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1、主城区某复杂交叉口的信号配时优化方案摘要城市交通与城市发展关系极为密切，随着我国经济建设的快速发展，城市交通量迅速增长，交通出现了日趋紧张的局面，交通拥挤经常发生，城市交通拥挤问题已成为困扰交通各界人士的主要问题。对于城市道路而言，道路由许多交叉路口连接而构成道路网。交叉口是城市交通的关键，是整个城市道路的瓶颈地带，城市交通拥挤问题往往也突出表现在交叉口。本文主要针对城市道路交叉口的管理，开展了城市道路交叉口交通运行组织与信号控制策略方面的相关研究。针对城市道路交通拥挤状况，本文研究了利用交叉口交通渠化与信号控制优化组合进行交叉口多相位渠化控制方案的设计。通过对海棠溪新街交叉口进行调查与分析，
2、采用仿真软件SIDRA对其实际情况进行交通仿真，得出具体的评价指标，并分析得出该交叉口存在的问题，然后分别从交叉口渠化与信号配时优化两个方面对其进行优化，并利用SIDRA对优化后的交叉口再次进行仿真，比较前后的仿真结果，得出了更加可行的运行方案。最后得出了解决交叉口拥堵问题，重点在于交叉口渠化与信号配时两方面同时进行优化的结论，并提出了想要真正解决交通拥堵问题，需要对整个交通网络进行合理的协调控制的展望。关键词：交叉口；交通拥堵；交通组织；交通信号控；多相位渠化设计；仿真In a Complex Intersection Signal Timing Optimization SchemeAbs
3、tractUrban traffic had close relationship with urban development, with the rapid development of Chinas economic construction, urban traffic is growing rapidly, traffic appeared increasingly tense situation, traffic congestion occurs frequently, and the urban traffic congestion has become a main prob
4、lem in traffic people from all walks of life. For city road, the road are connected by a lot of intersection, constitute road network. Intersection is the key to the urban traffic, is the bottleneck of the urban road area, the urban traffic congestion often prominent performance in the intersection.
5、 This article mainly aims at the management of the urban road intersection, in the urban road intersection traffic organization and research concerning the signal control strategy. In view of the urban road traffic congestion, this paper studies the use of intersection traffic channelized and multip
6、le phase optimization combination of signal control intersection highly channelizing control scheme design. Through investigation and analysis of haitangxi new street intersection, the simulation software SIDRA is adopted to the actual situation of traffic simulation, it is concluded that the concre
7、te evaluation index, and analyzed the problems existing in the intersection, then respectively from two aspects of intersection highly channelizing and signal timing optimization to optimize, and use the SIDRA again for the intersection of the optimized simulation, comparison before and after the si
8、mulation results, the more feasible operation scheme is obtained. Finally reached the intersection congestion problem, the key lies in the intersection Ihighly channelizing and signal timing optimization at the same time the conclusion, and put forward to really solve the problem of traffic congesti
9、on, need reasonable on the whole traffic network coordination control in the future. Keywords: intersection; traffic congestion; traffic organization; traffic signal control; multi-phased channelization design; simulation II目 录摘要IAbstractII引言11. 绪论21.1研究背景与意义21.1.1研究背景21.1.2 研究意义21.2国内外研究现状21.2.1国外研
10、究现状21.2.2 国内研究现状31.3 交叉口信号控制策略研究现状41.4 研究内容及技术路线51.5 小结62城市道路信号交叉口交通特性分析72.1城市道路平面交叉口交通特征点分析72.2 城市道路信号交叉口交通流特性分析82.2.1 信号交叉口车流运动特性82.2.2 有效绿灯时间和损失时间92.2.3 饱和流量及其影响因素102.2.4 通行能力与饱和度122.3 小结133. 交叉口信号控制理论基础143.1 信号相位与信号阶段143.2 信号基本控制参数153.3 城市道路信号交叉口固定配时的计算153.4 小结164. 城市道路信号交叉口交通渠化设计174.1 交通渠化概述174
11、.1.1 交通渠化的定义及作用174.1.2 交通渠化设计的方法174.2 城市道路信号交叉口的多相位渠化控制184.3 城市道路信号交叉口渠化设计流程184.4 小结205. 实例分析215.1 交叉口简介与分析215.2 交叉口交通调查结果245.2.1 交通量调查结果245.2.2 交叉口相位数据255.3基于SIDRA的交叉口信号配时仿真275.3.1 SIDRA软件简介275.3.2 SIDRA软件主要功能285.3.3仿真流程285.3.4 仿真结果335.3.5仿真结果分析345.4优化方案355.4.1 渠化优化方案355.4.2 配时计算优化方案365.4.3 SIDRA优化
12、方案385.5 小结426结论与展望436.1 全文总结436.2 尚需要研究的问题与展望43参考文献45IV 引言随着我国社会经济的快速发展，机动车越来越普及，城市交通拥堵、交通事故、环境污染等问题日益严重。交叉口的优化设计能够提高路网的通行能力，进一步减少交通拥堵等一系列问题。信号交叉口优化设计包括渠化设计和配时设计，交叉口的渠化与信号配时密切相关，两者相互关联，无论是定周期控制还是感应式控制，都需要根据交叉口的几何特征、交通状况进行相位方案的选择和信号配时参数的确定。渠化设计反应了车道对道路的空间使用权，即各行其道的体现，配时设计反应了车道对道路的时间使用权，即遵守交通信号的体现。渠化设
13、计决定配时设计，但又受配时设计的制约，需要和配时设计反复协调优化，渠化设计、相位相序设计及配时参数的合理性共同决定了交叉口信号控制效果的优劣。在以往交叉口的优化设计中，渠化设计和信号配时设计相互分离，两者没有很好地结合起来，致使交叉口的潜力不能充分得到挖掘。近年来，有关专家学者针对我国混合交通流的特点，以及交叉口优化设计中实际存在的时空分离的问题，在充分总结和利用交叉口空间优化和配时优化已有理论研究的基础上，研究信号交叉口空间资源和时间资源的相互协调，从而形成交叉口信号控制“时空一体化”的优化设计方法1。01. 绪论1.1研究背景与意义1.1.1研究背景城市交通是城市经济活动的关键部分，是衡量
14、一个城市文明进步的重要指标，对于城市经济的发展和人民生活水平的提高起着至关重要的作用。在我国，随着经济水平的不断发展，城市化进程不断加快，机动车数量日益增加，城市交通供给已经严重不足，供求关系十分紧张。因此，道路拥堵状况成了人们关注的焦点。重庆作为直辖市，是西部较为重要的城市，其地理特点是山城和江城，城市交通问题尤为突出。尽管近年来重庆市加快了对道路基础设施建设的步伐，形成了以快速路、环线为主骨架的道路交通网络，但由于机动车保有量的急速增长，交通矛盾依然十分突出，对人们的出行与城市的建设都造成了极大地影响。当前，城市日益拥堵的交通状况备受社会关注，给城市交通管理带来了空前的压力，因而交通信号配
15、时设计的优化作用日益显著。1.1.2 研究意义最为城市道路网的重要组成部分，交叉口的通行情况影响着整个城市交通的运行。交叉口的通行能力有限或没有被充分利用都会造成城市道路的交通的拥堵，还将导致车流中断、事故增多、延误增大等问题。在美国，交通事故约一半以上都发生在交叉口；而在日本，机动车在市中心的运行时间约有三分之一都是用在平面交叉口。因此，对城市道路交叉口实行科学、有效的管理与控制是智能交通的重要研究课题，是保障交叉路口的通行安全和提高交叉路口通行能力的重要举措，也是有效解决城市道路交通问题的必然措施。目前国内大部分的交叉口信号控制器都来源于英国的SCOOT（Split Cycle and O
16、ffset Optimization Technique）系统、澳大利亚的SCAT（Sydney Coordinated Adaptive Traffic）系统和日本的京三系统，他们均采用定时控制和自适应控制3。实践证明，这些系统不仅不适用于中国的混合道路交通现状，也无法适应于中国各大城市发展智能交通系统的技术需求。所以有必要针对中国混合道路交通的特点进行交叉口信号控制策略的研究。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状国外的交通信号控制起步比较早，在19世纪初，人们就开始研究交通信号控制，试着用信号灯指挥道路上的车流有序的运行，控制车辆进入交叉口的次序。到1918年，在美国纽约街头出现了红
17、、黄、绿三色信号灯。1926年，英国人在伍尔弗汉普顿安装了世界上第一台自动交通信号机；到了上个世纪60年代初，世界各国都开始研究控制大范围的信号联动协调控制系统，建立模拟各交叉口交通流状况的数学模型，以解决信号配时的优化问题。进入70年代，以美国、英国等发达国家为代表的国家在信号交叉口的建设中，实践和理论研究都取得了较为成熟、卓越的成就3。在道路交叉口信号配时设计方面，国外大多采用Webster的理论与方法，该理论以交叉路口的延误时间作为唯一的衡量指标；澳大利亚学者阿克塞力克提出了“停车补偿系数”的概念，并将它与车辆延误时间合在一起，用以评价信号配时方案2。在理论研究的基础上，国外许多国家都先
18、后编制了各种交叉口的信号配时手册，对交叉口信号配时设计过程中所涉及的相关基本概念、操作流程、维护更新等都进行了较为详细的阐述。如美国联邦公路管理局（Federal Highway Administration，FHWA）组织编写的交叉口信号配时指导手册(TSTM)4，德国道路与交通工程研究学会编写的交通信号控制指南一德国现行规范（RILSAD）5等。除了各种信号配时手册外，国外一些国家还先后研发了一系列交通信号控制系统、配时仿真软件等，比较有名的有英国的SCOOT系统，澳大利亚的SCATS系统，以及用于交通配时仿真的VISSIM、SYNCHRO、SIDRA等软件。1.2.2 国内研究现状我国在
19、交叉口信号控制和配时设计相关领域的研究均晚于欧美日等发达国家，不过目前也形成了一系列研究成果。同济大学和上海市交巡警总队研究并制定了城市道路平面交叉口规划与设计规程（DGJ0896-2001），该规程以“规划为先”，充分结合上海城市道路平面交叉口的特点，对新建、改建及综合治理道路平面交叉口规划、设计中的各项内容做了严格、细致的规定，以确保交叉口设计工作的规范性和科学性6。杭州市综合交通研究中心、同济大学主编的城市道路平面交叉口规划与设计规范（DD3310562008），该规范首次提出“时空一体化”的交通优化设计理念，在交叉口规划设计过程中，协调配置交叉口的通行空间与通行时间，在保障安全的前提下
20、，最大限度地实现交叉口时空资源的优化配置和高效利用2。杨晓光教授编著的城市道路交通设计指南也对交通设计进行了系统的阐述7。 国内对交叉口信号配时设计的理论研究并不是很多，早期的工作主要集中在对国外已有技术基础上的完善以及结合我国自身混合交通流特性进行的相关探索。在已有的研究成果中，比较系统化也是比较有特色的是同济大学杨佩昆教授提出的“冲突点”法，该方法是以“冲突点”作为考察断面，分析整个相位的实际交通运行情况，确定本向直行车、对向左转车通过“冲突点”所需要的各类时间，并使各类时间的总和小于或等于设计绿灯时长，来研究信号配时和通行能力的方法8。虽然国外对交叉口优化设计方面的研究已经比较成熟，但由
21、于我国混合交通流的固有特性和局限性，在对交叉口进行渠化设计和信号配时设计时，各种参数的取值差异较大。同时，由于我国早期在交叉口信号控制技术研究方面一味的“贪大求洋”，引进和开发区域交通信号控制系统，而对单个交叉口信号控制技术等基础方面的研究较少7。1.3 交叉口信号控制策略研究现状城市道路交叉口的交通渠化设计作为交通组织的重要实现手段，在国外已经发展得比较成熟，大多都形成了规范或手册。如美国的MUTCD （Manual on Uniform Traffic Control Devices），介绍了各种渠化措施以及设施的尺寸、颜色和使用时需注意的问题；日本的平面交叉路口的规划与设计中对交叉口的渠
22、化也作了很多的论述，认为渠化是很有效的措施9。对于渠化的手段，我国的学者也作了不少的总结和研究，曾静康对深圳的平面交叉口进行了综合控制实验，以每一交通流通过路口可能遇到的冲突点串为单位，提出了综合模式的控制方法，其关键是寻求渠化、相位和灯色三者的协调。哈尔滨工业大学的学者陈洪仁在道路交叉设计一书中，提出了交叉口渠化措施。上海市出版了工程建设规范城市道路平面交叉口规划与设计规程，对平面交叉口的规划与设计作了规定，规定平面交叉口采用交通岛、路面标线及交通流向标志作渠化设计10。城市道路交叉口信号控制起源于19 世纪中叶英国伦敦燃汽信号灯；之后，学者们对城市道路交叉口信号控制的研究经历了从固定周期到
23、可变周期、从定时控制到实时控制、从点控到线控再到面控的发展阶段。进入20 世纪70 年代后，随着计算机技术和自动控制技术的发展，以及交通流理论的不断完善，交通管制中心的功能得到增强，控制手段越来越完善，形成了一批高水平的、有实效的道路交通控制系统。SCATS（Sydney coordinated Adaptive Traffic Method）系统是澳大利亚于20 世纪70 年代末开发的，系统呈分层递阶形式，以子系统为计算单元，根据车辆检测器检测到的数据实施配时方案的选择，既而实现对城市路网的实时自适应控制12。SCOOT（Split Cycle and Offset Optimization
24、 Technique）系统也是由英国道路交通研究所在TRANSYT 系统模型的基础上采取自适应控制方式，实现了对路网的动态协调控制，取得了明显优于静态系统的效果，后被多个国家采用。我国在交通信号控制系统开发与应用方面起步比较晚，1973 年开始进行单点信号机的研制，1985 年在北京“前三门大街”实现了城市交通线控系统的控制；作为“七五”国家重大攻关项目，南京市在同济大学的协助下开发了一套国产智能化交通信号控制系统，由于种种原因，一些重要功能如实时自适应配时等没有使用；天津大学1989-1991 年研究开发的城市交通控制系统TICS（Traffic Intelligent Control Sy
25、stem）首次成功地把智能原理应用于交通信号控制系统中，其产生也是受到人工智能和知识工程在其它领域成功应用的启发9。由以上分析可知，城市道路信号交叉口的交通渠化设计以及交通信号控制的研究已经有了很大的发展，而这些理论研究的成果对于缓解城市道路交通拥堵问题有着重要的现实意义。然而，面对城市交通日益拥堵的现状，如何解决城市道路网交通拥堵的问题，即如何有效地对城市道路信号交叉口交通流进行科学、有效、合理的优化组织，特别是在交通拥堵条件下如何实现城市道路交叉口的优化控制，以尽快减缓交叉口处的拥堵，这也是当前城市交通管理与控制中急待解决的问题。1.4 研究内容及技术路线为了充分发挥城市道路信号交叉口的通
26、行能力，缓解城市交通拥堵问题，本文在分析城市道路信号交叉口交通流特性的基础上，重点对城市道路信号交叉口的渠化设计与信号配时优化设计等方面进行了相关的研究。首先，重点对城市道路交叉口的信号配时设计进行了具体概述，对于具体的计算方法经行了详细的阐述；然后，对渠化的优化方法及理论做了分析研究，提出了交叉口渠化设计的流程，并在具体实例中分析研究了交叉口的多相位渠化控制方案的设计及优选；最后通过对实际情况的调查与分析，并在软件仿真的基础上提出更加优化的方案。本文按照图 11 所示的技术路线展开相关研究，针对城市道路交通存在的交通拥堵问题，本文从城市道路交叉口入手。在首先通过对城市道路信号交叉口交通特性分
27、析的基础上，提出了解决交通拥堵的相应对策，应用交通渠化设计、交通信号控制等措施相结合来解决城市道路交通拥堵问题，在综合应用上述策略的基础上，制定实施相应的解决方案：利用交叉口交通渠化和信号控制优化组合，建立仿真模型，对城市道路信号交叉口多相位渠化控制方案进行优化设计。 交叉口交通渠化设计城市道路交通问题城市道路信号交叉口交通特性分析交叉口交通信号控制城市道路信号交叉口多相位渠化控制优化方案的设计（软件仿真）问题提出解决对策实施方案图 11 论文的技术路线图1.5 小结本章在介绍交通信号控制的研究背景与意义的基础上，分析了影响城市道路交叉口拥堵问题的因素，提出了解决城市道路交叉口交通拥堵问题的方
28、法。然后分析了交通信号配时研究和信号控制策略的国内外研究现状的基础，最后简单阐述了本论文的主要研究内容以及技术路线。2 城市道路信号交叉口交通特性分析交叉口是城市路网中最关键的组成部分，其交通特性不同于路段的交通特性。只有对信号交叉口的交通特性进行全面的研究，尤其是对其交通流运行特性进行自习的分析，才能更好地对信号交叉口实施科学有效的渠化设计和信号控制策略。2.1城市道路平面交叉口交通特征点分析为了分析城市道路交叉口的交通现状，我们可将交叉口处的每一个可能的车流方向用一条表示车辆行进方向的带有箭头的线来表示，这样一条线即称为交通流线11。经过这样的简化后就可以通过交通流线的相互关系，来分析交叉
29、口处的交通特性，从而分析得到交通拥堵的原因。交通流在进入交叉口时，由于车辆行驶方向不同要产生分流，而车辆在分流时，司机往往要先减速，以便观察行进方向的交通情况，并判断分流的可能性，这样就造成了车辆进入交叉口的拥堵情况，从而干扰了交通。分流方向越多，干扰就越严重；交通流在交叉口出口处也要产生汇合，此时车辆也要减速缓行，这也对交叉口通行情况造成了干扰。另外，来自不同方向的直行、左转交通流在交叉口内还会产生交叉，从而形成许多冲突点；车辆通过冲突点队有相互挤、碰、冲撞的可能性，此类冲突点越多，对交通安全及道路通行能力的影响就越大。从产生冲突点的交通状态分析可知，冲突点对交通的影响远远大于分流点和合流点
30、。由此可知，在交叉口内产生交通干扰的原因，是出现了交通流间的分流点、合流点和冲突点三类交通特征点。在未设交通信号控制的平面交叉口处产生这些交通特征点的情况如图21 所示。由 21 图可以看出，对于三路交叉的平面交叉口，其相应的交通特征点为：冲突点3 个，分流点3 个，合流点3 个；对于四路交叉的平面交叉口，其相应的交通特征点：冲突点16 个，分流点8 个，合流点8 个。图 21 平面交叉口的交通特征点图示在图21里只画出了三路和四路交叉的平面交叉口交通特征点的分布图，同理，用同样的方法可以得到更多路交叉的平面交叉口的交通特征点的分布图，并从而得出平面交叉口交通特征点的计算公式:（2.1）（2.
31、2）其中：N0交叉冲突点总数；N1交叉分流点总数；N2交叉合流点总数； n相交道路数。由式（2.1）可以看出，无信号控制平面交叉口的冲突点随着相交道路数量的增加而急剧增加，严重的影响了交叉口的运行情况以及车辆的安全行驶，因此，除了采用立交、交通渠化、物理隔离等措施在空间上减少交通冲突外，在平面交叉口设置交通信号控制方案，在时间上分离交叉口的车流，也是可以减少交通冲突点，从而提高交叉口的运行效率和通行安全的方法，对于信号交叉口，多采用空间分离和时间分离相结合的方法进行冲突点控制11。 最简单的南北相通车的二相位信号交叉口的冲突点如图 22 所示。由图可知，在最简单的两相位十字交叉口上，冲突点是由
32、直行流和左转流的车流相交而产生的。而在有左转专用相位的交叉口上，左转车不会受到对向直行车的干扰。图 22 二相位信号交叉口单向通车时冲突点图示2.2 城市道路信号交叉口交通流特性分析2.2.1 信号交叉口车流运动特性当交叉口的相位确定之后，车流通过交叉口时的基本运动特性如图23 所示。图 23 绿灯期间车流通过交叉口的流量图示当信号灯跳转为绿灯时，原先等候在停车线后面的车流便开始向前运动，车辆连续地越过停车线，其流率由零很快增至一个稳定的数值，即饱和流率S。之后，越过停车线的后续车流量将保持与饱和流率S 相等，直到停车线后面等候的车辆全部得到放行，或者是该周期内的绿灯时间已经结束。从图23 可
33、以看到，在绿灯启亮的最初几秒，流率迅速增长，车辆从原来的静止状态开始加速。同样的道理，在绿灯结束后的黄灯时间（许多国家的交通法规允许车辆在黄灯时间越过停车线）或者在绿灯开始闪烁后，由于部分车辆采取制动措施而已经停止前进了，而部分车辆虽未停止但也开始减速了，因此通过交叉口进口处停车线的流量便由原来保持的饱和流率水平逐渐地降下来14。2.2.2 有效绿灯时间和损失时间从图 23 可以看出，绿灯信号的实际显示时间并不全是有效绿灯时间，有效绿灯时间的起点滞后于绿灯实际启亮时间起点，我们将这一段滞后的时间差称为“绿灯前损失”。同样，有效绿灯时间的终止点也滞后于绿灯实际结束点（黄灯期间允许车辆继续通行的情
34、况），将这一段滞后时间差称作“绿灯后补偿”15。由此可得到有效绿灯时间的下述计算公式：(2.3)式中：G实际绿灯显示时间；绿灯后补偿时间； 绿灯前损失时间。有效绿灯的“起始迟滞”时间a等于该相位的绿灯间隔时间与绿灯的前损失时间之和，有效绿灯的“终止迟滞”时间b恰好等于绿灯的后补偿时间13，用公式表示如下： （2.4）式中I、的含义如图 23所示。根据前面起始迟滞和终止迟滞的概念，我们可以得到相位损失时间的概念就是起始迟滞与终止迟滞之间的差值，即(2.5）由式（2.5）有(2.6）如果假定绿灯的前损失时间恰好等于后补偿时间，那么相位损失时间便等于绿灯间隔时间I 。正是因为绿灯间隔时间包含在损失时
35、间之内，所以信号交叉口的通行能力和配时问题就只与车流的运动特性有关了。根据绿灯损失时间的定义，我们可以得出实际绿灯显示时间G 与相位有效绿灯时间g 之间的关系如下：（2.7）信号周期时长 C 可以用有效绿灯时间和相位损失时间来表示：（2.8）信号交叉口的信号显示是周期性显示的，即在一个信号周期C内，所有的相位都要显示一次。由于每个相位都有一个损失时间，那么对于整个交叉口而言，一个信号周期内就包含一个总的损失时间L。即在信号周期内的这部分时间里，没有任何一辆车辆通行。但是，信号周期损失时间也并不是没有用的，它可以有效地确保信号显示的安全更迭、同时也可以保障绿灯结束前通过停车线的最后一辆车能真正通
36、过交叉口。信号周期的总损失时间为各相位的损失时间之和：（2.9）2.2.3 饱和流量及其影响因素饱和流率指的是在停车线后存在一个连续的排队，绿灯常亮的情况下，在绿灯显示时间内，通过停车线的最大车辆数，饱和流率S可通过现场实地观测求得，还可以利用车头时距的数据求饱和交通流量的方法16。在道路交叉口，由于交通信号控制设施的存在，导致了交通流周期性的中断，我们称这种交通流为间断交通流16。在有交通信号灯控制的平面交叉口，所有车道上的车辆都在有序地行驶，它们根据交通信号的周期性变化来获得或失去通行权。当交叉口绿灯启亮时，车队开始行驶离开停车线，但是并非所有的车辆都能以同一行驶速度运行，因为不同驾驶员和
37、车辆的启动反应时间是不同，因此，车辆间的车头时距也会有所不同。图 24 车辆通过信号交叉口车头时距图根据观测，平面交叉口车辆的车头时距在平均车头时距附近随机波动，设波动幅度为 。即车头时距， 则：（2.10）式中：一定流量下平均车头时距（s）； 车头时距波动振幅（s）；R随机性（）。在理想的情况下，由于增加了用于加速的长度，后一辆车通常比前一辆车的车头时距要短，在若干辆车后，其起动反应和加速效应己经消失，后续车辆将形成一组匀速行驶的车队，这些车辆的车头时距基本趋近于一个常数h(饱和车头时距)17。如上图2-4所示，很显然，当车辆以稳定的运行速度，通过有信号控制的平面交叉口时，车头时距波动振幅趋
38、近于0。车头时距趋近，同时趋近于h，即。则在这种情况下，通过信号控制的交叉口时每个车道的饱和流率S为17:(2.11)式中：S 饱和流率（辆/绿灯小时）；h饱和车头时距（秒）；3600每小时的秒数。由于信号交叉口的交通流是周期性停止的，当信号变为绿灯时，车辆由停止状态开始运动，对前几辆车，在饱和车头时距h的基础上，应增大其车头时距，从而得到一个增量值，称为起动损失时间，也即绿灯前损失时间16。用表示，如上图2-3所示，则（2.12）式中：总起动损失时间，也即是绿灯前损失时间；第i辆车的起动损失时间。图2-3中的后损失时间，即清尾损失时间，是一个方向最后一辆车进入交叉口的时刻与另一个方向变为绿灯
39、的时刻之间的时间差15。2.2.4 通行能力与饱和度平面交叉口的通行能力通常不是一个固定的值，很大程度取决于交叉口的渠化设计和交通控制方式18。因此在计算交叉路口的通行能力时，需要先确定交叉路口的渠化方式，交通组织，信号相位及配时等。这样才能充分发挥交通设施设备的最大效益。（1）信号相位的通行能力与饱和度某一信号相位的车流通过交叉口的最大允许能力（即单位时间内该相位允许通过交叉口的最大车辆总数），取决于这些车流所获得的最大通行流率，即饱和流率S 以及所能获得的有效绿灯时间占整个信号周期的比例g /C，具体公式如下19： (2.13）式中：Q该相位的通行能力（pcu/h）；g /C该相位所能获得
40、的有效绿信比，用u表示，即（2.14）为了便于区分实际交通量和通行能力的，我们将一个相位的实际到达交通量q 与该相位饱和流率S 的比值称为流量比y ，将q 与通行能力C 之比称为该相位的饱和度x ，即：（2.15）（2.16）为了提供足够的相位通行能力，必须满足下式：或（2.17）即：或（2.18）（2）交叉口总通行能力与饱和度交叉口总通行能力就是该交叉口对于各个方向（或相位）所能提供的最大允许通过车流量。如果一个交叉口的通行能力足够大，那么对于每一个相位都可以建立一个不等式（2.18）。因此，将一个交叉口所有方向（或相位）的不等式合并，就可以得到整个交叉口总通行能力应该满足的不等式： （2.
41、19）这里,即第个关键相位。在上式中，不等式左边即等于交叉口总的有效绿信比，用U 表示，其具体含义是全部“关键相位”有效绿灯时间总和与信号周期时长之比：（2.20）不等式右边为整个交叉口总的流量比，用Y表示，即（2.21）由式（2-18）和（2-9）可将式（2-20）进一步演变为如下形式：（2.22）这里，即全部关键相位的有效绿灯时间总和。值得注意的是，交叉口的总饱和度是指饱和程度最高的相位所达到的饱和度值，而不是各个相饱和度之和。从理论上说，交叉口的饱和度只要小于1 就能满足各方向车流的通行要求，然而实践表明，当交叉口的饱和度接近1 时，交叉口的实际通行状况将迅速恶化，更不必说等于或大于1
42、了。因此我们必须规定一个可以接受的最大饱和度限值，即饱和度的“实用限值”。研究结果表明，反映车辆通过交叉口时的一些特性参数，如车辆平均延误时间、平均停车次数以及排队长度等等，均与饱和度实用限值的大小有关14。饱和度实用限值定在0.80.9 之间，交叉口就可以获得较好的运行条件。在某种特定的条件下，例如交通量很大，而交叉口周围的环境条件又较差时，为减少交叉口建设投资，可以采用更高的限值饱和度实用极限值0.9514。2.3 小结本章主要研究了城市道路信号交叉口的交通特性。首先对城市道路平面交叉口的交通特征点进行了分析，然后在研究信号交叉口交通流特性的基础上，深入分析了交叉口信号控制中的有效绿灯时间
43、和损失时间，探讨了车道饱和流率的计算方法及其诸多因素影响，继而推出信号交叉口的通行能力和饱和度。3. 交叉口信号控制理论基础城市交通信号控制就是通过对交叉路口的信号灯配时方案进行有效控制，使得车辆高效地驶离交叉口，合理指挥交通流的通行或停止，达到疏导、改善交通流的目的6。3.1 信号相位与信号阶段(1)信号相位在一个信号周期内，交叉口进口处一股或几股车流总是获得相同的灯色显示，即获得相同的通行权，这种分配给制定方向车流的连续时序称为一个信号相位8。在信号周期内，按照车流获得相应的信号显示的时序来划分信号相位，在一个信号周期内，对信号相位的具体执行次序进行有效、合理的安排，便形成了相位控制方案。
44、(2)信号阶段信号阶段是依据一个周期内路口通行权更迭次数来划分的，每一个周期内有多少次路口通行权的更迭，就有多少个信号阶段。每一个信号相位在一个周期内会获得一段时间的绿灯，绿灯时间内该相位享有通行权，根据绿灯时间将通行权依次轮流分配给各个相位，信号阶段就是指相位获得绿灯显示后通行权的转换。3.2 信号基本控制参数点控制定时信号基本参数有以下两个：(1) 周期时长周期时长是对应于某一进口道的信号灯各种灯色轮流显示一次做需要的时间，即各种灯色显示时间之总和；或者是某主要的绿灯启亮开始到下一次该绿灯再次启亮之间的一段时间，用C表示，单位为（s）。（2） 绿信比绿信比是一个信号相位的有效绿灯时间时长与
45、周期时长之比，一般用表示。(3.1）式中： 绿信比；C周期时长，s；有效绿灯时长，s。3.3 城市道路信号交叉口固定配时的计算信号配时的原理就是把交叉口的时间资源按各车流方向交通量的大小成比例地分配给各流向，所以信号配时的关键在于确定最佳周期长度。实践证明，信号周期过短，周期损失时间所占比例增加，通行能力下降，车辆延误会增大；而信号周期过长，不但通行能力不能明显地提高，而且车辆延误也会增大。因此，应该给交叉口设计一个最佳周期，在此周期下，既能充分发挥交叉口的通行能力，又可以使车辆延误尽可能的减小。常用的单点固定配时方法韦伯斯特法的基本点是：车辆通过交叉口时，以其受阻延误时间作为唯一的衡量指标，
46、然后对信号配时方案进行优选10。（1） 计算最佳周期： (3.2）式中：L表示每个周期的各相位总损失时间；Y是各相位交通流量比率的总和。（2） 信号总损失时间：(3.3）式中： 起动损失时间，若无实测数据可取3s；A黄灯时间；绿灯间隔时间；K一个周期内的绿灯间隔数。（3）有效绿灯时间：（3.4）（4）各相位的绿灯时间，绿信比应与相位的交通流量比率大致成正比。以常用的二相位为例：（3.5）式中：第一和第二相位的有效绿灯时间；第一和第二相位的流量比。对于多相位控制的交叉口有：或（3.6）3.4 小结本章首先简单介绍了信号相位与信号阶段以及信号控制基本参数的相关基本概念，然后具体阐述了城市道路信号交叉口固定配时的计算，为后续的实例分析奠定了理论基础。4. 城市道路信号交叉口交通渠化设计