【導讀】及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設。計）不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。有權將論文（設計）用于非贏利目的的少量復制并允許論。文（設計）進入學校圖書館被查閱。保密的論文（設計）在解密后適用本規(guī)定。1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，紙應符合國家技術標準規(guī)范。城市交通燈信號設計是城市道路交通通暢便利的關鍵。量的增加，城市的交通運輸能力關乎工業(yè)發(fā)展，市民生活和市容市貌。的車輛平均延遲時間為檢測標準，以此決定當前相位綠燈時間的模糊規(guī)則。誤時間是評價交叉路口信號控制的設計水平和車輛通行效率的有效方式。的通行效率，司機的感受，機動車的耗油量結合起來，反應了信號控制的合理性。仿真結果表明，和實際值相比，設計方案更加有效，接近理論最佳值。

　　

【正文】 數(shù)學模式，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) 。采用模糊控制設計的交通信號 具有較佳的適應性及強健性、較佳的容錯性。 3 相位 6 車道的信號設計 模糊控制信號設計流程 圖 仿真總體結構 使用 MATLAB 中 Simulink 工具箱構造的信號交叉口的仿真結構： 圖 信號控制仿真結構 輸入量：實際車流量 q，最大車流量（通行能力） 道路交叉口信號控制系統(tǒng)設計 –26– 輸出量：車輛延誤時間 ，平均延誤時間為 d 狀態(tài)量：綠燈時長 （與有效時間 g 直接相關）， 排隊長度 n（以車輛數(shù)計算） 具體如下圖： 圖 模糊控制和 HCM 信號控制最上層模型 仿真目的：將根據(jù)經(jīng)驗設計的模糊控制方案和 HCM 標準設計的最佳控制方案相比較，使模糊控制的性能接近 HCM 的值，設計自適應信號。上圖中上一部分封裝的是模糊控制模塊，下一部分是 HCM 最佳定時控制模塊。 信號相位設計 道路交叉口信號控制系統(tǒng)設計 –27– 圖 相位設計 相位： 3 相位 6 車道 東西直行相：東西直行和右轉綠燈通行，左轉紅燈停止；南北紅燈停止。 東西左行相：東西左轉綠燈通行，直行和右 轉紅燈停止；南北紅燈停止。 南北直行相：南北左轉，直行，右轉綠燈通行；東西左轉，直行，右轉紅燈停止。 采用該相位設計的原因是當左轉和直行使用同一車道時，計算公式復雜，不便于在MATLAB 中仿真。 綠信比設計 綠信比設計流程如下圖： 道路交叉口信號控制系統(tǒng)設計 –28– 圖 表 HCM定時及模糊控制綠信比設計 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 值之比進行分配，得各相位的有效綠燈時間 [8]。 同相位一 （最小值是10s） 同相位一 （最小值是10s） 模糊控制 與最佳定時相同，便于比較。 車流量大，是關鍵車流。用模糊控制的方法確定綠燈時間長度 10s 車流量小，是非關鍵車流。 注 1） 與兩相位相比，東西左行向綠燈占時為 10 秒。因 為從東西方向駛入向左轉的車流量較小，在達到通行能力的條件下， 便于計算。 注 2） 將周期設置成為相同的時間長度，便于使模糊控制的性能接近 HCM 的 性能 。 注 3） 這種模糊控制的方案是一種半感應式信號控制方法。 計算周期 T 計算相位一綠燈時間 定時控制信號設計： 模糊控制信號設計： 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)設計 –29– 半感應控制： 周期固定，關鍵相位或非關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。 全感應控制： 該信號的所有相位全由檢測器來控制時間 [8]。 注 4） 定時控制信號設計公式如下： 采用英國 TRRL 方法計算定時控制的最佳周期時間以及信號配時。英國 TRRL（ Transport and Road Research Lab）對信號交叉口車輛延誤進行過深入的調(diào)查分析和研究。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]。 ① 最佳周期時間 當韋伯斯特（ Webster）延誤時間為最小時，可得到定時信號最佳周期時間 () 式中 —— 最佳周期時間， s； —— 每個周期的總損失時間， s； Y—— 組成周期的全部信號相位的各個最大流量比 y=q/S 值之和，即 () 每個周期的總損失時間按下式計算 () 式中 —— 啟動損失時間，一般是 5s； —— 綠燈間隔時間 （紅燈時間） ，一般是 2s； —— 黃燈時間，一般是 3s； ② 信號配時 每周期的有效綠燈時間 clg T t?? () 把有效綠燈時間 在所有信號相位之間按各相位的 值之比進行分配，得各相位的有效綠燈時間 ，然后算得各相位的實際顯示綠燈時間 道路交叉口信號控制系統(tǒng)設計 –30– t t lG g Y t? ? ? () ③ 通行能力 在信號交叉口，車輛只能在有效綠燈時間內(nèi)通過交叉口，因此信號燈交叉口進口道上的通行能力為 sssqgCqT ??? () 3 相位 6 車道的定時控制 仿真 Simulink 模塊搭建 (1) 定時控制最上層模塊 圖 最佳定時控制仿真模型 表 各模塊功能及輸入輸出量 模塊名稱 功能 輸入量 輸出量 jiaochamoxing 構造信號交叉口的車流量通行模型。 q： 12 個方向上的實際車流量 ：設計飽和車流量 ：每個相位的車流量比 Y：關鍵車流的車流量比 q：各個車道的車流量 zuijia 計算三相位的綠燈時間。 ：每個相位的車流量比 Y：關鍵車流的車流量比 q：各個車道的車流量 ：三個相位的綠燈時間 ：三個相位的車流量比 T：周期長度 yanwu1 利用綠信比及流量比獲得平均車輛延誤。 ：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。這樣構成了最上層的單交叉路口的最佳信號控制的仿真模型。 (2) 交叉路口 各車道 車流 情況模塊 道路交叉口信號控制系統(tǒng)設計 –32– 圖 jiaochamoxing模塊 輸入量： ：四條干道中三種行駛方向的各車道實際車流量 ：設計車流量 輸出量： 道路交叉口信號控制系統(tǒng)設計 –33– ：三相位的車輛流量比 Y：關鍵車流的總流量比 q：各車道的車流量。 關鍵車流：在每個信號相位中，具有最大交通流量比的車道所對應的車流稱之為該信號相位的關鍵車流。關鍵車流對整個路口的通行能力和信號配時起決定作用。 飽和度 ( )： 指飽和程度最高的車道所達到的飽和度值，而并非各車道飽和度之和。 總飽和度 X：指飽和程度最高的相位所達到的飽和度值，而并非各相位飽和度之和。 總飽和度的最大值：從理論上說，交叉口的飽和度只要小于 1 就應該能滿足各方向車流的通行要求。然而實踐表明，當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。研究結果表明，反映車輛通過交叉口時的一些特性參數(shù)，如車輛平均延誤時間、平均停車次數(shù)以及排隊長度等等，均與飽和度實用限值的大小有關。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。 (3) 流量比計算模塊 道路交叉口信號控制系統(tǒng)設計 –34– 圖 jiaocha 模塊 輸入量： ：四條干道中三種行駛方向的各車道實際車流量 ：設計車流量 輸出量： ：三相位的車流流量比 Y：關鍵車流流量比 (4) 信號周期及綠 燈長度 計算模塊 圖 zuijia 模塊 輸入量： ：三相位的車流流量比 Y：關鍵車流飽和度 輸出量： ：三個相位的綠燈時間 道路交叉口信號控制系統(tǒng)設計 –35– T：周期長度 用紅色背景標注的是 output 模塊，通過關鍵車流的 流量比和干擾時間 計算出總的信號周期長度。采用簡化的 Webster 公式： () T是總的信號有效周期。 () L計算的是干擾時間， n 是相位數(shù)， 是啟動損失時間，通常取為 5s； 為黃燈時間，可定為 3s； 為綠燈間隔時間，為 2s [13]。 計算出 就能得到最佳定時控制的周期時間。 () 有下限， 定 為 10s。 圖 output模塊 定時控制延誤時間 在車輛到達率和進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率的關系是一種線性關系，如圖 所示。車輛 A 到達“停車線”時（嚴格說來，應該是到達等候車隊的隊尾，因為此時在停車線的后面已有 輛車在排隊）正值紅燈期間，在它前面已有先期到達的 輛車在停車線后等待。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 。 道路交叉口信號控制系統(tǒng)設計 –36– 在圖 中，三角形中水平線為每輛車的延誤時間，垂直線為不同瞬時停車線后面的車輛排隊長度。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。此外，由圖 可得： () 而 () 所以 () 于是車輛總延誤時間為： () 圖 排隊長度與延誤時間 上式結果為一個周期內(nèi)的車輛總延誤時間，那么車輛的平均延誤時間為： 道路交叉口信號控制系統(tǒng)設計 –37– （ 4.15） 即 （ ） 其中λ為綠信比， r 為紅燈時間， y 為流量比， T 為信號時長 ， S 是飽和流量， q 是車流量 。 [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 ），計算得到設計飽和車流量，將實際車流量和設計飽和車流量輸入到模型中。 道路交叉口信號控制系統(tǒng)設計 –38– 表 輸入數(shù)據(jù)（飽和車流量 vph/h） 時間 方向 時段一 時段二 時段三 時段四 時段五 時段六 北右 1583 1583 1583 1583 1583 1583 北直 1863 1863 1863 1863 1863 1863 北左 1382 1401 1382 1410 1352 1391 南右 1583 1583 1583 1583 1583 1583 南直 1863 1863 1863 1863 1863 1863 南左 1382 1391 1401 1391 1391 1371 西右 1583 1583 1583 1583 1583 1583 西直 1863 1863 1863 1863 1863 1863 西左 1770 1770 1770 1770 1770 1770 東右 1583 1583 1583 1583 1583 1583 東直 1863 1863 1863 1863 1863 1863 東左 1770 1770 1770 1770 1770 1770 表 中間參數(shù)及三相位延誤時間 參數(shù) 時段 Y /s /s /s /s /s /s 服務等級 10:2010:30 51 10 10 A 11:0011:10 10 10 A 2:102:20 10 10 A 2:402:50 10 10 21 A 5:205:40 46 10 10 A 6:006:10 10 10 22 A 上表中： ：各相位機動車流量比 Y：關鍵車流機動車流量比 ：各相位綠燈信號時間長度 ：各相位車輛平均延誤時間 結論：從表 可以看出采用 HCM