Synchro软件是一套完整的城市路网信号配时分析与优化的仿真软件；与“道路通行能力手册（HCM2000）”完全兼容，可与“道路通行能力分析软件（HCS）”及“车流仿真软件（SimTraffic）”相互衔接来整合使用，并且具备与传统交通仿真软件CORSIM, TRANSYT-7F等的接口,它生成的优化信号配时方案可以直接输入到Vissim软件中进行微观仿真。Synchro软件既具有直观的图形显示，又具有较强的计算能力，能很好地满足信号配时评价的各项要求,其仿真结果对交通管理者具有极高的参考价值，是一套易学易用、能与交通管理与控制的专业知识密切结合的有效分析工具。目前，Trafficware公司已推出Synchro 7版本,与Synchro 6相比，Synchro 7增加了不少新的功能。
教学要求：
本课程将在《交通管理与控制》课程的基础上，通过学习Synchro软件的主要功能与其操作步骤，能以实例探讨来阐述此软件的使用方法与运算结果及其输出，并具备自行针对市区各类型路网的各种道路交通现状进行分析，掌握包括信号配时优化设计在内的各种交通工程改善方案及其仿真分析与评估的专业技能。
一、引 言
Synchro软件以城市道路信号系统作为分析对象，具备通行能力分析仿真，协调控制仿真，自适应信号控制仿真等功能，包括：
1.单一交叉口/干道/区域交通系统的通行能力分析 2.单一交叉口/干道/区域交通系统的现状服务水平分析 3.单一交叉口/干道/区域交通系统的现状信号运作绩效评估 4.单一交叉口的信号配时设计
5.干道/区域交通系统的信号协调控制系统设计
Synchro软件同时结合了道路通行能力分析、服务水平评估及信号配时设计等多项功能，且可同时适用于市区独立交叉口（十字形或T形、Y形）、干道系统与区域交通系统等多种道路几何类型。此外，Synchro在从事信号配时设计时，其配时优化目标的设定，除可沿用传统独立交叉口配时设计中所常用的最小化平均延误外，还加入了干道续进绿波带宽最大化的信号协调控制目标，同时还兼顾到交叉口相位设计的需要。
在实际操作中，Synchro除可提供方便的窗口编辑人机接口（图1）外，还可与实时车流仿真软件SimTraffic相互结合，来模拟路口交通流状况；同时，Synchro可将所构建完成的路网几何数据转换成可与传统模拟模式CORSIM、区域路网配时设计模式TRANSYT、道路通行能力分析模式HCS以及微观仿真软件Vissim等常用交通工程分析软件来相互转换使用文档，以利用户针对各种建议方案进行客观性的整合分析与应用。
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二、SYNCHRO软件的主要功能
以下针对Synchro软件的路网编辑及其基本输入、输出窗口作简要说明。
图1 SYNCHRO软件的窗口操作接口图 图2 SYNCHRO与jpg图形文档的结合 （一）路网编辑
SYNCHRO软件共可提供两种构建新路网的方法：
1.手绘路网图：以描绘路段的方式来建立新路网，路段经连接后，即可成为一处交叉口；SYNCHRO程序的内定值为信号交叉口，但也可通过该交叉口的属性窗口，将其控制型态更改为非信号控制交叉口。
2.插入地图文件bmp或jpg等格式的文件作为背景：Synchro可输入格式为bmp、jpg、DXF等文件的电子地图作为背景底图，以供描绘出路网，如图2所示。
图3 路段属性窗口 图4 交叉口属性窗口
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当路网输入并初步构建后，路网中各交叉口或路段几何数据的增添或修改，即可通过交叉口及路段的属性窗口进行编辑，如图3与图4所示。
（二）路段窗口(Lane Window)
注：
EBL：Eastbound Left，
往东左转 EBT：Eastbound
Through，往东直行
NBL：left turning
northbound
图5 路段窗口(Lane Window)的输入
Synchro的路段窗口主要是针对分析路网的车道几何与交通条件，如车道配置(Lanes and Sharing)、理想饱和流率(Ideal Saturation Flow)、车道宽(Lane Width)、坡度(Grade)、区域类型（Area Type）：包括CBD和other、储车长度(Storage Length)、储车道数(Storage Lane)、总损失时间(Total Lost Time)、前置检测器(Leading Detector，指检测器前缘至停车线的距离，不可为零，最小值为1.5 m (5 feet) )、后置检测器(Trailing Detector，指检测器后缘至停车线的距离)、转弯车速（Turning Speed）、是否增加右转车道(Add Lanes)等，此外还包括：（如图5所示）
只有在感应式控制中，才需要设置前置检测器和后置检测器。 右转渠化（Right Turn Channelized）——None: 无渠化
——Yield: 渠化 ——Free: 渠化，不受控
——Stop: 渠化，设停车标志，稍作停顿
渠化半径（Curb Raduis）
车道利用率（Lane Utilization Factor）——当同一方向有两条或两条以上车道时，反映每条车道的
利用率（FLU）， 车道
直行 3
左转 右转 车道数 车道利用率 1 1.00 2 0.95 3 0.91 4+ 0.86 1 1.00 2 0.97 3+ 0.94 1 1.00 2 0.88 3 0.76 右转因子(Right Turn Factor)——反映右转中与行人的冲突而对饱和流率的影响；
保护左转因子(Left Turn Factor（prot）)——在保护左转相位中，反映左转中的冲突而对饱和流率
的影响；
允许左转因子(Left Turn Factor（perm）)——在允许左转相位中，反映左转中的冲突而对饱和流率
的影响（计算较复杂）；
饱和流率(Saturated Flow Rate（prot）)——在保护相位中 饱和流率(Saturated Flow Rate（perm）)——在允许相位中
行人、自行车右转因子(Right Ped. Bike Factor)——该因子考虑了绿灯时间长度、行人流量、自行车
流量和出口车道数量的影响；
行人左转因子(Left Ped Factor)——在允许左转相位中，该因子考虑了绿灯时间长度、行人流量、
机动车流量和出口车道数量的影响；
红灯右转（Right Turn on Red）——右转是否受控，简记为RTOR
饱和流率(Saturated Flow Rate（RTOR）)——在右转不受控时的饱和流率（计算十分复杂）； 车头间距因子(Headway Factor) ——
配合各项调整系数的计算，便于用户进行输入数据的查核。
（三）流量输入窗口(Volume Window)
通过流量输入窗口来进行交叉口交通流量的调整，流量数据输入表系如图6所示，其中的车流量（Traffic Volumes）（注：采用折算后的车辆数）、冲突行人流量(Conflicting Peds.)、冲突自行车流量(Conflicting Bikes.)、重车(Heavy Vehicles)比率、公交车靠站阻塞数（Bus Blockages，指每小时靠站并对交通产生实际影响的公交车数，设置最大值为100，该值将影响到LANE window中的饱和流量）等项目可依据各路段的交通流量属性作弹性的设定；而相关的调整因子，包括
高峰小时系数(Peak Hour Factor，PHF)—— 例：小时流率: 1000 vph
PHF: 0.9 （注：Synchro 6 设置最低值为0.5） 则调整的高峰流率: 1000 / 0.9 = 1111 vph
增长因子(Growth Factor，GF)——根据近几年交通量的增长率，计算GF的公式：GF = (1+r)^Y
其中r——交通量的增长率；Y——年数；
例：近10年交通量的增长率为3%，则GF = (1 + 0.03)^10 = 1.34；
GF值通常在0.5~3.0之间
路段中途流量(Traffic from Mid-block) ——相邻的交叉口之间出现流量不平衡，表明有部分车流
通过交叉口之间的无信号交叉口进入或驶离，路段中途流量反映进入或驶离车流量的百分比； 路边停车管制(Adjacent Parking Lane) ——是否允许路边停车
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停车量(Parking Maneuver) ——允许路边停车时的停车量。
连接OD矩阵(Link OD Volumes) ——通过连接OD矩阵可以对两个相邻的交叉口进行详细的控制
设置，可以用于减少或消除某些不必要的转弯，一般用来防止在城市干道上出现两次左转。可取默认值。
调整后流量(Adjusted Flow) ——经Peak Hour Factor 和Growth Factor调整后输入的流量。 车道组流量(Lane Group Flow) ——
图6 Synchro的流量输入窗口
（四）信号配时窗口(Timing Window)
用于设定交叉口配时方案（如图7所示），通过此窗口亦可显示出路网的各项控制绩效指标。信
号配时窗口的左侧部分用于设置配时方案并显示控制结果，其中包括；
选择相位编辑(Options)——Phase Templates
——相位编辑器（Phase Templates Editor）
控制器类型(Controller Type)——定周期控制方式（Pre-timed Control)、感应非协调控制(Actuated
Uncoordinated)、半感应非协调控制(Semi-Act Uncoordinated)、感应协调控制(Actuated-Coordinated)、无信号交叉口（Unsignalized)、环形交叉口（Roundabout) 现行周期长度(Cycle Length) ——采用Webster方法得到的最佳信号周期 C0= 感应式控制周期(Actuated Cycle Length) ——感应信号控制的平均周期长度
自然周期长度(Natural Cycle Length) ——该交叉口单独运行时，达到可接受的通行能力时的最小
周期
最大v/c比（Max v/c Ratio）
交叉口延误（Int. Delay）——Synchro提供了两种延误计算方法：Webster法和百分比法 交叉口服务水平(Int. LOS)——按照2000 HCM，分为A~F，共6个评价等级 交叉口通行能力利用率（ICU，Intersection Capacity Utilization） ICU服务水平(ICU LOS)——分为A~H，共8个评价等级
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1.5L+51−Y
锁定的配时(Lock Timing) ——锁定配时方案，防止配时发生变化。在进行网络配时优化时，被锁
定的交叉口配时不变，而其余交叉口的配时围绕该交叉口进行优化。等。 信号配时窗口的右侧部分用于配时方案相关数据的输入，包括：
转向类型 (Turn Type)——用于设置相位数（如，2相位、3相位、4相位等）
图7 信号配时操作窗口（下部所示为典型的4相位信号配时图）
信号相位配时图(Splits and Phasing diagram)显示在TIMING window窗口底部，表示当前信号相位配时情况，可拖动“红”“绿”信号之间的竖线来调整绿信比，调整过程中，窗口的参数（如总绿信比、交叉口延误、服务水平等）将发生变化。
保护相位(Protected Phases) ——一般情况下，根据转向类型由“Options>” 中的Phase Templates 自
动设置，其规则如下：
允许相位(Permitted Phases)
检测器相位(Detector Phases) ——一般情况下，与保护相位和允许相位相同 最小绿灯时间(Minimum Initial)
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最小绿信比(Minimum Split) 总绿信比(Total Split) 黄灯时间(Yellow Time) 全红时间(All-Red Time) 早开或迟闭 (Lead/Lag)
所允许的早开或迟闭最优化(Allow Lead/Lag Optimize) 相位跳跃控制(Recall Mode)
感应式控制有效绿灯时间(Actuated Effct. Green) 感应式控制绿信比(Actuated g/C Ratio) 车道组加权平均延误值(Approach Delay)
基于总延误值的车道组加权平均服务水平(Approach LOS) 50%等候车队长度(Queue Lengths 50th(m)) 95%等候车队长度(Queue Lengths 95th(m)) 每小时的停车次数(Stops) 耗油使用量(Fuel Used)
（五）相位窗口(Phasing Window)
相位操作窗口用于显示交叉口相位方案的内容，并可查看交叉口的相位设置是否正确，如图8所示。依据Synchro软件计算的百分比延误，可针对90%、70%、50%、30%、10%等五种不同的流量比例获得所对应的周期长度；此外，亦可就使用者所输入的现行配时计划的设置正确性进行分析判断。
相位操作窗口所输入的相关数据项包括：
最小启始值(Minimum Initial)——规定的最小绿灯时间
最小绿信比(Minimum Split) ——必须大于或等于该相位红灯、黄灯时间和最小启始值之和 最大绿信比(Maximum Split) —— 黄灯时间(Yellow Time) 全红时间(All-Red Time) 早开/迟闭(Lead/Lag)
所允许的早开或迟闭最优化(Allow Lead/Lag Optimize) 触动控制的车辆延长绿灯时间(Vehicle Extension) 最小间距(Minimum Gap)
减少时距的前置时间(Time Before Reduce) 减少时距的剩余时间(Time to Reduce)、 Recall Mode
行人相位(Pedestrian Phase)、
7
图8 信号相位操作窗口
行人步行时间(Walk Time)、
行人闪绿清道时间(Flash Don’t Walk)、 行人触动按钮(Pedestrian Calls)等。
（六）时间—空间图（Time-Space Diagram，TSD）
在时间—空间图中，可以通过图形来观察交叉口之间的交通流。点击交叉口，按Time-Space Diagram按钮
，或按F7键。
（七）配时方案最优化程序
1. 对单点交叉口
在Optimize中，对绿信比和周期长度进行优化，通过观察可比较优化前后性能指标（v/c比、延误、LOS等）的变化。
2. 干道/区域交通协调控制系统
求解干道协调控制系统的最优配时方案时，Synchro的求解模式中采用最大绿灯带宽、最小负效用和时差分析方法。干道系统的时差分析是在干道系统内，以周期范围内每1∼4秒为一时差间隔，所算出的不同对应延误值，再以其中的最小延误值所对应的时差做为干道系统的最优时差。如此即可将由不同干道系统所组成的路网及其中各个交叉口，先找出不同干道的同步最优化时差，再求得整体路网的最优时差。配时
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最优化的求解方法是针对主控交叉口与相邻交叉口所求出的不同方案延误值及时差值进行分析比较；再考虑干道的合理绿灯带宽，并依此去与路网中各相邻交叉口进行分析比较，然后扩大至路网中的各个交叉口，以求解出干道绿灯带宽最大化及负效用最小化时的最优时差。
（八）SimTraffic作交通仿真展示
Trafficware公司为求增进Synchro的功能，配合设计了一套实时交通仿真程序SimTraffic，此程序以微观方式来展示现实世界的交通运作状况，如图9所示。
利用Synchro所提供的上述功能将一特定路网构建并编辑后，即可立即执行SimTraffic，并观察该路网的交通运作状况。当执行交通仿真时，SimTraffic软件会先开始一段初始化及加载的过程，待完成后，便可依所选择的仿真速度进行交通仿真展示，并可选择观看单一车辆的模拟运行状况或整个路网的模拟绩效值。此部份交通模拟的车辆运行特性及其驾驶行为均依据美国联邦公路局所提供的参数资料加以标定。
图9 SimTraffic的实时交通模拟展示
（九）Synchro软件的不足：
1. 无法设置专用车道;
2. 无法设置公交优先及公交车站（Vissim 通过VAP模块实现）; 3. 交通仿真扩展功能不够完善，无天气影响、动态交通分配等模型; 4. 对环形交叉口的建模能力较差（可采用SIDRA软件设计环形交叉口） 因此，Synchro软件一般适合于规模较小的路网进行信号配时与优化的仿真。
（十）文件名含义：
*.sy7——原始数据文件 *.st7——与参数有关的附加文件
*.~y7——*.sy7的备份文件，每次保存*.sy7时，上次的*.sy7文件成为*.~y7 *.hst——含SimTraffic仿真记录
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三、实例应用--以xx交叉口为例
交叉口现状方面的数据准备包括以下三方面：道路几何尺寸、信号配时现状及交通流量数据。 道路几何尺寸数据：
（1）交叉口形状，包括T型、Y型、十字型或不规则型等。路段状况，包括车道类型、车道宽度、车道数目、车道流向、有无分隔设施、渠化状况、行人过街横道、停车带、公交专用道、公交停靠站、自行车道等。
交叉口处的进口道、出口道数据，特别注意左转、右转专用车道和调头车道状况；交叉口内导流线、导流岛等。 信号配时数据：
信号类型（固定周期信号、自适应信号、半自适应信号）、信号周期、绿灯时间、红灯时间、绿灯间隔时间、有效绿灯时间、全红时间、绿信比、信号相位、信号相序等。 交通流数据：
各方向进口的机动车、非机动车的时段（例如15 分钟）流量、流向数据，高峰期流量、流向数据，
交通组成状况（重型车比例、公交车线路），过街行人数据，饱和车头时距、平均延误时间、排队长度等。
（一）单点交叉口
1.将扬州市xx交叉口的电子地图（卫星图片）存为xx.bmp或xx.jpg文件格式，保存在专用的底图文件夹内，作为背景底图用，比例尺为1/100；
2.打开Synchro 6，按File→Graphics→Import background，进入底图文件夹找到底图xx.bmp或xx.jpg文件，选中打开此底图。
3. xx路、xx交叉口的道路几何现况如下：
设各进口交通量q（pcu/h）如下表，按照左转、直行、右转各占30%、40%、30%的比例分配：
项 目 北进口 南进口 东进口 西进口 4. 点Add Link
左转 186 216 117 132 直行 248 288 156 176 右转 186 216 117 132 总计 620 720 390 440 ，在底图上构建实际路网，同时自动生成交叉口；
5. 在路段窗口(Lane Window)中设置交叉口三条进口道、两条出口道，设置理想饱和流率等各项数据； 6. 在流量输入窗口(Volume Window)中输入各车道流量、冲突行人流量(Conflicting Peds.，设为600人/h)、冲突自行车流量(Conflicting Bikes.，设为60辆/h)、重车(Heavy Vehicles)比率等数据；
7. 在信号配时窗口(Timing Window)中，通过转向类型 (Turn Type)设置相位数，保护相位(Protected
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phases)
8. 在相位窗口(Phasing Window) 的控制器类型（Controller Type）中，分别采用定时控制（Pretimed）和感应控制（Actuated-Uncoordinated）方式进行仿真；
9. 通过Optimize,对绿信比和周期时长进行优化，以期获得最佳的周期，并观察v/c比和延误的变化。 （二）干道交通信号协调控制
1.根据实测交通数据，建立各交叉口的仿真模型，构建一个实际路网； 2.在未实施信号协调控制时，记录各交叉口的LOS、v/c比和延误等评价参数；
3.实施信号协调控制时，通过Optimize，对系统周期时长和时差进行优化，观察并记录各交叉口的LOS、v/c比和延误等评价参数的变化。
（三）报告生成
通过选择菜单File→Create Reports命令按钮，选择Select Reports命令窗口,在该窗口中选择需要报告的内容，同时在Option中选择需要包括在其中的数据，然后可以预览或打印。
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