城市轨道交通信号控制系统论文,道路路段交通优化，城市轨道交通信号控制系统论文

李雅君

摘要:城市主干道作为城市路网的重要组成部分，其畅通程度直接影响着整个城市路网的效率。传统的城市主干道交通信号协调控制方法注重交通运行的个体研究，但没有仔细考虑主干道交叉口协调优化控制的关键点。由于城市道路交通需求在空之间的分布不均匀，以及主干道相邻交叉口之间交通速度的随机波动，协调优化的主干道交通信号并没有取得理想的实用效果。通过研究城市干线交通流的运行过程，利用交通信号灯的数学建模，使城市干线交通流的运行状态与实际情况合理拟合，系统分析干线车辆在交叉口延误的内在规律。提出了城市干线交通信号协调优化控制的关键问题，对改善城市交通拥堵，提高公安交通管理部门的城市交通管理和服务能力具有重要的学术意义和实用价值。

关键词:城市主干道；交通信号；协调控制；模型交通灯

城市主干道交通信号协调与优化控制关键问题的研究与实践

李雅君

(甘肃警察职业学院，兰州730046，中国)

摘要:城市主干道作为城市路网的重要组成部分，其畅通与否直接影响到整个城市路网的运行效率。传统的城市道路干线交通信号协调控制方法注重交通运行的个体研究，没有考虑干线交叉口信号协调和优化控制的核心关键。由于城市道路交通需求分布的不均匀和主干道交叉口交通流速度的随机波动，主干道交通信号的协调优化并没有达到预期的效果。本文研究了城市主干交通流的运行过程，利用交通信号灯数学建模来合理模拟城市主干交通流的运行状态和实际情况。通过分析主要车辆在干线各交叉口延误情况的内在机理，提出了城市主要道路交通信号协调控制的关键问题。这对改善城市交通拥挤状况，提高干线公路服务能力具有积极的现实意义。

关键词:城市干道；交通信号；协调控制；交通灯模型

1城市干线交通信号协调优化控制关键问题的研究背景和意义

1.1研究背景

随着我国道路交通体系的日益发展和完善，城市主干道在保障城市正常的社会经济活动中发挥着越来越重要的作用。以城市主干道和城市快速路为代表的主干道起着人体动脉和血管的作用，直接影响着主干道周边大型路网的交通运行状态。目前，提高城市干线交通运行效率最有效的方法是协调和优化干线交通信号，尽可能保证干线交通流的连续性和畅通性。但由于我国各大城市干线与次干线之间的道路大多为平面交叉口，因此在协调优化干线交通信号时，必须考虑次干线的交通运行状态、周边路网的交通需求以及交通流的时间空分布。城市主干道交通信号优化控制的普遍研究思路是根据主干道周边的交通环境条件，将所有交叉口统一分组考虑，对主干道沿线的交通信号系统控制策略采用以联动为特征的系统控制方案。这种交通信号系统控制思想在整体形式上符合干线信号协调控制的思想和要求，但实际运行过程以相邻两个交叉口之间的单个交通流为研究对象，缺乏对干线信号协调控制核心问题的研究和应用。具体来说，干线交通流上游通畅，下游受阻；信号红灯下车辆排队长度是否适合实际道路交通情况；绿灯亮时路口滞留车辆消散的时间是否与信号周期相协调。因此，城市干道交通信号协调与优化控制的研究应从基于过程的研究取向转变为基于问题的研究取向，以符合交通运行的实际情况。

1.2研究意义

在城市交通管理中，优化协调城市干线交通信号控制是目前最常用的方式。一般来说，城市干线连续交叉口之间的交通流运行过程中遇到的红灯越少，停车次数越少，这条干线的畅通性越好，运行效率越高，这就是所谓的“绿波带”信号控制思想。但实际情况是，这种“绿波带”的信号控制效果从城市干线交通流量未饱和的某一时刻开始逐渐呈现出衰减的现象，并且随着信号周期的推移和交通流密度的增加，衰减程度越来越大。这种现象是由宏观上的交通流量增加、干线空之间车辆占用率的增加和微观上的个别车辆快速减速、左转车流引发的交通冲突等等造成的。因此，要实现干线信号的协调控制，就要着眼于整个干线，以整体交通流为研究目标，根据交叉口序列，系统分析干线信号协调的关键问题，确定系统信号周期、车辆排队长度和车流消散耗时之间的相关性，采用与实际交通运行状态紧密匹配的科学合理的信号协调控制方案， 从而使该路段通过干线的车流能够最大限度的畅通，使信号控制系统达到最佳的运行效果。

基于交通灯模型的干线交通信号协调优化控制关键问题研究

对于干线信号的协调优化控制，其主要作用是在时间上合理分配交通流，使干线车辆和交叉口其他车辆按照设定的相位最大限度地利用信号周期内的通行时间，提高信号周期的时间占用率和交叉口的空占用率。对于有连续干线的路口，绿灯亮后上游路口的车流量会饱和，一般会按照车辆排队顺序行驶到下游路口。如果以整体干线交通流为研究目标，则应合理计算和消除上游红灯时车辆排队造成的延误和绿灯时车辆排队消散造成的时间延误，使干线交通尽可能达到不停车、不超车的稳定交通流运行状态。这样就综合考虑了上下游交通流是否始终畅通、红灯下车辆排队长度是否与实际道路交通情况相匹配、绿灯亮时滞留在队列中的车辆消散时间是否会造成干线信号协调控制效果衰减等关键问题。因此，本文利用交通流守恒模型定性描述城市干线交通流的运行状态，通过建立干线交通灯模型，分析研究交通流量、速度和密度之间的关系，准确定量地提出城市干线交通信号协调优化控制的关键问题。

2.1交通流守恒基本理论模型的建立

2.1.1介绍三个基本功能

流量q(x，t):单位时间内t点通过x点的车辆数。

密度ρ（x，t）：时刻t点x处单位长度内的车辆数。密度ρ(x，t):时间t点X处单位长度的车辆数。

2.2城市干线交通灯模型的系统建立及关键问题的确定

2.2.1模型的建立和求解

当路况、车流密度均保持不变时，改善交通状况的关键便在于对交叉口交通流的管理，因此有必要研究在红绿灯下的车流模型。为方便起见，设交通信号灯置于x=0处，若原来城市主干道上的交通流处于稳定状态，设初始密度f（x）为常数，某时刻红灯一亮，信号灯前面（x>0）的车辆继续行驶，而后面（x