析；而模糊控制规则提供了一个描述人类的行为及决策分析的自然架构；专家的知识通常可用if….then的型式来表述。藉由询问经验丰富的专家，获得系统的知识，并将知识改为if….then的型式，如此便可构成模糊控制规则。除此之外，为了获得最佳的系统性能，常还需要多次使用试误法，以修正模糊控制规则。

2、操作员的操作模式。现在流行的专家系统，其想法只考虑知识的获得。专家可以巧妙地操作复杂的控制对象，但要将专家的诀窍加以逻辑化并不容易，这就需要在控制上考虑技巧的获得。许多工业系统无法以一般的控制理论做正确的控制，但是熟练的操作人员在没有数学模式下，却能够成功地控制这些系统：这启发我们记录操作员的操作模式，并将其整理为if….then的型式，可构成一组控制规则。

三、高速公路智能化模糊控制模型

监控指利用设置在外场的监视设备，对道路的路况、天气、车流量等参数进行实时测量和监视，利用通信系统将实时高速公路交通信息传送到监控中心。同时依据外场设备监测所得到的各种数据，并依据外场监控方式对数据进行分析、判读和决策，将最终的数据统计结果发送及时信息，实现控制高速公路上的交通流量、改善交通环境、减少事故发生率。

四、前景应用

模糊控制算法在国内外高速公路智能化中广泛研究，本人参与某项目中充分利用高速公路的设备，并结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术的解决方案。为了快速得到路况异常信息，我们使用模糊控制算法对采集信息进行智能研判，得到相应的路况信息分析结果。为了保证路况信息准确性，当分析结果为异常信息时，指挥中心软件平台系统立刻报警并提供异常信息对应的高速公路应急预处理方案，交通管理工作人员第一时间根据指挥中心软件平台提供的异常信息及对应的高速公路应急预处理方案作出相应的路况信息发布。

五、结论

目前我国实施的模糊控制技术，大都是比较简单方法直接控制路面情况。虽然由于我国高速公路模糊控制系统硬件设备的配置较为齐全，但由于控制的落后，依旧同发达国家有一定的差距。由于我国高速公路基础硬件设施比较齐全，充分利用模糊算法对这些基础设备进行控制以解决高速公路异常情况。在以后对我国高速公路进行开发、运用时要从我国的实际情况出发，根据其特点，结合先进的控制方法和监控系统，来提高我国的高速公路监控中模糊控制技术的运用。

参 考 文 献

[1] 胡宝清.模糊理论基础：武汉大学出版社，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] 章卫国等.模糊控制理论与应用[M].西安：西安工业大学出版社，2000.