道路交通控制-实验指导书

实验一单点信号控制配时优化设计
（设计性实验）
一、实验内容
采用程序设计或配时设计软件完成实验内容。

1、程序设计
应用计算机语言编制交叉口信号配时方案优化程序（程序1），应用程序1计算最佳信号配时方案；应用计算机语言编制交叉口运行状况评价程序（程序2）；应用程序2，对交叉口运行状况进行评价。

2、配时设计软件
自行设定一个信号控制交叉口，采用Synchro软件对该交叉口进行环境设计，并在Synchro软件环境下完成该交叉口在三个时段（如：早高峰、平峰、晚高峰）交通状况下所需要的最佳信号配时方案；并对该交叉口在其中一个配时方案控制下的交通运行状况（饱和度、延误时间、服务水平等）做出评价，并应运Simtraffic仿真软件观察其实际运行情况。

二、实验目的和要求
1、实验目的
学生通过进行单点信号控制配时优化程序设计，掌握设计交叉口单点信号控制配时方案的思路和方法，具体包括掌握使用韦伯斯特算法计算最佳信号配时方案的过程和方法、掌握交叉口运行状况评价程序设计的思路和方法，以巩固所专业知识。

学生全面掌握交通信号控制原理，掌握计算机语言C、VB等在道路交通控制中的应用，掌握配时设计的方法和步骤、掌握Synchro配时设计的软件应用，熟悉Simtraffic软件的初步应用，为毕业论文（设计）和今后的实际工作打下坚实的基础。

2、实验要求
（1）、采用程序设计完成实验时，要求：
确定交叉口类型及信号控制方式（两相位或多相位）；应用VC、VB、VFP 等计算机语言进行交叉口信号配时方案程序设计，包括绘制程序设计流程图、进行信号配时程序设计、应用所编程序进行最佳信号配时方案计算；应用VC、VB、VFP等计算机语言进行交叉口运行状况评价程序设计，包括选取评价参数（评价参数必须包括延误和服务水平，其他参数自行选取）、绘制程序设计流程图、进行交叉口运行状况评价程序设计、应用所编程序进行交叉口运行状况评价计算；
（2）、采用配时设计软件、仿真软件完成实验时，要求：
自拟一个十字交叉口，进口道（单向）不少于2车道，三个时段的交通流量分别自定；针对给定的交通流参数，制定其在定时信号控制下的最佳信号配时方案。

并验证其中一个最佳配时方案的合理性，即用交叉口延误随配时参数值变化的对应曲线来表示。

（3）、按照要求完成实验报告。

三、预习要求
1、熟练掌握交叉口单点信号控制最佳信号配时方案的计算算法；
2、熟练掌握交叉口信号控制效果评价参数的确定方法；
3、熟练掌握计算机语言VC 、VB 或VFP 。

4、熟练掌握应用计算机进行程序设计的操作过程。

5、熟练掌握Synchro 软件、Simtraffic 仿真软件的应用。

四、实验设备（软、硬件）
本实验所使用的设备包括：
硬件——普通台式计算机或笔记本电脑；
软件——VC 、VB 、VFP ；Synchro 4.0配时设计软件和Simtraffic4.0仿真运行软件。

五、实验原理
1、交叉口单点信号控制最佳配时方案的计算方法 （1）、最佳周期的计算
F.韦伯斯特最佳周期计算公式：
Y
k L k Co -+=
12
1 k 1 = 1.5 , k
2 = 5 式中：C 0——最佳周期，秒；
L ——周期损失时间，秒； Y ——交叉口关键流率比。

周期近似计算公式： C 0= 2C m
式中：C m ——最短周期，秒。

（2）、绿信比的分配
等饱和度法（F.韦伯斯特算法）：
各相位绿信比按各相位关键车道流率比之间的比例进行分配。

在这种情况下，相位饱和度就是交叉口饱和度。

u i =
Y
y i
⨯ U 式中：u i ——相位i 有效绿信比u i
y i ——相位i 关键流率比
Y ——交叉口关键流率比。

U ——周期有效绿信比
不等饱和度法（以两相位信号控制交叉口为例）：
现给定相位B 的饱和度x 2，求得B 相位的绿信比u 2，u 2=y 2/x 2；由周期绿信比U=u 1+u 2，可得相位A 的绿信比u 1，u 1=U –u 2。

2、交叉口信号控制效果评价参数的确定方法； （1）、通行能力
相位通行能力P i ：
式中：P i ——相位i 通行能力，辆/时、辆/秒；
G ei ——相位i 有效绿灯时间，秒；
S i ——相位i 关键车道饱和流率，辆/时、辆/秒； u i ——相位i 绿信比。

交叉口通行能力P ：
式中：P ——交叉口通行能力，辆/时、辆/秒；
P i ——相位i 通行能力，辆/时、辆/秒； n ——相位数。

（2）、延误
欠饱和延误模型：
i
i ei
i i u S C
G S P ==
∑==n
i i
P P 1
式中：d i ——相位i 平均车辆延误，秒；
q i ——相位i 某个进口道的车流到达率，辆/秒； C ——信号周期，秒； u i ——相位i 绿信比； x i ——相位i 饱和度。

综合延误模型（TRANSYT-7F 的模型）：
式中：
D i ——相位i 的小时车辆延误，辆-时/时； D iu ——相位i 的正常相位延误，辆-时/时； D io ——相位i 的随机与过饱和延误，辆-时/时； q i ——相位i 的小时车辆延误，辆-时/时； R ei ——相位i 的等效红灯时间，秒； C ——信号周期时间，秒 x i ——相位i 的饱和度；
N io ——相位i 的车辆到达率，辆/秒 T ——到达率的持续时间，秒。

（3）、饱和度 相位饱和度：
i
i p q x =)
52(31222)(65.0)1(2)1(2)1(i u i i
i i i i i i i x q C x q x x u u C d +--+--=
io
iu i D D D +=⎪⎪⎩⎪⎪⎨
⎧≥<--=1, 2
1,)
1(2)1(2
i ei i i i i i iu x R q x y u C q D pT
x x x pT
N i i i io 4)1(1(42+-+-=
i
io io x N D =
式中：x i——相位i饱和度；
q i——相位i关键车道到达率，辆/时，辆/秒；
p i——相位i关键车道通行能力，辆/时，辆/秒；
交叉口饱和度：
X=max{ x i}，i=1，2，…n
式中：x i——相位i饱和度；
X——交叉口饱和度。

3、采用Synchro4.0配时软件和Simtraffic4.0仿真软件的实验原理
（1）、根据一般道路实际情况，选择一个典型交叉口数据作为实验设计的基本数据。

（2）、在Synchro4.0软件环境下，完成自拟的交叉口环境设计；
（3）、利用Synchro4.0软件提供的Webster算法，完成定时信号控制交叉口在给定流量下的最佳配方案；韦伯斯特算法的基本原理见上述相关内容。

（4）、使用Simtraffic4.0动态仿真软件，观察交叉口实际交通运行状况与理论分析的对应关系。

运行状况评价参数的计算方法见上述相关内容。

六、实验方法与步骤
1、程序设计的方法与步骤：
（1）、编程计算交叉口单点信号控制最佳信号配时方案；
（2）、编程计算交叉口信号控制效果评价参数。

2、应用配时设计软件的实验方法与步骤：
（1）、自拟十字路口：根据实际情况，自己设定一个实验路口的渠化方案及各进口道基本参数；在Synchro4.0软件环境下完成交叉口环境设计及流量输入；（2）、在Synchro4.0软件环境下选择定时控制方方式；
（3）、在Synchro4.0软件环境下，完成当前流量下的配时方案设计；
（4）、记录所设计的配时方案值，及相关的性能指标；
（5）、重复步骤1-4，完成其他2个时段的配时设计；
（6）、对于其中一个配时方案，在周期不变的情况下，通过改变相位值，观察并记录交叉口延误变化并做图表示，以验证最佳配时方案的合理性；
（7）、启动Simtraffic4.0动态仿真软件，观察交叉口实际交通运行状况与理论分析的对应关系。

七、实验报告要求
本实验为设计性实验，实验报告具体要求包括：
姓名：学号：班级：指导老师：时间：地点：
实验名称：
实验目的：
实验设备：
实验内容与步骤：
程序设计流程图、程序清单及计算输出结果：
参考文献：
八、参考资料
教材《道路交通控制原理及应用》（中国人民公安大学出版社，2011年出版）有关计算机语言VC、VB、VFP的使用说明
Synchro软件使用说明书
Simtraffic软件使用说明书
九、思考题
1、当交叉口流率比Y接近1或大于1时，应如何确定信号周期？
2、信号配时参数对交叉口通行能力有何影响？。