道路交叉口信号模糊控制系统设计毕业设计论文1.docx

大学本科毕业设计（论文）道路交叉口信号控制系统设计Road Intersection Signal Control System Design道路交叉口信号控制系统设计摘 要城市交通灯信号设计是城市道路交通通畅便利的关键。随着城市的发展，机动车数量的增加，城市的交通运输能力关乎工业发展，市民生活和市容市貌。城市交通系统具有时变性，随机性，复杂性和整体性，模糊控制结合专家的经验知识，可以实时调整控制信号，达到理想的控制效果。本文主要以单交叉路口的车流为研究对象，在相位和车道固定的前提下，以每车道的车辆平均延迟时间为检测标准，以此决定当前相位绿灯时间的模糊规则。车辆平均延误时间是评价交叉路口信号控制的设计水平和车辆通行效率的有效方式。它将交叉路口的通行效率，司机的感受，机动车的耗油量结合起来，反应了信号控制的合理性。本文针对以前设计的各种交通灯信号设计的不足之处，做出了适当改进，使其符合美国通行能力手册标准（HCM）。采用简便明了的设计方法，便于司机接受。将设计效果，理论设计值和实际观测值进行比较，利用MATLAB仿真工具箱进行仿真，检验信号设计效果。仿真结果表明，和实际值相比，设计方案更加有效，接近理论最佳值。本文研究内容分为以下几个部分：第一章绪论，主要是该论文的课题背景，已有成果和本文需要解决的问题；第二章是简单介绍交叉路口术语，模糊控制方法以及计算公式；第三章给出了实际路口交通流量的勘测数据，以及采用HCM中Webster算法的理想定时控制信号设计；第四章主要是使用MATLAB对交叉路口流量采用模糊控制和HCM理想最佳两种方法进行仿真建模，对平均延误时间比较、分析；最后一部分是总结。关键词：模糊控制；延误模型；MATLAB仿真；交叉路口信号- I -道路交叉口信号控制系统设计Road Intersection Signal Control System DesignAbstractUrban traffic light signal design is a key factor concerning the fluency and convenience of urban traffic system. As the development of city and the increase of motor vehicles amount, urban traffic transportation ability becomes a crucial issue, which affects urban industry, citizens lives and city appearance. Urban traffic system has changeable, random, complex, and integer features. Fuzzy control combined by experts knowledge can adjust control signal concurrently, achieve an ideal control effect.This paper mainly concerns about single cross traffic flow optimization. With a precondition of fixed phases and lanes, tested by average vehicle delay per lane, a fuzzy algorithm of the current phase green-time can be resolved. The average vehicle delay is an effective way to evaluate the lever of intersection signal control design and motor cars passing efficiency. This parameter combines intersections passing efficiency, drivers feeling, and motor cars oil consumption, shows rationality of control signal.To making up the defects of former traffic light designs, this paper improves their plans to let them fit the Highway Capacity Manual standards. It uses a simple and convenient design method, making drivers easy to follow orders. Then it compares actual signal plan, theoretical design, and fuzzy control plan by MATLAB Simulink toolbox, to test signal design effect. The result shows, compared by recent plan, the new designed plan is more effective, closer to the optimum value.This paper content is divided by several sections: the first section is an Introduction, mainly about the background of this paper, recent achievements, and issues to be solved in this paper. The second section brief introduces some traffic terms, fuzzy control methods, and calculates equations. The third section gives actual traffic flow of intersection, uses Webster algorithm to make a better fixed traffic signal. The fourth section simulates intersections traffic flows using MATLAB Simulink toolbox by two approaches of Webster and fuzzy control, compares average delays and analysis the results. The last section is a conclusion of whole passage.Key Words：Fuzzy Control；Delay Model；MATLAB Simulation；Crossing Signals- IV -目 录摘 要IAbstractII引 言11绪论21.1研究背景21.2道路通行能力31.2.1美国道路通行能力手册（HCM）31.3模糊控制理论31.3.1模糊控制理论的发展简史31.3.2模糊控制理论的应用范围41.3.3模糊推理过程41.4主要工作42交通控制基本理论62.1交通控制的设计原则62.2信号设计及检测流程72.3交通控制的基本术语和方法72.3.1定时控制92.3.2自适应控制92.4相位设计102.5检测器的设置112.6交通情况检测指标的确立113单交叉口勘测与信号控制效果检验133.1单交叉口交通情况勘测133.1.1道路情况133.1.2车流量调查133.2信号相位观察153.2.1实际配时方案153.2.2相位表示方法153.3Synchro6软件仿真163.3.1调查数据输入173.3.2北山十字路口控制效果检测193.3.3北山十字路口控制信号改进214单交叉路口模糊控制设计244.13相位6车道的信号设计244.1.1模糊控制信号设计流程244.1.2仿真总体结构244.1.3信号相位设计264.1.4绿信比设计274.23相位6车道的定时控制仿真294.2.1Simulink模块搭建294.2.2定时控制延误时间334.33相位6车道的模糊控制仿真374.3.1模糊控制方案设计374.3.2模糊控制规则394.3.3模糊控制Simulink模块414.3.4模糊控制延误时间444.4平均车辆延误比较45结 论47参考文献48附录A MATLAB函数计算程序49致 谢50道路交叉口信号控制系统设计引 言随着经济发展，城市化进程逐渐加快。我国机动车数量不断增加，道路交通量也随之加大，在某些地区已经超出了道路修建的速度。尤其在大城市中，交通拥挤引起交通事故增加，环境污染加剧，影响城市工业发展，物流通畅及市民日常出行。交通便利程度是衡量城市建设的重要因素。交叉路口是城市交通道路系统的枢纽，起到调整流量的重要作用，交叉路口的交通灯信号设计十分重要。目前，国外研制的典型城市交通控制系统有英国的TRANSYT系统和SCOOT系统、澳大利亚的SCATS系统、德国的VRS2100型计算机交通控制系统、日本Kyosan电器制作有限公司的交通控制系统等。部分国外先进城市交通控制系统己经在我国一些城市获得应用，其中SCOOT系统在北京投入使用，SCATS系统在广州和上海投入使用。由于引入国外城市交通控制系统投资很大，且国外城市交通控制系统并不一定适合于我国特有的交通流状况，因此近些年来一些国产化城市交通控制系统孕育而生。国内研制的城市交通控制系统有上海交大的MIC-TC型路口信号控制器、广东三水京安的JK-C3型交通信号控制机、广东安达的AD-TC-D型智能交通灯控制机、西北工大的XATM-V型智能交通信号机等。相比而言，国内城市交通控制系统在可靠性、兼容性、扩展性、灵活性等方面还有待进一步改进完善 1。在传统的控制领域里，控制系统动态模式的精确与否是影响控制优劣的最主要关键，系统动态的信息越详细，则越能达到精确控制的目的。然而对于复杂的系统，采用传统的设计方法会难以描述模型以及各种参数变量。模糊控制不用数值而用语言式的模糊变量来描述系统，模糊控制器不必对被控制对象建立完整的数学模式，而是根据专家建立的经验法则来控制非线性、时变、模型不完全的系统，具有较佳的适应性及强健性、较佳的容错性 2。交叉路口设计分为相位设计和每相位信号时间设计。设计的原则是简便易行，符合实际，讲求效率。计算公式采用了美国道路通行能力手册（HCM）等著作给出的标准计算相应参数。本文在前人对交叉路口信号研究，设计的基础上，针对实际情况做出相应改进，避免以往公式混乱，设计不符合实际的情况。采用模糊控制的方法控制单交叉路口的信号，并且采用车辆平均延误时间的指标检验设计效果，达到了提高通行效率的目的。1 绪论1.1 研究背景随着工业现代化的发展，信息传输速度已经成为提高工作效率的重要需求。对于信息流传递有光纤的架设，对于城际交通有高铁，动车的铺设，对于城市内部交通有地铁和快轨的修建，这些交通方式都极大地减小了人与人之间的距离感。除了采用新技术来减少交通阻碍，城市道路交通也应提高效率，来适应日趋紧张的道路通行率。这样，智能交通网络控制系统应运而生。其中，交叉路口信号控制是调节道路车流量的重要方式。交叉路口车流的主要控制方式是红绿灯，它的历史至今也不过150年。1859年，一位英国的纺织工人想出用灯光颜色控制交通的方法。而美国人带来了红绿灯的主要技术进步，3年内有60余项与交通信号灯有关的专利发明。机动车的信号灯控制和行人穿过街道的信号灯控制结合起来，组成了单个交叉路口的交通控制。对于单交叉口的信号设计，方法上从早期的定时控制 3,4到自适应控制 5，技术上从计算机程序控制 6到图像检测不一而足，控制参数也有车流量，排队长度，道路状况 7等等。将整个区域的交叉路口的交通控制结合起来，形成区域的车流控制，这就是成型的信号控制系统。其中有英国使用的TRANSYT(Traffic Network Study Tool)系统，澳大利亚使用开发的SCATS(Sydney Coordinated Adaptive Traffic System)系统和英国稍后开发的SCOOT（Split-Cycle-Offset Optimization Technique）系统。以上这些系统于二十世纪80年代初引入中国。成都、大连、北京等用SCOOT，该方案是由英国人设计的，对于中国的实际道路情况不尽相符，针对交叉路口的交通灯设计，还要进行改进和研究 8。我国对于信号灯控制方案的设计大多从03年开始，主要处于交通运输，自动化，通信和计算机领域。如文献9采用了考虑混合交通（非机动车和机动车混合）的交叉路口的控制方式，文献10采用了基于模糊神经网络的自适应信号控制方式，文献11中涉及到了相位的设计方法和车流量的优化方案。文献12针对传统模糊控制方案，提出了一种采用遗传算法和模拟退火有效结合的GASA混合算法。本文在这些研究的基础上，结合实际车流量的勘测情况，提出一种采用两级模糊控制的单交叉路口信号控制方案。1.2 道路通行能力道路通行能力是衡量疏导交通流能力的各项指标，它与驾驶员和乘客的满意程度息息相关。它主要包括两方面：一个是通行能力，另一个是服务水平。通行能力又包含了设计通行能力和可能通行能力。在这方面，美国交通研究委员会于1950年出版了道路通行手册（Highway Capacity Manual）第一版 13，是一本系统分析道路通行能力的书。我国于2003年也出版了符合我国道路状况的标准公路通行能力手册 14，公路工程技术标准 15和公路线路设计计划 16。1.2.1 美国道路通行能力手册（HCM）编写道路通行能力手册是为了给交通从业人员和研究人员提供一套统一的评价公路和街道设施服务质量的方法。HCM不是为各种交通设施、系统、区域或环境制定有关期望的或恰当的服务质量的政策，而是对确定交通设施规模，确保从业人员接触到最新研究成果，找出典型问题，提供一套合乎逻辑的分析方法 13。全书分为五篇：总论、基本概念、分析方法、交通走廊和区域分析、仿真和其他模型。1.3 模糊控制理论模糊控制理论是模仿人类的思维模式建立的。举例说明：向一个木桶中放水，人需要感受水温的情况，这时候有“冷”“较凉”“较热”“热”等状态，它们没有明确的内涵和外延，这是可以用模糊集合来描述。当水较凉时，会相应放较多的热水；而水较热时，可以放较少的热水。这个输出也没有明确的量化，可以用模糊集合表示。模糊控制就是用计算机模拟人的思维方式。1.3.1 模糊控制理论的发展简史 1965年美国加利福尼亚大学控制学教授卢菲特·泽德教授提出模糊逻辑理论。1973年，模糊逻辑被写入论文Outline of a new approach to the analysis of complex systems and decision processes(IEEE Trans On Systems, Man and Cybernetics, vol.3 no.1, pp.28-44, Jan. 1973年)。1974年，英国的E. H. Mamdani首先用模糊控制规则构造模糊控制器，应用于锅炉和蒸汽机的控制，标志着模糊控制论的诞生。1.3.2 模糊控制理论的应用范围（1）模糊控制介于自然语言的描述；（2）模糊逻辑可以建立在专家经验的基础上；（3）模糊逻辑容许使用不精确的数据；（4）模糊逻辑在概念上易于理解；（5）模糊逻辑可以对任意复杂的非线性函数建模 17。1.3.3 模糊推理过程图1.1 模糊推理过程模糊推理由以下几个方面组成：首先将输入变量模糊化，就是将输入的变量归入由隶属度描述的模糊集中，然后在模糊集之中根据需要应用模糊算子。根据专家意见设定模糊规则，得出总的结论，最后反模糊化。1.4 主要工作本文针对单交叉路口：1)调查了实际的交通情况，考察其信号控制方案；2)设计了一种基于模糊控制的红绿灯信号方案，将它的控制效果与定时控制进行比对。本文第一章主要介绍研究背景，道路通行能力理论以及模糊控制理论。在研究背景部分谈论了交叉路口的信号灯的重要性，信号灯控制方式的发展历程，近期国内外应用的信号控制系统和其他改进方案。交通灯的信号控制效果涉及到对交通通行能力的讨论，需要在这章对这个概念做简单介绍。模糊控制理论是本文中实现信号灯自适应控制的主要方法。在第二章中，针对有关交叉口通行能力和信号设计的参数，介绍了相关术语和相应公式，尔后讲解了单交叉路口的几种控制方法；为了便于获取输入参数，确定了车流量检测器的设置方式；最后介绍了道路通行检测指标，这是仿真的输出值。它关系到道路的服务水平，也决定了交通灯信号设计成功与否。第三章是对单交叉路口的实际交通情况（包括车流量和道路状况），红绿灯信号的勘测和效果检验。将交通情况和实际控制信号输入到Synchro6软件做仿真，观察控制效果；再使用软件内置的平面交叉口道路通行能力的计算公式，得出最佳定时设计方案，将此方案和实际控制信号的效果进行比较。第四章中采用了三相位六车道设计，与上一章讨论的实际中采用的两相位四车道信号控制相区别，设计通行车流量更大，控制方法更复杂。根据HCM标准，计算出不同车流情况的定时配时，据此设计了自适应的模糊控制规则。这一章中采用的是MATLAB仿真。本章对仿真的各个模块，所依据的公式，模糊控制的具体规则，车辆延误时间计算做出解释。将模糊控制的仿真结果和最佳定时方案的仿真结果进行对照，并对结果进行分析。结论中总结了本文的讨论的两个问题，并且对本设计中的不足之处和未完成的工作做出整理及归纳。 2 交通控制基本理论交通控制，也叫交通信号控制，或城市交通控制，就是依靠交通警察或采用交通信号控制设施，随交通变化特性来指挥车辆和行人的通行。它通过由电子计算机管理的交通控制设施对交通流进行限制、调节、诱导、分流以达到降低交通总量，疏导交通，保障交通安全与畅通的目的。交通信号灯的种类 8：（1）普通非闪灯，即常见的红，黄，绿三色信号灯。（2）箭头信号灯，在灯头上加一个指示方向的箭头，可有左，右，直3个方向。专门用来分离不同方向的交通流，并对其提供专门通行时间的信号灯。2.1 交通控制的设计原则（1）交通控制信号的简明性交通信号的相位设计和冲突点有关，可以通过构造冲突矩阵 11来设计复杂的相位，但是需要注意的是，相位越少，绿信比就会越高，车辆的通行速度就会加快。并且信号灯的相位不宜变换或设计过于复杂，否则司机的反应能力可能跟不上信号灯的变化，产生事故。（2）交通控制信号的实用性交通信号设计要符合已有的规范，因为这些规范不仅仅是人们较熟悉的，而且它们也考虑了行人的安全和司机的反应速度等人为因素。有关交通流量的计算公式要参照相应的手册 14,15,16（3）交通控制信号的有效性单交叉路口的交通灯的影响范围不仅仅局限于信号控制点，而是一个范围。信号控制方案的改进涉及到一个区域直到整个城市，因此需要谨慎的构思 18。2.2 信号设计及检测流程图2.1 控制信号设计、检验流程图注1） 上面是用公式计算交通信号的流程（即用MATLAB仿真构建模块），使用交通仿真软件Synchro6时，(3),(4),(5),(7)均由软件内置公式自动生成。注2） 以上(3),(4),(5),(7)采用Webster公式计算，第(6)步中检测指标采用HCM标准。2.3 交通控制的基本术语和方法本文使用Synchro6软件和MATLAB中的Simulink仿真工具箱对单交叉口信号控制下的车流情况仿真。在Synchro6软件内置的公式、算法和MATLAB仿真模块中，大量涉及道路通行能力的计算标准，包括车队的排队长度，车流量，车辆延误等等。计算这些参数还需要了解交通信号的专业术语。这些术语和公式的表达务必精确，没有疑义，这样才便于理解设计过程，分析控制效果。表2.1 信号交叉口处交通流基本变量的符号，定义和单位 8,13,14名称符号定义公式单位周期长度T信号灯的各种灯色轮流显示一次所需要的时间。最短信号周期一般不少于36秒，最长信号周期一般不超过120秒。s绿信比i一个信号周期内某信号相位的有效绿灯时间g与信号周期T的比值。i=gT有效绿灯时间g一个信号周期内某信号相位的绿灯时间Gt 与黄灯时间Yt 之和减去损失时间Lt 。g=Gt+Yt-Lts损失时间Lt损失时间由前损失时间和后损失时间两部分组成。前损失时间是指绿灯时间开始时，由于车辆驶出率较低造成的损失时间。后损失时间是指绿灯时间结束时，黄灯期间车辆己不许越过停车线，只有绿灯期间己越过停车线的车辆可以继续通行所造成的损失时间。s信号相位在信号控制交叉口，其每一种控制状态（一种通行权），即对各进道口不同方向所显示的不同灯色的组合，称为一个信号相位。交通流量q道路上某一定时段内实际通过的车辆数饱和流量qs排队车辆加速到正常行驶速度时通过停车线的稳定车饱和流量取决于道路条件(车道宽度)和车辆状况(车型与车流方向)。通行能力qc现有道路条件(饱和流量)和交通管制(绿信比配置)下，车辆以能够接受的行车速度，单位时间内一条道路或道路某一截面所能通过的最大车辆数。qc=qsGtT饱和度x道路的实际流量与通行能力之比。兼顾到路口通行效率与绿灯时间利用率，饱和度一般设置在0.9左右。X=qqc=qqsTGt车道交通流量比y道路的实际流量与饱和流量之比。在饱和度取1时，车道交通流量比等于绿信比。在每个信号相位中，具有最大交通流量比的车道所对应的车流称之为该信号相位的关键车流。y=qqs临界车道组交通流量比Y某信号相位中车道交通流量比的最大值。相应的控制方法如下：2.3.1 定时控制这种信号的周期长、相位、绿灯时间及转换时间都是事先确定的。信号通过规定的周期长以不变的形式运行，每个信号周期的周期长和相位恒定不变 8。离线控制特别适合于交通量小的交叉口，分为定周期控制和变周期控制。2.3.2 自适应控制模糊控制通过在干道上一前一后设置的两个检测器，检测进入和驶出该道路的车辆数量，确定排队车辆数或者车流量密度，确定绿灯时间，实时调整信号。表2.2 三种控制方式比较成本维护间隔复杂性调控能力适用场合定周期定时低短。且视道路状况和网路建设，城市发展情况而不同。由以上状况而引起的车流量变化的剧烈程度决定维护间隔。简单，主要依据HCM公式较低，它根据平均车流量设计控制信号。为了车流量的波动不足以对道路通行能力造成威胁，不能采用最优的通行方案，需要对道路的通行能力留出余量。车流量较小且车流量比较稳定的交叉路口变周期定时中等同上中等，主要依据HCM公式中等。由于在不同的时段信号配时不同，比定周期控制方案具有更大的灵活和适用性，但也需要对道路通行能力留出余量。对于上下班高峰期，其配时方案与其相对应，可有效疏散交通流，尽可能地避免或减少交通拥挤。自适应控制高长。由于交通灯采用了自适应的控制方式，对于周围车流量的改变，可以自我调节，避免了人工维护。复杂，采用专家设计的模糊控制规则高。对于波动的车流量和突发的事故和改道引起的车流量的急剧变化基本能够达到通行要求。在遭遇事故，或者天气状况改变的情况下，车流量和平时完全不同时更为有用。2.4 相位设计典型的单交叉路口有东、南、西、北四个方向，每个方向均有右行、直行和左行三股车流。对于行车而言，相位越多越安全，但周期长、延误时间长、通行效率低；相反，相位少，交叉口车流虽然较乱，但通行效率反而高。多数情况下，向右转弯的车辆不受信号灯控制。表2.3 三种相位设计相位设计说明图像两相位实际中采用的是两相位四车道，右转不受信号灯控制，左转和直行由同一个信号灯控制，使用同一车道。由于采用混合车道，因此计算较复杂。三相位在模糊控制的设计中采用三相位六车道。三种相位分别是东西相直行和右转，东西向左转，南北向三种车流同时通行，这是一种较为便于讨论的设计方案。四相位这种四相位变换并不是常见的四相位变换的方式，它是对称的,是便于理解的设计。由于北山十字路口的车流量小，以上三种相位均可以采用。2.5 检测器的设置在停车线处设置车辆检测器，计算车辆驶出车道的数量N1。另外在离停车线80-100米处设置另一车辆检测器，计算驶入车道的数量N2。这样的设计便于计算车辆在红灯时排队的车辆数(n=N2-N1)，也可以得到绿灯时车辆的通行情况，例如车流量(q=(N2-N1)/Gt)等等。交通流量的其他参数还可以通过道路的长度，平均车速等计算出来。2.6 交通情况检测指标的确立一般来说，信号交叉口的控制效果是由延误、密度、流率、排队长度和饱和度等五个基本参数来衡量的。这些参数不仅反映车辆通过交叉口时的动态特性，同时它们也作为交叉口信号配时参数优化的依据，用于建立优化模型和目标函数。表2.4 道路通行服务水平的考察指标 8定义适用情况延误延误是由于交通干扰、交通管理和控制设施等因素引起的车辆运行时间损失。由于延误能反映了司机不舒适、受阻的程度以及油耗和行驶时间损失，所以是最常用的评价信号交叉口运行状况的指标。密度在已知长度的车道上的车辆数，按时间取平均值。表示车辆之间互相接近的程度，反应在交通流中的自由度。流率在不足1h的时间间隔（通常是15min）内，车辆通过一条车道或道路的指定点或断面的当量小时流率。高峰流率对于通行能力分析很重要。假如在短时间的流率大于通行能力，而交通量小于通行能力，还是会引起严重堵塞。排队长度车辆的排队长度是延误时间增加的主要诱导因素。某车道的车辆排队长度如果过长，易引起车辆堵塞和平均延误时间增加；而某车道的车辆滞留时问如果过长，不仅增加了平均延误时间，而且易引起通行权资源分配失衡。大多数情况下，排队长度与滞留时间是正相关的，反之亦反。饱和度交叉口实际小时交通量和通行能力的比值它反映了交通的繁忙程度,可定义为交叉口各机动车进口道的负荷系数加权值。表2.5 HCM规定的信号交叉口服务水平 13服务水平每车平均停车延误/s服务水平每车平均停车延误/sA10D35-55B10-20E55-80C20-35F>80车辆平均延误是评价交叉口服务水平的最重要的指标，也是标准中要求的评价指标，因此，本文选择它作为比较各种交通灯控制性能优劣的依据。3 单交叉口勘测与信号控制效果检验城市交通情况的调查对于仿真是极为重要的，既关系到建模的准确程度，也关系到最终仿真结果的验证。城市交通情况在本文中，主要指的是单交叉口的各方向的车流量，道路情况和交通灯的控制信号。根据2.2节中信号设计、检测流程，使用交通仿真软件Synchro6仿真时，第一步是调查车流量，道路状况；第二步是确定相位及车道数；第三步是输入参数到软件；第四步是确定检测指标，观测软件输出参数。3.1 单交叉口交通情况勘测本文的研究对象是大连理工大学北门十字路口，它是典型的单交叉路口。3.1.1 道路情况该路口具有东西相和南北向两个相位，为两相位四车道。左转和直行使用一条车道，受同一信号灯控制；右转使用一条车道，不受信号灯控制，可以随时右转。3.1.2 车流量调查对各车道车流量的调查选取了某个周日的上午、中午、下午的时间进行，每次10分钟，统计经过的车辆数。每个时段进行两次统计，取平均值。单交叉路口分为四个方向，从每个方向驶入的机动车又根据驶出的方向（左、中、右）分为三种情况。将这十二种情况的车流表示为北右，北直，北左，南右，南直，南左，东右，东直，东左，西右，西直，西左。其中只计算机动车的个数，而不包括三轮车等等，也不考虑行人的因素，以便简化模型。在统计的时候，以在一定时间内通过停车线的机动车数量为准。表3.1 流量调查表（n）时间段车道10:20-10:3011:00-11:102:10-2:202:40-2:506:30-6:406:45-6:55北右331783北直321224北左127126812南右4129964南直313062南左981051211西右12131416129西直13010094968897西左617520东右411118116东直91847191112100东左124613512图3.1 一天不同时段的车流量图3.2 一天平均车流量3.2 信号相位观察3.2.1 实际配时方案图3.3 北山十字路口实际配时方案如上图，观测到的北山十字路口配时方案：右转不受控制，左转和直行受同一交通灯控制。相位为两相：东西相和南北向，东西向绿灯时间较长，为50s，南北向绿灯时间为15s，黄灯时间3s，每相位红灯同时点亮的时间为2s（供行人穿过马路）。3.2.2 相位表示方法详细图像表示方法：图3.4相位一：东西向道路放绿灯，南北向道路放红灯。控制状态是给东西向车流以通行权，南北向车流不准通行，但南北向右转车流不受限制，在周期内任何时段均可通行。相位二：东西向道路放红灯，南北向道路放绿灯，即给南北向车流以通行权，东西向车流不准通行，但东西向右转车辆不受限制 8。简洁图像表示方法：(1) 交叉口信号对称图3.5(2) 交叉口信号不对称图3.63.3 Synchro6软件仿真Synchro6软件是一种城市路网信号配时分析和优化的仿真软件。它与“道路通行能力手册（HCM2000）”完全兼容，将“道路通行能力分析软件（HCM）”及“车流仿真软件（SimTraffic）”结合在一起使用。Synchro6软件有直观的图形显示，又具有较强计算能力，通过内置公式计算得到满足各项要求的信号配时。可以用这套软件直接获得交叉口道路通行能力指标。图3.7 Synchro6操作界面3.3.1 调查数据输入表3.2 输入数据（车流量q/n） 时间方向时段一时段二时段三时段四时段五时段六北右18186424818北直18126121224北左724272364872南右247254543624南直1861803612南左544860307266西右727884967254西直780600564576528582西左3664230120东右246666486636东直546504426546672600东左722436783072图3.8 车道参数设置据上图中Saturated Flow Rate(perm)可知，设计饱和流量如下表：表3.3 各车道设计饱和流量(vph/h)方向饱和流量方向饱和流量方向饱和流量方向饱和流量西右1583东右1583南右1583北右1583西直1567东直1276南直1308北直1332西左东左南左北左3.3.2 北山十字路口控制效果检测在Synchro6软件中，输入道路交通状况和各车道车流量的参数，设定相位，改变绿信比，可以得到道路的服务水平的相关参数。图3.9 对实际路况的仿真图3.10 信号配时窗口参数输入后，观察Synchro6中的信号配时窗口输出的检测指标可以得到下表：表3.4 采用实际定时信号的交叉口通行能力检测时段路口交通负荷系数平均延误时间/s最大排队长度/m最多停车次数/vph服务等级(HCM)10:20-10:301.1648.3546F11:00-11:100.628.239.6233A2:10-2:200.669.633.7192A2:40-2:500.8111.366.3393B6:30-6:400.7410.963.7413B6:45-6:550.8113.125.186B注1）时段10:20-10:30的路口交通负荷系数大于1，这种情况下，设计饱和车流量小于实际通过车流量。假如此时的车流量值不变，则交通流不能疏通，会越来越堵塞交叉口检测指标：表3.5 北京市市政设计院建议的服务水平 8服务水平一二三四路口交通负荷系数0.50.6-0.80.8-1.01车辆通过交叉口平均延误时间/s3030-4040-5050红灯平均阻车长度/s50100150>150乘客与驾驶员在路口的感受舒适通畅接近饱和常呈混乱阻塞表3.6