上海交通大学
硕士学位论文
基于VC开发的智能交通诱导系统
姓名：鲍磊明
申请学位级别：硕士
专业：控制理论与控制工程
指导教师：路林吉
20070101
基于VC开发的智能交通诱导系统
摘要
本文主要介绍了一种基于VC进行设计开发的智能交通诱导系统，该系统整个包括前端路口交通灯控制器、地感线圈以及主监控程序三部分。以单点独立控制为主要研究方向，在单点控制方式的实现，优化等方面做了比较细致的研究，提出了一些实际可行的控制方法。
该智能交通诱导系统以双向四车道为模型，根据一般交通灯所采用的四相制来设置参数。系统主要采用了三种信号控制方法：定时控制、感应控制和自适应控制。定时控制在相同时隙后更新交通灯的信号参数，感应控制用于测量当前的车流量以便于显示路况信息，自适应控制则根据车流量信息来调节交通灯的时序。对于各个路口交通灯时序的调整采用基于孤立交叉路口的优化算法。
前端路口控制器和地感线圈构成了整个前台系统。前端路口控制器是使用了比较先进的嵌入式技术，基于ARM7开发的，全部采用C 语言编程。它有两个功能：通过Socket与监控程序进行通讯；控制当前路口交通灯的运行状态。地感线圈的作用则是测量实际道路通过的车流量，数据通过控制的单片机与前端路口控制器通讯。
监控程序则是整个系统的后台系统，完全是在Visual C++环境下开发的。采用服务器/客户机模式，主程序可以实时显示各个路口和每条道路的交通情况，同时可以修改整个交通网的设置信息，并且能
够在同一时间内，同步控制和修改一台前端路口控制器的参数。在程序中添加了自动调节时间的功能，根据地感线圈传输上来的车流量信息来自动调整前端路口交通灯的运行时隙，提高路口的通行效率，减轻交通运行压力。
整篇文章详细地介绍了整个系统设计的主要思路以及系统的架构。相对简单地介绍了系统的硬件系统，着重介绍了软件系统，详细地给出了程序的主要运行过程和实现的功能。
关键字：智能交通系统嵌入式技术前端路口控制器 VC Socket
AN INTELLIGENT TRAFFIC GUIDING
SYSTEM DEVELOPED WITH VC
ABSTRACT
The paper introduces an intelligent traffic guiding system developed with VC. The whole system consists of three parts, including front-end crossroad traffic light controllers, sensors and monitor program. Some practical methods controlling the single crossroad are disscused. More research has been done on the realization and optimization of the system. As a result, practical controlling methods have been achieved.
This system models bilateral four lanes and the parameters are set according to the usual four-phase system. The system mainly uses three kinds of signal control methods, such as timing control, inductive control and adaptive control. The timing control refreshes the traffic light signal parameters in the same interval. The inductive control is used to measure the current vehicle flow in order to display the traffic status. And the adaptive control adapts the traffic light time sequences according to the vehicle flow. The optimized algorithm based on the signal crossroad adapts the each crossroad traffic light time sequences.
The front-end crossroad traffic light controller and sensor make up of the foreground system. The embedded technique is used to develop the controller. The controller is based on ARM7, absolutely programmed with C. It has two functions. One is Communication with monitor program through Socket. The other is to control the present lights. The sensor function is to measure the current vehicle flow, and the data are communicated to the controller through a microcomputer.
The monitor program is developed with Visual C++. It can display the traffic real-time status of each crossroad or each road and change the data about the whole traffic net. The program can control one front-end crossroad controller once time. The program includes an adaptive algorithm which can adapt the front-end crossroad controllers automatically according to the vehicle flow so that the intersection efficiency will be improved and the traffic pressure will be relieved.
The purpose of the study is to introduce the main idea of the system design and the system architecture in detail. While the hardware is comparatively simply introduced, the software is paid more attention to discuss. In the paper, the main process will be focused on and the functions achieved will be described in detail.
KEY WORDS: intelligent traffic system, embedded technique, front-end crossroad controller, VC, Socket
上海交通大学
学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：鲍磊明
日期： 2007年2月26日
上海交通大学
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学位论文作者签名：鲍磊明指导教师签名：路林吉
日期： 2007年2月 26 日日期： 2007 年2 月26 日
第一章绪论
20世纪以来，随着经济的迅速发展，汽车已成为人们生活中必不可少的交通工具之一，并且交通问题也制约着经济的发展。城市交通在给人们带来各种便利的同时，也带来了一系列令人困惑的问题，如环境污染、交通拥挤、交通事故的频繁发生，给人们的生命财产带来了很大的损失。城市交通问题是困扰城市发展、制约城市经济建设的重要因素，人们对交通进行智能化控制的意识越来越强烈了。
智能交通系统(Intelligent Transportation Systems)简称ITS[1]。早在30多生以前人们就提出了智能交通的概念，不过对ITS进行系统研究则始于80年代。
起初ITS研究工作始于英国、法国、德国等欧洲国家，由于ITS对城市建设、城市交通与经济发展的重要性日益明显，世界各地的许多国家和地区也相继开展了对ITS的研究工作。尤其在美国、欧洲、日本等工业化国家成立了全国性的ITS发展协调组织，统一制定研究开发计划并投入大量经费，已取得重要成别。智能交通系统[2]是为了全面有效地解决交通发展中出现的问题而提出的，是随着现代高科技的发展以及交通需求，并以监控为主体的交通工程的基础上发展起来的。它广义上包括交通系统的规划、设计、实施以及智能化的运营管理；狭义上则主要指交通运输管理和组织，其实质是采用现代高新技术对传统的交通运输系统进行改造而形成的一种新型现代交通系统。具体地说，ITS是将先进的信息技术、传感器技术、数据通信技术、自动控制技术、运筹学、图像分析技术、计算机网络以及人工智能等有效的综合运用于整个交通管理体系，在系统工程的综合集成思想指导下，建立起一种在大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高效的运输综合体系。
城市交通流诱导系统(Urban Traffic Flow Guidance System，简称UTFGS)在国外称为动态路径诱导系统(Dynamic Route Guidance System，简称DRGS)，
它是国际上交通运输的前沿研究领域—智能交通系统(ITS)的重要研究内容。
城市交通流诱导系统是以“实时动态交通分配”为理论基础，将先进的信息技术、数据通信技术、电子控制技术以及计算机处理技术等综合运用于整个地面交通管理体系，建立大范围、全方位发挥作用的实时、准确、高效的城市交通诱导系统。交通流诱导系统利用全球定位系统(Global Position System)、地理信息系统(Geographic Information System)、电子交通图(Electronic Map of Traffic Network)、计算机和先进的通信技术，使得车载计算机能够自动显示车辆位置、交通网络图和道路交通状况，为驾驶员找到从当前位置到目的地的最优行驶路线，并协助出行者方便地到达目的地。使用这种系统，车辆在道路上通过实时交通数据的交互得到最新的交通信息，实现实时最优路径的选择和实时导航功能，能够有效地避开交通拥挤并防止交通阻塞的发生，减少车辆在道路上的逗留时间，最终实现交通流量在网络中各路段上的最优分配。
自适应交通控制系统属于最先进的第三代交叉口控制系统，通常把一个区域的交通网络作为一个不确定性系统，实时连续测量其状态数据，如车流量、停车次数、延误时间、队列长度等，逐渐了解和掌握对象，通过计算机对各信号计时进行优化，把它们与希望的动态特性进行比较，并根据差值改变系统的可调参数或产生一个配时方案，从而保证不论环境如何变化，均可使控制效果达到最优或次优。
1.1 城市交通控制系统的发展简史
第一台交通信号机出现于1868年，安装于英国伦敦威斯脱敏特地区，不同于现在的三色交通灯，它只有红绿两种颜色。当时，信号灯仅仅是为了使各种冲突车流分时地使用交叉路口和减少交通事故而设置的。但是，不久人们发现，只有适当地调整信号灯各相位的长短及比例，才能高效率地利用交叉路口，由此开始了优化信号配时的历史，即信号灯最优控制的历史。1918年第一个具有此功能的所谓绿波系统在美国的盐湖建立，这种无计算机的、定周期的各路口信号灯协调最优控制是交通信号灯控制的第一代。
1959年，加拿大多伦多市开展了对计算机控制信号灯的研究。1964年多伦多成了世界上第一个具有城市交通计算机控制系统的城市，信号灯计算机集中控制
是交通信号灯控制的第二代[3]。
随着微机的出现和迅速发展，现在已经迎来了信号灯计算机控制的第三代，即分散控制。它从根本上解决了集中控制的弱点。澳大利亚的SCAT系统[4]就属于此类控制。
自从计算机应用于交通系统以来，控制系统的控制规模逐渐从单个交叉路口的点控、单条干道的线控发展到整个网络的面控。由此可见从信号灯的出现到今天，控制系统的功能从低级到高级，从简单到复杂，不断的发展前进，并且随着城市交通问题的日益严峻而不断的发展。
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。1973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。到了80年代后，对于部分大城市来说，城市的交通拥挤问题己成为十分严峻的问题。这时国内对计算机的研究也比较成熟。所以重新开始了计算机控制和管理的研究，在研究过程中，引进国外的先进技术，吸取国外的经验和教训，结合我国的交通的实际情况，研究新的交通控制方案。
1.2 平面交叉口信号控制的意义和研究现状
随着经济的发展与城市的进一步开发，我国各大城市的机动车社会保有量越来越大，道路资源增长严重滞后，政府无限制地设置新的道路，但是对于现有的交通资源却不进行合理的配置，导致交通资源大量浪费。这种交通供给和交通需求发展的不平衡性，不可避免的导致行车难、乘车难、停车难的矛盾日益突出，这一系列问题在一定程度上制约了城市经济的发展。
与道路相比，平面交叉口的交通行为[5]更为复杂，更易遭受到交通环境、人流、车流等的影响。因为其交通安全性差，通行能力低而成为影响城市道路通行能力的“瓶颈”。据统计，机动车在城市市区中的旅行时间约有1/3花在了平面交叉口，60%以上的交通事故发生在平面交叉口及其周围，而且随着城市机动车社会保有量和年增长幅度的逐步提升，作为在城市道路网中起着转换交通流向作用的平面交叉口面临的交通矛盾日益突出，平面交叉口的交通治理在城市交通管理中就显得越来越重要。交通信号控制技术作为一种投资省、见效快的措施在平
面交叉口的交通治理中作用就日渐突出。
传统的交通控制方法主要包括定时控制、多时段控制、感应或半感应控制、绿波带控制和区域静态控制等。前二种控制方式的依据完全是基于对平面交叉口既往交通流数据的统计调查，由于交通存在的变化性和随机性，这两种方式都具有通行效率低、方案易老化的缺陷。
纵观国内外交通信号控制技术，在基本类型上大致可以分为三大类，即单点独立控制、干线协调控制、系统实时优化控制。单点独立控制方式适用于相邻信号机距离较远、线控没有太大效果时，或因各相位交通需求变动显著，其交叉路口的周期长和绿信比的独立控制比线控更有效的情况。线控的主要特点是：对几个信号机设定共同的周期长和确定各信号时间上的相对关系，即相位差。其定周期控制与单点控制方式基本相同，主要适合于交通流量比较稳定的路线区间，例如低峰时段、普通时段、拥挤时段分别有明显的交通模式的情况。交通感应控制方式是对应于变化的交通状况实时地改变控制参数而进行控制的方式。但是，作为干线协调控制和系统实时优化控制的基础，平面交叉口独立信号控制的研究具有更重要的现实意义和更广泛的实用性[6]。
1.3 国外智能交通诱导系统的发展现状
为了克服离线控制方法的不足，研究人员自然想到在线控制或实时控制的方法。在线控制的核心内容是：通过路网上的车辆检测器，实时采集交通量数据，通过交通模型辨识，进而可得到与配时参数有关的优化问题，在线求解该问题即获得配时方案，然后对区域内的交通信号实施控制。
早在60年代，美国就开始进行动态（在线）交通控制系统的研究并于1975年在华盛顿特区安装了第三代交通控制系统[7]。该系统采用CYRANO(Cycle-free responsive algorithm for network optimization)控制软件提供配时算法，它能逐个周期地响应交通状况的变化，周期、相位差和绿信比在各交叉口的每一个控制周期都可以发生改变以响应交通需求的波动。该控制系统后来被证明是失败的，严重破坏了城市交通。
为了解决上述问题，20世纪70年代初英国运输和道路研究所与三家公司联
合在TRANSYT基础上研制出一种自适应控制系统——SCOOT （Split, Cycle and Offset Optimization Technique：绿信比、周期和相位差优化技术），该系统于1975年在英国哥拉斯哥市进行现场试验，取得了较好的效果。SCOOT实际上是一个“在线TRANSYT系统”，即通过车辆检测器实时检测交通量数据，利用与TRAN5YT系统相同的交通模型来优化信号配时参数，并依靠通信网络、信号控制机等硬件设备来实施控制。
70年代末，澳大利亚新南威尔士道路和交通局(RTA)研制成功SCATS系统(Sydney Coordinated Adaptive Traffic System：悉尼协调自适应交通系统)，并从1980年起陆续在悉尼等城市安装使用。为了实施动态控制，SCATS提出了一种“类饱和度”的概念，它是指被车流有效利用的绿灯时间和总的绿灯时间之比。与SCOOT系统相同，区域信号协调控制区域被分成若干子区，每个子区中交叉口具有公共周期长度。类饱和度是用安装在停车线附近的检测器来测量的。子区的每一个交叉口都有四种绿信比方案。在每一个方案中，还包括若干“车辆感应”交叉口控制策略，它们包括相位的急速变化，备用时间的转让，相位的划分和规定等等。SCATS系统未使用交通模型，本质上是一种实时方案选择系统，因而限制了配时方案的优化程度；另一不足是，因检测器安装在停车线处，难以监测车队的行进，故相位差的优选可靠性较差[8]。
随着计算机技术和通信技术的发展，一些新概念被引入到动态交通控制方法中。通常情况下，获得最优配时方案通常需要大量的优化计算，如采用动态规划方法，而这种计算是非常耗时的。为了达到在线检测和控制的要求，通过滑动时间窗(Rolling horizon)的交通检测量，进行优化计算，得到未来△t(通常是几秒钟)时间内的决策变量值，施加到交通系统中，经过△t后移动时间窗，获得新的检测量，每次优化的结果只能运行△t时间长，这种方式被称为“开环反馈控制”。
1.4 目前的交通控制系统存在的问题与局限性
从理论上讲，一个理想的交通控制系统是基于实时交通量变化的，也就是交通控制的策略是随着交通流量的变化而采取不同交通控制方法。
在现有的交通控制系统中比较典型的是英国交通与道路研究所(CTRRL)于1966年开始研究开发的TRANSYT系统，澳大利亚从70年代开发SCATS系统和英国
TRRL于1973年开始研究开发的SCOOT系统[9]。其中TRANSYT是离线优化软件系统，SCOOT和SCAT是在线实时优化软件系统[10]。
但是，目前现有的这些城市交通控制系统还存有一些问题，值得改进:
1、不适合我国的国情。这几个典型的交通控制系统软件都是由国外开发的，而国外的城市交通跟我国的城市交通组成有很大的差异。它没有充分考虑到我国的自行车交通流和行人的交通流(这主要是由于我国的国情造成的)。这就需要我们开发适合中国国情的交通控制系统软件。
2、配时算法的局限性。TRANSYT[11]是离线优化系统，它在实际的应用中有很大的局限性。SCOOT和SCAT[12]是在线实时优化软件系统。但是，这三个系统有个共同的局限性就是以数学模型为基础，算法的精度较差。
3、信号优化配时的可行性。交叉口的拥挤堵塞通常是由于信号配时及交通组织和上游对交通流的诱导的不合理造成的。
4、交通量预测的准确性与实时性。目前，虽然有多种测量交通量的工具，但是对交通量的预测还不太准确，因此需要能更准确地模拟现有交通运行的模型，同时交通控制的实时性也比较差。
这些交通控制系统中的问题决定了研究城市交通控制系统的必要性和紧迫性，研究出新的交通控制系统对于解决我国现有的和未来的城市交通问题有着重要的意义。
1.5 我国城市路口信号控制面临的问题和解决的方案
作为一个理想的城市区域自适应交通信号控制系统[13]，人们希望它具有如下功能：
(1)对交通条件的变化如偶发性拥挤、事件、事故及交通需求的增加等具有自适应性，也就是说系统能够在线优化配时方案并进行实时控制；
(2)能够利用动态交通分配进行信号控制；
(3)能够实现特定线路上的公交或特种车辆优先控制；
(4)具有自学习功能，通过对己有控制动作的学习，逐步提高控制性能；
(5)具有容错能力，即使检测或通信出现故障，系统也不至于失控。
影响我国城市路口控制的关键因素有[14]:我国许多城市道路网覆盖密度较低，干道间距过大，支路短缺，功能混乱，属于低级的交通系统；许多城市路口由于道路占地有限，面积较小，导致机动车、非机动车和行人常常交织在一起，形成混合交通流，大大降低了路口的通行能力；许多城市路口存在的大量自行车车流和过路行人，严重影响了路口的通行能力。
针对影响我国城市路口控制的关键因素，路口控制应当特别重视单点控制方式[15]（以下简称为点控方式）。理由在于:1.在路口情况较为复杂、混合交通流量十分严重和路口之间间距较大、相互影响不甚明显的情况下，路口非常适宜采用点控方式。2.点控方式是路口交通信号控制的基本控制形式，是实现线控与面控的基础。3.点控方式具有设备简单、投资最省、维护方便等优点和现实意义。
1.6本文研究内容
当前的城市交通系统中被控对象的非线性、参数间的强烈耦合、较大的随机干扰、过程机理错综复杂以及现场车辆检测的误差，以至于不可能建立起被控对象的精确数据模型，所以传统的城市交通控制系统[16]难以取得令人满意的控制效果。针对这种情况，系统采用了多时段定周期的控制方法，这种方法把交通信号灯的周期在一天之内分为多个时段，让其参数随时间的变化而自动变化，可以有效地解决信号灯周期与交流流量变化的矛盾。其中，还添加了自动调节时间算法，根据车流量的大小，使得交通利用率提高，在程序中使用的是比较简单的算法。
本文主要以单点控制方式作为研究对象，在单点控制方式的实现、优化算法等方面进行了一些深入细致的研究，已经搭建出整个交通诱导系统，包括前端路口控制器和上位监控程序，已经通过测试阶段的要求。而且在系统实时优化控制算法方面也作了初步的探讨，下一步的工作重点就是这方面。
整个系统分为上位机和下位机两部分。上位机采用的是技术比较成熟的VC 来进行编程开发，下位机则运用当前热门的ARM嵌入式技术开发，这两部分将在下文中详细介绍，最后对以后的研究工作进行了一些展望。
第二章交通信号控制理论
2.1 概述
2.1.1 道路交通控制的概念和基本控制参数
使用信号机控制交通流称为交通信号控制(signal control)。交通信号控制的目的是与交通量相适应，用时间比分配给相互交错的交通流通行权，以形成畅通且有秩序的交通流[17]。交通信号控制有三个基本参数，即周期长度、绿信比和相位差[11]。
1．周期长度(Cycle Length):信号灯变化一个循环所经历的时间就称为信号周期长度，简称周期，用C表示：
C＝G+A+R (2-1) 其中：
C――周期长度(秒)；
G――绿灯时间(秒)；
A――黄灯时间(秒)；
R――红灯时间(秒)。
信号周期长度的大小取决于被控交叉口的交通流特性和所采用的控制方式。一般是交通量越大，周期就应该越长，反之，周期就应该短一些。但信号周期若设置过短，就会对行车安全不利。一般规定最低限度取25秒，同时，考虑到信号周期加长到超过某一限额之后，通行能力的增长便趋于停滞，而车辆延误却骤急速增长，因此也要规定信号周期上限为120秒。黄灯时间，英国规定为4s，美国规定为3～5s。一般根据交叉口的驶入车速而定，车速高则长、车速低则短。
2．绿信比(Split)，在一个信号周期中，有效绿灯时间分配给各个信号相的情况，常用绿信比表示。相信号的绿信比等于该相位信号的有效绿灯时间与周期长度之比。
绿信比的实用计算公式:
λ＝ (2-2)
G/C
3．信号相(Phase):在一个周期内，交叉口上某一个或几个交通流所获得的通行权称为信号相。在一个周期内，有几个信号相，则该信号系统就称为几相信号系统。所有信号组的总和称为信号序列或信号相位序列，它实际上是在周期时间内，对一支或几支交通流按顺序发出同步同色信号显示的序列。
4．相位差(Offset)：是协调控制的信号系统中的一个重要概念。它有两种定义方式:
绝对相位差――在一个协调信号系统中，以某一个信号为基准信号，其它各信号的绿灯起始时间滞后于基准信号的绿灯起始时间的最小时间差，称为绝对相位差。
相对相位差――在一个协调信号系统中，沿车辆行驶方向任意两相邻信号的绿灯起始时间之差，称为相对相位差。
2.1.2 交叉路口的信号控制
对城市街道交通实行控制，最重要的是要对各个交叉路口的交通状况进行恰当的控制。可以说，信号控制的交叉路口是城市交通控制系统的基本单元，“线控”、“面控”系统的控制战略和配时方案[18]也都是要在一个个交叉路口落实。
孤立交叉路口的信号控制又称“点控”，其控制对象是孤立的平面交叉路口的交通。这种控制方式对任何邻近的其它交叉路口的交通问题均不予考虑，它关心的是本交叉路口的交通安全、车辆延误和通行能力等控制指标。
对城市道路交叉路口实行信号控制，其基本目标是:在合理分配各入口道车辆通行权的同时，使路口有良好的交通秩序，减少或完全消除可能引起事故的交通冲突点。使车辆和行人的延误时间最小[19]，而每一条入口道的通行能力最大。
孤立交叉路口的信号控制方式的分类:定时(定周期)控制；车辆感应控制；各种智能控制方案。
定周期控制对应于交通需求的变动参数，将一天分为几个时间段，对应不同时间段设定不同的周期长、绿信比等信号控制参数，由时钟来控制变换参数的控制方式。它适用于交通流量变动模式基本固定，并可以预测的情况。交通感应控制方式是对于交通状况的变动进行实时控制的方式。它根据车辆检测器测得的交
通需求的变动，改变绿灯时间和周期长短的控制。干线控制方式是将一条道路延长线上几个信号机在时间上相互联系起来进行信号控制。
2.2 定时控制
2.2.1 定时控制的配时设计
对单路口的信号控制来说，评价其配时方案是否最佳的主要指标有延误时间、通行能力和交通事故次数等。
定时控制一般应用于孤立路口，其基础是韦伯斯特车辆延误公式，由此公式得到最佳周期和绿灯时间的近似值。多时段控制实际上是一种分段定时控制，根据一天中不同时段出现的规律性的交通状态对信号设置进行调解，选择最优配时方案。在干线交通中，定时控制由于信号起动容易取得一致，因而有利于同相邻交通信号进行协调，特别适合于联结的相邻信号路口或整个信号控制系统，所以多应用于绿波带交通控制。对于绿波带的研究最早有Little 提出采用分支定界算法优化带宽的思想，并应用于MAXBAND 模型，Pillai 继承了这一思想， Gartner 等在加权带宽最大的目标下优化整个路网的车队行进配时。然而对于交通流量变化较大的信号路口采用定时控制容易造成信号的浪费，一般只有在接近交叉口通行能力的情况下才具有优越性。
显然，延误时间是驾驶员最关心的指标，而且也容易折合成经济指标。韦伯斯特经反复测算，给出了计算最佳周期的近似公式[20]
0 1.5L 5C 1Y
?＋＝ (2-3) 式中，L 为每个周期总的损失时间，Y 为交叉口交通流量比。
现在考虑L 和Y 的计算方法。设一个周期有n 个相位，第i 个相位的损失时间为l i ，全红时间为ri t ，则总的损失时间L [21]为
ri 1L (l +t )n
i i =∑＝ (2-4)
交叉口交通流量比按下式计算
1Y Y n
i i =∑＝，i i i Y q /s ＝ (2-5)
i Y 为第i 相信号临界车道的交通流量比。所谓临界车道是指每一信号相位
上，交通量最大的那条车道。i q 和i s 分别为第i 相信号临界车道的交通量和饱和
流量。
在实际应用中，即使按上述公式算出0C ，也还需要到现场进行试验调整。
韦伯斯特的试验研究表明，当周期在0.750C 至1.50C 的范围内变动时，延误没有
明显地增加。因此还要根据现场的实际情况，选定合适的周期长度。当交通量很小时，按公式(2.3)求得的0C 值将很小，这意味着各个相位的绿灯时间会很短，
这显然对行车安全是不利的。因此，要规定一个最短信号周期的限值，该值一般取各相位最短绿时的和再加上过渡时间(通常指黄灯和全红时间)。另一方面，当信号周期长度超过某一限值后，通行能力的增长便趋于停滞，而车辆延误时间却骤然上升，因此也要规定最长信号周期的限值。通常以200s 作为最佳周期的上限值。周期长度确定后，各相位的绿灯时间应按各相位临界车道的交通量作正比例分配。
由最佳周期的近似计算公式(2.3)可知，交通信号灯的最佳周期是随交通流量变化的。而现实应用中，交通信号灯的周期是固定的，这种定周期的交通信号灯的周期在一天交通流量变化不大的路口可以得到较理想的效果[22]。
2.2.2 多时段定周期控制
周期长度及各相位的绿时是与交叉口的交通量密切相关的，然而，交叉口各方向的交通量不是一成不变的，一天中往往呈现几个明显的“高峰”交通流，如上下班期间。通过交通调查可以确定每日交通量按时间段的分布情况，从而可以进行多时段信号控制，即:把每天分为几个时段，每个时段内的交通量基本不变，因此可以计算出每个时段的周期长度及各相位绿时，于是，其配时方案就确定下来，交通信号机根据实时时钟自动进行方案的切换。把交通信号灯的周期在一天之内分为多个时段，让其随时间的变化而自动变化，则可以解决信号灯周期与交流流量变化的矛盾。
2.2.3 定时控制的优越性和局限性
1.定时控制的适用范围及其优越性:
(1)定时控制因信号启动时间可取得一致而利于同相邻交通信号协调，特别是要联结几个相邻交通信号或一个信号网络系统；
(2)定时控制适合于交通流量变动模式基本固定，并可以预测的情况；
(3)固定配时方案的优点在于便于执行，对控制系统的硬件要求较为简单。鉴于路网上各个交叉口的信号配时参数都是预先确定的，故不必在执行中根据实时交通状况作任何调整，也不需要采集实时交通数据和反馈，故系统设备投资及运营费用均低。
2.定时控制的局限性:
然而，也正是因为配时方案是预先确定的，且一经确定，就不能根据实时交通情况作灵活调整，所以，这种方法存在一些明显的弊端：
(1)配时方案的老化
众所周知，不论那种固定配时系统，它们的配时方案都是根据历史性交通资料，事先经过脱机计算建立起来的。然而，路网上交通状况（车流量的分布，流量大小及流向）总是不可能长期维持某一固定的模式。车辆的增长，土地使用状况的变迁，路网布局的变化，新的交通设施出现以及交通管理对策和方式的改变等等，都必然会影响路网上交通状况的明显改变。都意味着原定配时方案所适应的交通状况不复存在，那么这套配时方案优越性自然也就随之消失。这就要求交通工程师们比较频繁地更新配时方案。
(2)控制策略的灵活性较差
固定配时方案一经建立并付诸执行，就不会自动调整和更改。因此，路网上随时有可能发生的一些意外事件，往往会导致严重的交通阻塞，甚至于瘫痪，固定配时控制系统不能随机应变地自动作出灵活反应，对临时出现的局部路网拥挤阻塞也没有自动疏导的功能。
(3)无实时交通信息反馈
除非设置专门用于采集交通数据的检测器，固定配时控制系统是没有任何关于路网上实时交通状况信息反馈的，固定配时控制系统的这一弊端，不仅限制了它的灵活性，也给交通规划和交通管理工作带来一定的困难。自制的交通信号控
制器留出了采集实时交通数据的车辆检测器接口，在一定程度上可弥补这一缺点。
2.3 感应控制
为了避免绿灯的浪费，提出了感应控制的思想，其基本原理是某相位在最小绿灯结束时，若检测到车辆到达则给出一个单位延长时间，否则转到下一个相位，直到达到最大绿灯时间。感应控制包括全感应控制和半感应控制，半感应式和全感应式这两种方式是在前两种方式的基础上增加了车辆检测器并根据其提供的信息来调整周期长和绿信比，它能够较好的适应交通流的变化。全感应控制适应于道路等级相当、交通量差别较小的信号交叉口；而半感应控制则针对主次道路相交的信号交叉口。由于根据车辆检测器来测量数据，能够实时响应交通流的变化，因而感应控制比定时控制要先进。
从控制的实时方式来区分，感应控制[23]可分两种：半感应控制；全感应控制。
2.3.1 半感应控制
半感应控制对一个十字交叉口来说，只需在次要道路的两个入口道设置车辆检测器，主干道通行的信号相称为非感应相，而次要道路获得通行权的信号则称为感应相。次要道路获得绿灯必须具备两个条件:检测器检测到车辆到达；主干道最小绿灯时间已结束。感应信号相设置初始绿灯时间、单位延续绿灯时间和最大绿灯时间。当次要道路获得通行权所需要的两个条件均具备时，信号机首先给该信号相一个初始绿灯时间，以使到达的车辆通过交叉口，如果此后再无车到达，初始绿灯时间一结束，通行权又将转移到主干道；如果在初始绿灯时间内又检测到有车辆到达，则次道绿灯将延长一个单位延续绿灯时间。直到累计时间达到最大绿灯时间。此后，即使次要道路绿灯不再延长，绿灯信号将转移到主干道。
半感应控制特别适合交通流量相差较大的两相信号交叉口(孤立交叉口)，也常常用于主干道协调控制系统中。半感应控制配时的主要参数[24]有:
(1) 主干道最小绿灯时间，由交叉口的交通条件来确定；