本文關(guān)鍵詞：城市交通控制信號配時參數(shù)優(yōu)化方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第一章緒論；層控制，MultilevelControl）[1；2、國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r；我國在交通信號控制系統(tǒng)方面的工作起步較晚，解放前；直到20世紀70年代，有關(guān)單位又開始這方面的研究；八十年代以來，城市道路交通問題越來越嚴重；TRANSYT-7F系統(tǒng)應(yīng)用于中心區(qū)53個路口（；近年來，為解決日益突出的城市交通問題，出現(xiàn)了一批；3、交通控制系統(tǒng)發(fā)展方向；吉林大學(xué)博士

第一章 緒 論

層控制，Multilevel Control）[12-22]。這些系統(tǒng)經(jīng)過幾十年的發(fā)展完善，在今天仍然是主導(dǎo)控制系統(tǒng)。

2、國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r

我國在交通信號控制系統(tǒng)方面的工作起步較晚，解放前后很長一段時間，只有少數(shù)幾座大城市有為數(shù)不多的單點定周期控制交叉口[8]。

直到20世紀70年代，有關(guān)單位又開始這方面的研究，陸續(xù)試驗了感應(yīng)式、定周期信號控制[10]。1979年北京前三門大街4個交叉口進行交通干線計算機（DJS-130型計算機）協(xié)調(diào)控制試驗成功。到1980年單點定周期信號機在全國大中城市得到了較廣泛的應(yīng)用，北京、天津、上海等城市初步開始采用計算機進行干道協(xié)調(diào)控制和感應(yīng)控制。

八十年代以來，城市道路交通問題越來越嚴重。國家一方面進行以改善城市市中心交通為核心的交通控制系統(tǒng)研究，如：在國家計委、國家科委的支持下，交通部、公安部、南京市完成了“七五”攻關(guān)項目，建成了南京城市交通控制系統(tǒng)HT-UTCS（代號2443）；另一方面采取引進與開發(fā)相結(jié)合的方針，建立了一些城市道路交通控制系統(tǒng)，如：1984年北京引進了南斯拉夫

TRANSYT-7F系統(tǒng)應(yīng)用于中心區(qū)53個路口（即二環(huán)路及其以內(nèi)）。1985年又引進了 SCOOT系統(tǒng)，應(yīng)用于東區(qū)39個路口，于1987年8月建成投入使用，后來擴展到北區(qū)和西區(qū)。另外，上海、廣州、沈陽還引進了SCAT系統(tǒng)，大連、成都、青島引入了SCOOT系統(tǒng)，長春引進了西班牙圣科（SAINCO TRAFICO）系統(tǒng)，深圳市引進了日本的京三（KYOSAN）系統(tǒng)。這些交通信號控制系統(tǒng)在一定程度上起到了提高城市道路運行效率，緩解交通擁擠的作用。但是由于我國開發(fā)能力相對落后，機動車、非機動車混行等因素，導(dǎo)致引進的系統(tǒng)多數(shù)執(zhí)行的是單點多時段控制，少數(shù)具有簡單的協(xié)調(diào)功能。而檢測設(shè)備的損壞和系統(tǒng)維護工作的滯后也在一定程度上影響了控制效果[23-26]。

近年來，為解決日益突出的城市交通問題，出現(xiàn)了一批專業(yè)從事交通控制系統(tǒng)開發(fā)的公司，如：北京布魯盾公司、京安通訊交通設(shè)施有限公司、清華紫光智能交通事業(yè)部、北京市振隆重科技發(fā)展公司、青島海信網(wǎng)絡(luò)科技股份有限公司、上海寶康公司、上海交大高新技術(shù)公司、無錫錫山大為科技、南京28電子研究所等。他們通過自行研究，或與清華大學(xué)、吉林大學(xué)、同濟大學(xué)等高等院校合作，相繼開發(fā)了一些具有自主知識產(chǎn)權(quán)的城市交通控制系統(tǒng)，這些產(chǎn)品正逐步在各類城市得到使用。

3、交通控制系統(tǒng)發(fā)展方向

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伴隨著現(xiàn)代高新技術(shù)的廣泛推廣與應(yīng)用，城市交通信號控制系統(tǒng)呈現(xiàn)出兩大發(fā)展趨勢[27-53]。

（1）控制理念的變化

控制側(cè)重點由微觀向宏觀轉(zhuǎn)變，人們開始從全局和整體角度出發(fā)考察交通系統(tǒng)運行、交通流組織、交通規(guī)劃、土地利用及其相關(guān)關(guān)系，從而把握城市交通系統(tǒng)的運行狀態(tài)，提高系統(tǒng)的運行效率，解決城市交通問題，進而保證城市大系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

（2）人工智能技術(shù)的應(yīng)用

人工智能（Artificial Intelligence，AI）的研究始于20世紀50～60年代，計算機的廣泛應(yīng)用促成了人工智能的巨大發(fā)展，針對傳統(tǒng)交通控制系統(tǒng)技術(shù)的缺點，交通工程師把人工智能的專家系統(tǒng)（Expert System，ES）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Artificial Neural Network，ANN）、模糊控制（Fuzzy Control，F(xiàn)C）、遺傳算法（Genetic Algorithm，GA）等先進技術(shù)應(yīng)用到交通工程領(lǐng)域，使得交通控制系統(tǒng)的智能化水平得到進一步提高。隨著這些技術(shù)的逐步成熟和完善，實用化程度的提高，對硬件要求的降低，必將使城市交通信號控制系統(tǒng)呈現(xiàn)更廣闊的發(fā)展前景。

1.3 本論文的主要研究內(nèi)容及意義

1.3.1 論文研究內(nèi)容

先進的交通信號控制系統(tǒng)是多種軟硬件技術(shù)的綜合體，它涉及交通信息采集與處理技術(shù)、交通流量預(yù)測技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制與最優(yōu)化技術(shù)、通訊技術(shù)、仿真技術(shù)等多個組成部分，需要跨學(xué)科、多領(lǐng)域?qū)＜业墓餐献�。其中信號配時參數(shù)優(yōu)化是其核心技術(shù)和最終解決目標。信號交叉口的實際通行能力，車輛通過交叉口時受阻滯程度（延誤時間和停車次數(shù)），以及其它交通效益量度指標都直接受配時方案影響。最優(yōu)控制，其實質(zhì)就是最優(yōu)配時。改善配時設(shè)計方法，設(shè)法尋求一個最佳配時方案，便成了提高城市交通運行效率，最終取得良好的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益的關(guān)鍵。因此本論文選擇信號配時參數(shù)優(yōu)化作為主要內(nèi)容加以重點研究。

對于固定式（或自適應(yīng)）交通控制，主要優(yōu)化的配時參數(shù)有：周期時長（Cycle Length）、綠信比（Split）和相位差（Offset），其中周期時長、綠信比既用于單點孤立控制交叉口，也用于實行聯(lián)網(wǎng)協(xié)調(diào)控制的交叉口群。而相位差則是協(xié)

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第一章 緒 論

調(diào)控制時使用的一個重要參數(shù)。對于感應(yīng)式控制，主要優(yōu)化的配時參數(shù)有：最小綠燈時間（Minimum Green Time）、單位綠燈延長時間（Unit Extension Time）和最大綠燈時間（Maximum Green Time）。信號配時參數(shù)的優(yōu)化就是對上述這些參數(shù)進行優(yōu)化計算或優(yōu)選。對于固定式（或自適應(yīng)）配時參數(shù)優(yōu)化，最理想的方法是在確定優(yōu)化目標和配時參數(shù)關(guān)系的基礎(chǔ)上，同時優(yōu)化三個參數(shù)，從而尋求最佳信號配時方案。但是這就需要反復(fù)迭代和大量計算，對于實時控制來說是不切實際的，尤其是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)所含交叉口數(shù)量較多時更是如此。為節(jié)省控制計算機的CPU時間以及對硬件設(shè)備的要求，更通用的研究思路是各參數(shù)分別優(yōu)化，即首先研究對交叉口交通控制起決定作用的周期時長參數(shù)，然后將其按照控制原則分配到各信號相位，最后考慮各交叉口間的相互協(xié)調(diào)問題。本文采用后者進行研究。

論文突破以往按照點、線、面的傳統(tǒng)研究順序，以城市交通控制系統(tǒng)信號配時參數(shù)優(yōu)化為主線，在總結(jié)信號配時參數(shù)優(yōu)化技術(shù)已有成果的基礎(chǔ)上，利用優(yōu)化理論詳細研究了固定式（或自適應(yīng)）、感應(yīng)式控制配時參數(shù)優(yōu)化方法。本論文的研究內(nèi)容由幾個相互聯(lián)系的部分組成，具體內(nèi)容如下：

（1）城市交通控制系統(tǒng)基本理論。該部分首先介紹了交通信號控制中信號相位、信號階段、周期時長、綠信比、相位差等基本概念；接著討論了交叉口設(shè)立信號燈的利弊和依據(jù)；信號相位相序優(yōu)化設(shè)計原則和方法；最后探討了反映城市交通控制系統(tǒng)信號配時優(yōu)劣的主要評價指標和輔助評價指標，以及它們與信號配時參數(shù)的關(guān)系。這些內(nèi)容是全文的基礎(chǔ)，它為信號配時參數(shù)優(yōu)化的深入研究提供了基本理論依據(jù)。

（2）周期時長優(yōu)化方法研究。周期時長和交叉口通行能力、車輛平均延誤等直接相關(guān)，在固定式（或自適應(yīng)）信號配時中，它是決定交通信號控制效益的關(guān)鍵控制參數(shù)。本部分深入研究了各種常用周期時長優(yōu)化方法，包括：TRRL法、ARRB法、HCM法、沖突點法，對比分析了各自的優(yōu)缺點。然后利用交通流量、時間占有率兩個交通流參數(shù)，提出了反映交叉口交通負荷的交通強度模型，作為周期時長的優(yōu)化依據(jù)。根據(jù)時間占有率計算公式，可將其轉(zhuǎn)換為速度的函數(shù)，利用交通流理論流量與速度關(guān)系的伊迪模型，研究了交通強度隨流量的變化規(guī)律。針對常見的2～5個關(guān)鍵相位交叉口，首次給出了基于交通強度的周期時長優(yōu)化模型。該方法可以唯一地確定交通流的狀態(tài)，彌補了以前方法的缺陷。通過長春市三個交叉口的攝像調(diào)查，對方法進行驗證，周期時長計算值與實際交通狀況較吻合，低峰時段延誤較低，高峰時段通行能力較大，實現(xiàn)了

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優(yōu)化目標，可用于周期時長的優(yōu)化。論文還提供了一個四關(guān)鍵相位的交叉口配時實例。最后，論文研究了協(xié)調(diào)控制中周期時長的優(yōu)化方法，包括周期時長的確定和雙周期交叉口的判斷。

（3）綠信比優(yōu)化方法研究。綠信比反映交叉口各相位綠燈時長的大小，綠信比優(yōu)化就是在各相位之間合理分配綠燈時間。本章首先回顧了韋伯斯特提出的“等飽和度”原則，以及阿克塞立科的“不等飽和度”修正方法，進而研究了關(guān)鍵相位的判斷方法，并在此基礎(chǔ)上深入研究了有無搭接相位等情況下綠信比的優(yōu)化方法以及實際綠燈顯示時間的計算。

（4）相位差優(yōu)化方法研究。相位差是城市交通協(xié)調(diào)控制中的一個重要配時參數(shù)，它直接關(guān)系到協(xié)調(diào)效果的好壞。本部分對圖解法、數(shù)解法、結(jié)合法、爬山法進行了研究，分析了各自的優(yōu)缺點。并對實用相位差優(yōu)化方法——數(shù)解法進行了改進，改進后的數(shù)解法可以實現(xiàn)流量不平衡下的雙向綠波計算，存在雙周期交叉口的協(xié)調(diào)子區(qū)綠波帶計算，影響綠波帶寬度交叉口的識別，綠波帶線性方程組的求解等功能。同時論文根據(jù)長春市路段車流離散特性調(diào)查，以車輛延誤為優(yōu)化目標，應(yīng)用結(jié)合法研究了區(qū)域控制下基于車輛到達與駛離圖式的相位差優(yōu)化方法。

（5）感應(yīng)控制配時參數(shù)優(yōu)化方法研究。感應(yīng)控制是一種非常靈活的交通控制方式，在一些特定條件下具有非常好的控制效果。本部分首先回顧了感應(yīng)控制的發(fā)展?fàn)顩r，以及感應(yīng)控制的分類和簡易流程；接著詳細研究了感應(yīng)控制配時三參數(shù)優(yōu)化方法和理論。首次提出了可變單位綠燈延長時間的優(yōu)化模型，并以長春市明德路－百匯街交叉口為例進行了研究。

1.3.2 論文研究意義

在我國，為了保證城市交通的可持續(xù)發(fā)展，各級政府部門對交通管理工作給予了高度重視，建立先進的交通控制系統(tǒng)已成為城市交通管理部門的共識。根據(jù)公安部、建設(shè)部在2000年聯(lián)合推出的“暢通工程”的要求，地市級以上城市必須建設(shè)交通指揮中心，對城市交通進行科學(xué)、有效管理。而我國265個地級市中（截止2001年底），已建成和將要建成交通信號控制與管理系統(tǒng)的只有30個左右，而且多數(shù)為國外引進的系統(tǒng)。全國共有信號控制交叉口數(shù)量不到1萬個（截止2001年底），遠小于發(fā)達國家的數(shù)量（美國30萬個，日本10萬個）

[8，10，26]。由此可見我國城市對交通控制系統(tǒng)需求的緊迫性和深入研究控制原理的必要性。另外，自適應(yīng)交通控制系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用還可以帶動與交通有關(guān)的設(shè)備及軟件開發(fā)，從而替代國外同類產(chǎn)品。

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第一章 緒 論

論文的研究將為深入研究適合中國國情的城市交通控制系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)，其研究成果對于改善交叉口配時設(shè)計方法，降低交叉口平均延誤，提高道路網(wǎng)使用效率和交通安全性，緩解城市交通擁擠、空氣污染、車輛燃油消耗以及噪聲污染具有現(xiàn)實意義。文中配時參數(shù)優(yōu)化方法和理論模型已經(jīng)完成程序編制開發(fā)，并集成于信號機中，正在進行示范工程，對進一步推動我國城市交通控制系統(tǒng)現(xiàn)代化具有較高的理論指導(dǎo)意義和實用價值。

1.4 小 結(jié)

本章首先簡要地介紹了課題來源，論文研究背景。接著剖析了先進的城市交通控制系統(tǒng)在解決城市交通問題中所起到的作用，并回顧了城市交通控制的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r。最后簡單概括了本文的主要研究思路和結(jié)構(gòu)安排，闡述了研究配時參數(shù)優(yōu)化方法的意義。

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