Synchro交通信号协调及配时设计软件

Synchro 交通信号协调及配时设计软件
一、引言
Synchro——交通信号协调及配时设计软件是美国Trafficware 公司根据美国交通部标准HCM规范研发的，该标准中的参数是根据汽车性能、驾驶员的行为习惯、交通法规等设定的，计算得出的某些结果(如延误时间、服务水平、废气排放等)，作为方案比较的相对参数，具有重要参考价值的，信号配时也非常合理。

Synchro是进行交通信号配时与优化的理想工具，具备通行能力分析仿真，协调控制控制，自适应信号控制仿真等功能，并且具备与传统流行交通仿真软件CORSIM，TRANSYT一7F，HCS等的接口，其简单易懂，具有很高的工程实用价值。

Synchro——交通信号协调及配时设计软件包含的组件有：Synchro，SimTraffic，SimTraffic CI，3D Viewer，Warrants。

目前，Trafficware公司已推出Synchro 7版本。

同Synchro 6相比，Synchro 7增加了一些不错的新功能，但却不会使你操作起来感觉陌生：例如，现在你在Synchro内就能察看整个路网的几何布局，直接在地图侧边栏（map sidebar）上就可以编辑所有数据，同时还可以使用多位图（multiple bitmaps）创建背景图像。

SimTraffic 7内置SimTraffic CI，赋予用户更多控制权。

现在，你可以指定道路详细的几何特征及探测器布局，以及显示探测器的位置。

同时你只需轻轻一点，就可利用附加的3D观看器以三维视图查看所有事物。

3D Viewer 7是美国Trafficware公司开发的一个具有革新性意义的插件，用户只需轻轻一点，就可从SimTraffic 7中直接生成三维场景，生成的视图场景接近真实场景。

Warrants 7是一个简便易用的软件模块，可以帮助交通专业人士决定在一个交叉口是否需要交通信号灯。

Warrants 7可以一次评估整个交叉口网络，获取每个交叉口的时间段交通量。

此外，Warrants 7还能与Synchro交换布局及交通量信息，方便建模。

Warrants 7可作为一个独立工具来运行，或与Synchro配合来评估多个交叉口。

Warrants 7会根据MUTCD 2003信号标准与规则来评估交叉口；可以方便地与Synchro交换交叉路及容量数据，从而加快模型生成速度。

Warrants 7也能从其它一些数据源，包括Microsoft Excel、TMC.vol文件中导入数据。

当评估结束，Warrants 7会生成质量报告以显示评估结果。

1.SimTraffic 软件介绍
SimTraffic软件的微观仿真模型是在美国联邦公路局（FHWA）20多年来对道路车辆和驾驶员特性进行深入研究的基础上构造的，特别是针对于不容易从宏观角度进行建模的复杂的交通情况进行分析非常有效，包括：临近交叉口间的拥堵问题、临近交叉口间的车道变换问题、信号灯对临近无信号交叉口和车道的影响、严重拥挤交叉口的运行等。

SimTraffic软件可以对下列交通现象进行仿真分析：
●定时信号
●感应式信号
●双向停车控制交叉口
●全向停车控制交叉口
●高速公路
●道路弯曲
●大的环形交叉口
●车道增加和减少
●小汽车、卡车、公交车
●行人
SimTraffic软件提供了丰富的输出报告与详细的评价指标，包括停车延误、停车次数、排队长度、车速、行驶时间和距离、感应绿灯时间、燃料消耗和尾气排放。

2.技术参数：
设计所需主要数据：
1、路口地面渠化；
2、每方向相位上的交通流量；
3、车道宽度；
4、车道坡度；
5、地区类型（CBD或其他）；
6、路边停车区长度；
7、路边停车区车道数；
8、转弯速度；
9、每小时每方向行人数量；
10、每小时公共汽车数量；
11、重型车辆比例；
12、是否设置右转控制相位；
13、车辆行驶速度
以上要求指标为基本要求指标，需要路口直接考察确定的数据，此外还包括设计时设计人所要求的一些技术指标（如最短绿灯时间、黄灯时间、全红时间等）。

3.主要目标参数：
设计完成后所形成的数据有：
1、单一路口配时方案
2、线控道路路口配时方案及相位差
3、车辆行驶延误时间
4、路口配时设计方案的服务水平
5、燃料（汽油等）消耗量
6、废气（CO、NO等）排放量
7、路口配时方案使用情况电子演示
以上目标参数为基本目标参数，设计方案形成的报告有16个，其他包括车道现状设计参数报告、流量现状设计参数报告、相位现状设计参数报告、设计方案车辆排队报告、配时设计方案报告、服务水平报告、路网使用效率报告等报告。

由于美国交通现状和中国交通现状的
差别，因此设计产生的部分数据及报告（如人行灯的设置、汽车尾气排放等数据）与实际情况存在出入，设计时应考虑到这部分的影响，进行人工修整。

SYNCHRO软件由于同时结合了道路容量分析、服务水平评估及信号配时设计等多项功能，且可同时适用于市区独立路口、干道系统与网络系统等多种道路几何类型。

此外，SYNCHRO在从事信号配时设计时，其信号优化目标设定，除可沿用传统独立路口配时设计所常用的最小化平均延误外，还以干线绿波带最大宽度为优化目标，同时兼顾到路口相位设计需要，功能强大。

SYNCHRO在实际操作使用方面，除可提供方便操作的窗口编辑式人机接口〈如图1所示〉外，亦可与实时车流仿真软件SimTraffic相互结合，来展示模拟结果；同时，SYNCHRO更可将所构建完成的路网几何数据转换成可与传统模拟模式CORSIM、路网配时设计模式TRANSYT以及容量分析模式HCS等三个常用交通工程分析软件来相互转换使用档案，便于使用者针对各种建议方案进行客观性的整合分析与应用。

图1 SYNCHRO软件窗口操作接口图
二、SYNCHRO软件主要功能
以下针对SYNCHRO软件路网编辑及其基本输入、输出窗口接口作一扼要说明。

〈一〉路网编辑
SYNCHRO软件共可提供两种构建新路网的方法：
1.手绘路网图。

系以描绘路段方式来建立新路网，路段经连接后，可成为一处交叉路口；SYNCHRO程序默认值为有信号控制路口，但也可透过该路口属性窗口，将其控制型态更改为无信号控制路口。

2.插入DXF地图档作为背景。

SYNCHRO可输入格式为DXF文件电子地图作为背景底图，以供描绘出路网，如图2所示。

图2 SYNCHRO与DXF图档结合
当路网输入并初步构建后，路网中各路口或路段几何数据增添或修改，即可经由路口及路段属性窗口进行编辑，如图3与图4所示。

图3 路段属性窗口
图4 路口属性窗口
〈二〉路段窗口(Lane Window)
SYNCHRO路段窗口主要是针对分析路网车道几何与交通条件〈例如
车道配置(Lanes and Sharing)、
理想饱和流率(Ideal Saturation Flow)、
车道宽(Lane Width)、
坡度(Grade)、
地段类型(Area Type)
储车长度(Storage Length)、
储车道数(Storage Lane) 、
总损失时间(Total Lost Time)、
前置感应器(Leading Detector)
后置感应器(Trailing Ddtector)
转弯速度(Turning Speed)
右转渠化(Right Turn Channelized)
路缘石半径(Curb Radius)
增加车道(Add Lanes)
保护左转(Protected LeftTurn)
右转因子(Right Turn Factor)、
允许左转(Permitted Left Turn)
右转因子、
红灯右转（Right Turn on Red）
间距因子(Headway Factor)…等项目〉，
以简单明了的方式来进行数据表单输入；并配合各项调整系数的计算，便于用户从事输入数据的查核作业，如图5所示。

图5 路段数据输入窗口
〈三〉流量输入窗口(Volume Window)
针对路口交通流量的调整系经由SYNCHRO的流量输入窗口来进行的，SYNCHRO的流量数据输入表系如图6所示，其中
冲突行人流量(Conflicting Peds.)、
冲突自行车流量(Conflicting Bikes)
高峰小时系数(PeakHour Factor)
成长因子(Growth Factor)
重车 (Heavy Vehicles) 比率、
公交车靠站阻塞数(Bus Blockages)、
路边停车管制(Adj. Parking Lane)
停车周转( Parking Maneuvers)
路段中途流量(Traffic GromMid-block)
OD流量(Link OD Volumes)
调整后流量(Adjusted Flow)
图6 SYNCHRO流量输入窗口
〈四〉信号配时窗口(Timing Window)
路口信号配时操作窗口系供设定路口配时计划操作接口〈如图7
所示〉，经由此窗口亦可显示出路网各项控制绩效值。

信号配时窗口左侧画面系作为设置配时计划与显示控制结果用，其中包括；
时相编辑(Phase Templates)、
控制型态(Controller Type )、
现行周期长度(Cycle Length)、
触动控制周期(Actuated Cycle)、
自然周期长度(Natural Cycle Length)
锁定配时(Lock Timing)等。

信号配时窗口右侧画面则系供配时计划相关数据输入，其中包括；
转向型态(Turn Type)、
最小绿灯时间(Minimum Initial)、
最小时比(Minimum Split) 、
所允许早开或迟闭优化(Allow Lead/LagOptimize)、
时相跳跃控制(Recall Mode)、
Webster延误(Webster SignalDelay)、
服务水平(Level of Service)、
等候车队长度(Queue Lengths)、
车队续进因子(Progression Factor)、
等候车队惩罚值(Queue Penalty)、
停等(Stops)、
耗油使用量(Fuel Used)、
犹豫区间车辆数(Dilemma Vehicle)等。

图7 信号配时操作窗口
〈五〉时相窗口(Phasing Window)
时相操作窗口系用以显示路口时相计划内容，并可检视路口时相设置是否正确，如图8所示。

依据SYNCHRO软件计算百分比延误，可针对90%、70%、50%、30%、10%等五种不同的流量比例获得所对应周期长度；此外，亦可就使用者所输入现行配时计划设置正确性进行分析判断。

时相操作窗口所输入相关数据项包括：
最小启始值(MinimumInitial)、
最小时比(Minimum Split)、
最大时比(Maximum Split)、
黄灯时间(Yellow Time)、
全红时间(All-Red Time)、
早开/迟闭(Lead/Lag)、
触动控制车辆延长绿灯时间(Vehicle Extension)、最小间距(Minimum Gap)、
减少时距前置时间(Time Before Reduce)、
减少时距剩余时间(Time toReduce)、
行人时相(Pedestrian Phase)、
行人步行时间(Walk Time)、
行人闪绿清道时间(Flash Don’t Walk)、
行人触动按钮(Pedestrian Calls)等。

图8 号志时相操作窗口
〈六〉配时计划优化程序
在最大绿灯带宽及最小负效用条件下，求解干道系统最佳配时计划时，SYNCHRO亦将时差分析纳入求解模式中，这是以往模式发展所没有包含在内的。

干道系统时差分析系于干道系统内，以周期范围内每1∼4秒为一时差间隔，所算出不同对应延误值，再以其中的最小延误值所对应时差做为干道系统最佳时差。

如此即可将由不同干道系统所组成路网及其中各个路口，先找出不同干道同步优化时差，再求得整体路网最佳时差。

至于配时优化求解方法乃是针对主控路口与相邻路口所求出不同方案延误值及时差值进行分析比较；再考虑干道的合理绿灯带宽，并依此去与路网中各相邻路口进行分析比较，然后扩大至路网中各个路口，以求解出干道绿灯带宽最大化及负效用最小化时的最佳时差。

〈七〉搭配SimTraffic可作交通模拟展示
Trafficware公司为求增进SYNCHRO功能，乃配合设计了一套实时性交通仿真程序SimTraffic，此程序系以微观方式来展示现实世界的交通运作状况，如图9所示。

用户利用SYNCHRO所提供上述功能将一特定路网构建并编辑后，即可立即执行SimTraffic，并藉此观察该路网交通运作状况。

当执行交通仿真时，SimTraffic软件会先开始一段初始化及加载过程，待其完成后，便可依所选择仿真速度进行交通仿真展示，并可选择观看单一车辆模拟运行状况或整个路网模拟绩效值。

此部份交通模拟车辆运行特性及其驾驶行为均系依据美国联邦公路局所提供参数资料加以订定。

（注：文档可能无法思考全面，请浏览后下载，供参考。

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