一、摘要
随着全国机动车保有量的上升，城市道路的拥堵问题日益严重，优化道路交叉口信号控制是解决拥堵问题的关键。本文介绍了城市道路交叉口信号控制的研究现状，交通信号控制的基本参数和评价指标，详细阐述并针对位于珠海市香洲区的梅华西路-敬业路交叉口，依据韦伯斯特算法设计了定时控制方案，通过VISSIM建立了定时控制的交通仿真模型；设计了感应控制逻辑规则，通过 COM 接口建立了感应控制仿真模型。基于VISSIM的仿真结果对比了定时信号控制和感应信号控制方法对该交叉口的信号控制效果，在高峰时间下的感应控制比定时信号控制效果好。

二、交通控制的基本理论
2.1 单交叉口信号控制中常用概念
2.1.1单点信号控制
单点信号控制是指对交叉口单独进行信号控制的控制方式，特点是一条干线或一个区域内的每个交叉口都独立运行。单点控制的主要目的是提供通行能力的同时减少车辆通过交叉口时产生的延误，主要参数是信号周期长度和绿信比。[2]
2.1.2 固定信号配时控制
固定信号配时控制通过分析交叉口的历史交通数据，依据一定的算法制定一套或多套固定配时方案，信号灯按照这些方案运行，对交叉口进行控制。其中单时段定时控制一天只使用一套配时方案，多时段定时控制在一天的多个时段中使用不同的配时方案。[3]
2.1.3 感应控制
感应控制是一种在某个相位显示绿灯时，配时方案根据交通流的变化而变化的控制方式。感应控制通过铺设在停车线前一定区域内的车辆检测器来检测车辆的到达情况，再将信息传输给信号控制机用于分析并实时分配各入口的通行权。[4]
2.2 交通控制参数与评价指标
交通信号控制遵循交通流的客观规律，通过设计合理的信号配时方案来引导车流的运行和停止，帮助来自不同方向的车流高效地通过交叉口，由此来改善城市交通的拥堵。交通信号控制的基本参数主要有：周期时长、相位、有效绿灯时间和绿信比等。
2.2.1 交通信号控制的基本参数
（1）周期时长
是指信号灯亮起红灯、绿灯、黄灯一次循环所需的时间。通常用字母C来表示，单位是秒。周期时长是固定配时方案设计的主要对象，也是交通信号控制的关键参数。合理的周期时长有利于提高交叉口的通行效率，让车流高效地通过交叉口。[5] 一般情况下，周期时长和交叉口的饱和度有关：在饱和度高的交叉口中，周期时长长；在饱和度低的交叉口中，周期时长短。
（2）相位
是指在一个信号周期内同时在一个方向或多个互不冲突方向的交通流组合获得通行权的时间带。[6]
(3)有效绿灯时间
是指实际被车辆用于通行的时间。它等于信号灯的绿灯显示时间加上黄灯显示时间再减去汽车启动损失时间。[7]
(4)绿信比
是指对一指定相位的有效绿灯时间与信号周期长度之比。
2.3 交通信号控制的评价指标
学者们设置了信号控制的评价指标用于描述信号控制的控制效果，常用的评价指标有通行能力、延误时间、停车次数和排队长度。[8]根据交叉口的实际情况，设计者可以选择不同的评价参数来设计配时方案或策略。
（1）通行能力
是指在实际的道路条件下，单位时间内通过每条车道的最大流量。[9] 这项参数并不是越大越好，当交叉口的交通量较小时，为提高通行能力而增加信号周期时长不仅不会提高交叉口的通行效率，反而会增加车辆的延误，停车时间和油耗。这样不仅污染环境还可能影响驾驶员的驾驶体验，产生烦躁情绪进而引起交通事故。
（2）延误时间
是指交通控制信号和交通管理对交叉口中机动车的影响所造成的额外总行车时间。[10]它能很大程度上反应车辆在交叉口的受阻程度因此通常采用延误时间来评价信号控制交叉口的通行效率并通过计算公式来优化信号配时，找到适当的优化策略来完成最佳的信号定时方案。
（3）停车次数
是指在一个信号周期内，当车辆行驶到交叉口后受交通信号灯限制时，所有进口道车辆停车次数之和。停车次数不仅反映交叉口的通行能力，还反映了车辆在该交叉口产生的尾气排放对环境的影响。停车次数多会导致车辆在交叉口排放较多尾气，对城市的环境造成污染。因此，减少停车数量不仅可以提高道路通行能力，还可以减少汽车尾气排放对环境的污染。
（4）饱和度
在道路交叉口中，通常用车流量与车道通行能力之比来表示饱和度。交叉口的饱和度有三种情况：饱和状态表示来自各个方向的车流量小于交叉口各车道通行能力的总和；临界饱和状态表示车流量等于交叉口各车道通行能力的总和；过饱和状态表示来自各个方向的车流量大于交叉口各车道通行能力的总和，这种状态下会导致车辆排队，在高峰期当交通量远大于交叉口通行能力时甚至会影响到上一个交叉口的车辆通行，进而影响整条干线甚至区域路网的交通情况。[11]
（5）平均排队长度
是指以一个信号周期为单位计算的各个入口车道上车辆排队长度的平均值。

三、定时控制方案分析
3.1 定时控制基本理论
定时信号控制是最简单，也是经济成本最低的一种信号控制方式，因此在信号控制的交叉口中应用最广泛。
固定信号配时控制通过分析交叉口的历史交通数据，依据一定的算法预设相位、周期时长、相位转换时间和绿信比等参数制定一套或多套固定配时方案，信号灯按照这些方案运行，对交叉口进行控制。
单点定时控制根据单独交叉口的路况和各个入口驶入的车流量和车流方向、车速等交通流信息制定合理的定时信号配时方案来控制交叉口。我国主要使用停止线法和冲突点法确定固定配时方案。[12]
3.2 定时控制方案分析
本章中对位于珠海市一实例交叉口进行了详细的实地调查，采集了该交叉口在高峰期各个方向入口的车流量、饱和车头时距、车速、损失时间等交通流信息并做出了定时控制方案。
梅华西路-敬业路交叉口位于珠海市中心繁华地段，车流量非常之大。本方案分析目的在于的改善交叉口的信号控制，减少延误和停车次数，使车流安全顺畅地通行，对改善敬业路甚至整个城市的交通状况具有重要意义。
敬业路是该交叉口的南北方向，双向3车道包括了1条直行左转车道、1条直行车道和1条右转专用车道。梅华西路是该交叉口的东西方向，双向5车道包括了左转专用车道、右转专用车道各1条和直行车道3条。
实地调查的主要内容：

车头时距：测量每个进口车道中通行的机动车车头时距，用于确定车辆起步损失时间。
交通量调查：观测并记录交叉口每个进口车道在15:00-16:00这一个小时内的交通量，用3600除以车头时距得到每个进口车道的饱和流量，再用这一个小时内调查所得的交通量数据除以饱和流量，结果即为每个进口车道的流量比。每个相位内的最大流量比相加所得即为流量比总和Y。
3.地点车速：测量进口车道的车辆通过一定路段花费的时间，路段长度与这些时间数据的比值即为车速，统计分析得到每个进口车道的15%位车速和85%位车速。

图3.1梅华西路与敬业路交叉口卫星图

图3.2梅华西路与敬业路车道功能图

五、效果图

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