第一篇：交通信号控制优化服务解决方案
交通信号控制优化服务解决方案 概述
交通信号控制优化服务是借助专业团队对交通信号控制方面进行挖掘，以更加有效地缓解目前由于机动车数量过快增长而造成路网交通运行压力增大，道路硬件资源增长严重失衡这一问题。具体服务内容包括：
对交通信号控制理论及相关技术进行总结，规范信号优化工作流程，落实责任，建立统一化与个性化相结合的交通信号管理模式，保证交通信号合理运行，满足各种条件下道路交通参与者的通行需要。
通过对相关路口进行周期性调查，及时发现存在不足并予以改善、跟踪，从而不断提高其运行水平。
通过路口排查和调研，对有条件进行协调控制的路口设计协调控制方案，降低协调控制路口的行车延误，提高交叉口服务能力。
以周报、月报和专项分析报告总结归纳工作开展情况及完成效果，有计划性的回检评价历史优化路口，提炼可取之处及考虑不周的地方，对未来将有可能发生变化的交叉口或路段有一定预测性。服务内容
2.1 交通信号管理基础工作
（1）交通信号控制理论及相关技术总结
交通信号控制理论及相关技术的总结包括对交通信号控制相关理论的总结和对现今主流信号控制模式及方法的总结2部分内容。
对交通信号控制相关理论的总结
包括对信号控制涉及的相关参数的总结、对通过能力的总结及对信号路口对车流停滞作用的总结3部分内容。
对现今主流信号控制模式及方法的总结
包括对单点信号控制模式与方法的总结、对交通信号子区划分的模式与方法的总结、对主干道交通信号协调控制模式与方法的总结、对同类型交通信号路口协调控制模式与方法的总结、对长距离交通信号协调控制模式与方法的总结以及对区域协调控制模式与方法的总结六大类涵盖点、线、面三个层次的信号控制与协调方法的相关技术理论的总结。
在对交通信号控制相关理论的总结基础上，根据各地市信号路口特点，重点对适用该地信号控制特点的信号控制模式及方法进行总结。
单点信号控制
主要包括单点定时信号控制、单点感应信号控制和单点自适应信号控制三种方式。针对信号控制路口常用的单点信号控制方法有Webster等方法。
交通信号子区划分
主要基于距离原则、车流特征原则、周期原则的子区划分原则及其相关的关联度判断方法、合理周期范围判断方法的划分方法总结。
主干道交通信号协调控制
主要包括单向绿波协调控制、对称双向绿波协调控制、非对称双向绿波协调控制的方法。针对不同地市信号控制路口不同的流量特征可选用相对应的主干道信号协调控制方法。
同类型交通信号路口协调控制
主要针对信号路口饱和度同类型及其基础上的潮汐特征同类型进行交通信号路口同类型的判定分析，归纳与其相对应的信号控制适用方法。
长距离交通信号协调
主要对相邻路口间距离较长的信号路口及交通信号路口数较多的整体距离较长的协调控制方法进行研究，针对长距离交通信号协调的分类归纳相对应的协调模式及方法。
区域协调控制
交通区域协调控制是二维上的控制，它通过将绿波协调控制的路口利用组合叠加的方式，对各信号控制路口的信号周期、绿信比以及路口间的相位差进行优化，以减小延误、提高路网通行效率的信号控制方法。当前交通信号区域协调控制的方法主要可以分为结合调控的协调方法、基于延误的协调方法和基于绿波带优化的协调方法。
通过全面深入的了解信号控制的基础理论及信号控制主流模式及技术方法，掌握前沿技术，归纳出适用性强的主流核心技术规范，为交通信号控制优化提供理论及技术支持。
（2）交通信号控制关键工作流程归纳
交通信号控制关键流程，是基于ITIL服务管理理念，结合日常管理部门组成及运作特点，在项目服务周期的开始时间段内研究并确立一套更加科学、合理和细致的落实到点、责任到人的交通信号控制路口运行情况巡查管理、交通信号运行方案优化、交通信号设施巡查的规范工作流程，完善配套模板，以提高交通信号控制系统日常工作的效率。
（3）优化交通信号控制策略及方案编制
根据各地市信号控制系统的特点，结合道路情况及交通流特点，对归纳及制定出来的适用的信号控制相位模板和各种交通条件下的信号控制策略和方案进行完善优化，使得交通信号控制策略及预案模式化、流程化、标准化。
（4）信号控制模式标准化
深入研究基于单点信号控制、协调信号控制、转弯信号、倒计时设置及行人按钮设置等信号控制系统的各项参数，归纳出解决路口信号具体问题的方向及思路，制定相关规范及标准。
（5）对交通信号基础信息的核查与摸查
对已有路口的基础信息档案的路口，利用一定时间进行交通信号基础信息的核查，核对现有资料的正确性与完整性，对不完整的资料按规范进行更新及补充；对尚未建档的路口，另外一定时间进行交通信号基础信息的摸查，并按规范对路口的相关信息进行补充完善，分类建档，以上基础信息文档资料经用户方最终核定后入库存储。同时建立路口档案库，根据各路口的信息材料进行分类存储并进行不断的更新完善。
2.2 交通信号控制路口日常巡查及方案优化
（1）全市信号控制路口周期巡查
通过定时对全市交通信号控制路口进行周期巡查，利用路面巡查和内场检查结合的方式，及时发现信号策略方案不适应当前交通流需求的信号控制路口，提高对信号控制系统运行状态的动态把握和快速反应。其中，路面巡查是主要的巡查方式，通过定期对辖区路口进行实地调查，及时发现路口存在问题；内场检查是辅助方式，通过在控制中心利用系统警告功能和交通监控视频来发现问题路口。（2）日常问题路口调查及控制方案优化
对在日常巡查中发现的问题路口，以及市民、媒体等反应的问题路口，进行深入的补充调查，并根据调查数据基于实际情况对信号控制路口进行优化，通过包括调查、设计、方案优化、实施、跟踪、再优化的信号路口优化工作流程对问题路口进行模式化、标准化的方案调整，使得路口适应当前交通流增长的需求。
（3）路口信号控制档案库维护与更新
每天对存在信息变更（主要包括车道划分、检测器、灯具类型、路口硬件配置等信息）的路口档案进行维护更新；此外，对在日常巡查中发现的问题路口，以及市民、媒体等反应的问题路口，在进行信号控制策略优化后及时记录更新相关信号控制档案。
2.3 交通信号协调控制方案优化
（1）绿路协调控制优化 单向绿路协调
单向绿路协调，即对单行线的路段或双行线的其中一个方向所包含的信控交叉口进行调节，从而实现范围内的单个方向的交通流的协调控制。使得协调方向上较多的车辆在通过上游交叉口后，能够不停车地连续通过多个交叉口，提升行驶顺畅度。
双向绿路协调
在城市中，对向交通量差值不大的双行线路段的分布显然更为广泛。非高峰期间，对向交通量趋于接近的趋势极为明显。对于这样的道路交通条件，设置单向绿路协调显然是不合适的，协调方向上的带宽收益难以弥补对向大大增加的延误。因此需要采用双向绿路协调来对这些路段进行设置。
（2）区域协调控制优化
完整优良的交通信号协调系统应当包含三个层次：为每个路口设置合适的相位、相序、周期和配时的点层次；为在同一路段上的路口设置合适的相位差实现协调控制的线层次以及对多个路口或多条路段构成的区域作战略控制的面层次。由于包含多个路口、多条路段的区域中，其交通环境、交通流结构以及交通流向的多样性均非常丰富，因此难以建立通过数学模型来对区域交通进行描述。因此需要根据各地市的实际情况，尝试逐步实现由小到大的区域协调控制。2.4 技术支持及总结
（1）周期性工作汇报
定期总结一定时间段的工作开展情况和完成效果，包括现场巡查、信号优化路口以及视频巡查路口的总结，归纳信号优化结果并附上具体优化方案，同时制定下个时间段的工作安排，以word、excel、Visio等形式整理成报告反馈。
（2）回检历史优化路口
在总结中提取部分路口将其划分为重点路口、次重点路口和特殊路口，并进行长期跟踪维护，做好优化登记和存档；针对重大交通变化或突发性等交通事件而进行的信号方案修改、优化成果、优化总结等以报告形式汇报甲方。应用案例
目前，国内城市已经基本完成了交通信号控制系统的初步建设，交通运行秩序明显改善。然而普遍存在“重建设、轻服务”的误区，导致当交通流发生明显波动时，管控优化策略明显滞后，引起局部大面积的交通拥堵，信号控制系统的运行效率大大降低。基于此，方纬公司为广州交警、珠海交警等提供了本地化驻场的信号控制优化服务，主要借助交通信号控制理论及相关专业技术，对信号控制路口进行基础信息的收集整理与归档，并在此基础上进行路口巡查、方案优化及协调控制方案的优化，逐步形成标准化的流程，最后对相关技术及工作进行总结汇报并对关键前沿技术进行研究。以珠海市交通信号控制优化服务项目为例，截止到2015年底，方纬公司已经完成珠海市香洲大队辖区、拱北大队辖区、南湾大队辖区、金堂大队辖区，涉及93个路口的交通信号控制优化工作，包括93个路口基础信息的整理、更新及信号控制方案的整理更新，84个（次）路口巡查，10条绿路方案设计，使得信号控制效率大大提高。
控制路口相位资料基础信息路口名称：XX路XX路XX地感线圈制作日期：机 型：协调路口编号：2014-x-x路口编号：检测器类型:3车行灯组：2人行灯组：XXNWES3D路口信号灯组及检测线圈分布图3425(7m)12D1D4(14m)备注：2013-7-3，SG1、SG2、SG3新增倒计时ABC3D5相位序列图542D1DV1d:bV2d:bV3d:aSG4:P1-c(Q-)SG5:P2-ac(Q+)Da1:3,4
图2绿路协调控制时距示意图
第二篇：交通信号控制的基础理论知识
第2章 交通信号控制的基础理论知识
2.1交通控制的分类
城市交通控制有多种方式，其分类也有很多种。从不同的角度看有不同的划分方式。
1、从控制策略的角度可分为三种类型
（1）定时控制:交通信号按事先设定的配时方案运行，配时的依据是交通量的历史数据。一天内只用一个配时方案的称为单时段定时控制，一天内不同时段选用不同配时方案的称为多时段定时控制。根据历史交通数据确定其最优化配时的方法webster(1958)，Bollis(1960)，Miller(1963)，Blunden(1964)，Allsop(1971)等人的著作中已有详述。我国杨佩昆等学者也有这方面的研究成果。现在最常用的信号配时方法有:韦尔伯特法、临界车道法、停车线法、冲突点法。定时控制方法是目前使用最广的一种交通控制方式，它比较适应于车流量规律变化、车流量较大(甚至接近于饱和状态)的路口。但由于其配时方案根据交通调查的历史数据得到，而且一经确定就维持不变，直到下次重新调整。很显然，这种方式不能适应交通流的随机变化，因而其控制效果较差。
（2）感应控制:感应信号控制没有固定的周期，他的工作原理为在感应信号控制的进口，均设有车辆检测器，当某一信号相位开始启亮绿灯，感应信号控制器内预先设置一个“初始绿灯时间”。到初始绿灯时间结束时，增加一个预置的时间间隔，在此时间间隔内若没有后续车辆到达，则立即更换相位;若检测到有后续车辆到达，则每检测到一辆车，就从检测到车辆的时刻起，绿灯相位延长一个预置的“单位绿灯延长时间”。绿灯一直可以延长到一个预置的“最大绿灯时间”。当相位绿灯时间延长到最大值时，即使检测器仍然检测到有来车，也要中断此相位的通行权，转换信号相位。感应式信号控制根据检测器设置的不同又可以分为半感应控制和全感应控制。只在交叉口部分进道口上设置检测器的感应控制称为半感应控制，在交叉口全部进道口上都设置检测器的称为全感应控制。感应控制方法由于可根据交通的变化来调节信号的配时方案，因此比定时控制方法有更好的控制效果，特别适用于交通量随时间变化大且不规则、主次相位车流量相差较大的路口。感应控制方法存在的缺陷在于，感应控制只根据绿灯相位是否有车辆到达而做出决策，而不能综合其它红灯相位的车辆到达情况进行决策，因此它无法真正响应各相位的交通需求，也就不能使车辆的总延误最小。
（3）自适应控制:连续测量交通流，将其与希望的动态特性进行比较，利用差值以改变系统的可调参数或产生一个控制，从而保证不论环境如何变化，均可使控制效果达到最优。自适应控制系统有两类，即配时参数实时选择系统和实时交通状况模拟系统。配时参数选择系统是在系统投入运行之前，拟定一套配时参数与交通量等级的对照关系，即针对不同等级的交通量，选择相应最佳的配时参数组合。将这套事先拟定的配时参数与交通量对应组合关系贮存于中央控制计算机中，中央控制计算机则通过设在各个交叉口的车辆检测器反馈的车流通过量数据，自动选择合适的配时参数，并根据所选定的配时参数组合实行对路网交通信号的实时控制。实时交通状况模拟系统不需要事先贮存任何既定的配时方案，也不需要事先确定一套配时参数与交通量的对应选择关系。它是依靠贮存于中央计算机的某种交通数学模型，对反馈回来的实时交通数据进行分析，并对配时参数作优化调整。配时参数的优化是以综合目标函数(延误时间，停车次数，拥挤程度及油耗等)的预测值为依据的。因此，它可以保证整个路网在任何时段都在最佳配时方案控制下运行。从总体来看，自适应系统的控制在很大程度上依赖于交通流数据的实时检测，因此系统对交通检测设备和交通数据传输设备的精度和可靠性要求很高。与定时系统相比，自适应控制系统的设备配置复杂得多，建设投资要高很多。
2、按照控制结构分类
可分为集中控制、分散控制和递阶控制。
（1）在集中控制中，控制中心直接控制每个子系统，每个子系统只能得到整个系统的部分信息，控制目标相互独立。其优点是系统的运行的有效性较高，便于分析和设计;但若中心有故障，则整个系统将瘫痪。
（2）在分散控制中，控制中心控制若干分散控制器。每个分散控制器控制一个独立的控制目标，即具体的子系统，此类结构的优点在于局部故障不至于影响整个系统，但全局协调运行较困难。
（3）递阶控制中，当系统由若干个可分的相互关联的子系统构成，可将系统的所有决策单元按照一定优先级和从属关系递阶排列，同一级各单元受到上一级的干预，同时又对下一级单元施加影响。此类结构的优点是全局和局部控制器性能都较高，灵活性和可靠性好。
3、按照控制方式分类
可分为方案选择和方案生成。
（1）方案选择式控制是在控制系统中存贮适合各种交通流状况的多套配时方案，控制系统根据检测器送来得实时交通流、占有率等数据从方案库中选出一套控制信号灯的动作。这种控制方式在线计算量小，执行速度快，但由于存贮的方案数总是有限，因而只能找到比较适合当时交通流状况的配时方案，而不是最优的。
（2）方案生成式控制能根据每个控制周期交通流的变动情况，自动进行信号周期、绿信比、相位差(甚至是相序)等控制参数的优化计算。此种控制方式在线计算量增大，但适应交通流变化的能力大大增强，能实现基于某个目标函数下的最优控制。方案生成式控制有多种形式，如自寻优控制、最优控制等。
4、按照控制范围的不同分类 可以分为点控、线控和面控。
（1）点控:单点交叉口交通信号控制，通常简称为“点控制”。点控方式适用于相邻信号机间距较远、线控无多大效果时;或因各相位交通需求变动显着，其交叉口的周期长和绿信比的独立控制比线控更有效的情况。单路口的交通信号控制是最基本的交通控制形式，也是线控和面控系统的基础，其目的是通过合理的信号配时，消除或减少各向交通流的冲突点，同时使车辆和行人的总延误最小。单路口的交通信号控制主要分为定时控制、感应控制、实时自适应控制等，其中定时控制和感应控制是基本的交通控制方法。
（2）线控:线控方式是将一条主干道的一连串交叉路口作为控制对象。它要考虑这一连串交叉路口的交通流状况，并对其进行协调控制。
（3）面控:面控方式是将城市中某个区域中的所有信号化交叉路口作为控制对象，其控制方案相互协调，使得在该区域内某种指标，如总的停车次数，旅行时间，耗油量等最小。
由于任何一个交叉路口都处于整个城市交通网的大环境中，所以为了能够提高整个交通网络的通行能力，今后交叉口研究方向将趋向于多路口协调控制即线控和面控。未来的交通信号控制仍然是点、线、面控制并存的形式。对于中小城市，仍将是点、线控制相结合的控制方式。对于大型城市，大多将采用网络控制方式。智能交通系统将是今后研究的热点。
2.2交通信号控制的主要控制参数
交叉口信号控制的参数主要包括周期、绿信比及相位。控制系统的控制目标就是要最佳地确定道路各交叉路口在车流方向上的控制参数，并付诸实施。2.2.1周期
指信号灯的各种灯色轮流显示一次所需要的时间。也即各种灯色显示时间之总和。它是决定点控制定时信号交通效益的关键控制参数。一般信号灯的最短周期长度不少于36秒，否则就不能保证几个方向的车流顺利通过交叉口。最长周期长度一般不超过120秒，否则，可能引起等待司机的烦躁或误以为灯色控制已经失灵。适当的周期长度对路口交通流的疏散和减少车辆等待时间具有重要意义。
从疏散交通的角度讲，显然当交通需求越大时，周期应越长，否则一个周期内到达的车辆不能在该周期的绿灯时间内通过交叉口，就会发生堵塞现象。
从减少车辆等待时间的角度来讲，太长或太短的周期都是不利的。若周期太短，则发生堵车现象。若周期太长，则某一方向的绿灯时间可能大于实际需要长度，而另外方向的红灯时间不合理延长必然导致该方向车流等待时间的延长。正确的周期时长应该是，每一个相位的绿灯时间刚好使该相位各入口处等待车队放行完毕。2.2.2绿信比
在一个信号周期中，各相位的有效绿灯时间与周期长度的比值。若设 tG为第i相信号的有效绿灯时间，则该相信号的绿信比i为 c为周期长度，iitGic（2.1）显然，0i1绿信比反应了该信号相位交通流在一个周期中需要绿时的大小。绿信比的大小对于疏散交通流和减少交叉路口总等待时间有着举足轻重的作用。通过合理地分配各车流方向的绿灯时间(绿信比)，可使各方向停车次数、等待延误时间减至最小。2.2.3相位
在交通控制中，为了避免平面各交叉口上各个方向交通流之间的冲突，通常采用分时通行的方法，即在一个周期的某一个时间段，交叉口上某一支或几支交通流具有通行权，而与之冲突的其它交通流不能通行。在一个周期内，平面交叉口上某一支或几支交通流所获得的通行权称为信号相位。简称相位;一个周期内有几个信号，则称该信号系统为几个相位系统。在相位的时间这一概念上，相位时间包括绿灯时间与黄灯时间。
2.3交通控制的评价指标
交通信号控制的目的是，就是采用合理的配时方案要使单个交叉口或交通网络获得良好的交通效益。评价交通效益的指标有:通行能力、饱和度、排队长度、延误、停车次数、停车率、油耗、行程时间等。目前，常用的交通效益指标是延误、排队长、通行能力。交通信号控制的评价函数可以由设计者根据需要进行选择。
2.3.1延误时间
延误时间是指车辆在没有交通信号和等待队列的阻碍下行走所需的时间和实际的行程时间之差。延误时间有平均延误和总延误两个评价尺度。交叉口进道口所有车辆的延误总计称作总延误;交叉口进道口每辆车的平均延误称作平均延误。
2.3.2饱和度
某个交叉口进口的车流量与可从该进口通过交叉口的最大流量的比值，即际到达交通量与通行能力之比，就是该进口的饱和度。计算公式为: x式中: q—进口的车流量;
qs（2.2）
—相应相位有效绿灯时间与周期时间的比值;s—进口的饱和流量。
2.3.3通行能力
通行能力是指在实际的道路条件、交通条件和控制条件下，在一定时间内通过进道口停车线的最大车辆数;交叉口的通行能力不仅与控制策略有关，还与实际道路条件(包括引道宽度、车道数、转弯半径、转弯长度、引道坡度)和交通条件(车流量、车辆种类、拐弯车比例、车速、非机动车和行人干扰、车道功能划分等)密切相关。通行能力是交叉口饱和程度的重要评价指标。在一定的道路条件下，信号控制路口的通行能力受信号周期的影响。在正常的周期长范围内，周期时长越长，通行能力越大，但车辆延误和油耗等也随之越大。而且在饱和度相当小时，片面的追求通行能力的提高，只会无谓的增加油耗和车辆延误，对交叉口的交通效益无多大意义。
2.3.4平均排队长度
平均排队长度是指在信号一个周期内各条车道排队的最长长度平均值。各条车道最长排队长度一般是指该车道的绿灯相位起始时的长度。
Lavglii1nn（2.3）式中n为车道数。
平均排队长度以周期为单位计算。某个周期平均车辆排队长度与此周期平均车辆延误的指标基本是一致的。
2.4交通流的基本参数
表征交通特性的三个基本参数分别是:交通量q、车流密度k和行车速度v。2.4.1交通量
交通量q是指在选定的时间段内，通过道路某一地点、某一断面或某一条车道的交通实体数。交通量是一个随机数，不同时间、不同地点的交通量都是变化的，交通量随时间和空间变化的现象，称之为交通量的时空分布特性。通常取某一时间段内平均值作为该时间段内的交通量，如式(2.4)所示。
1nqqini1式中: qi—规定时间段内的交通量；
（2.4）n—时间段数。
2.4.2车流密度
车流密度片是指某一瞬间单位道路长度上的车辆数目。
kNL（2.5）
式中:k—车流密度(veh/km);N—路段内的车辆数(Veh);L—路段长度(km)。
车流密度大小反映一条道路上的交通密集程度。为使车流密度具有可比性，车流密度也可按单车道来定义，单位为:Veh/km/车道。2.4.3行车速度
行车速度v是指区间平均速度。即是指在某一特定瞬间，行驶于道路某一特定长度内全部车辆的车速分布平均值。当观测长度一定时，其数值为车速观测值的调和平均值。见式(2.6)。
nL v1(2.6)nn11tinvi1ii1式中: L—路段长度;ti—第i辆车的行驶时间;n—行驶于长度为L路段上车辆数;vi—第i辆车的行驶速度;v—区间平均速度;交通流三参数之间的基本关系式为qvk。
2.5本章小结
本章首先对交通信号控制的分类进行了详细的阐述，然后介绍了信号控制的基本参数，包括周期长度、绿信比和相位差。最后介绍了交通信号控制的评价指标和交通流的几个参数以及它们之间的关系。对此我们将以平均延误时间最短为目标，综合交通信号的各项指标和参数，采用自适应控制对点线面交通进行智能控制。
第3章 城市路网结构
3.1路网几何形状描述 3.1.1路段几何形状描述
路段是组成路网的基本元素。路段的几何形状包括：起点、终点、长度、宽度、中间隔离带、车道的数量、车道的走向、车道的宽度等。
路段由车道组成，车道按照走向分为两类：上行车道组和下行车道组。两组车道的方向相反，上行车道和下行车道在物理位置上相邻，包含的车道数目多数情况下是相等的，如图3.1所示。在路段上行走的车辆可以在上行车道组内切换车道，但是不能从上行车道组切换道下行车道组。如果将路段由两个管道来描述，车辆可以自由地从一个管道进出，但是进入管道的车辆不能进入另外一个相邻的管道，如图3.2所示。
图3.1路段车道示意图 图3.2路段管道示意图
3.1.2交叉口几何形状描述
城市路网普遍存在两种类型的交叉口：“＋”字交叉口和“T”形交叉口。对于“T”形交叉口与“＋”字交叉口类同且简单一些，我们这里主要针对复杂一些的“＋”字交叉口作分析。如图3.3 所示平面十字交叉口, 进口道分别编号为1，2，3，4, 车道分别编号为1，2，3，⋯16；图3.4 为交通流具体示意图。
图3.3平面十字交叉口示意图 图3.4 交通流具体示意图
3.2路网中交叉口相位划分 城市交通中将长期存在大量的交叉口，虽然三维空间的立交桥是解决交叉口局限性的一种有效措施，但是立交桥占地面积大，对空间非常有限的城市而言不够现实，而且立交桥造价昂贵。在交通不太紧张的区域，交叉口完全能够应付。
在交通控制中，为了避免平面交叉口各个方向上交通流之间产生冲突，通常采用分时控制的方式。在一个周期的一段时间上，允许交叉口上某一支或几支交通流通过，其他交通流上的车辆则不允许通过。一个周期内，平面交叉口上某一支或几支交通流所获得的通行权成为信号相位，简称相位。一个周期内有几个信号相位，则称交叉口为几相位交叉口。
对相位的划分不是越多越好，相位太多，会带来一些问题。首先相位切换需要一定的时间，频繁切换，会浪费交叉口的通行时间，影响通行率；再次，对与周期固定的交叉口，意味着相位的通行时间变短，这样会导致没有在绿灯时间通过的车辆承受较长的红灯时间，影响驾驶员的情绪，增加交通安全隐患。3.2.1“T”型路口相位划分
侧支路段与主干道相连接形成“T”型路口，它是城市交通路网中普遍存在的控制点；城市小区与小区之间通常存在连通的路网，面积大的小区和面积小的小区并列时也会形成“T”型路口。图3.5为“T”型口在时间上会发生冲突的相位分组：西路段上存在右转交通流，不存在左转交通流。东路段上存在左转交通流，不存在右转交通流，对所有右转交通流和东路段上向西的交通流也不需要控制。相位1为西路段向东的交通流，相位2为南路段上向北左转的交通流，相位3为东路段上向西左转的交通流。
图3.5“T”形路口单相位控制相位划分示意图
3.2.2“十”字路口相位划分
如果不考虑进入“十”字路口的车很少存在相邻路段返回的情况。“十”字路口应严格划分为四个相位：东西直行相位，南北直行相位，东西左转相位，南北左转相位。所有右转交通流不会与其他交通流发生空间上的冲突，所以不予控制，如图3.6所示。
周期
图3.6 信号控制的4种相位描述
3.3 路网中交叉口信号控制原理 现在城市中最常用的就是四相位的定周期控制策略，它可以较充分的描述路口的各种交通流状态，同时这种四相位的控制模式也是现在研究最多的一种控制模式。四相位如图3.7所示，第一相位为东西相位，第二相位为南北相位，第三相位为东西左转相位，第四相位为南北左转相位。在任何时刻，四个相位中只有一相处于通行状态。检测器对路口各个车道车流量进行实时检测而获取车流量信息，为模糊控制提供必要的数据。
图3.7 “十”字路口单相位控制相位划分示意图
对于此交叉口，我们可以通过信号控制，只使相位1通行，而其他相位不通行；接着相位1通行一段时间后只使相位2通行；同理使相位
3、相位4依次处于通行状态，从而使各相位都通行一次，使各相位的车辆都尽可能通行完。本文就是针对这种四相位模式应用模糊控制方法，既使控制效率得到提高，同时也尽可能的保持了大家原有的习惯，更便于应用于实际情况。
第三篇：第二章交通信号控制的基本理论
2交通信号控制的基本理论
本章首先给出了交通信号控制的基本概念，包括：信号相位，周期时长，绿信比，相位差，绿灯间隔时间，有效绿灯时间等，然后介绍了常用的交叉口性能指标以及计算方法，最后给出了常用交叉口的信号配时方法。这些研究为后面的信号配时模型及优化方法的研究奠定了理论基础。2.1交通控制的基本概念
交叉路口信号配时参数优化，首先必须准确把握和理解交通控制中的一些基本概念。下面对信号配时设计中部分参数作一介绍。
(l)信号相位：在一个信号周期内，具有相同的信号灯色显示的一股或几股交通流的信号状态序列称作一个信号相位。信号相位是按车流获得信号显示的时序来划分的，有多少种不同的时序排列，就有多少个信号相位。每一个控制状态，对应显示一组不同的灯色组合，称为一个相位。简而言之，一个相位也被称作一个控制状态。以四相位为例如图所示：
相位1
相位2
相位3
相位4
图1 四相位信号相序控制示意图
(2)周期时长：信号灯发生变化，信号运行一个循环所需的时间，等于绿、黄、红灯时间之和；也等于全部相位所需的绿灯时间和黄灯时间(一般是固定的)的总和。周期过长时，等待的人容易产生急躁情绪，因此通常以180秒为最高界限。
图1 第一、三配时表
(3)绿信比：是指在一个周期内(对一指定相位)，有效绿灯时间与信号周期长度之比。
(4)相位差(又叫绿时差或绿灯起步时距)：相位差是针对两个信号交叉口而言，是指两个相邻交叉口它们同一相位绿灯(或红灯)开始时间之差。
它分为绝对相位差和相对相位差。相对相位差是指在各路口的周期时间均相同的联动信号系统中，相邻两个交叉路口协调相位的绿灯起始时间之差。绝对相位差是指在联动信号系统中选定一标准路口，规定该路口的相位差为零，其他路口相对于标准路口的相位差叫绝对相位差。
(5)绿灯间隔时间：是指从失去通行权的相位的绿灯结束，到下一个得到通行权的相位绿灯开始所用的时间。绿灯间隔时间的长短主要取决于交叉口的几何尺寸，因此，要确定该时间的长度就必须首先考虑停止线和潜在冲突点之间的相关距离，以及车行驶这段距离所需的时间。
(6)有效绿灯时间：是指被有效利用的实际车辆通行时间。它等于绿灯时间与黄灯时间之和减去损失时间。损失时间包括两部分，一是绿灯信号开启时，车辆启动时的时间；还有绿灯关闭、黄灯开启时，只有越过停止线的车辆才能继续通行，所以也有一部分损失时间，即为绿灯时间减去启动时间加上结束滞后时间。结束滞后时间是黄灯时间中有效利用的那部分。每一相位的损失时间为启动延迟时间和结束滞后时间之差。
在实际工作中，损失时间的精确计算是非常困难的，也没有必要。通常取绿灯时间代替有效绿灯时间 2.2交通信号控制类型简述 2.2.1定时控制
(l)定义
依据交通量历史数据进行配时，交通信号按照配时方案运行，一天只按一个配时方案的配时方法。定时控制是单个交叉路口最基本的控制方法。
(2)适用条件及优点
定时控制适用于交通流量变化模式基本固定，并可以预测的情况，其因信号启动时间可取得一致而有利于同相交通信号协调。它的优点在于便于执行，对控制系统的硬件要求较为简单。由于路网上各个交叉路口的信号配时参数都是预先确定的，因此不必在执行中根据实时交通状况作任何调整，也不需要采集实时交通数据和反馈，使得各种费用使用较低。
(3)缺点 首先，定时控制中的配时方案都是根据历史性交通资料，事先经过脱机计算建立起来的。然而，路网上交通状况如车流量的分布，流量大小及流向，不可能长期维持某一固定的模式。一旦变化，则原分配方案就不再适合变化了的交通状况。因此，固定配时系统的应用受到一定程度的局限，它只适用于交通状况变化不十分急剧的城镇。其次，控制对策的灵活性较差，固定配时方案一经建立并付诸执行，就不会自动调整和更改。因此，路网可能发生的一些意外事件，往往会导致严重的交通阻塞，甚至于瘫痪。再次，缺少实时交通信息反馈，除非设置专门用于采集交通数据的检测器，固定配时控制系统没有任何关于网路上实时交通状况信息的反馈，这就限制了它的灵活性。2.2.2潮汐控制
潮汐控制方法和定时控制方法相类似。区别在于若一天只用一个配时方案的称为定时控制；而一天按多个时段采用不同配时方案的称为潮汐控制。
潮汐控制比定时控制方法有一定的优越性，但是对于交通流量变化大的地区，控制效果仍不理想。2.2.3模糊控制
城市交通系统是一种非线性的、时变的大系统。传统的控制方法都要首先建立交通流的数学模型，在此基础上推导出某种控制算法。由于城市交通系统的复杂性和随机性，建立的数学模型一般难以准确地描述城市交通的实际状况，而且算法复杂，在线估算量大，控制实时性差，控制精度也不高。因此近年来，国内外专家学者致力于开发新的交通信号灯的控制方法，模糊控制是新的研究方向之一。
2.3相位、相序设计与信号配时
2.3.1相位、相序设计与信号配时的关系
无论采用哪种控制方法，都需要先了解交叉路口的几何状况，交通流状况，然后制定相应的相位，相序方案以及配时方案，只有选择合适的相位和配时方案，才能使交叉口的运行效果达到最优。交叉口相位方案和配时设计是信号控制方案设计的两个方面，属于定性和定量的关系。
相位方案设计是信号设计的第一步，它直接影响交叉口交通流的安全性，以及交叉口的延误、通行能力等各项运行效益。美国道路通行能力手册HCM早己提出：“信号设计中最为关键的问题是选择一个适当的信号相位方案”。
配时设计是在相位方案设计的基础上进行的，根据进口车道配置，交通流情况来求解最优配时方案，最终达到提高交叉口实际通行能力、减少车辆通过交叉口的延误的目的。只有在充分研究和采用最佳相位方案的前提下，利用配时参数优化模型，才能得到真正的最优控制方案，即最优解。否则，选用不适当的相位方案，再先进的配时模型也只能得到伪最优解。2.3.2相位设计
相位方案是相位的组合方式，有必要从多个组合中选出最佳的相位方案。一般来说，交叉口形状越复杂，相位方案也越复杂。
相位选择可分为相位初选和相位调整两步。相位初选时，只能运用经验判断，通过画出交通流线，合并部分交通流来缩小可选范围，初步确定相位相序，并作为信号配时的基础。当信号配时完成后，将会对各参数进行试算评价，对相位进行必要的修正和调整，并重新评估，直至满足设计要求，形成最终方案。
确定信号相位时需要考虑以下几点:(l)交通安全
交叉路口交通流之间的冲突是造成交通事故的一个重要原因，一般来说增加相位数，减少同一相位中冲突方向交通流的数量，可以提高安全性。
(2)交通效率
交叉口相位设计要提高交叉口的时间和空间资源的利用率。过多的相位数会导致相位交替次数增加，也即损失时间的增加，从而降低交叉口通行能力和交通效率。反之，太少的相位也会使交叉口因混乱而降低效率。
(3)交通状况
交通状况包括机动车交通量、左右转率、车道饱和率、大型车混入率、非机动车流量流向、横过行人数等。
(4)交叉口几何条件
交叉口的限制条件包括：交叉口的类型、进口道车道数、交叉口扩展车道的展宽长度、行人和自行车过街的组织形式。这些因素影响机动车左转专用相位的设置、车辆排队长度等。
(5)协调控制的要求
为了保证协调控制效果，相同子区内的信号要具有一致性，各交叉口的相位相序需相互匹配，否则不利于驾驶员适应。2.3.3相序安排
信号相位设计不但要考虑相位组合，还要考虑相位的衔接问题。通常需要考虑以下几点：
(l)对同一个交通流设置两个以上信号阶段时，在时间上应尽可能保证连续性，对于行人信号可不局限于此原则。
(2)对同一进口道车流中不同流向交通流在不同信号相位放行时，尽可能保证它们所在信号相位的连续显示。
(3)一向含直行车流的相位与另一向含直行车流的相位不宜连接。(4)一向含左转车流的相位与另一向含左转车流的相位不宜连接。(5)两向相位相序设计应尽量对称，便于驾驶员理解。
(6)于直行与左转机动车，应考虑左转车道可停放的车辆数。若到达的左转车辆超出该车道可停放的左转车辆数时，需先放行左转车。反之，则先放行直行车。在一般路口和有左转待候区的路口多是先放直行车，后放左转车。
(7)有特殊方案相位，其前后应尽可能衔接与特殊方案相容的基本方案。本文主要研究信号配时参数的优化设计，所以不对相位，相序的设计方法进行深入的研究。
2.4交叉路口常用性能指标及计算方法
一般来说，信号交叉口的控制效果是由延误、停车次数、通行能力和饱和度等四个基本参数来衡量的。这些参数不仅反映车辆通过交叉口时的动态特性，同时它们也作为交叉口信号配时参数优化的依据，用于建立优化模型和目标函数。也就是说，信号配时参数优化的目标就是在一定的道路条件下，对配时参数选择合适的值，让通行能力稍高于交通需求，并且使得通过交叉口的全部车辆总延误
时间最短或停车次数最少。
当然，除了上述四项基本评价指标以外，还有一些其它评价指标，例如：车辆运营费用(包括燃油消耗、轮胎和机械磨损)、废气排放量、噪声污染、运营成本(计入乘客旅程时间折合的经济价值等)以及安全舒适程度的差异等等。但这些都是由上述四项基本评价指标派生出来的次级参数，即以延误时间和停车次数为自变量的函数，常称作“辅助参数”。
下面具体介绍车辆延误、停车率、通行能力、饱和度、平均排队长度和通行权转移度。2.4.1车辆延误
延误是由于交通干扰、交通管理和控制设施等因素引起的车辆运行时间损失。由于延误能反映了司机不舒适、受阻的程度以及油耗和行驶时间损失，所以是最常用的评价信号交叉口运行状况的指标。
车辆平均延误是评价交叉口服务水平的最重要的指标，因此，本文选择它作为比较各种信号灯控制方法优劣的依据。车辆的排队长度是延误时间增加的主要诱导因素，车辆滞留时间又是延误时间的构成元素。某车道的车辆排队长度如果过长，易引起车辆堵塞和平均延误时间增加；而某车道的车辆滞留时间如果过长，不仅增加了平均延误时间，而且易引起通行权资源分配失衡。大多数情况下，排队长度与滞留时间是正相关的，反之亦反。但也有例外，例如，当出现很短时间内连续到来多辆车和很长时间没有车辆到来这两种情况时，排队长度与滞留时间就不具备正相关关系，排队最长的车道，平均滞留时间不一定也最长，反之亦反。可见，两者是相互关联，互为补充，不可相互替代的，它们是影响交叉口通行能力的两个关键因素。2.4.2停车率
停车率：指每个周期停驶的车辆数占整个周期所到达车辆数的比例，它是一项信号交叉口评价的综合指标之一，停车率的大小不仅反映了交叉口的服务水平，同时从车辆耗油、环境及出行费用等几方面反映了信号控制的合理性。2.4.3通行能力
信号交叉路口的通行能力是针对每一引道规定的，它是在现行的交通、车道和信号设计条件下，交叉口某一引道所能通过的最大流量。单位：辆/小时。整个交叉口的通行能力并不重要。
饱和流量：在通常的道路、交通条件下，在整个小时都是绿灯的条件下，连续通过交叉口指定引道的最大流量。
所以，可见影响信号交叉口的通行能力的主要因素有三个：
(l)车行道条件，即交叉口的几何条件。包括：车道类型，车道数，交叉口几何形状。
(2)信号设计条件。即信号灯配时的各个参数及相序、相位设计。(3)交通流条件。每条引道的交通量，流向，流向内车型的分布。美国HCM给出的饱和流量(率)计算公式为：
S=S0NfwfHVfgfpfbbfafRTfLT
(2.1)其中，S为在通常条件下，车道组的饱和流量，S0为每车道理想条件下的饱和流量，一般取1800/绿灯小时，N为每车道组的车道数。fw为车道宽度校正系
数，fHV为交通流中重型车辆校正系数，fg为引道坡度校正系数，fp为临近车道停车情况及该车道停车次数校正系数，fbb为公共汽车停在交叉口范围内阻塞影响作用校正系数，fa为地区类型校正系数，fRT为车道组中右转车校正系数，fLT为车道组中左转车校正系数。
通行能力是以饱和流量为基础进行分析的。交叉口的总通行能力是通过各进口车道组(引道)的通行能力之和。每一车道组的通行能力根据其车道功能不同按下式(2.2)计算：
CiSii
(2.2)
igT0 i其中，Ci为车道组的通行能力，Si为车道组i的饱和流量(辆/绿灯小时)，i为绿信比。2.4.4饱和度
饱和度是针对每一车道(车道组)而言的。计算公式(2.3)如下：
XiVCiViSigTCiViSii
(2.3)其中，Xi为第i个车道组的饱和度，Vi为第i个车道组的交通流量。相位饱和度是指该相位上各个车道组的饱和度之和。交叉口的饱和度是饱和程度最高的相位所达到的饱和度值，而并非各相位饱和度之和，用X表示。从理论上说，交叉口饱和度只要小于1就应该满足各方向车流的通行要求。然而，实践表明，当交叉口的饱和度接近于1时，交叉口的实际通行条件将迅速恶化，更不必说等于或大于1了。因此，我们必须规定一个可以接受的最大饱和度限制，即饱和度的“实用限值”。研究结果表明，反映车辆通过一个交叉口时的一些特性参数，如车辆平均延误时间、平均停车次数以及排队长度等等，均与饱和度实用限值的大小有关。实践证明，饱和度实用限值定在0.8——0.9之间，交叉口可以获得较好的运行条件。在特定条件下，例如交通量很大，而交叉口周围的环境条件较差，为减少交叉口的投资，可以采用更高的实用限值——饱和度实用限值为0.95。
关键进口道到达交通量与通行能力之比，而交叉口饱和度是相位饱和度中的最大值。在设计时，交叉口各个相位的饱和度小于1。2.4.5平均排队长度
信号一个周期内各条车道排队的最长长度的平均值。各条车道最长排队长度一般是指该车道的绿灯相位起始时长度。2.4.6通行权转移度
通行权转移度反应了不同方向的车流对绿灯需求的迫切程度。它依赖于各入口的交通情况，而车流在红灯信号和绿灯信号相位下，有不同的状态。在绿灯相
位下，车辆可以自由通过停车线，在停车线检测器上可以检测出驶过停车线车辆的数量，上游检测器可以检测车辆的到达数，这些车辆经过若干秒后可能会到达停车线或通过停车线或排队等待：在红灯相位下，检测器可以检测车辆的到来情况和排队长度。因此红灯相位和绿灯相位的通行权转移度就有不同的输入和推导规则。
2.5车辆检测器
一个完整的交通控制系统需要有一个准确、可靠的信息采集和监控系统，它将来自底层的实时数据收集起来，准确、迅速地通过高速信息传输网送交后台进行分析和处理。交通控制系统的交通信息采集是由车辆检测器来实现的。
车辆检测器有多种，感应式检测器，红外线检测器等。本文的车辆采集采用图像式车辆检测器。图像式车辆检测器由闭路电视摄影机、终端控制器和图像处理器等设备组成。技术原理以图形处理器分析由闭路电视摄像机所拍摄的数字化图像，用算法对图像初步处理，去掉多余信息。接着对图像进行分区。按一定算法对各分区图像处理，提取特征信息。根据特征信息进行车辆计数、分类。根据相邻图片计算车速，最后在拍摄区域内跟踪所辨识出的车辆。它的优点是功能强大图像直观，易于增添检测项目；多道检测、安装及维修不会阻碍交通。
第四篇：智慧交通产品总体解决方案-交通信号控制系统
智慧交通产品解决方案
交通信号控制系统
【面向城市交通】
第 I 页 公安交警视角创新智慧交通实践
目 录
1.1.交通信号控制系统.....................................................................................3
1.1.1.系统概述............................................................................................3 1.1.2.系统特点............................................................................................4 1.1.3.系统结构............................................................................................6 1.1.4.业务流程............................................................................................8 1.1.5.系统功能..........................................................................................16 1.1.6.系统接口..........................................................................................20
第 II 页 公安交警视角创新智慧交通实践
1.1.交通信号控制系统 1.1.1.系统概述
交通信号控制系统（Urban Traffic Control System，简称UTC系统）是现代城市交通管理系统的中枢，也是智能交通系统的重要组成部分。运用高科技手段建设现代化的交通信号控制系统旨在帮助交警支队科技科建立先进的、可靠的交通监控系统，优化交通控制，缓解交通拥堵，减少环境污染，缩短行车时间，降低交通事故发生率。
信号控制系统可以通过标准接口协议，在指挥中心完成对路口信号机的方案、参数控制，从而达到疏导路面交通的目的；可以通过对前端设备的运行状况监控，实时掌控路口的运行状况；可以将检测器采集的路口流量汇聚到中心，提供给其他系统或者平台使用。信号优化核心就是通过对来自路口、路段采集的交通数据进行分析，寻找出交通出行规律及特点，并融合多种优化算法模型，生成较为合理的实时优化方案，下达给前端信号机设备，以达到减少路口空放，均衡各方向排队长度，降低机动车停等次数、减少交通延误时间的目标。
主要的应用场景包括： 信号控制设备管理；
可以对信号机及其附属检测设备进行管理：完成设备基本信息、配置信息的管理功能。
设备及信号状态的实时监视与报警功能；
可以以不同的方式监视设备及其信号的实时状态：监视指定路口状态、监视指定子区路口状态、监视所有信号机状态。
自动记录并提示设备或通讯状态的异常与故障。 信号控制功能
在预设的周期内，实现信号机对时。
第 III 页 公安交警视角创新智慧交通实践
切换/改变路口信号控制方式：特勤控制、中心相位控制、中心协调控制、本地感应控制、本地时间表控制、中心手动、闪光控制等；
中心协调控制方式包括：周期优化及绿信比优化控制 信号控制方案管理：
编辑修改各路口的时段划分和交通方案，并可将方案下载到路口控制机，或将路口信号机的控制方案、控制参数上传到中心。
专家方案管理：基于特殊出行特点，汇聚较为合理的放行方案，并结合专家经验模型，修订完善，形成专家方案库。当出行特点再现时，可以自动提取出来作为参考方案，提供本使用。例如：节假日、大型集会、恶劣天气等情况下，出行都有着较为明显的规律，方案可以复用。专家方案库的积累，在很大程度降低了对交通专业能力的要求，即便普通民警也可以应对特殊需求，快速生成一套较为实用的交通方案。
区域管理
按照行政区划划分信号设备管理辖区； 按照优化管理设定优化区域； 交通流数据接入与统计分析 交通流量数据采集； 流量统计；
1.1.2.系统特点
交通信号控制系统（UTC）是集先进的信息技术、通信技术以及计算机技术的公安交通指挥控制系统，作为智能交通管理产品体系中的一个核心子产品，可相对独立的运行，并纳入城市智能交通管理体系。它能大幅度的提高道路路网的通行能力，提高运输效率、避免拥挤和堵塞。
1．反馈调节、闭环自适应
信号控制优化系统，是基于多层次、自适应调节技术，具备反馈调节功能的闭环自适应交通信号优化控制系统。它以TOD时间表方案为基础，根据子区或者单路口实时交通流数据，为区域或单路口计算出更符合当前交通状态
第 4 页 公安交警视角创新智慧交通实践 的交通配时方案参数。
2．基于GIS的可视化特勤管控
可以在GIS上标绘特勤路线，并以较为直观的图符显示特勤预案执行情况，以便于特勤控制岗人员实时了解通行情况，及时应对调整。
3．基于移动技术，低影响高效率的快速特勤
可以通过pad终端绘制特勤路线、监控路口运行状况及特勤控制。通过在VIP车队到达特勤路口前启动特勤，在车队通过路口后，解除特勤的管控策略，在对社会公众出行影响较小前提下，有效保障VIP车辆快速通行。
4．多级分区信号管控
从控制优先级上，分为：本地控制，中心战术控制、中心战略控制； 从控制策略上，分为：时间表、干线协调、区域自适应； 从控制分组管理上，分为信号机、区域机、系统控制机。5．快速智能形成绿波方案
可以通过绿波时距图，自动形成单向、双向绿波方案，实现线协调控制，降低路口停等次数。
6．红波控制有效分流
为保障重点路段的有效通行，需要对进入路段的车流进行限流分流，可以对其上游的多个连续交叉口形成红波带，打散密集车队，从而逐步限流分流，保障重点路段的车辆通行效率。
7．数据集成标准化
交通信号控制系统与公安交通集成指挥平台之间遵循GA/T 1049标准协议，数据交互规范化。
第 5 页 公安交警视角创新智慧交通实践
1.1.3.系统结构
1.1.3.1 逻辑结构
业务展示层PCPC客户端客户端移动客户端移动客户端特勤方案控制状态监控中心控制数据统计分析信号中心优化业务应用层信号机方案管理系统预案管理业务服务层区域主控服务数据库管理服务通讯控制服务优化控制服务集成接入服务第三方辅助接口交通信号控制系统数据库交通信号控制系统数据库交通信息资源平台接口交通视频监控系统接口交通运维平台接口…交通地理信息平台接口数据存储层共享数据库共享数据库网络层交通专网设备层信号注：交通信号控制系统第三方辅助应用视频 交通信号控制系统逻辑结构由上至下共分为业务展示层、业务应用层、业务服务层、数据存储层、网络层、设备层六层。
业务展示层：针对交警支队指挥中心、科技科及特勤大队，交通信号控制系统提供中心PC端和特勤指挥移动端两种应用相结合的方式，即可实现交警支队日常方案管控以及中心疏导，也可以保证敏捷的特勤控制。
业务应用层：交通信号控制系统为交警支队、特勤大队用户提供信号机方案管理、系统预案管理、特勤方案控制、状态监控、中心控制、数据统计分析、信号优化七大应用。信号机方案管理主要实现路口方案的日常微调。系统预案管理主要实现绿波方案管理、红波方案管理、专家方案管理、信号疏导预案管
第 6 页 公安交警视角创新智慧交通实践
理，为特殊应用场景（雨雪天气、大型集会等）的提供管控方案，也为线协调控制方案制定提供有效的方法。特勤方案控制主要可以通过人工录入或者基于GIS绘制方式生成特勤方案，并支持立即执行、按照预设时间执行两种控制方式，为VIP车辆的快速通行提供保障。状态监控主要实现单路口运行状态监视及控制、子区状态监视、特勤运行状况监视及控制。中心控制可以从系统级、区域级、路口级对设备对时，保障协调方案工作的有效性；也可以批量对信号机复位、改变控制策略。数据统计分析可以对采集的交通数据按照统计模型分析对比，为用户了解路面交通趋势提供依据。信号优化主要实现单路口、区域的离线优化TOD方案及单路口、区域实时优化管控，从战略层、战术层两个层面对路面交通进行调控，从而达到降低交通延误、提高出行效率的目的。
业务服务层：主要实现对信号机方案管理、系统预案管理、特勤方案控制、状态监控、中心控制、数据统计分析、信号优化应用提供服务支撑，降低业务应用层与数据存储层、业务应用层与第三方辅助系统之间的耦合程度，保证相互之间的变化对对方影响最小。
数据存储层：通过数据库存储及云存储方式实现交通信号控制系统数据和对第三方进行共享数据存储。另外，该层还提供第三方系统辅助接口，为业务应用层提供有效支撑。
网络层：交通信号控制系统主要应用在交通专网。
设备层：交通信号控制系统实现与信号、视频等设备对接实现信号控制。
第 7 页 公安交警视角创新智慧交通实践
1.1.3.2 物理结构
信号控制工作站q Win7 一机双屏q FrameWork3.5q GIS接口组件 Fiberq 设备接口q 系统管理中心接口q UTCDesktop信号控制工作站q Win7 一机双屏q FrameWork3.5q GIS接口组件 Fiberq 设备接口q 系统管理中心接口q UTCDesktop交警支队交警支队特勤大队特勤大队交通网主控服务器q Windows Server q q q q q UTC服务UTCDB集成接口服务设备接口系统管理中心接口通讯服务器1q Windows Server q CCU服务q 设备接口通讯服务器nq Windows Server q CCU服务q 设备接口数据库服务器q Linux/Windows Server q Oralce11g优化服务器q Windows Server q 优化控制服务q 设备接口q 交通流数据接口交通网路由器/交换机……信号机信号机信号机
1.1.4.业务流程
交通信号控制系统主要是通过调节信号机方案来对路口红绿灯控制，以调节及引导路面车流。
1.1.4.1 基于GIS特勤控制
基于交通地理信息平台提供的接口组件，实现基本的操作。主要有：
特勤预案编辑：基于地图编辑特勤预案。利用在地图的路线绘制，选择出经过的信号机路口，并根据地图路线走向自动生成进出口方向。
特勤路线监控：对活动中的特勤预案执行情况进行监控。用圆圈内嵌V图符标示路口，特勤路线路口间以双箭头 表示。对于通讯异常或者脱机的路口，以红色图符标示；对于即将到达的路口以绿色标示，并以闪烁模式显示，第 8 页 公安交警视角创新智慧交通实践
路口进入方向的箭头以绿色表示；对于路线内尚未执行到的路口，以黑色圆标示；对于已经通过的路口，以绿色圆标示。可以支持鼠标右键方式临时启动或者停止路线内路口特勤控制。
GIS特勤预案编辑流程如下：
创建特勤预案地图标绘，进入GIS页面点击鼠标左键绘制路线否是否为路线终点？是双击鼠标左键，完成路线绘制更新路口相对时间自动计算紧邻路口的旅行时间输入车队平均旅行速度检查每个路口进出方向是否正确检查经过路口是否正确补充每个路口特勤锁定持续时间保存预案结束
1.1.4.2 信号机常规方案管理
信号机常规方案管理，主要对信号机基本方案进行编辑管理，用于日常方案调控。
为了信号机能完成常规控制，需要按照配置顺序完成相应方案。先配置流向的放行规则及顺序，然后配置每个流向的放行时长，对于协调子区需要配置各路口的协调相位及相位差，日内放行时段划分、周内日方案等主要参数。
在初始方案完成配置后，交警指挥中心信号控制岗日常主要调整放行相序及微调各相位绿灯时间即可。
第 9 页 公安交警视角创新智慧交通实践
相位方案配置阶段方案配置配时方案配置时段方案配置调度方案配置结束
1.1.4.3 系统预案管理
所谓预案就是预先配置好的一些方案，方案带有较为明显的交通特性，当交通特性出现后，系统就可以快速加载对应预案，完成疏导管控。
预案主要分为以下几类。1）干线协调预案
为提高路面通行能力，就需要有效利用绿灯时间，而路口停车及启动延误在周期方案控制中是较为主要的影响因素，为此就需要让车流组成密集车队，尽量在行驶到路口附近时，相位绿灯尚未结束。最为有效的方式就是将交通特性相近的道路交叉口组织在一个子区内统一控制，形成干线协调。子区内相关路口的配时方案周期需要相同或者为半周期，各路口的相位差需要合理调整，以便于绿波车队在每个路口都是遇到绿灯，无需等待。为了方便修改参数，一般可以通过时距图来设计绿波带参数。绿波控制方案主要分为单向绿波及双向绿波两种。
第 10 页 公安交警视角创新智慧交通实践
为了设计绿波带，需要获取如下信息：
子区成员路口信息及路口间距；子区成员路口配时方案。经过绿波调整后，我们可以得到各路口旅行速度及相位差。单向绿波方案流程图如下：
选择协调子区提示修改时段内配时选择协调时段读取子区内各路口的选定时段配时方案周期数据检查是显示协调相位否周期符合协调规则？是展示绿波带，绘制时距图拖动绿波时距图，调整绿波带宽及相位差符合协调要求？是保存本地数据库，更新到信号机结束相位是否符合协调？否时段合理时，提示修改时段内配时否
双向绿波，与单向绿波类似，只不过需要兼顾两个流向的绿波协调。为了保证两个绿波协调效果，方案设计及调整会较为复杂，一般情况下我们只能在保证主协调相位基本不等红灯的情况下，尽量兼顾次协调相位（反向相位），次协调相位的车流可能在协调路线中遇到红灯，而且绿波带宽度可能会有损失，严重的情况下，可能需要调整相位方案的设置，才能达到双向绿波的效果。业务流程与单向绿波类似，不再重述。
2）红波方案管理
对于某些主要路段，为了保持车流通行顺畅，就需要限制进入车流，为了路面控制平稳，需要设计红波路线，以保证车队每经过红波路线就会遇到红灯，以打断密集车队，逐步对车流进行限制。红波方案与绿波方案类似，只是需要调整时距图的红波带带宽，修订相位差。
第 11 页 公安交警视角创新智慧交通实践
可以通过时距图可设计红波方案，调节方案相位差。需要输入参数为： 子区成员路口信息及路口间距；子区成员路口配时方案。经过红波调整后，我们可以得到各路口旅行速度及相位差。3）专家方案管理
随着日常方案调控，用户会积累一些有出行规律的方案，为了将经验数据存留，我们提供将日常维护的时间表方案保留到专家方案库的功能，并结合专家经验模型，给出建议，用户予以修订完善后，形成专家方案库。当出行规律再现时，系统可以自动提取出来作为参考方案，提供给用户使用。例如：节假日、大型集会、恶劣天气等情况下，出行都有着较为明显的规律，方案可以复用。周内日方案，在没有大型道路改建、机动车激增的情况下，每年也都可以借鉴过来，只需要根据机动车增长比例，对放行时间进行微调即可使用。
专家方案库的积累，在很大程度降低了对交通专业能力的要求，即便普通民警也可以应对特殊需求，快速生成一套较为实用的交通方案。
根据规律，专家方案大致可以分为以下几类： 节假日方案； 公休日变工作日方案；
工作日方案：春、夏、秋、冬四季。 恶劣天气方案； 节前方案。
业务流程：在方案编辑时，保存提示用户是否需要存档到专家方案库，以哪种方案归档即可。
4）信号疏导预案管理
为了城市交通扁平化指挥、立体化管理的目标，公安交通集成指挥平台需要协同其他系统共同完成交通事件处置。交通信号控制系统作为平台的支撑业务系统，需要从交叉口信号灯管控层面对集成平台提供一些疏导预案。根据疏 第 12 页 公安交警视角创新智慧交通实践
导场景，主要需要提供以下几种疏导预案：
拥堵疏导预案；用于快速处理交通拥堵；
交通事件疏导预案；用于处理抛洒、逆行、违停等交通事件，同时也能协助平台快速应对交通事故，避免二次事故发生；
恶劣天气疏导预案：当天气上报雨雪天气等情况时，信号控制系统协助提供恶劣天气的放行预案供平台使用。
预案需要包含以下要素：
预案类型、预案等级（轻微、中度、重度）、预案编号、路口编号、疏导车道类型（北左、北直、北右、东左、东直、东右、南左、南直、南右、西左、西直、西右）。
疏导调度业务流程如下：
预案类别恶劣天气事故、拥堵查找上游路口编号，进入当前路口的流向所属相位复制上游路口、当前路口当前方案到事件预案判断等级根据等级调度恶劣天气预案下发预案到信号机判断等级更改控制方式为中心控制根据等级调整上游路口事件方案的相序，及指定相位绿灯时间结束调整当前路口事件方案指定相位绿灯时间
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当启动恶劣天气预案时，轻微级别的周期调整到160；重度级别周期调整到180；重度级别周期调整到200.绿信比可以沿用当前方案。
当启动事故预案时，轻度级别的进入事故路段的流向，绿灯时间降低20%（受最短绿保护）；中度级别绿灯时间降低30%（受最短绿保护）；重度级别直接关闭相应流向。
当启动拥堵预案时，轻度级别的进入拥堵路段的流向，绿灯时间降低20%（受最短绿保护）；中度级别绿灯时间降低40%（受最短绿保护）；重度级别直接关闭相应流向。离开路段的流向，相对应的增大绿灯时间15%。
需要注意的是，对于疏导预案，当预案触发条件结束时，需要从中心停止预案干预。受最短绿保护，是指修正后绿灯时间如果低于最短绿，则用最短绿替代。
5）特勤方案控制
指挥中心信号控制岗操作人员或者特勤大队执勤人员，根据支队的特勤预案规划，编辑形成特勤预案；在条件具备情况下，激活特勤预案。这种预案可以用于保障VIP车辆出行，也可以为特殊车辆（消防、救护车等）开辟快速通道。
在特勤预案管理中，提供了两种特勤执行方式，一种是立即执行，一种是以特勤方案形式下发到路口机，按照预案时间启动。对于立即执行的预案，需要中心通过解除方式终止预案执行，恢复到时间表方式。
1.1.4.4 状态监控
1、从宏观上了解整个城市各路口通讯状态；
2、对于通讯正常路口，了解路口当前详细状况；
3、根据路口视频与运行状况的符合度，通过单口控制，干预路口的运行。
1）路口状态监视
路口状态监视可以监视选中路口设备的执行状态，包括灯态信息，相序，时序，警报信息，线圈的线圈感应，执行的信号方案，如有视频对应，可以查
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看到当前路口的视频信号等，也可以对此路口设备进行中心控制，包括对时、闪烁、重启、关灯等操作。
2）子区状态监视
子区状态监视可以对一个子区中所有路口进行状态监视，包括子区中所有路口的信号机状态，系统用不同的颜色和提示文字来显示信号机工作状态是否正常，便于使用者从宏观上监测多个路口的运行状态。
1.1.4.5 数据统计
此功能模块主要包括了对车流信息数据的分析的各项功能。1）实时流量查询
对采集到的交通流数据实时查看，以便于及时发现现场设备是否异常，方案是否满足交通需求。
2）检测器流量分析
对指定路口，特定时间段的检测器侦测数据进行对比，以图表方式展示流量趋势。同时也提供导出到excel的功能，便于借助excel强大的分析功能，统计出各种报表。
1.1.4.6 优化参数配置
1）优化子区管理
编辑用于优化控制的优化子区信息，主要包含子区编号、子区名称、子区路口编号、相邻路口距离。为后续优化模型提供基础参数。
2）优化基础参数管理
用于配置优化模型信息，主要有交通状态参数配置、人工排队长度配置、路口各车道消散参数配置、优化调整周期档配置、交通异常阀值配置等。为后续优化模型提供计算参数。
3）优化方案参数管理
对于单独路口或者协调子区，配置优化相关基础方案，为优化模型提供数
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据。
1.1.4.7 TOD方案生成器
对于独立路口或者协调子区，利用历史交通流数据，提取交通规律，借助专家模型，生成离线TOD方案，从而在很大程度上降低了配置路口初始方案的难度，提高了方案的可用性。
1.1.4.8 TOD方案展示
对于自动生成的单一路口或者协调子区的时间表方案进行展示。
1.1.4.9 优化方案展示
以可视化方式，展示路口实时优化过程，包含路口当前执行方案、生成的优化方案对比；历史流量趋势监控；历史优化方案监视。
1.1.5.系统功能
交通信号控制系统PC端移动端系统配置区域及路口信息管理信号机方案管理系统预案管理特勤方案控制中心控制状态监视数据统计系统优化状态监视特勤方案控制
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交通信号控制系统PC版系统配置区域及路口信息管理信号机方案管理系统预案管理特勤方案控制中心控制状态监视数据统计系统优化GIS服务器配置通讯服务器配置消息服务器配置日志调试参数配置配置对时重启时钟相位方案冲突相位管理阶段方案管理配时方案管理时段方案管理调度方案管理跟随相位设置绿波方案管理红波方案管理信号疏导预案管理专家方案管理路口状态监控子区状态监视特勤执行状态监控实时流量查询检测器流量分析优化参数配置TOD方案生成器TOD方案展示优化方案展示子区管理路口设备管理路口渠化管理检倒通测计道器时设设设置置置行人过街参数设置事件类型设置单元参数设置故障降级设置
1.1.5.1 系统配置
完成系统运行所需要的基本参数。主要有以下几类：
配置通讯服务参数：管理通讯服务器参数，主要有计算机名称、IP地址。配置日志调试参数：配置调试日志文件路径；日志文件保留时间。配置时钟参数：系统重启时间，为了保证系统轻量级运行，建议每日对系统重启；自动对时时间间隔（周、日、每小时、指定间隔），对于以日、周进行的对时频度，还需要配置对时的时间；周对时的情况下，每周日进行对时。
GIS服务参数：GIS栅格服务路径、GIS数据访问服务路径。消息服务器参数：消息服务器IP、端口。
1.1.5.2 区域及路口信息管理
为了管理信号机设备，需要对信号机基础运行参数、渠化参数进行配置；同时为了便于管理信号机设备及进行区域优化，需要创建子区，并将设备调整到相应子区。主要有以下几个主要功能：
子区管理； 路口设备管理 路口渠化管理
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通道管理 检测器配置 倒计时设置 行人过街参数设置 事件类型设置 单元参数设置 故障降级设置
1.1.5.3 信号机方案管理
主要用于信号机常规方案初始化及日常调控。主要有以下几种方案：
相位方案、冲突相位管理、跟随相位设置、阶段方案管理、配时方案管理、时段方案管理、调度方案管理。
1.1.5.4 系统预案管理
系统预案是基于一些特殊应用场景，预先配置好的方案。按照应用场景，主要分为如下几类：
线协调预案：对于通行特性相近的路口组成协调子区，并通过时距图来设计绿波带参数，达成干线协调目标，以降低路口停等次数；
红波方案：对于需要重点保障的路段或者道路，为了通行效率达成，需要在其上游若干路口形成红波带，以限流分流。
信号疏导预案：主要对其他平台或者系统提供信号疏导方案，便于重大活动触发时，快速响应及调度。主要针对恶劣天气、大型活动等。
专家方案：为了降低配置日常方案的难度，信号控制岗在日常监控时，可以将控制效果较好的方案，依据其规律，积累到专家方案库，待规律再现时，提取出来使用。
1.1.5.5 特勤方案控制
指挥中心信号控制岗操作人员，根据支队的特勤预案规划，编辑形成特勤预案；在条件具备情况下，激活特勤预案。这种预案可以用于保障VIP车辆出行，也可以为特殊车辆（消防、救护车等）开辟快速通道。
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在特勤预案管理中，提供了两种特勤执行方式，一种是立即执行，一种是以特勤方案形式下发到路口机，按照预案时间启动。对于立即执行的预案，需要中心通过解除方式终止预案执行，恢复到时间表方式。
1.1.5.6 中心控制
信号机设备的运行，常态下由信号机自行管理，当出现突发事件时，需要从中心层面干预控制。中心控制主要分为以下几个方面：
中心对时：按照系统级、区域级、单路口级，对设备及服务器对时。因时钟漂移对绿波协调影响较大，所以需要随时予以关注。
信号机复位：可以按照系统、区域、单路口（支持单选、多选）级别对前端信号机复位。这种操作主要用于路口方案运行出现异常，无法自主恢复的情况，复位后，信号机会经过初始化过渡，恢复到正常方案。
信号机开关灯：当路口信号方案出现异常，或者信号灯自身出现异常，导致信号灯色显示对出行车辆引导有安全隐患时，一般我们会关闭信号灯，交由路面执勤民警手动指挥。
信号机黄闪：当出行车辆不是很多时，可以采用黄闪模式引导车辆通行。信号机全红：对信号机各流向的灯控都设定为红色。一般用于清空交叉口内滞留车辆。
指定配时：将信号机由时间表方式改为强制配时模式，并按照指定配时方案放行。一般在当前时间表方案不满足路口当前状况，需要调度某个预案时使用，或者中心优化控制时使用。
通讯重连：选定信号机进行链路重连操作。恢复时间表：取消干预控制。
1.1.5.7 状态监控
状态监控就是实时监控信号控制系统的当前运行状况，以全面了解系统健康状况，系统当前方案运行情况，从而及时发现隐患，消除隐患。监控分为以下三类：
子区状态监控：从子区层面宏观监控信号路口的通讯状况；
路口运行状况监控：对于通讯正常路口进入微观层面监控路口的实时运行
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状况，并借助视频等手段，确认路口放行方案的有效性，对于放行不满足的路口进行中心干预调控。
特勤执行情况监控：在GIS地图上监视特勤方案的执行状态，并根据路面实际情况进行调控干预，包括路线锁定及解除的等操作。
1.1.5.8 数据统计
数据统计功能模块用于对与信号控制相关的交通流数据进行统计分析，并生成报表。可分为：
实时流量查询；
历史流量比对分析：包括检测器流量数据比对分析、其他系统提供的交通数据比对分析。
1.1.5.9 系统优化
通过对历史交通流数据分析，形成TOD离线优化方案，以供信号初始化使用；通过建立优化模型，配置优化模型参数，完成实时优化方案的生成及监控。
1.1.5.10 移动状态监控
在PAD端，提供路口状态监视功能，以便于实时掌握路口当前通讯状态及控制状况，为移动特勤方案控制提供支撑。
1.1.5.11 移动特勤方案控制
在PAD端，可以查看系统已经绘制的特勤路线，也可以基于地图绘制新的特勤路线，完成特勤方案编辑；
在特勤车队出发时，前导车在行驶到特勤经停路口附近时，启动相应路口的特勤，在车队通过时立即解除特勤锁定，这样无需经过指挥中心手台呼叫让中心锁定及解锁等环节，锁定及解锁更加快捷便利，只有在通讯链路出现异常时，才需要通过手台呼叫路面民警手动搬灯。
1.1.6.系统接口
交通信号控制系统作为基础应用，需要能提供第三方实时推送数据，并支
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持查询及控制命令的下达。
为了统一界面风格，标准化信号集成，需要提供给第三方dll或者ocx形态的信号集成组件。
1.1.6.1 数据接口
通过交通信息资源平台获取相关的第三方数据，此部分不在重复阐述；通过交通信息资源平台将信号机实时灯态、通讯状态、设备状态、采集的交通流等数据提供给第三方。
1.1.6.2 控制接口
1）信号机控制接口
通过交通信息资源平台数据接口，接收来自第三方的控制请求，并把命令下发给前端设备，控制信号灯。
2）信号机查询接口
通过交通信息资源平台数据接口，向第三方提供信号机基本配置参数。
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第五篇：第三章 城市交通信号模糊控制理论
2城市交通信号模糊控制理论
模糊控制理论应用于工业、汽车、家用电器、交通等各个领域，其在交通中的一个重要的应用就是城市交通信号模糊控制。本章在阐述模糊控制原理的基础上，介绍城市交通信号模糊控制的理论基础，为下一章的城市交通信号模糊控制器的设计作理论铺垫。2.1模糊控制基础理论分析 2.1.1模糊控制的特点
模糊控制实际上是一种非线性控制，属于智能控制的范畴。近几十年来模糊控制理论无论是在理论还是技术上都有了很大的进步，模糊控制在实际应用上也已经硕果累累，这主要是由模糊控制的特点决定的：
1、模糊控制既具有系统化的理论，又有着大量实际应用背景。
2、模糊控制是一种基于规则的控制。在实际的设计中不需要建立精确的数学模型，因而控制器的设计简单，便于应用。
3、基于模型的控制算法及系统设计方法，由于出发点和性能指针的不同，容易导致很大差异；但一个系统的语言控制规则却具有相对的独立性，利用这些控制规律间的模糊连接，容易找到这种规律，使控制效果优于常规控制器。
4、模糊控制系统的鲁棒性强，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱，尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制。
5、许多复杂系统，很难建立模型和控制，因为它们包含不确定性、不精确性、并混杂有非线性和时变性。模糊控制对于那些数学模型难以建立，变化非常显著的对象较适用。
6、是一种反映人类智慧思维的智慧控制。模糊控制采用人类思维中的模糊量，如“高”“中”“低”“大”“小”，控制量由模糊推理导出。这些模糊量和模糊推理是人类通常智慧活动的体现。
7、模糊控制具有语词计算和处理不确定性以及模糊信息的能力。模糊控制本质上是一种基于语言规则的仿人智能控制。由于控制对象仅能提供一些模糊信息，计算机参与这类控制时必须模仿人类能够接受和处理模糊信息，进行模糊控制的本领。2.1.2模糊控制的基本概念
在人们的思维中，有很多没有明确外延的一些概念，即模糊概念，如以人的年龄为对象，那么“年轻”、“中年”、“老年”就没有明确的外延；不同的人有不同的感受与判断；再如炉温的“高温”、“中温”、“低温”也是此类的概念。以上这种概念不能用经典集合加以描述，不能绝对地区别“属于”与“不属于”，而要用模糊集合的概念描述。在本文中用到的模糊控制重要概念有：变量的论语、模糊子集、隶属度、模糊关系与模糊矩阵。
1、论语：被考虑对象的所有元素的全体称为论语，又称全域、全集、有的也称空间，一般用大写字母U表示。
2、模糊子集：给定论语U，U到[0，1]闭区间的任意映射A，A：U→[0，1] →A
都确定U的一个模糊子集A，A就是论语U的模糊子集。
~~
3、隶属度函数：上式中A称为模糊子集的隶属度函数。隶属度函数的表示方法大致有以下三种：
(l)图形表示法(2)表格表示法(3)公式表示法
4、隶属度：A()为对A的隶属度。
~
5、模糊关系：模糊关系R也称模糊控制规则，它描述了元素之间的关联程度，当论域X、~Y都是有限集时，模糊关系可以用模糊矩阵来表示。设X=x1,x2,xn，Y=y1,y2,yn，模糊矩阵R的元素rij表示论域X中第i格元素xi与论域Y中的第j格元素yj对于关系R的~`隶属程度，即RXi，Yjrij。
~2.1.3模糊控制过程及原理分析
模糊控制的控制规律由计算机的程序实现，实现的过程是：计算机采样获取被控制量的精确值，然后将此量与给定值比较得到误差E；将误差E作为模糊控制的一个输入量；把E的精确量模糊化变成模糊变数，从而得到E的模糊语言集合的一个子集e~；由e~与控制规则R进行模糊推理，得到控制变量u，其中u=eR，其中u是模糊变量；将模糊~~~~~~变量u转换为精确量，这样通过u可以对被控对象进行控制；循环进行第二次采样，进行第~~二步控制，循环下去，最终实现被控对象的模糊控制。具体的模糊控制原理与过程如下图所示：
模糊控制的核心是模糊控制器，在使用模糊控制器进行模糊控制时必不可少的三步骤为：精确量的模糊化、模糊规则的设计、反模糊化，下面分别分析、介绍这三部分。
（一）精确量的模糊化
精确变量的模糊化过程实际上是定义模糊变量的模糊子集的过程，而定义一个模糊子集就要确定模糊子集隶属函数曲线的形状，确定隶属函数曲线有以下常用的几种方法：
（1）主观经验法：当论域是离散变量时，根据主观人数或个人经验，直接或间接给出隶属的具体值，由此来确定隶属度函数。
（2）分析推理法：当论域连续，根据问题的性质，应用一定的分析与推理，决定选用某些典型的函数作为隶属函数。如三角形函数、梯形函数、高斯函数等。
（3）调查统计法：以调查统计结果所得出的经验曲线作为隶属函数、作为隶属曲线。根据曲线找出相应的函数表达式。
将确定的隶属函数曲线离散化，就得到了有限个点上的隶属度，便构成了一个模糊变数的模糊子集。模糊子集的数量一般选5个或7个为宜。隶属度函数曲线的形状一般有：三角形、梯形、高斯型等，在目前的应用中大部分都是为方便起见采用梯形、三角形隶属度函数。
（二）模糊规则的设计
模糊规则是模糊控制中的重要环节，模糊控制器正是依据这些模糊控制规则来完成最终推理，它用“IF--THEN”的形式描述被控对象的动态特性。目前模糊规则大都是专家经验确定，并且要求模糊控制规则要完整覆盖模糊集合。
常见的模糊控制规则根据模糊控制器的种类不同可分为以下几种：（1）单输入单输出模糊控制器
该种控制器仅有一个输入变量、一个输出变量，设模糊集合A为属于论域X的输入，~~模糊集合B为属于论域Y的输出，其控制规则通常由模糊条件语句
~~If A THEN B
~~~~
If A THEN B ELSE C
~~~~~~其中模糊集合B与C具有相同的论域Y，这种控制反应非线性比例(P)控制规律。
~~~~(2)双输入单输出模糊控制器
设模糊集合E属于论域X的输入，模糊集合EC属于论域Y的输入，两者一同构成模糊控制器的二维输入，属于论域Z的模糊集合U是模糊控制器的一维输出，这类模糊控制器的控制规则通常由模糊条件语句
IF E AND EC THEN U
来表达，是模糊控制中最常用的一种控制规则，它反映非线性比例加微分(PD)控制规律。(3)多输入单输出模糊控制器
假设模糊集合A，B，C„N分别属于各自论域的多维输入，U为属于其论域的单维~~~~~~~~~~~~~~~输出，其控制规则通常由模糊条件语句
IF A AND B AND„AND N THEN U来描述。
~~~~~~~(4)双输入多输出模糊控制器
设模糊集合E属于论语X的输入，模糊集合EC属于论语Y的输入，两者一同构成模糊控制器的二维输入，多维输出为UV„W的模糊控制器。这类控制器的控制规则可由一组模糊条件语句
~~~~~
IF E AND EC THEN U
AND
IF E AND EC THEN V AND
IF E AND EC THEN W
在制定模糊规则时要根据实际情况分别来设计确定合适的控制规则。
(三)模糊判决
通过模糊推理得到的结果只是一个模糊集合，但在实际执行中，需要有一个精确值才能对被控对象进行控制，因此要有一个将模糊集合变成一个最佳代表的精确值的反模糊化这一过程。
该过程有三种方法：最大隶属度函数法、重心法、加权平均法。最大隶属度函数方法简单快捷，但是不考虑输出隶属度函数的形状，只关心其最大隶属度输出值，因此会丢失一些信息；重心法取模糊隶属度函数曲线与横坐标围成面积的重心为模糊推理最终输出值，该方法与最大隶属度法相比具有更平滑的输出推理控制；加权平均是重心法的一种拓展方法，调整系数可以转化为重心法，需要根据实际来确定系数。综合上述，重心法较最大隶属度方法更加平滑，较后者较简单实用，故重心法是目前较理想的逆模糊化方法。
后面设计的模糊控制器使用重心法来解模糊，这里就着重介绍重心法，重心法是根据输出模糊集合隶属度函数曲线与横坐标围城面积的中心相应的输出当作精确值的输出，其公式如下： ~~
~~~~~~~uuuii1nni
iui1ui是对象论域中的元素，ui是论域元素ui对模糊子集的隶属度
2.2城市交通信号模糊控制相关理论分析
城市交信号模糊控制是模糊控制在城市交通控制中的一个具体的应用，它解决了城市交通信号控制建模难、建立的模型难以用算法求解的问题。本节结合具体的交通信号控制问题，利用模糊控制的基础理论分析城市交通信号模糊控制理论。2.2.1城市交通信号模糊控制问题描述
传统的单个信号交叉口控制方式：固定周期和绿信比的固定配时控制、感应控制。固定配时根据以往观测的交通需求，按预先设计的配时方案进行控制，无法根据相应交通需求的随机变化而变化。感应控制在一定程度上克服了固定配时的不足，但在相位绿灯时间内，只要检测到车辆到达就给出一个单位的绿灯延时，直到最大绿灯时间为止。也就是说它只关心有无车辆到达、车辆到达与否，而没有考虑有多少辆车到达，只能考虑一个相位方向的延误情况，而没有真正的总体考虑总延误，因而无法真正响应各个相位的交通需求。
模糊逻辑控制是一种新型的智能控制方式，它综合考虑交叉口车辆到达与排队情况，以交叉口的总延误最小为控制目标，调整控制策略使得交通控制能真正响应交通实时变化的需求。
城市交通信号模糊控制通过设置在各个车道上的车辆检测器检测到各个相位的到达车辆数，计算出各个相位的车辆排队长。通过绿灯相位的入口流量、车辆排队长度来考察绿灯相位的交通情况、红灯相位的车辆排队长度来考虑红灯相位的交通状况，综合考虑红灯、绿
灯相位的交通情况，用城市交通信号模糊控制器做出是否转换信号的判决，通过是否转换交通信号来影响交通流。根据城市交通信号模糊控制的思想：当绿灯相位的车流量很大、排队长度相当长时，有必要延长该相位的绿灯时间，但是是否做出延长绿灯时间的决定还要看红灯相位的交通情况，若红灯相位的排队长度很小时，控制器就会做出延长绿灯时间的判决； 若红灯相位排队长队很长时，综合考虑总的车辆平均延误就不一定会继续延长绿灯时间，到底做出什么样的判决，取决于模糊控制器的设计，模糊推理规则的设定。要得到理想的控制结果就要合理设计城市交通信号模糊控制器、合理设置模糊推理规则。
可以解决的问题可以用以下实际问题来描述：假设一个平面交叉口采用典型的四相位放行控制方式：东西直行为第一相位，东西左转为第二相位，南北直行为第三相位，南北左转为第四相位。
注：
1、由于中国的道路交叉口的右转车流一般不受城市交通信号的控制，所以城市交通信号模糊控制中不考虑右转车流。
2、各个相位的直行、左转车道上设置一组车辆检测器，可以实时检测到各个车道的车流到达、车辆排长度。
根据以上所述，该城市交叉口交通信号控制问题可以描述如下：
控制目标：使通过交叉口的车流量的平均排队长度最短，车辆平均延误最小。城市交通信号模糊控制器综合考虑绿灯相位、红灯相位的交通情况，做出以交叉口的总延误最小为控制目标。
控制变量：信号周期、各相位的绿信比。模糊控制器做出是否延长放行相位的绿灯时间的决定，延长绿灯时间会增加总的绿灯时间，也会改变信号周期，这样就会调整信号的绿信比。
2.2.2城市交通信号模糊控制原理分析
城市交通信号模糊控制器是城市交通模糊控制决策部分，做出是否转换交通信号的决定来影响控制交通流，交通流的变化会使得红灯、绿灯相位的交通状况的变化，城市交通信号模糊控制器会根据实际情况做出相应的是否转换相位的决策，周而复始，进行实时交通控制。
针对以上城市交通信号控制问题，城市交通信号模糊控制的控制思路与策略是这样进行的：
1、给定每个相位的最小绿灯时间与最大绿灯时间，以保证通行相位的车辆通行权、与
等待相位车辆的通行权。
2、假设按最初给定该相位的最小绿灯时间放行第一相位(东西直行)，放行时间到达最短绿灯时间时开始计算该放行相位的入口流量、排队长度、下一个要放行相位的排队长度，通过模糊控制器综合考虑是否继续放行当前相位，模糊控制器做出决策。
3、如果继续放行该相位就在最短绿灯时间的基础上增加一个延长绿时间，否则就放行下一相位。
4、每一相位放行时间到达最大时间时就自动强制转换下一相位。
5、这样循环控制形成周期、绿信比随交通状况实时变化的控制方案。城市交通信号模糊控制把城市交通模糊控制器与交通流生成、交通车辆延误综合考虑的周期循环控制。要进行城市交通信号模糊控制需要几个重要的组成部分：交通流、车辆检测器、模糊控制器、交通延误。计算具体的框架如下图：
该控制过程通过交通流生成模型生成一定的交通流，生成的交通流通过车辆检测器可以检测监视得到绿灯相位的排队长度、绿灯相位的入口流量、红灯相位排队长度三个城市交通模糊控制器的输入量；将该输入量输入模糊逻辑控制器后，可以得出该时段的控制策略；对交通信号进行控制；对交通信号控制同时会对交通流产生影响，形成新的交通流继续以上的循环可以对一定时段的交通信号进行控制。
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