文献综述
1.课题研究的背景
随着我们人类的科技不断地发展，交通工具的行业也随之蓬勃发展，然而凡事都是有利有弊的，交通工具的飞速发展也导致了城市交通拥堵的发生，还导致了严重的环境问题，所以对于当今世界各国的主要城市，交通的拥堵都是一大亟待解决的难题。故而对于交通的有序治理也就成为了一门十分有必要进行深究的学问，而交通灯则是可以保证城市交通畅通和安全的主要装置，随着时代的进步和不断的发展，交通灯也经过了历史的考验和变革，才成为我们今天所看到的模样。
说起交通灯的第一次诞生，这就要追溯到上个世纪初了，在十九世纪末二十世纪初的时候，英国的伦敦就出现了用煤气来作为原料用于照明的机械式的交通信号灯；20世纪20年代，在美国的纽约市又出现了一种新型的三色的信号灯，这种信号灯与我们现在所熟知的红绿灯极为相似；20世纪30年代初，英国人首次采用了自动控制器来进行对交通信号灯的自动控制，随后这种自动控制技术才开始发展起来，从1959年到1963年，加拿大的多伦多市成功开展了使用计算机对交通信号灯的控制的研究和开发，并且第一个将计算机应用于实际的交通灯控制中，然后就成为了世界上首个用计算机系统控制交通灯的城市；20世纪中期之后，欧美的发达国家也开始相继建立了他们的数字电子计算机区域交通控制系统。以用于对其城市的交通进行智能控制，这一类系统一般还配备了由交通监视系统组成的交通管制中心，而这也是智能运输系统的起源的时间点，经历了从二十世纪中后期到本世纪初的发展壮大，全世界的大部分大城市都建有了交通管制中心用于协同管理各国城市的交通情况。在随后的不断发展中，各国在自己已有的基础之上进一步发展，才有了我们今天看到的各个国家的多种多样的交通治理模式。
就我国而言，随着我国经济的不断发展，人民逐渐富裕了起来，带来了机动车辆数目的高速增长，我国不断地增加道路的建设也不能从根本上完全解决交通的拥堵问题。通过实践证明，只有我们合理地对城市交通信号灯进行控制，将高峰期和平峰期分开对待，设置合理的配时，才能有效地改善交通流的质量， 才能更好地利用现有运输能力，实现交通流的安全性、快速性和舒适性。而我国的计算机控制信号灯的研究起步较晚，到70年代才开始，但发展是很快的。 1973年在北京应用TRANSYT方法进行了线控实验，后来，由于通讯系统的硬件设备经常出问题而没有取得很好的效果，70年代中期，北京成功研制了感应式交通信号机控制器。80年代，国内一些大城市先后成功研制出了微机化的信号控制器和微机控制的干线协调控制系统，把我国道路交通自动控制技术推向了一个新的发展阶段。但是与国外相比，我国目前交通控制仍相对落后，目前我国城市道路交通问题主要为以下两种典型现象：一是缺乏管理，秩序混乱；二是还没有科学有效、相应配套的城市、道路交通监控系统。因此也带来了相应的后果。主要体现在道路的通行能力方面，一是达不到最初的设计要求，二是波动性比较大，另外还有例如难以预测出行时间、交通事故、驾驶疲劳等情况[1]。所以在这些情况下，我国一部分城市已经开始采用了交通信号倒计时装置，交通信号倒计时装置体现了交通“以人为本”的原则，但是交通信号倒计时装置也带来了一些问题，比如通行效率以及交通安全方面的问题。在绿灯末尾的时候，一些车辆选择加速通过路口，导致和下一相红灯转绿灯时加速行驶的车辆形成冲突，发生交通事故，所以要增加绿灯间隔时间来确保交通信号换相时的安全。但是，增加绿灯间隔时间又会降低路口的通行能力，而且不合理的绿灯间隔时间也会引发交通冲突。因此应该辅以绿灯间隔时间调整等方法，同时慎用交通信号倒计时装置。鉴于这种情况，当前出现了结合城市道路的流量以及饱和量所提出的双周期算法，是针对单交叉路口设计出的一种较优配时方案 (所有算法已编成应用软件)，并且经过在交通模拟仿真软件上进行了测试，取得了不错的效果[2]。
2.课题研究的国内、外发展趋势
刘新英[3]等人为了避免传统的交通灯的缺陷而设计了一种基于 AT89C51 单片机芯片的交通信号灯的控制系统 . 该系统在原来具有交通灯控制功能的基础之上,还增加了针对现场实时控制及交通信号灯的故障检测功能 , 不但提高了交通灯的智能性、可靠性和实用性 ,还更加有效地提高十字交叉路口通过的的车辆的通行能力。童瑶[4]为了解决随着城市车辆的增加，交通拥堵日益加剧的问题，开发了能实现不同路段的差异化控制的交通灯作为一种解决交通拥堵的有效手段，通过对交通灯的智能化改造，设计中运用了红外车流量检测装置对十字路口的车流量进行量化处理，并采用自适应算法，实现交通灯根据车流量大小的自适应控制 ，缓解交通拥堵问题，提高社会效率。同时，设计中还增加了模拟的交通控制中心，用于实现对于十字路口的远程监视和当超出系统设定的上限时的自动报警功能、以及人为干预和紧急处置功能，从而可以更加符合实际情况、能够解决实际的交通中的问题。邱祥[5]经过调研发现了城市中的交通控制系统会对车流量的调度的效率以及城市的交通状况产生直接影响，以此决定开发高效的城市交通运营控制系统，所以他根据十字交通灯交叉路口的通行特点,就提出了由四个输入神经元与四个输出神经元组成的BP神经网络模型，并且成功地用MATLAB仿真分析证明了这种可以基于十字交通灯交叉路口的BP神经网络模型的可行性。毛锚滋[6]则是设计了一种可以根据交通中车流量的不同而能够自动进行交通信号灯动态配时的智能交通系统，其系统主要来说就是利用环形磁感应线圈来检测路口的车流量，然后就采用硬件描述语言Verilog HDL来编写有关交通信号控制系统中各个模块的程序，最后通过其各模块的协同工作来完成为十字路口交通灯进行配时的操作。而王海鹏[7]则在模糊控制原理的基础上给出了一种基于linux操作系统的、ARM硬件平台的设计方案，该方案以嵌入式linux操作系统为软件的基础平台,并设计了一个模糊控制器，通过编程完成了针对平面十字路口单点控制的基于模糊控制信号机程序的编写。而国外学者Bani Younes, M[8]等人认为交通信号灯是对于保证道路交叉口安全行驶的关键之处。事实上，由于每个交通流都会有排队延误，它们会干扰和降低交通流畅性。因此设计了一种智能交通灯控制算法。而这个算法则是考虑了要穿过的道路交叉口的实时交通特征，并同时对每个交通灯的时间段进行调度，目的在于通过减少在信号交叉口行驶车辆的等待时间来提高交通的流畅性。实验结果显示与以往的交通灯信号调度相比，在这个算法下运行的交通流减少了排队延误，提高了25%的交通流畅性，每个信号交叉口的通行能力提高了30%。而学者Du Wanli[9]等人则是根据电流原理，提出了有关微观控制的概念，在分析从汽车上提取的目标元件模型的基础上，定义了对象元素的信息状态向量，给出了一系列参数和公式以及方程,最后，建立了十字路口智能交通系统模型。
3.课题研究的意义和价值
在现在交通灯是保证城市交通畅通和安全的主要装置，而随着我国汽车拥有量的不断提高，现在许多地方都出现了道路拥堵的情况，因此如何根据路上车流量的实际状况，动态分配各路口的通行时间，以减少拥堵现象显得十分重要。本毕业设计课题的目的是研究开发一个采用MCS51单片机作为控制器、具体根据实时车流量动态调整通行时间功能的十字路口交通等智能控制系统。所以在这个科技飞速发展的时代，各种交通工具的数量大量增加，交通运输面临巨大压力的情况下，大城市的交通拥堵情况更是屡见不鲜，而针对这样的交通问题而进行的这项研究，会极大地改善现在的交通拥堵状况，从而减少事故的发生，缓解交通压力，提高交通运输的速率和效率，另一方面又能合理安排和运用现有的交通资源，可谓一举多得。
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