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课程设计作品 智能交通信号灯系统设计与实施研究的实施建议 智能交通信号灯系统设计与实施研究的实施建议 摘 要：随着城市和经济的发展，车流、人流逐渐拥挤，使得交通信号灯发挥的作用越来越大。本题主要讨论在假定车流均匀的前提下如何安排路口的交通灯时间才能使路口的交通达到最大限度的畅通，这里交通最大限度畅通的定义是一个交通周期内积存车辆的最大可能长度达到最小。首先，以最大限度畅通为目标，道路条件，车辆通过马路等条件为约束，建立优化模型。实地考察，观察红绿灯的变化规律，然后，通过一段时间内车辆通行的数量得出周期函数，其次，通过样条插值得出一段时间内红绿灯时间随车辆变化而变化的规律图，进而解决了十 字路口拥挤的问题，最后讨论了此模型的稳定性以及改进方向。 关键词：交通周期；最大限度畅通；样条插值 目录 1问题提出 1 2模型假设 2 3 问题的分析 3 4 符号说明 5 5 模型的建立与求解 6 6模型的评价 17 7模型的改进与应用 18 参考文献 19 附录 20 1问题提出 如何用数学准确的描述交通流是一个由久以来的问题，这方面的各种文献也很多，这个问题之所以长久的吸引了人们的注意力，主要原因有两点：一是交通流的变化复杂，对它的描述的精确性总是有待提高；二是数学飞速发展，理论不断完善，能够在交通流中找到应用的也越来越多，无论建立的模型如何的精确和复杂，对实际最有意义的还是要能够比较简便而精确的解决实际问题。 分析交通路口的堵塞程度，主要参量是路口积存车辆的长度，均匀车辆在遇到红灯后会产生长度不断增加的停止队伍， 记周期数为x，每个周期绿灯的时间是t。则由车流量，周期数，每个周期通过的车流量共同决定并给出了它的计算式。本文的下面讨论将直接基于x和t。 本文建立了十字路口的交通灯时间安排优化模型。此模型以使单位时间内积存车辆的最大长度最小为目标，交通经验等条件为约束建立优化模型。文章在最后讨论了此模型的稳定性和改进方向。  2模型假设 1、以下所有分析都假设车流均匀，遵守交通规则，无突发状况发生。 2、假设忽略黄灯时间和每个周期各10秒的延迟。 3、车辆通过的时间是通过观察设定的一个值，基本符合事实。 4、直行和左拐同时进行，而且有充分的时间，桥上不会滞留车辆。 5、所有车辆长度相同，距离相同，并且从静止开始匀加速启动。 6、启动延迟时间忽略。 3 问题的分析 人民路和前进大街交叉口红绿灯周期见图1，进行分析如下： 图1中绿色通行线路1；红色通行线路2；蓝色双向同时通行线路3和4；橘黄色圆圈为红绿灯，共有6个。 以下午四点半信号灯规律统计，以A1信号灯为准: 一个周期中第一次通行：绿色线路1。东西方向A1和C1绿灯，A1绿灯时长35s，C1比A1长10s，其余均为红灯，同时能实现左拐。由于C1路灯比A1路灯绿灯时间长10s，所以可充分让来自东边的车经过桥实现西行和左拐。35s后，A1信号灯3秒黄灯，接着A1开始85s的红灯计时，A175秒时，C1红灯，A2和C2绿灯。 一个周期中第二次通行：红色线路2。东西方向A2和C2绿灯，A2绿灯时长35s，C2比A2长10s，其余均为红灯，同时能实现左拐。由于C2路灯比A2路灯绿灯时间长10s，所以可充分让来自西边的车经过桥实现东行和左拐。35s后，A2信号灯3秒黄灯，此时A1还有75-35-3=37秒红灯计时，A2转红灯。在A1为75-35-3-10=27秒红灯计时，C2转红灯。 一个周期中第三次南北双向同时通行：南北方向B1和B2绿灯，绿灯时长25s，正好绿灯结束后再有3秒黄灯，A1红灯转绿，进行一个新的周期循环。这次通行可实现南北方向的直行和左拐，但是这个左拐后都到了桥上位置，由于东西方向均为红灯，所以在桥上滞留的车辆会有一个等待时间。滞留在绿色线路1的车辆很快能跟着东西方向的绿灯放行行进，但是滞留在红色线路2的车辆却面临着C2红灯，B1红灯不能行进的情况，而事实上，此时直行的车辆是不受影响的，所以可以调整C2红绿灯的时间，把此时的直行变成绿灯，但是左拐还得是红灯，这样可以减少东西方向直行车辆的等待时间。 图1 信号灯规律简图 总起来分析一个周期的信号灯变化是基本合理的。东西车流量大，而且直行和左拐同步进行，东西就不能同时进行，分开进行合理；南北同时进行，因为在桥上有信号灯的控制，造成了一部分车辆的滞留，但是南北可以同时进行，还是节省了一部分时间，所以一个周期安排基本合理。  4 符号说明 各个方向