交叉口信号控制周期优化模型对比分析

交叉口信号控制周期优化模型对比分析
摘要：交通信号灯是非常重要的交通控制措施，合理的信号配时可以缓解交通
堵塞问题，而信号周期优化模型在交叉口的设计管理上更起着关键作用。

本文在
分析现有信号交叉口周期优化模型的基础上，依照我国交叉口的实际情况，以车
辆延误、排队长度、通行能力为指标参数，提出了一种多指标优化的信号周期优
化模型并对其进行分析。

关键词：信号周期优化模型；延误；通行能力
1研究背景
当今我国的道路交通运输量快速增多，城市道路交通存在的缺点也随之显现。

城市道路交叉口是道路交通上的重要关节，它能够影响着车流量的连续性、车辆
停驶的时间长短以及交通事故的发生频率。

城市道路交通控制是提高道路通行能力、解决城市交通问题的重要措施之一,而城市交通信号控制的技术关键在于交叉
口的信号配时。

2传统的信号周期优化模型
2.2 ARRB信号周期模型
韦伯斯特模型分析的指标单一，对于许多交通状况不能使用，所以至今有一些研究者多
方面的弥补该模型存在的缺陷。

最为交通业熟知的就是澳大利亚的阿克塞立科把“停车补偿
系数”加入了韦伯斯特模型中。

另外，他还将这个系数挂钩于车辆延误时间，来评价交叉口信
号周期的优化度。

该优化模型的表达式为
PI=d+K h
公式中，
PI——运行指标；
d——所有的车辆总延误时间(s)；
h——所有的车辆停车率；
K——起主要作用的车辆停车数的加权系数。

将上述的运行指标公式对信号周期C求导，并使其一阶导数等于0。

经过大致地推算，
最后得出ARRB模型的最佳信号周期理论计算公式，其表达式为
其中，
C0——最优信号周期(s);
L——总损失时间(s)；
Y——全部主要作用相位主要车道的流量比总和。

从公式中可以看出，当K=O时，该公式与Webster公式很接近。

因为ARRB模型中只有
利于起主要作用的车流，实际信号周期的取值一般比ARRB模型求得的最优周期再小一些。

这样的取值有利于减小行人过路时的延误和不是起主要作用的车流的延误。

2.3传统周期优化模型的对比分析
韦伯斯特模型在低饱和度条件尤其是在交叉口饱和度小于0.85下能够较好地测算延误。

当交叉口饱和度接近1.0时，延误趋于无穷大，不再适用。

阿氏模型在低饱和度条件下能够
较好地测算延误，在高饱和度条件下模型明显高估延误。

3 多指标优化周期模型
在交通信号控制的理论中，道路容量、饱和度、车辆延迟时间、队列长度和车辆停留时
间可以反映交叉口车辆的运行特性。

在进行交叉口信号周期设计的过程中也是必不可少的。

让道路交通具有较大的通行能力以及较低的饱和度，使通过交叉口的所有车辆总延误时间与
排队长度最短正是交通信号控制想要实现的结果。

本章的周期优化模型是根据车辆延误加排
队长度减通行能力得出的值来确定最佳周期时长。

该周期时长就是一个临界值，若是大于该
周期时长就会对道路交通弊大于利。

3.1 信号周期优化模型
信号交叉口周期优化的最有效的解决方法就是加大通行能力、减小车辆延误和排队长度。

这三个性能指标的单位不同，对其最早使用值进行若干个基本量的乘方积处理。

权重值是指
性能指标的相对重要程度，因为其重要程度不同，所以也需要加权处理。

最后多指标信号周
期时长优化函数为
公式里各种参数的含义为:
D——交叉口车辆的平均延误；
D0——交叉口车辆的最早使用延误；
Q——交叉口车辆排队长度；
Q0——交叉口车辆最早使用排队长度；
B——交叉口通行能力；
B0——交叉口最早使用通行能力；
（1）交叉口车辆的平均延误采用韦伯斯特模型中公式
其中,
DI——第i相位每辆车的平均停车延误(s);
C0——最佳周期时长(s);
qi——第i相位流量；
——第i相位绿信比；
yi——第i相位的交通流量比；
Xi——第 i 相位的饱和度。

（2）交叉口车辆的排队长度 Q 的计算公式为
公式中，
Zn是上一个周期滞留的车辆数
Pn为该周期红灯期间到达的车辆数与绿灯期间消散的车辆数之差
3.2周期优化模型算法分析
针对多指标的周期优化模型，在计算最优周期上采用了“定步长搜索法”，依据具体的算
法步骤计算周期。

确定一个周期时长的搜索范围。

根据现在交通控制的发展，选取了
40<C<200 的时长段，每一次周期时长增加1s；取最小范围值 C=40，令C0=C，计算 PI(C0)；
令 C=C+I，计算 PI(C)，假使出现 PI(C)<PI(C0)的情况，取=C；如果C<200，重新在步骤(3)开始
向下计算；否则结束计算。

从平均延误、排队长度与通行能力三个性能指标对交叉口信号周期模型进行比较。

通过
计算结果可以看出，韦伯斯特方法计算得到最佳周期比本文提出的模型方法大不少，但通行
能力提高却不高。

HCM方法计算得到的周期时长与本文提出的方法相差较小，但通行能力却
下降了。

多指标模型总体在三个性能指标中比其他模型存在优势。

4结语
本文首先介绍了论文存在的目的和意义以及国内外现在对其进行研究现状，然后是分析
及应用了交叉口信号周期优化模型。

由于知识欠缺，模型的分析还不够到位，需进一步改进。

缓解城市交通堵塞的重要措施是快速发展城市公交运行，公交优先信号控制在未来的交通发
展中必将成为重点。

参考文献
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