《交通管理与控制》第11章单个交叉口交通信号控制.

1第十一章单个交叉口交通信号控制2第11章单个交叉口交通信号控制主要内容第一节定时信号控制第二节感应信号控制第三节环形交叉口信号灯控制方法311.1定时信号控制一、信号控制参数与基本概念二、交叉口交通运行机理三、单点定时信号控制原理交通信号控制是时间分离的一种交通组织形式，通常是在停车让路控制的基础上，根据交叉口交通流量、车辆延误、交通冲突、行人安全、事故记录以及交叉口所处的位置等多方面因素来考虑设置信号灯的必要性。交通控制的被控对象是交通流；反馈量一般是指延误时间、排队长度、速度、密度、占有率、流量等；控制量一般是指红、绿灯信号，主线限速标志，可变情报板等；性能指标一般是指总延误时间最小、总行程时间最小、停车次数最少等。4一、信号控制参数与基本概念11.1定时信号控制信号相位周期长度C（显示）绿灯时间G有效绿灯时间Ge（显示）红灯时间R有效红灯时间Re绿信比λ（=Ge/C）黄灯时间A（=3秒）（IA时，I=A）绿灯间隔I（包括黄灯和全红）损失时间L高峰小时修正系数PHF流量（流率）q饱和流量S流量（率）比y（=q/S）通行能力N（=λS）饱和度x（=q/N）信号配时图相位图延误d、D5一、信号控制参数与基本概念11.1定时信号控制（一）信号相位1.概念信号灯色周期地进行更换。在交叉口进口道处，不同的流向按照一定的顺序获得通行权。因此，通行权的每一次更换，就构成了一个信号相位。2.相序与相位数通行权的顺序构成相序。在一个信号周期内，包含有多个不同的信号相位。相位数可以是两个或多个，相位数用符号n（个）表示。（二）信号绿灯信号绿灯表示车辆可以通行。在平面交叉口，面对绿灯的车辆可以直行、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。信号绿灯用符号G（秒）表示。绿色箭头灯表示车辆只允许沿箭头所指的方向通行。6一、信号控制参数与基本概念11.1定时信号控制（三）信号红灯信号红灯表示不允许车辆通行，面对红灯的车辆不能超过停车线。信号红灯用符号R（秒）表示。箭头红灯表示仅对箭头所指的方向起红灯的作用。（四）信号黄灯信号黄灯表示即将亮红灯，面对黄灯的车辆应该依次停在各进口道停车线以外。当黄灯启亮时，已经进入交叉口（通过或部分通过停车线）的车辆可以继续通行，驶离交叉口。信号黄灯用符号A（秒）表示。黄灯时间的设置，是基于交叉口交通安全方面的要求。黄灯时间长短的确定，通常需要考虑以下几方面的要求：1.提醒驾驶员绿灯信号时段就要结束，使车辆能在停车线前安全地停下来；2.对于已通过停车线或部分通过停车线的车辆，能在下一相位绿灯启亮之前，安全地驶离交叉口冲突区；3.为滞留在冲突区内的车辆提供清路口的时间。7一、信号控制参数与基本概念11.1定时信号控制（四）信号黄灯黄灯时间的取值范围一般为3--5秒。黄灯时间不宜较长，当黄灯时间大于5秒时，超出部分通常用全红时间取代。箭头黄灯表示仅对箭头所指的方向起黄灯的作用。（五）全红时间全红时间，是指交叉口处于“四面红灯”控制状态下的一段红灯时间。此时，任意一个进口道的车辆均不许进入停车线，从而使滞留在交叉口冲突区内的车辆能够安全地疏散。因此，全红时间具有清路口的作用，并提供较大的安全余地。全红时间用符号r（秒）表示。全红时间的取值与交叉口的道路条件和交通条件有关，应根据交叉口的具体情况进行调整。8一、信号控制参数与基本概念11.1定时信号控制（六）信号周期1.概念信号灯色显示一个循环所需要的时间，称为信号周期，用符号C（秒）表示。信号周期同时又是不同信号相位所需时间之和。2.信号配时图(1)无全红(r=0)的两相位信号控制配时图1T相位A1G1A1R2R2G2A2TC相位B2n0r，9一、信号控制参数与基本概念11.1定时信号控制（六）信号周期(2)无全红的3相位信号控制配时图3n0r，11nniiiiCGA对于全红时间为零的多相位信号控制，其信号周期表达式的一般形式为：相位A1R2R相位B1T1G1A2T2G2A2R相位C3T3G3A3R3RCC1G1AC10一、信号控制参数与基本概念11.1定时信号控制（六）信号周期(3)有全红的2相位信号控制配时图2n，有全红时间的多相位信号控制，其信号周期的一般表达式为：0r1()niiCGnAr()GnAr相位A1R2R相位B1T1G1ACrrr2TC2G2A1G1A11一、信号控制参数与基本概念11.1定时信号控制（七）绿灯间隔时间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，称为绿灯间隔时间。绿灯间隔时间用符号I（秒）表示。可以用信号配时图表示出绿灯间隔时间，如图。，绿灯间隔时间II=A+r当采用多相位信号控制时，则：C=G+nI相位A1R2R相位B1G1ACrrr2G2A1G1AII12一、信号控制参数与基本概念11.1定时信号控制（八）绿灯信号时段对于任一相位i而言，Gi+A（秒）称为这一相位的绿灯信号时段，即：每个相位的绿灯信号时段为该相位的实际绿灯时间与黄灯时间之和。，（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，称为有效绿灯时间，它等于绿灯信号时段减去前后损失时间（起动停车损失时间）。1.相位有效绿灯时间与相位（有效）绿信比对于任一相位i，相位有效绿灯时间为相位绿灯信号时段内充分被利用的时间，用符号Gei（秒）表示。它等于相位i绿灯信号时所示。段减去相位前后损失时间，如图所示。13一、信号控制参数与基本概念11.1定时信号控制，（九）有效绿灯时间与绿信比1.相位有效绿灯时间与相位（有效）绿信比相位有效绿灯时间可以用下式表示：12()eiiGGAlliGAl12lll式中：Gei－－相位i有效绿灯时间；Gi－－相位i实际绿灯时间（信号绿灯）；L――起动停车损失时间,l=l1+l2相位i有效绿信比等于相位有效绿灯时间与信号周期之比，用符号λi表示，无单位，即：λi=Gei/C绿灯信号时段1iA相位iiRiGeiG1l2l14一、信号控制参数与基本概念11.1定时信号控制（九）有效绿灯时间与绿信比2.相位损失时间相位损失时间是指一个信号相位时间内，不能充分被利用的时间，它包括相位绿灯信号时段内前后损失时间和相位时间内的全红时间，即：l+r（秒），为相位损失时间。15一、信号控制参数与基本概念11.1定时信号控制，（九）有效绿灯时间与绿信比3.周期有效绿灯时间与周期（有效）绿信比在一个信号周期内，总有效绿灯时间称为周期有效绿灯时间，它等于各信号相位有效绿灯时间之和，用符号Ge（秒）表示，即：Ge=G+nA-nl=C-nl对于有全红时间的信号周期，周期有效绿灯时间的表达式为：Ge=G+nA-nl=(C-nr)-nl=C-n(r+l)周期（有效）绿信比等于周期有效绿灯时间与信号周期之比，用符号U表示，无单位，即：U=Ge/C=Σλi。16一、信号控制参数与基本概念11.1定时信号控制，（九）有效绿灯时间与绿信比4.周期损失时间一个信号周期内的总损失时间，称为周期损失时间，用符号L（秒）表示。Ge=C-n(r+l)=C-LL=n(r+l)该式表明：周期损失时间是各相位损失时间之和，它与相位数呈正比关系。当相位数增多时，周期损失时间也随之增加。17一、信号控制参数与基本概念11.1定时信号控制例题:现有一两相位信号控制交叉口，信号配时图如图所示，设起动停车损失时间为l=4秒，全红时间r=1秒。试求：1.各相位有效绿灯时间与绿信比；2.周期有效绿灯时间与绿信比；3.列写周期表达式。相位A1R相位BCrrr2G2A1G1A30327352R2236018一、信号控制参数与基本概念11.1定时信号控制例题:现有一两相位信号控制交叉口，信号配时图如图所示，设起动停车损失时间为l=4秒，全红时间r=1秒。试求：1.各相位有效绿灯时间与绿信比；2.周期有效绿灯时间与绿信比；3.列写周期表达式。解：1.相位有效绿灯时间与绿信比A相位：Ge1=G1+A-l=30+3-4=29秒λ1=Ge1/C=29/60=0.48B相位：Ge2=G2+A-l=22+3-4=21秒λ2=Ge2/C=21/60=0.352.周期有效绿灯时间与绿信比Ge=Ge1+Ge2=29+21=50秒U=Ge/C=50/60=0.833.列写周期表达式：C=Ge+L=Ge1+Ge2+L=Ge+2(r+l)=50+2(4+1)=60。19一、信号控制参数与基本概念11.1定时信号控制，（十）饱和流量交叉口进口道饱和流量的最基本单元是车道饱和流率，是一条进口车道在一次连续的绿灯时间内，能够连续通过停车线的折算为小轿车的最大车辆数，用符号S表示，单位为“辆／绿灯小时／车道”，当简写为“辆／小时”时，其含义不变。饱和流量应尽量采用实测数据，实在无法取得实测数据时，如新建交叉口设计时，才考虑用估算方法。1.饱和流量的影响因素车道饱和流量与道路条件、交通条件、渠化条件、信号条件、环境条件等有关系。道路条件是指车道宽度、车道坡度、转弯半径、视距等；交通条件是指车辆组成、车流分布、行人与自行车交通量等；渠化条件是指机动车与非机动车的隔离、专用车道的设置等；信号条件是指相位组成；环境条件是指交叉口所处的地区是市区中心或非市区中心等。20一、信号控制参数与基本概念11.1定时信号控制，（十）饱和流量2.直行车道的饱和流量直行车道的饱和流量主要与车道宽度有关。如果不考虑车辆类型的影响，即将通过交叉口的所有车辆均视为标准小客车，而且不存在转弯车流的情况下，饱和流量与车道宽度有以下的关系：1.F·韦伯斯特给出的关系式为：S=525W，式中：W为车道宽度(米)。上式只适用于车道宽度W大于5.2米的情况。上式表明，直行车道饱和流率与车道宽度之间呈线性关系。2.R·金伯等人给出的关系式为：S=196W2－979W＋2964上式表明，直行车道饱和流量与车道宽度呈非线性关系。3.北京城市规划设计院给出的关系式为：S=241W2－1564W＋3990该式的S值比前式（R·金伯）的低约24％。21一、信号控制参数与基本概念11.1定时信号控制，（十）饱和流量2.直行车道的饱和流量对于饱和流量的计算，除考虑车道宽度、车辆类型影响因素外，还需要做车道坡度影响的修正。当进口道处于上坡段时，纵坡值每增加1%，饱和流量值将相应降低3%。反之，当进口道处于下坡段时，纵坡值每增加1%，则饱和流率值增加3%。这里所指的“纵坡值”为停车线后面200米范围内的车道平均纵坡值。当上坡段纵坡值超过10%，或下坡段纵坡值大于5%时，则不在此范围内，应另作专门的测定。在进口道上车型通常是混杂的，根据实际情况，车道饱和流量可采用小型车或大型车作为换算单位。当混合车流中小型车比例高时，可采用“标准小型车”作为换算单位；当大型车比例高时，可采用“标准大型车”作为换算单位。3.左转、右转、合用车道的饱和流量计算比较复杂，可参考美国道路通行能力手册。22一、信号控制参数与基本概念11.1定时信号控制（十）饱和流量4.新建交叉口设计的饱和流量饱和流量用实测平均基本饱和流量乘以个影响因素校正系数的方法估算。（11-4）)(ibifFfSS（1）基本饱和流量：表11-2（2）各类车道通用校正系数：车道宽度矫正：（11-5）坡度及大车校正：（11-6）5.3)5.16(05.00.37.2)5.0(4.05.30.31)(1HVGfg23一、信号控制参数与基本概念11.1定时信号控制（十）饱和流率4.新建交叉口设计的饱和流率（3）各类车道饱和流量估算1、直行车道饱和流量：（11-10）2、左转专用车道饱和流量：有专用相位—