J I A N G S U U N I V E R S I T Y 本 科 毕 业 论 文
学府路干线交叉口交通信号联动控制系统设计
学院名称： 汽车与交通工程学院 专业班级： 交通工程1102 学生姓名： 周宇林 指导教师姓名： 陈士安 指导教师职称： 教授
2015年 6 月
学府路干线交叉口交通信号联动控制系统设计
专业班级：交通工程1102 学生姓名：周宇林
指导教师：陈士安 职称：教授
摘要 近年来随着经济的高速增长，我国的机动车保有量不断增长，由此导致的城市交通
拥堵和阻塞问题日益严峻，交通污染和环境问题日益突出。为了解决城市交通问题，我国城市一方面通过完善城市道路网建设，另一方面通过优化和完善交叉口交通控制来缓解交通问题。交叉口不仅是道路交通枢纽，同时也是重要的交通设施。为了保障车辆在交叉口的畅通行驶，对于各个交叉口的信号控制应系统分析并且协调控制，从而减少行车延误，提高整个路网的通行能力。
本文以镇江市东西向主干道学府路为研究对象，通过对各个交叉口的信号相位方案选择、进口道渠化以及信号配时，寻找关键周期，运用数解法求时差，旨在对学府路上的八个交叉口进行交通信号联动控制，从而提高整个学府路的通行能力，改善整个城市交通系统的通行效率，并且改善城市生活环境。
关键词：交通控制；联动控制；配时设计；相位差
第一章 绪论
1.1研究背景与意义
近年来随着经济的高速增长，机动车保有量不断增长，由此导致的城市交通拥堵和阻塞问题日益严峻，交通污染和环境问题日益突出。这些问题与城市的社会经济发展日益相关。据统计，交通拥挤每年给世界各国造成了巨大的经济损失。美国德州运输研究所选取全美39个主要城市，进行交通拥堵经济损失的研究，估算出美国每年因交通拥挤造成的经济损失约410亿美元，其中12个最大城市每年损失超过10亿美元，并预测到2010年因交通事故造成的经济损失每年将超过1500亿美元。日本首都东京因交通拥挤造成的经济损失每年达到了123000亿日元。同样国内交通问题也日益严峻，由于城市交通量的剧增，对大气环境的污染相当严重。据北京市统计，70%以上街道两侧的一氧化碳（CO）浓度和氮氧化物（NOX）浓度都常年超过国家标准，甚至在二环、三环等平均车速较高的路段上NOX常年超标。在城市中心地区的交叉口上，由于汽车的低速行驶，CO浓度值更是常年超标数倍。我国其他一些主要大城市也是如此。
为了解决城市交通问题，我国城市一方面通过完善城市道路网建设，另一方面通过优化和完善交叉口交通控制来缓解交通问题。交叉口不仅是道路交通枢纽，同时也是重要的交通设施，尤其干线交叉口承担了大量的交通负荷，干线交叉口的通畅对改善城市干线的通行能力有重要意义。目前，国内交叉口大多采用信号灯进行信号控制，但是信号灯控制的交叉口各有利弊，信号灯设置的不合理时将造成干线车辆上不必要的延误，降低了整个路网的交通效益。因此，如果将干线上的交叉口信号配时进行联动控制系统设计，尽可能减少车辆停车时间，可以提高城市干道通行能力，缓解道路拥堵情况。基于此，本文以镇江市学府路为研究对象，进行干线交叉口交通信号联动控制系统设计。 1.2国内外研究与发展现状 1.2.1国外研究与发展现状
世界上最早交通信号灯出现在1868年伦敦的威斯明斯特(Westminster)街口，这个简易的交通信号灯由红绿两种颜色组成的壁板式煤气灯组成，是当时的英国发明家奈特发明，标志着交通信号控制发展的开端。经过一百多年的发展，交通信号控制系统经历了由手动到自动，由单点到干道、区域控制。国外城市干道交通信号控制技术起步较早，1917年，世界上第一个线控系统出现在美国的盐湖城(Salt Lake City)，它是一种可同时控制6个交叉口的手动控制系统。1922年，得克萨斯州休斯顿市(Houston)发展了可控制12个交叉口的瞬时交
通信号系统，控制特点是采用电子自动计时器对路口的交通信号进行协调联动。1964年，美国的J．D．C．Litter和W．D．Brooks等人利用最大绿波带相位差优化方法开发了最大绿波带交通信号设计优化程序。
随着现代科技的进步，现代控制理论、人工智能技术和计算机技术广泛应用到新一代城市道路交通信号控制系统的研发与设计当中，出现了一些先进的城市道路交通信号控制系统，如美国的RT-TRACS系统、日本的STREAM系统和德国的MOTION系统等。其中，干线信号协调控制也得到了广泛地应用和研究。 1.2.2国内研究与发展现状
我国在交通信号控制系统开发与应用方面起步较晚。1973年开始进行单点信号机的研制，1985年在北京“前三门大街”实现城市交通线控系统控制。1980年底又利用自有技术和设备在长安街的5个路口自主开发建成了国内第一个无电缆线协调控制，使北京成为我国最早开展交通信号线协调控制的城市。总结以往的线控系统，相位差优化通常采用的两种设计思路是：（1）最大绿波带法；（2）最小延误法。其中以最大绿波带为目标的相位差优化方法主要有图解法和数解法。图解法对于路口较多的干道，作图复杂，实现困难。数解算法是通过计算理想交叉路口间距的集合，从而寻找与实际交叉路口间距最为匹配的理想交叉路口间距，来确定绿波协调控制的最佳公共信号周期与各交叉路口交通信号的相位差，使干道绿波协调控制系统能获得尽可能大的绿波带宽度和较为理想的绿波协调控制效果。 1.3本文的主要研究内容
本文主要针对以下几个内容进行了研究：
（1）在对学府路交通现状调查后，研究学府路各个交叉口的信号相位方案、车道渠化以及学府路的干道路况；
（2）对学府路交叉口现状改进，进行单点控制交叉口信号配时方案的确定； （3）研究如何利用数解法对学府路干道交叉口信号联动系统设计。 1.4本文的技术路线
在我国各城市交通日益拥挤的背景下，通过交叉口信号配时联动控制对城市干道交通拥挤现象进行改善。在对镇江市学府路干道现状调查的基础上，从学府路路况、交通量和渠化情况角度，分析学府路交通现状存在的问题；利用单点交叉口配时原理对学府路各个交叉口进行信号控制设计；利用数解法对学府路干道进行联动控制系统设计；最后提出本文的总结与展望。
本文的技术路线如下：
路段状况分析 信号相位方案设计 图1.1 本文技术路线示意图
总结与展望 学府路干线交叉口联动控制系统设计 进口道渠化方案设计 信号配时设计 单点交叉口信号控制设计 交叉口进口道渠化现状分析 学府路交通量分析 学府路干道现状交通调查与特征分析 研究背景与意义