新疆农业大学学报２０１０，３３（５）：４５７～４５９ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
文章编号：１００７—８６１４（２０１０）０５—０４５７—０３ 城市道路交叉口信号控制方案设计及优化 孙亮，刘小勇 （新疆农业大学机械交通学院，乌鲁木齐８３００５２） 摘要： 对城市道路交叉口交通流量进行了分析，根据交叉口流量，设计信号控制方案，并使用Ｔｒａｎｓｙｔ一７Ｆ软件 进行优化。通过使用Ｔｒａｎｓｙｔ一７Ｆ软件对交叉口交通情况进行仿真评估，优化后信号配时仿真的功效指标比优化前 改善了４３．７ ，交叉口服务水平提高了一个等级。
关键词：交叉口；交通流量；信号控制 中图分类号：Ｕ４９１．２３２ 文献标识码：Ａ
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ０ｆ ｔｈｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｌａｎ ｏｆ Ｕｒｂａｎ Ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ ＳＵＮ Ｌｉａｎｇ，ＬＩＵ Ｘｉａｏ—ｙｏｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｕｒｕ～ ｍｑｉ ８３００５２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ ａｎａｌｙｓｅｄ ｔｈｅ ｔｒａｆｆｉｃ ｆｌｏｗ ｏｆ ｕｒｂａｎ ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎｓ，ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｌａｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｒａｆｆｉｃ ｆｌｏｗ，ｔｈｅｎ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｔｈｅ ｐｌａｎ ｂｙ Ｔｒａｎｓｙｔ一７Ｆ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｔｒａｎｓｙｔ一７Ｆ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｓｉｇｎａｌ ｃｏｎｆｉｇ— ｕｒａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ４３．７ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈａｔ ｂｅｆｏｒｅ ｏｐｔｍｉｚｅｄ．Ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｆ ｓｅｒｖｉｃｅ ｉｎ ｉｎｔｅｒｓｅｃ— ｔｉｏｎ ｗａｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ｏｎｅ ｇｒａｄｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ；ｔｒａｆｆｉｃ ｆｌｏｗ；ｓｉｇｎａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ
在城市道路交通中，经常遇到交通量大，交通情 况复杂，自适应交通控制的效果差，甚至失效，达不 到预期控制效果。为弥补自适应信号控制的不足， 设计分时段固定配时信号控制方案是一种有效的交 通控制方案，可保证交叉口正常秩序和通行＿１ ］。 为获得更优固定配时信号控制方案，据交叉口车流 量统计结果，计算信号控制方案；使用Ｔｒａｎｓｙｔ一７Ｆ 软件对信号配时进行优化；并使用Ｔｒａｎｓｙｔ－７Ｆ软件 对交叉口进行仿真，对优化过的信号配时进行评估， 与现有方案对比，选择优最方案。
１信号配时计算与优化 １．１信号配时计算 信号配时计算方法比较单一，只是在参数选取
收稿日期：２０１０—０１—０７ 基金项目：世界银行贷款项目（Ｏ５ＥＳＯ１ＧＰＦ１１ＷＤｌ６Ｏ１） 通讯作者：刘小勇，Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｒｏｎｇｌｉｕ＠２６３．ｎｅｔ
上稍有差异。现选择我国使用最多的计算方法Ⅲ： 信号周期：各相位信号灯轮流显示一次所需时 间的总和。
Ｃｏ一 式中：Ｃ０为信号最佳周期（ｓ）；Ｌ为周期总损失时问 （ｓ），与车辆启动损失时间、绿灯间隔时间及相位数 有关；Ｙ为组成周期全部相位的最大流量比之和。 绿信比：各相位所占绿灯时间与周期时间之比。
Ｇ —ｍａｘ
（ Ｙ
＿ｉ，Ｙｉ．．．）
ｇｄ （２） 一 ——— ＿一 Ｚ Ｊ
式中： 为有效绿灯时间（ｓ），Ｇｅ—Ｃｏ—Ｌ；ｇ 为第ｌ 相位有效绿灯时长，用式（２）可求得各相位有效绿 灯时长；ｍａｘ（Ｙ ，Ｙ ．）为第Ｚ相位的最大流量比。 ４５８ 新疆农业大学学报 ２０１０年 １．２信号控制方案优化 Ｔｒａｎｓｙｔ一７Ｆ软件具有对交叉口、路段、路网进 行交通仿真、信号配时优化、交通状况评估等功 能ｌ＿５］。使用Ｔｒａｎｓｙｔ一７Ｆ软件对计算所得信号配时 进行优化。该软件的优化模型有爬山算法和遗传算 法。本研究使用的是遗传算法。在使用该软件进行 方案优化时，需要确定以下重要参数： 各流向交通流量：交叉口进口各流向的实际流 量，可调查得到。 信号相位：交叉口控制信号给各进口流向分配 绿灯的方式，由交叉口实际情况及流量特性决定。 初始信号配时：根据实际流量用公式（１）、（２）计 算得到。 信号配时优化参数：可选择的优化对象，有周 期、绿信比、相位差、相序。 优化指标选择：优化标准，有延误、停车次数、燃 油消耗率等。 最大周期：优化方案允许的最大周期。 最小周期：优化方案允许的最小周期。 交叉口进口车道饱和流率：交叉口各进口车道 的最大通行能力，可实测或计算得到；遗传算法参 数：杂交率、变异率、种群选择概率、最大演化代数、 种群、随机数。 １．３信号控制方案评估 使用Ｔｒａｎｓｙｔ一７Ｆ软件对交叉口交通情况进行 仿真，对优化前后的信号控制方案进行评估，通过评 估报告对比，可判断优化结果是否有效。评价指标 主要有饱和流率、总延误、平均延误、总停车数、总停 车率、燃油消耗、功效指数、服务等级等；其中功效指 数是延误、停车、油耗等指标的线性组合，是仿真对 象的总体评价；所有指标值越小越好。 ２ 应用实例 ２．１信号相位确定 本研究以乌鲁木齐市人民路一新华路交叉口为 例。该交叉口４个进口各有一条左转、两条直行、一 条右转车道，有地下通道，没有非机动车干扰。优化 前使用的信号控制相位见图１：４个相位，４个进口 轮流放行。
Ｌ ＪｌＬ ｆ－ — １ －｝ｔ广
相位一 相位二 相位三 相位四 图１ 优化前信号控制方案相位示意图 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｓｋｅｔｃｈ ｍａｐ ｏｆ ｓｉｇｎａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｌａｎ ｂｅｆｏｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚａ－ ｔｉｏｎ
２．２ 交通流量 本研究所用通流量数据来源于乌鲁木齐市自适 应交通控制系统，根据２４ ｈ流量统计，发现该交叉 口晚高峰（２０：００～２１：３０夏季）是全天流量最大的 时段。现实情况也是每天在这个时段该交叉口拥堵 最严重。提取该交叉口晚高峰各进口流量（表１）。
表１高峰小时交通量（夏季２Ｏ：（）（）～２１：３０） Ｔａｂｌｅ ｌ Ｔｒａｆｆｉｃ ｖｏｌｕｍｅ ｉｎ ｈｕｓｈ ｈｏｕｒ（Ｓｕｍｍｅｒ ２０：００～２１：００）
交通量（辆／ｈ） ２３０ １１５８ １９２ ３５３ １２８３ １３０ １２２ １２６３ ２１０ ２１０ ４８４ ８０ ２．３信号配时计算 使用信号配时计算公式（１）和（２），根据候选方 案相位对晚高峰小时交通量进行运算，相位一、相位 二、相位三、相位四所得信号配时分别为：４７，５０，２１， ３２ Ｓ，周期１５０ Ｓ。 ２．４信号配时优化 优化参数设置：信号配时优化参数：只对周期、 绿信比进行优化；因为是对单个交叉口进行优化，所 以不用考虑相位差和相序；当对相互关联的几个交 叉口或路网进行优化时，就要对所有参数进行优化。 优化指标：选择最低燃油消耗；在因信号灯造成 的延误、停车数、燃油消耗几个指标中，燃油消耗最 能引起重视，所以选择最低燃油消耗； 最大周期：１６０ Ｓ；虽然随着周期的增加，交叉口 通行效率在增加，但造成的延误也会增加；当周期大 于１６Ｏ Ｓ时，延误会大幅度增加，所以选择优化允许 最大周期为１６Ｏ Ｓｌ６］。 最小周期：６０ Ｓ；为满足各相位的最小绿灯时间 需要。 交叉口进口车道饱和流率：一条直行车道 第５期 孙亮，等：城市道路交叉口信号控制方案设计及优化 ４５９ １ ６００辆／ｈ（实测值），一条左／右转车道１ ４５０辆／ｈ （实测值）。 遗传算法参数选取：所有的参数取值都决定于 优化对象的复杂程度，对单个交叉口控制方案进行 优化，选择最小的有效值就可以得到优化结果，并且 可以节省软件运行时间。杂交率为３Ｏ ，变异率为 １ ，种群选择概率为０．Ｏｌ％，最大演化代数为 ３０代，种群为１０，随机数为７ ７８１（默认）。优化后的 控制方案见图２。
．Ｊ Ｌ ．１ ＪＩ 一 Ｊ Ｌ Ｊ Ｌ￣－－ Ｌ
＿’ ｒ １ 广 ｔ广 广 １ １广
相位一 相位二 相位三 相位四 相位五 图２优化后信号控制方案相位示意图 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｓｋｅｔｃｈ ｍａｐ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌ ｔｒａｆｆｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｌａｎ ａｆｔｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
信号控制方案的相位由４相位变成５相位，其 中第一、第二相位分别是东西直行相位和左转相位， 第三、第五相位是南北直行和左转相位，第四相位是 北进口的直行和左转同时放行相位，是符合该交叉 口北进口交通量大的实际需求。相位一、相位二、相 位三、相位四、相位五优化后的信号配时为５８，３２， ２８，１Ｏ，２３ Ｓ，周期１５０ Ｓ。因为是对单个交叉口信号 控制方案进行优化，所以不需要设置相位差。 ２．５配时方案评估 对优化前４相位控制方案和优化后５相位信号 控制方案使用Ｔｒａｎｓｙｔ－７Ｆ进行评估，结果见表２。 表２信号控制方案评估结果 Ｔａｂｌｅ ２ Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｌａｎ 注：服务水平Ｅ表，下不畅通，时常出现二次排队；Ｆ表示不畅 通，出现大量二次排队。 优化后的信号控制方案与优化前方案相比，在 通过交叉口流量相同的情况下，各种延误、停车指标 以及燃油消耗指标都比较优越；并且交叉口服务水 平在优化后为Ｅ，比优化前提高了一个等级。评估 指标功效指数下降４３．７ ，评估结果对比证实该交 叉口的信号控制方案确实得到了优化，对交叉口交 通拥堵有显著改善。
３ 结论 根据交通流量计算配时方案，使用Ｔｒａｎｓｙｔ－７Ｆ 软件对方案进行优化，并进行仿真评估，可得到更优 越的信号控制方案。对于交通流量大、情况复杂，自 适应信号控制效果不理想的交叉口，这是一种有效 缓解交通拥堵的信号控制方法。
参考文献： ［１］万伟，陈锋．基于遗传算法的单交叉口信号优化控制 ［Ｊ］．计算机工程，２ｏｏ７，１６（３３）：２１７—２１９． ［２］道路与交通工程研究学会．交通信号控制指南——德 国现行规范［Ｍ］．李克平，译．北京：中国建筑工业出版 社，２００６． ［３］翟忠民，景东升，陆化普．道路交通实战案例［Ｍ］．北 京：人民交通出版社，２００７． ［４］徐吉谦，任福田．交通工程总论［Ｍ］．北京：人民交通出 版社，２００４． ［５］ 静态交通控制系统一ＴＲＡＮｓＹＴ［ＥＢ］．（２００９—０８—２８）． ｈｔｔｐ ｝｜ ．ｚｈｉｎｅｎｇｊｉａｏｔｏｎｇ．ｃｏｍ／２００９／０８２８／１８３３． ｓｈｔｍ１． ［６］Ｃｈａｎｇ Ｙｕｌｉｎ，Ｃｕｉ Ｙｉｂｏ，Ｚｈａｎｇ Ｐｅｎｇ．Ｍｕｌｔｉ—ｐｈａｓｅ ｓｉｇｎａｌ ｓｅｔｔｉｎｇ ａｎｄ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｓｉｇｎａｌｉｚｅｄ ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｕｆｈｅａｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｅｎｇｌｉｓｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ）， ２００９（３）：１２３—１２８．