市道路交通信号的优化模型
本文主要研究了淮安市道路交通信号的优化模型问题。淮安市目前红绿灯设置都是按固定周期固定配时的模式。在本文中我们主要考虑根据各个车道车流量情况，自动设置较优的的红绿灯周期以及各个相位的配时问题，以缓解日益严重的交通拥堵问题。 在本文中，我们主要考虑了十字形路口，丁字形路口和多车道交叉路口（五叉路口）的红绿灯周期以及相位配时的设置问题。我们的研究思路是，首先考虑了给定周期不定配时的红绿灯相位配时设置模型。具体的来说，我们根据各个车道在某个时刻的滞留量以及检测到的各个车道的车流量，得出了各个车道在任意时刻滞留量的数学关系式，在红绿灯配时的时候，主要考虑两个目标。第一个目标是一个红绿灯周期后，各个车道滞留车辆总数最小。第二个目标为，每个相位结束以后，对应的车道还没有来得及通行的车辆总数最少。从而建立了双目标规划模型，在求解过程中，我们通过引入偏好系数，把双目标规划问题转化成单目标规划问题，求得各个相位的配时。通过与之前的红绿灯设置情况进行对比，我们优化过后的模型明显得降低了各车道的滞留车辆数量。 其次，我们考虑了不定周期，不定配时问题。我们的研究思路是对总周期进行一维搜索，当周期给定一个数值，就变成了固定周期不定配时问题。通过一维搜索，我们得出了不定周期不定配时的数学模型。 在模型推广中，我们考虑了线状的交通区域红绿灯配时问题。我们的研究思路是，根据绿波带原理设置相位差，把多个交叉路口的红绿灯综合考虑，类似于问题一，给出了大概的建模思路。关键词 相位配时，不定周期，交叉路口，一维搜索，双目标规划，偏好系数
目 录
1 引言 1
2 问题重述 1
3模型假设 2
4符号说明 3
5模型的建立 3
5.1问题分析 3
5.2定周期不定配时的红绿灯配时的模型设置与求解 5
5.2.1 十字路口的模型设置 5
5.2.3十字路口的模型求解 18
5.2.3 丁字形路口的模型设置 21
5.2.4 丁字形路口的模型求解 22
5.2.4五交叉路口的模型设置 23
5.2.5五交叉路口的模型求解 26
5.3不定周期不定配时的红绿灯配时设置模型与模型求 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
解 28
5.3.1 十字路口的模型设置 28
5.3.2 十字路口的模型求解 29
5.3.3 丁字路口的模型设置 29
5.3.4 丁字形路口的模型求解 30
5.3.5 五交叉路口的模型设置 30
5.3.6 五交叉路口的模型求解 31
结论 32
致谢 33
参考文献 34
1 引言
道路交通管理对于一个城市的管理来说是至关重要的部分。道路交通管理中交通堵塞随着城市市私家车数量的增多成为现今社会的一个热点问题。交通信号灯在城市交通管理中发挥了巨大的作用。。交通信号灯的设置有助于提高城市交通干线的协调控制效果，降低了交通道路上的停车和延误率，同时也降低了交通事故的发生，保障行人安全。
交通信号灯一般有红黄绿三种颜色。红灯亮时，表示车辆需要停止，绿灯亮时，表示车辆可以通过，黄灯亮时一般为提醒信号。从不同方向行驶到路口的车辆都交汇在交叉路口，有的要直行，有的要左转或者右转，哪个方向的车辆优先通过，这就是要听从信号灯的指挥。交通信号灯的控制方案一般有三种，一种是定周期控制控制，另一种是感应控制，还有一种是自适应控制。
现实情况里，各个路段不同时间的情况有所不同，有效的信号控制优化方法可以用于提高城 市交通效率、改善城市交通状况。
2 问题重述
随着淮安地区经济的发展，私家车的的数量越来越多，道路交通负担负担越来越重，道路堵塞问题困扰者出行车辆。交通信号灯在交通管理中扮演了重要的角色，而淮安过去给交通信号灯设置的固定配时的信号灯周期方案已经不能满足现今城市交通的现状。而交通信号灯实时调控信号灯周期的方案则可对道路交通的流畅起积极的作用。
问题一：下图为承德路与枚乘路交叉而成的十字路口，根据该十字路口构造单个交叉路口交通信号实时控制的点控制数学模型, 并给出相应的实时算法。
图01 承德路与枚乘路交叉而成的十字路口
问题二：下图为淮安市枚皋路与启秀路所交汇而成的丁字形路口，根据该丁字形路口构造单个交叉路口交通信号实时控制的点控制数学模型, 并给出相应的实时算法。
图02枚皋路与启秀路所交汇而成的丁字形路口
问题三：下图为淮安市万达广场附近一由翔宇大道、淮海东路和平路以及水渡口大道所交汇而成的五交叉路口，根据该五交叉路口构造单个交叉路口交通信号实时控制的点控制数学模型, 并给出相应的实时算法。
图03翔宇大道、淮海东路和平路以及水渡口大道所交汇而成的五交叉路口
3模型假设
本文中用到的原始交通流数据相关数据只考虑普遍的一般情况。
2）模型所涉及的车辆为一般普通车辆并且符合一般的规律。
3) 假设人在信号灯为黄灯期间是为绿灯放行时做准备，也就是说在黄灯转换成绿灯时是人是马上就启动车辆的。那么在本文所建立模型中可以不考虑交通信号灯颜色转换时人需要时间反应所带来的时间损失。
4符号说明
符号
说明
k
相位序号,取1，2，3，4
m
车辆行驶方向序号，取1，2，3代表左转、直行以及右转
n
方位，取1，2，3，4代表东，南，西，北
：
车道序号
：
表示相位k,方位n,车道m的车辆放行与否的状态
：
在一个信号灯周期内，第 号车道，在第 相位的车辆可到达率
：
在一个信号灯周期内，第 号车道，在第 相位的车辆的离开率
：
在 时刻，第 相位内，第 号车道的滞留车辆数
：
相位k的信号灯配置时间
：
红绿灯单个相位的配时，
：
一个完整的红绿灯周期
5模型的建立
5.1问题分析
根据题目要求建立一种关于交通信号灯的不定周期、不定配时的实时控制模型。过去道路交叉口的交通信号灯多采用固定周期长度、固定配时方案设计，即红黄绿三个颜色的信号灯连续各亮一次的时间总和长度是固定的，而且每个颜色的信号灯的配时也是固定不变的。而这种配时方案并不能满足复杂的交通车流情况，反而有时候会导致交叉路口的拥堵，使得交通信号灯没有起到疏导交通的作用。 因此我们需要建立一种关于交通信号灯的不定周期、不定配时的实时控制模型来提高交叉路口的流畅程度。
目 录
1 引言 1
2 问题重述 1
3模型假设 2
4符号说明 3
5模型的建立 3
5.1问题分析 3
5.2定周期不定配时的红绿灯配时的模型设置与求解 5
5.2.1 十字路口的模型设置 5
5.2.3十字路口的模型求解 18
5.2.3 丁字形路口的模型设置 21
5.2.4 丁字形路口的模型求解 22
5.2.4五交叉路口的模型设置 23
5.2.5五交叉路口的模型求解 26
5.3不定周期不定配时的红绿灯配时设置模型与模型求 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
解 28
5.3.1 十字路口的模型设置 28
5.3.2 十字路口的模型求解 29
5.3.3 丁字路口的模型设置 29
5.3.4 丁字形路口的模型求解 30
5.3.5 五交叉路口的模型设置 30
5.3.6 五交叉路口的模型求解 31
结论 32
致谢 33
参考文献 34
1 引言
道路交通管理对于一个城市的管理来说是至关重要的部分。道路交通管理中交通堵塞随着城市市私家车数量的增多成为现今社会的一个热点问题。交通信号灯在城市交通管理中发挥了巨大的作用。。交通信号灯的设置有助于提高城市交通干线的协调控制效果，降低了交通道路上的停车和延误率，同时也降低了交通事故的发生，保障行人安全。
交通信号灯一般有红黄绿三种颜色。红灯亮时，表示车辆需要停止，绿灯亮时，表示车辆可以通过，黄灯亮时一般为提醒信号。从不同方向行驶到路口的车辆都交汇在交叉路口，有的要直行，有的要左转或者右转，哪个方向的车辆优先通过，这就是要听从信号灯的指挥。交通信号灯的控制方案一般有三种，一种是定周期控制控制，另一种是感应控制，还有一种是自适应控制。
现实情况里，各个路段不同时间的情况有所不同，有效的信号控制优化方法可以用于提高城 市交通效率、改善城市交通状况。
2 问题重述
随着淮安地区经济的发展，私家车的的数量越来越多，道路交通负担负担越来越重，道路堵塞问题困扰者出行车辆。交通信号灯在交通管理中扮演了重要的角色，而淮安过去给交通信号灯设置的固定配时的信号灯周期方案已经不能满足现今城市交通的现状。而交通信号灯实时调控信号灯周期的方案则可对道路交通的流畅起积极的作用。
问题一：下图为承德路与枚乘路交叉而成的十字路口，根据该十字路口构造单个交叉路口交通信号实时控制的点控制数学模型, 并给出相应的实时算法。
图01 承德路与枚乘路交叉而成的十字路口
问题二：下图为淮安市枚皋路与启秀路所交汇而成的丁字形路口，根据该丁字形路口构造单个交叉路口交通信号实时控制的点控制数学模型, 并给出相应的实时算法。
图02枚皋路与启秀路所交汇而成的丁字形路口
问题三：下图为淮安市万达广场附近一由翔宇大道、淮海东路和平路以及水渡口大道所交汇而成的五交叉路口，根据该五交叉路口构造单个交叉路口交通信号实时控制的点控制数学模型, 并给出相应的实时算法。
图03翔宇大道、淮海东路和平路以及水渡口大道所交汇而成的五交叉路口
3模型假设
本文中用到的原始交通流数据相关数据只考虑普遍的一般情况。
2）模型所涉及的车辆为一般普通车辆并且符合一般的规律。
3) 假设人在信号灯为黄灯期间是为绿灯放行时做准备，也就是说在黄灯转换成绿灯时是人是马上就启动车辆的。那么在本文所建立模型中可以不考虑交通信号灯颜色转换时人需要时间反应所带来的时间损失。
4符号说明
符号
说明
k
相位序号,取1，2，3，4
m
车辆行驶方向序号，取1，2，3代表左转、直行以及右转
n
方位，取1，2，3，4代表东，南，西，北
：
车道序号
：
表示相位k,方位n,车道m的车辆放行与否的状态
：
在一个信号灯周期内，第 号车道，在第 相位的车辆可到达率
：
在一个信号灯周期内，第 号车道，在第 相位的车辆的离开率
：
在 时刻，第 相位内，第 号车道的滞留车辆数
：
相位k的信号灯配置时间
：
红绿灯单个相位的配时，
：
一个完整的红绿灯周期
5模型的建立
5.1问题分析
根据题目要求建立一种关于交通信号灯的不定周期、不定配时的实时控制模型。过去道路交叉口的交通信号灯多采用固定周期长度、固定配时方案设计，即红黄绿三个颜色的信号灯连续各亮一次的时间总和长度是固定的，而且每个颜色的信号灯的配时也是固定不变的。而这种配时方案并不能满足复杂的交通车流情况，反而有时候会导致交叉路口的拥堵，使得交通信号灯没有起到疏导交通的作用。 因此我们需要建立一种关于交通信号灯的不定周期、不定配时的实时控制模型来提高交叉路口的流畅程度。
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