第五章-单点交叉口的信号控制

1第五章单点交叉口的信号控制2课程安排道路交通管理概论交通信号控制的基本概念信号控制的类型和模式定时信号控制感应信号控制单点交叉口的智能控制单点交叉口配时方案设计实例3第一节交通信号控制的基本概念一、交通信号灯及其设置依据1、交通信号及交通信号灯1）定义在道路上用来传送具有法定意义指挥交通流通行或停止的光、声、手势等，都是交通信号。2）种类常用的有灯光信号和手势信号。43）作用交通信号是在道路空间上无法实现分离原则的地方，主要是在平面交叉口上，用来在时间上给交通流分配通行权的一种交通指挥措施。4）方式交通信号灯用轮流显示不同的灯色来指挥交通的通行或停止。57）各国对信号灯的含义的特殊规定概（1）原苏联①在黄灯之前，有绿闪灯，预告即将亮黄灯，我国有些城市也用这种绿闪灯。优点是可敦促车辆抓紧时间通过交叉口，以提高通车效率；缺点使驾驶人想加速抢时间通过交叉口而容易发生交通事故。67）各国对信号灯的含义的特殊规定概（1）原苏联②右转箭头灯亮时，允许车辆就地掉头；③箭头灯与红灯同时亮时，可按箭头方向通行，但应给其他方向的车辆让路。77）各国对信号灯的含义的特殊规定概（2）英国在红灯末尾，有一小段红、黄灯同时亮的时间，这意味着通知面对红黄灯的车辆，红灯即将结束，预先做启动准备，可以节省起动损失时间。上海目前也采用此方法。87）各国对信号灯的含义的特殊规定概（3）美国有的地方使用黄色箭头灯与红色箭头灯，可使各方向车流分别有各自的红、黄、绿色箭头灯，含义明确，不易混淆。这样，灯具比较复杂。97）各国对信号灯的含义的特殊规定概4）加拿大①加拿大规定在绿闪左转箭头灯与普通绿灯同亮时，表示通知驾驶人，对向车流面向红灯，左、直、右车辆都可以通行，但必须让其他合法通行的车辆和人行横道线内的行人先行。②加拿大对红闪的规定是，车辆在通过交叉口时，必须先停车观察，在确保安全的前提下，方准通行，类似于停车标志的意义。日本也有这样的规定。107）各国对信号灯的含义的特殊规定概（5）日本对自行车使用机动车信号灯时，有些特殊的规定，如绿灯时，规定自行车只可直行和左转（相当于我国的右转），而右转车（相当于我国的左转）必须直行道对面街角处，待另向绿灯亮时再次直行通过。11①如果交通量未达到需要设置信号灯的时候，不合理地将停车标志交叉口改为信号控制交叉口，主路交通和次路交通会怎样？②合理设置信号灯的依据是什么？122）信号设置不合理的弊端将停车、让路标志交叉口改为信号控制交叉口，消除了原停车或让路标志交叉口的优点。（优点是什么？）在停车、让路标志交叉口上，对主要道路车辆是畅通无阻的，可以看成没有交叉口一样，因此，主要道路上的车辆延误很少。4）设置交通信号的基本原理概念目前，决定停车标志交叉口改为信号控制交叉口时，主要考虑两个因素：（1）停车标志交叉口的通行能力（2）延误。第二节信号控制的类型和模式一、交通信号控制类型1、按控制范围分类（1）单个交叉口的交通控制（2）干道交叉口信号协调控制（3）区域交通信号控制系统1）单点交叉口交通控制每个交叉口的交通控制信号只按照该交叉口的交通情况独立运行，不与其相邻交叉口的控制信号有任何联系的，称为单点交叉口交通控制，也称“点控制”，是交叉口交通信号控制的最基本形式。离线点控制在线点控制（1）离线点控制基本原理：将绿灯时间分成有限的具有固定顺序的时间段（也称相位），不同的交通流将根据固定绿灯时间和顺序依次获得各自的通行权。配时方案：依据典型的历史交通数据制定分类：定周期控制、变周期控制控制器：机电控制器（早期），电子或小型微处理器（目前）（2）在线点控制指交通响应控制（或车辆感应控制）。它根据交叉口各个入口交通流的实际分布情况，合理分配绿灯时间到各个相位，从而满足交通需求。检测原理：–基于到达车辆车头时距的控制–基于排队长度的控制根据交通需求延长绿灯时间，直到绿灯时间达到最大值或绿灯期间交通流的车头距测量值超过某一关键值是车辆感应控制的基本方法。2）干线交叉口信号联动控制把干道上若干连续交叉口的交通信号通过一定的方式联结起来，同时对各交叉口设计一种相互协调的配时方案，各交叉口的信号灯按此协调方案联合运行，使车辆通过这些交叉口时，不致经常遇上红灯，称为干道信号协调控制，也称“绿波”信号控制，俗称“线控”。2）干线交叉口信号联动控制根据相邻交叉口间信号灯联结方法不同，线控还可分为有电缆线控和无电缆线控①有电缆线控：由主控制机或计算机通过传输线路操纵各信号灯间的协调运行；②无电缆线控：通过电源频率及控制机内的计时装置来操控各信号灯按时协调运行。3）区域交通信号控制系统以某个区域中所有信号控制交叉口作为协调控制的对象，称为区域交通信号控制系统，也称“面控”。对于范围较小的区域，可以整区集中控制；对于范围较大的区域，可以分区分级控制2、按控制方法分类（1）定时控制（2）感应控制（3）自适应控制（1）定时控制交叉口交通信号机均按事先设定的配时方案运行，也称周期控制。一天只用一个配时方案的称为单段式定时控制；一天按不同时段的交通量采用几个配时方案的称为多段式定时控制。最基本的控制方式是单个交叉口的定时控制。线控制、面控制也都可用定时控制的方式，称为静态线控系统、静态面控系统。（2）感应控制在交叉口进口道上设置车辆检测器，信号灯配时方案由计算机或智能化信号控制机计算，可随检测器测到的车流信息而随时改变的一种控制方式。感应控制的基本方式是单个交叉口的感应控制，简称单点感应控制。半感应控制全感应控制把交通系统作为一个不确定系统,能够连续测量其状态,如车流量、停车次数、延误时间、排队长度等，逐渐了解和掌握对象，把它们与希望的动态特性进行比较，并利用差值以改变系统的可调参数或产生一个控制，从而保证不论环境如何变化，均可使控制效果达到最优或次最优的一种控制方式。（3）自适应控制二、交通信号控制模式1、周期控制模式2、相位差与绿信比控制模式3、时间表控制模式4、子区域连接控制模式26第三节定时信号控制定时信号配时技术的基本原理是其它控制方式配时的基础。本节主要学习点控制定时信号配时的基本原理和基本流程；基本原理：即如何根据交叉口的道路条件及交叉口各进口道交通流的流向与流量，确定定时信号的配时方案。27第三节定时信号控制一、定时信号控制的基本内容二、评价信号控制交叉口的交通效益指标三、定时信号配时的基本原理四、定时信号配时的流程和基本方法五、定时信号配时的改进方法28一、定时信号配时的基本内容定时信号控制的基本特点：1、固定的信号周期、固定的绿信比2、全天可以是一个配时方案，或分段采用多个配时方案3、每个时段内使用固定的配时方案4、配时方案根据交叉口历史数据确定5、配时方案的切换可以是手动或自动进行6、定时控制信号机安装简单、维护方便、成本低。29一、定时信号配时的基本内容定时信号控制配时的基本内容包括两部分：确定信号相位方案确定信号基本控制参数301、信号相位方案——相位方案是在一个信号周期内，安排若干控制状态，并合理安排这些控制状态的显示次序东西路南北路第一相位东西路南北路第二相位东西路南北路周期时长第一相位时间第二相位时间通行间隔时间绿灯间隔时间时间绿灯间隔时间绿红黄31具有专用左转相位的三相位方案机动车信号控制的8个相位东西直行东西左转弯南北直行南北左转弯前导左转相（早启左转相）后延左转相（迟断左转相）练习：画出下图给出的四相位的信号配时图示。第一相位第二相位第三相位第四相位若C=106s,G1=30sG2=17sG3=32sG4=15sA=3s，相位之间转换都有黄灯，请在图上标出每个相位中各个灯色的时长。34一二三四106s30s17s32s15s352、信号控制基本参数点控制定时信号基本控制参数有：–周期时长–绿信比周期长是决定点控制定时信号的关键控制参数，是信号配时设计的主要对象。36二、评价信号控制交叉口的交通效益指标1、通行能力或饱和度（实际到达交通量与通行能力之比）2、行程时间3、延误4、停车次数5、停车率6、排队长度7、油耗37三、定时信号配时的基本原理——是其他控制方式配时的基础——根据交叉口的道路条件及交叉口各进口道交通流的流向与流量，确定定时信号的配时方案定时信号配时方法：国际上：英国的TRRL法（也称Webster法），澳大利亚的ARRB法（阿克塞立克方法）以及美国的HCM法等；国内：“停车线法”和“冲突点法”等方法38Webster配时法Webster模型是以车辆延误时间最小为目标来计算信号配时的一种方法，因此其核心内容是车辆延误和最佳周期时长的计算。而这里的周期时长是建立在车辆延误的计算基础之上，是目前交通信号控制中较为常用的计算方式39Webster模型车辆延误计算通过对交叉口信号的各相单车延误（主要包括平均延误和随即延误）求和，得到交叉口的延误。最佳周期时长计算由车辆延误计算公式推导而出，并经过反复近似计算得出公式，在现有计算模型中应用最为广泛。40最佳周期时长是信号控制交叉口上，能使通车效益指标最佳的交通信号周期时长。以延误作为交通效益指标，用webster定时信号配时交叉口延误公式：－饱和度。－流量－绿信比；；－周期时长－每辆车的平均延误；式中：xhpcuqsCdxqCxqxxCd);/()()(65.0)1(2)1(2)1()52(31222确定最佳周期时长C041].,,max[)(155.10)('0iiiyyYyYisIsAslsLAIlLYLCDdCdqdD值之和，位的各个最大组成周期的全部信号相—一个周期内的相位数；—）；绿灯间隔时间（—）；黄灯时间（—）；起动损失时间（—）；间（－每个周期的总损失时式中：时长：信号（近似）最佳周期用近似解法，可得定时若使总延误最小，则：则总延误为：交叉口交通流量比Y为各相信号临界车道的交通流量比（）之和，即：所谓关键车道，是指每一信号相位上，交通量最大的那条车道。关键界车道的交通流量比等于该车道的交通量和饱和流量之比iyniiyY142=1440sL=10s43确定关键车道44计算流量比相位A关键车道流量比y1=q1/s=540/1440=0.35相位B关键车道流量比y2=q2/s=420/1440=0.29关键进口道总流量比Y=y1+y2=0.35+0.29=0.6445课堂练习：三相位(南北直行；南北左转；东西直左右)q1=410S1=1550q2=350S1=1500q3=380S3=1500q4=300S1=1350q6=260S6=1300q5=360S5=144046四、定时信号配时的流程和方法单个交叉口定时交通信号配时设计，要按照不同的流量时段来划分信号配时时段在同一时段内确定相应的配时方案。改建、治理交叉口，具有各流向设计交通量数据时，信号配时设计的流程应如下。471.信号相位基本方案(和渠化方案同时进行)2.确定设计交通量3.确定饱和流量4.配时参数计算5.信号交叉口通行能力与饱和度计算6.服务水平评估7.交叉口信号配时图绘制1、定时信号配时设计流程48定时信号配时设计流程确定多段式信号配时的时段划分确定配时时段内各进口道各流向的设计交通量确定各进口道车道渠化方案确定信号相位方案估算各相各类车道的设计饱和流量确定信号总损失时间L各类车道设计交通量确定绿灯间隔时间I确定各相各类车道设计流量比y计算各相最大设计流量比总和Y计算最佳周期时间(C0)Y≤0.9计算总有效绿灯时间（Ge）各相有效绿灯时间各相绿信比及显示绿灯时间计算延误（D）画出信号配时图服务水平满足要求各显示绿灯时间满足最短绿灯时间否是是是否否图5-9定时信号配时的设计流程49（1）信号相位的确定原则a.信号相位必须同交叉口进口道车道渠化方案同时设定，有专用转弯相位必须相应地设置专用车道；b.信号相位对应于左右转弯交通量及其专用车道的布置，常用基本方案示如图5-10。c.有左转专用车道时，根据左转设计交通量计算的左转车每周期平均到达3辆及其以上时，宜用左转专用相位；d.同一相位各相