【正文】 行駛方向的各車道實際車流量 ：設(shè)計車流量 輸出量： 道路交叉口信號控制系統(tǒng)設(shè)計 –33– ：三相位的車輛流量比 Y：關(guān)鍵車流的總流量比 q：各車道的車流量。 總飽和度 X：指飽和程度最高的相位所達(dá)到的飽和度值，而并非各相位飽和度之和。實踐證明，飽和度實用限值定在 ～ 之間，交叉口就可以獲得較好的運行條件。 計算出 就能得到最佳定時控制的周期時間。該車必須等到這 輛車全部離開停車線之后才能駛出停車線，其延誤時間為 。 [19] 圖 yanwu1 模塊 輸入量： ：三個相位的綠燈時間 輸出量： ：三個相位的車輛延誤 中間函數(shù)模塊： youxiaolvdeng： 通過公式 計算有效綠燈時間 yanwujisuan： 通過公式 計算三相位延誤時間 采用第三章中對北山十字路口勘測的數(shù)據(jù)（表 ），計算得到設(shè)計飽和車流量，將實際車流量和設(shè)計飽和車流量輸入到模型中。于是在一個信號周期內(nèi)，全部車輛的總延誤時間等于三角形的面積（到達(dá)率為一均衡值時），而這一數(shù)值也恰好是每一瞬間車輛排隊長度的總和，即 () 這里 r 為紅燈時間， 為三角形的高。 圖 output模塊 定時控制延誤時間 在車輛到達(dá)率和進(jìn)口斷面通行能力均為常數(shù)的情況下，車輛的延誤和車輛到達(dá)率的關(guān)系是一種線性關(guān)系，如圖 所示。采用簡化的 Webster 公式： () T是總的信號有效周期。然而實踐表明，當(dāng)交叉口的飽和度接近 1 時，交叉口的實際通行條件將迅速惡化，更不必說等于或大于 1 了。關(guān)鍵車流對整個路口的通行能力和信號配時起決定作用。 ：三個相位的綠燈時間 ：三個相位的車輛延誤 道路交叉口信號控制系統(tǒng)設(shè)計 –31– ：三個相位的車流量比 T：周期長度 車輛延誤用示波器指示。并由韋伯斯特（ Webster）建立了延誤模型，提出了信號配時和通行能力計算方法 [8]。 計算周期 T 計算相位一綠燈時間 定時控制信號設(shè)計： 模糊控制信號設(shè)計： 計算相位二綠燈時間 計算相位三綠燈時間 固定周期 T與定時信號相同 通過模糊器控制獲得相位一綠燈時間 固定相位二綠燈時間為 10s 計算相位三綠 燈 時 間 道路交叉口信號控制系統(tǒng)設(shè)計 –29– 半感應(yīng)控制： 周期固定，關(guān)鍵相位或非關(guān)鍵相位的綠燈長度由檢測器控制，其他相位的綠燈長度為剩余時間。 注 1） 與兩相位相比，東西左行向綠燈占時為 10 秒。 綠信比設(shè)計 綠信比設(shè)計流程如下圖： 道路交叉口信號控制系統(tǒng)設(shè)計 –28– 圖 表 HCM定時及模糊控制綠信比設(shè)計 控制方案 周期 /s 綠燈時間 /s 相位一（ ） 相位二（ ） 相位三（ ） 最佳定時 總綠燈時間t clG T t?? 把綠燈時間 按各相位的 值之比進(jìn)行分配，得各相位的有效綠燈時間 [8]。 信號相位設(shè)計 道路交叉口信號控制系統(tǒng)設(shè)計 –27– 圖 相位設(shè)計 相位： 3 相位 6 車道 東西直行相：東西直行和右轉(zhuǎn)綠燈通行，左轉(zhuǎn)紅燈停止；南北紅燈停止。模糊控制不用數(shù)值而用語言式的模糊變量來描述系統(tǒng)，模糊控制器不必對被控制對象 ，即交通狀況建立完整的數(shù)學(xué)模式，而 根據(jù)專家建立的經(jīng)驗法則來控制 單交叉路口這種 非線性、時變、模型不完全的系統(tǒng) 。假如此時的車流量值不變，則交通流不能疏通，會越來越堵塞 道路交叉口信號控制系統(tǒng)設(shè)計 –22– 交叉口檢測指標(biāo)： 表 北京市市政設(shè)計院建議的服務(wù)水平 [8] 服務(wù)水平 一 二 三 四 路口交通負(fù)荷系數(shù) ≤ 1 車輛通過交叉口平均延誤時間 /s ≤ 30 3040 4050 50 紅燈平均阻車長度 /s ≤ 50 ≤ 100 ≤ 150 150 乘客與駕駛員在路口的感受 舒適通暢 接近飽和 常呈混亂 阻塞 表 HCM 規(guī)定的信號交叉口服務(wù)水平 [13] 服務(wù)水平 每車平均停車延誤 /s 服務(wù)水平 每車平均停車延誤 /s A ≤ 10 D 3555 B 1020 E 5580 C 2035 F 80 北山十字路口控制信號改進(jìn) 表 某 天 上午，中午，下午車 流量統(tǒng)計表 （ vph/h） 時段 車道 上午車流量 中午車流量 下午車流量 平均值 北 北右 18 24 33 25 北直 15 9 18 14 北左 57 54 60 57 南 南右 48 54 30 44 南直 12 9 24 15 南左 51 45 69 55 西 西右 75 90 63 76 西直 690 570 555 605 西左 21 36 6 21 東 東右 45 57 51 51 東直 525 486 636 549 東左 48 57 51 52 道路交叉口信號控制系統(tǒng)設(shè)計 –23– 根據(jù) Synchro6 軟件分析，即內(nèi)置的 HCM 的配時方式，理想的配時方案如下表： 表 理想 信號配時 時段 周期 /s 相位一時長 /s 相位二時長 /s 綠 紅 黃 綠 紅 黃 上午 60 47 2 3 13 2 3 中午 50 39 2 3 11 2 3 下午 60 46 2 3 14 2 3 平均 55 43 2 3 12 2 3 理想定時信號和實際信號控制下的北山十字路口通行能力比較如下： 表 采用 HCM定時信號和實際信號 的交叉口通行 能力檢測 控制信號 時段 路口交通負(fù)荷系數(shù) 平均延誤時間/s 排隊長度 /m 停車次數(shù) /vph 服務(wù)等級 (HCM) 理想信號 上午 44 296 B 中午 50 A 下午 422 B 實際 信號 上午 416 B 中午 50 306 A 下午 420 B 如下圖： 圖 實際信號與理想信號控制效果比較 道路交叉口信號控制系統(tǒng)設(shè)計 –24– 下表是我國的信號交叉口服務(wù)水平分級： 表 信號交叉口服務(wù)水平分級表 [8] 交叉口服務(wù)水平 相當(dāng)于美國交通服務(wù)水平 信號路口的平均延誤 /s 高峰小時信號路口平均延誤 /s 色燈信號周期長度 /s 一級 A~C 30 30 70 二級 D~E 30~180 30~360 70~100 三級 F 180 360 100 注 1） 信號路口的服務(wù)水平以延誤時間為標(biāo)準(zhǔn) 據(jù)表 和表 可知，針對不同時段設(shè)計的理想定時信號方案和實際信號控制方案均使道路交通達(dá)到國家信號路口一級服務(wù)水平。 Synchro6 軟件有直觀的圖形顯示，又具有較強(qiáng)計算能力，通過內(nèi)置公式計算得到滿足各項要求的 信號配時 。控制狀態(tài)是給東西向車流以通行權(quán)，南北向車流不準(zhǔn)通行，但南北向右轉(zhuǎn)車流不受限制，在周期內(nèi)任何時段均可通行。在統(tǒng)計的時候，以在一定時間內(nèi)通過停車線的機(jī)動車數(shù)量為準(zhǔn)。每個時段進(jìn)行兩次統(tǒng)計，取平均值。 單交叉口交通情況勘測 本文的研究對象是大連理工大學(xué)北門十字路口，它是典型的單交叉路口。 表 HCM 規(guī)定的信號交叉口服務(wù)水平 [13] 服務(wù)水平 每車平均停車延誤 /s 服務(wù)水平 每車平均停車延誤 /s A ≤10 D 3555 B 1020 E 5580 C 2035 F 80 車輛平均延誤是評價交叉口服務(wù)水平的最重要的指標(biāo) ，也是標(biāo)準(zhǔn)中要求的評價指標(biāo) ，因此，本文選擇它作為比較各種 交通 燈控制 性能 優(yōu)劣的依據(jù)。 排隊長度 車輛的排隊長度是延誤時間增加的主要誘導(dǎo)因素。 表示車輛之間互相接近的程度，反應(yīng)在交通流中的自由度。這些參數(shù)不僅反映車輛通過交叉口時的動態(tài)特性，同時它們也作為交叉口信號配時參數(shù)優(yōu)化的依據(jù)，用于建立優(yōu)化模型和目標(biāo)函數(shù)。另外在離停車線 80100米處設(shè)置另一車輛檢測器，計算駛?cè)胲嚨赖臄?shù)量 。三種相位分別是東西相直行和右轉(zhuǎn)，東西向左轉(zhuǎn)，南北向三種車流同時通行，這是一種較為便于討論的設(shè)計方案。多數(shù)情況下，向右轉(zhuǎn)彎的車輛不受信號燈控制。對于波動的車流量和突發(fā)的事故和改道引起的車流量的急劇變化基本能夠達(dá)到通行要求。 對于上下班高峰期，其配時方案與其相對應(yīng)，可有效疏散交通流，盡可能地避免或減少交通擁擠。 簡單，主要依據(jù)HCM公式 較低，它根據(jù)平均車流量設(shè)計控制信號。 自適應(yīng)控制 模糊控 制通過在干道上一前一后設(shè)置的兩個檢測器，檢測進(jìn)入和駛出該道路的 車輛數(shù)量 ， 確定排隊車輛數(shù)或者車流量密度，確定 綠燈時間 ，實時調(diào)整信號。 臨界車道組交通流量比 Y 某信號相位中車道交通流量比的最大值。兼顧到路口通行效率與綠燈時間利用率，飽和度一般設(shè)置在 。 s 信號相位 在信號控制交叉口，其每一種控制狀態(tài)（一種通行權(quán)），即對各進(jìn)道口不同方向所顯示的不同燈色的組合，稱為一個信號相位。 有效綠燈時間 一個信號周期內(nèi)某信號相位的綠燈時間 與黃燈時間 之和減去損失時間 。這些術(shù)語 和公式的表達(dá)務(wù)必精確，沒有疑義，這樣才 便于理解 設(shè)計過程， 分析 控制效果 。 注 2） 以上 (3),(4),(5),(7)采用 Webster 公式 計算 ，第 (6)步 中檢測指標(biāo) 采用 HCM 標(biāo)準(zhǔn)。 （ 2）交通控制信號的實用性 交通信號設(shè)計要符合已有的規(guī)范，因為這些規(guī)范不僅僅是人們較熟悉的，而且它們也考慮了行人的安全和司機(jī)的反應(yīng)速度等人為因素。 （ 2）箭頭信號燈，在燈頭上加一個指示方向的箭頭，可有左，右，直 3 個方向。 結(jié)論中總結(jié)了本文的討論的兩個問題，并且對本設(shè)計中的不足之處和未完成的工作做出整理及歸納。根據(jù) HCM 標(biāo)準(zhǔn) ，計算出不同車流情況的定時配時，據(jù)此設(shè)計了自適應(yīng)的 模糊控制 規(guī)則。它關(guān)系到道路的服務(wù)水平，也決定了 交通燈信號設(shè)計成功與否。在研究背景部分談?wù)摿私徊媛房诘男盘枱舻闹匾裕盘枱艨刂品绞降陌l(fā)展歷程，近期國內(nèi)外應(yīng)用的信號控制系統(tǒng)和其他改進(jìn)方案。 模糊推理 過程 圖 模糊推理過程 模糊推理由以下幾個方面組成：首先將輸入變量模糊化，就是將輸入的變量歸入由隸屬度描述的模糊集中，然后在模糊集之中根據(jù)需要應(yīng)用模糊算子。澤德教授提出模糊邏輯理論。當(dāng)水較涼時，會相應(yīng)放較多的熱水；而水較熱時，可以放較少的熱水。 HCM 不是為各種交通設(shè)施、系統(tǒng)、區(qū)域或環(huán)境制定有關(guān)期望的或恰當(dāng)?shù)姆?wù)質(zhì)量的政策，而是對確定交通設(shè)施規(guī)模，確保從業(yè)人員接觸到最新研究成果，找出典型問題，提供一套合乎邏輯的分析方法 [13]。通行能力又包含了設(shè)計通行能力和可能通行能力。文獻(xiàn) [12]針對傳統(tǒng)模糊控制方案 ， 提出了一種 采用遺傳算法和模擬退火有效結(jié)合的 GASA 混合算法。 以上這些系統(tǒng)于 二十世紀(jì) 80 年代初引入中國 。機(jī)動車的信號燈控制和行人穿過街道的信號燈控制結(jié)合起來，組成了單個交叉路口的交通控制。其中，交叉路口信號控制是調(diào)節(jié)道路車流量的重要方式。 道路交叉口信號控制系統(tǒng)設(shè)計 –2– 1 緒論 研究背景 隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，信息傳輸速度已經(jīng)成為提高工作效率的重要需求。設(shè)計的原則是簡便易行，符合實際，講求效率。 在傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域里，控制系統(tǒng)動態(tài)模式的精確與否是影響控制優(yōu)劣的最主要關(guān)鍵，系統(tǒng)動態(tài)的信息越詳細(xì)，則越能達(dá)到精確控制的目的。部分國外先進(jìn)城市交通控制系統(tǒng)己經(jīng)在我國一些城市獲得應(yīng)用，其中 SCOOT 系統(tǒng)在北京投入使用， SCATS 系統(tǒng)在廣州和上海投入使用。尤其在大城市中，交通擁擠引起交通事故增加，環(huán)境污染加劇，影響城市工業(yè)發(fā)展，物流通暢及市民日常出行。 本文研究內(nèi)容分為以下幾個部分：第一章緒論，主要是該論文的課題背景，已有成果和本文需要解決的問題；第二章是簡單介紹交叉路口術(shù)語，模糊控制方法以及計算公式； 第三章給出了實際路口交通流量的勘測數(shù)據(jù) ，以及采用 HCM 中 Webster 算法的理想定時控制信號設(shè)計 ； 第四章主要是使用 MATLAB 對交叉路口流量采用模糊控制和HCM 理想最佳兩種方法進(jìn)行仿真建模，對平均延誤時間比較、分析；最后一部分是總結(jié)。 本文針對以前設(shè)計的各種交通燈信號設(shè)計的不足之處，做出了適當(dāng)改進(jìn)，使其符合美國通行能力手冊標(biāo)準(zhǔn)（ HCM）。城市交通系統(tǒng)具有時變性，隨機(jī)性，復(fù)雜性和整體性，模糊控制結(jié)合專家的經(jīng)驗知識，可以實時調(diào)整控制信號，達(dá)到理想的控制效果。 ：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（