毕业论文交通区域协调控制中相位差优化方法研究.docx

交通区域协调控制中的相位差优化方法的研究摘要：交通是城市发展的重要一环，交通问题与我们的生活息息相关。交通控制是解决各种交通问题的重要手段。随着交通控制技术的发展，人们对城市信号最优配时的研究工作已经由围绕孤立信号配时参数的研究转向在一个区域范围内对交通进行协调控制。而在城市交通系统协调控制中，相位差是重要的信号控制参数，对保证交通的顺畅流动起很大的作用，因此对相位差优化方法的研究至关重要。本文简单介绍了相位差的和路口间距、车速、交通流量以及车辆排队之间的关系，并研究了区域协调控制中相位差的一些设计方法。并选取城后街区域为实例，对此区域的四个交叉口进行了现状调查，确定以最小延误为目标，采用结合法优化了城后区的相位差，最后用交通模拟软件vissim仿真对城后街区域的车辆运行状况进行了协调控制的模拟，对比了采用相位差优化后的延误时间，对此优化方法进行了简单评价。关键词：相位差；区域协调控制；最小延误；vissim仿真Research on Offset Optimization about An Urban Traffic Signal Control ApproachAbstract：Transport is an integral part of urban development, traffic problems are closely related to our life. Traffic control is an important means to solve traffic problems. With the development of traffic control, signal optimal timing of the citys research work has shifted from around the study of isolated signal timing parameters in a regional context the coordination of traffic control. In coordinated control of urban traffic system, the phase difference is important for signal control parameters, to ensure the smooth flow of traffic played a big role, so the phase difference study on the optimization method of critical. Thispaper introduces phase difference and intersection spacing, speed limits, traffic flow and the relationship between vehicle and study on regional coordination control method for design of phase difference in. And selected Cheng Hou sister regional for instance, on this regional of four a cross mouth for has status survey, determine to minimum delays for target, used combined method optimization has Cheng Hou district of phase poor, last with traffic simulation software vissim simulation on city Hou Street regional of vehicles run status for has coordination control of simulation, compared has used phase optimization Hou of delays time, on this optimization method for has simple evaluation.Keywords:An Urban Coordinated Control；Offset；Least Delay; vissim Simulation2目录1 概述11.1课题背景及意义11.2研究现状11.3本论文的主要工作内容12 交通信号控制及相位差参数介绍12.1交通协调控制中的基本概念12.2相位差与各参数关系12.2.1相位差的基本概念12.2.2交叉口间车辆运行速度与间距12.2.3区域交通流量12.2.4车辆排队12.3相位差设计方法12.3.1确定相位差优化路口12.3.2确定公共信号周期12.3.3图解法确定相位差12.3.4修正相位差13 城后街区域相位差优化实例13.1调查地点及时间的选取13.2城后街区域交通数据调查采集13.3城后街区域相位差优化13.4本章小结14 相位差优化方法模拟评价14.1 VISSIM模拟软件的介绍14.2仿真过程14.3仿真结果及分析15 结论16 致谢17 参考文献131 概述1.1 课题背景及意义人们生活离不开衣、食、住、行，行就是在人们的生活活动和社会生产活动中产生的，显然人类社会和交通密不可分。科技的迅猛发展，汽车的发明与汽车工业的崛起，让交通运输的格局发生了巨大转变，机车带给了人们极大的便利，节约了大量时间成本，推进着人类文明的进程。随着城市化进程的加快，社会人口和机动车保有量直线上升，城市道路负担日益加重，交通问题愈发凸现，道路的拥挤、堵塞带来了各种问题：交通事故的上升、各种资源的浪费以及对环境的污染等等。在我国，交通的高速发展出现在80年代中期以后，改革开放以来，经济飞速成长，人们的生活水平大幅度提升。北京就是个典型的例子，北京市2015年2月发布的数据（如图1-1）显示2014年全市机动车拥有量高达559.1万辆，比上年末增加了15.4万，比十年前增加了近300万辆，不可避免的带来了交通拥堵。1993年，北京严重拥堵路段为27处，现今北京高峰期常规拥堵点有 56 个，节假日等流量较大时拥堵点可达 143 个，早晚高峰时，汽车辆每小时的流量数超过1 万辆的交叉口达到了 31个，以至有些车辆行驶速度低至每小时7 公里，这种低速行驶不但耽误人们的出行时间，消耗资源，也严重污染着我们的生活环境：PM2.5随着尾气的排放持续增加，雾霾问题引起人们的极大关注。交通噪声污染也给公路两侧的市民带来困扰。交通控制是治理交通问题，改善交通现状的有效手段之一。它通过对机动车和驾驶员的引导，将道路上的交通流进行合理的疏导，能有效缓解和防止交通拥堵，从而改善交通拥挤带来的不良影响。但交通控制需要进行合理的优化，否则也容易引发拥堵。因为如果只对一个单个交叉口进行优化配时，可能效果很好，但由于相邻的交叉口是互相关联的，当一个交叉口的配时出现变化，交通流的改变就会影响其相邻的若干个交叉口，同样相邻交叉口配时的调整，也会反过来作用于当前的交叉口。因此，只有从区域的战略目标出发，协调区域内各交叉口的配时，才能使得整体的效果达到最好，这就是区域协调控制。所以区域协调控制是交通控制发展的必然趋势。相较于点控,区域交通控制不仅需要确定路口的周期和绿信比,还要确定相邻路口之间的相位差。本文以优化相位差为手段，旨在优化区域交通状况。图1-1 汽车保有量柱状图1.2 研究现状目前国外的区域协调控制相对中国要更成熟一些，主要体现在一些比较成熟的信号控制系统上，如TRANSYT、SCOOT、SCATS、RHODES等。它们的特点是：TRANSYT系统是英国交通与道路研究所提出的一种离线优化网络信号配时的程序，是当今世界上最著名的信号配时优化设计程序之一。该系统中区域协调控制的实现主要包括建立区域协调道路交通模型和对该模型优化两个部分组成。其中，建立区域协调道路交通模型由计算路网中车辆的延迟时间和停车次数来完成的；对该模型优化是通过计算在给定的一组符合最小绿灯约束的配时信号的控制下，路网的性能指标PI最小。PI由路网中所有的道路连线的延误时间和停车次数的加权和确定。SCOOT系统也是由英国交通与道路研究所在TRANSYT的基础上采用自适应控制方式，经过研究提出的动态交通控制系统。SCOOT仍采用了TRANSYT的交通模型，吸收了TRANSYT各方面的有点，并因SCOOT的实时控制，获得了明显优于静态系统的效果，被很多国家采用。SCOOT的主要技术特征有：控制模式为联机(OnLine)实时控制，即动态模式；以PI最小为系统优化目标；参数S、O、C均通过建立优化数学模型计算；采用小步长渐近寻优法；检测器位于上游交叉口进口处。SCOOT系统是在TRANSYT的基础上发展起来的，其模型既优化原理均于TRANSYT相仿。他们的不同之处在于：TRANSYT是离线的而SCOOT是在线的，SCOOT是以实时测量的交通量数据为基础，用交通模型进配时优化。SCATS系统是由澳大利亚新南威尔士道路和交通局(RTA)于20世纪70年代末研制成功的，从1980年起陆续在悉尼等城市安装使用。目前，世界上大约有50个城市正在使用SCATS系统。其主要技术特征有：采用地区级为联机，中央级为联机与脱机同时进行的控制模式；以饱和度作为系统优化的目标；调整S、O、C时在预先确定的方案中选择；寻优方法为比较选择法，无实时交通模型等。它的优点是结构易于改变，控制方案较为容易变换。但是SCATS系统也有几个明显不足：未使用交通模型，本质上是一种方案选择系统，因而限制了配时参数的优化程度；系统过分依赖于计算机硬件，除了PDPII系列数字计算机外，无法在其它计算机系统上方便实施；选择相位差方案时，无车流实时信息、反馈，可靠性低。RHODES系统是由美国亚利桑那州立大学的EMirchandani等人开发成功并陆续在美国亚利桑那州进行了现场调试，结果表明该系统对半拥挤的交通网络比较有效。RHODES采用一种3层的递阶结构，优化目标为最小化平均车辆延误、最小化交叉口平均排队长度或最小化停车次数。而国内的研究主要以理论研究为主，目前还没有已经实现区域协调控制的成熟完整的信号控制系统。国内区域协调控制具有代表性的研究工作包括：五邑大学董友球利用QLearning算法优化目标区域内各交叉1：3的信号周期，把优化的目标区域按重要程度划分为若干干线并编排顺序，按顺序对各干线相邻两交叉口协调相位间的相对相位差用QLearning算法进行优化，按同样顺序依次确定各交叉口的绿信比，并结合优化得到的相对相位差确定绝对相位差。对于多个交叉口的区域，随着交叉口数量的增多Q学习中用来存储状态动作对的QTable的空间成指数级增长，导致存储空间以及计算复杂度巨大从而无法完成QTable的迭代计算。兰州交通大学王春雷等人针对基本PSO算法的缺点，如易陷入局部极值点、搜索精度低等，引入了灾变模型，并采用双向并行策略，提出一种改进的PSO算法双向并行灾变粒子群优化算法(BPCPSO)并将其应用于城市区域交通信号控制中用来优化交叉口的信号周期，这篇文章的缺陷在于没有给出明确的优化目标。兰州交通大学钱勇生根据我国城市交通的特点，提出一种基于三群协同粒子群优化算法的城市区域交通自适应协调控制方法。他通过分阶段优化控制交通参数(周期、相位差和绿信比)，每个阶段长1030分钟，周期、相位差由区域控制级每阶段优化一次，绿信比由交叉口控制级每周期优化一次。采用车辆延误为性能指标，周期、相位差和绿信比均采用三群协同粒子群算法进行优化但是该方法没有给出具体的算法过程。五邑大学刘志勇提出一种基于改进免疫遗传算法的城市区域交通自适应协调控制方法。他采用两层的递阶分布式结构分阶段和分级优化控制参数(周期、相位差和绿信比)，每个阶段长530分钟，周期、相位差由区域控制级每个阶段优化一次，绿信比由交叉口控制级每个周期优化一次，采用最小化平均延误时间或平均停车次数等为性能指标。周期、相位差和绿信比均采用改进免疫遗传算法进行优化。但是该方法并没给出如何协调交叉口级和区域级直接的协调方法，从而很难达到区域内整体最有的效果。中国科学院自动化研究所智能控制与系统工程中心刘小明在Agent技术的基础之上，对交通区域协调控制进行了初步研究。他通过对交通区域的交叉口的结构和组成进行分析，然后将其抽象成对应的Agent，通过多Agent之间的协商策略达到各个Agent之间相互协调的目的，从而实现区域协调控制。该文章从理论上一定程度的说明了实现区域协调控制的方向，但是没有给出具体的协调算法和过程。东北师范大学于晨牧采用人工智能中的重要分支之一：智能规划技术，由于交通区域协调控制是一个时间约束和资源约束相结的问题，因此采用智能规划技术可以较好的协调这类多因素约束的问题。文章结合区域协调的问题提出了基于时序规划的区域协调控制算法模型，该模型可以处理带有时间和资源约束的交通信号控制问题，最后对该模型求解从而得到区域协调控制策略。1.3 本论文的主要工作内容本文是对区域协调控制中，相位差的设计方法进行研究，主要介绍了相位差与路口间距、车速、交通流量、排队等参数的关系，并选取城后街区域作为实例，以最小延误为目标，利用结合法的设计了相位差，最后使用vissim仿真进行了模拟评价。总结起来，包括以下主要内容：第一章绪论。主要介绍交通信号协调控制的发展状况及发展方向，以及本论文的主要工作内容。第二章交通信号协调控制中的基本概念，并结合相位差与路口间距、车速、交通流量、排队等参数的关系，对相位差设计方法进行的研究。第三章选取了实际道路进行了交通数据的调查采集，分别平峰期及高峰期路网的相位差进行了优化设计第四章介绍了仿真软件VISSM并用应用VISSIM对优化进行了模拟评价。第五章结论。2 交通信号控制及相位差参数介绍2.1 交通协调控制中的基本概念信号相位：交通信号灯灯色的周期行变化，控制着各个不同方向的车流行止。在交叉口可以观察到，对于不同方向的车流，在某一瞬间所获得的灯色显示是不同的。一股或几股车流，它们在一个信号周期内，不管任何瞬间获得完全相同的灯色显示，那么就把它们获得不同灯色的连续时序称作一个信号相位。信号阶段：相位阶段是指阶段是在信号周期的某一时间段内，为一个或多个交通流同时给出通行权的信号显示状态。一个阶段可以包括一个或多个信号相位，这些信号相位不相互冲突。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。用C表示，单位为s。绿信比：是指在周期长内的各相位绿灯时间与周期长之，用表示。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时间之和减去头车启动的损失时间。延误：是指交通冲突或信号控制设施的限制给车辆带来的时间损失。它是计算信号配时和衡量路口通行效果的一个重要参数，也常作为确定信号控制系统性能的重要参量。车队离散：在城市路网中,车辆在上游交叉口停车线处以车队形式出发，在到达下游交叉口停车线之前，由于每辆车的行驶速度存在差异,造成车队的头部和尾部之间的距离逐渐增大,从停车线驶离的聚集车辆逐渐分散,这种车流变化的特点称之为车队离散。2.2 相位差与各参数关系2.2.1 相位差的基本概念相位差，有绝度时差和相对时差之分。绝对时差是指各个信号的绿灯或红灯的起点或终点相对于某一个标准信号绿灯或红灯的起点或终点的时间之差。如图 2-1中的Oc（C 交叉口相对于 A 交叉口而言，A 为基准交叉口）。图2-1 相位差示意图相对时差是指相邻两信号绿灯或红灯的起点或终点之间的时间之差。相对时差等于两个信号绝对时差之差。如图 2-1 中的OCB（C交叉口相对于B交叉口）。2.2.2 交叉口间车辆运行速度与间距由双向绿波的基本要求可知，如果个A、B 2个路口要实现完全双向绿波，需满足A，B间的距离是理想距离，其中：SABA、B路交叉口停车线间的距离（m ）； C周期时长（s）； V车辆可连续通行的车速（ m / s）；V脳C/2理想间距SL。如果为K奇数，异步协调; 如果K为偶数，同步协调；如果SAB=SL可实现A、B间的双向绿波;事实上A、B之间的实际距离不可能正好是理想距离V脳C/2的整数倍，所以必须对B路口的相位差做一定的调整，以达到较好的相位差协调效果，路口和关键路口的相位差关系如图2-2所示：图2-2各路口和关键路口的相位差关系对相位差影响最大的因素是相邻交叉口间的车流行驶速度。车流行驶速度对相位差的影响在于，车流行驶速度越小，说明交叉口间车流受到的阻碍越大，车流行驶离散程度越低，相位差的变化对干道双向绿波宽度的影响越大，反之，车流运行速度越大，说明交叉口间车流运行越通畅，车流行驶离散程度越高，相位差的变化对干道双向绿波宽度的影响越小。相邻交叉口间距对相位差的影响在于，当车流行驶速度一定的情况下，相邻交叉口间距越大，车流通过这段路段的时间就会越长，即说明相邻交叉口间的相位差就越大，绿波协调控制的效果就会越差。不难看出，相邻交叉口间车辆行驶速度，路口间距以及相位差三者之间满足一定的关系，一方面，在车辆行驶速度不变的前提下，路口间距越大，交叉口间绿波协调控制的可控性越弱，相位差的实际数值应大于计算值，使在同一个绿灯时间长度内能有尽可能多的车辆通过交叉口；另一方面，在路口间距不变的前提下，车辆行驶速度小，说明交叉口间车流受到的阻碍越大，绿波协调控制的可控性越弱，相位差的实际数值也应大于计算值，使因排队而延误的车辆能尽可能快地通过交叉口。2.2.3 区域交通流量根据韦伯方程可知，在信号配时时，常用的周期计算公式为(2.1)式中，C信号周期时长，s； L信号总损失时间，s; Y组成周期全部相位各个相位最大流量比之和相位差与周期没有直接关系，不会因周期时长的改变而改变，而从公式中可知，信号周期的变化是会随着道交通流特性而变化的，最直观的是车队平均速度的变化，而车队平均速度的变化将直接影响相位差的大小，为此，需对相位差进行修正，相位差和周期长的函数关系，修正函数为 (2.2)式中，O修正后的相位差; O基本相位差; A修正系数，可正可负; g(C)周期长C的函数;2.2.4 车辆排队在道路交通控制中，排队长度是指某个交叉口或者路段由于车流前进方向的前方被堵塞或截断，导致车辆被迫停止等待通行而依次排开所行成车队的车辆数目。排队长度指标是在交叉口控制中最常用的指标之一，是常用来判断交叉口交通状况优劣的重要指标。常用的排队长度计算公式如式所示。 (2.3)式中，Q排队长度，m；R ：红灯时间，s；s ：饱和流率，veh/h；v ：到达率，veh/h；L ：车辆长度，m；n ：车道数；F ：车道利用系数；如果在本路口内车辆的排队长度过长，上游路口放行的车辆在理想相位差情况下会停留在本路口排队队尾导致停车延误，所以，缩小相位差值，使得本路口车辆尽快放行，以避免上述情况。2.3 相位差设计方法2.3.1 确定相位差优化路口在区域相位差的设计中，相邻的两交叉口可根据同相位的相位差确定绿灯的起始时间，在同一交叉口内，通过已确立相位的绿灯起始时间，来确立本交叉口其他相位的信号起始时间，以下图所示区域中A、B、C、D四个交叉口为例：图2-3 四交叉口位置示意图已知四交叉口的信号配时，以及相对相位差，规定以A交叉口南北方向开始，根据AB间相位差，可确定B交叉口南北方向路灯起始时间，周期不变，可推得B交叉口东西方向信号灯起始时间，如图2-4中所示，以此类推。图2-4相位差协调顺序由于以A 交叉口信号起始为基准，故无法协调A、D之间，所以AD应选取区域中的支路，即车流量较少，交通状况较好的路段。2.3.2 确定公共信号周期为保证控制区域内交叉口之间相位差的恒定，控制子区内各交叉口必须采用相等的信号周期时长，而交叉口信号周期的大小将直接决定其通行能力的高低、影响其性能指标的优劣，因此控制区域公共信号周期的选取应关注关键交叉口，取周期最大的交叉口为共同周期，对其他的交叉口按照绿信比进行方案调整。2.3.3 图解法确定相位差图解法是确定相位差的一种传统方法，其基本思路是：通过几何作图的方法，利用反映车流运动的时间距离图（简称“时空”图），初步建立交互式或同步式协调系统。然后再对通过带速度和周期时长进行反复调整，从而确定相位差，以最终获得一条理想的绿波带宽。以新中街上A、B两交叉口为例，路口间距450M，路段上车辆平均行驶速度36km/h，A路口信号配时为：绿灯32s，红灯49s，B路口信号配时为：绿灯38s，红灯44s。为得到更大的绿波带,通过运用几何画板作图,画出两交叉口的“时空”图，以1秒为单位对绿灯起始时间进行变化,并观察绿波带的变化,直到得到最大的绿波带。过程如图2-5运用图解法在集合画板中中算得带速约为36/,带宽为25,为周期时长的30%,交叉口的绿灯起始时间与交叉口的相对相位差为44。2-5图解法确定相位差2.3.4 修正相位差根据上文2.2.4所述，当路口出现排队情况，应缩小相位差，使排队车辆尽快通过，避免车辆的二次排队。即：(2.4)式中，O修正后的相位差; O基本相位差; 相位差提前量2-6车辆排队示意图如图所示，相位差理想提前量应是使排队车辆消散的时间，即鈭哋=L/V (2.5)或是另一种情况，即当车辆行驶到车辆下流车辆排队队尾时，绿灯亮起，车辆随车流队尾行驶。即O=S-LV (2.6)但此种情况应当注意排队车辆消散的时间应小于下游路口的有效绿灯时间。同样以新中街A、B两交叉口为例，根据上文图解法求得的相位差为44s,假设车辆排队长度为20m,根据上述方法，可修正相位差为42s。3 城后街区域相位差优化实例3.1 调查地点及时间的选取调查时间与地点的选择是十分重要的，这直接关系到采集到数据的有效性与可靠性。调查时间一般选在交通运行情况正常的工作日，避开周末、节假日或者大型活动，另外也要避免交通异常的日子。调查要选在良好的天气情况下进行，避开有风、雨、雪的天气。调查地点的选择最先要满足的条件是目标区域中各个交叉口之间的相关性要尽量较大，一般可以认为交叉口与交叉口之间的相关性是与交叉口之间的距离成反比，所以区域的选择上，一般选择交叉口与其相邻交叉口间的距离要尽可能小，一般交叉口之间的距离不大于800m的区域。综合上述的调查时间和地点原则，本研究的调查的时间为平峰期（13：30-15：30）和晚高峰（17:00-19:00），天气晴朗。调查地点为城后区域的四个交叉口，区域四交叉口位置如图3-1所示。3.2 城后街区域交通数据调查采集为了直观的对比出车流量，车速等参数对相位差的影响，本次调查基于不同时段，分别对各路口的路口间距，车道划分及每条车道的宽度、道口流量，现有的信号配时进行了调查，调查结果如下：城后街与新中街交叉口：3-1 四交叉口位置及间距图图3-2 城后街与新中街交叉口示意图现有配时方案：控制方向红灯结束时间绿灯结束时间黄灯时间相位1东西方向38s30s4s相位2南北方向38s30s4s表3-1城后街与新中街交叉口现有配时方案交通流量统计：方向车道数（条）单车道宽度（m）交通流量（v/h）交通流量合计（v/h）每周期排队长度（m）东进口直行、左转和右转13.560060035西进口直行、左转和右转13.596096030南进口直行和左转13.5560108044直行和右转13.5520北进口直行和左转13.5530126038直行和右转13.5730表3-2平峰期城后街与新中街交叉口交通流量统计方向车道数（条）单车道宽度（m）交通流量（v/h）交通流量合计（v/h）每周期排队长度（m）东进口直行、左转和右转13.596096066西进口直行、左转和右转13.51584158452南进口直行和左转13.5960172880直行和右转13.5768北进口直行和左转13.5896201686直行和右转13.51120表3-3高峰期城后街与新中街交叉口交通流量统计（2）城后街与新东路交叉口图3-3 城后街与新东路交叉口示意图现有配时方案：控制方向红灯结束时间绿灯结束时间黄灯时间相位1东西方向48s30s4s相位2南北方向38s40s4s表3-4城后街与新东路交叉口现有配时方案交通流量统计：方向车道数（条）单车道宽度（m）交通流量（v/h）交通流量合计（v/h）每周期排队长度（m）东进口直行、左转和右转13.578078055西进口直行、左转和右转13.564564535南进口直行和左转13.5660138040直行和右转13.5720北进口直行和左转13.5600132055直行和右转13.5720表3-5 平峰期城后街与新东路交叉口交通流量统计方向车道数（条）单车道宽度（m）交通流量（v/h）交通流量合计（v/h）每周期排队长度（m）东进口直行、左转和右转13.51248124886西进口直行、左转和右转13.51056105694南进口直行和左转13.51056220890直行和右转13.51152北进口直行和左转13.5960211284直行和右转13.51152表3-6 高峰期城后街与新东路交叉口交通流量统计（3）新东路与新北路交叉口图3-4 新北路与新东路交叉口示意图现有配时方案：控制方向红灯结束时间绿灯结束时间黄灯时间相位1东西方向34s40s4s相位2南北方向48s25s4s表3-7 新北路与新东路交叉口现有配时方案交通流量统计：方向车道数（条）单车道宽度（m）交通流量（v/h）交通流量合计（v/h）每周期排队长度（m）东进口直行、左转13.59027067直行、右转13.5180西进口直行、左转13.548084250直行、右转13.5362南进口直行和左转13.521538744直行和右转13.5172北进口直行和左转13.542078035直行和右转13.5355表3-8 平峰期新北路与新东路交叉口交通流量统计方向车道数（条）单车道宽度（m）交通流量（v/h）交通流量合计（v/h）每周期排队长度（m）东进口直行、左转13.514443292直行、右转13.5288西进口直行、左转13.57681440106直行、右转13.5672南进口直行和左转13.538467283直行和右转13.5288北进口直行和左转13.5672124857直行和右转13.5576表3-9 高峰期新北路与新东路交叉口交通流量统计（4）新北路与新中街交叉口图3-5新北路与新中街交叉口示意图现有配时方案：控制方向红灯结束时间绿灯结束时间黄灯时间相位1东西方向直行和左转31s35s4s相位2南北方向直行和左转41s25s4s表3-10 新北路与新中街交叉口现有配时方案交通流量统计：方向车道数（条）单车道宽度（m）交通流量（v/h）交通流量合计（v/h）每周期排队长度（m）东进口直行、左转13.542099629直行、右转13.5576西进口直行、左转13.5800132025直行、右转13.5520南进口直行和左转13.530054035直行和右转13.5240北进口直行和左转13.527062530直行和右转13.5355表3-11 平峰期新北路与新中街交叉口交通流量统计方向车道数（条）单车道宽度（m）交通流量（v/h）交通流量合计（v/h）每周期排队长度（m）东进口直行、左转13.5672182440直行、右转13.51152西进口直行、左转13.51440243235直行、右转13.5992南进口直行和左转13.548086473直行和右转13.5384北进口直行和左转13.5432100857直行和右转13.5576表3-12 高峰期新北路与新中街交叉口交通流量统计3.3 城后街区域相位差优化根据本文2-3所述的相位差优化方法，对城后区域的四个交叉口间的相位差进行了设计，设计方法如本文2.2所述，根据实地调查数据，新东路车流量最小，交通状况较好，故确定协调的主干路为新中街-城后街-新北路，然后调整配时方案，调整后的四个路口的配时方案如下：控制方向红灯结束时间绿灯结束时间黄灯时间相位1东西方向43s35s4s相位2南北方向43s35s4s表3-13新中街与城后街交叉口控制方向红灯结束时间绿灯结束时间黄灯时间相位1东西方向37s41s4s相位2南北方向48s30s4s表3-14城后街与新东路交叉口控制方向红灯结束时间绿灯结束时间黄灯时间相位1东西方向48s30s4s相位2南北方向38s40s4s表3-15新东路与新北路交叉口控制方向红灯结束时间绿灯结束时间黄灯时间相位1东西方向36s42s4s相位2南北方向52s26s4s表3-15新北路与新中街交叉口采用上文所述图解法分别对平峰期及高峰期的相位差进行计算,平峰期AB相位：路口间距：450m 速度：45 km/h，OAB=36s；BC相位：路口间距：430 m 速度：45 km/h，OAB=35s；CD相位：路口间距：400m 速度：45km/h，OAD=32s高峰期AB相位：路口间距：450m 速度：36 km/hOAB=44sBC相位：路口间距：430 m 速度：30km/hOAB=42s；CD相位：路口间距：400m 速度：36 km/h，OAD=40s再用2.2.3中所述的修正方法，根据车辆排队对相位差进行修正，修正结果为：平峰期：OAB=33s；OAB=31s；OAD=29s高峰期：OAB=38sOAB=37s；，OAD=35s3.4 本章小结本章主要是分别对平峰期及高峰期的相位差进行了设计，首先确定了区域内的关键交叉口以此确定了公共周期，随后通过图解法计算了各路口平峰期及高峰期的相位差,对图解法的运用上还不够娴熟，尽量调整带速获取最宽的相位差。最后通过相位差和排队的关系，对相位差进行了修正。4 相位差优化方法模拟评价4.1 VISSIM模拟软件的介绍VISSIM 是由德国 PTV 公司开发的微观交通流仿真系统。该系统是一个微观的、以车辆驾驶行为为基础的交通仿真软件。该软件可以模拟各种道路的交通运行状况以及各种交通控制方案的运行效果。对一些交叉口设计、交通控制方案设计和信息采集系统设置实施之前，可以利用 VISSIM 仿真软件对不同的设计方案进行模拟和评价。仿真的结果可以展示各种设计方案下的交通流运行状况，并可以获得各项交通参数数据，如流量、速度、行程时间、延误时间等，可以对不同设计方案进行效果评价。由德国Wiedemann教授提出的心理-生理车辆跟车模型将跟车状态通 6 个阈值分为 4 个区域，驾驶员在 4 个区域中有不同的跟车特性模型，基于这一理论基础而开发的微观交通仿真软件 VISSIM 应能较真实地反映和重现实际交通状况，可以方便地模拟信号灯控制交叉口、无信号控制交叉口和立交设施设计，是目前比较理想的微观模拟软件之一。它同时考虑各种不同类型的车辆，比如小客车、大客车、卡车、公交车、有轨电车和自行车等，甚至可以模拟行人的通行。VISSIM 能够模拟许多城市内和非城市内的交通状况，特别适合模拟各种城市交通控制系统。目前 VISSIM 仿真软件主要应用于：(1) 固定式信号灯配时方法的开发、评价及优化；(2) 干线协调控制的评价与优化；(3) 对各种类型的信号灯控制方法进行模拟，例如定时控制方法、感应控制方法等；(4) 各种设计方案进行对比分析，包括信号灯控制以及停车控制、环形交叉口及干线协调控制；(5) 评价公共交通优化处理的各种方案；4.2 仿真过程（1）在 VISSIM 中建立仿真路网，如图 4-1 所示。图4-1 城后街区域仿真路网（2）仿真方案：旧方案仿真根据现行信号配时中的各个交叉口的绿灯时间进行仿真，仿真时间为600s，设定输出为各交叉口的平均延误和平均停车次数，数据输出间隔为 60s。仿真过程如图4-2所示：图4-2 平峰期现行配时方案仿真新方案仿真根据调整后的各个交叉口的信号配时和优化后的各个交叉口的相位差，对城后街区域进行仿真，设定输出为各交叉口的平均延误和平均停车次数，仿真时间为 600s。仿真过程如图4-3 所示。通过VISSIM对城后街区域新旧两种协调控制方案进行仿真，并选取两种方案下的平均延误、平均停车次数及干线总延误和总停车次数作为评价指标。图4-3高峰期现行配时方案仿真4.3 仿真结果及分析相位差方案见表4-1方案AB相位差方案BC相位差方案CD相位差方案理想信号相位差/s理想信号相位差/s理想信号相位差/s平峰期异步协调33异步协调31异步协调29高峰期异步协调38异步协调37异步协调35表4-1相位差方案对比从表中数据可以看出，平峰期和高峰期的总相位差分别为123s和163s，对比平峰期和高峰期的相位差，可以发现，在高峰期的相位差相对增大，主要影响因素在于高峰期间车流量较大，车辆的行驶速度明显降低对相位差值产生影响。对于相位差设计的合理性，通过仿真结果进行分析，仿真结果见下表：全部每个车辆行程时间延误平均延误平均停车次数平均停车延误平峰期现行方案40.8223.8650.02123.71优化方案36.7322.245.74121.57高峰期现行方案46.6528.459.97227.92优化方案39.9524.1349.01124.094-2 仿真结果对比表仿真结果如下表，可以从两表中对比发现，无论是在平峰期还是高峰期，通过对相位差的优化，路网的总延误与未优化相比皆有减小，路网总停车次数相比也皆有减少，能够有效地协调城后街交叉口群，减少了车辆在本区域的总延误时间和总停车次数，改善了交叉口的服务水平。5 结论交通协调控制中相位差是重要的信号控制参数，对保证交通的顺畅流动起很大的作用，相位差的设计中，相邻交叉口间的车流行驶速度和路口间距是较大的影响因素，通过对车速、流量、排队长度不一样的两组相位差对比发现，对于车流量较大，饱和度较高的时段、路段，加强对相位差的优化效果更佳显著，可以有效缓解拥堵问题。本文所用的相位差优化方法，对实际路段的相位差进行优化，通过VISSIM的仿真证明是有效的。论文中还有很多不严谨的地方，希望自己能在今后的学习中愈发严谨与完善，取得更大的进步！6 致谢在北方工业大学美好的四年学习、生活就要结束了，转眼已毕业在即，在这里谨向在求学期间给予我关心、支持和帮助的师长、朋友及家人致以诚挚的谢意。本文是在陈兆盟老师的悉心指导下完成的，从开题前准备到仿真的学习，陈老师耐心又细心，给予我不断的帮助，带领我从对交通知识的一无所知，到渐渐了解，值此论文完成之际，谨向陈老师致以崇高的敬意和真挚的感谢！同时也感谢各任课老师在学习中对我的教导以及班导师、辅导员在四年生活中给我的鼓励与支持！最后，我还要感谢父母的养育之恩，感谢他们一直默默支持我完成学业，为我提供了物质支持和精神支柱。你们的鼓励、支持和无私的爱让我安心的完成学业。7 参考文献1宋现敏.交叉口协调控制相位差优化方法研究学位论文.长春:吉林大学. 20052沈国江，许卫明,交通干线动态双向绿波带控制技术研究：浙江大学学报.20073刘容华.城市主干道交通系统组织优化研究学位论文.山东科技大学.20074袁振洲，魏丽英，谷远利.道路交通管理与控制,人民交通出版社5YU Lei, KatsuhisaOhno，A Theoretical Approach to Optimizing Offsets of Coordinated Traffic Signal ControlsC.Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology，2002，2(4) 6全永燊,郭继孚,郑猛.我国城市道路车流离散规律初探J.城市交通,2001(1):32-35.7王殿海,汪志涛.车队离散模型研究J.交通运输工程学报,2001(1):68-71.8 王殿海，李凤,宋现敏.一种新的车队离散模型及其应用J.吉林大学学报，2009,39（4）：891-895.9李晓红, 城市干道交通信号协调优化控制及仿真学位论文，大连理工大学,2007基于和谐交通的交叉口交通渠模式摘要：基于和谐交通的特征和目的，本文分析交叉口交通渠化的特点。考虑到成都的交通饱和将导致严重的交通冲突。本文遵守基本原则保证交通安全和最大限度提高交叉口的通行能力，注重行人和非机动车通行的安全性及方便性，使交叉口交通渠化设计结合注重环境效益的城市景观设计。本文主要讨论交通渠化的理论与方法包括时间和空间分离的电机和无电机、交通岛的组织设计等，并最后提出原始的交叉口交通渠化模式，即安全、高效、方便和环保成功地用玉带桥的交通改造工程。关键词：交通渠化，和谐交通，交叉口1简介由于中国混合交通的特点，而像成都有人口密度高，骑自行车出行的人口占很大比例导致机动车和非机动车之间严重的交通冲突，迫切要求一种科学和有效的交通渠化模型，它可以提高交叉口的安全性和通行能力以及为行人和骑自行车的人提供方便，并结合景观设计，交通渠化，优化综合效益，构建和谐交通。2基于交叉口交通渠化特征的和谐交通在成都市城市交通发展白皮书（2005年）中，我们将提出这一战略构想，是构建和谐交通，它的两个基本特点是人文与环保和三个关键目标是下面的安全，方便，环保。1)服务模式，充分保护弱者的交通社区鉴于发布不同交通模式，交通能源风险程度，行人和骑自行车的交通薄弱社区和服务水平逐步提高分类按照私家车，公共交通，自行车与行人分别排名。2）安全随着交通岛和清晰的交通标志援助，行人之间的时间和空间的权利明显的区别，非机动车和机动车可达到改善交通的