吉林大学博士学位论文
第一章绪论
本章首先介绍了论文的课题来源，接着讨论了城市交通在城市发展中所起的作用及带来的问题，并由此探讨了城市交通问题的解决办法，以及城市交通信号控制系统在城市交通问题解决中所起的作用。在总结国内外城市交通控制发展状况的基础上，提出了研究城市交通控制信号配时参数优化技术的必要性，最后概括了论文的主要研究内容及其意义。
1.1 课题来源
本学位论文的完成主要基于下列科研项目：
（1）青岛海信网络科技股份有限公司项目《混合交通自适应控制系统理论、算法与模拟技术研究》
（2）国家自然科学基金重点项目《城市路网动态交通管理与控制关键理论及其模拟技术研究》
（3）吉林省杰出青年基金项目《宏观交通流理论研究》
1.2 研究背景
1.2.1 城市交通问题
交通是由人们的社会生产活动和生活活动而产生的，人类社会的行为与交通息息相关。汽车的出现和汽车工业的发展，使整个交通运输格局发生了巨大变化，极大地推动了人类社会的进程。
城市交通系统作为城市社会、经济和物质结构的基本组成部分，在组织生产、安排生活、提高城市客货流的有效运转及促进城市经济发展方面起到了十分重要的作用[1]。
然而，事情总是一分为二的。现代交通工具也是一把“双刃剑”，它在提高人们生活水平的同时，也带来了各种各样的城市交通问题。随着经济的发展，汽车保有量的急剧增加，如何降低交通的负面效应已成为全球面临的共同问题。
在国外，特别是西方国家，由于经济发展起步较早，20世纪60年代时交通问题就已经非常突出，纽约、巴黎、伦敦等城市的中心街道上，平均车速每小时只有十多公里。美国德州运输研究所对美国39个主要城市的研究，估计美国每年因交通阻塞造成的经济损失约为410亿美元，12个最大城市每年的损失
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均超过10亿美元；日本东京每年因交通拥挤造成交通参与者时间损失的价值相当于123 000亿日元；而欧洲每年因交通事故、交通拥挤和环境污染造成的经济损失分别达到500亿欧元、5 000亿欧元和50～500亿欧元[2-4]。
在我国，由于经济发展相对落后，汽车拥有量相对较小，在改革开放前及初期，交通问题并不严重。从80年代中期开始，随着我国国民经济的持续高速发展、城市化进程的加快以及机动化水平的提高，导致交通供需矛盾日益尖锐，城市交通状况日渐恶化，出行难已成为困扰人们生活的首要问题。最近几年来，轿车开始进入家庭，交通供需更加不平衡，交通拥挤更加严重，尤其是在一些大中城市，交通拥挤以及由此形成的社会公害，已成为我国城市面临的极其严重的“城市病”之一，严重时甚至导致城市整体或局部功能的瘫痪。城市交通问题在一定程度上已成为制约城市经济、社会可持续发展的瓶颈。
交通拥挤不仅带来了交通系统的服务水平下降，交通延误增加，行车速度降低，出行时间大幅度增加等直接危害，还导致了交通事故频繁，能源浪费严重，汽车尾气排放量增大，环境恶化等诸多问题。而交通事故的发生往往又使交通阻塞加剧，形成恶性循环。因此，交通问题已成为备受关注的社会问题。
以北京市为例，1996年，全市共发生交通堵塞16 798起，市区严重堵塞的路口、路段从1994年的36处猛增至99处，由此造成市区11条主要干道的车速降至12h km /，个别路段时速仅有7～8h km /。公共汽车平均运营速度由“五五”期间19h km /下降到“八五”期间的13h km /。低速行驶带来了环境的恶化，据统计：北京市来自汽车排放尾气中的一氧化碳（CO ）、碳氢化合物（HC ）、氮氧化合物（X NO ）分别占北京大气污染物的63％、73％和50％，是北京大
气中的主要污染源。90年代，北京市303条主要监测路段的交通噪声平均值一直处于72dB 左右，高于国家标准[5-7]。
1.2.2 城市交通问题的解决对策
城市交通是一个复杂的、受制变量众多的庞大系统。同样，城市交通问题也是一个复杂问题，由诸多因素决定。几十年来，尽管世界各国采取了各种各样的对策，但城市交通问题一直没有得到很好的解决。
城市交通问题的关键是交通拥挤问题。在我国，出现道路全面紧张的主要原因有两个方面：
（1）道路交通基础设施落后，路网结构不合理，交通需求的年增长速度是道路建设速度的10多倍，使得道路交通设施运输能力不能满足需求；
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（2）道路交通管理设施落后，交通流组织和管控水平不高，措施不完善，我国特有的行人、非机动车和机动车三元混合交通流结构，又使得现有道路交通设施的运输能力得不到充分利用而加重了交通拥堵。
在国内外长期的实践中，人们逐渐认识到任何单一层次、几种方法的简单集成都难以解决交通不畅这一“顽症”，必须采用系统工程的思想和方法，通过科学、系统的综合治理来加以解决。目前，解决城市交通拥挤问题必须从供和求两方面同时入手，其根本途径有两条：一是在“硬件”方面，加快交通基础设施建设，通过新建道路、立交或对现有的道路网络进行改造以提高整个路网的交通容量。二是在“软件”方面，加强交通管理，通过对交通流进行科学合理的组织与管控，充分发挥包括道路在内的现有交通设施的潜力，最大程度上使交通流做到安全、迅速、流畅、有序流动[8]。
交通设施的建设是发展城市交通，满足各种交通需求的物质基础。但是这种选择是有限的，首先这需要大量的资金投入，回报周期长，部分地区或城市难以承受。其次，仅仅依靠单纯的修建道路，不仅无法满足日益增长的交通需求，反而会刺激、诱增交通流，从而很快堵塞新建道路。而且在交通问题严重的市区，由于建筑格局已比较固定，土地开发强度已经相当高，通过大规模的道路建设提高交通用地比例往往是不可能的。在这种情况下，加强城市交通管理便成为解决交通问题的一条有效途径。
城市交通管理是按照既定的交通法规的规定和要求，运用各种手段、方法和工具，合理地限制和科学地组织、指挥交通。交通管理的范围广、内容多，主要包括：技术管理、行政管理、法规管理、交通安全教育与培训考核、交通控制等。其中，交通控制的目的是应用交通信号给不同流向的各类交通流分配通行权，从而实现时间上的分离。几十年来，城市交通控制系统在世界上备受瞩目且得到迅速发展，研究开发了一系列先进的城市交通信号控制系统（Advanced Urban Traffic Control System，AUTCS），在世界各国得到了广泛应用，并起到了较好的效果。例如：使用TRANSYT系统后，较单点固定配时一般可提高路网通行能力5～15％，行车速度提高20％～25％，减少车辆平均延误15％～40％，减少交通事故0%～15％，减少废气污染5％～15％，节省能耗5％～20％。同时还能大大减少交通警察和工程技术人员的工作量，降低其劳动强度，改善城市生态环境[9-11]。
下面简要介绍一下城市交通控制系统国内外的发展状况，进而确定本论文的研究内容。
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1.2.3 城市交通信号控制的发展
先进的城市交通控制系统是改善城市交通运行状况的重要途径之一，具有投资少、见效快的特点，同时它也是城市现代化的重要标志。早在100多年前，人们就开始研究交通信号，控制车辆出入交叉口的次序。伴随着科学技术的飞速发展和人们对交通规律与运行机理的深入认识，城市交通控制技术得到了长足的发展。（1）从控制范围来看，城市交通控制经过了单点信号控制（点控，Isolated Intersection Control）、干线信号协调控制（线控，Arterial Intersection Control）和区域信号协调控制（面控，Areawide Control）三个阶段；（2）从控制方式来看，经历了固定式信号控制（Fixed-time Control）、感应式信号控制（Vehicle Actuated，VA）到实时自适应信号控制（Real-time Adaptive Traffic Control）的过程。（3）从控制设备来看，由机械控制器、电机控制器、电子控制器发展到计算机控制系统。（4）从配时方案的制定技术来看，从人工技术为主发展成为以脱机计算机技术（Off-line）和联机计算机技术（On-line）为主的新阶段。因此，城市交通信号控制真可谓今非昔比，日新月异。
1、国外发展状况
1868年，英国发明家奈特（J.P.Knight）在伦敦的威斯明斯特（Westminster）街口设置了世界上最早的交通信号灯。它是仿效铁路信号，由红绿两种颜色组成的臂板式煤气信号灯，用来控制交叉路口马车通行，只限于夜间使用。后来，由于信号灯意外爆炸而停止使用。1918年，美国纽约街头出现了第一座手动操纵的电气照明三色信号灯。随后，1925年英国伦敦的皮卡迪利（Piccadilly）街口也采用了这种信号灯。1926年，英国人在伍尔弗汉普顿（Wolverhampton）安设了第一座自动交通信号灯，这是一种定周期的交通控制方式，适用于交通量变化不大，需分时段控制的交叉路口。1928年世界上第一台感应式信号机在美国巴尔的摩（Baltimore）试制成功，这种感应式信号机所使用的检测器最初是用橡皮管作传感器，由交通工程师阿德勒（Adler）发明。
为了解决交通流时空连续性与交叉路口“各自为政”孤立控制之间的矛盾，必须把相邻的交叉口作为一个系统来统一地加以控制。1917年，世界上第一个线控系统出现在美国的盐湖城（Salt Lake City），它是一种可同时控制6个交叉口的手动控制系统。1922年得克萨斯州休斯顿市（Houston）发展了可控制12个交叉口的瞬时交通信号系统，控制特点是采用电子自动计时器对路口的交通信号进行协调联动。6年之后，上述系统经过改进，形成“灵活步进式”定时干道协调控制系统，并很快普及到美国几乎每个城市。
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随着交通信号感应技术和电子计算技术的发展，1952年在美国科罗拉多州的丹佛市（Denver）出现了模拟电子计算机的交通信号控制系统，经过改进被称为“PR”系统。该系统由东方工业有限公司（Eastern Industries Inc.）研制，它将单一交叉口的交通感应控制概念应用于街道交通信号网络，采用车辆控制器取样并向该系统控制中心输入交通数据，用模拟电子计算机进行数据处理，然后再调整各交叉口的交通信号。从1952年到1961年的10年间，在美国建立了100多个这种交通信号控制系统。
到上世纪60年代，世界各国开始研究控制范围较大的信号协调控制系统，建立模拟各交叉口交通流状况的数学模型，以解决信号配时的优化问题。1960年加拿大的多伦多市（Toronto）将数字电子计算机（IBM650型计算机）用于区域交通信号控制，建成了世界上第一个中心式的交通信号控制系统，这个系统于1963年开始运转使用，可控制20个交叉口，到1973年做到可控制885
个交叉口。该系统将检测器的应用与交通信号控制系统结合起来，从此，开始了城市交通控制系统（Urban Traffic Control System，UTCS）发展历史的新纪元。因为系统试验获得圆满成功，所以在世界各大城市，如纽约、伦敦、慕尼黑和东京等相继建立了与其相似但有所改进的城市道路中心式交通控制系统（Centralized Traffic Signal Control Systems，CTSCS）。
1966年英国交通与道路研究所（Transport and Road Research Laboratory，TRRL）以丹尼斯?罗伯逊（D.I.Robertson）为首的小组开始研究开发TRANSYT （Traffic Network Tool，交通网络研究工具）系统，并于1968年研制成功。
由于以上配时方案存在老化问题，20世纪70年代，人们开始研究实时自适应的交通信号控制系统。1973年，英国道路研究所开始研究SCOOT（Split，Cycle and Offset Optimization Technique，绿信比—周期长—相位差优化技术）系统，1977年在哥拉斯格（Glasgow）进行了现场实验，取得了成功，1979年在哥拉斯格又进行了更大规模的实验（40个交叉口）并获得成功。至此SCOOT 系统宣布成功并开始在英国推广。与此同时，澳大利亚新南威尔士州干道部以西姆斯（A.G.Sims）为首进行新的交通控制方法的研究开发，经过10 年的时间，SCATS（Sydney Coordinated Adaptive Traffic System，悉尼自适应控制系统）获得成功并在悉尼应用。
至此，形成了以TRANSYT系统为代表的固定式信号配时的区域协调信号控制系统；以SCOOT系统为代表的自适应方案生成式系统（集中控制，Centralized Control）；以SCAT系统为代表的实时自适应方案选择式系统（分
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层控制，Multilevel Control）[12-22]。这些系统经过几十年的发展完善，在今天仍然是主导控制系统。
2、国内发展状况
我国在交通信号控制系统方面的工作起步较晚，解放前后很长一段时间，只有少数几座大城市有为数不多的单点定周期控制交叉口[8]。
直到20世纪70年代，有关单位又开始这方面的研究，陆续试验了感应式、定周期信号控制[10]。1979年北京前三门大街4个交叉口进行交通干线计算机（DJS-130型计算机）协调控制试验成功。到1980年单点定周期信号机在全国大中城市得到了较广泛的应用，北京、天津、上海等城市初步开始采用计算机进行干道协调控制和感应控制。
八十年代以来，城市道路交通问题越来越严重。国家一方面进行以改善城市市中心交通为核心的交通控制系统研究，如：在国家计委、国家科委的支持下，交通部、公安部、南京市完成了“七五”攻关项目，建成了南京城市交通控制系统HT-UTCS（代号2443）；另一方面采取引进与开发相结合的方针，建立了一些城市道路交通控制系统，如：1984年北京引进了南斯拉夫TRANSYT-7F系统应用于中心区53个路口（即二环路及其以内）。1985年又引进了 SCOOT系统，应用于东区39个路口，于1987年8月建成投入使用，后来扩展到北区和西区。另外，上海、广州、沈阳还引进了SCAT系统，大连、成都、青岛引入了SCOOT系统，长春引进了西班牙圣科（SAINCO TRAFICO）系统，深圳市引进了日本的京三（KYOSAN）系统。这些交通信号控制系统在一定程度上起到了提高城市道路运行效率，缓解交通拥挤的作用。但是由于我国开发能力相对落后，机动车、非机动车混行等因素，导致引进的系统多数执行的是单点多时段控制，少数具有简单的协调功能。而检测设备的损坏和系统维护工作的滞后也在一定程度上影响了控制效果[23-26]。
近年来，为解决日益突出的城市交通问题，出现了一批专业从事交通控制系统开发的公司，如：北京布鲁盾公司、京安通讯交通设施有限公司、清华紫光智能交通事业部、北京市振隆重科技发展公司、青岛海信网络科技股份有限公司、上海宝康公司、上海交大高新技术公司、无锡锡山大为科技、南京28
电子研究所等。他们通过自行研究，或与清华大学、吉林大学、同济大学等高等院校合作，相继开发了一些具有自主知识产权的城市交通控制系统，这些产品正逐步在各类城市得到使用。
3、交通控制系统发展方向
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伴随着现代高新技术的广泛推广与应用，城市交通信号控制系统呈现出两大发展趋势[27-53]。
（1）控制理念的变化
控制侧重点由微观向宏观转变，人们开始从全局和整体角度出发考察交通系统运行、交通流组织、交通规划、土地利用及其相关关系，从而把握城市交通系统的运行状态，提高系统的运行效率，解决城市交通问题，进而保证城市大系统的可持续发展。
（2）人工智能技术的应用
人工智能（Artificial Intelligence，AI）的研究始于20世纪50～60年代，计算机的广泛应用促成了人工智能的巨大发展，针对传统交通控制系统技术的缺点，交通工程师把人工智能的专家系统（Expert System，ES）、人工神经网络（Artificial Neural Network，ANN）、模糊控制（Fuzzy Control，FC）、遗传算法（Genetic Algorithm，GA）等先进技术应用到交通工程领域，使得交通控制系统的智能化水平得到进一步提高。随着这些技术的逐步成熟和完善，实用化程度的提高，对硬件要求的降低，必将使城市交通信号控制系统呈现更广阔的发展前景。
1.3 本论文的主要研究内容及意义
1.3.1 论文研究内容
先进的交通信号控制系统是多种软硬件技术的综合体，它涉及交通信息采集与处理技术、交通流量预测技术、数据库技术、计算机网络技术、控制与最优化技术、通讯技术、仿真技术等多个组成部分，需要跨学科、多领域专家的共同合作。其中信号配时参数优化是其核心技术和最终解决目标。信号交叉口的实际通行能力，车辆通过交叉口时受阻滞程度（延误时间和停车次数），以及其它交通效益量度指标都直接受配时方案影响。最优控制，其实质就是最优配时。改善配时设计方法，设法寻求一个最佳配时方案，便成了提高城市交通运行效率，最终取得良好的经济效益、社会效益和环境效益的关键。因此本论文选择信号配时参数优化作为主要内容加以重点研究。
对于固定式（或自适应）交通控制，主要优化的配时参数有：周期时长（Cycle Length）、绿信比（Split）和相位差（Offset），其中周期时长、绿信比既用于单点孤立控制交叉口，也用于实行联网协调控制的交叉口群。而相位差则是协
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调控制时使用的一个重要参数。对于感应式控制，主要优化的配时参数有：最小绿灯时间（Minimum Green Time）、单位绿灯延长时间（Unit Extension Time）和最大绿灯时间（Maximum Green Time）。信号配时参数的优化就是对上述这些参数进行优化计算或优选。对于固定式（或自适应）配时参数优化，最理想的方法是在确定优化目标和配时参数关系的基础上，同时优化三个参数，从而寻求最佳信号配时方案。但是这就需要反复迭代和大量计算，对于实时控制来说是不切实际的，尤其是当网络所含交叉口数量较多时更是如此。为节省控制计算机的CPU时间以及对硬件设备的要求，更通用的研究思路是各参数分别优化，即首先研究对交叉口交通控制起决定作用的周期时长参数，然后将其按照控制原则分配到各信号相位，最后考虑各交叉口间的相互协调问题。本文采用后者进行研究。
论文突破以往按照点、线、面的传统研究顺序，以城市交通控制系统信号配时参数优化为主线，在总结信号配时参数优化技术已有成果的基础上，利用优化理论详细研究了固定式（或自适应）、感应式控制配时参数优化方法。本论文的研究内容由几个相互联系的部分组成，具体内容如下：
（1）城市交通控制系统基本理论。该部分首先介绍了交通信号控制中信号相位、信号阶段、周期时长、绿信比、相位差等基本概念；接着讨论了交叉口设立信号灯的利弊和依据；信号相位相序优化设计原则和方法；最后探讨了反映城市交通控制系统信号配时优劣的主要评价指标和辅助评价指标，以及它们与信号配时参数的关系。这些内容是全文的基础，它为信号配时参数优化的深入研究提供了基本理论依据。
（2）周期时长优化方法研究。周期时长和交叉口通行能力、车辆平均延误等直接相关，在固定式（或自适应）信号配时中，它是决定交通信号控制效益的关键控制参数。本部分深入研究了各种常用周期时长优化方法，包括：TRRL 法、ARRB法、HCM法、冲突点法，对比分析了各自的优缺点。然后利用交通流量、时间占有率两个交通流参数，提出了反映交叉口交通负荷的交通强度模型，作为周期时长的优化依据。根据时间占有率计算公式，可将其转换为速度的函数，利用交通流理论流量与速度关系的伊迪模型，研究了交通强度随流量的变化规律。针对常见的2～5个关键相位交叉口，首次给出了基于交通强度的周期时长优化模型。该方法可以唯一地确定交通流的状态，弥补了以前方法的缺陷。通过长春市三个交叉口的摄像调查，对方法进行验证，周期时长计算值与实际交通状况较吻合，低峰时段延误较低，高峰时段通行能力较大，实现了
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优化目标，可用于周期时长的优化。论文还提供了一个四关键相位的交叉口配时实例。最后，论文研究了协调控制中周期时长的优化方法，包括周期时长的确定和双周期交叉口的判断。
（3）绿信比优化方法研究。绿信比反映交叉口各相位绿灯时长的大小，绿信比优化就是在各相位之间合理分配绿灯时间。本章首先回顾了韦伯斯特提出的“等饱和度”原则，以及阿克塞立科的“不等饱和度”修正方法，进而研究了关键相位的判断方法，并在此基础上深入研究了有无搭接相位等情况下绿信比的优化方法以及实际绿灯显示时间的计算。
（4）相位差优化方法研究。相位差是城市交通协调控制中的一个重要配时参数，它直接关系到协调效果的好坏。本部分对图解法、数解法、结合法、爬山法进行了研究，分析了各自的优缺点。并对实用相位差优化方法——数解法进行了改进，改进后的数解法可以实现流量不平衡下的双向绿波计算，存在双周期交叉口的协调子区绿波带计算，影响绿波带宽度交叉口的识别，绿波带线性方程组的求解等功能。同时论文根据长春市路段车流离散特性调查，以车辆延误为优化目标，应用结合法研究了区域控制下基于车辆到达与驶离图式的相位差优化方法。
（5）感应控制配时参数优化方法研究。感应控制是一种非常灵活的交通控制方式，在一些特定条件下具有非常好的控制效果。本部分首先回顾了感应控制的发展状况，以及感应控制的分类和简易流程；接着详细研究了感应控制配时三参数优化方法和理论。首次提出了可变单位绿灯延长时间的优化模型，并以长春市明德路－百汇街交叉口为例进行了研究。
1.3.2 论文研究意义
在我国，为了保证城市交通的可持续发展，各级政府部门对交通管理工作给予了高度重视，建立先进的交通控制系统已成为城市交通管理部门的共识。根据公安部、建设部在2000年联合推出的“畅通工程”的要求，地市级以上城市必须建设交通指挥中心，对城市交通进行科学、有效管理。而我国265个地级市中（截止2001年底），已建成和将要建成交通信号控制与管理系统的只有30个左右，而且多数为国外引进的系统。全国共有信号控制交叉口数量不到1万个（截止2001年底），远小于发达国家的数量（美国30万个，日本10万个）[8，10，26]。由此可见我国城市对交通控制系统需求的紧迫性和深入研究控制原理的必要性。另外，自适应交通控制系统的开发应用还可以带动与交通有关的设备及软件开发，从而替代国外同类产品。
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论文的研究将为深入研究适合中国国情的城市交通控制系统奠定基础，其研究成果对于改善交叉口配时设计方法，降低交叉口平均延误，提高道路网使用效率和交通安全性，缓解城市交通拥挤、空气污染、车辆燃油消耗以及噪声污染具有现实意义。文中配时参数优化方法和理论模型已经完成程序编制开发，并集成于信号机中，正在进行示范工程，对进一步推动我国城市交通控制系统现代化具有较高的理论指导意义和实用价值。
1.4 小结
本章首先简要地介绍了课题来源，论文研究背景。接着剖析了先进的城市交通控制系统在解决城市交通问题中所起到的作用，并回顾了城市交通控制的国内外发展状况。最后简单概括了本文的主要研究思路和结构安排，阐述了研究配时参数优化方法的意义。
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第二章城市交通信号控制基本理论
本章首先简要介绍了城市交通控制系统的一些基本概念，包括：信号相位、信号阶段、周期时长、绿信比、相位差等。接着分析了交叉口设置交通信号灯的利弊及设置依据，探讨了相位相序设计理论与方法。最后研究了城市交通控制系统主要评价指标和辅助评价指标以及它们的计算方法。这些研究为信号配时参数优化方法研究奠定了理论基础。
2.1 交通控制中的基本概念
交叉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[11,54]。
（1）信号相位（Signal Phase）：一股或几股车流在一个信号周期内，不管何时都获得相同的信号灯色显示，那么它们获得灯色的连续时序称作一个信号相位。信号相位是按车流获得信号显示时序来划分的，有多少种不同的时序排列，就有多少个信号相位。如图2－1所示。
（2）信号阶段（Signal Stage）：信号相位是周期性交替获得绿灯显示的，通过交叉口的“通行权”是依次轮流分配给各个相位的，“通行权”的每一次转换就称为一个“信号阶段”。一个周期内“通行权”交接几次，就是几个信号阶段。如图2－1所示。
（3）周期时长（Cycle Length）：信号灯各种灯色轮流显示一周所需的时间，即各种灯色显示时间之和，或是从某相位的绿灯启亮开始到下次该绿灯再次启亮之间的一段时间。用C表示，单位为s。
（4）绿信比（Split）：指在一个周期内某一相位有效绿灯时间g与信号周
期长度C之比，用λ表示。
（5）相位差（Offset）：又叫时差，通常用O表示，单位为s。相位差有绝对相位差和相对相位差之分。绝对相位差（Absolute Offset）是指各个信号的绿灯（红灯）的起点或中点相对于某一个交叉口（一般为关键交叉口）信号绿灯（红灯）的起点或中点的时间之差。相对相位差（Relative Offset）是指相邻交叉口同一相位的绿灯（红灯）的起点或中点的时间之差。相对相位差等于两个信号绝对相位差之差。在实际应用中，一般多用绿灯的起点或中点作为时差的标点，这种时差称为绿时差或绿灯起步时距。
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城市道路交通信号控制方式适用规范1范围 本标准规定了不同信号控制方式的适用基本原则、多相位控制方式设计原则以及采用不同控制方式的技术-经济评价方法。 本标准适用于城市道路交通信号控制方式的设计和建设。 2规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GA/T 509-2004城市交通信号控制系统术语 3术语和定义 GA/T 509-2004中确立的术语和定义适用于本标准。 4单点多时段定时控制方式、单点感应控制方式、线协调控制方式、区域协调控制方式适用基本原则单点多时段定时控制方式、单点感应控制方式、线协调控制方式、区域协调控制方式均应根据交通需求和道路条件选定，并需进行技术-经济评价。 在选用某种控制方式时，宜采用计算机仿真技术进行分析比较和配时方案的优化。 4.1单点多时段定时控制方式适用原则 单点多时段定时控制方式是最基本、最经济的控制方式。 当交通状况符合总体流量稳定、变化比较规律的条件时，可选用此种控制方式。 4.2单点感应控制方式适用原则
4.2.1当单点控制的交叉口交通状况变化比较频繁且没有规律时，宜采用单点感应控制。 4.2.2单点感应控制一般在交叉口进口车道设置检测器或在人行横道线前设置行人按钮，信号配时参数可随检测到的信息而改变。 4.2.3单点感应控制分为半感应控制和全感应控制。 在支路流量比较小的信号控制交叉口或路段的人行横道处，可采用半感应控制。在支路上设置检测器或在人行横道处设置行人按钮，根据是否有交通需求而确定是否运行该相位，并根据交通需求情况确定相应相位时间。 在各进口流量相近，且变化较为频繁的信号控制交叉口宜采用全感应控制方式。若单个路口信号机有能力根据检测的实时交通状况进行配时优化，也可实现单点优化控制。 4.3线协调控制方式适用原则 4.3.1当需要在单点控制的基础上扩大控制范围，对若干连续交叉口形成的线路上进行协调控制以提高整体通行效率时，可采用线协调控制方式。 4.3.2采用此种控制方式时，针对若干连续交叉口设计一种相互协调的配时方案，通过时钟同步，各交叉口的信号机按预设方案协调运行。 4.3.3线协调控制方式应考虑相邻交叉口的距离。通常若路口间距离大于800 m以上时，会降低路口间的协调效果。 4.3.4线协调控制通常采用无电缆线协调控制方式。 交通状况符合总体流量稳定、变化比较规律的条件时，可选用此种控制方式，但不能适应随机性较强的交通。 采用此种控制方式，宜进行事前交通调查，根据调查结果设定控制参数，并应根据交通变化情况适时调整控制参数，以取得较好的控制效果。 无电缆线协调控制方式若适当设置检测器，应用感应控制，可根据交通需求调整绿信比，提高控制效果。 4.4区域协调控制方式适用原则
交通信号控制优化服务解决方案 1概述 交通信号控制优化服务是借助专业团队对交通信号控制方面进行挖掘，以更加有效地缓解目前由于机动车数量过快增长而造成路网交通运行压力增大，道路硬件资源增长严重失衡这一问题。具体服务内容包括： ?对交通信号控制理论及相关技术进行总结，规范信号优化工作流程，落实责任，建立统一化与个性化相结合的交通信号管理模式，保证交通信号合理运行，满足各种条件下道路交通参与者的通行需要。 ?通过对相关路口进行周期性调查，及时发现存在不足并予以改善、跟踪，从而不断提高其运行水平。 ?通过路口排查和调研，对有条件进行协调控制的路口设计协调控制方案，降低协调控制路口的行车延误，提高交叉口服务能力。 ?以周报、月报和专项分析报告总结归纳工作开展情况及完成效果，有计划性的回检评价历史优化路口，提炼可取之处及考虑不周的地方，对未来将有可能发生变化的交叉口或路段有一定预测性。 2服务内容 2.1交通信号管理基础工作 （1）交通信号控制理论及相关技术总结 交通信号控制理论及相关技术的总结包括对交通信号控制相关理论的总结和对现今主流信号控制模式及方法的总结2部分内容。 ?对交通信号控制相关理论的总结 包括对信号控制涉及的相关参数的总结、对通过能力的总结及对信号路口对车流停滞作用的总结3部分内容。 ?对现今主流信号控制模式及方法的总结 包括对单点信号控制模式与方法的总结、对交通信号子区划分的模式与方法的总结、对主干道交通信号协调控制模式与方法的总结、对同类型交通信号路口协调控制模式与方法的总结、对长距离交通信号协调控制模式与方法的总结以及
对区域协调控制模式与方法的总结六大类涵盖点、线、面三个层次的信号控制与协调方法的相关技术理论的总结。 在对交通信号控制相关理论的总结基础上，根据各地市信号路口特点，重点对适用该地信号控制特点的信号控制模式及方法进行总结。 ?单点信号控制 主要包括单点定时信号控制、单点感应信号控制和单点自适应信号控制三种方式。针对信号控制路口常用的单点信号控制方法有Webster等方法。 ?交通信号子区划分 主要基于距离原则、车流特征原则、周期原则的子区划分原则及其相关的关联度判断方法、合理周期范围判断方法的划分方法总结。 ?主干道交通信号协调控制 主要包括单向绿波协调控制、对称双向绿波协调控制、非对称双向绿波协调控制的方法。针对不同地市信号控制路口不同的流量特征可选用相对应的主干道信号协调控制方法。 ?同类型交通信号路口协调控制 主要针对信号路口饱和度同类型及其基础上的潮汐特征同类型进行交通信号路口同类型的判定分析，归纳与其相对应的信号控制适用方法。 ?长距离交通信号协调 主要对相邻路口间距离较长的信号路口及交通信号路口数较多的整体距离较长的协调控制方法进行研究，针对长距离交通信号协调的分类归纳相对应的协调模式及方法。 ?区域协调控制 交通区域协调控制是二维上的控制，它通过将绿波协调控制的路口利用组合叠加的方式，对各信号控制路口的信号周期、绿信比以及路口间的相位差进行优化，以减小延误、提高路网通行效率的信号控制方法。当前交通信号区域协调控制的方法主要可以分为结合调控的协调方法、基于延误的协调方法和基于绿波带优化的协调方法。 通过全面深入的了解信号控制的基础理论及信号控制主流模式及技术方法，掌握前沿技术，归纳出适用性强的主流核心技术规范，为交通信号控制优化提供
我国城市交通信号控制的现状与发展 二零一二年四月
本论文的背景和意义 背景：我国近年城市交通信号控制的情况 意义：1、减少交通事故，增加交通安全。 2、缓和交通拥挤、堵塞，提高运行效率。 3、节约能耗，降低车辆对环境的污染。 本论文的主要内容 分析我国城市交通信号控制的现状、存在问题以及发展趋势。 本论文的结构安排 本论文主要分为两大部分： 第一部：分分析我国交通信号控制的现状以及存在问题； 1、我国城市交通状况 2、城市交通信号控制系统应用现状 3、国内交通信号控制系统问题分析 第二部分：分析我过交通信号控制的发展趋势。 1、交通系统的发展历程 2、我国一些城市的发展计划和目标
正文 第一部分：分析我国交通信号控制的现状以及存在问题 1、我国城市交通状况 我国城市交通面临的总体形势：城市化势头迅猛、机动车拥有量增长迅速、道路交通基础设施落后、交通结构和路网结构不尽合理、市民的交通法规意识和交通安全常识缺乏，交通管理措施不完善、管理效率低下、城市交通拥挤严重、社会消耗巨大、交通事故多发、汽车废气对城市环境污染严重。因此，在对我国城市交通目前的状况进行全面把握和详细解剖的基础上，探索解决我国城市交通问题行之有效的办法，展望城市道路交通的发展趋势和特点，探讨适合我国城市道路交通特点的道路交通管理发展战略，具有重要意义。而交通控制实际上属于交通管理的范畴，交通控制是交通管理的某一表现方式。 将城市道路互相连起来构成道路交通网的城市道路平面交叉口，是造成车流中断、事故增多、延误严重的问题所在，是城市交通运输的瓶颈。交叉口的通行能力又是决定道路通行能力的关键所在，对城市交通网络的交叉口信号控制系统进行协调优化控制，对提高道路通行能力和服务水平具有重要意义。 2、城市交通信号控制系统应用现状 交通控制的发展经历了点控、线控和面控3个阶段。把控制对象区域内全部交通信号的控制作为一个交通控制中心管理下的整体控制系统，是单点信号、干线信号和网络信号系统的综合控制系统。 随着计算机技术和自动控制技术的发展，以及交通流理论的不断完善，交通运输组织与优化理论的不断提高，世界上出现了多种城市交通信号控制系统——澳大利亚的SCATS系统、加拿大的RTOP系统、英国的TRANSYT系统和SCOOT系统、美国的UTCS-3GC系统以及ASCOT系统，其中TRANSYT系统、SCOOT系统和SCATS系统正在实践中取得了较好的应用效果，并在世界上很多城市得到广泛应用。 3、国内交通信号控制系统问题分析 上个世纪八十年代至今，北京、上海、天津、沈阳、南宁等中大城市先后引进SCOOT、SCATS、TELVENT等先进的城市交通控制系统，迄今国内已经有30多个城市引进类似系统。本土企业如青岛海信、上海宝康等自1990年后也先后进行了交通信号系统的研发，但总体的技术指标和应用范围与国外系统仍有一定差距。 交通信号系统建设工程是一项投资大、周期长和社会公益性强的系统工程，但目前无论是建设中国本土系统还是引进国外先进系统，许多城市建成后投入应用的城市交通信号系统普遍存在效能发挥不佳、使用不方便、经济效益差等问题，究其原因，排除系统产品本身的质量和功能因素外主要涉及一下几个方面： 1、轻视前期调查。交通调查和基于交通调查数据的交通工程设计是交通信号系 统是否个性化、适应性和效能发挥的关键性工作。遗憾的是，相对信号配时设计，中国内陆城市交通管理者和系统设计施工者对设计前期的交通现场调查、交通流组织、交通流量等分析工作普遍认识不足、重视不够。对交通调查的方法、内容、时间和数据分析缺乏针对性和系统性，导致受控区域的交
交通信号控制系统解决方案 1概述 交通信号控制系统，是智能交通系统（ITS）在交通管理工作中的基本应用，也是城市智能交通管控系统中最直接、最基础的应用系统。通过建设信号控制系统，实现信号路口联网远程控制、交通流量的采集、路口自适应控制、绿波协调控制以及区域的自适应控制，有效减少车辆的停车次数，节省旅行时间；后台实时调整信号配时，采取多时段控制方式，必要时，可通过智能交通管理中心人工干预，直接控制路口交通信号机执行指定相位，有效的疏导交通，减少行车延误，提高通行能力，缓解日益严峻的城区道路交通拥堵压力，提高城区交通综合管理能力，减少汽车尾气排放，美化环境，提升城区形象。 2系统结构设计 系统结构划分为3级：分别为中心控制级设备、区域控制级设备以及路口控制级设备。交通信号控制系统设备主要包括中心设备、前段设备和通信设备。
（1）中心控制级设备 中心控制级设备作用主要是： ?监控整个系统的运行。 ?协调区域控制级的运行。 ?具备区域控制级的所有功能。（2）区域控制级设备 区域控制级设备作用主要是： ?监控受控区域的运行。
?对路口交通信号进行协调控制。 ?对路口交通信号机的工作状态和故障情况进行监视。 ?通过人机回话对路口交通信号机进行人工干预。 ?监视和控制区域级外部设备的运行。 ?进行交通流量统计处理。 （3）路口控制级设备 路口控制级设备即信号机，其作用主要是： ?控制路口交通信号灯。 ?接收处理来自车辆检测器的交通流信息，并定时向区域计算机发送。 ?接收处理来自区域计算机的命令，并向区域计算机反馈工作状态和故障信息。 ?具有单点优化能力。 3系统功能设计 3.1基础功能 （1）区域自适应控制 系统以控制子区作为基本控制单元，综合考虑子区内的交通运行状态（如交通阻塞、交通拥挤、交通顺畅）、交叉口的关联性大小、交叉口的实际交通量，确定公共信号周期与相位差的决策模型，并运用智能优化算法实时优化子区协调控制配时参数，实现控制子区交叉口的协调控制功能。 系统的区域交叉口协调控制能够确保控制区域内的交通流时刻处于最佳运行状态，相邻交叉口之间协调方向的行驶车流可以获得尽可能不停顿的通行权，大大降低车辆在交叉口频繁加减速所产生的交通污染，减少区域交通总的车辆燃油
城市交叉口交通信号优化控制方法 摘要：随着人们生活水平的不断提高，车辆保有量持续增加，城市交通拥堵情 况日益严重，交通信号的控制对缓解交通压力的具有重要作用，所以本文主要探 讨了城市交叉口交通信号优化控制方法，以此减轻城市交通压力，促进我国城市 交通的稳定发展。 关键词：城市交叉口；交通信号；优化控制；方法 目前各类交通工具不断增多，形成较为复杂的城市交通网，给城市交通带来 了较大的交通压力，若不能有效地管理交通，就会造成较为严重的交通拥堵情况，给城市发展带来不利影响。交通信号控制主要用于交叉路口车辆调度，传统的信 号灯控制方法比较单一，比较死板，对环境的适应情况比较差，导致交叉路口的 车辆调度较差，所以还应采取合理的方式，对城市交叉口实施有效的交通信号控 制方法，提高交叉口的车辆调度效率，达到有效缓解交通压力的目的。因此本文 在此提出一种城市交叉口交通信号控制方法。 1信号控制问题 每个城市交通路口都需要设置相关信号控制设备，假设所有的信号设备中都 安装一个传感器，为了监视交叉路口，指挥中心也需要设置传感器，而且传感器 的数量应达到W个，在观测过程中，没有其他因素进行干扰，且对于不同时间段的信号切换，其消耗的时间，可以忽略不计。所以针对信号控制问题，做出以下 描述：（1）用集合S={S1，S2，S3......Sm}表示控制控制资源m个。（2）用集合 O={O1，O2，O3.........On}表示交叉路口n个。（3）用集合T={T1，T2，https://www.doczj.com/doc/9510924447.html,}表示交通信号控制分的时间段。（4）并采用φ｛φ（i，j，k）｝策略进行有效城 市交叉口的交通信号控制，其中，i代表第i个交叉路口，j代表第j个监控设备。 2交通信号优化控制方法的实现 2.1前沿驱动优化 在对城市交通信号优化控制过程中，可以采用前沿引导控制算法，通过对这 种方法的合理利用，改变传统的交通信号控制方法，实现交通信号的优化控制， 但是在实际情况下，最优控制方法适应性不强。所以本文提出Pareto的前沿驱动 粒子群优化算法，该算法的适应性更强，利用该算法进行交通信号优化控制，为 满足交叉路口的通行，先至少提出一种交通信号控制方案，然后提出不同的交通 信号控制方法，并计算最优通行能力控制，进而提出一种最优的交通解决方案。 前沿算法按照一定的流程进行计算，具体的流程如下图所示。 图1：前沿算法流程 2.2延迟分组控制机制 采用前沿算法对交叉口交通信号优化控制后，延迟分组控制也至关重要。所 以在延迟分组控制过程中，交通信号的优先级合理确定是延迟分组控制的关键环节，在确定控制信号的优先级后，还应对信号资源进行合理的分配，一般需要按 照交通信号的先后顺序进行。在交通信号控制过程中，需要先确定控制信号的优 先级，在确定后，应根据初始时间，对过程冲突时间进行合理的调整，进而确定 过程中冲突时间。一般情况下，整个控制工作，就是任务间的冲突时间。由于交 通灯期峰值对交通控制系统具有一定的约束，所以为了保证交通信号控制正常的 运转，还应满足交通灯期峰值功率，在此种条件下，还应采取合理的措施，最大 限度的将得交通信号控制过程中产生的能耗，以此节省能源，降低成本比。
第六章交通信号控制理论基础 经过调查统计发现，将城市道路相互连接起来构成道路交通网的城市道路平面交叉口，是造成车流中断、事故增多、延误严重的问题所在，是城市交通运输的瓶颈。一般而言，交叉口的通行能力要低于路段的通行能力，因此如何利用交通信号控制保障交叉口的交通安全和充分发挥交叉口的通行效率引起了人们的高度关注。 交通信号控制是指利用交通信号灯，对道路上运行的车辆和行人进行指挥。交通信号控制也可以描述为：以交通信号控制模型为基础，通过合理控制路口信号灯的灯色变化，以达到减少交通拥挤与堵塞、保证城市道路通畅和避免发生交通事故等目的。其中，交通信号控制模型是描述交通性能指标（延误时间、停车次数等）随交通信号控制参数（信号周期、绿信比和信号相位差），交通环境（车道饱和流量等），交通流状况（交通流量、车队离散性等）等因素变化的数学关系式，它是交通信号控制理论的研究对象，也是交通工程学科赖以生存和发展的基础。 本章主要针对建立交通信号控制模型所涉及到的基本概念、基本理论与基本方法，对交通信号控制的理论基础进行较为全面深入的阐述。 6．1交通信号控制的基本概念 城市道路平面交叉口是道路的集结点、交通流的疏散点，是实施交通信号控制的主要场所。根据交叉口的分岔数平面交叉口可以分为三岔交叉口、四岔交叉口与多岔交叉口；根据交叉口的形状平面交叉口可以分为T型交叉口、Y型交叉口、十字型交叉口、X型交叉口、错位交叉口、以及环形交叉口等。 6．1．1交通信号与交通信号灯 交通信号是指在道路上向车辆和行人发出通行或停止的具有法律效力的灯色信息，主要分为指挥灯信号、车道灯信号和人行横道灯信号。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。世界各国对交通信号灯各种灯色的含义都有明确规定，其规定基本相同。我国对交通信号灯的具体规定简述如下：对于指挥灯信号： 1、绿灯亮时，准许车辆、行人通行，但转弯的车辆不准妨碍直行的车辆和被放行的行人通行； 2、黄灯亮时，不准车辆、行人通行，但已越过停止线的车辆和已进入人行横道的行人，可以继续通行；
交通信号控制优化服务解决实施方案
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交通信号控制优化服务解决方案 1概述 交通信号控制优化服务是借助专业团队对交通信号控制方面进行挖掘，以更加有效地缓解目前由于机动车数量过快增长而造成路网交通运行压力增大，道路硬件资源增长严重失衡这一问题。具体服务内容包括： ?对交通信号控制理论及相关技术进行总结，规范信号优化工作流 程，落实责任，建立统一化与个性化相结合的交通信号管理模式，保证交 通信号合理运行，满足各种条件下道路交通参与者的通行需要。 ?通过对相关路口进行周期性调查，及时发现存在不足并予以改善、 跟踪，从而不断提高其运行水平。 ?通过路口排查和调研，对有条件进行协调控制的路口设计协调控 制方案，降低协调控制路口的行车延误，提高交叉口服务能力。 ?以周报、月报和专项分析报告总结归纳工作开展情况及完成效果， 有计划性的回检评价历史优化路口，提炼可取之处及考虑不周的地方，对 未来将有可能发生变化的交叉口或路段有一定预测性。 2服务内容 2.1交通信号管理基础工作 （1）交通信号控制理论及相关技术总结 交通信号控制理论及相关技术的总结包括对交通信号控制相关理论的总结和对现今主流信号控制模式及方法的总结2部分内容。 ?对交通信号控制相关理论的总结 包括对信号控制涉及的相关参数的总结、对通过能力的总结及对信号路口对车流停滞作用的总结3部分内容。 ?对现今主流信号控制模式及方法的总结 包括对单点信号控制模式与方法的总结、对交通信号子区划分的模式与方法的总结、对主干道交通信号协调控制模式与方法的总结、对同类型交通信号路口协调控制模式与方法的总结、对长距离交通信号协调控制模式与方法的总结以及
城市道路智能交通信号控制系统 智能交通信号控制系统是城市道路交通管理系统中对交叉路口、行人过街，以及环路出入口采用信号控制的子系统，是运用了交通工程学、心理学、应用数学、自动控制与信息网络技术以及系统工程学等多门学科理论的应用系统。 主要包括交通工程设计、车辆信息采集、数据传输与处理、控制模型算法与仿真分析、优化控制信号调整交通流等。国内外各大中城市已有的交通信号控制系统就是根据不同环境条件，基于各自城市道路的规划和发展水平建立起来的。 国家重点基础研究规划（973）项目“信息技术与高性能软件”中设立的二级课题“城市交通监控系统”，结合我国城市交通发展的特点，确定了建立实时自适应的城市道路智能交通信号控制系统的智能化管理的发展方向。 智能交通信号控制系统的基本组成 智能交通信号控制系统的基本组成是主控中心、路口交通信号控制机以及数据传输设备。其中主控中心包括操作平台、交互式数据仓、效益指标优化模型、数据（图象）分析处理等。具体结构框架见下图。
城市道路智能交通信号控制系统框架 智能交通信号控制系统的核心 智能交通信号控制系统的核心是控制模型算法软件，是贯穿规划设计在内的信号控制策略的管理平台，体现着交通管理者的控制思想，它包括信号控制系统将起到的作用和地位。 目前，国内外已应用的信号控制系统大多是以优化定周期方案、优化路口绿信号配比以及协调相关路口通行能力为基础的，是根据历史数据和自动检测到的车流量信息，通过设置的控制模型算法选取适当的信号配比控制方案，是被动的控制策略。 应用较多的核心软件即效益指标优化模型的是英国运输和道路研究所（TRRL）
研制的SCOOT系统（Split Cycle Offset Optimization Technique）和澳大利亚悉尼为应用背景开发的SCATS系统 (Sydney Coordinated Adaptive Traffic System),他们是动态的实时自适应控制系统的早期代表，也是未来一个时期交通信号控制系统智能化发展的开发基础。 随着网络技术的发展，交互式控制策略使信号控制由感控到诱导实现了真正的智能，交通信号控制系统不仅可以检测到车流量等交通信息参数，调控路口绿信号配比，变化交通限行、禁行等指路标志，还可以根据系统联接的数据仓完成与交通参与者之间的信息交换，向交通参与者显示道路交通信息、停车场信息，提供给交通参与者合理的行驶线路，以达到均衡道路交通负荷的主动的控制策略。 尤其重要的是计算机网络技术和数字化使数据传输和信息利用得到了可靠保证。可以说，城市道路智能交通信号控制系统是城市道路交通管理随着信息产业技术迅猛发展的综合产物。 交通信号控制系统的主要术语和参数 周期：是指信号灯色发生变化，显示一个循环所需的时间，也称周期长，即红、黄、绿灯时间之和。 相位：即信号相位，是指在周期时间内按需求人为设定的，同时取得通行权的一个或几个交通流的序列组。 相位差：具有相同周期长的相关路口，在同方向上的两个相关相位的启动时间差，称为相位差。 绿信比：是指在周期长内的各相位绿灯时间与周期长之比。 饱和流量：是衡量路口交通流施放能力的重要参数，通常是指一个绿灯时间内的连续通过路口的最大车流量。 流量系数：是实际流量与饱和流量的比值。既是计算信号配时的重要参数，又是衡量路口阻塞程度的一个尺度。 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。 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
优化道路交通信号灯设置努力提高城市道路通行效率 交通信号灯是在交通流有冲突的交叉口或路段，用于在时间和空间上给不同方向交通流分配通行权的一种交通控制和指挥的设施，交通信号灯轮流显示不同的灯色（红色、黄色、绿色）来指挥不同方向交通流的通行或停止。1868年，英国伦敦安装使用了世界上第一台交通信号灯，揭开了城市交通信号灯控制的序幕，经过近百余年的发展，交通信号灯在世界各国交通管理中得到广泛应用，在缓解道路交通拥堵、减少交通事故、改善交通环境等方面发挥着无可替代的重要作用。 交通信号灯在交通管理中的广泛应用，相对其他交通控制方式而言，交通信号灯体现出诸多优势，如交通信号灯通过颜色的变换明确告知驾驶人路权分配情况，不需驾驶人作出自主判断，合理分配通行路权，对交叉路口进行有效的控制和管理，对相互冲突的交通流进行有效的分配和控制，减少交通事故的发生等等；但其效能也不是万能的，交通信号灯给我们带来诸多便利的同时，其本身也存在一定的不足，如交通信号灯的工程造价以及维护费用相对较高，加大低交通量交叉路口的通行延误时间，不合理的信号配时可能会存在反作用，降低通行效率，有可能增加追尾事故等等。因此交通信号灯设置和使用应当综合考虑多方面因素，扬长避
经过科学判断和正确设计，能够合理设置和运行的交通信号灯，可以兼有改善交通安全的效果，但交通信号灯的主要目标和功能是使各方向交通有秩序、高效率的通行。如果交通信号灯只被看成一种纯粹的交通安全设施，仅仅是为了交通安全而盲目设置，往往会带来很多反面效应，国内外的一些研究表明，在不合理的地点设置交通信号灯，会出现相邻道路无车辆通行，但驾驶人却需要长时间等候交通信号，增加交通延误，通行效率降低，也造成能源的消耗和运行费用的浪费，而当驾驶人在相当长的时间内并未看到相邻道路有车辆通行，往往会引起故意或无意的闯红灯，从而增加发生交通事故的可能性，信号灯控制交叉路口的交通事故，多发生在交通流量较低的交叉路口，或是交通量较低的时段内。 因此，我们在交通管理实际工作中，必须要正确理解和严格把握交通信号灯的设置条件，本着科学严谨的工作态度，对是否设置交通信号灯要进行认真的交通调查，获得科学的数据作为依据，避免不经认真分析研究，就盲目设置交通信号灯，减少无谓的能源消耗和投资浪费，避免因交通信号灯设置不合理而引发交通事故。 二、合理确定信号灯的设置位置和数量 当路口、路段满足了设置信号灯的条件，我们就应当根据道路实际情况，合理选择确定信号灯的设置位置和数量，
编号: 毕业论文(设计) 题目智能交通信号灯控制系统设计 指导教师xxx 学生姓名杨红宇 学号201321501077 专业交通运输 教学单位德州学院汽车工程系（盖章） 二O一五年五月十日
德州学院毕业论文（设计）中期检查表
目 录 1 绪论............................................................................................................................ 1 1.1交通信号灯简介...................................................................................................... 1 1.1.1 交通信号灯概述.................................................................................................. 1 1.1. 2 交通信号灯的发展现状...................................................................................... 1 1.2 本课题研究的背景、目的和意义 ......................................................................... 1 1. 3 国内外的研究现状 ................................................................................................. 1 2 智能交通信号灯系统总设计.................................................................................... 2 2.1 单片机智能交通信号灯通行方案设计 ................................................................. 2 2.2 功能要求 ............................................................................... 错误！未定义书签。 3 系统硬件组成............................................................................................................ 4 4 系统软件程序设计.................................................................................................... 5 5 结论和展望................................................................................................................ 6 参考文献...................................................................................... 错误！未定义书签。 杨红宇 要： 但是传统的交通信号灯不已经不能满足于现代日益增长的交通压力，这些缺点体现在：红绿 以及车流量检测装置来实现交通信号灯的自控制，随着车流量来改变红绿灯1 绪论 1.1 1.1.1 为现代生活中必不可少的一部分。
毕业设计中文摘要
目录 1 前言 (1) 2 城市轨道交通信号系统 (1) 2.1 信号定义与实现意义 (1) 2.2 信号的基本分类 (2) 2.3 信号机与行车标志种类 (2) 2.3.1 信号机的基本种类 (3) 2.3.2 行车标志 (3) 2.3.3 信号标志 (4) 2.4 视觉信号的意义 (5) 2.5 手信号的显示方式和意义 (6) 2.6 听觉信号 (9) 3 信号系统的基础 (11) 3.1 联锁的定义 (11) 3.2 进路与道岔 (11) 3.3地铁信号系统 (13) 3.4 车场线信号 (13) 4 信号控制系统在城市轨道交通中的应用 (13) 4.1 城市轨道交通中使用的信号系统 (13) 4.2 城市轨道交通移动闭塞信号系统的通信实现方式 (15) 4.3 信号控制方式及列车运行模式信号控制方式 (16) 4.3.1 ATP列车自动保护系统 (16) 4.3.2 ATO列车自动驾驶系统 (16) 4.3.4 SICAS微机联锁系统 (17) 结论 (19) 致 (20) 参考文献 (21)
1 前言 近年来，在改革开放政策的指导下，我国国民经济发展十分迅速，为了城市轨道运输能力与国民经济发展相适应。就要求足够数量、质量良好的车辆投入到生产运输当中去，才能满足和适应国民经济发展的需要。所以信号控制系统作为最重要的一部分，关乎到效益的今天，不得不重视信号控制系统的作用。稳定而安全是最重要的，信号系统在快速发展的同时，安全这一块也不能忽视，总体来说信号系统还是可以确保列车的安全可靠，但再紧密的机器也会有失误。本文从信号系统的安全可靠性分析，从细小的组成到整体的应用，探讨了信号控制系统。首先介绍了信号系统的组成，信号机、联锁、进路、信号标志等。从而介绍信号控制系统在轨道交通中的应用，三种闭塞的分类，固定闭塞，准移动闭塞，移动闭塞，更加详细介绍了当今通用的无线通信移动闭塞系统。 2 城市轨道交通信号系统 2.1 信号定义与实现意义 定义：所谓信号是指示列车运行与调车工作开展的命令，它传达指挥者的意图，指示列车运行条件，表示有关行车设备的位置和状态等，是行车指挥的一种形式。信号装置就是实现信号含义的专用装置。 基本作用：“信号”的发展同交通运输事业的发展紧密联系，它同运输事业密不可分。 实现意义：由于信号的基本作用的重要性是客观存在的，所以他已经深入和渗透到所有交通运输的行业中，没有信号作为相关的指示和命令，任何交通工具都无法在现代社会现实中实现其功能。 从我们日常生活中经常遇到的，如地面道路交通、地铁、航海运输、航空运输都必须要有统一规的行业公认的信号来确保运转安全和保证它运输能力的发挥。甚至在其他领域都必须用标准的规和命令来实现功能，如先进的信息高速公路同样要有相关的命令和标准规的制约才能实现信息的快速传输。所以，信号是实现和保障交通运输运行的最重要工具与手段。 在整个的运输过程中，有关行车人员必须严格按信号指示的要求执行，任何单位、个人均不得违反，而任何违反都将造成十分严重的后果及无法挽回的损失对信号的基本要求： 各种信号机的灯光排列、颜色、外形尺寸应符合规定的标准。 信号机的显示方式和表达的含义必须统一并且符合规定的要求。 信号机的设置须保持能够进行实时检测、故障警告，为列车运行提供安全保障、正确信息。 在一般情况下，信号机设置在运行线路的右侧，与列车司机的驾驶位置相同，便
城市道路交通信号控制方式适用规范（GA527-2005 ） 1 范围 本标准规定了不同信号控制方式的适用基本原则、多相位控制方式设计原则以及采用不同控制方式的技术-经济评价方法。 本标准适用于城市道路交通信号控制方式的设计和建设。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。 凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。 凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GA/T 509-2004 城市交通信号控制系统术语 3 术语和定义 GA/T 509-2004中确立的术语和定义适用于本标准。 4 单点多时段定时控制方式、单点感应控制方式、线协调控制方式、区域协调控制方式适用基本原则 单点多时段定时控制方式、单点感应控制方式、线协调控制方式、区域协调控制方式均应根据交通需求和道路条件选定，并需进行技术-经济评价。
在选用某种控制方式时，宜采用计算机仿真技术进行分析比较和配时方案的优化。 4.1 单点多时段定时控制方式适用原则 单点多时段定时控制方式是最基本、最经济的控制方式。 当交通状况符合总体流量稳定、变化比较规律的条件时，可选用此种控制方式。 4.2 单点感应控制方式适用原则 4.2.1 当单点控制的交叉口交通状况变化比较频繁且没有规律时，宜采用单点感应控制。 4.2.2 单点感应控制一般在交叉口进口车道设置检测器或在人行横道线前设置行人按钮，信号配时参数可随检测到的信息而改变。 4.2.3 单点感应控制分为半感应控制和全感应控制。 在支路流量比较小的信号控制交叉口或路段的人行横道处，可采用半感应控制。 在支路上设置检测器或在人行横道处设置行人按钮，根据是否有交通需求而确定是否运行该相位，并根据交通需求情况确定相应相位时间。 在各进口流量相近，且变化较为频繁的信号控制交叉口宜采用全感应控制方式。 若单个路口信号机有能力根据检测的实时交通状况进行配时优化，也可实现单点优化控制。 4.3 线协调控制方式适用原则
智能交通信号控制系统发展史 交通信号是汽车工业发展所带来的产物，凡在道路上用以传达具有法定意义、指挥交通行、止、左、右的手势、声响、灯光等都是交通信号。但目前使用的最为普遍、效果最好的是灯光交通信号。 色灯交通信号控制技术的发展是随着现代科学与汽车技术的发展，汽车数量增长，路口冲突矛盾激化，人们为了安全、迅速通过，不得不将最新的科技成果用以解决路口的交通阻塞问题，从而推动了自动控制技术在交通领域的迅速发展。 1886年伦敦的威斯敏斯特教堂安装了一台红绿两色煤气照明灯，用以指挥路口马车的通行，不幸发生意外爆炸，遭到人们反对而夭折。 1917年美国盐湖城开始使用联动式信号系统，将六个路口作为一个系统，用人工手动方式加以控制。 1918年初纽约街头出现了新的人工手动红黄绿三色信号灯，同现在的信号机基本相似。 1922年美国休斯顿建立了一个同步控制系统，以一个岗亭为中心控制几个路口。 1926年英国伦敦成立了第一台自动交通信号机在大街上使用，可以说是城市交通自动控制信号机的开始。 1928年人们在上述各种信号机的基础上，制成“灵活步进式”适时系统。由于其构造简单、可靠、价廉，很快得到推广普及，以后经不断改进、更新、完善，发展成现在的交通协调控制系统。 在计算机应用方面的发展也很快，先是模拟式电子计算机，1952年美国丹佛市首先安装，经过改进成为“PR”(program register)，在美国发展很快，至1962年已经安装了100多个“PR”系统。以后数字计算机也进入了交通控制领域，1963年多伦多市第一个完成了以数字计算机为核心的城市交通控制系统（UTC系统）。接着西欧、北美、日本很快也建立了改进式的UTC系统。 在软件开发方面，1967年英国运输与道路研究实验室的专家们研制了“TRANSYT”(TRAFFIC NETWORK STUDY TOOL)。它是一个脱机仿真优化的配时程序，应用很广，效果很好。 TRANSYT主要由两部分组成。一部分为仿真模型，其目的使用数学方法模拟车流在交通网上的运行状态，研究交通网配时参数的改变对车流运行的影响，能够对不同配时方案控制下的车流运行参数作出可靠地估算；另一部分为优化，将仿真所得到的性能指标送入优化
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国内外交通信号控制系统综述 摘要：交通信号控制系统是现代城市交通控制和疏导的主要手段。随着信息技术、人工智能技术、计算机及通信技术的发展,交通信号控制系统也在逐渐完善,本文对国内外主要交通控制系统作了介绍。 关键词：交通信号控制计算机通信 正文： 20世纪70年代,由于社会对环境的重视,加上土地资源的限制、石油等状况,人们开始从增建道路满足需求转向以提高道路效率为主。为了实现缓解交通拥堵,畅通交通,提高道路的通行效率,交通控制信号系统是必不可少的手段。因为,城市是否畅通在很大程度上受到这条道路上的每一个交叉口的制约。当交叉口的流量到达一定数值时候,就必须对该路口采取相应的措施。而交通信号控制系统可以把冲突的交通流在时间与空间上适当分离,以保证交叉口范围的交通安全和充分发挥现有道路在交叉口的通行能力。 一．国外交通系统 1．TRANSYT交通信号控制系统 TRANSYT系统是一种脱机配时优化的定时控制系统,全称是(Traffic Network Study Tool)“交通网络研究工具”,这一方法最初是由英国道路交通研究所的D-I罗伯逊先生于1966年提出的。经过十几年的实践,罗伯逊领导的研究小组对TRANSYT方法不断改进,到1980年,TRANSYT8公之于世。TRANSYT是目前世界各国流传最广、普遍应用的一种协调配时方法。除TRANSYT之外,还有其他一些广泛应用的版本如TRANSYT7、TRANSYT-GN 等,这些都是由TRANSYT的某一版本经过修改而派生出来的。它用来确定城市交通运行指标最小的信号网络的最佳绿信比和相位差。各国的工程师、专家们对这系统都有不同研究与发展,其中美国有TRANSYT-7F,法国将TRANSYT改为THESEE和THEBES型。TRANSYT是最成功的静态系统,己被世界上400多个城市所采用,产生了显著的社会经济效益。但其缺点也很明显:计算量大,在大城市中这一问题尤为突出;不对周期进行优化,故很难获得整体最优配时方案;它是离线优化,需要大量的路网几何、交通流数据,需要花费大量的人力、物力、财力。 2．SCOOT系统 SCOOT(Split-Cycle-Offset Optimization Technique)即“绿信比-信号周期-相位差优化技术”,SCOOT是由英国道路研究所在TRANSYT系统的基础上采用自适应控制方法于1980年提出的动态交通控制系统. SCOO T的模型与优化原理与TRANS YT相仿,不同的是SCOO T为方案生成的控制系统,是通过安装在交叉口每条进口车道最上游的车辆检测器所采集的车辆信息,进行联机处理,从而形成控制方案,并能连续实时调整周期、绿信比和相位差来适应不同的交通流。概括来讲,SCOOT系统具有5个特点： 1）实用性强,几乎不受城市交通出行方式、出行起讫点分布、土地使用情况、季节性和临时性交通变化以及天气和气候变化的影响。 2）对配时参数的优化是采用连续微量调整的方式,稳定性强。 3）个别交通车辆检测器错误的反馈信息几乎不影响SCOOT系统对配时方案参数的优化,而且该系统对这类错误的信息有自动鉴别和淘汰效用。 4）对路网上各交叉口信号配时方案的检验和调整,每秒钟都在进行,所以能对路网上交通状况的任何一种变化趋势做出迅速的反应。 5） SCOOT系统能提供各种反映路网交通状况的信息,为制定综合管理决策创造了有利的条件。 目前我国使用SCOOT系统的主要有：北京、大连、成都、青岛、绵阳等地。 SCOOT系统的不足是:相位不能自动增减,任何路口只能有固定的相序;独立的控制子区的划分不能自动完成,只能人工完成;安装调试困难,对用29户的技术要求过高。 3．SCATS系统 SCATS 系统是澳大利亚新南威尔士州道路交通局（RTA）为在悉尼市实施信号控制,于70 年代开发成功的系统。之后,它的高效性和对道路环境的广泛适应性,逐渐被其它澳大利亚和新西兰的城市及大量海外城市所认同,到目前为止,世界上已有70 多个城市安装了SCATS 交通管理系统,其中包括美国、爱尔兰、墨西哥、斐济、以色列以及大部分东南亚国家,系统本身也逐渐发展成为一个完整的交通管理系统,并且能够与其它智能交通系统完美地集成在一起,以发挥系统的整体效益,为现代交通管理服务。SCATS 系统无论是在控制技术还是在智能交通应用方面,都处于交通科技的最前沿,是世界领先的交通管理系统。
我国城市交通信号控制的现状 摘要交通信号控制系统控制着城市经济活动的命脉，其效率高低直接影响着社会经济的发展，因而备受社会各界关注。从起步至今，从全盘依赖外国技术到能自主研发，我国的交通信号控制逐步走向更高的层次。但由于基础薄弱，晚起步发展等原因，我国的城市信号控制总是呈现出这样那样的问题。 关键词交通信号控制现状发展 引言 (1) 一些城市的交通信号控制系统 (2) 南京城市交通控制系统 (2) 海信HiCon交通信号控制系统 (2) 深圳市SMOOTH交通信号控制系统 (2) 对信号控制系统现状的分析 (3) 一、关于信号控制系统的现状及问题体现 (3) 二、关于数据共享以及规范通讯协议 (4) 三、关于信号控制系统的建设目标及发展 (5) 对今后发展的建议 (5) 小结 (6) 引言 国内交通信号控制系统起步较晚，20世纪70年代北京市采用DJS—130型计算机对干道协调控制进行了研究；20世纪80年代以来国家一方面采取引进与开发相结合的方针，先后建立了一些城市道路交通控制系统；另一方面投入力量研发城市交通信号控制技术，开发适应我国以混合交通为主要特点的智能交通控制系统。到现在，国内已经有二十多个城市采用了交通信号控制系统，还有一些城市正在做试点工作。从起步研究到发展应用，从引进到改进，在 30 年的发展过程中，国内企业以及科研单位已经掌握足够的技术，研发能力得到了提高。不论引进国外系统或是采用国内系统，总体上从一定程度改善了城市交通问题，但仍有诸多问题困扰着城市的交通决策者和工程师们。
一些城市的交通信号控制系统 南京城市交通控制系统 南京城市交通控制系统(简称NUTCS)是我国自行研制开发的第一个实时自适应城市交通信号控制系统，是在原国家计委和国家科委的批准下，由交通部、公安部和南京市共同完成的，是“七五”国家重点科技攻关项目(编号2443)，多次获得公安部和国家的技术大奖。 NUTCS结合了SCOOT与SCATS的优点，满足和适应国内路网密度低而且路口间距悬殊的道路 条件以及混合交通突出的交通特点；通常采用路口级和区域级两级控制结构，需要的情况下可以扩充为路口级、区域级和中心级三级分布式递阶控制结构；系统设置了实时自适应、固定配时和无电缆联动控制三种模式，具有警卫、消防、救护、公交信号以及人工指定等功能，工作方式灵活，功能完备。动车控制模式尚不完善，仍然大量存在车流相互影响的情况，限制了系统运行效果；二是优化目标只是综合考虑了行车延误、停车次数和阻塞度，但未把提高道路能力作为系统目标加以充分考虑。 海信HiCon交通信号控制系统 HiCon交通信号控制系统是青岛海信网络科技股份有限公司开发的从路121信号机、通信服务器到区域控制服务器、中央控制服务器的整套智能交通解决方案，包括Hsc一100系列交通信号机、HiCon交通信号控制系统软件、CMT交通信号机配置与维护工具软件。系统针对混合交通的现状建立了机非混合控制模型来控制混合交通流；采用多层次分布式控制结构，分为控制平台层、控制中心层、通信层和路口层四层；具有完整的算法体系，包括区域协调控制算法、感应式协调控制算法、行人二次过街算法、城市快速出入口与城市路口的协调控制算法以及突发事件的检测算法，支持NTCIP开放协议，满足最新的国家标准。 深圳市SMOOTH交通信号控制系统 SMOOTH交通信号控制系统采用分布式控制模式、三层体系结构、大型数据库、多服务器协同处理；针对深圳市高饱和度、高复杂度、高期望值的交通需求，和规律性、可变性、随机性相结合的交通特征，采用了灵活有效的控制策略，在平峰时段追求通行能力最大，高峰时段追求拥挤度最小；系统吸收了KATNET系统识别交通状态的方法、SCOOT系统“临近预测”的策略以及SCATS系统战略控制与战术微调相结合的手段，提出了基于交通状态识别下的多目标决策控制策略以及单