信号配时的具体过程
（1）四个进口道的进口车流量
左转直行右转
东进口
西进口
南进口
北进口
（2）进行相位设计：判定是否设置左转相位
试以180S为一周期计算
车辆数是否设置左转
东进口一周期内左转
西进口一周期内左转
南进口一周期内左转
北进口一周期内左转
（3）在CAD中测量出冲突距离（单位：m）
（4）计算冲突时间（冲突时间=冲突距离/行驶速度）
交叉口行驶速度折合为道路行驶速度的一半注意单位一致
m/s
（5）计算绿灯间隔时间（绿间=冲突时间+2s）
（6）黄灯时间（绿灯间隔时间>3s则黄灯设为3s，其余时间输出为全红，否则黄灯时间扩充为3s全红取消）
（7）全红时间（是否存在）
（8）损失时间;部分启动损失+全红时间（部分损失时间=1.35+0.13）
（9）总损失时间L：个相位损失时间之和
（10）相位交通流量比（关键车流）：取本相位中交通流量比中最
大的一个
交通流量比的计算方法：y=【相位流量（q）/饱和流率（s）】（max）（11）Y=各个相位交通流量比之和
（12）推荐周期（C）：C=（1.5L+5）/（1-Y）取整
（13）总的绿灯有效时间u t：u t=推荐周期-总的损失时间
（14）各个相位绿灯有效时间u i：u i=[本相位的交通流量比(y)/Y]*u t 各个相位绿灯时间不足15s的先进行等比扩大，在进行等差扩大（15）绿灯显示时间G：即位有效绿灯时间
（16）画出相位配时图
交通管理与控制课程设 计十字交叉口信号配时
优化设计
公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]
《交通管理与控制》课程设计
---------十字交叉口信号配时优化设计
姓名： xxxxxx 专业： 交通工程 班级： 08 级交通 2 班 学号： 08xxxxxxxx
1 基础资料收集 道路几何条件调查
红线宽度 每条机动车道宽度 绿化带宽度 非机动车道宽度 人行道宽度
红线宽度
每条机动车道宽度
绿化带宽度
每条非机动车宽度
人行道宽度
绿化道宽度
红线宽度
每条机动车宽度
非机动车道宽度
人行道宽度
绿化带宽度
说明： 1. 本图为学院北路与滏河大 街交叉口平面图 2. 比例
红线宽度 每条机动车道宽度 每条非机动车宽度 人行道宽度 绿化道宽度
学院北路与滏河大街交叉口平面图 交叉口现状图
图例 车行道 入口引道 绿化带 中央分隔带 机非分隔带
东西方向
南北方向
现状信号配时图
项目
单位
道路等级 断面形式 设计车速 路幅宽度 车道数 单车道宽
Km/h m
车道功能划 分
非机动车道 宽
m
人行道宽
m
交通条件调查
（1）交通量调查
平峰小时流量表 进口
交叉口几何条件调查表
东 进出 口口 次干道 一块板
35 25 12
进出口方向
西
南
进出进出
口口口口
次干道 主干道
三块板 一块板
35
50
35
45
2244
北 进出 口口 主干道 三块板
50 50 44
直 左 右
1个 直 行
直 左 直 右
2个 直 行
直 行 直 右 左
3个 直 行
直 行 直 左 直 右
3个 直 行
2
3
3
机动车
自行车
行人
东二环路--六合路交叉口信号配时 设计说明书
目录 1交叉口现状调查与分析 (2) 1.1交叉口现状车道分布 (2) 1.2交叉口几何尺寸调查 (2) 1.3交叉口现状信号相位及配时 (3) 1.4各进口道各流向的交通量 (3) 1.5交叉口现状的延误 (6) 1.6问题分析 (6) 1.7解决问题 (7) 2渠化设计与信号配时 (7) 2.1第一次试算 (7) 2.2第二次试算 (13) 2.3第三次试算 (20) 3方案确定，完成信号配时设计 (25) 3.1渠化后的交叉口 (25) 3.2相位图 (26) 3.3延误与服务水平 (26)
1交叉口现状调查与分析 1.1交叉口现状车道分布 金鸡路口位于桂林市七星区，路口为东二环路与金鸡路、六合路的十字交叉，设计形状畸形。其现状车道分布如下图： 北 东 西 南 1.2交叉口几何尺寸调查 由实地测量的交叉口现状的几何尺寸得：
1.3交叉口现状信号相位及配时 由实际测量的交叉口现状的信号相位及其配时方案得： 1.4各进口道各流向的交通量 由调查的某日交叉口17:00至18:00高峰小时流量，通过车辆换算系数，将各类机动车型换算成标准小汽车，将各类非机动车车型换算成自行车，得到各进口道各流向的机动车高峰小时Qmn以及各进
口道自行车交通量，车辆换算系数如下： 各类机动车型换算成标准小汽车的系数： 各类非机动车换算成自行车的系数： 由此得到配时时段中各进口道各流向的高峰小时中最高15min 的流率，由公式： q dnm=4*Q15mn 得到各进口道各流向的机动车最高15min流率换算的小时交通量，以及各进口道自行车最高15min交通量的平均流率。
1-9 已知随机变量X 的分布函数为 2 0, 0(),01 1,1 X x F x kx x x ? 求：①系数k ； ②X 落在区间(0.3,0.7)内的概率； ③随机变量X 的概率密度。 解： 第①问 利用()X F x 右连续的性质 k ＝1 第②问 {} {}{}()()0.30.70.30 .70.70 .3 0.7P X P X F P X F =<< =<≤-=- 第③问 201()()0 X X x x d F x f x else dx ≤
1-10已知随机变量X 的概率密度为()()x X f x ke x -=-∞<<+∞（拉 普拉斯分布），求： ①系数k ②X 落在区间(0,1)内的概率 ③随机变量X 的分布函数 解： 第①问 ()1 1 2 f x d x k ∞ -∞==? 第②问 { }()( )()2 1 1 221x x P x X x F x F x f x d x <≤ =-=? 随机变量X 落在区间12(,]x x 的概率12{}P x X x <≤就是曲线()y f x =下的曲边梯形的面积。 {}{}()() 1 0101011 12 P X P X f x dx e -<<=<≤==-? 第③问 ()102 10 2 x x e x f x e x -?≤??=? ?>?? ()00()1100 2 2 111010 2 22 x x x x x x x x F x f x dx e dx x e x e dx e dx x e x -∞ -∞---∞=??≤≤??? ?==????+>->????? ???
7 交通信号配时设计 1定时交通信号配时设计的内容与程序 配时设计内容 单个交叉口定时交通信号配时设计内容应包括：确定多段式信号配时时段划分、配时时段内的设计交通量、初始试算周期时长和交通信号相位方案、信号周期时长、各相位信号配时绿信比、估评服务水平 设计程序示于图。
新建交叉口，在缺乏交通量数据的情况下，十字交叉口，建议先按表所列进口车道数与渠化方案选取初步试用方案；T形交叉口，建议先用三相位信号；然后根据通车后实际交通各流向的流量调整渠化及信号相位方案。 表新建十字形交叉口建议试用方案 2定时交通信号配时设计的时段划分 单个交叉口定时交通信号配时应按每天交通量的时变规律采用多段式信号配时。 分段视实际情况可从早高峰时段、下午高峰时段、晚高峰时段、早、晚低峰时段、中午低峰时段及一般平峰时段等各时段中选取。 各时段信号配时方案，按所定不同时段中的设计交通量分别计算。
3定时交通信号配时设计的设计交通量 信号配时设计的设计交通量，须按各配时时段内交叉口各进口道不同流向分别确定。 交叉口各进口道不同流向的设计交通量须取：各配时时段中的高峰小时中的最高15分钟流率换算的小时交通量，宜用实测数据，按下式计算： mn mn Q q d 154?= （） 式中：mn d q —— 配时时段中，进口道m 、流向n 的设计交通量(pcu/h) mn Q 15——配时时段中，进口道m 、流向n 的高峰小时中最高15分钟 的流率(pcu/15min) 无最高15分钟流率的实测数据时，可按下式估算： ()mn mn d PHF Q q mn = （） 式中：mn Q —— 配时时段中，进口道m 、流向n 的高峰小时交通量(pcu/h ) ()mn PHF —— 配时时段中，进口道m 、流向n 的高峰小时系数；主要 进口道可取，次要进口道可取 4交通信号相位设定 信号相位必须同交叉口进口道车道渠化（即车道功能划分）方案同时设定。 信号相位对应于左右转弯交通量及其专用车道的布置，常用基本方案示于图。
2交通信号控制的基本理论 本章首先给出了交通信号控制的基本概念，包括：信号相位，周期时长，绿信比，相位差，绿灯间隔时间，有效绿灯时间等，然后介绍了常用的交叉口性能指标以及计算方法，最后给出了常用交叉口的信号配时方法。这些研究为后面的信号配时模型及优化方法的研究奠定了理论基础。 2.1交通控制的基本概念 交叉路口信号配时参数优化，首先必须准确把握和理解交通控制中的一些基本概念。下面对信号配时设计中部分参数作一介绍。 (l)信号相位：在一个信号周期内，具有相同的信号灯色显示的一股或几股交通流的信号状态序列称作一个信号相位。信号相位是按车流获得信号显示的时序来划分的，有多少种不同的时序排列，就有多少个信号相位。每一个控制状态，对应显示一组不同的灯色组合，称为一个相位。简而言之，一个相位也被称作一个控制状态。以四相位为例如图所示： 相位1 相位2 相位3 相位4 图1 四相位信号相序控制示意图 (2)周期时长：信号灯发生变化，信号运行一个循环所需的时间，等于绿、黄、红灯时间之和；也等于全部相位所需的绿灯时间和黄灯时间(一般是固定的)的总和。周期过长时，等待的人容易产生急躁情绪，因此通常以180秒为最高界限。
图1 第一、三配时表 (3)绿信比：是指在一个周期内(对一指定相位)，有效绿灯时间与信号周期长度之比。 (4)相位差(又叫绿时差或绿灯起步时距)：相位差是针对两个信号交叉口而言，是指两个相邻交叉口它们同一相位绿灯(或红灯)开始时间之差。 它分为绝对相位差和相对相位差。相对相位差是指在各路口的周期时间均相同的联动信号系统中，相邻两个交叉路口协调相位的绿灯起始时间之差。绝对相位差是指在联动信号系统中选定一标准路口，规定该路口的相位差为零，其他路口相对于标准路口的相位差叫绝对相位差。 (5)绿灯间隔时间：是指从失去通行权的相位的绿灯结束，到下一个得到通行权的相位绿灯开始所用的时间。绿灯间隔时间的长短主要取决于交叉口的几何尺寸，因此，要确定该时间的长度就必须首先考虑停止线和潜在冲突点之间的相关距离，以及车行驶这段距离所需的时间。 (6)有效绿灯时间：是指被有效利用的实际车辆通行时间。它等于绿灯时间与黄灯时间之和减去损失时间。损失时间包括两部分，一是绿灯信号开启时，车辆启动时的时间；还有绿灯关闭、黄灯开启时，只有越过停止线的车辆才能继续通行，所以也有一部分损失时间，即为绿灯时间减去启动时间加上结束滞后时间。结束滞后时间是黄灯时间中有效利用的那部分。每一相位的损失时间为启动延迟时间和结束滞后时间之差。 在实际工作中，损失时间的精确计算是非常困难的，也没有必要。通常取绿灯时间代替有效绿灯时间 2.2交通信号控制类型简述 2.2.1定时控制 (l)定义 依据交通量历史数据进行配时，交通信号按照配时方案运行，一天只按一个配时方案的配时方法。定时控制是单个交叉路口最基本的控制方法。 (2)适用条件及优点
实用标准文案
《交通管理与控制》课程设计
---------十字交叉口信号配时优化设计
姓名： xxxxxx 专业： 交通工程 班级： 08 级交通 2 班 学号： 08xxxxxxxx
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1 基础资料收集
1.1 道路几何条件调查
交叉口现状图
红线宽度 每条机动车道宽度 绿化带宽度 非机动车道宽度 人行道宽度
实用标准文案
红线宽度 每条机动车道宽度 绿化带宽度 每条非机动车宽度 人行道宽度 绿化道宽度
红线宽度 每条机动车宽度 非机动车道宽度 人行道宽度 绿化带宽度
说明： 1. 本图为学院北路与滏河大 街交叉口平面图 2. 比例
红线宽度 每条机动车道宽度 每条非机动车宽度 人行道宽度 绿化道宽度
学院北路与滏河大街交叉口平面图
图例 车行道 入口引道 绿化带 中央分隔带 机非分隔带
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实用标准文案
东西方向
南北方向
现状信号配时图
项目
单位
道路等级 断面形式 设计车速 路幅宽度
车道数 单车道宽
Km/h m
车道功能划分
非机动车道宽
m
人行道宽
m
1.2 交通条件调查
（1）交通量调查
平峰小时流量表
进口
左
东
直
右
左
西
直
右
左 南
直
交叉口几何条件调查表
东
进口 出口
次干道
一块板
35
25
1
2
3.0 3.0
直左 1 个 右 直行
3.5 2
进出口方向
西
南
进口 出口 进口 出口
次干道
主干道
三块板
一块板
35
50
35
45
2
2
4
4
3.0 3.0 3.0 3.0
直 左 2个 直右 直行
直行 直右
左
3个 直行
3.5
4.5
3.5
3
北
进口 出口
主干道
三块板
50
50
4
4
3.0 3.0
直行 直左 直右
3个 直行
4.5
3
机动车 15 154 43 245 485 311 292 672
自行车 24 99 12 43 93 143 18 142
行人 ---44 ------87 ------78
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信号检测与处理 1、设在某二元通信系统中，有通信信号和无通信信号的先验概率分别为：P(H 1)=0.8，P(H 0)=0.2。若对某观测值x 有条件概率分布f(x|H 1)=0.25和f(x|H 0)=0.45，试用最大后验概率准则对该观测样本x 进行分类。 2、在存在加性噪声的情况下，测量只能为2v 或0v 的直流电压，设噪声服从均值为0、方差为 2 σ的正态分布，设似然比门限值为0l ，试对测量结果进行分类（10分） 3、设二元假设检验的观测信号模型为： H0:x=-1+n H1:x=1+n 其中n 是均值为零、方差为1/2的高斯观测噪声。若两种检验都是等先验概率的，而代价因子为： C 00=1 ,C 10=4, C 11=2 C 01=8。试求Bayes 判决表示式，并画出bayes 接收机形式。 4、设x1,x2,…xn 是统计独立的方差为2σ的高斯随机变量，在H1假设下均值为a1，H0假设下均值为a0，似然比门限为0l ，试对其进行判决，并求两种错误概率。（20分） 5、在二元数字通信系统中，时间间隔T 秒内，发送一个幅度为d 的脉冲信号，即s 1=d,代表1；或者不发送信号，即s 0=0，代表0。加性噪声服从均值为0，方差为1的高斯分布，当先验概率未知，正确判决不花代价，错误判决的代价相等且等于1时，采用极大极小准则计算其极大极小风险为多大，相应的q 0为多少？ 6、在加性噪声背景下，测量0V 和1v 的直流电压在P(D1|H0)=0.1的条件下，采用Neyman-Pearson 准则，对一次测量数据进行判决。假定加性噪声服从均值为0，方差为2的正态分布。（已知erf(0.9)=0.7969） 第四章 1、已知发送端发送的信号分别为???≤≤-=≤≤=T t t A t s T t t A t 0,sin )(0,sin )(s 1 0ωω 试利用最小错误概率准则设计一台接收机，对如下假设做出判决，并画出接收机的结构形式。 ???+=+=) ()()(:H )()()(:H 1100t n t s t x t n t s t x ，n(t)服从均值为0功率谱密度为N 0/2的高斯白噪声。 2、已知发送端发送的信号分别为???≤≤=≤≤=T t t A t s T t t A t 0,2sin )(0,sin )(s 1 0ωω 试利用最小错误概率准则设计一台接收机，对如下假设做出判决，并画出接收机的结构形式。 ???+=+=)()()(:H )()()(:H 11 00t n t s t x t n t s t x ，n(t)服从均值为0功率谱密度为N 0/2的高斯白噪声。 3、已知发送端发送的信号分别为???≤≤=≤≤=T t t A t s T t t 0,sin )(0,0)(s 1 0ω 试利用最小错误概率准则设计一台接收机，对如下假设做出判决，并画出接收机的结构形式。 ???+=+=)()()(:H )()()(:H 11 00t n t s t x t n t s t x ，n(t)服从均值为0功率谱密度为N 0/2的高斯白噪声。
本次设计选择的路段上有四个交叉口，其中两个T字交叉口、两个十字交叉口。四个交叉口均属于定时信号配时。国际上对定时信号配时的方法较多，目前在我国常用的有美国的HCM法、英国的TRRL法（也称Webster法）、澳大利亚的ARRB法（也称阿克赛利克方法）、中国《城市道路设计规》推荐方法、停车线法、冲突点法共六种方法。本次设计运用的是比较经典的英国的TRRL 法，即将F·韦伯斯特—B·柯布理论在信号配时方面的使用。对单个交叉口的交通控制也称为“点控制”。本节中使用TRRL法对各个交叉口的信号灯配时进行优化即是点控制中的主要容。在对一个交叉口的信号灯配时进行优化时，主要的是根据调查所得的交通流量先确定该点的相位数和周期时长，然后确定各个相位的绿灯时间即绿信比。 柯布(B．M．Cobbe)和韦伯斯特(F．V．Webester)在1950年提出TRRL法。该配时方法的核心思想是以车辆通过交叉口的延误时间最短作为优化目标，根据现实条件下的各种限制条件进行修正，从而确定最佳的信号配时方案。 其公式计算过程如下： 1.最短信号周期C m 交叉口的信号配时，应选用同一相位流量比中最大的进行计算，采用最短信号周期C m时，要求在一个周期到达交叉口的车辆恰好全部放完，即无停滞车辆，信号周期时间也无富余。因此，C m恰好等于一个周期损失时间之和加上全部到达车辆以饱和流
量通过交叉口所需的时间，即： 1212 n m m m m n V V V C L C C C S S S =+ +++ （4-8） 式中：L ——周期损失时间（s ）； ——第i 个相位的最大流量比。 由（4-8）计算可得： 111m n i L L C Y y = = --∑ （4-9） 式中：Y ——全部相位的最大流量比之和。 2.最佳信号周期C 0 最佳周期时长C 0是信号控制交叉口上，能使通车效益指标最佳的交通信号周期时长。若以延误作为交通效益指标，使用如下的Webster 定时信号交叉口延误公式： 1 22(25) 32(1)0.65()2(1)2(1)C x C d x x q x q λλλ+-=+--- （4-10） 式中：d ——每辆车的平均延误； C ——周期长（s ）； λ——绿信比。 则总延误时间为： D=qd （4-11） 若使总延误最小，则： ()0d D dC = （4-12） i i V S
Synchro 交通信号协调及配时设计软件 一、引言 Synchro——交通信号协调及配时设计软件是美国Trafficware 公司根据美国交通部标准HCM规研发的，该标准中的参数是根据汽车性能、驾驶员的行为习惯、交通法规等设定的，计算得出的某些结果(如延误时间、服务水平、废气排放等)，作为方案比较的相对参数，具有重要参考价值的，信号配时也非常合理。 Synchro是进行交通信号配时与优化的理想工具，具备通行能力分析仿真，协调控制控制，自适应信号控制仿真等功能，并且具备与传统流行交通仿真软件CORSIM，TRANSYT一7F，HCS等的接口，其简单易懂，具有很高的工程实用价值。 Synchro——交通信号协调及配时设计软件包含的组件有：Synchro，SimTraffic，SimTraffic CI，3D Viewer，Warrants。 目前，Trafficware公司已推出Synchro 7版本。同Synchro 6相比，Synchro 7增加了一些不错的新功能，但却不会使你操作起来感觉陌生：例如，现在你在Synchro就能察看整个路网的几何布局，直接在地图侧边栏（map sidebar）上就可以编辑所有数据，同时还可以使用多位图（multiple bitmaps）创建背景图像。 SimTraffic 7置SimTraffic CI，赋予用户更多控制权。现在，你可以指定道路详细的几何特征及探测器布局，以及显示探测器的位置。同时你只需轻轻一点，就可利用附加的3D观看器以三维视图查看所有事物。
3D Viewer 7是美国Trafficware公司开发的一个具有革新性意义的插件，用户只需轻轻一点，就可从SimTraffic 7中直接生成三维场景，生成的视图场景接近真实场景。 Warrants 7是一个简便易用的软件模块，可以帮助交通专业人士决定在一个交叉口是否需要交通信号灯。Warrants 7可以一次评估整个交叉口网络，获取每个交叉口的时间段交通量。此外，Warrants 7还能与Synchro交换布局及交通量信息，方便建模。 Warrants 7可作为一个独立工具来运行，或与Synchro配合来评估多个交叉口。Warrants 7会根据MUTCD 2003信号标准与规则来评估交叉口；可以方便地与Synchro交换交叉路及容量数据，从而加快模型生成速度。Warrants 7也能从其它一些数据源，包括Microsoft Excel、TMC.vol文件中导入数据。当评估结束，Warrants 7会生成质量报告以显示评估结果。 1.SimTraffic 软件介绍 SimTraffic软件的微观仿真模型是在美国联邦公路局（FHWA）20多年来对道路车辆和驾驶员特性进行深入研究的基础上构造的，特别是针对于不容易从宏观角度进行建模的复杂的交通情况进行分析非常有效，包括：临近交叉口间的拥堵问题、临近交叉口间的车道变换问题、信号灯对临近无信号交叉口和车道的影响、严重拥挤交叉口的运行等。SimTraffic软件可以对下列交通现象进行仿真分析： 定时信号
第1章 信号与系统的基本概念 1.1 引言 系统是一个广泛使用的概念，指由多个元件组成的相互作用、相互依存的整体。我们学习过“电路分析原理”的课程，电路是典型的系统，由电阻、电容、电感和电源等元件组成。我们还熟悉汽车在路面运动的过程，汽车、路面、空气组成一个力学系统。更为复杂一些的系统如电力系统，它包括若干发电厂、变电站、输电网和电力用户等，大的电网可以跨越数千公里。 我们在观察、分析和描述一个系统时，总要借助于对系统中一些元件状态的观测和分析。例如，在分析一个电路时，会计算或测量电路中一些位置的电压和电流随时间的变化；在分析一个汽车的运动时，会计算或观测驱动力、阻力、位置、速度和加速度等状态变量随时间的变化。系统状态变量随时间变化的关系称为信号，包含了系统变化的信息。 很多实际系统的状态变量是非电的，我们经常使用各种各样的传感器，把非电的状态变量转换为电的变量，得到便于测量的电信号。 隐去不同信号所代表的具体物理意义，信号就可以抽象为函数，即变量随时间变化的关系。信号用函数表示，可以是数学表达式，或是波形，或是数据列表。在本课程中，信号和函数的表述经常不加区分。 信号和系统分析的最基本的任务是获得信号的特点和系统的特性。系统的分析和描述借助于建立系统输入信号和输出信号之间关系，因此信号分析和系统分析是密切相关的。 系统的特性千变万化，其中最重要的区别是线性和非线性、时不变和时变。这些区别导致分析方法的重要差别。本课程的内容限于线性时不变系统。 我们最熟悉的信号和系统分析方法是时域分析，即分析信号随时间变化的波形。例如，对于一个电压测量系统，要判断测量的准确度，可以直接分析比较被测的电压波形)(in t v （测量系统输入信号）和测量得到的波形)(out t v （测量系统输出信号），观察它们之间的相似程度。为了充分地和规范地描述测量系统的特性，经常给系统输入一个阶跃电压信号，得到系统的阶跃响应，图1-1是典型的波形，通过阶跃响应的电压上升时间（电压从10％上升至90％的时间）和过冲（百分比）等特征量，表述测量系统的特性，上升时间和过冲越小，系统特性越好。其中电压上升时间反映了系统的响应速度，小的上升时间对应快的响应速度。如果被测电压快速变化，而测量系统的响应特性相对较慢，则必然产生较大的测量误差。 信号与系统分析的另一种方法是频域分析。信号频域分析的基本原理是把信号分解为不同频率三角信号的叠加，观察信号所包含的各频率分量的幅值和相位，得到信号的频谱特性。图1-2是从时域和频域观察一个周期矩形波信号的示意图，由此可以看到信号频域和时域的关系。系统的频域分析是观察系统对不同频率激励信号的响应，得到系统的频率响应特性。频域分析的重要优点包括：（1）对信号变化的快慢和系统的响应速度给出定量的描述。例如，当我们要用一个示波器观察一个信号时，需要了解信号的频谱特性和示波器的模拟带宽，当示波器的模拟带宽能够覆盖被测信号的频率范围时，可以保证测量的准确。（2）
《交通管理与控制》课程设计
---------十字交叉口信号配时优化设计
姓名： xxxxxx 专业： 交通工程 班级： 08 级交通 2 班 学号： 08xxxxxxxx
1 基础资料收集
1.1 道路几何条件调查
交叉口现状图
红线宽度 每条机动车道宽度 绿化带宽度 非机动车道宽度 人行道宽度
红线宽度
每条机动车道宽度
绿化带宽度
每条非机动车宽度
人行道宽度
绿化道宽度
红线宽度
每条机动车宽度
非机动车道宽度
人行道宽度
绿化带宽度
说明： 1. 本图为学院北路与滏河大 街交叉口平面图 2. 比例
红线宽度 每条机动车道宽度 每条非机动车宽度 人行道宽度 绿化道宽度
学院北路与滏河大街交叉口平面图
图例 车行道 入口引道 绿化带 中央分隔带 机非分隔带
东西方向
南北方向
现状信号配时图
项目
单位
道路等级 断面形式 设计车速 路幅宽度
车道数 单车道宽
Km/h m
车道功能划分
非机动车道宽
m
人行道宽
m
1.2 交通条件调查
（1）交通量调查
平峰小时流量表
进口
左
东
直
右
左
西
直
右
左 南
直
交叉口几何条件调查表
东
进口 出口
次干道
一块板
35
25
1
2
3.0 3.0
直左 1 个 右 直行
3.5 2
进出口方向
西
南
进口 出口 进口 出口
次干道
主干道
三块板
一块板
35
50
35
45
2
2
4
4
3.0 3.0 3.0 3.0
直 左 2个 直右 直行
直行 直右
左
3个 直行
3.5
4.5
3.5
3
北
进口 出口
主干道
三块板
50
50
4
4
3.0 3.0
直行 直左 直右
3个 直行
4.5
3
机动车 15 154 43 245 485 311 292 672
自行车 24 99 12 43 93 143 18 142
行人 ---44 ------87 ------78
一、概念： 1. 匹配滤波器。 概念：所谓匹配滤波器是指输出判决时刻信噪比最大的最佳线性滤波器。 应用：在数字信号检测和雷达信号的检测中具有特别重要的意义。在输出信噪比最大准则下设计一个线性滤波器是具有实际意义的。 2. 卡尔曼滤波工作原理及其基本公式(百度百科) 首先，我们先要引入一个离散控制过程的系统。该系统可用一个线性随机微分方程（Linear Stochastic Difference equation）来描述： X(k)=A X(k-1)+B U(k)+W(k) 再加上系统的测量值： Z(k)=H X(k)+V(k) 上两式子中，X(k)是k时刻的系统状态，U(k)是k时刻对系统的控制量。A和B是系统参数，对于多模型系统，他们为矩阵。Z(k)是k时刻的测量值，H是测量系统的参数，对于多测量系统，H为矩阵。W(k)和V(k)分别表示过程和测量的噪声。他们被假设成高斯白噪声(White Gaussian Noise)，他们的covariance 分别是Q，R（这里我们假设他们不随系统状态变化而变化）。 对于满足上面的条件(线性随机微分系统，过程和测量都是高斯白噪声)，卡尔曼滤波器是最优的信息处理器。下面我们来用他们结合他们的covariances 来估算系统的最优化输出（类似上一节那个温度的例子）。 首先我们要利用系统的过程模型，来预测下一状态的系统。假设现在的系统状态是k，根据系统的模型，可以基于系统的上一状态而预测出现在状态： X(k|k-1)=A X(k-1|k-1)+B U(k) (1) 式(1)中，X(k|k-1)是利用上一状态预测的结果，X(k-1|k-1)是上一状态最优的结果，U(k)为现在状态的控制量，如果没有控制量，它可以为0。 到现在为止，我们的系统结果已经更新了，可是，对应于X(k|k-1)的covariance还没更新。我们用P表示covariance： P(k|k-1)=A P(k-1|k-1) A’+Q (2) 式(2)中，P(k|k-1)是X(k|k-1)对应的covariance，P(k-1|k-1)是X(k-1|k-1)对应的covariance，A’表示A的转置矩阵，Q是系统过程的covariance。式子1，2就是卡尔曼滤波器5个公式当中的前两个，也就是对系统的预测。 现在我们有了现在状态的预测结果，然后我们再收集现在状态的测量值。结合预测值和测量值，我们可以得到现在状态(k)的最优化估算值X(k|k)： X(k|k)= X(k|k-1)+Kg(k) (Z(k)-H X(k|k-1)) (3) 其中Kg为卡尔曼增益(Kalman Gain)： Kg(k)= P(k|k-1) H’ / (H P(k|k-1) H’ + R) (4)
第1章 信号与系统的基本概念 1.1 引言 系统是一个广泛使用的概念，指由多个元件组成的相互作用、相互依存的整体。我们学习过“电路分析原理”的课程，电路是典型的系统，由电阻、电容、电感和电源等元件组成。我们还熟悉汽车在路面运动的过程，汽车、路面、空气组成一个力学系统。更为复杂一些的系统如电力系统，它包括若干发电厂、变电站、输电网和电力用户等，大的电网可以跨越数千公里。 我们在观察、分析和描述一个系统时，总要借助于对系统中一些元件状态的观测和分析。例如，在分析一个电路时，会计算或测量电路中一些位置的电压和电流随时间的变化；在分析一个汽车的运动时，会计算或观测驱动力、阻力、位置、速度和加速度等状态变量随时间的变化。系统状态变量随时间变化的关系称为信号，包含了系统变化的信息。 很多实际系统的状态变量是非电的，我们经常使用各种各样的传感器，把非电的状态变量转换为电的变量，得到便于测量的电信号。 隐去不同信号所代表的具体物理意义，信号就可以抽象为函数，即变量随时间变化的关系。信号用函数表示，可以是数学表达式，或是波形，或是数据列表。在本课程中，信号和函数的表述经常不加区分。 信号和系统分析的最基本的任务是获得信号的特点和系统的特性。系统的分析和描述借助于建立系统输入信号和输出信号之间关系，因此信号分析和系统分析是密切相关的。 系统的特性千变万化，其中最重要的区别是线性和非线性、时不变和时变。这些区别导致分析方法的重要差别。本课程的内容限于线性时不变系统。 我们最熟悉的信号和系统分析方法是时域分析，即分析信号随时间变化的波形。例如，对于一个电压测量系统，要判断测量的准确度，可以直接分析比较被测的电压波形)(in t v （测量系统输入信号）和测量得到的波形)(out t v （测量系统输出信号），观察它们之间的相似程度。为了充分地和规范地描述测量系统的特性，经常给系统输入一个阶跃电压信号，得到系统的阶跃响应，图1-1是典型的波形，通过阶跃响应的电压上升时间（电压从10％上升至90％的时间）和过冲（百分比）等特征量，表述测量系统的特性，上升时间和过冲越小，系统特性越好。其中电压上升时间反映了系统的响应速度，小的上升时间对应快的响应速度。如果被测电压快速变化，而测量系统的响应特性相对较慢，则必然产生较大的测量误差。 信号与系统分析的另一种方法是频域分析。信号频域分析的基本原理是把信号分解为不
深圳职业技术学院汽车与交通学院 交通安全与智能控制专业2007级 2008-2009学年度第二学期期末考试（选修） 交通信号灯配时技术试卷A【开卷】 ——参考答案及评分标准—— 1．平面交叉路口按其类型大致分为：十字型、T型、Y型和混合型。（√）2．交通信号灯则是指由红色、黄色、绿色的灯色按顺序排列组合而成的显示交通信号的装置，主要分为指挥灯信号、车道灯信号和人行横道灯信号。（√）3．在我国，城市道路分为高速公路、快速路、主干路、次干路和支路五类。（×）4．设置信号灯的目的，是使交通能安全和通畅，但信号灯设置不当，反而会造成车辆延误与交通事故的增加，因此在安装之前，必须进行必要的论证。（√）5．道路交通标线是用图形符号和文字传递特定信息，用以管理交通、指示行车方向以保证道路畅通与行车安全的设施。（×）6．平面交叉路口采用的控制方式主要有以下四种：停车让路控制、减速让路控制、信号控制、交通警察指挥控制。（√）7．城市路口采用交通信号控制的目的是从时间和空间上将车流进行分离。（×）8．城市路口交通信号控制的对象是人、车、路和环境四大因素。（×）9．在城市路口交通流量不太大的情况下一般采用定周期控制模式。（×）10．在干道信号协调控制中要考虑三个最基本的参数：公用周期时长、绿信比和相位差。（√） 二、名词解释（每小题5分，共25分）【得分：】 1．信号周期 信号周期是指信号灯色按设定的相位顺序显示一周所需的时间，即一个循环内各控制步伐的步长之和，用C表示。 2．饱和流量 饱和流量是指单位时间内车辆通过交叉口停车线的最大流量，即排队车辆加速到正常行驶速度时，单位时间内通过停车线的稳定车流量，用S表示。 3．饱和度 道路的饱和度是指道路的实际流量与通行能力之比，用表示。 4．半感应控制 只在交叉口部分进口道上设置检测器的感应控制。感应控制是在交叉口进口道上设置车辆检测器，信号灯配时方案由计算机或智能化信号控制机计算，可随检测器检测到的车流信息而随时改变的一种控制方式。
2019年第6期 信息与电脑 China Computer & Communication 软件开发与应用VISSIM仿真在交叉口信号配时优化中的应用 张?萌 （陕西交通职业技术学院，陕西 西安 710018） 摘 要：城市道路平面信号交叉口是道路系统中重要的组成部分，交叉口信号配时对交通的有效运行具有重要影响。因此，如何提高交叉路口的通行能力对城市交通具有重要意义。以西安市凤城九路和文景路交叉口为例，通过调查分析交叉口现状及交通量，利用修正饱和流量模型优化该交叉口的信号配时。笔者利用VISSIM软件对优化前后的配时方案进行仿真评价，从而判断优化方案是否合理。 关键词：交叉口；信号配时；饱和流量；VISSIM 中图分类号：U491.54 文献标识码：A 文章编号：1003-9767（2019）06-119-03 Application of VISSIM Simulation in Signal Timing Optimization at Intersection Zhang Meng (Shaanxi College of Communication Technology, Xi'an Shaanxi 710018, China) Abstract: Urban road signalized intersection is an important part of road system. Signal timing of intersection has an important impact on the effective operation of traffic. Therefore, how to improve the traffic capacity of intersections is of great significance to urban traffic. Taking Fengcheng 9 Road and Wenjing Road intersection in Xi'an as an example, the present situation and traffic volume of the intersection are investigated and analyzed, and the signal timing of the intersection is optimized by using the modified saturated flow model. The author uses VISSIM software to simulate and evaluate the timing schemes before and after optimization, so as to judge whether the optimization scheme is reasonable. Key words: intersection; signal timing; saturated flow; VISSIM 1 交叉口基本状况 文景路凤城九路交叉口位于西安市南北主干道文景路和 东西干道凤城十路的交汇处。该交叉口西南角有中国建筑西 北设计研究院，东南脚有城市运动公园，周边还有很多店铺。 该交叉口南北方向为单向5车道，3条直行车道，一条左转 专用车道，一条右转专用车道，车道宽均为3.5?m；东西方 向为单向4车道，东进口一条直行车道，两条左转专用车道， 一条直右车道，车道宽均为3.2?m，西进口有一条专用左转 车道，两条直行车道，一条直右车道，车道宽均为3.2?m， 如图1所示。 该交叉口的相位方案采用四相位，第一相位为南北直行， 绿灯灯时50?s；第二相位为南北左转，绿灯灯时26?s；第三 相位为东西直行，绿灯灯时34?s；第四相位为东西左转，绿 灯灯时22?s，信号周期为144?s。交叉口交通量调查比较复 杂，依据该交叉口交通流特性，采用人工观测法，观测早高 峰（7:30—8:30）的交通量，调查结果如表1所示。图1 文景路凤城九路交叉口平面布局图 基金项目：2017年度陕西交通职业技术学院院级课题（项目编号：YJ170010）。 作者简介：张萌(1985—)，女，陕西西安人，硕士研究生，讲师。研究方向：交通规划、轨道交通等。 — 119 —
第三章 1、 设在某二元通信系统中，有通信信号和无通信信号的先验概率分别为：P(H 1)=0.8， P(H 0)=0.2。若对某观测值x 有条件概率分布f(x|H 1)=0.25和f(x|H 0)=0.45，试用最大后验概率准则对该观测样本x 进行分类。 2、在存在加性噪声的情况下，测量只能为2v 或0v 的直流电压，设噪声服从均值为0、方差为 2σ的正态分布，设似然比门限值为0l ，试对测量结果进行分类（10分） 3、设二元假设检验的观测信号模型为： H0:x=-1+n H1:x=1+n 其中n 是均值为零、方差为1/2的高斯观测噪声。若两种检验都是等先验概率的，而代价因子为： C 00=1 ,C 10=4, C 11=2 C 01=8。试求Bayes 判决表示式，并画出bayes 接收机形式。 4、设x1,x2,…xn 是统计独立的方差为2σ的高斯随机变量，在H 1假设下均值为a1，H0假设下均值为a0，似然比门限为0l ，试对其进行判决，并求两种错误概率。（20分） 5、在二元数字通信系统中，时间间隔T 秒内，发送一个幅度为d 的脉冲信号，即s 1=d,代表1；或者不发送信号，即s 0=0，代表0。加性噪声服从均值为0，方差为1的高斯分布，当先验概率未知，正确判决不花代价，错误判决的代价相等且等于1时，采用极大极小准则计算其极大极小风险为多大，相应的q 0为多少？ 6、在加性噪声背景下，测量0V 和1v 的直流电压在P(D1|H0)=0.1的条件下，采用Neyman-Pearson 准则，对一次测量数据进行判决。假定加性噪声服从均值为0，方差为2的正态分布。（已知erf(0.9)=0.7969） 第四章 1、已知发送端发送的信号分别为???≤≤-=≤≤=T t t A t s T t t A t 0,sin )(0,sin )(s 10ωω 试利用最小错误概率准则设计一台接收机，对如下假设做出判决，并画出接收机的结构形式。 ???+=+=) ()()(:H )()()(:H 1100t n t s t x t n t s t x ，n(t)服从均值为0功率谱密度为N 0/2的高斯白噪声。 2、已知发送端发送的信号分别为???≤≤=≤≤=T t t A t s T t t A t 0,2sin )(0,sin )(s 10ωω 试利用最小错误概率准则设计一台接收机，对如下假设做出判决，并画出接收机的结构形式。 ???+=+=)()()(:H )()()(:H 11 00t n t s t x t n t s t x ，n(t)服从均值为0功率谱密度为N 0/2的高斯白噪声。 3、已知发送端发送的信号分别为???≤≤=≤≤=T t t A t s T t t 0,sin )(0,0)(s 1 0ω 试利用最小错误概率准则设计一台接收机，对如下假设做出判决，并画出接收机的结构形式。 ???+=+=)()()(:H )()()(:H 11 00t n t s t x t n t s t x ，n(t)服从均值为0功率谱密度为N 0/2的高斯白噪声。
信号配时计算过程
本次设计选择的路段上有四个交叉口，其中两个T字交叉口、两个十字交叉口。四个交叉口均属于定时信号配时。国际上对定时信号配时的方法较多，目前在我国常用的有美国的HCM法、英国的TRRL法（也称Webster法）、澳大利亚的ARRB法（也称阿克赛利克方法）、中国《城市道路设计规范》推荐方法、停车线法、冲突点法共六种方法。本次设计运用的是比较经典的英国的TRRL法，即将F·韦伯斯特—B·柯布理论在信号配时方面的使用。对单个交叉口的交通控制也称为“点控制”。本节中使用TRRL法对各个交叉口的信号灯配时进行优化即是点控制中的主要内容。在对一个交叉口的信号灯配时进行优化时，主要的是根据调查所得的交通流量先确定该点的相位数和周期时长，然后确定各个相位的绿灯时间即绿信比。 柯布(B．M．Cobbe)和韦伯斯特(F．V．Webester)在1950年提出TRRL法。该配时方法的核心思想是以车辆通过交叉口的延误时间最短作为优化目标，根据现实条件下的各种限制条件进行修正，从而确定最佳的信号配时方案。 其公式计算过程如下： 1.最短信号周期C m 交叉口的信号配时，应选用同一相位流量比中最大的进行计算，采用最短信号周期C m时，要求在一个周期内到达交叉口的车辆恰好全部放完，即无停滞车辆，信号周期时间也无富余。因此，C m恰好等于一个周期内损失时间之和加上全部到达车辆以
饱和流量通过交叉口所需的时间，即： 1212n m m m m n V V V C L C C C S S S =+ +++L （4-8） 式中：L ——周期损失时间（s ）； ——第i 个相位的最大流量比。 由（4-8）计算可得： 111m n i L L C Y y = = --∑ （4-9） 式中：Y ——全部相位的最大流量比之和。 2.最佳信号周期C 0 最佳周期时长C 0是信号控制交叉口上，能使通车效益指标最佳的交通信号周期时长。若以延误作为交通效益指标，使用如下的Webster 定时信号交叉口延误公式： 1 22(25) 32(1)0.65()2(1)2(1)C x C d x x q x q λλλ+-=+--- （4-10） 式中：d ——每辆车的平均延误； C ——周期长（s ）； λ——绿信比。 则总延误时间为： D=qd （4-11） 若使总延误最小，则： ()0d D dC = （4-12） i i V S