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信号机优化方法
多个交叉口联锁“绿波化”控制详解
干道多个交叉口实行信号联锁控制，使得交通流在主干道的双向行驶中尽量一路绿灯旅行,从而在所控干道区间获得交通流在交叉口的延误时间为最小.其中不仅保证主干道交通流的一路畅通，同时也必须保证横向交通流的延误时间为最小。
交通信号灯绿波化控制技术也就是我们对路口间信号协调的一种最优化状态，即车辆驶到路口时遇到绿灯的机会要远远多于遇到红灯的机会。
要实现路口间的信号协调,靠的不仅仅是两个路口同一相位开启时间之差“相位差”的设置，更加重要的是对所有交通流包括支路交通流的全面优化设计.
一、交通信号灯绿波化控制工作原理
我们看一下车辆通过路口时,民警用手势指挥的方法所产生的车流规律，民警在放行东西方向车流时，南北方向车流在路口停止线后停车等候；当东西方向车流放空时，民警转放南北车流,此时东西方向来车只能在路口停止线后停车等候；南北放空，民警转放东西,南北来车停车等候……，如此循环往复.从中看出一个规律，两个方向来的车,在路口轮换停车一次。
我们再仔细观察一下路段上几个路口的旅行情况：
民警放东西方向车流时,南北方向上出现交通断流，南北路段出现暂时空闲；民警放南北方向车流时，东西方向上出现交通断流，东西路段也会现在路段的暂时空闲。
如果东西车流和南北车流同时到达路口，必有一个方向停车等候，另一个方向通过；而在该方向车流完全通过后，等候方向上下一段车流也已到达路口造成流量积累，形成拥堵。
但是如果我们调整相临路口相应绿灯开启时间，使之形成机动车断流段交错到达路口，则路口各流向的机动车流在通过路口时都不会遇到红灯，进而减少路口拥堵发生的机会。
二、交通信号灯绿波化控制方法
根据上述交通信号灯绿波化控制技术的工作原理,要取得绿波协调控制关键有两点：
共同周期和统一时间。
绿波带控制配时所需数据有:
交叉口间距、街道及交叉口布局、交通量、交通组织方案、车速和延误.
绿波带控制配时计算步骤如下：
1、按单点优化配时计算各交叉口所需的周期时长；
2、以周期时长最大的交叉口为关键交叉口，并以此周期为绿波控制的共同周期;
3、各交叉口仍按各自的周期计算各相位的绿信比及绿灯显示时间；
4、算出的关键交叉口主干道相位的绿灯显示时间，就是各交叉口对干道方向所必须保持的最小绿灯长度；
5、由第三步算得各非关键交叉口上次要方向的绿灯显示时间，就是该口对次要道路所必须保持的最小绿灯时间；
6、系统共同周期时长大于非关键交叉口所需时长，非关键路口全部改用系统共用周期时长，各相绿灯时间无所按比例延长；
7、确定各交叉口间的相位差;
8、校对各交叉口交通信号控制机内的时钟,以关键交叉口为基准，逐个调整各交叉口的配时方案和相位差。
三、交通信号灯绿波化控制技术对交通流的要求
在具有路口间信号协调功能的道路上,对交通流提出具体要求，要求交通流在通过路口路段时尽量保持队行驶，车流不能太离散；在路口交通组织上要求交通流冲突得到彻底分离，一般用多相位方式;在路口交通组织上要减少纵向和横向干扰，人行横道要纳入信号协调控制;路段一般要禁止停车;公交车站应设置港湾；人行横道应设置与路口信号协调的行人信号灯。
在秩序管理上,为了保证信号协调效果，把管理的重点逐步由路口秩序转变为行驶秩序、停车秩序、便道秩序和行人自行车秩序上来,避免车流离散现在的发生。
交通信号控制基础
一、控制对象：
交通信号灯控制的对象是包括机动车、非机动车和行人的所有交通流。
二、控制对象的可控性处理:
交通信号灯控制必须建立在对受控制对象的可控性基础上的,即不同运动速度的机动车、自行车和行人交通需要进行一定的预前规范处理，才能够进行信号控制，这些措施是：
1、变混合流交通为分离流的交通:
机非隔离措施；2、通过正确的地面渠化措施变无序交通流对象为有序对象。
三、控制对象的量化与建模:
需要对控制对象进行建模。
1、流量的检测（人工与自动）；2、统计流量与实时检测流量的优化处理，建立准确的交通流模型。
四、信号配时：
对交叉口的所有交通流分配最佳的绿信比。
1、交通流量（实时和统计）；2、最优控制设计（计算所有运动量时间延误最小）.五、交叉口的基本运动量：
（左、直、右）×4=12个运动量，再加非机动车/行人。
六、多个交叉口联锁控制，其运动量的数学模型可高达100维以上矩阵，信号优化配时将是一个十分复杂的高等数学寻优求解过程。
因此多个交叉口联锁控制，人工计算是无法寻求最优解的，必须依靠有效的电脑软件完成。
交通信号灯时长设置和什么有关？
交通信号灯主要是根据交通拥堵的情况来规定红绿灯时间的长短，但是这个数据究竟是如何测量的呢？
交通信号灯的时长是根据通过交叉口的交通量来确定的,不同的交叉口一般不同。
计算过程比较复杂。
首先必须有的数据有预计的交通流量或者交通调查得出的现行交通流量和进口道设置形式等。
所谓交通流量就是每个小时各个进口道往各个方向去的车辆数，进口道设置是指某进口有多少条直行车道、右转车道、直右车道和左转车道等。
在进行计算之前应该要遵循两个概念1、饱和流率：
既定条件下,某一股车流或几股车流单位时间内以饱和状态通过交叉口的流量值饱和流率是用基本饱和流率乘以一大堆修正系数算出来的。
2、车道组：
交通流在备选的进口车道之间的分配会逐渐趋于一种均衡的状态，使各条备选进口车道的交通负荷水平十分接近。
于是，这些备选进口车道便构成了一种车道组合形式，习惯上称之为车道组。
一般来说，所有的直行车道和直行右转、直行左转合用车道构成一个车道组；而左转专用车道、右转专用车道各自独立形成车道组.
区域交通信号灯控制系统介绍
区域控制系统是二维信号控制，又称为“面控制”，它把整个区域中所有的信号交叉口作为协调控制对象。
控制区域内所有信号交叉口都受中心控制室的集中控制。
对较小范围的区域,可以整个区域集中控制；范围较大的区域可以采用分级控制。
分区的结果往往成为一个由几条线控系统组成的分级集中控制系统，这时，可认为各线控制系统是面控系统中的一个单元;有时分区还会成为一个由点、线、面控制的综合性分级控制系统.区域控制方式的应用须考虑以下条件：
①控制性能的可拓展性：
尽量使控制机能引入新的研究成果，而不致改变原来的机器构成，即尽量利用老的信号机.②控制范畴大的可能性:
随着城市的发展，城市规模的扩大，必须有可能扩大控制范围，以扩大中央控制室的作用。
③高度的可靠性：
所以机器要有高度的可靠性，即系统中的一部信号机必生故障,系统中其他信号机不会出现异常，整个系统仍能照常工作，且能早期发现而予以修复。
④使用方便：
随着交通状况的变化,对机器控制的内容及机器动作的监视和变更要比较容易，如出现暂时性异常时，应能及时处理。
⑤在我国现实交通条件下，还需考虑自行车交通的合理处理问题。
区域控制系统按照策略可以分成定时脱机式控制系统和自适应控制系统两类。
（1）定时脱机式区域交通系统控制定时脱机式区域交通系统控制利用交通流历史及现状统计数据,进行脱机式优化处理，得出多时段的最优信号配时方案，存入控制器或控制计算机内，对整个交通区实施多时段定时控制。
定时脱机式系统控制简单、可靠、效益--费用比高，但不能适应交通流的随机变化，特别是当交通流量数据已经过时后,控制效果明显下降，重新制定优化配时方案需要大量的人力、物力做交通调查。
TRANSYT是英国道路与交通研究所提出的定时脱机式系统控制的代表。
（2）自适应控制系统的区域交通控制定时脱机式系统控制不能适应交通流的随机变化，随着计算机控制技术的发展，逐步产生了能够随交通流变化面自动优化配时方案的交通信号灯控制系统.英国、美国、澳大利亚、日本等国家进行了大量的研究与实践，用不同的方式建立了各有特点的感应式联机区域交通控制系统，归纳起来有方案选择式和方案形成式两种。
方案选择式是按照预先设计的方案,在实时控制条件下选择最好方案。
方案形成式是在实时检测的条件下一逐步寻优获得最优方案。
方案形成式一般情况下存在滞后控制现象，因此对于动态控制本身,它的反应较慢,效果不如方案选择式更加有效。
干道交通信号协调控制介绍
干道交通信号协调控制系统也简称为“线控制"，就是把一条主要干道上相临的多个交叉口的交通信号器联动起来，进行协调控制。
线控制是区域控制的一种最重要方式,因为主干道交通畅通是解决区域交通畅通的关键.根据道路交叉口所采用信号灯控制方式的不同，线控制也可以划分成干道信号定时式协调控制和干道信号自适应式控制两种，其中以定时式协调控制较为普遍。
定时式协调控制方式的设置应该具备下列条件：
①纳入信号协调控制的交叉口应采用相同的信号周期,因为只有在同一个周期内,连锁协调控制的所有交叉口信号才能够实现相位差的推移,产生最大交通通行效果的“绿波带”，即绿灯开启时间能够一个推移一个地正确执行,达到交通流不在交叉口吃红灯的最优控制效果;②所有连锁协调控制的交叉口信号器必须具备相同的时间基准，以保证相位差推移稳定和正确;③交叉口之间距离的关联性和平衡性较好，通常相邻交叉口之间的距离应在800m以内，同时间距平衡性（间距相差小）越一致越好。
“绿波交通”是干道交通信号协调控制系统的一种最有效的形式。
所谓“绿波交通”，就是指车流沿某条主干道行驶过程中，连续得到一个接一个的绿灯信号，畅通无阻地通过沿途所有交叉口。
这种连续绿灯信号“波”是通过对沿线交叉口统一配时的优化协调设计来实现的.绿波的带宽越大，即一次绿灯的时间越长，说明在每个交叉口通过的交通流越多.干道交通信号协调控制一般情况下是必须有正确设计的软件运算才能够实现的。
因为这种优化过程是基于对所有协调控制交叉口的所有交通流都优化计算条件下而形成的，比如，十安交叉口的交通流由“左、直、右"×4=12交通流组成,当10个交叉口协调控制时，将有120个交通流同时进行优化计算才能够完成,它们是一个极为复杂的数学计算，必须由电脑程序完成.单凭人用普通的手算方法是绝对无法完成优化运算的。
如果实在缺乏适当的软件，可考虑采用数学解析法和图解法来协调相邻信号间的相位时差。
①数学解析法：
首先应根据各交叉口的交通流量，按单点控制的方法计算每个交叉口的信号周期时间和绿信比，然后按步骤进行线控参数计算。
②图解法：
此法是在时间——距离图上协调线控系统的相位时差（又称相位法1），同时调整确定通行带速度的周期时长。
公路系统对于干道信号协调控制的应用同样是极其重要的内容,主要应用在公路系统穿越城镇区的地方。
因为干线公路往往在地方上成为穿越城镇区的一条主要干道，沿线一般情况下会有5~10个信号灯控制的交叉口.如果不采用先进的协调“绿波化"信号控制，公路主干道在每一个交叉口因为红灯停顿，必将造成交通流的堵塞，形成沿线的交通拥堵区，同时也大大降低了公路通行能力。
因此，对公路系统在穿越城镇区的地方采用信号灯协调“绿波化"控制是一个极具发展潜力的领域。
目前在我国应用还是一个空白。
单点信号控制介绍
单点信号控制简称“点控制”，它以单个交叉口为控制对象，是交通信号控制的最基本形式。
控制原理是根据交叉口的流量和流向，确定配时相位次序方案，设定每个相位的绿信比时间，尽量使得交叉口各个方向交通流的通行能力最大、延误最小。
点控制又可以分为两类：
定时信号控制和感应式信号控制两种.
（1）定时信号控制定时信号控制是目前我国普遍采用，最基本、最常见的交叉口信号控制形式，这种控制方式设备简单、投资少、维护方便。
同时，信号控制机可以升级与临近的信号灯联机后，上升为干线控制或区域控制。
定时信号控制是指信号控制的周期和绿信比两个参数是预先设计并且设置后不变的.需要改变参数时，需人为调整重新设置各个参数。
设计的一般步骤为：
信号相位方案设计、信号周期长度、确定每个相位的绿灯时间分配—-绿信比。
定时信号控制，在参数设置合理情况下，是十分可靠理想的控制方式。
因为城市交通流特性往往其重复性很大，比如，每个星期1、星期2～4、星期5和周末的交通流基本上是每一个星期重复出现的.因此，当我们将这些交通流检测完整，将数据模型的时段绿信比正确，交通流的模型设置准确后,一般情况下，一个设计水平好的定时控制将会运行十分有效。
另一方面，因为定时信号控制，并不需要完全依赖实时交通流检测，因此，许多情况下，定时信号控制又节省了对地面交通流检测设施的要求。
当然，如果需要得到完整的交通流模型，交通流的检测又是必需的设备。
（2）感应式信号控制感应式信号控制是针对定时信号控制而言增加了对支线道路交通流检测功能而改变支线交通绿信比的一种控制。
它的原理是在一个信号周期内,如果支线交通流没有检测到流量或流量很小时，原先设置的支线相位的绿信比可以随交通流量减少而削减其原有绿信比时间，甚至完全放弃（无支线交通流情况），并且将多余出的时间增加给主线交通的绿灯时间,从而达到提高主线交通通行能力的作用。
其工作原理是：
在交叉口支线进口设置“车辆到达”检测器。
在一个周期内，感应式信号控制器内部设置一个支线的“初始绿灯最大时间”,如果在支线绿灯开始之前,检测器检测到支线的交通，那么控制器将开始执行这个“初始绿灯最大时间”,如果在“初使绿灯最大时间”使用完之前，在一个预先设置的时间间隔内（如3~5S）没有后续车辆到达，则控制器将切断这个支线的绿灯变换为红灯，同时将剩余的绿灯时间自动增加到主线的绿灯时间上;如果有车辆不断到达,则支线绿灯将延长，直到完全用完“初使最大绿灯时间"。
感应式信号控制随检测器设置方式可以分为：
①半感应控制:
只在交叉口某一个“支线”进口道上设置检测器,这种感应控制只有对“主线”有利。
②全感应控制:
在交叉口全部进口道上均设置“达到”检测器，这种感应控制将不分支线和主线，只要一个方向道路的交通流用不完“全部”“绿灯时间"，则自动将剩余时间增加到另一个方向道路的绿灯上。
对于公路系统,单点信号控制是普遍采用的首要形式。
其中以感应式信号控制更加有效和有其需求广泛性，应该在我国大力推广。
交通信号控制原理与步骤
交通信号控制原理与步骤
（1）道路交通信号控制的原理①在每个交叉口设置红绿灯信号控制参数,使其信号控制对本交叉口的所有方向的交通流在交叉口的停顿延误时间为最小；②在多个交叉口信号联锁绿波控制时，寻求满足以上条件同时还保证双向绿波带的形成,并且绿波带宽达到最宽.③建立交通流分时模型：
日时段划分；④建立每个日时段的流量矩阵；⑤求解每个时段的最佳配时方案表；⑥根据配时表设置控制器参数，并保证其按时正常动作；⑦季节性地对流量模型进行重建与参数寻优进行重新求解.（3）动态—自适应道路交通信号控制的步骤①交通流实时检测与建模；②实时建立交通流数学模型（时段划分，流量矩阵）③实时求解每个时段的最佳配时方案表；④实时根据配时表在线设置控制器参数，并保证其立时正常动作。
（4）自适应控制成功的必要条件①系统具备全面实时、准确、无错测量和通信的手段；②系统具实时自适应寻优算法和实时反馈控制能力；③系统具备在条件不理想或错误情况下的自动纠错与容错技术能力；④否则，必导致系统控制错误而失败.（5）静态与动态自适应控制的区别①静态是按时段改变事先优化好的配时方案；②动态自适应理论上是根据实时检测流量来求出最佳配时方案进行实时控制；③静态控制可以依靠控制器本身时钟来实现配时方案改变，可以免去通信连接的要求；④动态自适应是建立在通信、实时检测完善无误条件下，才能有效发挥其真正优势与作用；⑤否则，动态自适应可能会带来更差，更不理想的结果。
交通信号控制机的基本功能
以下为大家讲解一下智能的基本功能：
（1）数据采集和监控各类交通流量采集、分析并生成报表，以电子地图GIS方式监控路网交通流，并进行交通阻塞检测。
（2）交通控制和优化在对交通流的分析基础上，优化控制交通，通过设定信号机的运行方案和参数（调整绿信比或设定相位差）使区域交通达到最大畅通。
（3）系统干预操作人员可以在中心控制每台信号机的运行方式,可以在电子地图上方便地定义绿波带，并可以远程模拟手动控制交通。
（4）系统监控操作员界面显示整个交通系统的运行信息,监控子系统设备包括每个信号灯的状态，并进行故障记录和报警。
（5）系统日志管理①系统操作员操作记录;②系统参数修改记录；③系统登录记录；④系统故障及处理记录；⑤系统运行方案的历史记录;⑥交通时间报警及处理记录。
交通信号灯智能控制算法研究分析
智能控制关键在于交通信息的获取.当前，尽管获取交通信息的方法多种多样,如:
通过分析城市道路交通流量变化的特点，提出一种基于数据融合的检测方法;基于不同相位的动态最小时间需求，并以相位通性需求时间为研究对象，以动态相位时间差为状态转换控制目标，建立了单路口交通信号控制的一种动态智能控制方法；使用云理论的基本算法处理公交车辆反馈信息,对含有不确定的多维度公交信号综合处理，并综合各种道路信息以决定交通信号灯的通行时间长度方案。
然而,这些方法均未涉及到自动采集、处理与分析路口交通流量信息的核心技术问题。
就信息传感技术而言，目前大多数城市交通信号灯控制方法基本上还是采用感应线圈等设备来获取交通信息。
由于这种交通量检测设备需要埋设在道路下面，使得安装与维护都很不方便，经济成本高、抗干扰性差而且感应范围极为有限,难以普遍推广.随着“电子警察”应用的日益普及，在城市的许多交叉路口早已装配采集交通流量的摄像装置.尽管配制这些摄像装置的初衷是用于人工监控，但是，这些摄像装置无疑可以成为拾取道路车流图像的硬件基础.显然，基于图像信息的视感技术必将成为获取交通（车流）信息的重要手段之一，特别是在城市交通信号灯的智能控制中能够起到越来越重要的作用。
然而,要实现交通系统智能化，却不是一项简单的技术，关键在于如何充分、有效和实时地获取交通信息。
针对当前城市交通信号灯控制的技术缺陷，即国内大多数城市交通信号灯控制方法仍然停留在时间程序控制的技术层面,或者采用感应线圈等设备来获取道路交通信息等技术现状,提出一种交通信号灯智能控制算法.该系统算法由图像边缘检测、道路行车类型切割、纵向坐标投影和车流长度分析等核心技术组成，能够充分、有效和实时地获取交通流量信息，使城市交通信号灯的开/关时间能够根据道路上车流量的实际大小实施准确控制,因此使交通信号灯的控制达到智能化的技术水平，为最终实现城市智能交通提供科学的信息基础。
单交叉路口交通信号灯实施优化控制
城市用红、黄、绿三种颜色对到达交叉路口的交通流实施控制，由于到达交叉路口的交通流受到众多因素的影响，而且随机性大，因而通过建立精确的数学模型或预先人为地设定多套方案，控制效果都难以做到尽如人意。
城市交通信号灯的控制是通过交通流的调节、警告和诱导以达到改善人和货物的安全运输，提高运营效率。
交通信号灯的目标在于改善交通流的质量，更好地利用现有运输能力，实现交通流的安全性、快速性和舒适性.交通是城市经济活动的命脉，对城市经济发展、人们生活水平提高起着十分重要的作用。
汽车工业在给人们带来各种便利的同时，也带来了一系列令人困惑的问题，如环境污染、交通拥挤、交通事故的频繁发生等,给人们的生命财产带来很大的损失。
城市交通问题是困扰城市发展、制约城市经济建设的重要因素,人们对交通有效控制的意识越来越强烈。
对于不同的交通路口，交通车流呈现很大的随机性，车辆行驶过程也是一种随机过程，因而实施相位控制应针对不同的车流情况采取不同的方案。
对交叉路口交通信号灯优化控制，通常有一下几种方法:
1、针对交通信号灯的信号周期进行优化。
2、针对相位信号配时（或绿信比）进行优化。
3、针对交通信号灯周期和相位信号配时，（和绿信比）同时进行优化，甚至还包括相位信号顺序的优化。
4、综合进行优化（针对交通流高峰期整个时间段）。
一种交通信号灯的配时方案的改变，将对各个车道的车流产生很大影响.目前，对于城市交通网络的优化控制研究,大多是针对城市交通网络的交通流分配进行优化，或依据出行者起讫点之间路径按时间最短优化控制,或是按城市流通能力最大的交通流分配优化控制等.也有个别文献提出了针对信号周期或信号时间区进行优化,而所采取的优化方法大多为传统的优化方法,如黄金分割法、爬山法、网格搜索法等.但对于交叉口多相位交通信号灯配时优化控制涉及很少。
城市干道交通信号灯普通独立交叉口信号控制
对交叉口进行单独的信号控制仍然是目前大部分城市道路控制的特点，其中主要原因是没有完全掌握绿波化控制技术。
这种系统的主要特征是：
1、干道上各个交叉口独立进行信号控制，不能形成对控制的主干道优化绿波带交通.交通流在每个交叉口都会遇到红灯,从而造成交通流停顿而拥堵。
2、在高峰期这种拥堵可能成为城市交通不畅通的主要原因，甚至从小面积拥堵延伸影响大面积的拥堵。
3、这种控制若能获得交叉口信号配时“优化”，也即配时分配能比较符合本交叉口交通流模型，一般来说,控制效果是较好的.即优化后的配时控制能满足每个周期内将在交叉口停顿的交通流放空。
4、这种控制没有与其他相邻交叉口联锁控制,故不能自动产生联锁控制下的“相位差”，增加了因红灯相位引起的停顿时间。
5、这种独立交叉口的信号控制一般会因红灯相位引起的交通流停顿，严重时，在每个周期绿灯后仍不能放空等待车队而引起交通拥堵。
6、这种控制的特点是信号控制配时计算比较简单（仅有12个以下运动量）,参数仅有周期与绿信比。
因此，人工计算还能进行,也是目前我国大部分城市的实际情况。
1）针对城市单交叉口交通信号控制建立了实时优化控制模型,提出了基
于遗传算法的优化原理和算法。
进行了计算机仿真试验研究,并和传统优化
方法进行比较。
另外,还提出了一种混合优化算法,这种混合算法既利用了
遗传算法全局优化的特点,也利用了梯度法的最速下降的特点，从而保证系
统既避免了遗传算法要遍历几乎所有的状态、搜索时间过长的缺点,又避免
了梯度法的易于陷入局部最优的缺点，提高了优化效率。
2）以车辆延误为性能指标,针对交叉口绿信比优化问题提出了基于混沌
优化的原理和算法.
3）提出了基于交通信号周期与绿信比综合优化的原理和算法。
在一定的
绿信比下,交叉口的延误指标随周期变化具有单峰性.对于周期的优化采用
了变步长单向搜索方法;对于绿信比的优化,采用了混沌搜索方法；整个优
化过程采用了周期、绿信比顺序优化的方法。
并进行计算机仿真试验研究。
4）提出了多个时段的交通信号周期与绿信比综合优化的原理和算法,进
行了计算机仿真试验研究.
5）提出了基于细胞模型的交通信号优化控制方法。
采用混合数字编程技
术，推导了网络细胞模型的交通动力学一般公式及以延误为性能指标的优化
目标函数。
建立了基于混沌优化的算法,针对三种不同的交通需求进行了优
化算法的计算机仿真试验。
6）针对国内外交通信号控制机的功能、特点，进行了XATM一11型智能
交通信号控制机系统的设计、研制。
采用可编程序控制器设计语言，设计了
系统控制程序、联网通信程序。
另外，还设计了有缆线控同步信号的发送接
受转换电路、过压和欠压保护电路。
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