西安電子科技大學(xué)國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目申請(qǐng)書.doc

西安電子科技大學(xué)國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目申請(qǐng)書項(xiàng)目名稱:聰明的交通燈項(xiàng)目負(fù)責(zé)人:馬帥指導(dǎo)老師:劉乃安所在院系:通信工程學(xué)院研究起止時(shí)間:2008年4月至 2009 年3月西安電子科技大學(xué)教務(wù)處二八年三月制填表說(shuō)明一、項(xiàng)目申請(qǐng)書要按順序逐項(xiàng)填寫,空缺項(xiàng)要填無(wú).要求一律用A4紙打印,于左側(cè)裝訂成冊(cè).二、項(xiàng)目申請(qǐng)書中欄目一至九由學(xué)生填寫,欄目十至十二由教師填寫,欄目十三由學(xué)院負(fù)責(zé)人填寫.三、項(xiàng)目申請(qǐng)書由所在學(xué)院審查、簽署意見后,一式五份(均為原件),報(bào)送教務(wù)處教學(xué)研究科.項(xiàng)目名稱 聰明的交通燈項(xiàng)目來(lái)源 教師的科研項(xiàng)目 學(xué)生自選題目申請(qǐng)經(jīng)費(fèi) 9700元 項(xiàng)目完成時(shí)間 2009年3月申請(qǐng)人(團(tuán)隊(duì)) 姓名 學(xué)號(hào) 性別 身份證號(hào)碼 專業(yè)班級(jí) 聯(lián)系電話 手機(jī) E-mail馬帥07056026 通信工程 01075113659190697 厲鎮(zhèn)齊07056024 通信工程 01075115802903536 馬瑞琪 07056011 通信工程 01075113484580368 ruiqi_1219888163.com一、項(xiàng)目組成員情況介紹(包括自身具備的知識(shí)條件,有何特長(zhǎng)、興趣,參加哪些科技事件創(chuàng)新活動(dòng)等)馬帥(負(fù)責(zé)人):通信工程專業(yè),本碩班三年級(jí),對(duì)電子制作特別是單片機(jī)應(yīng)用有濃厚興趣,具有很強(qiáng)的組織管理能力和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí),參加過(guò)學(xué)校第十九屆星火杯,作品為六位數(shù)字時(shí)鐘.厲鎮(zhèn)齊(成員):通信工程專業(yè),本碩班三年級(jí),掌握C語(yǔ)言,匯編語(yǔ)言和一定單片機(jī)知識(shí),有較強(qiáng)團(tuán)隊(duì)意識(shí),在校第十九屆星火杯以單片機(jī)中的漢字顯示獲二等獎(jiǎng).馬瑞琪(成員) :通信工程專業(yè),本碩班三年級(jí),具備一定的專業(yè)知識(shí),比較喜歡電子制作,有較強(qiáng)團(tuán)隊(duì)意識(shí),參加過(guò)學(xué)校的第十九屆星火杯,作品為基于單片機(jī)與PC機(jī)的通信.二、項(xiàng)目研究背景隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展,我國(guó)已成為全世界機(jī)動(dòng)車擁有量增長(zhǎng)最快的國(guó)家, 目前國(guó)內(nèi)機(jī)動(dòng)車擁有量已達(dá)2千多萬(wàn)輛,而這一數(shù)字仍呈快速上升的趨勢(shì).而我國(guó)的經(jīng)濟(jì)條件有限,短時(shí)間內(nèi)立交橋不能普及,決定了現(xiàn)階段十字路口的大量存在.近年來(lái),車輛數(shù)目的增長(zhǎng)遠(yuǎn)超過(guò)了道路的建設(shè)進(jìn)而引起了交通堵塞,加大了空氣污染.現(xiàn)在的交通紅綠燈信號(hào)時(shí)間都是按照固定程序變化,未考慮實(shí)際車流量和車輛狀況,容易出現(xiàn)如下弊端:當(dāng)某條路段的車流量很大時(shí)卻要等待紅燈,而此時(shí)另一條是空道或車流量相對(duì)少得多的道卻長(zhǎng)時(shí)間亮的是綠燈,這種多等少的尷尬現(xiàn)象是未對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控所造成的,不僅讓司機(jī)乘客怨聲載道,而且對(duì)人力和物力資源也是一種浪費(fèi).另外,我們注意到當(dāng)交通燈系統(tǒng)停止電力供應(yīng)時(shí),會(huì)引發(fā)交通混亂,堵塞更加嚴(yán)重.一方面,交通堵塞引起了很大的經(jīng)濟(jì)損失.僅以北京為例,北京市現(xiàn)有機(jī)動(dòng)車擁有量已經(jīng)突破200萬(wàn)量.按照50%的上路率,一天就有100萬(wàn)輛的汽車上路.機(jī)動(dòng)車在遇到紅燈等情況下停止然后再啟動(dòng),一停一開啟動(dòng)一次造成的機(jī)械和燃油損失是0.30.5元.如果僅以 100萬(wàn)輛機(jī)動(dòng)車一天啟動(dòng)一次的損耗計(jì)算,費(fèi)用也在30萬(wàn)元到50萬(wàn)元之間,那么一年的損失總量就達(dá)到1.2億!經(jīng)過(guò)粗略推算,已經(jīng)得出北京市一年因?yàn)榻煌ǘ氯斐傻膿p失有121.2億元!相比于北京2004年3300億元的GDP總量,可以發(fā)現(xiàn)交通堵塞造成的損失相當(dāng)于GDP總量的3.6%!另一方面,汽車由于長(zhǎng)時(shí)間等在十字路口,造成這一區(qū)域尾氣污染和噪聲污染明顯加重.目前我國(guó)很多大城市的尾氣污染相當(dāng)嚴(yán)重.汽車尾氣不但對(duì)人體有直接危害,還會(huì)破壞地球臭氧層,使地球表面溫度升高,在生態(tài)和地球化學(xué)方面造成災(zāi)難.據(jù)估計(jì),我國(guó)每年環(huán)境污染損失大約3000億元,其中汽車尾氣造成的大氣污染損失高達(dá)60億元.汽車噪聲的危害也很大,除了損傷人的聽力以外,還會(huì)使人心緒不寧、心跳加快、血壓增高. 因此對(duì)汽車尾氣,噪聲等參數(shù)的檢測(cè)和改善,對(duì)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)資源有深遠(yuǎn)意義.所以,解決交通堵塞問(wèn)題迫在眉睫.三、國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及研究意義研究現(xiàn)狀:交通系統(tǒng)智能控制是目前交通研究的方向.少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)采用智能方式來(lái)控制交通信號(hào),其中主要運(yùn)用GPS全球定位系統(tǒng)等.采用智能交通系統(tǒng),被國(guó)際上公認(rèn)為是解決交通矛盾投資最少效果最好的途徑.它可以減少塞車時(shí)間最高達(dá)45%,能使交通工具的使用率提高50%以上,道路利用率提高80%甚至一倍以上.目前,在我國(guó)少數(shù)幾個(gè)城市先后引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的智能交通燈,但其成本高,復(fù)雜,不宜推廣.同時(shí)也有部分研究者做過(guò)類似研究,但其技術(shù)不夠成熟,在實(shí)際中也未得到廣泛應(yīng)用.有學(xué)者提出一種基于Agent的智能交通控制系統(tǒng),并對(duì)各Agent及其交互進(jìn)行建模,闡述了各Agent交互協(xié)調(diào)的過(guò)程.在該系統(tǒng)中,每個(gè)交通元素被定義為具有自主性、適應(yīng)性和合作協(xié)調(diào)性的智能化Agent.各Agent可自主地進(jìn)行道路數(shù)據(jù)采集、處理,并通過(guò)相互通信實(shí)現(xiàn)資源共享,從而使每個(gè)交通元素都具有足夠的智能參與交通的智能化決策,在很大程度上降低交通系統(tǒng)中的不確定因素和不完備信息對(duì)交通穩(wěn)定性的影響,提高了交通控制的精確度. 基于我國(guó)城市道路交通控制的現(xiàn)狀,也有人提出一種新的控制方案,采用模糊控制的算法,通過(guò)初始綠燈時(shí)間和相位轉(zhuǎn)換的模糊設(shè)定,建立擬人化的多相位信號(hào)燈智能控制,并由性能優(yōu)越的PLC承擔(dān)主要的控制任務(wù).經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明,這種控制方法對(duì)減少車輛平均延誤時(shí)間具有明顯的控制效果同時(shí)還有學(xué)者用虛擬儀器,虛擬儀器是第4代儀器,優(yōu)良的特點(diǎn)使其成為新的仿真平臺(tái).本文介紹了一種利用自組織競(jìng)爭(zhēng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制信號(hào)燈相位的方法,詳述了其原理和實(shí)施方法,并且在LabVIEW環(huán)境下進(jìn)行了仿真試驗(yàn). 對(duì)于應(yīng)用方面,一些城市通過(guò)攝像系統(tǒng)監(jiān)控路口車流量的方法,但是這樣必須有人員在監(jiān)控,人工處理,不能做到智能化.所以,現(xiàn)在在我國(guó)沒(méi)有大量普及.參考文獻(xiàn):1、基于虛擬儀器的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能交通相位控制作者李馳新等2、能交通系統(tǒng)模型的算法分析與改進(jìn)作者徐武等3、基于Agent的智能交通系統(tǒng)的控制建模作者王娜等4、周明楨,張少明.基于plc控制的交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì).2005研究意義:聰明的交通燈的研究可以有效解決現(xiàn)有路口交通效率低的問(wèn)題,交通暢通進(jìn)而可以降低路口附近尾氣和噪聲等污染,而且減少堵車很大程度上可以節(jié)約能源,也能夠緩解石油緊缺的問(wèn)題.另外,本系統(tǒng)采用清潔能源太陽(yáng)能,能節(jié)約電能,并解決由電力無(wú)法供應(yīng)而引起的交通混亂問(wèn)題.本系統(tǒng)也可根據(jù)噪聲污染程度適當(dāng)調(diào)節(jié)交通燈時(shí)長(zhǎng),另外,這些數(shù)據(jù)的顯示可增強(qiáng)人們的環(huán)保意識(shí).本系統(tǒng)的使用可以提高交通效率,有效減少行人在路上浪費(fèi)的時(shí)間,使社會(huì)更加和諧 . 四、項(xiàng)目研究的目標(biāo)及主要內(nèi)容研究目標(biāo):設(shè)計(jì)一個(gè)根據(jù)傳感設(shè)備檢測(cè)車流量來(lái)控制交通燈時(shí)長(zhǎng)的智能控制系統(tǒng),并利用太陽(yáng)能及電力雙線供電,同時(shí)可顯示等待時(shí)長(zhǎng),噪聲污染程度,用以提高交通效率,降低對(duì)環(huán)境的污染. 主要內(nèi)容: 設(shè)計(jì)并制作聰明的交通燈硬件系統(tǒng);設(shè)計(jì)出最優(yōu)的控制策略;建立雙線供電的方式,使太陽(yáng)能及電力能夠合理切換. 五、項(xiàng)目創(chuàng)新特色概述(50字以內(nèi))1、根據(jù)車流量的變化自動(dòng)靈活調(diào)整交通燈時(shí)長(zhǎng);2、采用太陽(yáng)能與電能雙線切換供電;3、可檢測(cè)并顯示噪音污染狀況并影響交通燈時(shí)長(zhǎng).六、項(xiàng)目實(shí)施方案及實(shí)施計(jì)劃主要包括以下幾個(gè)系統(tǒng): 1、 車流量檢測(cè)系統(tǒng)2、 噪聲污染檢測(cè)系統(tǒng)3、 控制系統(tǒng)4、 顯示系統(tǒng)5、 供電系統(tǒng)圖1為聰明的交通燈系統(tǒng)組成圖圖1聰明的交通燈組成設(shè)計(jì)各子系統(tǒng)如下:1、車流量檢測(cè)系統(tǒng):主要用電磁感應(yīng)線圈或者紅外線感應(yīng)裝置實(shí)現(xiàn),用來(lái)檢測(cè)車流量.首先調(diào)查并選擇合適的檢測(cè)點(diǎn),埋設(shè)感應(yīng)線圈或安置紅外線感應(yīng)裝置. 2、 控制系統(tǒng): 包括消息接受設(shè)備及信息處理裝置,而信息處理裝置主要由單片機(jī)為處理器的裝置.先尋找最優(yōu)的控制策略,再設(shè)計(jì)制作實(shí)驗(yàn)板及控制面板,主要以單片機(jī)為處理器,再根據(jù)控制策略設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制程序.3、 供電系統(tǒng):可采用兩套供電設(shè)備,利用太陽(yáng)能電池板收集太陽(yáng)能,經(jīng)過(guò)供電控制設(shè)備的控制為整個(gè)系統(tǒng)供電.4、 顯示系統(tǒng):可顯示紅綠燈及倒計(jì)時(shí),還可顯示空氣質(zhì)量及噪聲污染程度.5、噪聲檢測(cè)系統(tǒng):在測(cè)試車流量的位置安裝空氣污染及噪聲污染檢測(cè)設(shè)備.6、 建立以上各子系統(tǒng)的連接.圖2基本模型圖2為基本模型,其中方框?yàn)闄z測(cè)點(diǎn).系統(tǒng)的大致原理如下:假設(shè)現(xiàn)在WE方向綠燈時(shí)長(zhǎng)為,SN方向剛由綠燈變?yōu)榧t燈,此時(shí)記為0時(shí)刻;為最長(zhǎng)綠燈時(shí)間(考慮到另一方司機(jī)等待紅燈的忍耐上限),為最短綠燈時(shí)間;為SN方向下次綠燈的時(shí)長(zhǎng).通過(guò)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得到的輛在該方向上通過(guò)該路口時(shí)所需的時(shí)間,建立函數(shù)=,預(yù)計(jì)函數(shù)的可能曲線如圖3.= 圖3 函數(shù)曲線 步驟一:通過(guò)檢測(cè)設(shè)備測(cè)得(0, )內(nèi)N-S方向車流量為,SN方向車流量為.取=.步驟二:代入函數(shù)=+(其中由空氣及噪聲污染等級(jí)決定),得到.1、若>, 則=;2、若<, 則= ;3、否則, =.步驟三:將一方面送給SN方向作為綠燈倒計(jì)時(shí).同時(shí)送給WE方向作下次檢測(cè)時(shí)長(zhǎng).步驟四: WE方向的下一次檢測(cè)類似,重復(fù)以上步驟.項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃:2008年 4月5月,查閱資料準(zhǔn)備相關(guān)知識(shí).6月7月,準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材7月10月,作品制作與項(xiàng)目實(shí)踐11月12月,調(diào)試,實(shí)際檢驗(yàn)2009年1月3月, 實(shí)驗(yàn)報(bào)告總結(jié)七、成員分工情況控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 馬帥車流量檢測(cè)系統(tǒng)和線路故障檢測(cè) 厲鎮(zhèn)齊噪聲污染檢測(cè)和供電系統(tǒng) 馬瑞琪八、預(yù)期成果及成果形式預(yù)期成果:實(shí)現(xiàn)一種交通燈自適應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng),紅綠燈的時(shí)間變化與車流量相適應(yīng),同時(shí)采用太陽(yáng)能源,可靠性高,實(shí)現(xiàn)智能化自動(dòng)控制.成果形式:模擬聰明的交通燈系統(tǒng)一套一套基于最優(yōu)交通燈控制程序和算法總結(jié)報(bào)告九、資助經(jīng)費(fèi)使用計(jì)劃序號(hào) 名稱 價(jià)格 單位:人民幣元1 控制系統(tǒng)模塊 2002電源(太陽(yáng)能)模塊 20003車流量檢測(cè)模塊 10004噪聲檢測(cè)模塊 10005顯示系統(tǒng)模塊 8006印制電路板 10007線路、連接及存儲(chǔ)設(shè)備 15008資料、交通及通信費(fèi) 9009測(cè)試費(fèi)用 80010 不可預(yù)見費(fèi) 500總計(jì):9700元申請(qǐng)人簽名:年月日導(dǎo)師姓名 劉乃安 性別 男 出生年月 1966.2職稱 教授 職務(wù) 通信工程實(shí)驗(yàn)中心主任 所屬院系 通信工程學(xué)院聯(lián)系電話 88201001 手機(jī)E-mail 十、指導(dǎo)教師科研項(xiàng)目情況長(zhǎng)期從事無(wú)線通信與射頻技術(shù)、寬帶無(wú)線IP網(wǎng)絡(luò)與技術(shù)、擴(kuò)頻技術(shù)與通信對(duì)抗等方面的教學(xué)和科研工作,主持或參加多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金、863計(jì)劃、國(guó)防預(yù)研以及省市計(jì)劃等縱向課題和橫向科研