交通信号统一调控策略研究Word文档格式.docx

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然而,城

市交通在飞速发展的同时,也带来了一系列问题如城市交通拥堵、交通事故和环

境污染等。

显然,解决城市交通问题最直接的办法就是修建更多的道路和桥梁

以提高路网的通行能力,但是由于资金和城市空间的限制,这一方法往往并不可

行。

本论文从控制科学的角度出发,通过对城市交通信号控制问题进行研究,提高现有交通系统的运行效率,在一定程度上解决城市交通的拥堵问题。

选题背景和意义

随着社会经济的发展，城市现代或水平的提高，交通拥挤、交通安全、环境污染、能源短缺等问题已经成为世界各国面临的共同问题。

无论是发达国家还是发展中国家，都毫无例外地承受着不断加剧的交通问题的困扰。

据统计和预测，美国在1991年50个主要城市由于交通阻塞造成的经济损失达440亿美元，20世纪90年代，全国每年因交通阻塞而造成的延误达20亿车时，到2005年，预计超过110亿车，增加四倍还要多，到2020年全国因交通问题而造成的损失每年将超过1500亿美元。

欧共体国家由于交通阻塞造成的经济损失每年达5亿欧元。

在日本，许多大城市和高速公路驾驶速度不超过15km/h。

1992年，东京因为交通拥挤造成的经济损失约为8.11亿日元，全国每年因为交通拥堵问题造成的时间损失达50亿人时。

北京因交通堵塞造成的经济损失每年达800亿元，上海每天达1100万元。

交通需求日益增加，供需矛盾日益突出，对人类生存环境的危害也是日益严重，大量的生命被车祸摧残。

为了解决交通阻塞问题，人们采取了各种手段，概括起来，主要有加强交通规划、采取先进的交通技术、实现现代化管理。

这些手段或收到投资及其他资源的制约，或收见效期短等局限，特别是，在城市建成区难以靠大量拆迁来增建、拓建道路交通设施。

发达国家的公路网早已建成，不可能再靠多修路来解决问题。

同时，人们越来越多地从保护环境、节约能源、谋求社会可持续发展的角度来考虑问题。

为此，在摸索缓解交通困境的几十年中，随着计算机、通信技术、信息技术的飞速发展，将人、车、路综合起来，用系统工程的观点进行思考，并把先进的计算机、通信、控制技术运用于交通运输的智能交通系统（IntelligenceTransportationSystem,ITS）就很自然诞生了。

智能交通系统在世界各地迅速推进，已成为现代交通的重要标志。

然而，对于这个专用名字，国际上之至今没有一个明确的定义。

虽然各国关于ITS概念的理解各有差异，但共同点是主要的，我们可以归纳的说：

智能交通系统是人们将先进的信息技术、数据通信技术，电子控制技术、传感器技术等有效的综合运用于整个交通运输系统，从而建立起的一种在大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高校、安全的综合交通系统。

其目的是使人、车、路密切配合、和谐统一。

极大地提高交通运输效率、保证交通安全、改善环境质量和提高能源利用率。

智能交通运输的信息化进程，将成为本世纪现代综合交通系统的发展方向，同时也顺应经济全球化、信息化的发展趋势。

ITS是综合多个学科领域应用的系统工程，一方面将推动相关技术的研究，另一方面将推动相关行业的发展和壮大，因此，备受专家学者和企业界的关注。

1.1.2智能交通系统国内外应用现状

智能交通系统在20世纪70年代产生，经过30年的努力，已取得了丰富的研究成果，许多国家和地区都已广泛开展了智能交通的研究和应用，其中美国、欧洲、日本最具代表性。

美国通过制定智能车辆-道路系统（IVSH,IntelligentVehicle-HighwaySystem）战略计划来实现智能交通系统的开发和应用。

美国1992年制定的ITS战略计划书中，确定了ITS的6个大项目：

先进的旅行者情报系统，该系统可以向安装有卫星导航系统的汽车提供各种情报，是确保安全、高效、舒适地进行汽车驾驶的交通支援系统；

先进的交通管理系统，该系统可以实现包括准确测定旅行时间、交通事故、道路自动收费、信号控制、交通流量控制等在内的实时交通管理系统；

商用车辆运营系统，该系统是一个包括重型载货车自动称重、出租车等在内的商用车辆更安全、经济、迅速运输的管理系统；

先进的车辆控制系统，该系统通过车辆和道路上设置的情报通讯装置，进行包括自动驾驶在内的车辆辅助驾驶控制系统；

先进的公共交通系统，该系统是促进公共交通管理者和使用者相互协助，提高公共交通管理部门间相互协作，实现公共交通运输智能化的系统；

先进的乡村交通系统，该系统是对城市之外的乡村道路进行交通事故检测和确保安全的系统。

欧洲国家智能交通系统的开发应用是通过如下几项计划展开的：

PROMETHEUS（ProgramforaEuropeanTrafficwithHighestEfficiencyandUnprecedentedSafety）计划。

1986年至1994年，以德国奔驰汽车公司为主的欧洲14家汽车公司进行民间研究计划，该项计划以研究高科技的车辆应用技术为主。

起初主要是研究提高汽车主动安全性的技术，之后对汽车的经济性、效率性、方便性、环境保护等方面也进行了开发研究；

PROMOTE（ProgramforMobilityinTransportationinEuropean）计划。

1995年到1998年，该计划重点研究车辆的交通管理系统和安全系统，主要是路-车间的通信系统、防撞系统、自动收费系统等，它是PROMETHEUS研究计划的继续；

DRIVE（DelicateRoadInfrastructureforVehicleSafety）计划。

1989年至1994年，该计划以道路基础设施的智能化研究开发为主，研究目标是充分提高道路的交通效率与安全性，改善道路的交通环境。

该计划分为两个阶段：

第一阶段DRIVEI，1989年到1991年主要进行安全、效率、环境方面的基础技术和标准化研究开发工作。

第二阶段DRNEII，1992年到1994年主要在欧洲各国进行基础技术的试验研究工作；

Telematics计划相当于DRIVE计划的第三阶段。

该计划是一个不仅包括道路交通，也包括航空、铁路、水运等交通工具在内的综合交通系统。

日本智能交通系统的研究和开发是各省厅独自提出和进行的。

建设省从1984年开始构筑以高度智能道路交通系统为目的的路-车间情报系统RACS（Road-AutomobileCommunicationSystem）研究开发计划。

1989年开始了下一代道路交通系统ARTS（AdvancedRoadTransportationSystems）的研究计划，其开发目标是实现与环境协调的高度智能交通系统，包括交通弱者在内，均可以安全、舒适、高效地利用道路交通工具进行出行；

通产省从1991年起进行了为期3年的高智能汽车交通系统SSVS（SuperSmartVehicleSystem）调查研究计划，该计划对未来30年内汽车道路交通的行驶协调系统、自动辅助驾驶系统、交叉口高智能监控系统、环境道路交通状况智能识别系统进行调查研究和规划；

运输省从1991年开始进行了为期5年的先进安全汽车ASV（AdvancedSafetyVehicle）研究开发计划，它以开发尖端的高智能、自动安全汽车为目的。

包括对驾驶员报警系统、汽车导航系统、车间距报警系统、事故发生时自动报警系统等在内的20个项目进行研究开发；

警察厅从1993年开始了通用交通管理系统UTMS（UniversalTrafficManagementSystems）的研究开发项目，该项目是通过设置于交叉口等的光学车辆传感器对所有车辆进行监控，提高道路使用者的方便性，实现安全、高效的汽车道路交通高度智能综合管理。

我国在智能交通系统的研究方面起步较国外晚，总体应用水平较国外低，涉及的范围也小。

主要以城市交通监控系统和高速公路监控系统为主。

20世纪90年代以来，国内高等院校、科研机构对智能交通系统的研究和发展动向给予了很大的关注，一方面积极参加国外的各种相关的学术会议，另一方面也组织国内的智能交通研讨会，通过这种形式的活动，推动和促进我国的智能交通系统的研究和发展。

交通部还将智能交通系统列入其“九五”科技发展计划和2010年长期发展规划中，并在其所属的交通部公路科学研究所设立了智能交通系统工程研究中心，开始研究和制定国内的有关规定和标准[4-5]。

我国智能交通系统的研究规划

20世纪90年代初，我国的研究者就开始关注国际上关于智能交通系统的研究，政府部门和当前企业也是非常的支持和看重，在各界的帮助和支持下完成了一系列的科学研究和工程实践工作。

在我国智能交通系统的研究报告中，确定了8个服务领域、34项服务，总共138个子系统。

作为最终实现上述目标的第一步和基础研究支撑，国家科技部在“十五”期间建立了“十五”国家科技攻关专项“智能交通系统关键技术开发和示范工程”主要研究内容包括：

（1）智能交通系统项目评估方法；

（2）快速路系统同行能力；

（3）基础交通信息采集与融合技术；

（4）城市公交系统优化技术；

（5）智能交通系统数据管理技术；

（6）智能交通系统应用试点示范工程；

（7）北京“科技奥运”智能交通系统技术；

（8）跨省市和国道主干线电子支付系统；

（9）具有我国自主知识产权的面向ITS领域的应用软件开发；

（10）汽车安全辅助装置开发；

（11）车载信息装置的开发；

（12）专用短程通信的开发；

（13）交通信息采集的开发；

（14）发展战略和规范；

（15）智能交通系统体系框架支持系统开发和技术跟踪；

（16）智能交通系统社会环境体系的建设；

纵观国内外ITS研究与实践发展史，由于国情、交通运输环境和发展重点等差异，ITS结构、功能划分及实现手段等有所不同。

尽管如此，人们还非常关注和重视交通信息采集与处理的研究和实施，因为他是智能交通系统的基础，是交通系统管理、交通控制和组织及交通信息服务的来源。

同时，交通信息的提取、融合及处理可以满足不同服务交通信息的需求，是城市信息化的重要组成部分。

4交通信号控制对象与方式

4.1交通信号控制对象

对于城市道路交通体系而言，平面交叉路口作为交通转换的枢纽点发挥着关键的作用，优化控制平面交叉路口的交通运行状态是解决城市交通问题的有效手段。

从空间关系上划分可把交通信号控制分为单路口信号控制（也称点控）、干线协调信号控制（也称线控）、区域协调信号控制（也称面控）

交通信号控制类型

简称

释义

单路口信号控制

点控

是指对单一交叉口或一条干线上或某区域内的各个交叉口分别单独进行信号控制的方式。

这种控制的特点是各交叉口的信号配时彼此之间没有关联，各自独立调整和运行。

单点控制的主要出发点是使本交叉口车辆的延误和停车次数等评价指标达到最小，同时又要给车辆提供一个比较高的通行能力。

单点控制的主要控制参数是信号周期长度和绿信比。

通过客观的交通调查和科学的分析计算，确定最佳的控制参数值（信号配时），达到良好的控制效果。

干线协调信号控制