摘 要

随着经济的发展，我国的汽车保有量逐年增多，在大中城市的早晚通勤高峰时段，交通拥堵情况愈发严重，对于一些小型道路的改善空间有限，且治理不易，通过优化小型道路上的信号灯配时是一个十分有效的治理路段拥堵的方式。本文针对小型丁字路口的红绿灯控制进行研究，选择武汉理工大学附近的工大路与洪兴巷交叉的丁字路口作为研究对象.运用TRRL法进行该路口在交通管制情况下与非交通管制情况下的信号配时方案的设计，并使用交通仿真软件VISSIM对设计的方案进行模拟。在仿真过程中根据仿真的可视化结果对配时方案进行优化，并根据VISSIM输出的数据对TRRL法优化的方案进行改进与评价，最终得到能够提升路口服务水平的信号配时优化方案。

关键词：信号灯配时；TRRL法；VISSIM;交通仿真；

Abstract

With the development of the economy, the number of automobiles in our country is increasing year by year. Traffic congestion is becoming more and more serious in the peak period of the morning and evening commuters in large and middle cities. The improvement space for some small roads is limited and the treatment is not easy. It is a very effective road to control the traffic congestion by optimizing the signal lights on the narrow roads. This paper studies the traffic light control of the small T-junction, chooses the crossroad crossing the Gong Da Road and Hongxing lane near Wuhan University of Technology as the research object. The TRRL method is used to design the signal timing case under the traffic control and non traffic control.And the traffic simulation software VISSIM is used to simulate the design scheme. In the process of simulation, the timing scheme is optimized according to the visual results of the simulation, and the scheme of TRRL optimization is improved and evaluated according to the data of VISSIM output. Finally, the optimization scheme of signal timing can be obtained to improve the service level of the intersection.

Key Words：Signal timing；TRRL method；VISSIM；traffic simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1我国城市交通的现状 1

1.2国内外交通信号配时研究现状 2

1.2.1国外信号配时研究概况 2

1.2.1国内交通信号配时研究概况 2

1.2.3信号配时仿真研究概况 4

1.3选题的实际背景与意义 4

第2章 信号灯配时周期的设计 6

2.1 基于TRRL法的信号周期设计 6

2.1.1 TRRL法概况 6

2.1.2 TRRL法周期设计方法 6

2.2 信号配时的实际案例 8

2.2.1 案例一（交通管制下的丁字路口） 8

2.2.2 案例二（非交通管制下的丁字路口） 12

第3章 仿真与评价 16

3.1 VISSIM仿真方法 16

3.1.1 VISSIM概况 16

3.1.2 VISSIM仿真过程 16

3.2基于VISSIM仿真的优化与评价 18

3.2.1基于VISSIM仿真结果的优化 18

3.2.2 VISSIM仿真数据的评价 19

第4章 结论 21

参考文献 22

致谢 24

第1章 绪论

1.1我国城市交通的现状

近些年，在经济快速增长的刺激下，我国居民的生活水平大幅提高，我国的汽车保有量迅速上升，2017年我国的汽车保有量达到了2.17亿量，较2016年增加了11.85%，在我国汽车保有量超过100万辆的城市超过了50座。而我国的城市交通的发展却较为滞后，这就造成了大中城市的拥堵程度十分严重。在通勤高峰时段，26%的城市交通处于拥堵状态，而55%的城市交通处于缓行状态，虽然拥堵程度总体来看较2016年有所降低，但是城市交通拥堵问题仍然严重制约着城市的发展。一方面增加了城市的运营成本，造成了经济损失，一方面拥堵问题使得居民的通勤时间及通行成本增加，幸福感降低，削弱了城市的人才吸引力，同时拥堵问题不仅造成了汽车尾气排放量的增加，恶化了城市的大气环境，还造成了石油、天然气、电力等资源的浪费^[1]。因此治理城市拥堵，提升城市道路通行能力成为了亟需解决的问题。

而我国近些年在城市交通的投入上大幅增加，城市交通的发展从规模上和质量上均有所提高，但也存在着一些缺陷。如今，城市公共交通的大力发展有效地缓解了城市交通的通行压力，城市公共交通拥有人均成本低且运行时间快的特点。但是对于部分城市居民而言，驾驶私家车出行能够满足其对于出行条件的需求，驾驶私家车出行具有乘坐条件舒适、时间自由、线路自由等特点，同时部分公共交通，如公交车、有轨电车等也占用了部分道路资源。为了解决道路通行能力不足的问题，政府一方面建设新的道路设施、改造现有道路，增大道路通行容量；另一方面，提升道路交通的管理能力，通过优化交通信号灯配时、实行限行政策等方式来提升道路通行效率。对于城市的环线、主要交通干道，大部分城市均采取新建高架桥、隧道、扩宽道路等方案来解决，一方面增加了道路的通行容量，一方面降低了车辆遇到路口时的停车等待时间，大幅提升道路的通行效率。因此对于通行量大的路段来说，这类方式能够有效地缓解拥堵，虽然总体建设成本较高，但由于通行量大，平均成本并不高且效果显著。

对于绝大多数城市居民来说，出行的路线除了包含城市的主要干道，同时也包含了大量的小型道路、支路，由于这些道路路面较窄且路况复杂，有些路段的拥堵程度甚至更加严重且较难疏解，这大大增加了城市居民的出行时间和出行成本。造成这些路段拥堵的原因包括路段周边有学校、医院、大型商场等公共设施，路段的道路条件复杂，如违法停车、摊贩占道、路口设置及信号灯配时不合理等现象。而由于道路路面窄小，空间有限，并不具备修建下穿、扩建道路的条件，无法施工，并且由于路段车流量不大，修建大型交通设施并不具有经济可行性，所以通过扩大道路通行容量来提升通行能力的可行性不大且效果不佳。因此只能通过实行限行政策和通过优化信号灯配时的方式来提升小型路口的交通运行效率，这类方式十分便捷，不需要长期的改造施工，能够在短时间内进行优化，并且成本低，只需要小型的信号灯设备，对于提升小型路口的通行能力有良好的效果^[2]。

1.2国内外交通信号配时研究现状

1.2.1国外信号配时研究概况

从上世纪以来，全世界范围内汽车数量的快速增长，使得道路拥堵问题变成了每一个大型城市都必须面临的问题，自1861年首个交通信号灯在英国伦敦诞生以来，世界各地的研究学者们便开始了对于交通信号灯配时的研究。为了解决城市交通拥堵的问题，美国、澳大利亚、日本等国家投入了大量的资源来研究信号灯的配时，以解决本国路口信号灯配时不合理的状况。从最开始的单点信号灯控制，到一条道路的整体控制，再到整片区域信号灯的协调控制，即目前主要应用的单个交叉口独立控制方式、主干道交通信号控制、区域交通信号控制这三种信号灯控制方式^[3]。

二十世纪70年代以来，随着自动控制技术与计算机技术的飞速发展，国内外的研究方向主要为主干道交通信号控制和区域交通信号控制这两个方面，通过数十年的研究，研究学者们利用神经网络算法、遗传算法、模糊理论等来解决主干道和区域信号灯控制的问题，并成功地将这些理论应用于世界各地的城市交通控制中^[4]。国外的典型城市控制系统有英国的TRANSYT（脱机配时优化的定时控制系统）和SCOOT（绿信比-信号周期-相位差优化技术）、澳大利亚的SCATS（自适应交通控制系统）等，这些系统有效地提升了城市的交通通行能力并且沿用至今^[5]。这些系统在国内的诸多城市也广泛地应用，如上海、广州、香港、苏州等城市就大量运用了SCATS系统。

1.2.1国内交通信号配时研究概况

由于我国城市拥堵问题出现的年代较晚，所以在信号灯控制方面的研究基础也相对较弱，自上世纪八十年代起，国家开始对于交通信号控制的研究进行大规模的投入，目前也成功地开发出了一批国产的交通信号控制系统，如海信HiCon自适应信号控制系统和深圳的Smooth信号控制系统，并在北京、青岛、深圳、厦门等城市的交通信号控制中进行了应用^[6]。这些智能交通信号控制系统能够根据道路的交通状况实时地进行优化与调整，最大化地增加道路的通行能力，但是应用这些系统所需要的软件和硬件成本较高，所应用的范围不大，只在城市的主要区域和主干道进行了升级应用，并且由于缺乏专业的管理人员以及管理制度的不足，这些系统的实际利用效率不高，对于道路通行能力的提升效果有限。

但是在我国城市的大部分区域，通常使用单点交叉口独立控制的方式，即单独进行信号配时的控制，不考虑周边路口或是同一条道路上的路口的影响。由于较低的成本及高效的提升效果，大部分的交通路口仍然使用这种方法。因为单点式控制较为基础且应用普遍，所以我国对于信号灯单点式控制的研究较为成熟，单点式控制一般分为定时控制、感应控制和自适应控制三种。定时控制就是指在全天或者是特定的时段实行固定的信号配时方案，感应控制和自适应控制都是通过设置传感器，实时监控道路路口的交通流量、排队长度等信息，通过计算机的运算及时地对信号灯配时做出优化调整，使得单个路口的通行能力最大化。感应控制和自适应控制均能够大幅提高路口的通行能力，但是由于建设感应信号灯控制系统的成本较大，且有些道路环境无法满足搭设该系统的条件，所以在大部分的路口，仍然使用定时控制的方法^[7]。

而目前定时控制的方式主要有全天固定配时和分时段配时两种，在全天固定配时方案的基础上实行特殊时段配时较为便捷，成本很低，且提升效果明显。施行定时控制如果想要取得较为理想的效果，应当由专业的技术人员根据道路情况定期地进行调整，才能适应不断变化的城市交通流量。但由于城市中的路口较多，且缺乏专业性的人才，所以在我国的分时段配时控制的普及程度仍然不高，并且由于未及时更新路况信息，路口交通信号的配时往往无法适应实际的交通流量。

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