单点交叉口固定信号配时优化模型

交叉口信号控制周期优化模型对比分析摘要：交通信号灯是非常重要的交通控制措施，合理的信号配时可以缓解交通堵塞问题，而信号周期优化模型在交叉口的设计管理上更起着关键作用。

本文在分析现有信号交叉口周期优化模型的基础上，依照我国交叉口的实际情况，以车辆延误、排队长度、通行能力为指标参数，提出了一种多指标优化的信号周期优化模型并对其进行分析。

关键词：信号周期优化模型；延误；通行能力1研究背景当今我国的道路交通运输量快速增多，城市道路交通存在的缺点也随之显现。

城市道路交叉口是道路交通上的重要关节，它能够影响着车流量的连续性、车辆停驶的时间长短以及交通事故的发生频率。

城市道路交通控制是提高道路通行能力、解决城市交通问题的重要措施之一,而城市交通信号控制的技术关键在于交叉口的信号配时。

2传统的信号周期优化模型2.2 ARRB信号周期模型韦伯斯特模型分析的指标单一，对于许多交通状况不能使用，所以至今有一些研究者多方面的弥补该模型存在的缺陷。

最为交通业熟知的就是澳大利亚的阿克塞立科把“停车补偿系数”加入了韦伯斯特模型中。

另外，他还将这个系数挂钩于车辆延误时间，来评价交叉口信号周期的优化度。

该优化模型的表达式为PI=d+K h公式中，PI——运行指标；d——所有的车辆总延误时间(s)；h——所有的车辆停车率；K——起主要作用的车辆停车数的加权系数。

将上述的运行指标公式对信号周期C求导，并使其一阶导数等于0。

经过大致地推算，最后得出ARRB模型的最佳信号周期理论计算公式，其表达式为其中，C0——最优信号周期(s);L——总损失时间(s)；Y——全部主要作用相位主要车道的流量比总和。

从公式中可以看出，当K=O时，该公式与Webster公式很接近。

因为ARRB模型中只有利于起主要作用的车流，实际信号周期的取值一般比ARRB模型求得的最优周期再小一些。

这样的取值有利于减小行人过路时的延误和不是起主要作用的车流的延误。

2.3传统周期优化模型的对比分析韦伯斯特模型在低饱和度条件尤其是在交叉口饱和度小于0.85下能够较好地测算延误。

重庆交通大学实验（实践）报告实验（实践）项目名称：交叉口单点信号配时改善学院：交通运输专业：交通规划与管理学生姓名：刘义权学号：08110324课程名称：交通管理与控制指导教师：李淑庆实验（实践）时间：2011年12月总成绩教师签名批改时间八公里-交管局交叉口信号配时及交叉口渠化设计一、八公里交叉口现状描述1.1 交叉口基本道路条件八公里-交管局交叉口的主干道是双向7车道道路，从南坪至鱼洞方向共有4个车道，包括3个直行车道和一个左转车道，从鱼洞至南坪方向共有3个车道，包括2个直行车道和一个直右混行车道，从家具城到交管局方向的上坡道路的车道包括两个非机动车车道（如图）、两个下坡左右转车道以及一个直行车道。

具体情况如下图所示：图1：交叉口现状其中，各车道及中央分隔带的宽度如下表：表1：道路两个非机动车道其他车道中央分隔带路宽（m） 2 3 3通过现场的观测，我们发现该交叉口主干道行车条件良好，视距良好，路面平整，道路纵坡很小，左转车辆也有专门的相位，因此对对向车流的交通干扰不大。

至于次干道，道路纵坡较大，并且极少的左转车辆要穿过往南坪方向的车流，对该方向的车流有很大的影响和干扰。

1.2 相位渠化情况交叉口有两个相位，第一相位是南坪到鱼洞方向的直行、鱼洞到南坪的直行,鱼洞到交管局的右转以及交管局到南坪的右转车放行，第二相位是南坪到鱼洞方向的左转、交管局到鱼洞的左转车以及鱼洞到交管局的右转车放行。

具体如图所示：图2：相位渠化图1.2.1图3：信号配时图1.3 平峰15min调查交通量情况根据现场调查，将测得交通量换算为标准车型后，整理如下：表2：交叉口各流向流量表进口道mnQ15（pcu/h）大车率（%）dmnq（pcu/h）南坪至鱼洞（北）直行411 9.0 1644 左转 4 0 16总计415 9.0 1660鱼洞至南坪（南）直行573 12.1 2292 右转8 0 8总计581 12.1 2300交通局（东）左转 3 0 12 右转12 0 48总计15 0 60注：1、车型的换算标准车型为小客车，其换算系数为1，大车换算系数为2，中型车换算系数为1.5；2、在计算高峰小时车流量时，主干道PHF值取的0.75，次干道为0.8；二、交叉口信号配时合理性验证2.1 饱和流量的计算根据交叉口的现状对各流向的车流量进行校正，得到一系列校正系数，将所得的校正系数对表3的数据进行处理后，得到下表。

191CASE区域治理基于博弈论的单点交叉口信号配时优化方法兰州交通大学数理学院 张继，陈京荣，王霞，陈琼摘要：为解决单点交叉口不合理信号配时引起的车辆及行人拥堵状况，以博弈论为基础，构建双层博弈模型。

上层对两相位交叉口东西向和南北向车辆进行斗鸡博弈，通过Nash均衡解分配绿灯时间；下层对人行横道处行人和机动车进行演化博弈，通过复制者动态方程达到演化稳定策略（ESS）后优化配时。

最后，用Matlab对比定时控制，方案能及时减少延误。

关键词：交叉口信号配时；博弈论；演化稳定策略中图分类号：TN911.6文献标识码：A文章编号：2096-4595（2020）25-0191-0002随着城市化进程加快，城市道路交通负担加重，交叉口拥堵状况愈发严重，亟需优化的配时方案缓解交叉口的拥堵状况。

1958年，韦伯斯特提出经典的信号配时，奠定了定时控制的基础[1]。

但定时控制在交通状况变化时容易造成交叉口拥堵。

博弈论是运筹学的一个重要分支，是研究含有竞争性质现象的数学方法。

国内外学者热衷于以博弈论为手段研究路口信号控制：Clempner 等人构建Stackelberg 博弈模型，利用C 变量法求最优信号配时[2]；李建明等人以平均延误最小为目标，提出基于演化博弈的单点交叉口优化配时模型 [3]；梁春岩等人改变行人相位配时，提高行人过街效率[4]。

本文以博弈论为基础，建立斗鸡博弈模型和演化博弈模型，固定周期下优化配时方案。

一、交叉口信号配时的博弈模型（一）交叉口机动车间的斗鸡博弈定义博弈双方中的一方为南北向车辆，记为参与者A；另一方为东西向车辆，记为参与者B 。

设a b c d e f、为交通延误值，令延误的相反数作为收益值。

该博弈的支付矩阵如表1所示。

表1中：()11t aA S dt −∫，2t b A dt =∫，1t c A dt =∫，()22t dA S dt =−∫，()13t e A S dt −∫，()24t f A S dt =−∫其中：12A A 、为南北向、东西向车辆到达率，12S S 、为南北向、东西向车辆离去率，34S S 、表示无信号交叉口南北向、东西向车辆离去率。

摘要：在现有交通资源下，利用交通信号的动态调控缓解交通拥堵是一种行之有效的方式。

首先探讨了道路交叉口信号控制的空间和时间优化思路，在时间优化方面提出基于粒子群算法的信号配时优化模型。

以昆明市学府路为例，在分析大量交通流数据的基础上，根据三相交通流理论，对交通状态进行划分并提出有针对性的控制策略。

将信号配时优化模型应用于学府路3个相邻的关键交叉口。

交通仿真和方案试运行结果显示，优化前后同步流状态下交叉口延误平均降低21.0%，车辆排队长度平均降低12.4%；堵塞状态下交叉口延误平均降低32.0%，车辆排队长度平均降低24.9%。

这一结果表明该模型在道路交叉口信号配时优化中具有合理性和有效性。

Abstract ：Dynamic signal control is an effective method to relief traf-fic congestion,which does not re-quire additional resources.By dis-cussing the signal control improve-ment in space and time,this paper first develops a signal timing mod-el based on Particle Swarm Optimi-zation (PSO).Taking Xuefu Road in Kunming City as an example,the paper classifies different traffic performance and proposes corre-sponding traffic control strategies based on the massive data of traffic flow and three-phase signal timing theory.The traffic simulation re-sults on three adjacent intersections on Xuefu Road show an average 21.0%reduction in intersection de-lay and a 12.4%decrease in queue length under the same flow condi-tion before and after signal timing improvement.Under the traffic con-gestion,the reduction in average de-lay is 32.0%and in average queue length is 24.9%.The results demon-strate the efficiency of the model in improving signal timing.关键词：交通控制；道路交叉口；信号配时；粒子群；优化模型；控制策略；仿真评价Keywords ：traffic control;intersec-tions;signaltiming;particleswarm;optimization models;con-trol strategies;simulation evaluation 中图分类号：U491.5+4文献标识码：A 收稿日期：2012–11–22基金项目：云南省科技厅建设创新型云南行动计划——州市党政“一把手”科技工程基金项目“面向复杂交通的昆明市主城区智能交通综合管理系统研究及示范应用”(2008QA022)作者简介：成卫(1972—)，男，云南宣威人，博士，教授，主要研究方向：交通信息工程及控制。

第１０卷　第６期２０１０年１２月交通运输工程学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｒａｆｆｉｃａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ．１０　Ｎｏ．６Ｄｅｃ．２０１０收稿日期：２０１０ ０７ ０４基金项目：国家自然科学基金项目（５０９６８００９）；高等学校博士学科点专项科研基金项目（２００９６２０４１１０００３）作者简介：吕　斌（１９７５ ），男，甘肃平凉人，兰州交通大学副教授，工学博士研究生，从事交通信号控制研究。

导师简介：牛惠民（１９６３），男，甘肃陇西人，兰州交通大学教授，工学博士。

文章编号：１６７１ １６３７（２０１０）０６ ０１１６ ０５随机条件下单点交叉口信号配时优化吕　斌，牛惠民（兰州交通大学交通运输学院，甘肃兰州　７３００７０）摘　要：分析了信号交叉口交通流的随机特性，根据与期望排队长度相关的相位机动车排队长度偏差指标，考虑不同相位的权重因素，建立了交叉口信号配时优化模型，研究了相位清空可靠度与周期时长和相位绿灯时间的定量关系。

对模型进行了确定性转化，并以两相位信号交叉口为例进行了算例试验分析。

计算结果表明：交通流到达率的方差从０增加到３５０ｐｃｕ·ｓ－１时，周期时长将从５０ｓ增加到２３２ｓ，且到达率方差较大的相位需要更多的绿灯时间；排队长度由４ｐｃｕ增加到３０ｐｃｕ时，相位清空可靠度仅从０．７１２增加到０．８８４。

可见交通流到达率的随机特性对交叉口信号配时参数的设置影响明显，模型正确。

关键词：交通信号控制；随机仿真；周期时长；相位清空可靠度；排队长度中图分类号：Ｕ４９１．５１ 文献标志码：Ａ犛犻犵狀犪犾狋犻犿犻狀犵狅狆狋犻犿犻狕犪狋犻狅狀犪狋犻狊狅犾犪狋犲犱犻狀狋犲狉狊犲犮狋犻狅狀狊狌狀犱犲狉狉犪狀犱狅犿犮狅狀犱犻狋犻狅狀ＬＵＢｉｎ，ＮＩＵＨｕｉ ｍｉｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＴｒａｆｆｉｃａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，ＬａｎｚｈｏｕＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００７０，Ｇａｎｓｕ，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｓｔｏｃｈａｓｔｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｔｒａｆｆｉｃｆｌｏｗｗａｓａｎａｌｙｚｅｄａｔｉｓｏｌａｔｅｄｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｄｅｖｉａｔｉｏｎｏｆｑｕｅｕｅｌｅｎｇｔｈｏｆｐｈａｓｅｖｅｈｉｃｌｅｓｃｏｒｒｅｌａｔｉｎｇｔｏｔｈｅｅｘｐｅｃｔｅｄｑｕｅｕｅｌｅｎｇｔｈｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ，ｔｈｅｗｅｉｇｈｔｓｏｆａｌｌｐｈａｓｅｓｗｅｒｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ，ａｎｄａｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｓｉｇｎａｌｔｉｍｉｎｇｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓａｍｏｎｇｐｈａｓｅｃｌｅａｒａｎｃｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ（ＰＣＲ），ｓｉｇｎａｌｃｙｃｌｅａｎｄｇｒｅｅｎｔｉｍｅｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ，ａｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｗａｓａｃｈｉｅｖｅｄｆｏｒｔｈｅｍｏｄｅｌ，ａｎｄａｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘａｍｐｌｅｏｆｔｗｏ ｐｈａｓｅｓｉｇｎａｌｉｚｅｄｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅｖａｒｉａｎｃｅｏｆａｒｒｉｖａｌｒａｔｅｉｎｃｒｅａｓｅｓｆｒｏｍ０ｔｏ３５０ｐｃｕ·ｓ－１，ｔｈｅｃｙｃｌｅｌｅｎｇｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｓｆｒｏｍ５０ｓｔｏ２３２ｓ，ａｎｄｔｈｅｐｈａｓｅｗｉｔｈｔｈｅｌａｒｇｅｒｖａｒｉａｎｃｅｏｆａｒｒｉｖａｌｒａｔｅｎｅｅｄｓｍｕｃｈｇｒｅｅｎｔｉｍｅ．Ｗｈｅｎｔｈｅｑｕｅｕｅｌｅｎｇｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｓｆｒｏｍ４ｐｃｕｔｏ３０ｐｃｕ，ｔｈｅｐｈａｓｅｃｌｅａｒａｎｃｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｎｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｓｆｒｏｍ０．７１２ｔｏ０．８８４．Ｔｈｅｒａｎｄｏｍｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆａｒｒｉｖａｌｒａｔｅｈａｓａｎｏｂｖｉｏｕｓｅｆｆｅｃｔｏｎｔｒａｆｆｉｃｓｉｇｎａｌｓｅｔｔｉｎｇ，ａｎｄｔｈｅｍｏｄｅｌｉｓｃｏｒｒｅｃｔ．２ｔａｂｓ，１３ｒｅｆｓ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｔｒａｆｆｉｃｓｉｇｎａｌｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｃｙｃｌｅｌｅｎｇｔｈ；ｐｈａｓｅｃｌｅａｒａｎｃｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ；ｑｕｅｕｅｌｅｎｇｔｈ犃狌狋犺狅狉狉犲狊狌犿犲狊：ＬＵＢｉｎ（１９７５ ），ｍａｌｅ，ａｓｓｏｃｉａｔｅｐｒｏｆｅｓｓｏｒ，ｄｏｃｔｏｒａｌｓｔｕｄｅｎｔ，＋８６ ９３１ ４９３８０２５，ｊｄｌｂｘｘ＠ｍａｉｌ．ｌｚｊｔｕ．ｃｎ；ＮＩＵＨｕｉ ｍｉｎ（１９６３ ），ｍａｌｅ，ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ，ＰｈＤ，＋８６ ９３１ ４９３８０１５，ｈｍｎｉｕ＠ｍａｉｌ．ｌｚｊｔｕ．ｃｎ．０　引　言城市交通信号控制系统是保障道路交通安全和提高道路通行能力的重要环节，通过优化交通信号控制系统可以最大限度地提高交叉口使用效率。

单点交叉口相位设计与信号配时组合优化研究单点交叉口是城市道路交通中常见的交通节点形式之一，其良好的相位设计和信号配时组合对于交通流的顺畅和交通安全具有重要的影响。

本文旨在研究单点交叉口的相位设计和信号配时组合的优化方法，以提高交通流的效率和减少交通拥堵。

首先，相位设计是单点交叉口中重要的一环。

相位设计主要涉及到车辆行驶方向的划分和绿灯时间的分配。

在划分车辆行驶方向时，需要考虑到交叉口周边道路的通行情况、车辆流量和行驶方向的需求。

通过合理的划分，可以有效地减少交通冲突和提高交通流的通行能力。

在分配绿灯时间时，需要根据各个方向的车辆流量和行驶速度进行动态调整，以确保每个方向的车辆都能够得到合理的通行时间。

其次，信号配时组合是单点交叉口中的另一个重要问题。

信号配时组合主要涉及到不同相位之间的转换和绿灯时间的设置。

在相位之间的转换上，需要考虑到车辆流量的变化和交通冲突的情况，以确保相位的切换能够顺利进行。

在绿灯时间的设置上，需要根据各个方向的车辆流量和行驶速度进行合理的分配，以最大程度地提高交通流的通行能力。

针对以上问题，本文提出了一种基于交通流模型的单点交叉口相位设计和信号配时组合的优化方法。

首先，通过对交通流进行建模和仿真，得到交通流的流量、速度和密度等相关参数。

然后，根据这些参数，利用优化算法求解出最优的相位设计和信号配时组合。

最后，通过仿真实验验证了该方法的有效性和可行性。

实验结果表明，采用本文提出的优化方法可以有效地改善单点交叉口的交通流状况。

相位设计和信号配时组合的优化可以显著提高交通流的通行能力，减少交通拥堵和交通事故的发生。

因此，本文的研究成果对于城市交通管理和交通规划具有重要的实际意义。

综上所述，单点交叉口相位设计和信号配时组合的优化是提高交通流效率和减少交通拥堵的重要手段。

本文基于交通流模型，提出了一种有效的优化方法，通过仿真实验验证了该方法的有效性。

未来的研究可以进一步探索其他优化方法和策略，并将其应用于实际的交通管理和规划中，以进一步提高城市交通的效率和安全性。

单点交叉口信号配时优化方法及原型系统实
现
单点交叉口信号配时优化是通过对交叉口的信号灯配时进行分析和调整，使其能够更好地适应交通流量的变化，提高交通运行效率，减少交通拥堵和交通事故的发生。

本文介绍了一种基于车辆流量预测的单点交叉口信号配时优化方法及原型系统实现。

一、方法与实现
方法：
1. 收集实时交通数据，包括交通流量、车速、车辆稳定性等信息。

2. 基于历史数据和实时数据，使用机器学习算法预测未来交通流量并生成流量预测模型。

3. 根据流量预测模型和当前交通流量信息，实时计算出最佳的信号配时方案。

4. 在每个周期结束时根据新的交通数据和历史数据，对信号配时方案进行进一步调整。

实现：
本文实现了一个原型系统，包括数据采集子系统、流量预测子系统和信号配时子系统。

1. 数据采集子系统：通过视频监控、传感器等设备获取交通流量、车速、车辆稳定性等数据，并将其存储到数据库中。

2. 流量预测子系统：利用机器学习算法对历史数据和实时数据进行预测，生成流量预测模型，并输出流量预测结果。

3. 信号配时子系统：根据流量预测结果和当前交通数据，实时计算出最佳的信号配时方案，并将其发送到信号控制器。

二、实验结果
本文将该方法在某城市的一个单点交叉口进行了实验，实验结果
表明，该方法能够有效提高交通运行效率，使车辆等待时间减少49.8%，减少了交通拥堵和交通事故的发生。

三、结论
本文提出了一种基于车辆流量预测的单点交叉口信号配时优化方法，并设计了相应的原型系统。

实验结果表明该方法能够在减少车辆
等待时间的同时提高交通运行效率，具有一定的实用价值。