智能交通信号灯形式化建模.docx
智能交通信号灯形式化建模本文主要针对城市交通控制系统中的路口交通信号结合着色Petri网智能理论对该问题开展形式化描述分析。1着色Petri网(ColoredPetriNets)着色Petri网(CPN)吸收了Petri网的特点同时结合了建模语言(MOdelingLangUage),Petri网用于描述基本的同步或并发处理等，建模语言用于定义基本的数据类型和相关数据处理操作。着色Petri网应用于通信、同步、资源共享等问题典型的应用有通信协议仿真、分布式系统、嵌入式系统、物流分析、自动生产系统等领域。2智能交通信号灯问题交通信号灯一般基本的亮灯规则为：南北红灯亮并且东西红灯亮持续时间为Tls;南北黄灯亮持续时间为T2s；南北红灯亮并且东西绿灯亮持续时间为T3s；南北红灯亮并且东西黄灯亮持续时间为T4s。图2交通信号灯控制系统Petri网模型其中PHASE_N是一个4元组，其值为十字路口的4种信号灯相位状态，如图1所示。PHASES_SET也是一个4元组,取值为当前路口的相位值。交通信号灯整个控制模型如图2所示，系统初始化时库所CroSSingPhaSel中含有一个标记(Token),表示目前信号灯处于相位状态1,通过变迁SplitToken分为绿灯最大通行时间或最小绿灯通行时间，这一取值可以根据目前车流量的大小动态调整。当绿灯持续时间结束后系统触发变迁ChangeToYell进入黄灯过渡状态，此时车辆可以安全进入下一个路口InterSeCtiOnS2说明车辆已经通过该十字路口，同时需要转换信号灯状态进入下一循环状态。另外，根据交通规则右行车辆不受信号灯控制的原则，在系统模型设计时候用变迁TurnRight作为右行事件触发变迁，相位通过TurnRight变迁直接进入CrossingPhase状态也即车辆直接进入通行状态不受信号灯限制。4结束语对于智能交通信号灯的设计需要协调不同信号灯之间的控制关系，以到达最大行车流量的目的。本文针对交通信号灯问题结合着色Petri网基本理论创立、描述分析了交通信号灯的分布式控制行为。在设计时候采用融合库所(FusionPlace)的技术将多个信号灯控制页分布在不同的层次页面中然后采用公共库所开展相互通信，可以在很大程度上减少系统设计的问题规模。在设计时候主要考虑了不同绿灯持续时间的变化以到达行车流量的最大化以及车辆右行不受限制问题。在后期设计研究中我们会用DeSign/CPN对系统的消息序列和通信概率做出进一步的研究分析。
