第一篇：交通信號控制優(yōu)化服務(wù)解決方案
交通信號控制優(yōu)化服務(wù)解決方案 概述
交通信號控制優(yōu)化服務(wù)是借助專業(yè)團隊對交通信號控制方面進行挖掘，以更加有效地緩解目前由于機動車數(shù)量過快增長而造成路網(wǎng)交通運行壓力增大，道路硬件資源增長嚴重失衡這一問題。具體服務(wù)內(nèi)容包括：
? 對交通信號控制理論及相關(guān)技術(shù)進行總結(jié)，規(guī)范信號優(yōu)化工作流程，落實責(zé)任，建立統(tǒng)一化與個性化相結(jié)合的交通信號管理模式，保證交通信號合理運行，滿足各種條件下道路交通參與者的通行需要。
? 通過對相關(guān)路口進行周期性調(diào)查，及時發(fā)現(xiàn)存在不足并予以改善、跟蹤，從而不斷提高其運行水平。
? 通過路口排查和調(diào)研，對有條件進行協(xié)調(diào)控制的路口設(shè)計協(xié)調(diào)控制方案，降低協(xié)調(diào)控制路口的行車延誤，提高交叉口服務(wù)能力。
? 以周報、月報和專項分析報告總結(jié)歸納工作開展情況及完成效果，有計劃性的回檢評價歷史優(yōu)化路口，提煉可取之處及考慮不周的地方，對未來將有可能發(fā)生變化的交叉口或路段有一定預(yù)測性。服務(wù)內(nèi)容
2.1 交通信號管理基礎(chǔ)工作
（1）交通信號控制理論及相關(guān)技術(shù)總結(jié)
交通信號控制理論及相關(guān)技術(shù)的總結(jié)包括對交通信號控制相關(guān)理論的總結(jié)和對現(xiàn)今主流信號控制模式及方法的總結(jié)2部分內(nèi)容。
? 對交通信號控制相關(guān)理論的總結(jié)
包括對信號控制涉及的相關(guān)參數(shù)的總結(jié)、對通過能力的總結(jié)及對信號路口對車流停滯作用的總結(jié)3部分內(nèi)容。
? 對現(xiàn)今主流信號控制模式及方法的總結(jié)
包括對單點信號控制模式與方法的總結(jié)、對交通信號子區(qū)劃分的模式與方法的總結(jié)、對主干道交通信號協(xié)調(diào)控制模式與方法的總結(jié)、對同類型交通信號路口協(xié)調(diào)控制模式與方法的總結(jié)、對長距離交通信號協(xié)調(diào)控制模式與方法的總結(jié)以及對區(qū)域協(xié)調(diào)控制模式與方法的總結(jié)六大類涵蓋點、線、面三個層次的信號控制與協(xié)調(diào)方法的相關(guān)技術(shù)理論的總結(jié)。
在對交通信號控制相關(guān)理論的總結(jié)基礎(chǔ)上，根據(jù)各地市信號路口特點，重點對適用該地信號控制特點的信號控制模式及方法進行總結(jié)。
? 單點信號控制
主要包括單點定時信號控制、單點感應(yīng)信號控制和單點自適應(yīng)信號控制三種方式。針對信號控制路口常用的單點信號控制方法有Webster等方法。
? 交通信號子區(qū)劃分
主要基于距離原則、車流特征原則、周期原則的子區(qū)劃分原則及其相關(guān)的關(guān)聯(lián)度判斷方法、合理周期范圍判斷方法的劃分方法總結(jié)。
? 主干道交通信號協(xié)調(diào)控制
主要包括單向綠波協(xié)調(diào)控制、對稱雙向綠波協(xié)調(diào)控制、非對稱雙向綠波協(xié)調(diào)控制的方法。針對不同地市信號控制路口不同的流量特征可選用相對應(yīng)的主干道信號協(xié)調(diào)控制方法。
? 同類型交通信號路口協(xié)調(diào)控制
主要針對信號路口飽和度同類型及其基礎(chǔ)上的潮汐特征同類型進行交通信號路口同類型的判定分析，歸納與其相對應(yīng)的信號控制適用方法。
? 長距離交通信號協(xié)調(diào)
主要對相鄰路口間距離較長的信號路口及交通信號路口數(shù)較多的整體距離較長的協(xié)調(diào)控制方法進行研究，針對長距離交通信號協(xié)調(diào)的分類歸納相對應(yīng)的協(xié)調(diào)模式及方法。
? 區(qū)域協(xié)調(diào)控制
交通區(qū)域協(xié)調(diào)控制是二維上的控制，它通過將綠波協(xié)調(diào)控制的路口利用組合疊加的方式，對各信號控制路口的信號周期、綠信比以及路口間的相位差進行優(yōu)化，以減小延誤、提高路網(wǎng)通行效率的信號控制方法。當(dāng)前交通信號區(qū)域協(xié)調(diào)控制的方法主要可以分為結(jié)合調(diào)控的協(xié)調(diào)方法、基于延誤的協(xié)調(diào)方法和基于綠波帶優(yōu)化的協(xié)調(diào)方法。
通過全面深入的了解信號控制的基礎(chǔ)理論及信號控制主流模式及技術(shù)方法，掌握前沿技術(shù)，歸納出適用性強的主流核心技術(shù)規(guī)范，為交通信號控制優(yōu)化提供理論及技術(shù)支持。
（2）交通信號控制關(guān)鍵工作流程歸納
交通信號控制關(guān)鍵流程，是基于ITIL服務(wù)管理理念，結(jié)合日常管理部門組成及運作特點，在項目服務(wù)周期的開始時間段內(nèi)研究并確立一套更加科學(xué)、合理和細致的落實到點、責(zé)任到人的交通信號控制路口運行情況巡查管理、交通信號運行方案優(yōu)化、交通信號設(shè)施巡查的規(guī)范工作流程，完善配套模板，以提高交通信號控制系統(tǒng)日常工作的效率。
（3）優(yōu)化交通信號控制策略及方案編制
根據(jù)各地市信號控制系統(tǒng)的特點，結(jié)合道路情況及交通流特點，對歸納及制定出來的適用的信號控制相位模板和各種交通條件下的信號控制策略和方案進行完善優(yōu)化，使得交通信號控制策略及預(yù)案模式化、流程化、標(biāo)準(zhǔn)化。
（4）信號控制模式標(biāo)準(zhǔn)化
深入研究基于單點信號控制、協(xié)調(diào)信號控制、轉(zhuǎn)彎信號、倒計時設(shè)置及行人按鈕設(shè)置等信號控制系統(tǒng)的各項參數(shù)，歸納出解決路口信號具體問題的方向及思路，制定相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)。
（5）對交通信號基礎(chǔ)信息的核查與摸查
對已有路口的基礎(chǔ)信息檔案的路口，利用一定時間進行交通信號基礎(chǔ)信息的核查，核對現(xiàn)有資料的正確性與完整性，對不完整的資料按規(guī)范進行更新及補充；對尚未建檔的路口，另外一定時間進行交通信號基礎(chǔ)信息的摸查，并按規(guī)范對路口的相關(guān)信息進行補充完善，分類建檔，以上基礎(chǔ)信息文檔資料經(jīng)用戶方最終核定后入庫存儲。同時建立路口檔案庫，根據(jù)各路口的信息材料進行分類存儲并進行不斷的更新完善。
2.2 交通信號控制路口日常巡查及方案優(yōu)化
（1）全市信號控制路口周期巡查
通過定時對全市交通信號控制路口進行周期巡查，利用路面巡查和內(nèi)場檢查結(jié)合的方式，及時發(fā)現(xiàn)信號策略方案不適應(yīng)當(dāng)前交通流需求的信號控制路口，提高對信號控制系統(tǒng)運行狀態(tài)的動態(tài)把握和快速反應(yīng)。其中，路面巡查是主要的巡查方式，通過定期對轄區(qū)路口進行實地調(diào)查，及時發(fā)現(xiàn)路口存在問題；內(nèi)場檢查是輔助方式，通過在控制中心利用系統(tǒng)警告功能和交通監(jiān)控視頻來發(fā)現(xiàn)問題路口。（2）日常問題路口調(diào)查及控制方案優(yōu)化
對在日常巡查中發(fā)現(xiàn)的問題路口，以及市民、媒體等反應(yīng)的問題路口，進行深入的補充調(diào)查，并根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)基于實際情況對信號控制路口進行優(yōu)化，通過包括調(diào)查、設(shè)計、方案優(yōu)化、實施、跟蹤、再優(yōu)化的信號路口優(yōu)化工作流程對問題路口進行模式化、標(biāo)準(zhǔn)化的方案調(diào)整，使得路口適應(yīng)當(dāng)前交通流增長的需求。
（3）路口信號控制檔案庫維護與更新
每天對存在信息變更（主要包括車道劃分、檢測器、燈具類型、路口硬件配置等信息）的路口檔案進行維護更新；此外，對在日常巡查中發(fā)現(xiàn)的問題路口，以及市民、媒體等反應(yīng)的問題路口，在進行信號控制策略優(yōu)化后及時記錄更新相關(guān)信號控制檔案。
2.3 交通信號協(xié)調(diào)控制方案優(yōu)化
（1）綠路協(xié)調(diào)控制優(yōu)化 ? 單向綠路協(xié)調(diào)
單向綠路協(xié)調(diào)，即對單行線的路段或雙行線的其中一個方向所包含的信控交叉口進行調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)范圍內(nèi)的單個方向的交通流的協(xié)調(diào)控制。使得協(xié)調(diào)方向上較多的車輛在通過上游交叉口后，能夠不停車地連續(xù)通過多個交叉口，提升行駛順暢度。
? 雙向綠路協(xié)調(diào)
在城市中，對向交通量差值不大的雙行線路段的分布顯然更為廣泛。非高峰期間，對向交通量趨于接近的趨勢極為明顯。對于這樣的道路交通條件，設(shè)置單向綠路協(xié)調(diào)顯然是不合適的，協(xié)調(diào)方向上的帶寬收益難以彌補對向大大增加的延誤。因此需要采用雙向綠路協(xié)調(diào)來對這些路段進行設(shè)置。
（2）區(qū)域協(xié)調(diào)控制優(yōu)化
完整優(yōu)良的交通信號協(xié)調(diào)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包含三個層次：為每個路口設(shè)置合適的相位、相序、周期和配時的點層次；為在同一路段上的路口設(shè)置合適的相位差實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制的線層次以及對多個路口或多條路段構(gòu)成的區(qū)域作戰(zhàn)略控制的面層次。由于包含多個路口、多條路段的區(qū)域中，其交通環(huán)境、交通流結(jié)構(gòu)以及交通流向的多樣性均非常豐富，因此難以建立通過數(shù)學(xué)模型來對區(qū)域交通進行描述。因此需要根據(jù)各地市的實際情況，嘗試逐步實現(xiàn)由小到大的區(qū)域協(xié)調(diào)控制。2.4 技術(shù)支持及總結(jié)
（1）周期性工作匯報
定期總結(jié)一定時間段的工作開展情況和完成效果，包括現(xiàn)場巡查、信號優(yōu)化路口以及視頻巡查路口的總結(jié)，歸納信號優(yōu)化結(jié)果并附上具體優(yōu)化方案，同時制定下個時間段的工作安排，以word、excel、Visio等形式整理成報告反饋。
（2）回檢歷史優(yōu)化路口
在總結(jié)中提取部分路口將其劃分為重點路口、次重點路口和特殊路口，并進行長期跟蹤維護，做好優(yōu)化登記和存檔；針對重大交通變化或突發(fā)性等交通事件而進行的信號方案修改、優(yōu)化成果、優(yōu)化總結(jié)等以報告形式匯報甲方。應(yīng)用案例
目前，國內(nèi)城市已經(jīng)基本完成了交通信號控制系統(tǒng)的初步建設(shè)，交通運行秩序明顯改善。然而普遍存在“重建設(shè)、輕服務(wù)”的誤區(qū)，導(dǎo)致當(dāng)交通流發(fā)生明顯波動時，管控優(yōu)化策略明顯滯后，引起局部大面積的交通擁堵，信號控制系統(tǒng)的運行效率大大降低?；诖耍骄暪緸閺V州交警、珠海交警等提供了本地化駐場的信號控制優(yōu)化服務(wù)，主要借助交通信號控制理論及相關(guān)專業(yè)技術(shù)，對信號控制路口進行基礎(chǔ)信息的收集整理與歸檔，并在此基礎(chǔ)上進行路口巡查、方案優(yōu)化及協(xié)調(diào)控制方案的優(yōu)化，逐步形成標(biāo)準(zhǔn)化的流程，最后對相關(guān)技術(shù)及工作進行總結(jié)匯報并對關(guān)鍵前沿技術(shù)進行研究。以珠海市交通信號控制優(yōu)化服務(wù)項目為例，截止到2015年底，方緯公司已經(jīng)完成珠海市香洲大隊轄區(qū)、拱北大隊轄區(qū)、南灣大隊轄區(qū)、金堂大隊轄區(qū)，涉及93個路口的交通信號控制優(yōu)化工作，包括93個路口基礎(chǔ)信息的整理、更新及信號控制方案的整理更新，84個（次）路口巡查，10條綠路方案設(shè)計，使得信號控制效率大大提高。
控制路口相位資料基礎(chǔ)信息路口名稱：XX路XX路XX地感線圈制作日期：機 型：協(xié)調(diào)路口編號：2014-x-x路口編號：檢測器類型:3車行燈組：2人行燈組：XXNWES3D路口信號燈組及檢測線圈分布圖3425(7m)12D1D4(14m)備注：2013-7-3，SG1、SG2、SG3新增倒計時ABC3D5相位序列圖542D1DV1d:bV2d:bV3d:aSG4:P1-c(Q-)SG5:P2-ac(Q+)Da1:3,4
圖2綠路協(xié)調(diào)控制時距示意圖
第二篇：交通信號控制的基礎(chǔ)理論知識
第2章 交通信號控制的基礎(chǔ)理論知識
2.1交通控制的分類
城市交通控制有多種方式，其分類也有很多種。從不同的角度看有不同的劃分方式。
1、從控制策略的角度可分為三種類型
（1）定時控制:交通信號按事先設(shè)定的配時方案運行，配時的依據(jù)是交通量的歷史數(shù)據(jù)。一天內(nèi)只用一個配時方案的稱為單時段定時控制，一天內(nèi)不同時段選用不同配時方案的稱為多時段定時控制。根據(jù)歷史交通數(shù)據(jù)確定其最優(yōu)化配時的方法webster(1958)，Bollis(1960)，Miller(1963)，Blunden(1964)，Allsop(1971)等人的著作中已有詳述。我國楊佩昆等學(xué)者也有這方面的研究成果?，F(xiàn)在最常用的信號配時方法有:韋爾伯特法、臨界車道法、停車線法、沖突點法。定時控制方法是目前使用最廣的一種交通控制方式，它比較適應(yīng)于車流量規(guī)律變化、車流量較大(甚至接近于飽和狀態(tài))的路口。但由于其配時方案根據(jù)交通調(diào)查的歷史數(shù)據(jù)得到，而且一經(jīng)確定就維持不變，直到下次重新調(diào)整。很顯然，這種方式不能適應(yīng)交通流的隨機變化，因而其控制效果較差。
（2）感應(yīng)控制:感應(yīng)信號控制沒有固定的周期，他的工作原理為在感應(yīng)信號控制的進口，均設(shè)有車輛檢測器，當(dāng)某一信號相位開始啟亮綠燈，感應(yīng)信號控制器內(nèi)預(yù)先設(shè)置一個“初始綠燈時間”。到初始綠燈時間結(jié)束時，增加一個預(yù)置的時間間隔，在此時間間隔內(nèi)若沒有后續(xù)車輛到達，則立即更換相位;若檢測到有后續(xù)車輛到達，則每檢測到一輛車，就從檢測到車輛的時刻起，綠燈相位延長一個預(yù)置的“單位綠燈延長時間”。綠燈一直可以延長到一個預(yù)置的“最大綠燈時間”。當(dāng)相位綠燈時間延長到最大值時，即使檢測器仍然檢測到有來車，也要中斷此相位的通行權(quán)，轉(zhuǎn)換信號相位。感應(yīng)式信號控制根據(jù)檢測器設(shè)置的不同又可以分為半感應(yīng)控制和全感應(yīng)控制。只在交叉口部分進道口上設(shè)置檢測器的感應(yīng)控制稱為半感應(yīng)控制，在交叉口全部進道口上都設(shè)置檢測器的稱為全感應(yīng)控制。感應(yīng)控制方法由于可根據(jù)交通的變化來調(diào)節(jié)信號的配時方案，因此比定時控制方法有更好的控制效果，特別適用于交通量隨時間變化大且不規(guī)則、主次相位車流量相差較大的路口。感應(yīng)控制方法存在的缺陷在于，感應(yīng)控制只根據(jù)綠燈相位是否有車輛到達而做出決策，而不能綜合其它紅燈相位的車輛到達情況進行決策，因此它無法真正響應(yīng)各相位的交通需求，也就不能使車輛的總延誤最小。
（3）自適應(yīng)控制:連續(xù)測量交通流，將其與希望的動態(tài)特性進行比較，利用差值以改變系統(tǒng)的可調(diào)參數(shù)或產(chǎn)生一個控制，從而保證不論環(huán)境如何變化，均可使控制效果達到最優(yōu)。自適應(yīng)控制系統(tǒng)有兩類，即配時參數(shù)實時選擇系統(tǒng)和實時交通狀況模擬系統(tǒng)。配時參數(shù)選擇系統(tǒng)是在系統(tǒng)投入運行之前，擬定一套配時參數(shù)與交通量等級的對照關(guān)系，即針對不同等級的交通量，選擇相應(yīng)最佳的配時參數(shù)組合。將這套事先擬定的配時參數(shù)與交通量對應(yīng)組合關(guān)系貯存于中央控制計算機中，中央控制計算機則通過設(shè)在各個交叉口的車輛檢測器反饋的車流通過量數(shù)據(jù)，自動選擇合適的配時參數(shù)，并根據(jù)所選定的配時參數(shù)組合實行對路網(wǎng)交通信號的實時控制。實時交通狀況模擬系統(tǒng)不需要事先貯存任何既定的配時方案，也不需要事先確定一套配時參數(shù)與交通量的對應(yīng)選擇關(guān)系。它是依靠貯存于中央計算機的某種交通數(shù)學(xué)模型，對反饋回來的實時交通數(shù)據(jù)進行分析，并對配時參數(shù)作優(yōu)化調(diào)整。配時參數(shù)的優(yōu)化是以綜合目標(biāo)函數(shù)(延誤時間，停車次數(shù)，擁擠程度及油耗等)的預(yù)測值為依據(jù)的。因此，它可以保證整個路網(wǎng)在任何時段都在最佳配時方案控制下運行。從總體來看，自適應(yīng)系統(tǒng)的控制在很大程度上依賴于交通流數(shù)據(jù)的實時檢測，因此系統(tǒng)對交通檢測設(shè)備和交通數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的精度和可靠性要求很高。與定時系統(tǒng)相比，自適應(yīng)控制系統(tǒng)的設(shè)備配置復(fù)雜得多，建設(shè)投資要高很多。
2、按照控制結(jié)構(gòu)分類
可分為集中控制、分散控制和遞階控制。
（1）在集中控制中，控制中心直接控制每個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)只能得到整個系統(tǒng)的部分信息，控制目標(biāo)相互獨立。其優(yōu)點是系統(tǒng)的運行的有效性較高，便于分析和設(shè)計;但若中心有故障，則整個系統(tǒng)將癱瘓。
（2）在分散控制中，控制中心控制若干分散控制器。每個分散控制器控制一個獨立的控制目標(biāo)，即具體的子系統(tǒng)，此類結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于局部故障不至于影響整個系統(tǒng)，但全局協(xié)調(diào)運行較困難。
（3）遞階控制中，當(dāng)系統(tǒng)由若干個可分的相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)構(gòu)成，可將系統(tǒng)的所有決策單元按照一定優(yōu)先級和從屬關(guān)系遞階排列，同一級各單元受到上一級的干預(yù)，同時又對下一級單元施加影響。此類結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是全局和局部控制器性能都較高，靈活性和可靠性好。
3、按照控制方式分類
可分為方案選擇和方案生成。
（1）方案選擇式控制是在控制系統(tǒng)中存貯適合各種交通流狀況的多套配時方案，控制系統(tǒng)根據(jù)檢測器送來得實時交通流、占有率等數(shù)據(jù)從方案庫中選出一套控制信號燈的動作。這種控制方式在線計算量小，執(zhí)行速度快，但由于存貯的方案數(shù)總是有限，因而只能找到比較適合當(dāng)時交通流狀況的配時方案，而不是最優(yōu)的。
（2）方案生成式控制能根據(jù)每個控制周期交通流的變動情況，自動進行信號周期、綠信比、相位差(甚至是相序)等控制參數(shù)的優(yōu)化計算。此種控制方式在線計算量增大，但適應(yīng)交通流變化的能力大大增強，能實現(xiàn)基于某個目標(biāo)函數(shù)下的最優(yōu)控制。方案生成式控制有多種形式，如自尋優(yōu)控制、最優(yōu)控制等。
4、按照控制范圍的不同分類 可以分為點控、線控和面控。
（1）點控:單點交叉口交通信號控制，通常簡稱為“點控制”。點控方式適用于相鄰信號機間距較遠、線控?zé)o多大效果時;或因各相位交通需求變動顯著，其交叉口的周期長和綠信比的獨立控制比線控更有效的情況。單路口的交通信號控制是最基本的交通控制形式，也是線控和面控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其目的是通過合理的信號配時，消除或減少各向交通流的沖突點，同時使車輛和行人的總延誤最小。單路口的交通信號控制主要分為定時控制、感應(yīng)控制、實時自適應(yīng)控制等，其中定時控制和感應(yīng)控制是基本的交通控制方法。
（2）線控:線控方式是將一條主干道的一連串交叉路口作為控制對象。它要考慮這一連串交叉路口的交通流狀況，并對其進行協(xié)調(diào)控制。
（3）面控:面控方式是將城市中某個區(qū)域中的所有信號化交叉路口作為控制對象，其控制方案相互協(xié)調(diào)，使得在該區(qū)域內(nèi)某種指標(biāo)，如總的停車次數(shù)，旅行時間，耗油量等最小。
由于任何一個交叉路口都處于整個城市交通網(wǎng)的大環(huán)境中，所以為了能夠提高整個交通網(wǎng)絡(luò)的通行能力，今后交叉口研究方向?qū)②呄蛴诙嗦房趨f(xié)調(diào)控制即線控和面控。未來的交通信號控制仍然是點、線、面控制并存的形式。對于中小城市，仍將是點、線控制相結(jié)合的控制方式。對于大型城市，大多將采用網(wǎng)絡(luò)控制方式。智能交通系統(tǒng)將是今后研究的熱點。
2.2交通信號控制的主要控制參數(shù)
交叉口信號控制的參數(shù)主要包括周期、綠信比及相位?？刂葡到y(tǒng)的控制目標(biāo)就是要最佳地確定道路各交叉路口在車流方向上的控制參數(shù)，并付諸實施。2.2.1周期
指信號燈的各種燈色輪流顯示一次所需要的時間。也即各種燈色顯示時間之總和。它是決定點控制定時信號交通效益的關(guān)鍵控制參數(shù)。一般信號燈的最短周期長度不少于36秒，否則就不能保證幾個方向的車流順利通過交叉口。最長周期長度一般不超過120秒，否則，可能引起等待司機的煩躁或誤以為燈色控制已經(jīng)失靈。適當(dāng)?shù)闹芷陂L度對路口交通流的疏散和減少車輛等待時間具有重要意義。
從疏散交通的角度講，顯然當(dāng)交通需求越大時，周期應(yīng)越長，否則一個周期內(nèi)到達的車輛不能在該周期的綠燈時間內(nèi)通過交叉口，就會發(fā)生堵塞現(xiàn)象。
從減少車輛等待時間的角度來講，太長或太短的周期都是不利的。若周期太短，則發(fā)生堵車現(xiàn)象。若周期太長，則某一方向的綠燈時間可能大于實際需要長度，而另外方向的紅燈時間不合理延長必然導(dǎo)致該方向車流等待時間的延長。正確的周期時長應(yīng)該是，每一個相位的綠燈時間剛好使該相位各入口處等待車隊放行完畢。2.2.2綠信比
在一個信號周期中，各相位的有效綠燈時間與周期長度的比值。若設(shè) tG為第i相信號的有效綠燈時間，則該相信號的綠信比?i為 c為周期長度，i?i?tGic（2.1）顯然，0??i?1綠信比反應(yīng)了該信號相位交通流在一個周期中需要綠時的大小。綠信比的大小對于疏散交通流和減少交叉路口總等待時間有著舉足輕重的作用。通過合理地分配各車流方向的綠燈時間(綠信比)，可使各方向停車次數(shù)、等待延誤時間減至最小。2.2.3相位
在交通控制中，為了避免平面各交叉口上各個方向交通流之間的沖突，通常采用分時通行的方法，即在一個周期的某一個時間段，交叉口上某一支或幾支交通流具有通行權(quán)，而與之沖突的其它交通流不能通行。在一個周期內(nèi)，平面交叉口上某一支或幾支交通流所獲得的通行權(quán)稱為信號相位。簡稱相位;一個周期內(nèi)有幾個信號，則稱該信號系統(tǒng)為幾個相位系統(tǒng)。在相位的時間這一概念上，相位時間包括綠燈時間與黃燈時間。
2.3交通控制的評價指標(biāo)
交通信號控制的目的是，就是采用合理的配時方案要使單個交叉口或交通網(wǎng)絡(luò)獲得良好的交通效益。評價交通效益的指標(biāo)有:通行能力、飽和度、排隊長度、延誤、停車次數(shù)、停車率、油耗、行程時間等。目前，常用的交通效益指標(biāo)是延誤、排隊長、通行能力。交通信號控制的評價函數(shù)可以由設(shè)計者根據(jù)需要進行選擇。
2.3.1延誤時間
延誤時間是指車輛在沒有交通信號和等待隊列的阻礙下行走所需的時間和實際的行程時間之差。延誤時間有平均延誤和總延誤兩個評價尺度。交叉口進道口所有車輛的延誤總計稱作總延誤;交叉口進道口每輛車的平均延誤稱作平均延誤。
2.3.2飽和度
某個交叉口進口的車流量與可從該進口通過交叉口的最大流量的比值，即際到達交通量與通行能力之比，就是該進口的飽和度。計算公式為: x?式中: q—進口的車流量;
q?s（2.2）
?—相應(yīng)相位有效綠燈時間與周期時間的比值;s—進口的飽和流量。
2.3.3通行能力
通行能力是指在實際的道路條件、交通條件和控制條件下，在一定時間內(nèi)通過進道口停車線的最大車輛數(shù);交叉口的通行能力不僅與控制策略有關(guān)，還與實際道路條件(包括引道寬度、車道數(shù)、轉(zhuǎn)彎半徑、轉(zhuǎn)彎長度、引道坡度)和交通條件(車流量、車輛種類、拐彎車比例、車速、非機動車和行人干擾、車道功能劃分等)密切相關(guān)。通行能力是交叉口飽和程度的重要評價指標(biāo)。在一定的道路條件下，信號控制路口的通行能力受信號周期的影響。在正常的周期長范圍內(nèi)，周期時長越長，通行能力越大，但車輛延誤和油耗等也隨之越大。而且在飽和度相當(dāng)小時，片面的追求通行能力的提高，只會無謂的增加油耗和車輛延誤，對交叉口的交通效益無多大意義。
2.3.4平均排隊長度
平均排隊長度是指在信號一個周期內(nèi)各條車道排隊的最長長度平均值。各條車道最長排隊長度一般是指該車道的綠燈相位起始時的長度。
Lavg??lii?1nn（2.3）式中n為車道數(shù)。
平均排隊長度以周期為單位計算。某個周期平均車輛排隊長度與此周期平均車輛延誤的指標(biāo)基本是一致的。
2.4交通流的基本參數(shù)
表征交通特性的三個基本參數(shù)分別是:交通量q、車流密度k和行車速度v。2.4.1交通量
交通量q是指在選定的時間段內(nèi)，通過道路某一地點、某一斷面或某一條車道的交通實體數(shù)。交通量是一個隨機數(shù)，不同時間、不同地點的交通量都是變化的，交通量隨時間和空間變化的現(xiàn)象，稱之為交通量的時空分布特性。通常取某一時間段內(nèi)平均值作為該時間段內(nèi)的交通量，如式(2.4)所示。
1nq??qini?1式中: qi—規(guī)定時間段內(nèi)的交通量；
（2.4）n—時間段數(shù)。
2.4.2車流密度
車流密度片是指某一瞬間單位道路長度上的車輛數(shù)目。
k?NL（2.5）
式中:k—車流密度(veh/km);N—路段內(nèi)的車輛數(shù)(Veh);L—路段長度(km)。
車流密度大小反映一條道路上的交通密集程度。為使車流密度具有可比性，車流密度也可按單車道來定義，單位為:Veh/km/車道。2.4.3行車速度
行車速度v是指區(qū)間平均速度。即是指在某一特定瞬間，行駛于道路某一特定長度內(nèi)全部車輛的車速分布平均值。當(dāng)觀測長度一定時，其數(shù)值為車速觀測值的調(diào)和平均值。見式(2.6)。
nL v?1?(2.6)nn11ti?n?vi?1ii?1式中: L—路段長度;ti—第i輛車的行駛時間;n—行駛于長度為L路段上車輛數(shù);vi—第i輛車的行駛速度;v—區(qū)間平均速度;交通流三參數(shù)之間的基本關(guān)系式為q?v?k。
2.5本章小結(jié)
本章首先對交通信號控制的分類進行了詳細的闡述，然后介紹了信號控制的基本參數(shù)，包括周期長度、綠信比和相位差。最后介紹了交通信號控制的評價指標(biāo)和交通流的幾個參數(shù)以及它們之間的關(guān)系。對此我們將以平均延誤時間最短為目標(biāo)，綜合交通信號的各項指標(biāo)和參數(shù)，采用自適應(yīng)控制對點線面交通進行智能控制。
第3章 城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)
3.1路網(wǎng)幾何形狀描述 3.1.1路段幾何形狀描述
路段是組成路網(wǎng)的基本元素。路段的幾何形狀包括：起點、終點、長度、寬度、中間隔離帶、車道的數(shù)量、車道的走向、車道的寬度等。
路段由車道組成，車道按照走向分為兩類：上行車道組和下行車道組。兩組車道的方向相反，上行車道和下行車道在物理位置上相鄰，包含的車道數(shù)目多數(shù)情況下是相等的，如圖3.1所示。在路段上行走的車輛可以在上行車道組內(nèi)切換車道，但是不能從上行車道組切換道下行車道組。如果將路段由兩個管道來描述，車輛可以自由地從一個管道進出，但是進入管道的車輛不能進入另外一個相鄰的管道，如圖3.2所示。
圖3.1路段車道示意圖 圖3.2路段管道示意圖
3.1.2交叉口幾何形狀描述
城市路網(wǎng)普遍存在兩種類型的交叉口：“＋”字交叉口和“T”形交叉口。對于“T”形交叉口與“＋”字交叉口類同且簡單一些，我們這里主要針對復(fù)雜一些的“＋”字交叉口作分析。如圖3.3 所示平面十字交叉口, 進口道分別編號為1，2，3，4, 車道分別編號為1，2，3，?16；圖3.4 為交通流具體示意圖。
圖3.3平面十字交叉口示意圖 圖3.4 交通流具體示意圖
3.2路網(wǎng)中交叉口相位劃分 城市交通中將長期存在大量的交叉口，雖然三維空間的立交橋是解決交叉口局限性的一種有效措施，但是立交橋占地面積大，對空間非常有限的城市而言不夠現(xiàn)實，而且立交橋造價昂貴。在交通不太緊張的區(qū)域，交叉口完全能夠應(yīng)付。
在交通控制中，為了避免平面交叉口各個方向上交通流之間產(chǎn)生沖突，通常采用分時控制的方式。在一個周期的一段時間上，允許交叉口上某一支或幾支交通流通過，其他交通流上的車輛則不允許通過。一個周期內(nèi)，平面交叉口上某一支或幾支交通流所獲得的通行權(quán)成為信號相位，簡稱相位。一個周期內(nèi)有幾個信號相位，則稱交叉口為幾相位交叉口。
對相位的劃分不是越多越好，相位太多，會帶來一些問題。首先相位切換需要一定的時間，頻繁切換，會浪費交叉口的通行時間，影響通行率；再次，對與周期固定的交叉口，意味著相位的通行時間變短，這樣會導(dǎo)致沒有在綠燈時間通過的車輛承受較長的紅燈時間，影響駕駛員的情緒，增加交通安全隱患。3.2.1“T”型路口相位劃分
側(cè)支路段與主干道相連接形成“T”型路口，它是城市交通路網(wǎng)中普遍存在的控制點；城市小區(qū)與小區(qū)之間通常存在連通的路網(wǎng)，面積大的小區(qū)和面積小的小區(qū)并列時也會形成“T”型路口。圖3.5為“T”型口在時間上會發(fā)生沖突的相位分組：西路段上存在右轉(zhuǎn)交通流，不存在左轉(zhuǎn)交通流。東路段上存在左轉(zhuǎn)交通流，不存在右轉(zhuǎn)交通流，對所有右轉(zhuǎn)交通流和東路段上向西的交通流也不需要控制。相位1為西路段向東的交通流，相位2為南路段上向北左轉(zhuǎn)的交通流，相位3為東路段上向西左轉(zhuǎn)的交通流。
圖3.5“T”形路口單相位控制相位劃分示意圖
3.2.2“十”字路口相位劃分
如果不考慮進入“十”字路口的車很少存在相鄰路段返回的情況?！笆弊致房趹?yīng)嚴格劃分為四個相位：東西直行相位，南北直行相位，東西左轉(zhuǎn)相位，南北左轉(zhuǎn)相位。所有右轉(zhuǎn)交通流不會與其他交通流發(fā)生空間上的沖突，所以不予控制，如圖3.6所示。
周期
圖3.6 信號控制的4種相位描述
3.3 路網(wǎng)中交叉口信號控制原理 現(xiàn)在城市中最常用的就是四相位的定周期控制策略，它可以較充分的描述路口的各種交通流狀態(tài)，同時這種四相位的控制模式也是現(xiàn)在研究最多的一種控制模式。四相位如圖3.7所示，第一相位為東西相位，第二相位為南北相位，第三相位為東西左轉(zhuǎn)相位，第四相位為南北左轉(zhuǎn)相位。在任何時刻，四個相位中只有一相處于通行狀態(tài)。檢測器對路口各個車道車流量進行實時檢測而獲取車流量信息，為模糊控制提供必要的數(shù)據(jù)。
圖3.7 “十”字路口單相位控制相位劃分示意圖
對于此交叉口，我們可以通過信號控制，只使相位1通行，而其他相位不通行；接著相位1通行一段時間后只使相位2通行；同理使相位
3、相位4依次處于通行狀態(tài)，從而使各相位都通行一次，使各相位的車輛都盡可能通行完。本文就是針對這種四相位模式應(yīng)用模糊控制方法，既使控制效率得到提高，同時也盡可能的保持了大家原有的習(xí)慣，更便于應(yīng)用于實際情況。
第三篇：第二章交通信號控制的基本理論
2交通信號控制的基本理論
本章首先給出了交通信號控制的基本概念，包括：信號相位，周期時長，綠信比，相位差，綠燈間隔時間，有效綠燈時間等，然后介紹了常用的交叉口性能指標(biāo)以及計算方法，最后給出了常用交叉口的信號配時方法。這些研究為后面的信號配時模型及優(yōu)化方法的研究奠定了理論基礎(chǔ)。2.1交通控制的基本概念
交叉路口信號配時參數(shù)優(yōu)化，首先必須準(zhǔn)確把握和理解交通控制中的一些基本概念。下面對信號配時設(shè)計中部分參數(shù)作一介紹。
(l)信號相位：在一個信號周期內(nèi)，具有相同的信號燈色顯示的一股或幾股交通流的信號狀態(tài)序列稱作一個信號相位。信號相位是按車流獲得信號顯示的時序來劃分的，有多少種不同的時序排列，就有多少個信號相位。每一個控制狀態(tài)，對應(yīng)顯示一組不同的燈色組合，稱為一個相位。簡而言之，一個相位也被稱作一個控制狀態(tài)。以四相位為例如圖所示：
相位1
相位2
相位3
相位4
圖1 四相位信號相序控制示意圖
(2)周期時長：信號燈發(fā)生變化，信號運行一個循環(huán)所需的時間，等于綠、黃、紅燈時間之和；也等于全部相位所需的綠燈時間和黃燈時間(一般是固定的)的總和。周期過長時，等待的人容易產(chǎn)生急躁情緒，因此通常以180秒為最高界限。
圖1 第一、三配時表
(3)綠信比：是指在一個周期內(nèi)(對一指定相位)，有效綠燈時間與信號周期長度之比。
(4)相位差(又叫綠時差或綠燈起步時距)：相位差是針對兩個信號交叉口而言，是指兩個相鄰交叉口它們同一相位綠燈(或紅燈)開始時間之差。
它分為絕對相位差和相對相位差。相對相位差是指在各路口的周期時間均相同的聯(lián)動信號系統(tǒng)中，相鄰兩個交叉路口協(xié)調(diào)相位的綠燈起始時間之差。絕對相位差是指在聯(lián)動信號系統(tǒng)中選定一標(biāo)準(zhǔn)路口，規(guī)定該路口的相位差為零，其他路口相對于標(biāo)準(zhǔn)路口的相位差叫絕對相位差。
(5)綠燈間隔時間：是指從失去通行權(quán)的相位的綠燈結(jié)束，到下一個得到通行權(quán)的相位綠燈開始所用的時間。綠燈間隔時間的長短主要取決于交叉口的幾何尺寸，因此，要確定該時間的長度就必須首先考慮停止線和潛在沖突點之間的相關(guān)距離，以及車行駛這段距離所需的時間。
(6)有效綠燈時間：是指被有效利用的實際車輛通行時間。它等于綠燈時間與黃燈時間之和減去損失時間。損失時間包括兩部分，一是綠燈信號開啟時，車輛啟動時的時間；還有綠燈關(guān)閉、黃燈開啟時，只有越過停止線的車輛才能繼續(xù)通行，所以也有一部分損失時間，即為綠燈時間減去啟動時間加上結(jié)束滯后時間。結(jié)束滯后時間是黃燈時間中有效利用的那部分。每一相位的損失時間為啟動延遲時間和結(jié)束滯后時間之差。
在實際工作中，損失時間的精確計算是非常困難的，也沒有必要。通常取綠燈時間代替有效綠燈時間 2.2交通信號控制類型簡述 2.2.1定時控制
(l)定義
依據(jù)交通量歷史數(shù)據(jù)進行配時，交通信號按照配時方案運行，一天只按一個配時方案的配時方法。定時控制是單個交叉路口最基本的控制方法。
(2)適用條件及優(yōu)點
定時控制適用于交通流量變化模式基本固定，并可以預(yù)測的情況，其因信號啟動時間可取得一致而有利于同相交通信號協(xié)調(diào)。它的優(yōu)點在于便于執(zhí)行，對控制系統(tǒng)的硬件要求較為簡單。由于路網(wǎng)上各個交叉路口的信號配時參數(shù)都是預(yù)先確定的，因此不必在執(zhí)行中根據(jù)實時交通狀況作任何調(diào)整，也不需要采集實時交通數(shù)據(jù)和反饋，使得各種費用使用較低。
(3)缺點 首先，定時控制中的配時方案都是根據(jù)歷史性交通資料，事先經(jīng)過脫機計算建立起來的。然而，路網(wǎng)上交通狀況如車流量的分布，流量大小及流向，不可能長期維持某一固定的模式。一旦變化，則原分配方案就不再適合變化了的交通狀況。因此，固定配時系統(tǒng)的應(yīng)用受到一定程度的局限，它只適用于交通狀況變化不十分急劇的城鎮(zhèn)。其次，控制對策的靈活性較差，固定配時方案一經(jīng)建立并付諸執(zhí)行，就不會自動調(diào)整和更改。因此，路網(wǎng)可能發(fā)生的一些意外事件，往往會導(dǎo)致嚴重的交通阻塞，甚至于癱瘓。再次，缺少實時交通信息反饋，除非設(shè)置專門用于采集交通數(shù)據(jù)的檢測器，固定配時控制系統(tǒng)沒有任何關(guān)于網(wǎng)路上實時交通狀況信息的反饋，這就限制了它的靈活性。2.2.2潮汐控制
潮汐控制方法和定時控制方法相類似。區(qū)別在于若一天只用一個配時方案的稱為定時控制；而一天按多個時段采用不同配時方案的稱為潮汐控制。
潮汐控制比定時控制方法有一定的優(yōu)越性，但是對于交通流量變化大的地區(qū)，控制效果仍不理想。2.2.3模糊控制
城市交通系統(tǒng)是一種非線性的、時變的大系統(tǒng)。傳統(tǒng)的控制方法都要首先建立交通流的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出某種控制算法。由于城市交通系統(tǒng)的復(fù)雜性和隨機性，建立的數(shù)學(xué)模型一般難以準(zhǔn)確地描述城市交通的實際狀況，而且算法復(fù)雜，在線估算量大，控制實時性差，控制精度也不高。因此近年來，國內(nèi)外專家學(xué)者致力于開發(fā)新的交通信號燈的控制方法，模糊控制是新的研究方向之一。
2.3相位、相序設(shè)計與信號配時
2.3.1相位、相序設(shè)計與信號配時的關(guān)系
無論采用哪種控制方法，都需要先了解交叉路口的幾何狀況，交通流狀況，然后制定相應(yīng)的相位，相序方案以及配時方案，只有選擇合適的相位和配時方案，才能使交叉口的運行效果達到最優(yōu)。交叉口相位方案和配時設(shè)計是信號控制方案設(shè)計的兩個方面，屬于定性和定量的關(guān)系。
相位方案設(shè)計是信號設(shè)計的第一步，它直接影響交叉口交通流的安全性，以及交叉口的延誤、通行能力等各項運行效益。美國道路通行能力手冊HCM早己提出：“信號設(shè)計中最為關(guān)鍵的問題是選擇一個適當(dāng)?shù)男盘栂辔环桨浮薄?/p>
配時設(shè)計是在相位方案設(shè)計的基礎(chǔ)上進行的，根據(jù)進口車道配置，交通流情況來求解最優(yōu)配時方案，最終達到提高交叉口實際通行能力、減少車輛通過交叉口的延誤的目的。只有在充分研究和采用最佳相位方案的前提下，利用配時參數(shù)優(yōu)化模型，才能得到真正的最優(yōu)控制方案，即最優(yōu)解。否則，選用不適當(dāng)?shù)南辔环桨?，再先進的配時模型也只能得到偽最優(yōu)解。2.3.2相位設(shè)計
相位方案是相位的組合方式，有必要從多個組合中選出最佳的相位方案。一般來說，交叉口形狀越復(fù)雜，相位方案也越復(fù)雜。
相位選擇可分為相位初選和相位調(diào)整兩步。相位初選時，只能運用經(jīng)驗判斷，通過畫出交通流線，合并部分交通流來縮小可選范圍，初步確定相位相序，并作為信號配時的基礎(chǔ)。當(dāng)信號配時完成后，將會對各參數(shù)進行試算評價，對相位進行必要的修正和調(diào)整，并重新評估，直至滿足設(shè)計要求，形成最終方案。
確定信號相位時需要考慮以下幾點:(l)交通安全
交叉路口交通流之間的沖突是造成交通事故的一個重要原因，一般來說增加相位數(shù)，減少同一相位中沖突方向交通流的數(shù)量，可以提高安全性。
(2)交通效率
交叉口相位設(shè)計要提高交叉口的時間和空間資源的利用率。過多的相位數(shù)會導(dǎo)致相位交替次數(shù)增加，也即損失時間的增加，從而降低交叉口通行能力和交通效率。反之，太少的相位也會使交叉口因混亂而降低效率。
(3)交通狀況
交通狀況包括機動車交通量、左右轉(zhuǎn)率、車道飽和率、大型車混入率、非機動車流量流向、橫過行人數(shù)等。
(4)交叉口幾何條件
交叉口的限制條件包括：交叉口的類型、進口道車道數(shù)、交叉口擴展車道的展寬長度、行人和自行車過街的組織形式。這些因素影響機動車左轉(zhuǎn)專用相位的設(shè)置、車輛排隊長度等。
(5)協(xié)調(diào)控制的要求
為了保證協(xié)調(diào)控制效果，相同子區(qū)內(nèi)的信號要具有一致性，各交叉口的相位相序需相互匹配，否則不利于駕駛員適應(yīng)。2.3.3相序安排
信號相位設(shè)計不但要考慮相位組合，還要考慮相位的銜接問題。通常需要考慮以下幾點：
(l)對同一個交通流設(shè)置兩個以上信號階段時，在時間上應(yīng)盡可能保證連續(xù)性，對于行人信號可不局限于此原則。
(2)對同一進口道車流中不同流向交通流在不同信號相位放行時，盡可能保證它們所在信號相位的連續(xù)顯示。
(3)一向含直行車流的相位與另一向含直行車流的相位不宜連接。(4)一向含左轉(zhuǎn)車流的相位與另一向含左轉(zhuǎn)車流的相位不宜連接。(5)兩向相位相序設(shè)計應(yīng)盡量對稱，便于駕駛員理解。
(6)于直行與左轉(zhuǎn)機動車，應(yīng)考慮左轉(zhuǎn)車道可停放的車輛數(shù)。若到達的左轉(zhuǎn)車輛超出該車道可停放的左轉(zhuǎn)車輛數(shù)時，需先放行左轉(zhuǎn)車。反之，則先放行直行車。在一般路口和有左轉(zhuǎn)待候區(qū)的路口多是先放直行車，后放左轉(zhuǎn)車。
(7)有特殊方案相位，其前后應(yīng)盡可能銜接與特殊方案相容的基本方案。本文主要研究信號配時參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，所以不對相位，相序的設(shè)計方法進行深入的研究。
2.4交叉路口常用性能指標(biāo)及計算方法
一般來說，信號交叉口的控制效果是由延誤、停車次數(shù)、通行能力和飽和度等四個基本參數(shù)來衡量的。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)。也就是說，信號配時參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)就是在一定的道路條件下，對配時參數(shù)選擇合適的值，讓通行能力稍高于交通需求，并且使得通過交叉口的全部車輛總延誤
時間最短或停車次數(shù)最少。
當(dāng)然，除了上述四項基本評價指標(biāo)以外，還有一些其它評價指標(biāo)，例如：車輛運營費用(包括燃油消耗、輪胎和機械磨損)、廢氣排放量、噪聲污染、運營成本(計入乘客旅程時間折合的經(jīng)濟價值等)以及安全舒適程度的差異等等。但這些都是由上述四項基本評價指標(biāo)派生出來的次級參數(shù)，即以延誤時間和停車次數(shù)為自變量的函數(shù)，常稱作“輔助參數(shù)”。
下面具體介紹車輛延誤、停車率、通行能力、飽和度、平均排隊長度和通行權(quán)轉(zhuǎn)移度。2.4.1車輛延誤
延誤是由于交通干擾、交通管理和控制設(shè)施等因素引起的車輛運行時間損失。由于延誤能反映了司機不舒適、受阻的程度以及油耗和行駛時間損失，所以是最常用的評價信號交叉口運行狀況的指標(biāo)。
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)，因此，本文選擇它作為比較各種信號燈控制方法優(yōu)劣的依據(jù)。車輛的排隊長度是延誤時間增加的主要誘導(dǎo)因素，車輛滯留時間又是延誤時間的構(gòu)成元素。某車道的車輛排隊長度如果過長，易引起車輛堵塞和平均延誤時間增加；而某車道的車輛滯留時間如果過長，不僅增加了平均延誤時間，而且易引起通行權(quán)資源分配失衡。大多數(shù)情況下，排隊長度與滯留時間是正相關(guān)的，反之亦反。但也有例外，例如，當(dāng)出現(xiàn)很短時間內(nèi)連續(xù)到來多輛車和很長時間沒有車輛到來這兩種情況時，排隊長度與滯留時間就不具備正相關(guān)關(guān)系，排隊最長的車道，平均滯留時間不一定也最長，反之亦反?？梢?，兩者是相互關(guān)聯(lián)，互為補充，不可相互替代的，它們是影響交叉口通行能力的兩個關(guān)鍵因素。2.4.2停車率
停車率：指每個周期停駛的車輛數(shù)占整個周期所到達車輛數(shù)的比例，它是一項信號交叉口評價的綜合指標(biāo)之一，停車率的大小不僅反映了交叉口的服務(wù)水平，同時從車輛耗油、環(huán)境及出行費用等幾方面反映了信號控制的合理性。2.4.3通行能力
信號交叉路口的通行能力是針對每一引道規(guī)定的，它是在現(xiàn)行的交通、車道和信號設(shè)計條件下，交叉口某一引道所能通過的最大流量。單位：輛/小時。整個交叉口的通行能力并不重要。
飽和流量：在通常的道路、交通條件下，在整個小時都是綠燈的條件下，連續(xù)通過交叉口指定引道的最大流量。
所以，可見影響信號交叉口的通行能力的主要因素有三個：
(l)車行道條件，即交叉口的幾何條件。包括：車道類型，車道數(shù)，交叉口幾何形狀。
(2)信號設(shè)計條件。即信號燈配時的各個參數(shù)及相序、相位設(shè)計。(3)交通流條件。每條引道的交通量，流向，流向內(nèi)車型的分布。美國HCM給出的飽和流量(率)計算公式為：
S=S0?N?fw?fHV?fg?fp?fbb?fa?fRT?fLT
(2.1)其中，S為在通常條件下，車道組的飽和流量，S0為每車道理想條件下的飽和流量，一般取1800/綠燈小時，N為每車道組的車道數(shù)。fw為車道寬度校正系
數(shù)，fHV為交通流中重型車輛校正系數(shù)，fg為引道坡度校正系數(shù)，fp為臨近車道停車情況及該車道停車次數(shù)校正系數(shù)，fbb為公共汽車停在交叉口范圍內(nèi)阻塞影響作用校正系數(shù)，fa為地區(qū)類型校正系數(shù)，fRT為車道組中右轉(zhuǎn)車校正系數(shù)，fLT為車道組中左轉(zhuǎn)車校正系數(shù)。
通行能力是以飽和流量為基礎(chǔ)進行分析的。交叉口的總通行能力是通過各進口車道組(引道)的通行能力之和。每一車道組的通行能力根據(jù)其車道功能不同按下式(2.2)計算：
Ci?Si??i
(2.2)
?i????g?T0??? ?i其中，Ci為車道組的通行能力，Si為車道組i的飽和流量(輛/綠燈小時)，?i為綠信比。2.4.4飽和度
飽和度是針對每一車道(車道組)而言的。計算公式(2.3)如下：
Xi??VC?i?Vi?Si?gTC?i???ViSi??i
(2.3)其中，Xi為第i個車道組的飽和度，Vi為第i個車道組的交通流量。相位飽和度是指該相位上各個車道組的飽和度之和。交叉口的飽和度是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，用X表示。從理論上說，交叉口飽和度只要小于1就應(yīng)該滿足各方向車流的通行要求。然而，實踐表明，當(dāng)交叉口的飽和度接近于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。因此，我們必須規(guī)定一個可以接受的最大飽和度限制，即飽和度的“實用限值”。研究結(jié)果表明，反映車輛通過一個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(guān)。實踐證明，飽和度實用限值定在0.8——0.9之間，交叉口可以獲得較好的運行條件。在特定條件下，例如交通量很大，而交叉口周圍的環(huán)境條件較差，為減少交叉口的投資，可以采用更高的實用限值——飽和度實用限值為0.95。
關(guān)鍵進口道到達交通量與通行能力之比，而交叉口飽和度是相位飽和度中的最大值。在設(shè)計時，交叉口各個相位的飽和度小于1。2.4.5平均排隊長度
信號一個周期內(nèi)各條車道排隊的最長長度的平均值。各條車道最長排隊長度一般是指該車道的綠燈相位起始時長度。2.4.6通行權(quán)轉(zhuǎn)移度
通行權(quán)轉(zhuǎn)移度反應(yīng)了不同方向的車流對綠燈需求的迫切程度。它依賴于各入口的交通情況，而車流在紅燈信號和綠燈信號相位下，有不同的狀態(tài)。在綠燈相
位下，車輛可以自由通過停車線，在停車線檢測器上可以檢測出駛過停車線車輛的數(shù)量，上游檢測器可以檢測車輛的到達數(shù)，這些車輛經(jīng)過若干秒后可能會到達停車線或通過停車線或排隊等待：在紅燈相位下，檢測器可以檢測車輛的到來情況和排隊長度。因此紅燈相位和綠燈相位的通行權(quán)轉(zhuǎn)移度就有不同的輸入和推導(dǎo)規(guī)則。
2.5車輛檢測器
一個完整的交通控制系統(tǒng)需要有一個準(zhǔn)確、可靠的信息采集和監(jiān)控系統(tǒng)，它將來自底層的實時數(shù)據(jù)收集起來，準(zhǔn)確、迅速地通過高速信息傳輸網(wǎng)送交后臺進行分析和處理。交通控制系統(tǒng)的交通信息采集是由車輛檢測器來實現(xiàn)的。
車輛檢測器有多種，感應(yīng)式檢測器，紅外線檢測器等。本文的車輛采集采用圖像式車輛檢測器。圖像式車輛檢測器由閉路電視攝影機、終端控制器和圖像處理器等設(shè)備組成。技術(shù)原理以圖形處理器分析由閉路電視攝像機所拍攝的數(shù)字化圖像，用算法對圖像初步處理，去掉多余信息。接著對圖像進行分區(qū)。按一定算法對各分區(qū)圖像處理，提取特征信息。根據(jù)特征信息進行車輛計數(shù)、分類。根據(jù)相鄰圖片計算車速，最后在拍攝區(qū)域內(nèi)跟蹤所辨識出的車輛。它的優(yōu)點是功能強大圖像直觀，易于增添檢測項目；多道檢測、安裝及維修不會阻礙交通。
第四篇：智慧交通產(chǎn)品總體解決方案-交通信號控制系統(tǒng)
智慧交通產(chǎn)品解決方案
交通信號控制系統(tǒng)
【面向城市交通】
第 I 頁 公安交警視角創(chuàng)新智慧交通實踐
目 錄
1.1.交通信號控制系統(tǒng).....................................................................................3
1.1.1.系統(tǒng)概述............................................................................................3 1.1.2.系統(tǒng)特點............................................................................................4 1.1.3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)............................................................................................6 1.1.4.業(yè)務(wù)流程............................................................................................8 1.1.5.系統(tǒng)功能..........................................................................................16 1.1.6.系統(tǒng)接口..........................................................................................20
第 II 頁 公安交警視角創(chuàng)新智慧交通實踐
1.1.交通信號控制系統(tǒng) 1.1.1.系統(tǒng)概述
交通信號控制系統(tǒng)（Urban Traffic Control System，簡稱UTC系統(tǒng)）是現(xiàn)代城市交通管理系統(tǒng)的中樞，也是智能交通系統(tǒng)的重要組成部分。運用高科技手段建設(shè)現(xiàn)代化的交通信號控制系統(tǒng)旨在幫助交警支隊科技科建立先進的、可靠的交通監(jiān)控系統(tǒng)，優(yōu)化交通控制，緩解交通擁堵，減少環(huán)境污染，縮短行車時間，降低交通事故發(fā)生率。
信號控制系統(tǒng)可以通過標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議，在指揮中心完成對路口信號機的方案、參數(shù)控制，從而達到疏導(dǎo)路面交通的目的；可以通過對前端設(shè)備的運行狀況監(jiān)控，實時掌控路口的運行狀況；可以將檢測器采集的路口流量匯聚到中心，提供給其他系統(tǒng)或者平臺使用。信號優(yōu)化核心就是通過對來自路口、路段采集的交通數(shù)據(jù)進行分析，尋找出交通出行規(guī)律及特點，并融合多種優(yōu)化算法模型，生成較為合理的實時優(yōu)化方案，下達給前端信號機設(shè)備，以達到減少路口空放，均衡各方向排隊長度，降低機動車停等次數(shù)、減少交通延誤時間的目標(biāo)。
主要的應(yīng)用場景包括： ? 信號控制設(shè)備管理；
可以對信號機及其附屬檢測設(shè)備進行管理：完成設(shè)備基本信息、配置信息的管理功能。
? 設(shè)備及信號狀態(tài)的實時監(jiān)視與報警功能；
可以以不同的方式監(jiān)視設(shè)備及其信號的實時狀態(tài)：監(jiān)視指定路口狀態(tài)、監(jiān)視指定子區(qū)路口狀態(tài)、監(jiān)視所有信號機狀態(tài)。
自動記錄并提示設(shè)備或通訊狀態(tài)的異常與故障。? 信號控制功能
在預(yù)設(shè)的周期內(nèi)，實現(xiàn)信號機對時。
第 III 頁 公安交警視角創(chuàng)新智慧交通實踐
切換/改變路口信號控制方式：特勤控制、中心相位控制、中心協(xié)調(diào)控制、本地感應(yīng)控制、本地時間表控制、中心手動、閃光控制等；
中心協(xié)調(diào)控制方式包括：周期優(yōu)化及綠信比優(yōu)化控制 ? 信號控制方案管理：
編輯修改各路口的時段劃分和交通方案，并可將方案下載到路口控制機，或?qū)⒙房谛盘枡C的控制方案、控制參數(shù)上傳到中心。
專家方案管理：基于特殊出行特點，匯聚較為合理的放行方案，并結(jié)合專家經(jīng)驗?zāi)Ｐ停抻喭晟?，形成專家方案庫。?dāng)出行特點再現(xiàn)時，可以自動提取出來作為參考方案，提供本使用。例如：節(jié)假日、大型集會、惡劣天氣等情況下，出行都有著較為明顯的規(guī)律，方案可以復(fù)用。專家方案庫的積累，在很大程度降低了對交通專業(yè)能力的要求，即便普通民警也可以應(yīng)對特殊需求，快速生成一套較為實用的交通方案。
? 區(qū)域管理
按照行政區(qū)劃劃分信號設(shè)備管理轄區(qū)； 按照優(yōu)化管理設(shè)定優(yōu)化區(qū)域； ? 交通流數(shù)據(jù)接入與統(tǒng)計分析 交通流量數(shù)據(jù)采集； 流量統(tǒng)計；
1.1.2.系統(tǒng)特點
交通信號控制系統(tǒng)（UTC）是集先進的信息技術(shù)、通信技術(shù)以及計算機技術(shù)的公安交通指揮控制系統(tǒng)，作為智能交通管理產(chǎn)品體系中的一個核心子產(chǎn)品，可相對獨立的運行，并納入城市智能交通管理體系。它能大幅度的提高道路路網(wǎng)的通行能力，提高運輸效率、避免擁擠和堵塞。
1．反饋調(diào)節(jié)、閉環(huán)自適應(yīng)
信號控制優(yōu)化系統(tǒng)，是基于多層次、自適應(yīng)調(diào)節(jié)技術(shù)，具備反饋調(diào)節(jié)功能的閉環(huán)自適應(yīng)交通信號優(yōu)化控制系統(tǒng)。它以TOD時間表方案為基礎(chǔ)，根據(jù)子區(qū)或者單路口實時交通流數(shù)據(jù)，為區(qū)域或單路口計算出更符合當(dāng)前交通狀態(tài)
第 4 頁 公安交警視角創(chuàng)新智慧交通實踐 的交通配時方案參數(shù)。
2．基于GIS的可視化特勤管控
可以在GIS上標(biāo)繪特勤路線，并以較為直觀的圖符顯示特勤預(yù)案執(zhí)行情況，以便于特勤控制崗人員實時了解通行情況，及時應(yīng)對調(diào)整。
3．基于移動技術(shù)，低影響高效率的快速特勤
可以通過pad終端繪制特勤路線、監(jiān)控路口運行狀況及特勤控制。通過在VIP車隊到達特勤路口前啟動特勤，在車隊通過路口后，解除特勤的管控策略，在對社會公眾出行影響較小前提下，有效保障VIP車輛快速通行。
4．多級分區(qū)信號管控
從控制優(yōu)先級上，分為：本地控制，中心戰(zhàn)術(shù)控制、中心戰(zhàn)略控制； 從控制策略上，分為：時間表、干線協(xié)調(diào)、區(qū)域自適應(yīng)； 從控制分組管理上，分為信號機、區(qū)域機、系統(tǒng)控制機。5．快速智能形成綠波方案
可以通過綠波時距圖，自動形成單向、雙向綠波方案，實現(xiàn)線協(xié)調(diào)控制，降低路口停等次數(shù)。
6．紅波控制有效分流
為保障重點路段的有效通行，需要對進入路段的車流進行限流分流，可以對其上游的多個連續(xù)交叉口形成紅波帶，打散密集車隊，從而逐步限流分流，保障重點路段的車輛通行效率。
7．?dāng)?shù)據(jù)集成標(biāo)準(zhǔn)化
交通信號控制系統(tǒng)與公安交通集成指揮平臺之間遵循GA/T 1049標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，數(shù)據(jù)交互規(guī)范化。
第 5 頁 公安交警視角創(chuàng)新智慧交通實踐
1.1.3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1.1.3.1 邏輯結(jié)構(gòu)
業(yè)務(wù)展示層PCPC客戶端客戶端移動客戶端移動客戶端特勤方案控制狀態(tài)監(jiān)控中心控制數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析信號中心優(yōu)化業(yè)務(wù)應(yīng)用層信號機方案管理系統(tǒng)預(yù)案管理業(yè)務(wù)服務(wù)層區(qū)域主控服務(wù)數(shù)據(jù)庫管理服務(wù)通訊控制服務(wù)優(yōu)化控制服務(wù)集成接入服務(wù)第三方輔助接口交通信號控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫交通信號控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫交通信息資源平臺接口交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)接口交通運維平臺接口…交通地理信息平臺接口數(shù)據(jù)存儲層共享數(shù)據(jù)庫共享數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)層交通專網(wǎng)設(shè)備層信號注：交通信號控制系統(tǒng)第三方輔助應(yīng)用視頻 交通信號控制系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)由上至下共分為業(yè)務(wù)展示層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、業(yè)務(wù)服務(wù)層、數(shù)據(jù)存儲層、網(wǎng)絡(luò)層、設(shè)備層六層。
業(yè)務(wù)展示層：針對交警支隊指揮中心、科技科及特勤大隊，交通信號控制系統(tǒng)提供中心PC端和特勤指揮移動端兩種應(yīng)用相結(jié)合的方式，即可實現(xiàn)交警支隊日常方案管控以及中心疏導(dǎo)，也可以保證敏捷的特勤控制。
業(yè)務(wù)應(yīng)用層：交通信號控制系統(tǒng)為交警支隊、特勤大隊用戶提供信號機方案管理、系統(tǒng)預(yù)案管理、特勤方案控制、狀態(tài)監(jiān)控、中心控制、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、信號優(yōu)化七大應(yīng)用。信號機方案管理主要實現(xiàn)路口方案的日常微調(diào)。系統(tǒng)預(yù)案管理主要實現(xiàn)綠波方案管理、紅波方案管理、專家方案管理、信號疏導(dǎo)預(yù)案管
第 6 頁 公安交警視角創(chuàng)新智慧交通實踐
理，為特殊應(yīng)用場景（雨雪天氣、大型集會等）的提供管控方案，也為線協(xié)調(diào)控制方案制定提供有效的方法。特勤方案控制主要可以通過人工錄入或者基于GIS繪制方式生成特勤方案，并支持立即執(zhí)行、按照預(yù)設(shè)時間執(zhí)行兩種控制方式，為VIP車輛的快速通行提供保障。狀態(tài)監(jiān)控主要實現(xiàn)單路口運行狀態(tài)監(jiān)視及控制、子區(qū)狀態(tài)監(jiān)視、特勤運行狀況監(jiān)視及控制。中心控制可以從系統(tǒng)級、區(qū)域級、路口級對設(shè)備對時，保障協(xié)調(diào)方案工作的有效性；也可以批量對信號機復(fù)位、改變控制策略。數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析可以對采集的交通數(shù)據(jù)按照統(tǒng)計模型分析對比，為用戶了解路面交通趨勢提供依據(jù)。信號優(yōu)化主要實現(xiàn)單路口、區(qū)域的離線優(yōu)化TOD方案及單路口、區(qū)域?qū)崟r優(yōu)化管控，從戰(zhàn)略層、戰(zhàn)術(shù)層兩個層面對路面交通進行調(diào)控，從而達到降低交通延誤、提高出行效率的目的。
業(yè)務(wù)服務(wù)層：主要實現(xiàn)對信號機方案管理、系統(tǒng)預(yù)案管理、特勤方案控制、狀態(tài)監(jiān)控、中心控制、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、信號優(yōu)化應(yīng)用提供服務(wù)支撐，降低業(yè)務(wù)應(yīng)用層與數(shù)據(jù)存儲層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層與第三方輔助系統(tǒng)之間的耦合程度，保證相互之間的變化對對方影響最小。
數(shù)據(jù)存儲層：通過數(shù)據(jù)庫存儲及云存儲方式實現(xiàn)交通信號控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)和對第三方進行共享數(shù)據(jù)存儲。另外，該層還提供第三方系統(tǒng)輔助接口，為業(yè)務(wù)應(yīng)用層提供有效支撐。
網(wǎng)絡(luò)層：交通信號控制系統(tǒng)主要應(yīng)用在交通專網(wǎng)。
設(shè)備層：交通信號控制系統(tǒng)實現(xiàn)與信號、視頻等設(shè)備對接實現(xiàn)信號控制。
第 7 頁 公安交警視角創(chuàng)新智慧交通實踐
1.1.3.2 物理結(jié)構(gòu)
信號控制工作站q Win7 一機雙屏q FrameWork3.5q GIS接口組件 Fiberq 設(shè)備接口q 系統(tǒng)管理中心接口q UTCDesktop信號控制工作站q Win7 一機雙屏q FrameWork3.5q GIS接口組件 Fiberq 設(shè)備接口q 系統(tǒng)管理中心接口q UTCDesktop交警支隊交警支隊特勤大隊特勤大隊交通網(wǎng)主控服務(wù)器q Windows Server q q q q q UTC服務(wù)UTCDB集成接口服務(wù)設(shè)備接口系統(tǒng)管理中心接口通訊服務(wù)器1q Windows Server q CCU服務(wù)q 設(shè)備接口通訊服務(wù)器nq Windows Server q CCU服務(wù)q 設(shè)備接口數(shù)據(jù)庫服務(wù)器q Linux/Windows Server q Oralce11g優(yōu)化服務(wù)器q Windows Server q 優(yōu)化控制服務(wù)q 設(shè)備接口q 交通流數(shù)據(jù)接口交通網(wǎng)路由器/交換機……信號機信號機信號機
1.1.4.業(yè)務(wù)流程
交通信號控制系統(tǒng)主要是通過調(diào)節(jié)信號機方案來對路口紅綠燈控制，以調(diào)節(jié)及引導(dǎo)路面車流。
1.1.4.1 基于GIS特勤控制
基于交通地理信息平臺提供的接口組件，實現(xiàn)基本的操作。主要有：
特勤預(yù)案編輯：基于地圖編輯特勤預(yù)案。利用在地圖的路線繪制，選擇出經(jīng)過的信號機路口，并根據(jù)地圖路線走向自動生成進出口方向。
特勤路線監(jiān)控：對活動中的特勤預(yù)案執(zhí)行情況進行監(jiān)控。用圓圈內(nèi)嵌V圖符標(biāo)示路口，特勤路線路口間以雙箭頭 表示。對于通訊異?；蛘呙摍C的路口，以紅色圖符標(biāo)示；對于即將到達的路口以綠色標(biāo)示，并以閃爍模式顯示，第 8 頁 公安交警視角創(chuàng)新智慧交通實踐
路口進入方向的箭頭以綠色表示；對于路線內(nèi)尚未執(zhí)行到的路口，以黑色圓標(biāo)示；對于已經(jīng)通過的路口，以綠色圓標(biāo)示?？梢灾С质髽?biāo)右鍵方式臨時啟動或者停止路線內(nèi)路口特勤控制。
GIS特勤預(yù)案編輯流程如下：
創(chuàng)建特勤預(yù)案地圖標(biāo)繪，進入GIS頁面點擊鼠標(biāo)左鍵繪制路線否是否為路線終點？是雙擊鼠標(biāo)左鍵，完成路線繪制更新路口相對時間自動計算緊鄰路口的旅行時間輸入車隊平均旅行速度檢查每個路口進出方向是否正確檢查經(jīng)過路口是否正確補充每個路口特勤鎖定持續(xù)時間保存預(yù)案結(jié)束
1.1.4.2 信號機常規(guī)方案管理
信號機常規(guī)方案管理，主要對信號機基本方案進行編輯管理，用于日常方案調(diào)控。
為了信號機能完成常規(guī)控制，需要按照配置順序完成相應(yīng)方案。先配置流向的放行規(guī)則及順序，然后配置每個流向的放行時長，對于協(xié)調(diào)子區(qū)需要配置各路口的協(xié)調(diào)相位及相位差，日內(nèi)放行時段劃分、周內(nèi)日方案等主要參數(shù)。
在初始方案完成配置后，交警指揮中心信號控制崗日常主要調(diào)整放行相序及微調(diào)各相位綠燈時間即可。
第 9 頁 公安交警視角創(chuàng)新智慧交通實踐
相位方案配置階段方案配置配時方案配置時段方案配置調(diào)度方案配置結(jié)束
1.1.4.3 系統(tǒng)預(yù)案管理
所謂預(yù)案就是預(yù)先配置好的一些方案，方案帶有較為明顯的交通特性，當(dāng)交通特性出現(xiàn)后，系統(tǒng)就可以快速加載對應(yīng)預(yù)案，完成疏導(dǎo)管控。
預(yù)案主要分為以下幾類。1）干線協(xié)調(diào)預(yù)案
為提高路面通行能力，就需要有效利用綠燈時間，而路口停車及啟動延誤在周期方案控制中是較為主要的影響因素，為此就需要讓車流組成密集車隊，盡量在行駛到路口附近時，相位綠燈尚未結(jié)束。最為有效的方式就是將交通特性相近的道路交叉口組織在一個子區(qū)內(nèi)統(tǒng)一控制，形成干線協(xié)調(diào)。子區(qū)內(nèi)相關(guān)路口的配時方案周期需要相同或者為半周期，各路口的相位差需要合理調(diào)整，以便于綠波車隊在每個路口都是遇到綠燈，無需等待。為了方便修改參數(shù)，一般可以通過時距圖來設(shè)計綠波帶參數(shù)。綠波控制方案主要分為單向綠波及雙向綠波兩種。
第 10 頁 公安交警視角創(chuàng)新智慧交通實踐
為了設(shè)計綠波帶，需要獲取如下信息：
子區(qū)成員路口信息及路口間距；子區(qū)成員路口配時方案。經(jīng)過綠波調(diào)整后，我們可以得到各路口旅行速度及相位差。單向綠波方案流程圖如下：
選擇協(xié)調(diào)子區(qū)提示修改時段內(nèi)配時選擇協(xié)調(diào)時段讀取子區(qū)內(nèi)各路口的選定時段配時方案周期數(shù)據(jù)檢查是顯示協(xié)調(diào)相位否周期符合協(xié)調(diào)規(guī)則？是展示綠波帶，繪制時距圖拖動綠波時距圖，調(diào)整綠波帶寬及相位差符合協(xié)調(diào)要求？是保存本地數(shù)據(jù)庫，更新到信號機結(jié)束相位是否符合協(xié)調(diào)？否時段合理時，提示修改時段內(nèi)配時否
雙向綠波，與單向綠波類似，只不過需要兼顧兩個流向的綠波協(xié)調(diào)。為了保證兩個綠波協(xié)調(diào)效果，方案設(shè)計及調(diào)整會較為復(fù)雜，一般情況下我們只能在保證主協(xié)調(diào)相位基本不等紅燈的情況下，盡量兼顧次協(xié)調(diào)相位（反向相位），次協(xié)調(diào)相位的車流可能在協(xié)調(diào)路線中遇到紅燈，而且綠波帶寬度可能會有損失，嚴重的情況下，可能需要調(diào)整相位方案的設(shè)置，才能達到雙向綠波的效果。業(yè)務(wù)流程與單向綠波類似，不再重述。
2）紅波方案管理
對于某些主要路段，為了保持車流通行順暢，就需要限制進入車流，為了路面控制平穩(wěn)，需要設(shè)計紅波路線，以保證車隊每經(jīng)過紅波路線就會遇到紅燈，以打斷密集車隊，逐步對車流進行限制。紅波方案與綠波方案類似，只是需要調(diào)整時距圖的紅波帶帶寬，修訂相位差。
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可以通過時距圖可設(shè)計紅波方案，調(diào)節(jié)方案相位差。需要輸入?yún)?shù)為： 子區(qū)成員路口信息及路口間距；子區(qū)成員路口配時方案。經(jīng)過紅波調(diào)整后，我們可以得到各路口旅行速度及相位差。3）專家方案管理
隨著日常方案調(diào)控，用戶會積累一些有出行規(guī)律的方案，為了將經(jīng)驗數(shù)據(jù)存留，我們提供將日常維護的時間表方案保留到專家方案庫的功能，并結(jié)合專家經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，給出建議，用戶予以修訂完善后，形成專家方案庫。當(dāng)出行規(guī)律再現(xiàn)時，系統(tǒng)可以自動提取出來作為參考方案，提供給用戶使用。例如：節(jié)假日、大型集會、惡劣天氣等情況下，出行都有著較為明顯的規(guī)律，方案可以復(fù)用。周內(nèi)日方案，在沒有大型道路改建、機動車激增的情況下，每年也都可以借鑒過來，只需要根據(jù)機動車增長比例，對放行時間進行微調(diào)即可使用。
專家方案庫的積累，在很大程度降低了對交通專業(yè)能力的要求，即便普通民警也可以應(yīng)對特殊需求，快速生成一套較為實用的交通方案。
根據(jù)規(guī)律，專家方案大致可以分為以下幾類： ? 節(jié)假日方案； ? 公休日變工作日方案；
? 工作日方案：春、夏、秋、冬四季。? 惡劣天氣方案； ? 節(jié)前方案。
業(yè)務(wù)流程：在方案編輯時，保存提示用戶是否需要存檔到專家方案庫，以哪種方案歸檔即可。
4）信號疏導(dǎo)預(yù)案管理
為了城市交通扁平化指揮、立體化管理的目標(biāo)，公安交通集成指揮平臺需要協(xié)同其他系統(tǒng)共同完成交通事件處置。交通信號控制系統(tǒng)作為平臺的支撐業(yè)務(wù)系統(tǒng)，需要從交叉口信號燈管控層面對集成平臺提供一些疏導(dǎo)預(yù)案。根據(jù)疏 第 12 頁 公安交警視角創(chuàng)新智慧交通實踐
導(dǎo)場景，主要需要提供以下幾種疏導(dǎo)預(yù)案：
擁堵疏導(dǎo)預(yù)案；用于快速處理交通擁堵；
交通事件疏導(dǎo)預(yù)案；用于處理拋灑、逆行、違停等交通事件，同時也能協(xié)助平臺快速應(yīng)對交通事故，避免二次事故發(fā)生；
惡劣天氣疏導(dǎo)預(yù)案：當(dāng)天氣上報雨雪天氣等情況時，信號控制系統(tǒng)協(xié)助提供惡劣天氣的放行預(yù)案供平臺使用。
預(yù)案需要包含以下要素：
預(yù)案類型、預(yù)案等級（輕微、中度、重度）、預(yù)案編號、路口編號、疏導(dǎo)車道類型（北左、北直、北右、東左、東直、東右、南左、南直、南右、西左、西直、西右）。
疏導(dǎo)調(diào)度業(yè)務(wù)流程如下：
預(yù)案類別惡劣天氣事故、擁堵查找上游路口編號，進入當(dāng)前路口的流向所屬相位復(fù)制上游路口、當(dāng)前路口當(dāng)前方案到事件預(yù)案判斷等級根據(jù)等級調(diào)度惡劣天氣預(yù)案下發(fā)預(yù)案到信號機判斷等級更改控制方式為中心控制根據(jù)等級調(diào)整上游路口事件方案的相序，及指定相位綠燈時間結(jié)束調(diào)整當(dāng)前路口事件方案指定相位綠燈時間
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當(dāng)啟動惡劣天氣預(yù)案時，輕微級別的周期調(diào)整到160；重度級別周期調(diào)整到180；重度級別周期調(diào)整到200.綠信比可以沿用當(dāng)前方案。
當(dāng)啟動事故預(yù)案時，輕度級別的進入事故路段的流向，綠燈時間降低20%（受最短綠保護）；中度級別綠燈時間降低30%（受最短綠保護）；重度級別直接關(guān)閉相應(yīng)流向。
當(dāng)啟動擁堵預(yù)案時，輕度級別的進入擁堵路段的流向，綠燈時間降低20%（受最短綠保護）；中度級別綠燈時間降低40%（受最短綠保護）；重度級別直接關(guān)閉相應(yīng)流向。離開路段的流向，相對應(yīng)的增大綠燈時間15%。
需要注意的是，對于疏導(dǎo)預(yù)案，當(dāng)預(yù)案觸發(fā)條件結(jié)束時，需要從中心停止預(yù)案干預(yù)。受最短綠保護，是指修正后綠燈時間如果低于最短綠，則用最短綠替代。
5）特勤方案控制
指揮中心信號控制崗操作人員或者特勤大隊執(zhí)勤人員，根據(jù)支隊的特勤預(yù)案規(guī)劃，編輯形成特勤預(yù)案；在條件具備情況下，激活特勤預(yù)案。這種預(yù)案可以用于保障VIP車輛出行，也可以為特殊車輛（消防、救護車等）開辟快速通道。
在特勤預(yù)案管理中，提供了兩種特勤執(zhí)行方式，一種是立即執(zhí)行，一種是以特勤方案形式下發(fā)到路口機，按照預(yù)案時間啟動。對于立即執(zhí)行的預(yù)案，需要中心通過解除方式終止預(yù)案執(zhí)行，恢復(fù)到時間表方式。
1.1.4.4 狀態(tài)監(jiān)控
1、從宏觀上了解整個城市各路口通訊狀態(tài)；
2、對于通訊正常路口，了解路口當(dāng)前詳細狀況；
3、根據(jù)路口視頻與運行狀況的符合度，通過單口控制，干預(yù)路口的運行。
1）路口狀態(tài)監(jiān)視
路口狀態(tài)監(jiān)視可以監(jiān)視選中路口設(shè)備的執(zhí)行狀態(tài)，包括燈態(tài)信息，相序，時序，警報信息，線圈的線圈感應(yīng)，執(zhí)行的信號方案，如有視頻對應(yīng)，可以查
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看到當(dāng)前路口的視頻信號等，也可以對此路口設(shè)備進行中心控制，包括對時、閃爍、重啟、關(guān)燈等操作。
2）子區(qū)狀態(tài)監(jiān)視
子區(qū)狀態(tài)監(jiān)視可以對一個子區(qū)中所有路口進行狀態(tài)監(jiān)視，包括子區(qū)中所有路口的信號機狀態(tài)，系統(tǒng)用不同的顏色和提示文字來顯示信號機工作狀態(tài)是否正常，便于使用者從宏觀上監(jiān)測多個路口的運行狀態(tài)。
1.1.4.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計
此功能模塊主要包括了對車流信息數(shù)據(jù)的分析的各項功能。1）實時流量查詢
對采集到的交通流數(shù)據(jù)實時查看，以便于及時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備是否異常，方案是否滿足交通需求。
2）檢測器流量分析
對指定路口，特定時間段的檢測器偵測數(shù)據(jù)進行對比，以圖表方式展示流量趨勢。同時也提供導(dǎo)出到excel的功能，便于借助excel強大的分析功能，統(tǒng)計出各種報表。
1.1.4.6 優(yōu)化參數(shù)配置
1）優(yōu)化子區(qū)管理
編輯用于優(yōu)化控制的優(yōu)化子區(qū)信息，主要包含子區(qū)編號、子區(qū)名稱、子區(qū)路口編號、相鄰路口距離。為后續(xù)優(yōu)化模型提供基礎(chǔ)參數(shù)。
2）優(yōu)化基礎(chǔ)參數(shù)管理
用于配置優(yōu)化模型信息，主要有交通狀態(tài)參數(shù)配置、人工排隊長度配置、路口各車道消散參數(shù)配置、優(yōu)化調(diào)整周期檔配置、交通異常閥值配置等。為后續(xù)優(yōu)化模型提供計算參數(shù)。
3）優(yōu)化方案參數(shù)管理
對于單獨路口或者協(xié)調(diào)子區(qū)，配置優(yōu)化相關(guān)基礎(chǔ)方案，為優(yōu)化模型提供數(shù)
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據(jù)。
1.1.4.7 TOD方案生成器
對于獨立路口或者協(xié)調(diào)子區(qū)，利用歷史交通流數(shù)據(jù)，提取交通規(guī)律，借助專家模型，生成離線TOD方案，從而在很大程度上降低了配置路口初始方案的難度，提高了方案的可用性。
1.1.4.8 TOD方案展示
對于自動生成的單一路口或者協(xié)調(diào)子區(qū)的時間表方案進行展示。
1.1.4.9 優(yōu)化方案展示
以可視化方式，展示路口實時優(yōu)化過程，包含路口當(dāng)前執(zhí)行方案、生成的優(yōu)化方案對比；歷史流量趨勢監(jiān)控；歷史優(yōu)化方案監(jiān)視。
1.1.5.系統(tǒng)功能
交通信號控制系統(tǒng)PC端移動端系統(tǒng)配置區(qū)域及路口信息管理信號機方案管理系統(tǒng)預(yù)案管理特勤方案控制中心控制狀態(tài)監(jiān)視數(shù)據(jù)統(tǒng)計系統(tǒng)優(yōu)化狀態(tài)監(jiān)視特勤方案控制
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交通信號控制系統(tǒng)PC版系統(tǒng)配置區(qū)域及路口信息管理信號機方案管理系統(tǒng)預(yù)案管理特勤方案控制中心控制狀態(tài)監(jiān)視數(shù)據(jù)統(tǒng)計系統(tǒng)優(yōu)化GIS服務(wù)器配置通訊服務(wù)器配置消息服務(wù)器配置日志調(diào)試參數(shù)配置配置對時重啟時鐘相位方案沖突相位管理階段方案管理配時方案管理時段方案管理調(diào)度方案管理跟隨相位設(shè)置綠波方案管理紅波方案管理信號疏導(dǎo)預(yù)案管理專家方案管理路口狀態(tài)監(jiān)控子區(qū)狀態(tài)監(jiān)視特勤執(zhí)行狀態(tài)監(jiān)控實時流量查詢檢測器流量分析優(yōu)化參數(shù)配置TOD方案生成器TOD方案展示優(yōu)化方案展示子區(qū)管理路口設(shè)備管理路口渠化管理檢倒通測計道器時設(shè)設(shè)設(shè)置置置行人過街參數(shù)設(shè)置事件類型設(shè)置單元參數(shù)設(shè)置故障降級設(shè)置
1.1.5.1 系統(tǒng)配置
完成系統(tǒng)運行所需要的基本參數(shù)。主要有以下幾類：
配置通訊服務(wù)參數(shù)：管理通訊服務(wù)器參數(shù)，主要有計算機名稱、IP地址。配置日志調(diào)試參數(shù)：配置調(diào)試日志文件路徑；日志文件保留時間。配置時鐘參數(shù)：系統(tǒng)重啟時間，為了保證系統(tǒng)輕量級運行，建議每日對系統(tǒng)重啟；自動對時時間間隔（周、日、每小時、指定間隔），對于以日、周進行的對時頻度，還需要配置對時的時間；周對時的情況下，每周日進行對時。
GIS服務(wù)參數(shù)：GIS柵格服務(wù)路徑、GIS數(shù)據(jù)訪問服務(wù)路徑。消息服務(wù)器參數(shù)：消息服務(wù)器IP、端口。
1.1.5.2 區(qū)域及路口信息管理
為了管理信號機設(shè)備，需要對信號機基礎(chǔ)運行參數(shù)、渠化參數(shù)進行配置；同時為了便于管理信號機設(shè)備及進行區(qū)域優(yōu)化，需要創(chuàng)建子區(qū)，并將設(shè)備調(diào)整到相應(yīng)子區(qū)。主要有以下幾個主要功能：
子區(qū)管理； 路口設(shè)備管理 路口渠化管理
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通道管理 檢測器配置 倒計時設(shè)置 行人過街參數(shù)設(shè)置 事件類型設(shè)置 單元參數(shù)設(shè)置 故障降級設(shè)置
1.1.5.3 信號機方案管理
主要用于信號機常規(guī)方案初始化及日常調(diào)控。主要有以下幾種方案：
相位方案、沖突相位管理、跟隨相位設(shè)置、階段方案管理、配時方案管理、時段方案管理、調(diào)度方案管理。
1.1.5.4 系統(tǒng)預(yù)案管理
系統(tǒng)預(yù)案是基于一些特殊應(yīng)用場景，預(yù)先配置好的方案。按照應(yīng)用場景，主要分為如下幾類：
線協(xié)調(diào)預(yù)案：對于通行特性相近的路口組成協(xié)調(diào)子區(qū)，并通過時距圖來設(shè)計綠波帶參數(shù)，達成干線協(xié)調(diào)目標(biāo)，以降低路口停等次數(shù)；
紅波方案：對于需要重點保障的路段或者道路，為了通行效率達成，需要在其上游若干路口形成紅波帶，以限流分流。
信號疏導(dǎo)預(yù)案：主要對其他平臺或者系統(tǒng)提供信號疏導(dǎo)方案，便于重大活動觸發(fā)時，快速響應(yīng)及調(diào)度。主要針對惡劣天氣、大型活動等。
專家方案：為了降低配置日常方案的難度，信號控制崗在日常監(jiān)控時，可以將控制效果較好的方案，依據(jù)其規(guī)律，積累到專家方案庫，待規(guī)律再現(xiàn)時，提取出來使用。
1.1.5.5 特勤方案控制
指揮中心信號控制崗操作人員，根據(jù)支隊的特勤預(yù)案規(guī)劃，編輯形成特勤預(yù)案；在條件具備情況下，激活特勤預(yù)案。這種預(yù)案可以用于保障VIP車輛出行，也可以為特殊車輛（消防、救護車等）開辟快速通道。
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在特勤預(yù)案管理中，提供了兩種特勤執(zhí)行方式，一種是立即執(zhí)行，一種是以特勤方案形式下發(fā)到路口機，按照預(yù)案時間啟動。對于立即執(zhí)行的預(yù)案，需要中心通過解除方式終止預(yù)案執(zhí)行，恢復(fù)到時間表方式。
1.1.5.6 中心控制
信號機設(shè)備的運行，常態(tài)下由信號機自行管理，當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)事件時，需要從中心層面干預(yù)控制。中心控制主要分為以下幾個方面：
中心對時：按照系統(tǒng)級、區(qū)域級、單路口級，對設(shè)備及服務(wù)器對時。因時鐘漂移對綠波協(xié)調(diào)影響較大，所以需要隨時予以關(guān)注。
信號機復(fù)位：可以按照系統(tǒng)、區(qū)域、單路口（支持單選、多選）級別對前端信號機復(fù)位。這種操作主要用于路口方案運行出現(xiàn)異常，無法自主恢復(fù)的情況，復(fù)位后，信號機會經(jīng)過初始化過渡，恢復(fù)到正常方案。
信號機開關(guān)燈：當(dāng)路口信號方案出現(xiàn)異常，或者信號燈自身出現(xiàn)異常，導(dǎo)致信號燈色顯示對出行車輛引導(dǎo)有安全隱患時，一般我們會關(guān)閉信號燈，交由路面執(zhí)勤民警手動指揮。
信號機黃閃：當(dāng)出行車輛不是很多時，可以采用黃閃模式引導(dǎo)車輛通行。信號機全紅：對信號機各流向的燈控都設(shè)定為紅色。一般用于清空交叉口內(nèi)滯留車輛。
指定配時：將信號機由時間表方式改為強制配時模式，并按照指定配時方案放行。一般在當(dāng)前時間表方案不滿足路口當(dāng)前狀況，需要調(diào)度某個預(yù)案時使用，或者中心優(yōu)化控制時使用。
通訊重連：選定信號機進行鏈路重連操作?；謴?fù)時間表：取消干預(yù)控制。
1.1.5.7 狀態(tài)監(jiān)控
狀態(tài)監(jiān)控就是實時監(jiān)控信號控制系統(tǒng)的當(dāng)前運行狀況，以全面了解系統(tǒng)健康狀況，系統(tǒng)當(dāng)前方案運行情況，從而及時發(fā)現(xiàn)隱患，消除隱患。監(jiān)控分為以下三類：
子區(qū)狀態(tài)監(jiān)控：從子區(qū)層面宏觀監(jiān)控信號路口的通訊狀況；
路口運行狀況監(jiān)控：對于通訊正常路口進入微觀層面監(jiān)控路口的實時運行
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狀況，并借助視頻等手段，確認路口放行方案的有效性，對于放行不滿足的路口進行中心干預(yù)調(diào)控。
特勤執(zhí)行情況監(jiān)控：在GIS地圖上監(jiān)視特勤方案的執(zhí)行狀態(tài)，并根據(jù)路面實際情況進行調(diào)控干預(yù)，包括路線鎖定及解除的等操作。
1.1.5.8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計
數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能模塊用于對與信號控制相關(guān)的交通流數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并生成報表?？煞譃椋?/p>
實時流量查詢；
歷史流量比對分析：包括檢測器流量數(shù)據(jù)比對分析、其他系統(tǒng)提供的交通數(shù)據(jù)比對分析。
1.1.5.9 系統(tǒng)優(yōu)化
通過對歷史交通流數(shù)據(jù)分析，形成TOD離線優(yōu)化方案，以供信號初始化使用；通過建立優(yōu)化模型，配置優(yōu)化模型參數(shù)，完成實時優(yōu)化方案的生成及監(jiān)控。
1.1.5.10 移動狀態(tài)監(jiān)控
在PAD端，提供路口狀態(tài)監(jiān)視功能，以便于實時掌握路口當(dāng)前通訊狀態(tài)及控制狀況，為移動特勤方案控制提供支撐。
1.1.5.11 移動特勤方案控制
在PAD端，可以查看系統(tǒng)已經(jīng)繪制的特勤路線，也可以基于地圖繪制新的特勤路線，完成特勤方案編輯；
在特勤車隊出發(fā)時，前導(dǎo)車在行駛到特勤經(jīng)停路口附近時，啟動相應(yīng)路口的特勤，在車隊通過時立即解除特勤鎖定，這樣無需經(jīng)過指揮中心手臺呼叫讓中心鎖定及解鎖等環(huán)節(jié)，鎖定及解鎖更加快捷便利，只有在通訊鏈路出現(xiàn)異常時，才需要通過手臺呼叫路面民警手動搬燈。
1.1.6.系統(tǒng)接口
交通信號控制系統(tǒng)作為基礎(chǔ)應(yīng)用，需要能提供第三方實時推送數(shù)據(jù)，并支
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持查詢及控制命令的下達。
為了統(tǒng)一界面風(fēng)格，標(biāo)準(zhǔn)化信號集成，需要提供給第三方dll或者ocx形態(tài)的信號集成組件。
1.1.6.1 數(shù)據(jù)接口
通過交通信息資源平臺獲取相關(guān)的第三方數(shù)據(jù)，此部分不在重復(fù)闡述；通過交通信息資源平臺將信號機實時燈態(tài)、通訊狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、采集的交通流等數(shù)據(jù)提供給第三方。
1.1.6.2 控制接口
1）信號機控制接口
通過交通信息資源平臺數(shù)據(jù)接口，接收來自第三方的控制請求，并把命令下發(fā)給前端設(shè)備，控制信號燈。
2）信號機查詢接口
通過交通信息資源平臺數(shù)據(jù)接口，向第三方提供信號機基本配置參數(shù)。
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第五篇：第三章 城市交通信號模糊控制理論
2城市交通信號模糊控制理論
模糊控制理論應(yīng)用于工業(yè)、汽車、家用電器、交通等各個領(lǐng)域，其在交通中的一個重要的應(yīng)用就是城市交通信號模糊控制。本章在闡述模糊控制原理的基礎(chǔ)上，介紹城市交通信號模糊控制的理論基礎(chǔ)，為下一章的城市交通信號模糊控制器的設(shè)計作理論鋪墊。2.1模糊控制基礎(chǔ)理論分析 2.1.1模糊控制的特點
模糊控制實際上是一種非線性控制，屬于智能控制的范疇。近幾十年來模糊控制理論無論是在理論還是技術(shù)上都有了很大的進步，模糊控制在實際應(yīng)用上也已經(jīng)碩果累累，這主要是由模糊控制的特點決定的：
1、模糊控制既具有系統(tǒng)化的理論，又有著大量實際應(yīng)用背景。
2、模糊控制是一種基于規(guī)則的控制。在實際的設(shè)計中不需要建立精確的數(shù)學(xué)模型，因而控制器的設(shè)計簡單，便于應(yīng)用。
3、基于模型的控制算法及系統(tǒng)設(shè)計方法，由于出發(fā)點和性能指針的不同，容易導(dǎo)致很大差異；但一個系統(tǒng)的語言控制規(guī)則卻具有相對的獨立性，利用這些控制規(guī)律間的模糊連接，容易找到這種規(guī)律，使控制效果優(yōu)于常規(guī)控制器。
4、模糊控制系統(tǒng)的魯棒性強，干擾和參數(shù)變化對控制效果的影響被大大減弱，尤其適合于非線性、時變及純滯后系統(tǒng)的控制。
5、許多復(fù)雜系統(tǒng)，很難建立模型和控制，因為它們包含不確定性、不精確性、并混雜有非線性和時變性。模糊控制對于那些數(shù)學(xué)模型難以建立，變化非常顯著的對象較適用。
6、是一種反映人類智慧思維的智慧控制。模糊控制采用人類思維中的模糊量，如“高”“中”“低”“大”“小”，控制量由模糊推理導(dǎo)出。這些模糊量和模糊推理是人類通常智慧活動的體現(xiàn)。
7、模糊控制具有語詞計算和處理不確定性以及模糊信息的能力。模糊控制本質(zhì)上是一種基于語言規(guī)則的仿人智能控制。由于控制對象僅能提供一些模糊信息，計算機參與這類控制時必須模仿人類能夠接受和處理模糊信息，進行模糊控制的本領(lǐng)。2.1.2模糊控制的基本概念
在人們的思維中，有很多沒有明確外延的一些概念，即模糊概念，如以人的年齡為對象，那么“年輕”、“中年”、“老年”就沒有明確的外延；不同的人有不同的感受與判斷；再如爐溫的“高溫”、“中溫”、“低溫”也是此類的概念。以上這種概念不能用經(jīng)典集合加以描述，不能絕對地區(qū)別“屬于”與“不屬于”，而要用模糊集合的概念描述。在本文中用到的模糊控制重要概念有：變量的論語、模糊子集、隸屬度、模糊關(guān)系與模糊矩陣。
1、論語：被考慮對象的所有元素的全體稱為論語，又稱全域、全集、有的也稱空間，一般用大寫字母U表示。
2、模糊子集：給定論語U，U到[0，1]閉區(qū)間的任意映射?A，?A：U→[0，1] ?→?A
都確定U的一個模糊子集A，A就是論語U的模糊子集。
~~
3、隸屬度函數(shù)：上式中?A稱為模糊子集的隸屬度函數(shù)。隸屬度函數(shù)的表示方法大致有以下三種：
(l)圖形表示法(2)表格表示法(3)公式表示法
4、隸屬度：?A(?)為?對A的隸屬度。
~
5、模糊關(guān)系：模糊關(guān)系R也稱模糊控制規(guī)則，它描述了元素之間的關(guān)聯(lián)程度，當(dāng)論域X、~Y都是有限集時，模糊關(guān)系可以用模糊矩陣來表示。設(shè)X=?x1,x2,???xn?，Y=?y1,y2,???yn?，模糊矩陣R的元素rij表示論域X中第i格元素xi與論域Y中的第j格元素yj對于關(guān)系R的~`隸屬程度，即?RXi，Yj?rij。
~??2.1.3模糊控制過程及原理分析
模糊控制的控制規(guī)律由計算機的程序?qū)崿F(xiàn)，實現(xiàn)的過程是：計算機采樣獲取被控制量的精確值，然后將此量與給定值比較得到誤差E；將誤差E作為模糊控制的一個輸入量；把E的精確量模糊化變成模糊變數(shù)，從而得到E的模糊語言集合的一個子集e~；由e~與控制規(guī)則R進行模糊推理，得到控制變量u，其中u=e?R，其中u是模糊變量；將模糊~~~~~~變量u轉(zhuǎn)換為精確量，這樣通過u可以對被控對象進行控制；循環(huán)進行第二次采樣，進行第~~二步控制，循環(huán)下去，最終實現(xiàn)被控對象的模糊控制。具體的模糊控制原理與過程如下圖所示：
模糊控制的核心是模糊控制器，在使用模糊控制器進行模糊控制時必不可少的三步驟為：精確量的模糊化、模糊規(guī)則的設(shè)計、反模糊化，下面分別分析、介紹這三部分。
（一）精確量的模糊化
精確變量的模糊化過程實際上是定義模糊變量的模糊子集的過程，而定義一個模糊子集就要確定模糊子集隸屬函數(shù)曲線的形狀，確定隸屬函數(shù)曲線有以下常用的幾種方法：
（1）主觀經(jīng)驗法：當(dāng)論域是離散變量時，根據(jù)主觀人數(shù)或個人經(jīng)驗，直接或間接給出隸屬的具體值，由此來確定隸屬度函數(shù)。
（2）分析推理法：當(dāng)論域連續(xù)，根據(jù)問題的性質(zhì)，應(yīng)用一定的分析與推理，決定選用某些典型的函數(shù)作為隸屬函數(shù)。如三角形函數(shù)、梯形函數(shù)、高斯函數(shù)等。
（3）調(diào)查統(tǒng)計法：以調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果所得出的經(jīng)驗曲線作為隸屬函數(shù)、作為隸屬曲線。根據(jù)曲線找出相應(yīng)的函數(shù)表達式。
將確定的隸屬函數(shù)曲線離散化，就得到了有限個點上的隸屬度，便構(gòu)成了一個模糊變數(shù)的模糊子集。模糊子集的數(shù)量一般選5個或7個為宜。隸屬度函數(shù)曲線的形狀一般有：三角形、梯形、高斯型等，在目前的應(yīng)用中大部分都是為方便起見采用梯形、三角形隸屬度函數(shù)。
（二）模糊規(guī)則的設(shè)計
模糊規(guī)則是模糊控制中的重要環(huán)節(jié)，模糊控制器正是依據(jù)這些模糊控制規(guī)則來完成最終推理，它用“IF--THEN”的形式描述被控對象的動態(tài)特性。目前模糊規(guī)則大都是專家經(jīng)驗確定，并且要求模糊控制規(guī)則要完整覆蓋模糊集合。
常見的模糊控制規(guī)則根據(jù)模糊控制器的種類不同可分為以下幾種：（1）單輸入單輸出模糊控制器
該種控制器僅有一個輸入變量、一個輸出變量，設(shè)模糊集合A為屬于論域X的輸入，~~模糊集合B為屬于論域Y的輸出，其控制規(guī)則通常由模糊條件語句
~~If A THEN B
~~~~
If A THEN B ELSE C
~~~~~~其中模糊集合B與C具有相同的論域Y，這種控制反應(yīng)非線性比例(P)控制規(guī)律。
~~~~(2)雙輸入單輸出模糊控制器
設(shè)模糊集合E屬于論域X的輸入，模糊集合EC屬于論域Y的輸入，兩者一同構(gòu)成模糊控制器的二維輸入，屬于論域Z的模糊集合U是模糊控制器的一維輸出，這類模糊控制器的控制規(guī)則通常由模糊條件語句
IF E AND EC THEN U
來表達，是模糊控制中最常用的一種控制規(guī)則，它反映非線性比例加微分(PD)控制規(guī)律。(3)多輸入單輸出模糊控制器
假設(shè)模糊集合A，B，C?N分別屬于各自論域的多維輸入，U為屬于其論域的單維~~~~~~~~~~~~~~~輸出，其控制規(guī)則通常由模糊條件語句
IF A AND B AND?AND N THEN U來描述。
~~~~~~~(4)雙輸入多輸出模糊控制器
設(shè)模糊集合E屬于論語X的輸入，模糊集合EC屬于論語Y的輸入，兩者一同構(gòu)成模糊控制器的二維輸入，多維輸出為UV?W的模糊控制器。這類控制器的控制規(guī)則可由一組模糊條件語句
~~~~~
IF E AND EC THEN U
AND
IF E AND EC THEN V AND
IF E AND EC THEN W
在制定模糊規(guī)則時要根據(jù)實際情況分別來設(shè)計確定合適的控制規(guī)則。
(三)模糊判決
通過模糊推理得到的結(jié)果只是一個模糊集合，但在實際執(zhí)行中，需要有一個精確值才能對被控對象進行控制，因此要有一個將模糊集合變成一個最佳代表的精確值的反模糊化這一過程。
該過程有三種方法：最大隸屬度函數(shù)法、重心法、加權(quán)平均法。最大隸屬度函數(shù)方法簡單快捷，但是不考慮輸出隸屬度函數(shù)的形狀，只關(guān)心其最大隸屬度輸出值，因此會丟失一些信息；重心法取模糊隸屬度函數(shù)曲線與橫坐標(biāo)圍成面積的重心為模糊推理最終輸出值，該方法與最大隸屬度法相比具有更平滑的輸出推理控制；加權(quán)平均是重心法的一種拓展方法，調(diào)整系數(shù)可以轉(zhuǎn)化為重心法，需要根據(jù)實際來確定系數(shù)。綜合上述，重心法較最大隸屬度方法更加平滑，較后者較簡單實用，故重心法是目前較理想的逆模糊化方法。
后面設(shè)計的模糊控制器使用重心法來解模糊，這里就著重介紹重心法，重心法是根據(jù)輸出模糊集合隸屬度函數(shù)曲線與橫坐標(biāo)圍城面積的中心相應(yīng)的輸出當(dāng)作精確值的輸出，其公式如下： ~~
~~~~~~~u????u?uii?1nni
i???u?i?1ui是對象論域中的元素，??ui?是論域元素ui對模糊子集的隸屬度
2.2城市交通信號模糊控制相關(guān)理論分析
城市交信號模糊控制是模糊控制在城市交通控制中的一個具體的應(yīng)用，它解決了城市交通信號控制建模難、建立的模型難以用算法求解的問題。本節(jié)結(jié)合具體的交通信號控制問題，利用模糊控制的基礎(chǔ)理論分析城市交通信號模糊控制理論。2.2.1城市交通信號模糊控制問題描述
傳統(tǒng)的單個信號交叉口控制方式：固定周期和綠信比的固定配時控制、感應(yīng)控制。固定配時根據(jù)以往觀測的交通需求，按預(yù)先設(shè)計的配時方案進行控制，無法根據(jù)相應(yīng)交通需求的隨機變化而變化。感應(yīng)控制在一定程度上克服了固定配時的不足，但在相位綠燈時間內(nèi)，只要檢測到車輛到達就給出一個單位的綠燈延時，直到最大綠燈時間為止。也就是說它只關(guān)心有無車輛到達、車輛到達與否，而沒有考慮有多少輛車到達，只能考慮一個相位方向的延誤情況，而沒有真正的總體考慮總延誤，因而無法真正響應(yīng)各個相位的交通需求。
模糊邏輯控制是一種新型的智能控制方式，它綜合考慮交叉口車輛到達與排隊情況，以交叉口的總延誤最小為控制目標(biāo)，調(diào)整控制策略使得交通控制能真正響應(yīng)交通實時變化的需求。
城市交通信號模糊控制通過設(shè)置在各個車道上的車輛檢測器檢測到各個相位的到達車輛數(shù)，計算出各個相位的車輛排隊長。通過綠燈相位的入口流量、車輛排隊長度來考察綠燈相位的交通情況、紅燈相位的車輛排隊長度來考慮紅燈相位的交通狀況，綜合考慮紅燈、綠
燈相位的交通情況，用城市交通信號模糊控制器做出是否轉(zhuǎn)換信號的判決，通過是否轉(zhuǎn)換交通信號來影響交通流。根據(jù)城市交通信號模糊控制的思想：當(dāng)綠燈相位的車流量很大、排隊長度相當(dāng)長時，有必要延長該相位的綠燈時間，但是是否做出延長綠燈時間的決定還要看紅燈相位的交通情況，若紅燈相位的排隊長度很小時，控制器就會做出延長綠燈時間的判決； 若紅燈相位排隊長隊很長時，綜合考慮總的車輛平均延誤就不一定會繼續(xù)延長綠燈時間，到底做出什么樣的判決，取決于模糊控制器的設(shè)計，模糊推理規(guī)則的設(shè)定。要得到理想的控制結(jié)果就要合理設(shè)計城市交通信號模糊控制器、合理設(shè)置模糊推理規(guī)則。
可以解決的問題可以用以下實際問題來描述：假設(shè)一個平面交叉口采用典型的四相位放行控制方式：東西直行為第一相位，東西左轉(zhuǎn)為第二相位，南北直行為第三相位，南北左轉(zhuǎn)為第四相位。
注：
1、由于中國的道路交叉口的右轉(zhuǎn)車流一般不受城市交通信號的控制，所以城市交通信號模糊控制中不考慮右轉(zhuǎn)車流。
2、各個相位的直行、左轉(zhuǎn)車道上設(shè)置一組車輛檢測器，可以實時檢測到各個車道的車流到達、車輛排長度。
根據(jù)以上所述，該城市交叉口交通信號控制問題可以描述如下：
控制目標(biāo)：使通過交叉口的車流量的平均排隊長度最短，車輛平均延誤最小。城市交通信號模糊控制器綜合考慮綠燈相位、紅燈相位的交通情況，做出以交叉口的總延誤最小為控制目標(biāo)。
控制變量：信號周期、各相位的綠信比。模糊控制器做出是否延長放行相位的綠燈時間的決定，延長綠燈時間會增加總的綠燈時間，也會改變信號周期，這樣就會調(diào)整信號的綠信比。
2.2.2城市交通信號模糊控制原理分析
城市交通信號模糊控制器是城市交通模糊控制決策部分，做出是否轉(zhuǎn)換交通信號的決定來影響控制交通流，交通流的變化會使得紅燈、綠燈相位的交通狀況的變化，城市交通信號模糊控制器會根據(jù)實際情況做出相應(yīng)的是否轉(zhuǎn)換相位的決策，周而復(fù)始，進行實時交通控制。
針對以上城市交通信號控制問題，城市交通信號模糊控制的控制思路與策略是這樣進行的：
1、給定每個相位的最小綠燈時間與最大綠燈時間，以保證通行相位的車輛通行權(quán)、與
等待相位車輛的通行權(quán)。
2、假設(shè)按最初給定該相位的最小綠燈時間放行第一相位(東西直行)，放行時間到達最短綠燈時間時開始計算該放行相位的入口流量、排隊長度、下一個要放行相位的排隊長度，通過模糊控制器綜合考慮是否繼續(xù)放行當(dāng)前相位，模糊控制器做出決策。
3、如果繼續(xù)放行該相位就在最短綠燈時間的基礎(chǔ)上增加一個延長綠時間，否則就放行下一相位。
4、每一相位放行時間到達最大時間時就自動強制轉(zhuǎn)換下一相位。
5、這樣循環(huán)控制形成周期、綠信比隨交通狀況實時變化的控制方案。城市交通信號模糊控制把城市交通模糊控制器與交通流生成、交通車輛延誤綜合考慮的周期循環(huán)控制。要進行城市交通信號模糊控制需要幾個重要的組成部分：交通流、車輛檢測器、模糊控制器、交通延誤。計算具體的框架如下圖：
該控制過程通過交通流生成模型生成一定的交通流，生成的交通流通過車輛檢測器可以檢測監(jiān)視得到綠燈相位的排隊長度、綠燈相位的入口流量、紅燈相位排隊長度三個城市交通模糊控制器的輸入量；將該輸入量輸入模糊邏輯控制器后，可以得出該時段的控制策略；對交通信號進行控制；對交通信號控制同時會對交通流產(chǎn)生影響，形成新的交通流繼續(xù)以上的循環(huán)可以對一定時段的交通信號進行控制。
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