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1、第七章 交通信号控制,第七章 交通信号控制,第一节 概述第二节 单点信号控制第三节 主干路信号协调控制第四节 区域信号控制,第一节 概述,一 交通信号控制二 信号控制参数与基本概念,一 交通信号控制,1.交通信号控制的作用从时间上将相互冲突的交通流予以分离,使其在不同时间通过,以保证行车安全对于组织、指挥和控制交通流的流向、流量流速、维护交通秩序等均有重要的作用迫使车流有序地通过路口,提高了路口效率和通过能力减轻了噪声,降低了汽车废气的污染,一 交通信号控制,2.交通信号控制的分类 1）按控制范围分类单点交叉口交通信号控制（点控）主干路交通信号协调控制（线控）区域交通信号系统控制（面控）,一
2、交通信号控制,2.交通信号控制的分类 2）按控制方法分类定时控制感应控制,定时控制,交叉口的信号控制按事先设定的配时方案运行即为定时控制，亦称定周期控制。适合于那些交通量不大、变化较稳定、相邻交叉口距离较远的交叉口。根据一天内采用配时方案的多少，分：单点定周期控制：一天只有一种配时方案多段定周期控制：一天按不同时段的交通量采用几种配时方案,定时控制,定时控制的基本方式是单个交叉口的定时控制。线控、面控也都可以采用定时控制方式，称为静态线控、静态面控系统,感应控制,在交叉口进口道上设置车辆检测器，信号灯配时方案可随检测器检测到的车流信息而随时改变的一种控制方式。根据检测器设置方式的不同，可分为：
3、半感应控制：只在部分进口道设检测器全感应控制：在全部进口道设置检测器感应控制的基本方式是单个交叉口的感应控制。线控、面控采用感应控制方式则称动态线控和动态面控系统。,二 信号控制参数基与本概念,（一）信号相位是一股或多股交通流在一周期时间内不管任何瞬间都获得完全相同的信号灯色显示施用于在周期时间内同时获得相同信号显示的一个或多个交通流的信号状态的序列。信号相位是按路口车流获得信号显示的时序来划分的，有多少种不同显示时序排列就有多少个信号相位。一个信号相位通常包括若干个交通流。信号阶段是根据路口通行权在一个周期时间内的变更次数来划分的，一个信号周期内通行权有几次更迭就有几个信号阶段。（从一个绿灯
4、亮起到下一个绿灯亮起）通行权的顺序构成相序。,二 信号控制参数基与本概念,在一个信号周期内，包含有多个不同的信号相位。最基本的控制是两相位信号控制。,二 信号控制参数基与本概念,（二）信号绿灯(G)表示车辆可以通行，可直行、左转或右转左、右转车辆必须让合法通行的其他车辆和人行横道线内的行人先行绿色箭头灯表示车辆只允许沿箭头所指的方向通行。,二 信号控制参数基与本概念,（三）信号红灯(R)不允许车辆通行面对红灯车辆不得超过停车线箭头红灯仅对箭头所指方向起红灯作用,二 信号控制参数基与本概念,（四）信号黄灯(A)即将亮红灯面对黄灯车辆应依次停在各进口道停车线以外。黄灯起亮，已进入交叉口（即通过或部
5、分通过停车线）的车辆可以继续通行，驶离路口,二 信号控制参数基与本概念,（四）信号黄灯(A)黄灯时间的设置，是基于交叉口交通安全方面的考虑，时长考虑因素：提醒驾驶员绿灯信号时段就要结束，通行权时间即将结束，使车辆在停车线安全停下来对于已进入交叉口的车辆，能在下一个相位绿灯起亮前，安全驶离冲突区为滞留在冲突区内的车辆提供清路口的时间黄灯时间一般取值35秒。不宜较长，黄灯时间大于5秒时，超出部分通常用全红时间代替。,二 信号控制参数基与本概念,（五）全红时间(r)四面全是红灯任意进口道车辆均不得进入停车线为滞留在冲突区内的车辆提供清路口的时间提供较大的安全余地,二 信号控制参数基与本概念,（六）信
6、号周期(C)信号灯各种灯色轮流显示一次所需的时间不同信号相位所需时间之和（各个信号阶段时间之和）信号配时图无全红时间的两相位配时图（绘）有全红时间的两相位配时图（绘）,二 信号控制参数基与本概念,无全红时间的两相位配时图（绘）,信号周期表达式：C=G1+A+R1,C=R2+G2+A C=G1+A+G2+A=G+2A,二 信号控制参数基与本概念,有全红时间的两相位配时图（绘）,信号周期表达式：C=G1+A+R1,C=R2+G2+A C=G1+A+r+G2+A+r=G+2(A+r)C=G1+E+G2+E=G+2E,二 信号控制参数基与本概念,PS.如何理解相位时间和信号阶段时间?相位时间=Gi+A
7、+r信号阶段时间=从一个绿灯亮起到下一个绿灯亮起二者是一样的,二 信号控制参数基与本概念,（七）绿灯间隔时间（E）一个信号相位绿灯时间结束，到下一个信号相位绿灯时间开始之间的时间间隔条件：E的大小取决于交叉口几何尺寸设置：太短不安全，太长增大损失时间构成：黄灯、全红、红黄构成,二 信号控制参数基与本概念,(八)绿灯信号时段(Ti)给予通行权的时间包括实际绿灯时间与黄灯时间（过停车线的车辆继续通行）之和,二 信号控制参数基与本概念,（九）有效绿灯时间与绿信比绿灯信号时段内能充分被利用的时间理想状况下，信号给予多少通行时间希望能够全部被利用，车辆密集通过路口实际上，这个信号给予的通行权的时间不可能
8、被充分利用存在着起动停车损失时间(l=l1+l2),二 信号控制参数基与本概念,（九）有效绿灯时间与绿信比相位有效绿灯时间Gei等于绿灯信号时段减去相位前后损失时间（Gei=Gi+A-l）前后损失时间即为起动停车损失时间（详细分析）,二 信号控制参数基与本概念,起动损失时间l1：绿灯刚刚显亮时，排队车辆从零开始加速，车流难于以饱和状态进入交叉口，理想中我们希望车辆在绿灯一亮起就能以最大密度通过交叉口，但实际上存在起动加速时间，损失了一部分本应该有通行权的时间，也叫绿前损失。停车损失时间l2：因严禁闯红灯，黄灯结束前，越过停车线的车流不再密集，已是非饱和车流，黄灯也属于给予通行权的时间，这样损失
9、一部分通行权时间，也叫黄后损失时间。若绿灯信号时段，车辆时时以饱和状态运行则不会有损失了，实际上存在着起动停车损失。,二 信号控制参数基与本概念,相位有效绿信比ui等于相位有效绿灯时间与信号周期之比相位损失时间指一个信号相位时间内，不能被充分利用的时间相位时间=Gi+A+r全红时间r无法被利用绿灯信号阶段内存在着起动停车损失时间l，无法被利用l+r,二 信号控制参数基与本概念,周期有效绿灯时间Ge和周期（有效）绿信比U一个信号周期内，总有效绿灯时间称为周期有效绿灯时间，等于各相位有效绿灯时间之和U=Ge/C=ui周期损失时间L一个信号周期内总损失时间,等于各相位损失时间之和，与相位数成正比L=
10、n(l+r)Ge=C-L,二 信号控制参数基与本概念,在上述概念中一定要注意周期和相位两种情况不要混淆,二 信号控制参数基与本概念,饱和流率S进口道饱和流率：在一次连续的绿灯时间内，交叉口进口道上车队能够通过停车线的折算为小汽车的小时最大车辆数。（辆/绿灯小时/车道）与道路条件、交通条件、渠化条件、信号条件、环境条件有关,二 信号控制参数基与本概念,饱和流率S道路条件指车道宽度、车道坡度、转弯半径、视距等交通条件指车辆组成、车流分布、行人与自行车交通量渠化条件是指机动车与非机动车的隔离、专用车道的设置信号条件指相位组成环境条件指交叉口所处的地区是市区或心或非市区中心,二 信号控制参数基与本概念
11、,饱和流率的测量出现饱和流率时的车流特征？此时车头时距有什么特征？S=3600/,二 信号控制参数基与本概念,流量比yi到达流量与饱和流量之比。车道流量比即为进口道上各条车道的到达流量同该车道饱和流量之比，即：,yi车道流量比；qii车道到达流量；Sii车道的饱和流量。,二 信号控制参数基与本概念,交叉口交通运行状态及车辆受阻描述在信号控制下，车辆在红灯期间受阻，产生排队，在绿灯期间放行，疏散车队。三种情况：欠饱和，临界饱和，过饱和三种交通运行状态的描述Gei*S和q*C的大小Gei与ts（车队疏散时间也叫饱和绿灯时间）的大小PS.对于欠饱和 Qm=q*Reits=Qm/（S-q）；Gei=t
12、s+自由流时间,二 信号控制参数基与本概念,关键车道交叉口有多个进口道，每个进口道又有着一条或者多条车道。对于信号配时的确定，不是所有的进口车道都起着决定作用，只有部分车道的交通需求起着决定作用，这就是关键车道把关键车道作为确定信号配时的依据。,二 信号控制参数基与本概念,关键车道的确定方法（以两相位为例）对于每一个信号相位，均有两方向的车道放行，而每一个车道有其各自的流率比，取其中流率比值高的车道，作为各自相位的关键车道。直、左、右合用车道（整体）直、左和直、右合用车道（整体）直、右合用车道与左转专用车道（重点分析）交叉口关键车道的概念,二 信号控制参数基与本概念,现有一两相位信号控制交叉口
13、，其东、西进口道上为左转流向设有左转专用车道。q1=432辆/小时，q2=504辆/小时，q3=120辆/小时，q4=96辆/小时，q5=300辆/小时，q6=360辆/小时。S1=S2=1440辆/小时，S3=S4=1200辆/小时，S5=S6。交叉口各进口道车流情况如图所示。试求：交叉口关键车道。,解：（1）东西方向相位关键车道 由于设置左转专用车道，故东西方向相位关键车道有两种组合：东直、右+西左+=432/1440+96/1200=0.38 西直、右+东左+=504/1440+120/1200=0.45 比较以上两种组合可知，后者的流率比大，因此判定东西方向相位关键车道为西直、右+东左
14、。（2）南北方向相位关键车道 南进口道q5=300辆/小时，北进口道q6=360辆/小时。由于S5=S6，因此判定南北方向相位关键车道为北进口道。（3）交叉口关键车道 交叉口关键车道为以上两个相位关键车道的组合，即 东西方向相位关键车道（西直、右合用车道+东左转专用车道）+南北方向相位关键车道（北直、左、右合用车道）。,解：（1）东西方向相位关键车道 由于设置左转专用车道，故东西方向相位关键车道有两种组合：东直、右+西左+=432/1440+96/1200=0.38 西直、右+东左+=504/1440+120/1200=0.45 比较以上两种组合可知，后者的流率比大，因此判定东西方向相位关键车
15、道为西直、右+东左。（2）南北方向相位关键车道 南进口道q5=300辆/小时，北进口道q6=360辆/小时。由于S5=S6，因此判定南北方向相位关键车道为北进口道。（3）交叉口关键车道 交叉口关键车道为以上两个相位关键车道的组合，即 东西方向相位关键车道（西直、右合用车道+东左转专用车道）+南北方向相位关键车道（北直、左、右合用车道）。,二 信号控制参数基与本概念,信号控制交叉口通行能力（Pi）相位能行能力：是指一个相位关键车道在单位时间内通过的车辆总数，或关键车道在整个信号周期所能提供的最大平均流率指相位关键车道运行在临界饱和状况时的疏导能力Pi=Si*Gei/C=Si*ui交叉口通行能力是
16、交叉口关键车道的通行能力P=Pi,二 信号控制参数基与本概念,饱和度相位饱和度：关键车道或车道组的饱和度xi=qi/pi=qi/Si*ui=yi/ui交叉口饱和度：X=max xi 为了保证交叉口有足够的通行能力，在进行信号配时设计时，必须满足交叉口饱和度小于1，即各个相位的饱和度都小于1饱和度的实用范围通常为0.750.90，个别情况可达0.95,第二节 单点信号控制,交叉口的单点信号控制，又称点控，用于单个有信号的路口，属于孤立交叉口的信号控制根据交叉口的流量和流向，确定最佳配时方案，可保证最大通行能力或最小延误。本节主要介绍最基本的单点定周期控制方式。,第二节 单点信号控制,单交叉口控制
17、的步骤车道划分、渠化设计相位方案预选择交叉口信号配时设计（配时方案的生成）,第二节 单点信号控制,配时方案的生成确定周期时间将绿灯时间分配给各相位,第二节 单点信号控制,信号周期确定周期考虑两方面的要求：一方面使交叉口具有足够的通行能力；另一方面应使交叉口具有较小的车辆延误信号周期过短或过长，对交叉口的正常运行都不利,信号周期过短，周期损失时间所占比例增加，通行能力下降，车辆延误急剧增加信号周期过长，通行能力提高不明显，但车辆延误急剧增加对应最小车辆延误下的信号周期C0，为最佳周期当C取0.75C01.5C0时，车辆延误幅度为1520%当C取值接近最短周期时，车辆延误急剧增加。,信号周期与通行
18、能力和延误,第二节 单点信号控制,第二节 单点信号控制,第二节 单点信号控制,2.最小周期时间Cm采用Cm时，在一个周期内到达的车辆恰好全部被放行，无滞留车辆，信号周期也无富余。饱和度等于1,最小周期时长的计算,第二节 单点信号控制,第二节 单点信号控制,将绿灯时间分配给各相位 绿信比与绿信比分配总有效绿灯时间Ge=C-LL值的计算周期有效绿信比 U=Ge/C,第二节 单点信号控制,有效绿灯时间（周期有效绿信比）的分配有两种常用方法F.韦伯斯特法饱和度法,第二节 单点信号控制,F.韦伯斯特法利用在F.韦伯斯特法计算信号周期得到最佳周期，此周期下的车辆延误最小同时，在F.韦伯斯特法中，也给出了绿
19、信比的分配原则，即各相位绿信比按各相位关键车道流率比之间的比例进行分配，这样可以获得在给定信号周期下最小的车辆延误,第二节 单点信号控制,F.韦伯斯特法分配系数 对于两相位控制交叉口，设两相位关键车道流率比分别为y1,y2,则分配系数k1,k2为 k1=y1/(y1+y2)=y1/Y k2=y2/(y1+y2)=y2/Y 分配系数k1,k2是对周期（有效）绿信比或周期有效绿灯时间进行分配的。,第二节 单点信号控制,F.韦伯斯特法分配相位有效绿信比 u1=k1xU u2=k2xU u1+u2=U分配相位有效绿灯时间 Ge1=k1xGe Ge2=k2xGe Ge1+Ge2=Ge,第二节 单点信号控
20、制,F.韦伯斯特法实际显示的绿灯时间 Gei=Gi+A-l Gi=Gei+l-A,第二节 单点信号控制,饱和度法等饱和度法不等饱和度法,第二节 单点信号控制,等饱和度法证明F.韦伯斯特法是等饱和度法,第二节 单点信号控制,不等饱和度法当要求各相位承受不同的交通负荷及车辆延误时，按着不等饱和度分配绿信比或绿灯时间对于主要道路与次要道路相交的交叉口，通常以加大次要道路的饱和度来减低主要道路的饱和度，以满足主要着道路的交通需求。以两相位为例,第二节 单点信号控制,不等饱和度法以两相位为例，现给定B相位饱和度x2,求相位绿信比u1,u2,相位A的饱和度x1 u2=y2/x2 u1=U-u2 x1=y1
21、/u1,第二节 单点信号控制,第二节 单点信号控制,现有一两相位信号控制交叉口，已知：相位A关键车道流率比y1=0.35，相位B关键车道流率比y2=0.25，信号周期C=50s，周期损失时间L=10s。试求绿信比和绿灯时间分配。（取l=4s,A=3s）,例题,第三节 主干路信号协调控制,线控制又称线系统控制或联动系统，在一条较长的道路上，有若干个相邻近的交叉口，如采用点控制组织交通，则各交叉口的绿信比、周期长度和开绿灯的时刻互不协调。这样必然增加停车次数。而采用线控制使各交叉口取统一周期长度。变动绿信比，各交叉口的绿灯时刻按行车路线方向错开一定的时间，称为相位差。这样只要车辆按规定的速度行驶，
22、理论上可以做到处处遇到绿灯，从而减少停车次数与时间延误，缩短运行时间，提高道路通行能力。这种控制方法称为线控制，亦称绿波交通。绿波有三种控制方法。,第三节 主干路信号协调控制,联动控制 在线联动的信号机中，有一个信号机为主机，统一控制其他信号机，从而达到减少车辆延误的目的，这是定时自动信号灯中的一项重要改进，整个系统使用同一周期长度，各联动的路口其最大距离一般取800m较为合适。超过800m，中途由于有商店、行人、学校等因素干扰，从而严重影响联动的效果。线联动信号系统的三个要素是：周期、时段和相位差。,第三节 主干路信号协调控制,单系统控制 路段上有5-20个相邻的交叉口，预先确定一种控制方案
23、的系统控制称为单系统控制。单系统控制一般不设主控制机，而按统一设计的周期、相位差，而用石英钟调准各交叉口的开机时间，而达到系统控制的目的，这样可不用导线传递控制命令。,第三节 主干路信号协调控制,多段系统控制 为了适应交通运行状况的变化，与多时段定周期控制系统一样，把控制参数（周期、绿信比及相位差），按事先设计好的程序，在不同的时间段用不同的系统控制参数。除了多时段控制系统以外，还有自动感应系统控制，这种控制机要使用电子模拟计算机或数字计算机。,第四节 区域信号控制,城市里纵横交错的道路网，特别是大城市，有很多交叉口相距很近，将城市里某一地区很多的交叉口信号机，由中央控制室几种统一控制，这种地区行集中控制称为面控制或区域控制。面控制系统的采用必须考虑一下几项条件：控制性能发展性；控制范围由扩大的可能；高度的可靠性；使用方便；在我国现实交通条件下，必须考虑自行车交通的合理处理问题。,第四节 区域信号控制,（1）定义 将某一地区很多的交叉口信号机，由中央控制室集中统一控制。（2）分类按控制策略分：定时式脱机操作控制系统和响应式脱机 操作控制系统。按控制方式分：方案选择式和方案形成式。按控制结构的不同区域分：集中式计算机控制系统；分层式计算机控制系统。,
