摘 要

随着经济水平的提高，机动车的保有量也越来越大，由此导致的城市交通拥堵问题也随之越来越多。而在城市交通中，交叉口的交通占据着重要地位，交叉口的通行效率影响着城市交通的优劣。因此，交叉口的交通问题就需要得到更多的关注，采取合理的措施去改善交叉口的通行，于是就需要更加合理有效的信号配时方案，来管理交叉口的通行。

本文首先进行了文献调研，了解了国内外的信号灯的配时研究现状，然后选择了两个典型的交叉口类型，即环形交叉口和可变车道交叉口，进行分析和研究，查阅相关资料，学习了目前关于这两个交叉口的相关信号配时的理论研究成果。

其次，对这两个交叉口分别进行分析，调查并分析交叉口的现状情况，包括地理位置、车辆运行特征和交通量特征等。其中对环形交叉口还分析了它的通行能力，计算量相关的衰减系数和通行能力。对可变车道交叉口则是分析了车道导向转变时刻的选择以及所采用的配时方法。

最后作出交叉口相应的信号配时方案，再对交叉口进行仿真，来验证设计的方案是否合理有效。最后得出结果，所设计的方案对交叉口的交通情况能够有所改善。

关键词：信号配时；环形交叉口；可变车道交叉口；仿真

Abstract

With the increase of economic level, the number of motor vehicles has become larger and larger. As a result, the problem of urban traffic congestion has also increased. In urban traffic, the traffic at the intersection occupies an important position, and the traffic efficiency at the intersection affects the quality of the city traffic. Therefore, the traffic problems at intersections need more attention and reasonable measures must be taken to improve the traffic at the intersections. Therefore, a more reasonable and effective signal timing plan is needed to manage the intersection traffic.

This article first conducted a literature survey to understand the current status of signal timing at home and abroad, and then selected two typical types of intersections, namely roundabouts and variable lane intersections, for analysis and research, access to relevant information, Learned the theoretical research results of the relevant signal timing of these two intersections.

Secondly, the two intersections were analyzed separately, and the status quo of the intersections was investigated and analyzed, including geographical location, vehicle operating characteristics and traffic volume characteristics. Among them, the roundabout has also been analyzed for its traffic capacity, calculation-related attenuation coefficient and traffic capacity. For the variable lane intersection, the choice of the lane-guiding transition time and the timing method used are analyzed.

Finally, make a corresponding signal timing plan for the intersection, and then simulate the intersection to verify whether the designed plan is reasonable and effective. Finally, the results obtained show that the designed plan can improve the traffic conditions at the intersection.

Key words:Signal timing;Roundabout; variable lane intersection; simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 信号灯配时优化研究 1

1.2.2 车流到达分布研究 3

1.2.3 国外研究现状 4

1.3 研究内容及研究方法 5

1.3.1 研究内容 5

1.3.2 研究方法 5

1.3.3 技术路线 5

第2章 特殊交叉口信号配时方案 7

2.1典型交叉口的选择 7

2.1.1环形交叉口的的选择原因 7

2.1.2可变车道交叉口的选择原因 8

2.2环形交叉口配时方案分析 8

2.2.1 左转两步控制策略基本思想 8

2.2.2 环形交叉口车辆运行状态的评价指标 8

2.2.3相位控制方案 9

2.2.4 信号配时方案 10

2.3可变车道交叉口配时方案分析 11

2.3.1 基本设定 11

2.3.2 优化模型与参数 12

2.4本章小结 14

第3章 环形交叉口研究案例-航空路案例 14

3.1航空路转盘现状情况 14

3.1.1 交叉口位置相关图片 15

3.1.2 道路基本特征 16

3.1.3 车辆运行特征 17

3.1.4 交通流量特征 17

3.2 航空路转盘通行能力分析 18

3.2.1 交通流分析 18

3.2.2 环道衰减系数计算 19

3.2.3 通行能力计算 20

3.3 仿真模型的建立 22

3.3.1 建模流程 22

3.3.2 建立的仿真模型 23

3.4 信号控制方案设计及仿真 24

3.4.1 信号配时计算 24

3.4.2 信号控制情况仿真 28

3.5 仿真结果对比评价 29

3.5.1 仿真参数设置 29

3.5.2 仿真评价结果 30

3.5.3 总结 33

3.6 本章小结 33

第4章 可变车道交叉口案例-青年路交叉口案例 34

4.1 青年路交叉口现状情况 34

4.1.1交叉口位置相关图片 35

4.1.2道路基本特征 36

4.1.3 车辆运行特征 36

4.1.4 交通流量特征 37

4.2 可变车道系统控制分析 37

4.2.1 车道导向改变时刻选择 37

4.2.2 配时优化方法 39

4.3 配时方案设计 41

4.3.1 初始方案 41

4.3.2 现状方案 42

4.4 仿真与评价 43

4.4.1 交叉口仿真 43

4.4.2 仿真结果 45

4.5 本章小结 46

第5章 结论及展望 46

5.1 结论 46

5.2 创新点 46

第1章 绪论

• 1. 研究背景及意义

在国民经济水平的日益提升过程中，城市里私人小汽车的保有量不断攀升、机动化出行日益增大，城市道路交通也逐渐变得混乱拥堵。而在城市交通中，交叉口的通行占据了很大一部分，因此交叉口的通行效率对城市交通的改善有着重要地位。这就需要对交叉口以及路段等的交通做出相应的管理控制措施，即需要设置合理的信号灯等来使交通更顺畅。

而在交通组成中，除了机动车之外，还有非机动车和行人交通，三者混合在一起会使得交通变得混乱、拥堵。此外，由于交通量的不同，交叉口的形状不同，造成的交通问题也不尽相同，这就需要根据不同情况去处理各种交通问题。目前对于交叉口的通行研究中发现，环形交叉口和可变车道交叉口等这类较为特殊的交叉口的交通拥堵情况较为严重，而相应的研究成果也还不多。因此，本文以武汉市为例，通过对一些典型的交叉口如环形交叉口和可变车道交叉口进行分析何研究，对信号灯的方案设计进行研究分析，为这类特殊交叉口的通行效率优化提供一些有效的研究成果。

• 1. 国内外研究现状

1.2.1 国内信号灯配时优化研究

作者项俊平^[1]等人，考虑车辆到达类型，分析了不同的车辆到达情况下信号周期和流量对交叉口的排放和延误的影响及排放和延误之间的博弈关系。结果研究得出，在相同条件下，交叉口的联动质量越好，交叉口的车均排放和延误就越小；周期增大，车均排放减小时，延误先减小后增大，其中，交叉口的联动质量越好，基于延误最小的最优周期就越大；车均排放对流量的变化较不敏感，但延误受流量影响较大。该文章分析了关于车辆到达类型对于交叉口通行的影响，这一点需要学习积累，以便对于论文有帮助。但是没有针对交叉口类型去分析，在之后的研究中本文会针对交通较为复杂的交叉口进行研究，并作出优化方案。

作者李建明，余春艳^[2]针对单路口交通流运行的高度复杂性和随机性，通过引入演化博弈理论和选择机制，以路口车辆平均延误时长最小为目标，提出了一种新的信号灯控制算法——基于演化博弈的单路口信号灯配时优化控制( EGSTOA)。研究结果得出，使用 EGSTOA 方法有效降低了路口车辆平均延迟时长，改善了路口的控制效果。该文章对单路口分析研究得到了一种新的信号配时优化方法，值得学习和积累。但是没有对不同类型交叉口举例分析，本文将对一些特殊交叉口进行分析研究。

作者靳敏^[3]等人针对日益严重的城市交通拥堵问题，提出了一种新的理论，即自适应交通信号灯配时优化控制理论。主要采用的方法是利用设置在交叉口的高位摄像机，来获得车流，结合了相位绿灯分配时间的线性算法，以交叉路口的流通能力最大、平均延误的时间最小或排队等候的车辆数最少作为优化的目标，尽可能地实现绿波带。该文章提出了一种新的信号配时优化理论，运用现代的高技术电子产品协助，这种思想方法值得学习和积累。

作者万善余^[4]等人提出，目前环境污染情况愈加严重，交叉口的信号配时也应该考虑由车辆停滞造成的超量尾气排放。因此，应同时考虑乘客由于延误而损失的时间价值和交叉口的车辆尾气排放造成污染的损失时间，对信号灯配时方案进行重新设计。采用双层规划模型来进行信号灯配时，通过遗传算法求解。经过研究得出，这种基于尾气排放研究设计的方案对交叉口交通有优化效果。该文章从环境污染的角度，考虑车辆尾气排放的影响，进行信号配时的优化，是一种新的思路，是值得思考和学习积累的。但是没有考虑到不同类型交叉口是的尾气排放情况，本文将针对特定的交叉口类型进行分析和研究。

作者涂先库^[5]提出，根据城市道路的交通流特性，对单交叉口提出了一种信号灯配时与车流速率同步变化的优化配时方案，并运用仿真软件进行仿真评价。评价结果显示优化过后排队的车辆数与优化前相比降低了30％左右。该文章是将信号配时和车流速率联系起来研究配时优化方法，是一种值得学习和积累的思路方法。但是同样的没有考虑不同类型交叉口的交通流特性分析和研究。本文对不同的交叉口类型进行研究。

作者徐大宏^[6]提出，采用机器视觉领域中的视频检测技术进行交叉路口的车辆计数。针对信号灯控制，把十字形的单交叉路口作为对象进行研究，提出了一种基于模糊控制的动态配时计算方法,把根据车辆检测得到的路口实时车辆数作为模糊控制算法的输入变量，动态的确定了需要增加的绿灯时间，从而提高了车辆通行效率，降低了车辆在交叉口的平均延误时间。该文章对单路口进行了研究，得出一种基于迷糊控制的动态配时优化方法，能够学习和积累到这种新方法。但没有对交叉口类型进行说明和分析，本文将针对特殊的交叉口进行研究。

作者柴婷婷^[7]针对环形交叉口的几何条件以及交通流运行的特殊性，对环形交叉口的交通流特性和相应的信号配时方法进行研究。总结了目前的环形交叉口研究中不足的方面，分析了环形交叉口冲突特性，以交通流特性的分析作为基础，以冲突特性分析作为切入点，对环形交叉口的信号配时方法进行研究。该文章对环形交叉口进行了分析并对信号配时方法进行了设计，对本文的研究有很多借鉴学习的地方。此外，本文还对另外的交叉口进行研究。