实验四 干道交通信号协调控制实验

实验四 城市道路交通线控方案设计与仿真实验

一、实验目的

通过交叉口计算机仿真实验，进一步熟悉和了解这套仿真系统的原理、操作、应用，并通过本实验，加深对干线交叉口交通信号的协调控制（简称线控制，也称绿波系统）包括车道布置、信号配时、相位安置、绿波带等课堂知识的进一步掌握。学生通过线控制方案设计与仿真实验，了解路口渠化和交通管制对城市道路路口交通通行能力的影响并掌握应用软件的操作程序以及设计特点。

二、实验内容

建立给定路段、路口条件的仿真模型，基本参数有交叉口间距、街道及交叉口的布局、交通量、交通管制规则、车速和延误等。设计不同的路口渠化及交通管制方案，观察不同的方案对路口各进口通行能力的影响，并确定最优方案。主要的影响参数包括：通行能力、排队长度、车辆平均消散时间、停车延误等。

选做内容：修改道路属性如车道数、车道宽度等，修改交叉口的交通管制方式，如单向交通、转弯禁行等进行然后观察路口各参数的变化。

三、实验仪器、设备及材料

计算机、交通仿真软件Synchro一套、实验记录纸、实验报告纸

四、实验原理

平面交叉口的通行能力受到各进口车行道布置、信号周期长度、相位配时等因素的影响，因此，在进行平面交叉口的综合治理时，要考虑各种因素，根据系统思想，结合其效率检验指标（流量/容量比、延误和服务水平），使交叉口整体达到较佳服务水平。根据交叉口的道路条件及交叉口各个进口道到达的交通的流向与流量，利用模拟系统提供的相关模型与方法，确定交叉口协调控制的信号配时方案；通过对基本参数的调整，优化交叉口的信号周期；最后利用模拟平台分析提供相应评价指标体系，通过滚动实施，建立交叉口的有效控制方案，确定交叉口协调控制的优化方案。

五、实验步骤

组控的一般功能体现在对有支线交叉口的控制上。下图就是一个典型有支线交叉口的车道结构图，这里一个控制器可以同时控制两个交叉口。

步骤一A：建网

打开Synchro选择建立新文件命令建立一个新网。在地图窗口中（如果地图窗口不是当前窗口，按[F2]进入），建立如下所示的网络（查看绘制连线和交叉口主题）：

一号街与二号街相距320英尺（97.536m）。

所用节点数如上图所示。

在连接设置窗口中使用所有选项的默认值。

步骤一B：输入车道和流量数据

在地图窗口中，点击主干道和一号街的交叉口，通过配时窗口按钮或者F5键可以激活配时窗口。输入的车道和流量数据如下（或者查看步骤一A中车道和流量表图）：

对于主干道和二号街交叉口的处理重复上述步骤，结果如下所示：

注意：以上内容也可通过地图快速编辑器来完成。

切换到车道窗口或者流量窗口，可以加入更多的细节信息，如转弯长度和高峰小时系数等。

步骤二：选择控制计划

首先，将基础数据输入Synchro用于分析和优化。接着在就地控制和组控、固定周期和浮动周期之间进行选择。在就地控制或者组控，固定周期或者浮动周期中查看信号配时背景，可以获取更多的细节内容。

就地控制（局部控制）：每个交叉口设置一个信号机

组控（集中控制）：多个交叉口用同一个信号控制机、适用于交叉口较接近的路径或立交

集中控制

就地控制

大多数情况下，现有设备决定了是使用就地控制，还是组控。除非存在新的结构或者是要更新，不然所产生的配时计划必须符合现有设备。

当邻近信号机需要协调工作时，选择固定周期。

此例中，是采用一个控制器控制两个交叉口。决定最优配时计划的第一步是采用如步骤三所示的就地相位设计。

步骤三：建立就地相位设计

首先每个交叉口应使用就地控制。这点是很重要的，这样Synchro能实施适当的周期长度、相位差和相位顺序的优化。每个交叉口应当在一个单一循环内使用连续的相位设计。此例中，主干道和一号街占用1-2-4相位，主干道和北入口占用5-6-8相位。为实现这些，必须切换到循环和阶段设计器设计每一个交叉口。在阶段1的循环A中输入1-2-4，完成一号街。在阶段1的循环B中输入5-6-8，完成二号街。

相序环(ring)：用于描述一组冲突相位显示顺序的术语。可以有单环结构，双环结构或者复合环结构。理解环结构有助于理解复合式交叉口控制。在Synchro 6.0中，环结构是指在相位窗口中使用环与相位设计对相位进行调整。

相序阻隔(barrier)：相序阻隔（兼容线性）是复合式信号控制中在所有环都相互冲突的情况下优先选择的相序。相序阻隔保证了在不同的环中冲突相位不会被同时选择。所有通过相序阻隔的环同时会选择同一侧的相位。针对双环，或者4环控制器而言，在相序阻隔的同一侧，每个环的相位允许不同步，但是需要同时跳到相序阻隔的另一侧。

相位号(phase numbers)：相位代号是某个方向相位的标号。对于8相位双

环结构的控制器来说，通常把主干道方向的相位号设置为2与6。对于左转相位，通常采用奇数相位号，对于直行相位采用偶数相位号。相位号的编制首先必须满足直行相位的相位号与相邻的左转向为的相位号之和必须等于7或11。

图3-3是东西方向主干道与南北方向主干道的典型的相位号设置：

图3-3 典型相位号设置

标准的相位号可以参照图3-3中的相位号编制。图3-3是一个双环控制的相位号。除这种典型的情况外，我们经常需要将某些相位进行合并，这时图中的相位号将不再适用。

双环控制(dual ring control)：感应控制通常采取双环控制的方式。NEMA规定，东西方向的双环控制交叉口的双环结构如图3-4所示：

图3-4 东西方向主干道的双环控制结构

该双环控制结构采用的是最大的8相位的结构，每个相位通过红黄绿三种颜色信号的显示实现对每个方向的单独控制。八个相位需要适应八个方向的交通流（包括4个方向的直行交通流和4个方向的左转交通流）。环A包括了相位1~4，环B包括了相位5~8。在控制不越过相位阻隔的情况下，两个环是同时独立运行

的。

适当安排8个相位，可以避免信号机在同一时间放行冲突的相位。一条主干路上所有的交通流，都应该设置为相序间隔左侧，而次干路上的交通流应设置在相序间隔的右侧。

图3-4表示了相位的设置情况。在任意时刻，信号机会显示A环上和B环上的一个相位。这两个相位只能是相位间隔同一侧的相位。例如图中，相位1只能和相位5或者相位6同时显示，而不能和其他相位同时显示。

synchro默认是两条时间轴

一个是1-2-3-4-9-10-12-...;另一个是5-6-7-8-13-14-..

此例中，使用感应协调控制器，并将东/西方向作为相位差参考相位。 一号街该地的配时信息如下：

注意：WBT 相位和WBL 相位(相位 1)是可以同时存在的。因此，在保护相位行的WBT中，输入以空格相隔的2和1。先输入相位2，Synchro就能在绿信比优化中使用该相位。根据相位行的输入，系统会自动更新得到合适的检测相位。WBL是受保护和允许的，因此，在允许相位行WBL中应输入以空格相隔的1和2。NBR和WBL同时进行，因此在保护相位行NBR中应输入1。

保护相位与允许相位的比较

(Protected and Permitted Phases)

相位一行用于为每个方向的车辆设置一个或者多个相位。在保护相位期间，车辆可以无冲突的运行。在允许相位期间，左转车辆必须让行对向直行车辆，右转车辆必须让行直行的行人和非机动车。冲突相位的相位编号是红色的。允许左转

相位不予同于驶向同一出口道的直行车辆冲突。允许直行车辆不与驶向同一出口道的左转车辆冲突。

二号街就地配时计划如下所示：

步骤四：优化网络

下一步是优化系统作为两个就地交叉口的网络。先使用优化菜单中网络周期优化命令，然后使用网络相位差命令, 实现网络的优化。此例中，周期是使用以10秒为递增从50到150秒的周期范围。

此例中，Synchro用80秒作为网络的周期长度。如果此例是就地控制，则工作完成。

步骤五：决定相位顺序

下一步是如何利用Synchro来决定相位顺序（如果允许早开迟闭优化，则在优化前该项选择为是）。所得出的主干道和一号街交叉口（1交叉点）相位顺序和绿信比的优化结果如下：

注意：Synchro已经规定相位2决定相位1。

主干道和二街相位优化结果如下：

步骤六：决定阶段变化点

下一步是决定阶段变化点。进入时空图表，观察如下图所示的交通带： 注意相位1和相位5是滞后的，并且相位2和相位6是在两秒内同时动作。这是一个滞后同时的配时计划。

步骤七：连接多个交叉口到一个控制器

首先，建立一个控制器控制多个交叉路口的文件。切换到集束编辑器，选择一个控制器控制多个交叉路口这一项。

点击主干道和二号街的交叉口，并加入到集束中。

注意节点2（即主干道和二号街的交叉口）已经改变了颜色。在配时和相位窗口中这种颜色可以明确地区分交叉口的数据是否被改变。

选择[是]。

步骤八：建立循环的结构

下一步是在循环和阶段设计器中建立合适的循环结构。

第三步中的每个路口是建立在一个单一的循环中，没有其它附加的改动。多个交叉口的绿信比和相位设计结果如下所示：

步骤九：优化交叉口周期长度

如果基础数据已经输入并且分析过，那么下一步就是找寻此交叉口的最佳配时计划。使用优化中交叉口周期长度优化命令可以把交叉口设置为自然周期长

度。自然周期长度是一个交叉口独立运作的最低可接受的周期长度。当完成这一步时，Synchro会自动优化交叉口的绿信比。

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