（交通信息工程及控制专业论文）城市单交叉口信号配时设计与仿真.pdf

中文摘要 摘要：合理的交通控制方法能有效的缓解交通拥挤、减少尾气排放及能源消耗、 缩短出行延时。平面交叉口是城市交通的关键，它是整个城市道路的瓶颈地带， 对其进行交通信号控制方法的研究具有重大意义。 论文从定时控制和感应控制着手，解决单交叉口信号控制中存在的问题：定 时控制信号周期固定，不能根据实际的交通流状况随时调整信号控制参数，因此 造成很多不必要的时间等待和资源浪费；传统感应控制主要是根据车辆到来情况 进行信号控制，存在对交叉口检测信息少和对信息利用方式简单、单调等问题； 对左转车辆较少的单交叉口一般采用有固定左转相位的定时控制方法，此信号控 制中的左转车辆通行对直行车辆影响很大；行人过街信号与上游交叉口的不协调 导致车辆通过上游交叉口后遇到行人过街而再次停车。基于上述单交叉口信号控 制存在的问题，本文进行了如下研究： 1 、介绍了常用定时信号控制算法和感应信号控制的基本工作原理，分析了传 统定时控制和感应控制的优越性和局限性。 2 、设计了一种基于数据挖掘的单交叉口定时信号控制方法，这种方法能使交 叉口根据实际交通情况选择合理的定时信号配时方案。 3 、设计了一种基于排队长度的相位自适应感应信号控制方法，并与传统定时 控制进行了仿真比较。 4 、设计了两种行人过街信号控制方法。当上游交叉口是定时控制时，行人信 号采用与上游交叉口协调信号控制方法；当上游交叉口是感应控制时，行人信号 采用感应信号控制方法，并与定时控制进行了仿真比较。 图3 5 幅，表3 3 个，参考文献2 6 篇。 关键词：单交叉口；定时控制；感应控制；v i s s i m 仿真 分类号：u 4 9 1 j 塞交道太堂亟堂僮i 金窒垦竖! 基! a bs t r a c t a b s t r a c t ：r e a s o n a b l et r a f f i cc o n t r o lm e t h o d sa r ee f f e c t i v ei n a l l e v i a t i n gt r a f f i c c o n g e s t i o n ，r e d u c i n ge m i s s i o n s ，e n e r g yc o n s u m p t i o n a n dt r a v e l d e l a y p l a n e i n t e r s e c t i o n sa r et h ec h o k ep o i n t so ft h eu r b a nt r a f f i cs y s t e m _ r e s e a r c ho ni n t e r s e c t i o n s i g n a lt i m i n gi so fg r e a ts i g n i f i c a n c e g o i n ga b o u tt h et i m i n gc o n t r o la n da c t u a t e dc o n t r o l ，t h et h e s i ss o l v e st h ep r o b l e m s o ft r a f f i cs i g n a lc o n t r o la ti n t e r s e c t i o n s t i m i n gs i g n a lc o n t r o l ，t h ep e r i o d so fw h i c ha r e i n v a r i a b l e ，i su n a b l et or e g u l a t et h ep a r a m e t e r sw i t hc h a n g e so ft h et r a f f i cc o n d i t i o n s i t l e a d st od e l a ya n dr e s o u r c e - w a s t i n g ；a c t u a t e ds i g n a lc o n t r o li sb a s e do nt h ed e t e c t i n go f c o m i n gv e h i c l e s ，s oi tc a l l tu s et h ei n f o r m a t i o no ft h ei n t e r s e c t i o n sc o m p r e h e n s i v e w h e nt i m i n gc o n t r 0 1i su s e da tt h ei n t e r s e c t i o nw h i c hh a sl e s sl e f b t u m t r a f f i c ，i tm a k e s l e f tt u r n i n gc a r se f f e c th e a v i l yo ng o i n gc a r s t h es i g n a l sf o rp e d e s t r i a n sd o n ta s s o r t w i t ht h es i g n a l sa tt h ei n t e r s e c t i o nt h a tm a k e st h ec a rs t o pw h e ni tc o m e sa c r o s st h e p e d e s t r i a n s i nt h i sp a p e r , s o m er e s e a r c h e sh a v eb e e nd o n e ，i nt h ep u r p o s et os o l v et h e p r o b l e m sd e s c r i b e da b o v e 1 i n t r o d u c e st h ep r i n c i p i u mo ft h et r a d i t i o n a ls i g n a lc o n t r o lm e t h o d sa n da n a l y s e s t h eb e n e f i t sa n ds h o r t c o m i n g so ft h e m 2 p r e s e n t sam e t h o df o rt i m i n gs i g n a lc o n t r o l ，u s i n gc l u s t e r i n ga l g o r i t h mi nd a t a m i n i n g t h i sm e t h o dc a nc h o o s es i g n a lc o n t r o ls c h e m ea c c o r d i n gt ot h et r a f f i cc o n d i t i o n w h i c hv a r i e sw i t ht i m e 3 ap h a s ea d a p t i v ei n d u c t i o nc o n t r o lm e t h o db a s e do nt h el e n g t ho ft h ew a i t i n g q u e u ei sd e s i g n e d ，a n dc o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a lm e t h o db ys i m u l a t i o n 4 t w om e t h o d sh a v e b e e nd e s i g n e dt oc o n t r o lt h ep e d e s t r i a n sg o i n ga c r o s sas t r e e t i ft h eu p s t r e a mi n t e r s e c t i o nu s e st h et i m i n gc o n t r o l ，s i g n a l sf o rp e d e s t r i a n sm u s ta s s o r t w i t hi t ；w h i l et h eu p s t r e a mi n t e r s e c t i o nu s e si n d u c t i o nc o n t r o l ，s i g n a l sf o rp e d e s t r i a n s c a na l s ou s et h ei n d u c t i o nc o n t r 0 1 t h et w om e t h o d sa r ec o m p a r e dw i mt h et r a d i t i o n a l t i m i n gc o n t r o lb ys i m u l a t i o n k e y w o r d s ：s i n g l ei n t e r s e c t i o n ；t i m i n gc o n t r o l ；a c t u a t e dc o n t r o l ；v i s s i m s i m u l a t i o n c l a s s n o ：u 4 9 1 图索引 图1 1 车辆到达和驶离交叉口的过程4 图2 1 感应信号控制工作原理【2 】1 4 图2 2 半感应信号控制流程图l7 图2 3 全感应信号控制流程图l8 图3 1 交叉口模型及车流量检测器位置图2 2 图3 2 相位设计：2 2 图3 3m a t l a b 软件计算归类图2 4 图3 4 检测路段位置图2 7 图3 5 平均延误时间2 8 图4 1 单交叉口模型示意图3 0 图4 2 定时控制相位、相序图3 l 图4 3 检测器的设置情况3 4 图4 4 感应控制流程图3 7 图4 5 配时图：3 8 图4 6 检测路段位置图3 9 图47 检测点位置3 9 图4 81 8 0 1 2 4 0 0 秒平均旅行时间：4 0 图4 91 8 0 1 - 2 4 0 0 秒平均停车次数4 2 图4 1 0 总平均停车次数4 2 图4 1 1 1 8 0 1 2 4 0 0 秒平均延误时间4 4 图4 1 2 总平均延误时间4 4 图4 1318 01 2 4 0 0 秒平均排队长度4 5 图5 1 上游交叉口模型4 7 图5 2 相位设计4 8 图5 3 人行道与上游交叉口协调控制配时图4 9 图5 4 行人与上游机动车交叉口协调控制时距图5 0 图5 5 上游机动车交叉口检测器铺设位置图5 0 图5 6 人行道检测器铺设位置图5 2 图5 7 定时控制配时图5 3 图5 8 人行道各检测路段位置图5 4 图5 9 平均排队长度检测位置图5 4 图5 1 0 平均旅行时间5 5 图5 1 l 平均延误时间o 5 6 图5 1 2 平均停车次数5 8 图5 1 3 平均排队长度5 9 表索引 表1 1 交叉口服务水平6 表1 2 饱和流量与车道宽度的关系8 表1 3 不同车辆折算系数。8 表2 1 初始绿灯时间与车辆检测器到停车线间距离的关系1 5 表3 1 交通流组成情况2 2 表3 2 交通流量2 3 表3 3 三个簇的质心( 单位为辆，j 、时) 2 4 表3 4 最佳周期( 车流量单位为辆，j 、时) 2 5 表3 5 各相位绿灯时间及红灯时间( 单位秒) 。2 5 表3 6 检测路段长度( 单位米) 2 7 表3 7 平均延误时间( 单位秒) 2 7 表4 1 交通流组成情况3 0 表4 2 交通流量3 l 袋4 31 2 0 1 - 2 4 0 0 秒时段折合成小客车的交通量3 1 表4 42 相位时红灯与绿灯时间( 单位秒) 3 3 表4 53 相位时红灯与绿灯时间( 单位秒) 3 3 表4 6 路段距离( 单位米) 3 9 表4 7 旅行时间4 0 表4 8 平均停车次数4 l 表4 9 平均延误时间4 3 表4 1 0 平均排队长度4 5 表5 1 交通流组成情况4 7 表5 2 交通流量4 8 表5 3 折合小汽车后交通量统计4 8 表5 4 最佳周期4 8 表5 5 上游机动车交叉口各相位绿灯时问及红灯时间4 8 表5 6 上游机动车交叉口各相位绿灯时间及红灯时间5 2 表5 7 仿真评价时间段划分5 3 表5 8 检测路段距离( 单位米) 。5 4 表5 9 平均旅行时间( 秒) 5 4 表5 1 0 平均延误时间( 秒) 5 6 表5 1 1 平均停车次数( 次) 一5 7 表5 1 2 平均排队长度( 米) 5 9 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 喹呶侈 签字日期： c 年月歹弓日 聊躲 。 。l泊i( 3 3 ) j _ i t - i ，响 式中：e ：是数据集所有对象的平方误差的总和； 七：簇的数量； x ：给定的数据对象； i ：簇c j 的平均值。 聚类定义： 给定一数据样本集x z ，五，一 五) ，根据数据点间的相似程度将数据集合分 成k 簇： c l ? c 2 ，q ) 的过程称为聚类，相似样本在同一簇中，相异样本在不同簇 中。 2 、k - m e a n s 聚类算法1 2 2 l 输入：簇的数目k 和包含n 个对象的数据库； 输出：k 个簇，使准则函数最小。 ( 1 ) 选择一个含有随机选择样本的k 个簇的初始划分，计算这些簇的质心； ( 2 ) 根据欧氏距离把剩余的每个样本分配到距离最近的簇质心的一个划分； ( 3 ) 更新簇的质心； ( 4 ) 计算准则函数见公式( 3 3 ) ； ( 5 ) 直到准则函数值不再发生明显变化，否则重复( 2 ) 、( 3 ) 、( 4 ) 。 3 2 单交叉口基本描述 1 、单交叉口车道设置( 示意图见图3 1 ) 2 1 图3 1 交叉口模型及车流量检测器位置图 f i g 3 1t h ei n t e r s e c t i o nm o d e la n d t h el o c a t i o no fv e h i c l ed e t e c t o r s 本章选的交叉口有东、西、南、北向各有一个直行车道，每股车道的宽度为 3 3 米。根据表1 2 得车道饱和流量为1 8 7 5 辆川、时。 2 、行车速度和种类构成见表3 1 。 表3 1 交通流组成情况 t a b 3 1t h ec o m p o s i t i o no f t r a f f i cf l o w 3 、相位设计 本交叉口为2 相位系统，第1 相位东西向交通流直行，第2 相位南北向交通 流直行，见图3 2 ： _ _ _ - 。 i l _ - _ _ _ - ， 第1 相位第2 相位 图3 2 相位设计 f i g 3 2t h ep h a s e s 4 、交通流量 实际交通流量是随时间变化的，表3 2 的交通流量数据是按小时统计的一天中 图3 1 的四个进口道的车流量。 表3 2 交通流量 t a b 3 ：2t r a f i l ef l o w 5 、车流量检测器的铺设 见图3 1 ，车流量检测器距离各进口道停车线2 0 0 - - , 3 0 0 米，本文取3 0 0 米，以 便为本周期信号结束时为下一周期提供交通流量数据。 3 3 基于数据挖掘的单交叉口定时控制方法设计 3 3 1交通流量数据预处理 表3 2 中的1 进口数据是一天中按小时统计的各进口的车流量，数据最初来源 于深圳滨河红岭( 东向西) 某日卡口车流量统计，为了研究方便，保留了车流量大小 按时间变化的规律，其他进口道交通流量数据为了研究方便而假想的。 根据3 1 节中的k - m e a n s 聚类算法把表3 2 中的每个时段的作为一个样本，所 以样本数n = 2 4 ；把1 、2 、3 、4 进口的车流量作为相对应样本的4 个属性，数据维 数d = 4 ；令k = - 3 ，即用聚类算法步骤把车流量数据分成3 簇：高峰、平峰和低峰。 本文的算法实现是用m a t l a b 软件进行k m e a n s 聚类算法归类，结果见表3 2 最 后一列和图3 3 。 oo 2o 40 6覆81 s i l h o u e t t e v a l u e 图3 3m a t l a b 软件计算归类图 f i g 3 3c l a s s e s 从表3 2 和图3 3 中很明显看出2 4 个样本被分成了3 簇，第1 类代表高峰簇， 第2 类代表低峰簇，第3 类代表平峰簇。利用表3 1 计算各簇的质心用于信号配时， 结果见表3 3 。质心的算法见公式( 3 1 ) ，质心是一个平均值，它分别代表了高峰、 低峰、平峰时的各进口的车流量，下一节将利用表3 3 中的三组数据做三个信号配 时方案。 表3 3 三个簇的质心( 单位为辆，j 、时) t a b 3 3t h eh e a r to ft h et h r e ec l u s t e r s 3 3 2信号控制方案设计 1 、配时设计 利用表3 3 中的三组数据分别利用第2 1 1 节的f 韦伯斯特配时方法进行配 时，将得出三组定时配时方案。以高峰时段车流量数据为例，定时配时步骤如下： ( 1 ) 黄灯应亮时间为3 秒； ( 2 ) 取相位损失时间为4 秒，全红时间2 秒。根据第1 章中的公式三= 玎( n ， 其中疗为相位数，求得信号总损失时间l ：l = n ( 1 + r ) = 1 2 秒 ( 3 ) 由公式( 1 1 1 ) 求得流量比总和y ：其中1 相位最大流率比为o 4 3 ，2 相位 最大流率比为0 3 8 ，因此流率比总和为：y = 0 4 3 + 0 3 8 = 0 8 1 ( 4 ) 由公式( 2 - i ) 求得最佳信号周期g ： c o = 箐= 半等北秒 l o5 百2 1 丽副引秽 ( 5 ) 求得净绿灯时间：名= c o 一坼一三= 1 2 1 2 x 3 1 2 = 1 0 3 秒 ( 6 ) 各相位绿灯时间： 乞= 乞g lq + l 垡2 + 1 = 1 0 3 x 丽虿8 巧1 0 西+ 4 5 9 秒 乞啪鲕q + 2 仍+ l = 1 0 3 x 鼎。t - 4 5 2 秒 ( 7 ) 用上述方法分别再对平峰和低峰进行配时，结果见表3 4 和表3 5 。 表3 a 最佳周期1 ( 车流量单位为辆纠、时) t a b 3 4t h eb e s tc y c l e 表3 5 各相位绿灯时问及红灯时问( 单位秒) t a b 3 5t h ep h a s et i m e 2 、控制策略 现在已经得到三种定时配时方案，分别应用于高峰、低峰、平峰时刻。根据 欧几里德距离把实际检测的各进口的交通流量分成高峰、低峰、平峰三种类别。 归属哪个类别则本信号周期结束后执行此类别相对应的配时方案。 具体流程是：初始先按照2 一平峰时刻配时方案配时，在一个周期结束时判断l 1 ( 为保证行车安全，计算出的信号周期如果8 1 l d , ，则把求得周期乘以1 2 1 5 ，延误不会明显增加【4 l ，本 文取1 2 ，则低峰周期改为3 5 秒) 、2 、3 、4 进口的检测器返吲的数据，设检测的四个进口的车流量数据分别记为 x x l ，x 2 ，x 3 ，黾) ，l 一高峰，2 - 低峰，3 一平峰三个类别的质心为： 五k i ，x 1 2 ，_ 3 ，而4 ) = 五 8 1 0 ，8 1 7 ，7 1 2 ，7 0 4 ) 五k i ，如，x 2 3 ，x 2 4 = x 2 2 4 0 ，2 3 8 ，1 6 0 ，1 6 3 ) 墨k i ，勘，x 3 3 ，h ) = 也 6 5 2 ，6 4 9 ，5 4 2 ，5 3 8 ) 根据欧几里德距离公式( 3 - 2 ) ，计算矾、吨、以。如下式： 哦= ( 虮k = l 甜) i 哦= l “。一心玎 破：f 壹k 一吒斤破= i k 一吒玎 以：r 壹k k - - x k ) 2 丫以= l k玎 按照上式分别计算每个周期结束时的盔、a 2 、以，d = m i n d j ，吱，也) ，找出最 小距离，相对应的类别所对应的配时方案就是下个周期的配时方案。例如如果最 小值是么，则下一周期采用低峰配时方案。 3 4仿真比较 3 4 1 定时控制设计 针对同一交叉口利用f 韦伯斯特算法进行定时控制设计，在定时控制设计中 ，交通流量、行车速度、车辆构成等各个参数同基于数据挖掘信号控制设计完全 一样。本节采用上节中的平峰时刻信号配时方案。 3 4 2 仿真分析 仿真总时间为1 4 4 0 0 秒，分成2 4 个时间段，每个时间段为6 0 0 秒，仿真中在 不同时间段输入不同流量的车辆( 按照表3 2 进行输入) 。为了说明本设计对交通 量随时间不断变化的交叉口能取得较小的平均延误，分别取高峰、低峰、平峰三 个代表时间段进行车辆平均延误时间评价。 软件在运行前，根据需要设定输出文件。本章设计主要评价平均延误时间， 因此设定输出* v l z 文件【2 5 】，并设置检测路段的起始与终止位置。见图3 4 ，例如 路段l 为两个标点1 之间的路段，路段编号及距离见表3 6 。导入v a p 相关文件， ，运行v i s s i m 软件。 图3 4 检测路段位置图 f i g 3 4t h el o c a t i o no fd e t e c t e ds e c t i o n s 表3 6 检测路段长度( 单位米) t a b 3 6t h el e n g t ho fd e t e c t e ds e c t i o n s 墼墨 路段编号1234 长度h i5 0 93 7 23 1 03 0 8 各检测路段的平均延误时间( 检测路段见图3 4 ) 见表3 7 和图3 5 表3 7 平均延误时间( 单位秒) t a b 3 7t h ea v e r a g eo fd e l a yt i m e 时间段路段控制方式 l 234 3 0 0 1 3 6 0 0 秒 固定配时方案1 0 21 0 11 3 61 2 7 ( 低峰)本章配时方案 6 59 61 1 81 2 0 7 2 0 1 7 8 0 0 秒固定配时方案 2 0 3 1 6 02 0 71 6 8 ( 高峰)本章配时方案 1 5 4 1 6 91 6 61 5 1 1 3 2 0 1 1 3 8 0 0 秒 固定配时方案 1 3 9 7 1 2 61 5 91 0 5 ( 平峰)本章配时方案 1 3 81 2 31 6 11i 8 o - 1 4 4 0 0 秒固定配时方案 1 6 11 4 71 6 61 6 0 ( 全天)本章配时方案 1 5 01 4 21 6 01 6 6 釜 三 = 型 捌 露 譬一 t 1 ) 0 1 - 3 6 0 0 砂低峰各检测路段甲均延误 口定时控制 壁羔塑堡挖 l f i 笪竺蕉剑 路段编号 7 2 0 1 7 8 0 ( 1 秒高峰务检测路段平均延误 口定时控制 一量王塾堡埕塑笪篁筮制 234 路段编号 =：=一：=一一一=。=：=一 1 3 2 0 1 - 1 3 8 0 0 秒甲峰各检测路段平均延误 2 路段编号 1 囵定时控制 。! 墨_ 王墼堪挖坦鱼竺鳖刭 0 - 1 4 4 0 0 秒全天备检测路段平均延误 234 路段编号 图3 5 平均延误时间 口定 一甚銎+ 三。于数据挖掘信弓控制 1 f i g 3 5t h ea v e r a g eo fd e l a yt i m e 结论：通过表3 7 和图3 5 可以看出： ( 1 ) 在交通量比较小的低峰时段，基于数据挖掘信号控制比定时控制好，4 个 6 ，2 n 8 6 4 2 0 一 念垦苔喵般露 一 一 一 嘶m：；塥俩h 一 稻叵蓉辎捌霸斗 检测路段的车辆总平均延误均比定时控制减少，其中l 检测路段减少延误达3 5 。 是因为本文采用了f 韦伯斯特算法定时配时，它是基于延误的配时算法，当某时 段车流量较少时，如果采用定时控制，则此时固定周期比实际最佳周期长，这样 会增加车辆在交叉口的等待时间，致使延误增加。 ( 2 ) 在交通量比较大的高峰时段，虽然两种配时方案中的平均延误都比低峰 时段有所增加，但两种方案进行比较时发现：采用基于数据挖掘的信号控制能使3 个检测路段的车辆总平均延误比定时控制小，是因为当车流量过大时，原有的固 定配时周期过短，在一定的时间内会增加车辆的停车次数，因此导致了延误时间 增加。总体来说，在高峰时段基于数据挖掘信号控制比定时控制好。 ( 3 ) 平峰时段两种信号控制方法采用的是相同的信号配时方案，因此车辆平 均延误相差不大。 ( 4 ) 从图3 5 最后一个柱形图可以看出，本文设计的基于数据挖掘信号控制能 使大多数路段取得较小总平均延误。 3 5小结 在交通流波动的情况下，基于数据挖掘信号控制比定时控制能使车辆取得更 小的延误时间，解决了定时控制不能使交叉口随着车流量的变化选择合理的配时 方案问题。 4 单交叉口相位自适应感应控制方法设计 本章对左转车辆较少的单交叉口进行了相位自适应感应控制设计。先对单 交叉口模型进行描述，然后进行感应控制设计，最后进行仿真并与定时控制进 行比较。 4 1 单交叉口基本描述 1 、单交叉口车道 豢隧 壅藤 图4 1 单交叉口模型示意图 f i g 4 1i n t e r s e c t i o nm o d e l 本章选的是比较常见的城市道路单交叉口，东西向为交通流量较大的干道 ，南北为次干道。为了研究方便，东西向车道没有设置左转车道。其中东西进 口各一个直行车道，南北进口各两个车道：分别为直行车道和独立的左转车道 。每股车道道宽为3 3 米。根据表1 2 得车道饱和流量为1 8 7 5 辆d , 时。 2 、行车速度和种类构成( 见表4 1 ) 表4 1 交通流组成情况 t a b 4 1t h ec o m p o s i t i o no ft r a f f i cf l o w 3 、相位设计 第l 相位东西向交通流直行，第2 相位南北向交通流直行，第3 相位南北 向交通流左转，见图4 2 ： 3 0 _ _ _ 一 j l l _ _ _ _ 薨1 相位第2 相位第3 相位 图4 2 定时控制相位、相序图 f i g 4 2t h et i m i n gc o n t r o lf o rp h a s ea n dp h a s e - s e q u e n c e 4 、交通流量+ 为了接近实际情况，考虑到交通流量的波动性，交通量统计表设计见表4 2 ： 表4 2 交通流量 亿i b 4 2t r a f f i cf l o w 表4 31 2 0 1 - 2 4 0 0 秒时段折合成小客车的交通量 1 a b 4 31 2 0 1 - 2 4 0 0s e c o n d sc o n v e r t e dt ot r a f f i cf l o wo f c a r s 时问段1 2 0 1 2 4 0 0 秒 迸口，方向直行左转 东( 辆d , 时) 西( 辆d , 时) 南( 辆，小时) 北( 辆d , 时) 6 8 4 7 0 1 5 5 3 5 8 1 1 7 9 1 8 4 4 2 相位自适应感应控制方法设计 4 2 1 控制参数 1 、车辆排队长度最大值 在欠饱和状况下，车流以到达率q 驶向交叉口，遇到红灯受阻，在近口道 3 l 上停车等待，产生车辆排队。红灯时间结束的时刻，进口道上的车辆排队长度 达最大值即： 绒2g 心 ( 单位辆)( 4 1 ) 式中：q 埘- 红灯期间车辆排队长度最大值 心相位i 等效红灯时间 g 车辆到达率 2 、平均停车距离 定义为车辆停车时与前方车辆或者与停车线之间的距离，在实际中一般是 i - - - 3 m ，本次计算中定义的平均停车距离取值2 m 。小客车车辆长度为4 1l m 。 平均每辆车占有的长度( l ) = 平均停车距离+ 车辆长度，得到公式( 4 2 ) 如下： ( l = 2 + 4 11 = 6 1l m ) 厶= 舭= 纯三 ( 4 2 ) 3 、疏散时间0 2 i 车队在绿灯时间疏散，以饱和流率s 放行，在车队疏散的同时，后续车队以 到达率g 加入车队。因此疏散所需时间( 单位秒) 为： n =兰生(4-3) s q 式中：级- 红灯期间车辆排队长度最大值 j 车道饱和流率 鼋车辆到达率 4 2 2 相位自适应感应控制设计 1 、设计思想 分两部分进行说明： ( 1 ) 直行相位：根据车辆到来情况和其他相位的车辆排队长度进行绿灯延 时； ( 2 ) 左转相位：初始执行l 、2 两直行相位，在每个相位结束时，判断左转 相位车辆的等待时间或者排队长度是否达到一定条件，如果是则切换到3 左转 相位，否则切换到l 或2 相位。当3 左转相位绿灯时间达到一定值时，切换到2 或者l 相位。重复上述过程。 2 、各相位最大排队长度和左转相位绿灯时间确定 为求得各相位最大排队长度，先根据1 2 0 1 2 4 0 0 秒时段车流量数据用韦伯斯 特配时方法，分别按照只有l 、2 相位的2 相位系统和有1 、2 、3 相位的3 相位 系统进行配时。得到各相位红灯时间再根据公式( 4 2 ) 进行计算。结果见表4 4 和 3 2 表4 5 ： 表4 42 相位时红灯与绿灯时间( 单位秒) t a b 4 4t h ep h a s et i m e 表4 53 相位时红灯与绿灯时间( 单位秒) m i b 4 5t h ep h a s et i m e l 相位最大排队长度：3 6 7 0 1 3 6 0 0 6 11 = 4 3 米： 2 相位最大排队长度：4 0 5 8 1 3 6 0 0 6 11 = 3 9 米： 3 相位最大排队长度：1 2 3 1 8 4 3 6 0 0 6 11 = 3 8 米。 计算得到3 相位排队的疏散时间是f 。= 1 2 3 1 8 4 3 6 0 0 ( 1 8 7 5 1 8 4 ) 3 6 0 0 = 1 3 秒 ，在信号控制中，实际的绿灯时间应该大于，。，在本设计中左转相位绿灯时间取 三相位设计中3 相位得到的绿灯时间为1 9 秒，因为1 9 秒大于1 3 秒，所以能保 证左转车道的排队车辆得到疏散。 3 、检测器铺设 在v i s s i m 中用检测器检测车辆的到来与离开，其产生的信号传到信号控制 器f 2 4 】，由信号控制逻辑进行信号决策，其中检测器反馈的信号由各种函数处理 。检测器的铺设有三种情况，分别是第一检测车的到来情况，其铺设距离应距 停车线3 3 米左右【1 9 】；第二检测车辆的排队情况；第三检测停车线后的车辆的等 待时间，这类检测器一般距离停车线6 米左右【1 9 1 。在实际中应用下述设计方案 时可以采用环形检测器。 针对本章的交叉口做如下检测器铺设： 3 3 硷奠嚣2性潮嚣9 敷寮翻曩氍嘲翻霸啊嘲曩瞳爨颤嘲囊翻董麓葱霸 掩蔼嚣； 图4 3 检测器的设置情况 f i g 4 3d e t e c t o rs e t t i n g s 检测器的位置见图4 3 ，各个检测器的设置目的和到达停车线的距离为： 检测器1 检测西进口直行是否有车辆到达，距离停车线3 3 米： 检测器2 检测东进口直行是否有车辆到达，距离停车线3 3 米； 检测器3 检测南进口直行是否有车辆到达，距离停车线3 3 米； 检测器4 检测北进口直行是否有车辆到达，距离停车线3 3 米； 检测器5 检测南进口左转车辆的等待时间，距离停车线6 米； 检测器6 检测北进口左转车辆的等待时问，距离停车线6 米： 检测器7 检测西进口直行车辆的最大排队长度，距离停车线4 3 米； 检测器8 检测南进口直行车辆的最大排队长度，距离停车线3 9 米； 检测器9 检测东进口直行车辆的最大排队长度，距离停车线4 3 米； 检测器1 0 检测北进口直行车辆的最大排队长度，距离停车线3 9 米； 检测器1 l 检测南进口左转车辆的最大排队长度，距离停车线3 8 米； 检测器1 2 检测北进口左转车辆的最大排队长度，距离停车线3 8 米。 4 、控制策略 根据表2 2 得到最小绿灯时间为1 6 秒。 根据公式( 2 1 0 ) 得到单位绿灯延时a ；= 3 3 1 1 = 3 秒，为了便于仿真，保证行车 安全取4 秒。 根据第二章的最大绿灯时间q 。定义，可以取g 。一= 3 3 奉1 2 5 = 4 1 秒，g 2 一 = 2 9 宰1 2 5 = 3 6 秒。 为便于流程图书写，设计如下表达式： ( 1 ) 1 相位已经达到最小绿灯时间1 6 秒，并延长一个单位延长时间4 秒； ( 2 ) 单位延长时间内，检测器l 或2 检测出车辆到来； ( 3 ) 单位延长时间内，检测器8 或检测器l o 检测出车辆排队长度为3 9 m ； ( 4 ) 单位延长时间内，检测器5 或检测器6 返回车辆等待时间超过1 2 0 秒； ( 5 ) 2 相位已经达到最小绿灯时间1 6 秒，并延长一个单位延长时间4 秒： ( 6 ) 单位延长时间内，检测器3 或4 检测出车辆到来； ( 7 ) 单位延长时间内，检测器7 或检测器9 检测出车辆排队长度为4 3 m ： ( 8 ) 单位延长时间内，检测器1 1 或检测器1 2 检测出车辆排队长度为3 8 m ； ( 9 ) l 相位绿灯时间加上单位延长时间4 秒后超过g l 一= 4 1 秒； ( 1 0 ) 2 相位绿灯时间超过g 2 。= 3 6 秒； ( 1 1 ) 3 相位绿灯时间超过1 9 秒。 s t a g e _ _ l ：第l 相位执行。当1 成立，在单位绿灯延长时间内，如果4 或者8 成立，则转换到相位3 ；如果4 和8 都不成立则判断2 、3 ，如果2 不成立或者3 成立，则转换到相位2 ，如果2 成立并且3 不成立则增加一个新的单位绿灯延长 时间4 秒。增加一个新的单位绿灯延长时间后如果9 成立，则再判断4 和8 ，如 果4 或者8 成立，则转换到相位3 ，否则转换到相位2 ，然后重复上述过程。 s t a g e _ 2 ：第2 相位执行。当5 成立，在单位绿灯延长时间内，如果4 或者8 成立，则转换到相位3 ；如果4 和8 都不成立则判断6 、7 ，如果6 不成立或者7 成立，则转换到相位l ，如果6 成立并且7 不成立则增加一个新的单位绿灯延长 时间4 秒。增加一个新的单位绿灯延长时问后如果9 成立，则再判断4 和8 ，如 果4 或者8 成立，则转换到相位3 ，否则转换到相位l ，然后重复上述过程。 s t a g e _ 3 ：第3 相位执行。当l l 成立时，则转换到相位l 或2 ，判断转换到 1 或2 的原则是：如果第3 相位是第l 相位转换来的则第3 相位执行完毕后转换 到第2 相位，否则转换到第l 相位。 重点提出左转相位开通的条件是：在l 相位或者2 相位的单位延长时间内， 4 或者8 成立即检测器5 或检测器6 返回车辆等待时间超过1 2 0 秒，或者检测器 l l 或者检测器1 2 检测出车辆排队长度为3 8 m 。截止时间是1 l 成立即3 相位绿 灯时间达到1 9 秒。 流程图见图4 4 ： n 礁l 4 3 仿真比较 图4 4 感应控制流程图 f i g 4 4f l o wc h a r to ft h ea c t u a t e ds i g n a lc o n t r o l 3 7 4 3 1 定时控制设计 针对同一交叉口利用f 韦伯斯特算法进行定时控制设计，本节信号控制中 ，交通流量、行车速度、车辆构成等各个参数同相位自适应感应控制设计完全 一样。本节采用上节中表4 5 的信号配时方案。配时图见图4 5 ，其中图中的1 、2 、3 分别代表1 、2 、3 相位时序。具体绿灯、红灯时间分配见表4 5 。 4 3 2 仿真分析 图4 5 配时图 f i g 4 5t i m i n gp l a n s 1 、仿真参数设置1 2 5 i 在不同时刻输入不同的交通流量( 按照表4 2 输入) ，总仿真时间为3 6 0 0 秒， 取6 个不同时间段进行评价，这三个不同的时间段分别是0 - 6 0 0 秒、6 0 1 1 2 0 0 秒、1 2 0 1 - 1 8 0 0 秒、1 8 0 1 2 4 0 0 秒、2 4 0 1 3 0 0 0 秒、3 0 0 1 3 6 0 0 秒，做为比较的定 时信号控制配时使用的是1 2 0 1 2 4 0 0 秒的交通量数据，所以重点分析1 8 0 1 2 4 0 0 秒之间的定时和感应控制得到的仿真数据。设置仿真输出文件，主要评价参数 是平均旅行时间、平均停车次数、平均延误时间和平均排队长度，所以需要输 出下列文件：* r s z 文件( 用于评价车辆平均行程时间以及行人平均行程时间) 、 * v l z 文件( 用于评价车辆平均延误时间、平均停车次数) 、* s t z 文件( 用于评价 平均排队长度) ，运行v i s s i m 软件 为了评价平均旅行时间、平均停车次数、平均延误时间，在仿真前，先设 置检测路段的起始与终止位置。见图4 6 ，例如路段1 为两个标点1 之间的路段， 路段距离见表4 6 ： 瑷缀瑟荔鬻鬻麓黧黧麓渤 i 图4 6 检测路段位置图 f i g 4 6l o c a t i o no f t h ed e t e c t e ds e c t i o n s 表4 6 路段距离( 单位米) t ，l b 4 6d i s t a