交通控制技术研究 毕业论文 第1章绪论 1.1 课题背景 科学技术的进步促进了交通工具的现代化而人类社会以及经济的发展加剧了交通的堵塞程度尤其在大中城市，普遍存在着机动车辆运行效率低下的问题该问题严重影响着经济的发展以及居民的日常生活 为了提高机动车辆的运行效率，可以从改造交通网络和改进交通控制技术两个方面进行研究，本课题仅涉及交通控制技术的内容 1.2 城市交通控制的起源与发展 城市交通控制系统的起源是交通自动信号灯的诞生英国于1868年在伦敦Westminster地区安装了世界上第一台交通信号灯，揭开了城市交通信号灯控制的序幕1918年纽约街头出现了新的信号灯，这是与当今使用的信号灯极为相似的红黄绿三色灯，它是人工操作的1926年，英国人首次安装和使用自动化的控制器来控制交通信号灯，标志着城市交通自动控制的开始鉴于当时的信号灯主要采用机电设备联锁的定周期控制方式，因此，数据处理能力有限，信号灯之间的协作也很少1952年，美国科罗拉多州丹佛市首次利用模拟计算机和交通检测器实现了交通信号机网的配时方案选择式信号灯控制系统，称为“PR”系统，其核心技术是单点感应控制原理在交通网络中的应用，通过抽样数据计算绿信比和相位差，这种控制十分有效。
1946年世界上第一台数字电子计算机在美国问世，使交通工程师们感到了无比的欣喜1964年，在加拿大的多伦多市完成了数字计算机控制信号灯的实用化，并成为世界上第一个具有电子计算机城市交通控制系统的城市，从此开始了交通控制发展史的新纪元1967年英国运输与道路研究实验室(TRRL)成功地研究出交通网络研究工具TRANSYT，它的广泛应用，把交通控制技术推向更高的发展阶段后来在TRANSYT的基础上开发了SCOOT系统及澳大利亚开发了SCAT，自适应控制系统，这成为世界上两个最优秀的城市交通信号控制系统[1] 1.3 交通控制技术研究现状 1.3.1 国外交通控制技术的研究现状 交通控制技术的核心问题就是交叉路口的信号灯配时问题由于交叉路口的实际情况非常复杂，传统控制理论根本无法解决这些实际问题各国交通管理学家根据城市交叉路口的特性和现代控制理论，采用各种控制方法，力图提高车辆的运行效率，并成功地开发出了多区域交通控制系统一些成功的例子包括英国的TRANSYT系统和SCOOT系统、澳大利亚的SCATS系统等1997年，在英国的城市综合交通控制中，高级运输遥感技术(ATT)被看作最重要的技术，该技术在英国的伯明翰市得到了实际应用，并取得了良好的效果。
20世纪70年代，英国的M"G·辛格等应用递阶大系统控制理论成功地在西伦敦通向白金汉宫的一条包含3个路口的干道上实现了递阶最优控制，开创了应用大系统理论解决城市主干道交通控制问题的先例[1] 1.3.2 我国交通控制技术的研究现状 我国在交通控制技术方面也进行了大量的研究，并开发出了许多实用系统国家自然科学基金资助项目《城市区域交通智能控制研究》利用模糊神经网络对城市区域交通进行实时分散控制，把区域交通作为一个大系统，子系统为区域中的各个交叉口，每个交义口有一个控制器，该控制器根据它自己和相邻交叉口的交通流信息来动态管理绿灯相位及绿灯时间仿真研究表明:在交通流量较大和流量时变的环境下，该方法比普通的车辆感应控制方法具有更好的控制效果 国家自然科学基金资助项目《基于Multiagent的交通流优化模型》将人工智能的新技术用于城市道路交通流控制模型中，通过灵活的agent自主控制算法和Multiagent 协商策略，构造交通流的优化模型，从而解决车辆阻塞和交通疏导问题这种新的优化模型和相应控制算法的应用，可以有效解决城市交通路口的车辆阻塞问题，提高交通路口的车辆通行能力。
国家自然科学基金资助项目《对交通控制与诱导结合研究》提出了交通控制与诱导的集成和一体化，代表了现代交通管理的发展方向，是智能交通系统中的重要研究内容而动态交通分配与交通控制的结合是控制与诱导集成的理论基础，对以控制为主和以诱导为主的两类系统的设计和研究思想以及两者结合的主要模型和求解算法进行了详细的论述、总结和分析，提出了控制与诱导一体化的研究方向和思路，并给出一个完整的控制与诱导结合的研究框架结构[2] 国家自然科学基金项目《主干道畅通的分形控制机理与视频识别理论》提出了交通控制分形学的新理论，并将这一理论应用到了城市交叉路口信号灯的控制中 由上海交通大学和上海交警总队合作开发的SLIATS系统，作为我国具有20世纪90年代水平的自适应交通信号控制系统，被列为上海市科委“八五”重点攻关项目，并具有自主的系统版权安徽三联公司开发的城市交通信号控制的SLUTCS系 统也是针对中国城市交通的特点研制开发的新一代城市交通信号控制系统该系统具有信号控制、交通参数检测、图形化信息显示、数据库管理等功能 交通流的检测是进行交通控制的前提传统的控制方法是在地下埋设传感器，利用传感器对经过的车流进行检测。
该方法投资比较大，维护费用高当代比较新的技术是所谓的“3G”技术，即全球卫星定位系统(Global Positioning System)、地理信息系统(Geographic Information System)以及全球移动通讯系统(Global System for Mobile Communications)三者的综合但该系统费用很大 目前比较流行的一种方式是交通流视频检测该方式并不需要在地下埋设任何传感器，直接利用已经在各交叉路口安装的摄像机，获得交通流的图像，即可实现对信号灯的控制因此，交通流视频检测不受环境和人为因素的限制，其硬件投资也可以达到最小，适应性非常强[3] 1.4 研究目的及意义 交通是由人们的社会生产活动和生活活动产生的，人类社会的行为与交通息息相关汽车的出现和汽车工业的发展，使整个交通运输格局发生了巨大变化，极大地推动了人类社会的进程随着汽车保有量的增加，城市交通拥挤和堵塞、交通事故和环境污染的日益严重，交通成为困扰城市发展的棘手问题在经济发达国家，如美国，交通建设相当发达，并趋于稳定目前，美国有铺砌路面的公路已超过 640 万公里，高速公路近 7 万公里，城市建设已成规模，轨道交通较为发达。
但是，仍然存在很多交通问题随着经济迅猛发展，机动车保有量迅速增加，人们在获取由机动车辆所带来的丰厚利润以及充分享受汽车巨大便利的同时，也越来越感受到交通拥堵、交通事故频发、环境污染加剧和燃油消耗上升所带来的困扰世界上一些大城市如纽约、巴黎等，市中心高峰小时车速在 16km/h 左右，公共汽车速度还要低在日本东京市内，早高峰时速仅为 9km/h，最低时只有 4km/h，出现乘车比步行还慢的情况根据2022 年联邦与各州公路资料统计，洛杉矶是美国交通拥塞最严重的城市，每年在交通高峰期平均要堵上 93 个小时，而华盛顿是 67 小时、纽约50 小时这一统计是由德克萨斯 A&M 大学交通运输学院做出并公布的这项统计报告还显示，因为堵车，每年仅在燃料一项上就浪费了 57 亿加仑(约合260 亿升)如果把浪费掉的燃料费和损失的生产力综合在一起计算，那么每年交通拥堵造成的经济损失就超过 630 亿美元，而 20 年前仅为 140 亿美元倘若平摊到每位司机头上，他们每年每位的平均经济损失达到 829 美元[4] 在我国，由于经济发展相对落后，汽车拥有量相对较小，在改革开放前及初期，交通问题并不严重。
从 80 年代中期开始，随着我国国民经济持续高速发展、城市化 进程的加快以及机动化水平的提高，导致交通供需矛盾日益尖锐，城市交通状况日渐恶化，出行难已成为困扰人们生活的首要问题最近几年来，轿车开始进入家庭，交通供需更加不平衡，交通拥挤更加严重，尤其是在一些大中城市，交通拥挤以及由此形成的社会公害，已成为我国城市面临的极其严重的“城市病”之一以北京市为例：统计表明，20 年前北京每增加 10 万辆汽车，大约需用 4 年；10 年前，每增加 10 万辆汽车，仅需要 2 年2022 年一年就新增汽车 27.6 万辆现在，北京市机动车总数已经超过 200 万辆过去十年间，北京的交通堵塞不断升级据北京交管局的统计数字，北京市严重堵车路段在 1993 年为 27 处，1994 年为 36 处，1995 年为55 处，1999 年猛增到99 处，2022 年经过专项治理，仍达 87 处随着堵车路段的增加，车辆运行的平均速度也在不断放缓据调查，1994 年二三环之内部分路段的汽车平均时速为 45 公里/小时，1995 年降至 33 公里/小时，1996 年再降至 20 公里/小时至 2022 年秋，市区部分主要干道高峰期的车速已降至每小时 12 公里左右，有的道路机动车时速只有不到 7 公里。
城市交通问题越来越严重，迫切通过有效手段进行治理，其中交通控制是其中的有效手段之一交通控制的主要对象是机动车及其驾驶员，因此交通控制的主要任务就是对道路上的交通流进行合理的引导和控制，以缓解和防止交通拥挤、减少尾气排放和噪声污染等 实施交通控制可以减少汽车的停车次数，并使车辆在较佳的状态下运行，从而减少尾气污染和能源消耗城市道路交叉口信号控制虽然有改善交通流秩序与安全的优点，但是若不能提供优化控制，将会产生交通流停顿与拥堵的负面效果，会成为城市交通拥堵的一个重要原因尤其是城市主干道在交通流高峰期，由于交通流在大部分交叉口遇到红灯停顿产生的拥堵会从小面积扩大到大面积，其负面影响对城市交通拥堵是极其严重的现代城市交叉口信号控制理论研究证明，实现交叉口信号协调控制，使其在信号配时优化条件下，实现交通流在交叉口处遇到绿灯信号而不在交叉口处停车等待(即形成道路双向交通流的“绿波带”)，将极大地改善在高峰期的交通拥堵现象，是城市街道交通控制的首要且最佳措施美国交通手册HCM 证实道路双向交通绿波控制将对交通流时间延误改善超过 200-400%以上其中相位差优化方法是协调控制效果好坏的关键技术。
因此对相位差优化方法的研究至关重要[5] 本文共分为六章，从各个方面不同层次介绍了交通控制的一些知识，第一章主要写一些交通控制的起源与发展，研究目的及意义，第二章是一些基础知识，第三章主要讲点协调控制，第四章讲了一下智能交通方面我国及世界的发展情况，第五章从具体的实例来优化设计对一条干线的协调控制，最后一章为结论与展望本文介绍了作者所了解的有关干线协调控制的一些知识，希望此文对你有所裨益 第5章干线交叉口交通信号联动控制 5.1 信号控制系统的基本参数 在干线交通信号协调控制系统中，周期时长与绿信比两个基本参数与点控制稍有不同另外，在控制系统中还有一个重要的参数，叫时差 (1) 周期时长 在信号控制系统中，为使各交叉口的交通信号能取得协调，各个交通信号的周期时长必须是统一的为此，必须按单点定时信号的配时方法，根据系统中各交叉口的布局及交通流向流量，计算出各个交叉口交通信号所需的周期时长，然后从中选出最大的周期时长作为这个系统的周期时长，把需要周期时长最大的这个交叉口称作关键交叉口在近代的控制系统中，对有些交通量较小的交叉口，实际需要周期时长接近于系统周期时长的一半，可把这些交叉口的信号周期时长定成系统周期时长的半数，这样的交叉口叫做双周期交叉口。
(2) 绿信比 在信号控制系统中，各个信号的绿信比是根据各个交叉口各向交通量的流量比来确定的因此，控制系统中，各个交叉口的绿信比不一定相同 (3) 时差 时差也称“相位。