第四章感应信号控制介绍

第四章感应信号控制思考与讨论1、感应信号控制适用条件？2、感应信号控制效率问题：存在什么弊端？3、信号控制参数如何确定及优化？4、不同感应控制方式是否有必要转换？目录第一节感应信号控制定义与设计内容第二节感应信号控制基本参数第三节感应信号控制工作原理第四节感应信号控制延误第五节路段感应信号控制行人过街系统第六节感应信号控制目标及优缺点(一)定义感应信号控制是指以获取车辆检测器检测到的车辆到达信息为基础，通过调整信号灯时长以适应检测到的交通需求的一种交通信号控制方式。组成：信号控制器、车辆检测器。参数：各相位的初期绿灯时间、单位绿灯延长时间、绿灯极限延长时间、检测器的设置位置。第一节感应信号控制定义与设计内容(二)设计内容感应信号控制方式：半感应/全感应。检测器设置位置：距离＝异相的黄灯时间(s)×接近路口的车速(m/s)，一般距停车线30-60米。为什么？感应信号工作逻辑：相交道路通行权优先问题。感应信号控制效益评价：延误、排队长度、通行能力等。第一节感应信号控制定义与设计内容1、交通流参数主要包括交通流量、车头时距、饱和流量等。各自用来干什么？第二节感应信号控制基本参数交通流参数和信号控制参数2、信号控制参数主要包括初期绿灯时间、单位绿灯延长时间、最小绿灯时间、绿灯极限延长时间和相位绿灯时间等。第二节感应信号控制基本参数初期绿灯时间①停在停车线和检测器之间的车辆全部驶出停车线所需的绿灯时间②保证行人安全过街所需的最短绿灯时间，通常为7~13s③保证红灯时停在停车线前的非机动车安全过街所需的时间第二节感应信号控制基本参数单位绿灯延长时间(判断车流是否中断的重要参数)①保证车辆从检测器驶出停车线②时长恰当，尽量不产生绿灯损失③注意被检测的车道数绿灯极限延长时间(判断车流是否中断的重要参数)信号到达绿灯极限延长时间时，强制结束绿灯并切换相位，一般为30~60s；改进的感应信号控制中，采用可变绿灯极限延长时间。第三节感应信号控制工作原理一、工作原理第三节感应信号控制工作原理二、感应信号控制方式半感应信号控制、全感应信号控制和优化的感应信号控制。半感应信号控制：适用于主、次道路相交且交通量变化较大的交叉口上。①检测器设在次要道路上主要道路上总显示绿灯，次要道路预置最短绿灯时间。实质：次路优先，即只要次路上有车辆到达就会中断主路交通流。②检测器设在主要道路上改进之处：避免主路车流被次路车辆打断，有利于次路上自行车和行人的通行。次路检测半感应信号控制执行流程主路检测半感应信号控制执行流程第三节感应信号控制工作原理全感应信号控制：适用于同等级道路相交或不同等级道路相交但交通负荷相当、且交通量变化较大的交叉口。①基本全感应信号控制原理：当某一方向检测到有车辆达到时，则对来车方向给予通行权；此后就按感应信号的基本原理运行，其执行流程见下图。②特殊感应信号控制原理：在基本感应信号控制的基础上，按特殊需求，增加特殊感应装置。基本全感应信号控制执行流程第三节感应信号控制工作原理优化的感应信号控制原理：在交叉口的每一进口道上设两个检测器，如一个在停车线前30m，一个在停车线前90m；给每个相位配以足够的绿灯时间，把30m检测器到停车线间的车辆先放完；而在两个检测器之间的这一段时间间隔内，用来检测何时产生饱和交通流；最后用一个优化程序，把这一相位延长绿灯时间能取到的交通效益和另一相位车辆因延长红灯所产生的损失加以比较，确定相位转换时间，从而降低感应信号控制中的绿灯损失时间，提高交通运行效益。第三节感应信号控制工作原理优化感应信号控制执行流程第三节感应信号控制工作原理第三节感应信号控制工作原理第三节感应信号控制工作原理第三节感应信号控制工作原理最短绿灯时间求解示意第三节感应信号控制工作原理第三节感应信号控制工作原理2min1minmin,maxggGIvLgpp/72minpLpvI第三节感应信号控制工作原理单位绿灯延长时间（）法一：单位绿灯延长时间保证能使车辆从检测器位置开出停车线所需的时间式中：——为检测器与停车线之间的距离，m；——车辆平均速度，Km/h。法二：单位绿灯延长时间应满足车辆从检测器安全驶出交叉口或抵达下一检测器的时间要求。0GVLG/6.30LV第三节感应信号控制工作原理①单检测器交叉口单检测器单位绿灯延长时间计算示意第三节感应信号控制工作原理fVLg/111LfV满足通过停车线需求的绿灯延长时间式中：——目标检测器至进口道停车线的距离，m；——平均行驶速度，m/s。满足车辆通过冲突区的绿灯延长时间式中:——目标检测器至冲突点的距离，m；——本相位最后通过停车线的车辆到达冲突点所行驶的距离与下一相位首辆车到达冲突点所行驶距离的最大值，m；——下一相位冲突流向头车的行驶速度，m/s；——绿灯间隔时间，s。IVLVLgcff)/()/(max222LmaxLcfVI第三节感应信号控制工作原理②双检测器交叉口双检测器单位绿灯延长时间计算示意第三节感应信号控制工作原理单位绿灯延长时间在保证车辆通过交叉口的同时，还要保证能使车辆行驶完检测器之间的距离。车辆从上游检测器至下游检测器的时间为：式中：——检测器之间的距离，m；——车辆在检测器之间的行驶平均速度，m/s。下游检测器触发的单位绿灯延长时间为，参照单检测器的计算过程。综上：单位绿灯延长时间应该取上、下游检测器触发时间的较大值，即iVLg/33LiV'g',maxgg第三节感应信号控制工作原理绿灯极限延长时间()①半感应信号控制法一：按照对交叉口进行定时信号控制计算得到的绿灯时间法二：主次相交两相位交叉口在信号周期确定的情况下，给次路最小绿灯时间，来保障主路的最大绿灯时间次路最短绿灯时间式中：——周期到达车辆数；——无实测数据时，前4辆车车头时距经验取值。maxG4)1(342)4(33minnnsnsnsgns3第三节感应信号控制工作原理主路最大绿灯时间式中：——绿灯间隔时间，s。②全感应信号控制利用韦伯斯特最佳周期时长计算模型计算得到最佳周期时长，然后把分配到各相位的绿灯时间再乘以1.25~1.50的系数即可得到绿灯极限延长时间。绿灯极限延长时间一般为30~60s。ztgcg2minmaxzt第三节感应信号控制工作原理感应信号控制周期时长①最小周期时长最短周期时长应当恰好等于一个周期内相位总损失时间加全部车辆以饱和流率通过交叉口需要的时间，即：式中:——第i相位最大流量比；——周期内的相位数；——信号总损失时间，s；——总流量比。)1/()/(minminminYLCCsqLCkiiisq/kLY第三节感应信号控制工作原理②最大周期时长经验值：最大周期时长的确定视各地具体交通条件及特点而定，国外通常以120s作为的值；我国，两相位单点信号交叉口可取120s；多相位时，尽量控制在150s以内。maxCmaxCmaxC第四节感应信号控制延误一、感应信号控制原理①控制对象为机动车：在交叉口，根据检测到的车辆信息显示不同灯色组合，指示着各个方向车辆的运行，行人信号灯色与机动车信号灯色保持同步。感应信号控制交叉口示意图第四节感应信号控制延误②控制对象为行人：系统根据检测到的行人过街请求信息，交替给机动车和行人分配通行权。路段行人过街感应信号控制示意图第四节感应信号控制延误二、车辆延误形成过程①车辆运行速度v随时间t的变化类型：若车辆到达交叉口时，信号灯为绿灯，前方无车辆或前方车辆对本车的运行不产生影响，则车辆运行速度基本保持不变，见上图(a)；若在前方排队车辆疏散过程中到达，车辆减低车速行驶一段时间后，重新加速行驶，在此过程中并未停车，见上图(b)；若到达时信号灯显示红灯或前方车辆处于排队等待状态，则车辆需减速停车等待一段时间，排队车辆开始消散或绿灯信号开始后，车辆将加速行驶通过交叉口，见上图(c)。第四节感应信号控制延误二、车辆延误形成过程②受阻过程的形成：上述的三种情况中，后两种情况车辆为受阻状态，产生受阻过程如下图：第四节感应信号控制延误当车辆到达观测线A时，由于前面有车辆排队或信号灯为红灯，车辆会逐渐减速，以低于路段上正常行驶的速度进入交叉口，减速过程为；若排队车辆较多或红灯持续时间较长，车辆要停止，等候前面车辆通过，此过程为；当前方车辆陆续离开，该车加速越过停车线，并在观测线B处达到期望速度，加速过程为。对应的车辆延误形成过程如图所示：tst0vbt第四节感应信号控制延误从机动车绿灯开启时刻计起，排队车辆开始疏散，为红灯期间及绿灯初期到达车辆的疏散时间，图中为疏散延误，即车辆以正常车速运行通过交叉口时间与实际疏散时间的差值；排队车辆疏散后到达的机动车不需要排队，直接驶过交叉口，不产生延误；在绿灯末期(或黄灯时间)到达的机动车根据实际情况判断是否过街，在红灯期间内到达的机动车需要排队等待，产生等待延误，图中部分。则平均延误的计算如下：scdscttcdrct第四节感应信号控制延误tcscdd,ctttttdddrcycrcycsctcscc/)()(5.02cdccrcvccscsttt/式中：——交叉口车辆平均延误，s；——分别为疏散延误与停车等待延误，s；——车辆疏散时间，s，；——机动车饱和流率，pcu/s；——机动车到达率，pcu/s；——分别为车辆绿灯损失时间及红灯期间等待时间，s；——信号周期时长，s，感应信号控制方式下周期时长不为定值。sctcscrcvctt,c第四节感应信号控制延误美国学者Newell就两条单行道相交路口下的感应信号控制行为进行了研究。假设：系统不饱和，但交通流量足够大；无转向交通，忽略最短绿灯时间；最大绿灯时间为无限大。交叉口车辆排队的演变过程第四节感应信号控制延误进口(相位)1的到达率记为，进口(相位)2的到达率记为，、和分别代表周期内的有效红灯时间、绿灯时间和黄灯时间。这里信号时间是随机变量，可以随着周期循环而变化。任何特定周期内所有车辆的总延迟是三角形所围的面积，可近似计算为：ijD1q2qjjgjyjj111111121111)/1())(()())(()/1(2)(qSKSqSyrEHrDyrESqqDEjjjj222222222222)/1())(()())(()/1(2)(qSKSqSygEHgDygESqqDEjjjj第四节感应信号控制延误式中:——进口1和进口2在周期内的车辆总延误，s；——进口1、进口2的饱和流率，pcu/h；——有效红灯时间和有效绿灯时间的期望值；——有效红灯时间和有效绿灯时间的方差；——进口1、进口2车辆平均到达率的方差；——进口1、进口2车辆离开率中的常数部分。)()(jjgErE、)()(21jjDEDE、21SS、)()(jjgDrD、21HH、21KK、第四节感应信号控制延误基于Markov特性可推导出和：)()(rErEj)()(gEgEj)()(rDrDj)()(kkjDEDE21、k)()(gDgDj车辆到达过程被假定为稳定过程，因此有：)(rE)(gE221122//1/)(SqSqSYqrE221111//1/)(SqSqSYqgE式中:——周期内的黄灯时间之和，s。Y第四节感应信号控制延误Dunne提出了车辆到达过程服从二项分布时的延误计算模型。假设：车辆离开率为常数；信号控制策略当排队长度为0时转换相位；交叉口各进口道的饱和流率假定相同任意时间间隔内车辆到达进口1、2的概率分别用表示，没有车辆到达的概率则为，表示进口2在一个有效红灯时间为的周期内总延误，则延误的计算式如下：)2(rD21qq、iiqp1r第四节感应信号控制延误式中：——周期长度，s；——周期初始和末端的延误增长量，s。特别是，当车辆在相位初始单位延长时间内到达时，则有：从上式可知，相位初始单位延长时间内若无车辆到达，否则，21)2()2(1cDDrr