文 献 综 述

交通信号控制，是运用现代的信号装置、通信设备、遥测及计算机技术等对动态的交通进行实时的组织与调整。通过交通信号控制，在未饱和交通条件下，降低车辆行驶延误，减少红灯停车次数，缩短车辆在路网内的行驶时间，提高路网的整体通行能力；在饱和交通条件下，使交通流有序行进，分流车辆，缓解堵塞。

关于交通信号控制方面，我们需要了解以下一些基本量从而更好地进行线控系统设计。第一个是信号相位。信号机在一个周期有若干个控制状态，每一种控制状态对某些方向的车辆或行人配给通行权，对各进口道不同方向所显示的不同灯色的组合，称为一个信号相位。我国目前普遍采用的是两相位、三相位及四相位控制。 第二个是信号周期。是指信号灯各种灯色显示一个循环所用的时间，单位微秒。信号周期又可分为最佳周期时间和最小周期时间。 第三个是绿信比。是指在一个周期内，有效绿灯时间与周期之比。周期相同，各相位的绿信比可以不同。第四个是相位差。是指系统控制中联动信号的一个参数。它分为相对相位差和绝对相位差。相对相位差是指在各交叉口的周期时间均相同的联动信号系统中，相邻两交叉口同相位的绿灯起始时间之差，用秒表示。此相位差与周期时间之比，称为相对相位差比，用百分比表示。在联动信号系统中选定一个标准路口，规定该路口的相位差为零，其他路口相对于标准路口的相位差，称为绝对相位差。第五个是绿灯间隔时间。从失去通行权的上一个相位绿灯结束到得到通行权的下一个相位另一方向绿灯开始的时间，称为绿灯间隔时间。在我国，绿灯间隔时间为黄灯加红灯或全红灯时间。当自行车和行人流量较大时，由于自行车和行人速度较慢，为保证安全，需进行有效调整，可以适当增加绿灯间隔时间。此外，信号控制的基本参数还有饱和流率、有效绿灯时间、信号损失时间、黄灯时间、交叉口的通行能力与饱和度等。

随着经济和科技的飞速发展，我国人均汽车占有量日益增加，进而导致交通堵塞问题日趋严峻。国外的先进的城市干道交通信号控制系统都是以单一交通组成为背景建立起来的，而交通组成复杂、机动车、行人与非机动车的高度混合运行是我国道路交通的一个显著特征，将国外的管控方式应用在我国的城市干道虽较单点定时控制成效显著，但仍存在许多问题。根据中国交通部发表的数据显示，交通拥堵带来的经济损失占城市人口可支配收入的20%，相当于每年国内生产总值（GDP）损失5-8%，每年达2500亿元人民币。交通拥堵时，车辆在道路上的平均时速为15km/h以下，中国科学院可持续发展战略研究成果表明，包括北京、上海等大城市在内的全国15个大城市中发生的交通拥堵每天所产生的相关处理费用达10亿元人民币。

对于交通干线协调控制的研究，世界上第一个线控系统是1917年美国盐湖城内出现的6个交叉口的手动协调控制系统：德克萨斯州休斯顿市在1922年采用了12个交叉口的瞬时交通信号系统，该线控系统采用电子自动计数器对个交叉口进行信号协调控制；Purdy（1961）研究探索出了关于区域网络中多交叉口协调控制时的相位差的优化算法，该算法的协调控制则需要输入一下参数；公共周期时长、交叉口间距、平均行驶时间以及绿信比；Morgan J.T和Little J.D.C（1964,1981）最大绿波带宽度的混合整数线性规划模型，即MAXBAND模型，此模型中中利用分支界定法对控制模型进行最优化求解，得出干道双向绿波协调控制的信号配时设计方法，并设计开发了MAXBAND软件包，Messer C.J.,Whitson R.H.和Dudek.C.L.（1973,1991,1996）在Little D.C 建立的MAXBAND和Brook W.D提出的干道绿波协调控制算法的基础上，研发了PASSER系列绿波协调控制优化配时软件；Gartner N.H（1990）针对不同路段的交通流量，通行条件以及带宽需求的不同，在MAXBAND模型基础上提出了可变带宽的干道双向绿波协调控制模型，即MULTIBAMD模型；Park（2001）针对定时控制提出了一种随机信号优化方法，使用一种GA-SOM接口同仿真优化模型CORSIM结合起来实现对信号控制参数的优化。

1868年，英国发明家奈特在伦敦的威斯明特的借口设置了世界上最早的交通信号灯。1918年在纽约的街头出行了第一座手动操作的三色信号灯。1926年英国在伍尔弗汉普顿安放了第一座自动信号灯。1928年世上第一台感应式信号机在美国巴尔第摩制作成功。1952年美国的丹佛出现了模拟电子计算机的交通信号控制系统。而之后的十年内，美国先后建立了100多个类似的系统。自90世纪50年代以来，随着科技的飞速发展，美、德、英等国家相继开始研究先进科技在交通上的应用，希望使用计算机等先进控制技术来改善交通中的堵塞、能源浪费、事故频发等问题，因此开发了不少先进的交通信号控制系统。直至90世纪80年代，大量城市已经将这些信号控制系统投入使用，并在改善城市交通这方面取得了良好的效果，这些交通信号控制系统包括美国的UTCS系统、澳大利亚的SCAT系统、英国的TRANSYT系统、日本的CACS系统等。

国内的交通信号控制系统的研究起步较晚，但至今也取得了较为显著的研究成果。具体来讲，从90世纪70年代开始，中科院沈阳自动化所先后对定周期和感应式信号控制进行了研究。1979年北京前三门大街四个交叉口进行交通干线计算机协调控制试验成功。到1980年单点信号已在大中型城市得到了较为广泛的应用。北京、天津、上海等城市初步采用计算机进行干道协调控制和感应控制。90世纪80年代改革开放以来，随着机动车保有量的增加，交通问题日益严重。国家相关学者对交通控制进行更为深入的研究。在国家”七五”攻关项目”城市交通控制技术”中，有关学者研究了交通控制关键技术的控制软件，建成了南京市城市交通控制系统HT-UTCS，研究成果在南京依托工程中得到运用。上海交警总队已完成澳大利亚SCAT系统的引进安装、运行管理以及国产化的研究，研制出了车辆检测器、智能信号控制机。北京在1984年已完成TRANSYT-7F交通信号控制系统的引进、安装、运行管理及其消化吸收的研究，并应用于城市中心区的53个路口，1987年又建成东区39个路口SCOOT系统，后扩转至西区和北区。大连、青岛和成都都引入了SCOOT系统，长春引进了西班牙圣科（SAINCO TRAFICO）系统，深圳市引进了日本的京三（KYOSAN）系统。至今，国内徐哲在交通信号方面也做了大量的研究，但总体来说，大部分研究集中于单点信号控制上，对线控和面控方面的研究还较少，需进一步的完善和拓展。

交通组成复杂是我国道路交通的一个显著特征。国外的先进的城市干道交通信号控制系统都是以单一交通组成为背景建立起来的，应用在我国的城市干道虽较单点定时控制成效显著，但仍存在许多问题。究其原因游很多因素，其中之一便是没有考虑到复杂的交通组成情况。针对这样复杂的交通状况，有国内学者提出了相关的优化的方法，但是对于主要干道的交通信号优化控制问题的相关研究还较少。

本文研究的主要目的是在梦都大街上实施城市主干道协调控制，从而优化车流的运行。实施城市干线信号协调控制具有重要的意义。在城市道路网中，交叉口是制约道路交通通行能力的关键，中型以上城市的平面交叉口一般都设置信号灯管制交通，如果干线道路上各信号交叉口之间的距离较近，它们各自的信号控制方案却彼此不相关，这样会给干线上行驶的车辆造成大量的延误。车辆会在道路上行驶时会经常遇到红灯，经常停车，行驶不顺畅。导致行车延误增加，燃油消耗变大。因此可把交通信号协调起来加以控制，即使用交通信号线控系统，进而缓解交通堵塞，减少交通延误，提高交通运输效率。

干线协调控制的重要性。在城市的道路网络中，对较临近的交叉口实行单独的信号控制时，会引发车辆常遇到红灯的状况，造成频繁的停车和启动，不仅造成了过多的时间延误和燃料浪费，而且会加重噪音污染及路面的损坏程度。为了减少车辆的时间延误，保持干道的车辆通畅，把干道上靠近的交叉口连接起来进行协调控制，即干线协调控制，也就是通常所说的”线控”。