SYNCHRO中文简体教程

SYNCHRO时制分析软件——教学与应用

何志宏1

1.成功大学交通管理科学系教授

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摘要SYNCHRO软件乃是目前风行于国际上的一套完整的都市路网信号配时绩效分析与时制设计最佳化的优异软件；它既可与最新的“公路容量分析手册〈HCM〉”完全兼容，又可与“公路容量分析软件〈HCS〉”及车流仿真软件〈SimTraffic〉相互衔接来整合使用，故诚为一套不可多得的交通工程实务从业人员的有效分析工具。有鉴于国内政府单位之交通工程业务承办人员往往必须经常面对层出不穷的市区路网交通运作绩效不彰与系统信号配时绩效低落等诸多疑难课题，却常苦无便利可用之分析评估工具起见；本课程之规划即在于搭配其它相关之信号配时设计课程，自SYNCHRO软件之简介开始，深入浅出的介绍SYNCHRO软件的各种功能与其操作步骤，最后再以实例探讨来阐述此软件之使用方法与运算结果之输出与呈现。深切期望参训学员于研习完成后，得以具备自行针对市区各类型路网的各种道路交通实务课题从事现况运作绩效之分析，以及包括信号配时最佳化设计在内之各种交通工程改善方案之仿真分析与评估的专业技能。一、引言近数年来，风行国际交通工程与交通控制实务界的SYNCHRO软件，乃是一套以市区号志化路网作为分析对象之多功能先进号志运作绩效分析与时制设计软件；其所具备之主要功能包括：1.单一路口/干道/网络系统之容量分析作业2.单一路口/干道/网络系统之现况服务水平分析作业3.单一路口/干道/网络系统之现况号志运作绩效评估作业4.单一路口之信号配时设计作业5.干道/网络系统之号志连锁时制设计作业SYNCHRO软件由于同时结合了道路容量分析、服务水平评估及信号配时设计等多项功能，且可同时适用于市区独立路口、干道系统与网络系统等多种道路几何类型，故问世迄今已广为世界各国的交通工程师所乐用。此外，SYNCHRO在从事信号配时设计时，其时制最佳化目标之设定，除可沿用传统独立路口时制设计所常用的最小化平均延滞外，更加入了干道续进绿灯带宽最大化之号志连锁目标，同时还兼顾到路口相位设计之需要，诚属性能多元而优异。SYNCHRO在实际操作使用方面，除可提供方便操作的窗口编辑式人机接口〈如图1所示〉外，亦可与实时车流仿真软件SimTraffic相互结合，来展示模拟结果；同时，SYNCHRO更可将所构建完成的路网几何数据转换成可与传统仿真模式CORSIM、路网时制设计模式TRANSYT以及容量分析模式HCS等三个常用交通工程分析软件来相互转换使用档案，以利使用者针对各种建议方案进行客观性之整合分析与应用。图1SYNCHRO软件之窗口操作接口图二、SYNCHRO软件之主要功能以下针对SYNCHRO软件之路网编辑及其基本输入、输出窗口接口作一扼要说明。〈一〉路网编辑SYNCHRO软件共可提供两种构建新路网的方法：1.手绘路网图。系以描绘路段之方式来建立新路网，路段经连接后，可成为一处交叉路口；SYNCHRO程序之内定值为号志化路口，但亦可透过该路口之属性窗口，将其控制型态更改为非号志化路口。2.插入DXF地图档作为背景。SYNCHRO可输入格式为DXF文件之电子地图作为背景底图，以供描绘出路网，如图2所示。图2SYNCHRO与DXF图档之结合当路网输入并初步构建后，路网中各路口或路段几何数据之增添或修改，即可经由路口及路段之属性窗口进行编辑，如图3与图4所示。图3路段属性窗口图4路口属性窗口〈二〉路段窗口(LaneWindow)SYNCHRO之路段窗口主要是针对分析路网之车道几何与交通条件。例如车道配置(LanesandSharing)、车道宽(LaneWidth)、坡度(Grade)、理想饱和流率(IdealSaturationFlow)、储车长度(StorageLength)、储车道数(StorageLane)、总损失时间(TotalLostTime)、保护左转(ProtectedLeftTurn)之右转因子(RightTurnFactor)、允许左转(PermittedLeftTurn)之右转因子、红灯右转（RightTurnonRed）及间距因子(HeadwayFactor)等项目，以简单明了的方式来进行数据窗体之输入；并配合各项调整系数的计算，便于使用者从事输入数据的查核作业，如图5所示。图5路段数据输入窗口〈三〉流量输入窗口(VolumeWindow)针对路口交通流量的调整系经由SYNCHRO的流量输入窗口来进行的，SYNCHRO的流量数据输入表系如图6所示，其中之冲突行人流量(ConflictingPeds.)、重车(HeavyVehicles)比率、公交车靠站阻塞数(BusBlockages)、路边停车管制(Adj.ParkingLane)等项目可依据各路段之交通流量属性作弹性的设定；而相关之调整因子，计包含尖峰小时系数(PeakHourFactor)、成长因子(GrowthFactor)、路段中途流量(TrafficGromMid-block)、平衡流量(VolumeBalancing)、调整后流量(AdjustedFlow)等；可使路网从事分析时，更能表达出路网中之实际车流运行状况。图6SYNCHRO之流量输入窗口〈四〉信号配时窗口(TimingWindow)路口信号配时操作窗口系供设定路口时制计划之操作接口〈如图7所示〉，经由此窗口亦可显示出路网之各项控制绩效值。图7信号配时操作窗口信号配时窗口之左侧画面系作为设置时制计划与显示控制结果之用，其中包括；相位编辑(PhaseTemplates)、控制型态(ControllerType)、现行周期长度(CycleLength)、触动控制周期(ActuatedCycle)、自然周期长度(NaturalCycleLength)及锁定之时制(LockTiming)等。信号配时窗口之右侧画面则系供时制计划相关数据之输入，其中包括；转向型态(TurnType)、最小绿灯时间(MinimumInitial)、最小时比(MinimumSplit)、所允许之早开或迟闭最佳化(AllowLead/LagOptimize)、相位跳跃控制(RecallMode)、Webster延滞值(WebsterSignalDelay)、服务水平(LevelofService)、等候车队长度(QueueLengths)、车队续进因子(ProgressionFactor)、等候车队惩罚值(QueuePenalty)、停等(Stops)、耗油使用量(FuelUsed)、犹豫区间之车辆数(DilemmaVehicle)等。〈五〉相位窗口(PhasingWindow)相位操作窗口系用以显示路口相位计划之内容，并可检视路口之相位设置是否正确，如图8所示。依据SYNCHRO软件计算之百分比延滞，可针对90%、70%、50%、30%、10%等五种不同的流量比例获得所对应之周期长度；此外，亦可就使用者所输入之现行时制计划之设置正确性进行分析判断。相位操作窗口所输入之相关数据项包括：最小启始值(MinimumInitial)、最小时比(MinimumSplit)、最大时比(MaximumSplit)、黄灯时间(YellowTime)、全红时间(All-RedTime)、早开/迟闭(Lead/Lag)、触动控制之车辆延长绿灯时间(VehicleExtension)、最小间距(MinimumGap)、减少时距前置时间(TimeBeforeReduce)、减少时距剩余时间(TimetoReduce)、行人相位(PedestrianPhase)、行人步行时间(WalkTime)、行人闪绿清道时间(FlashDon’tWalk)、行人触动按钮(PedestrianCalls)等。图8号志相位操作窗口〈六〉时制计划最佳化程序在最大绿灯带宽及最小负效用条件下，求解干道系统之最佳时制计划时，SYNCHRO亦将时差分析纳入求解模式中，这是以往模式发展所没有包含在内的。干道系统之时差分析系于干道系统内，以周期范围内每1∼4秒为一时差间隔，所算出之不同对应延滞值，再以其中的最小延滞值所对应之时差做干道系统之最佳时差。如此即可将由不同干道系统所组成之路网及其中各个路口，先找出不同干道之同步最佳化时差，再求得整体路网之最佳时差。至于时制最佳化之求解方法乃是针对主控路口与相邻路口所求出之不同方案延滞值及时差值进行分析比较；再考虑干道的合理绿灯带宽，并依此去与路网中各相邻路口进行分析比较，然后扩大至路网中之各个路口，以求解出干道绿灯带宽最大化及负效用最小化时的最佳时差。〈七〉搭配SimTraffic可作交通模拟展示Trafficware公司为求增进SYNCHRO之功能，乃配合设计了一套实时性交通仿真程序SimTraffic，此程序系以微观方式来展示现实世界的交通运作状况，如图9所示。使用者利用SYNCHRO所提供之上述功能将一特定路网构建并编辑后，即可立即执行SimTraffic，并藉此观察该路网之交通运作状况。当执行交通仿真时，SimTraffic软件会先开始一段初始化及加载之过程，待其完成后，便可依所选择之仿真速度进行交通仿真展示，并可选择观看单一车辆之模拟运行状况或整个路网之模拟绩效值。此部份交通模拟之车辆运行特性及其驾驶行为均系依据美国联邦公路局所提供之参数资料加以订定。图9SimTraffic的实时交通模拟展示三、实例应用--以台南市中华南路、金华路口为例〈一〉现况分析1.开启AutoCad软件，将该路口之电子地图存成『中华南路.dxf』檔。2.汇入该『中华南路.dxf』，作为背景底图之用，此底图之比例尺为1/1000，底图上最好加注比例尺，以方便汇入后之校正（特别是汇入.jpg档时），若是汇入.dxf档，则不需进行比例尺校估。详见下图例之说明。3.于底图上构建实际路网或路口；详见下图例说明。4.中华南路、金华路口之道路几何现况如下：5.进行现况模拟时之中华南路、金华路口转向交通量数据，可依以下三种状况从事处理（以下午尖峰为例）：A.将调查所得之实际转向交通量，化为PCU单位；一般若从事大规模调查时，为处理数据方便起见，均可以此方式处理。B.将调查所得之转向交通量，先将该Approach之左转机车化为该Approach之直行PCU（数值1），再将其左转Approach之横向Approach加上（数值1），以求出各Approach之转向PCU值。此种作法之意义为假设机车均遵循两段式左转之规定，如于机车左转量很大时，应较能反映实际情况，但缺点为数据处理较为复杂。（如下图）C.将调查所得到之转向交通量，删去机车流量，并于模拟时忽略慢车道的部分，此方法较可真实地反映出快车道之交通情形，缺点则为未考虑机车之影响。（因SYNCHRO无法模拟机车之特殊驾驶行为）。D.本范例建议采用第二种方式处理及模拟，其原因为东侧的中华南路、金华路之机车左转交通量甚大；现场仍发现不少机车系违规直接进行左转。E.因南和路开放单独相位通行，因此不处理其左转机车流量。6.依上述第2种方法所得之转向PCU流量可汇整如下：7.根据上述第4、5、6点，于『LaneWindow』中设定其路口与路段，兹将其中之重点说明如下：建议之『totallosttime』为3秒，但国内可设为1或2秒。B.路口/路段之车道布设应考虑实际上的车道设置状况、机车两段式左转等条件，而以接近现况之交通运作为原则。C.明兴路允许红灯右转。D.该路口之『AreaType』为非市中心区。8.参考上述第6点，于『VolumeWindow』设定其交通量，其中之重点为：A.此路口之行人流量不高，再加上未进行行人干扰流量调查，故设为0；建议若藉SYNCHRO进行模拟，为求精确起见，当路口行人干扰左右转车辆严重时，建议应实施行人干扰流量调查。B.将『ConflictingBikes』设为0的理由同上。C.『AdjustedFlow』的计算方法为：(AdjustedFlow)=(TrafficVolume)/PHF…………式一而PHF为PHF=(PeakHourVolume)/4/(最尖峰15分钟流量)…式二由式一和式二可知『AdjustedFlow』系将最尖峰的15分钟交通量放大为一小时。D.若某一路段之PHF较小，可能表示其交通量相当集中于尖峰15分钟。E.因交通量已于输入前化为小客车当量，故其重车比例可设为0。F.该路口极少有巴士或公交车行经，因此其值亦设为0。9.此路口下午尖峰之信号配时如下：10.参考上述第9点，于『TimeWindow』中设定信号配时，其中重点为：A.于『Option』中设定相位数。B.于『PermittedPhases』中设定其相位。C.于『TotalSplit』中设定该相位之总长度。D.于『YellowTime』与『All-RedTime』中设定黄灯与全红。E.现况并无早开迟闭之设计，故不需设定早开迟闭相位。F.设定完成后，各个Approach之Delay与LOS可出现于窗口下方，而路口之Delay与LOS则出现于窗口左方。G.使用者可依上述步骤设定路网，并且判断该如此模拟与现况是否差距过大；若然，则可重复第7、8、10等步骤，而使模拟尽量成果接近现况。H.若进行延误调查，将可便利模拟时之校估用途，唯需注意所调查之延滞为停等延滞时，因模拟延滞为总延滞，一般后者为前者的倍。I.调整模拟结果使其接近现况之方法为：逐一检查车道配置、停车与行人干扰、交通量等是否合理（因机车所占之比例较高，换算成PCU后，将显著影响快车道之运作绩效）、信号配时是否设定正确等，其中尤以正确的车道配置最为重要。现况调整前调整为更接近现况之延滞情形〈二〉信号配时改善分析1.交通改善措施之步骤一：将现况信号配时之各相位长度与周期予以最佳化，兹说明如下。A.最佳化步骤：单一路口之信号配时最佳化『IntersectionSplits』、『IntersectionCycleLengths』→路网周期最佳化『NetworkCycleLengths』。B.于『Optimize』中，选取『NetworkCycleLengths』，此选项可供设定最佳化周期之范围，并可开列窗体供使用者选取后再做调整。C.此范例中，系将最佳化周期之范围设定为75-120秒，每隔5秒分析一次，并可按手动『Manual』，逐一进行分析。进行最佳化分析之画面如下：E.选取『NetworkCycleLengths』之主要原因系供使用者自由选择其时制最佳化之目标，其它各选项如『IntersectionSplits』、『IntersectionCycleLengths』等项，则无法供使用者自由选取分析范围，仅能呈现实施最佳化后之成果而已。F.分析所得之结果如下，此时只需于选定某方案后，按『OK』即可。G.如选择周期为75秒后按『OK』，此即表示使用者选择75秒为该路口之最佳周期长度，情况如下图所示。H.此结果虽为Syncro模拟所得之最佳化成果，但有时却并非使用者心中之理想结果；因为路口某些Approachs可能会被忽略，或是某些相位长度显得不合理（使用者可先于『MinimumSplits』中设定最短相位长度）。此时仍可于『TotalSplit』中，以手动方式调整至理想的相位长度，其调整目标主要在使各个Approach之Delay与v/c值均能较为接近且合理，如此将可得到较为理想之延滞绩效值。I.兹将调整后所得之最佳化成果列示如下图。2.交通改善措施之步骤二：重新设计时制，此处进一步说明如下。A.重新设计该路口之信号配时如下表。B.依上表重新设计信号配时，将迟闭设计于『Options』、『RingandBarrierDesigner』与『PermittedPhases』之程序如下图。C.迟闭号志之设计程序如下：．于『Options』、『RingandBarrierDesigner』中增加迟闭相位。．设计迟闭相位之长度，将迟闭相位长度由小至大逐步递增，期能找到较佳之延滞为目标（见上图红线之4）。．将迟闭Approach之『PermittedPhases』填入1+4，此即表示其相位为1和4，此乃使用者所需要的相位长度。．将相位长度予以最佳化，此最佳化之过程已于交通改善之步骤一中加以陈述，请参阅之。．兹将迟闭相位之最佳化设计成果列示如下图：3.交通改善措施之步骤三：同时