《交通管理与控制》第12章-干线交叉口交通信号联动控制

1第十二章干线交叉口交通信号联动控制2当协调控制的范围扩大到一个区域时，就形成了区域交通协调控制，简称面控制。在分布式区域交通控制中，把控制区域分为若干控制子区，划分出的控制子区往往由若干条交通干线组成，因此干线交通控制成为分布式区域交通控制系统的一个单元。线控是面控的一种组成部分、也可以说是面控的一种简化的特殊形式。31、孤立交叉口的信号配时设计仅考虑了该交叉口的交通情况及几何尺寸，并没有考虑其相邻交叉口的交通情况对该交叉口的影响。2、将本来存在内在联系的相邻交叉口孤立起来设计，尽管各个交叉口的控制是最佳的，但他们之间没有任何联系，使得整个干道或区域的交通运行效果未必就好。3、因此，提出把城市主干道（区域）的交叉口看成一个系统，把一条干道上一批相邻的交通信号连接起来，用某种参数建立信号配时间的联系，使各交叉口之间控制信号运行不再是孤立的，而是相互间存在内在（时间）联系，这就是干道（区域）协调控制的基本思想。4、干道协调控制的早期，国外专家就注意到：由于下游的车流会影响上游交叉口，因此在进行上游交叉口信号配时设计时，要根据下游的绿灯起步时间来定。这实际上就是早期的“相位差”的概念。概述4干道协调控制是指将干道上的多个路口以一定方式(各个信号交叉口间的相位差）联结起来作为研究对象，同时对各个路口进行相互协调的配时方案设计，使得干道上按规定车速（通过带速度）行驶的车辆获得尽可能不停顿的通行权。干道协调控制也可称之为“线控”或“绿波控制”。干道协调控制也可以描述为：通过调节主干道路上各个信号交叉口之间的相位差，使干道上按规定车速行驶的车辆获得尽可能不停顿的通行权。第一节干线交通信号定时式联动控制干道协调控制定义5（1）联动控制——对2～3个相邻交叉口的信号机实行系统控制，多数是通过定周期信号机附加联动装置组成。（2）单系统控制——对线路上的5～20个信号交叉口，各交叉口的信号机使用一个统一的信号周期，然后按所规定的统一行车速度和相邻交叉口的距离确定各相邻交叉口之间的相位差。有有线线控信号机和无线线控信号机。（3）多段系统控制——为了适应交通流在一天中的变化，把控制方案根据交通流变化分成几组参数（比如高峰、平峰、低峰等），不同时段采用不同控制参数，以利于提高信号控制效率。干道协调控制方式61．周期时长在线控系统中，为使干道上各交叉口的交通信号能够取得协调，要求各个交叉口交通信号的周期时长必须相等。利用单点定时信号的配时设计方法，计算出各个交叉口交通信号所需的周期时长，然后从中选出最大的周期时长作为线控系统的周期时长，并把所需周期时长最大的这个交叉口称之为关键交叉口。注：双周期交叉口2．绿信比在线控系统中，各个交叉口交通信号的绿信比是根据其各相位交通流量比来确定的，因此各个交叉口交通信号的绿信比不一定相同。3．时差（相位差）绝对时差：是指各个交叉口交通信号的绿灯（或红灯）的起点（或终点）相对于某一个标准交通信号的绿灯（或红灯）的起点（或终点）的时间差。相对时差：是指两个相邻交叉口交通信号的绿灯（或红灯）的起点（或终点）之间的时间差。注：相对时差等于两个信号绝对时差之差。一、干道协调控制基本参数7（一）单向交通街道（优先相位差）单向交通街道，或者双向交通量相差十分悬殊时，只要照顾单向信号协调的街道，是最容易实施交通信号协调控制的街道。相邻各交叉口交通信号间的相对时差Of（秒）可按下式确定：（12-1）其中，s为相邻交叉口的间距（公里），v为线控系统所要求的车辆通行速度（公里/小时）。二、定时式线控制系统的协调方式8（二）双向交通街道（均衡相位差）双向交通街道的信号协调控制，在各交叉口间距相等时，比较容易实现，且当交叉口间的车辆行驶时间正好等于线控系统周期时长一半的整数倍时，可以获得最理想的效果。各交叉口间距参差不齐时，双向交通街道的信号协调控制比较难于实现，必须采取试探与折中方法求得信号协调。二、定时式线控制系统的协调方式91．同步式信号协调控制在同步式协调系统中，连接在一个系统中的全部信号在同一时刻对干道车流显示完全相同的灯色。当相邻各交叉口的间距符合下面的关系式时，即车辆在相邻交叉口间的行驶时间等于信号周期时长整数倍时，适宜将这些交叉口组成同步式协调系统。相邻交叉口间距满足：（12-2）其中，C为系统周期时长，k为整数。同步式协调系统具有很大的局限性。例如，绿灯有效利用率可能不高（下游交叉口绿灯启亮时刻应该滞后于上游交叉口绿灯启亮时刻一段车辆行驶时间）、由于前方交叉口干道方向全是亮绿灯因而容易导致司机加速赶绿灯从而引起交通事故等。同步式协调控制的两种特殊情况：（1）交叉口间距相当短、且干线方向的交通量远大于交叉方向交通量。（2）干线方向交通量接近通行能力，下游交叉口红灯车辆排队有可能越过上游交叉口。二、定时式线控制系统的协调方式102．交互式信号协调控制在交互式协调系统中，连接在一个系统中相邻交叉口的信号在同一时刻显示完全相反的灯色。当相邻各交叉口的间距符合下面关系式时，即车辆在相邻交叉口间的行驶时间等于信号周期时长一半的奇数倍时，适宜将这些交叉口组成交互式协调系统。相邻交叉口间距满足：（12-3）成对交互式协调控制——一对信号同相邻的另一对信号组成交互式协调控制。在成对交互式协调控制系统中，车辆能连续通行的车速为：（12-4）与同步系统一样，这种系统的适用性不大，实践中很少单独采用。36004Csv二、定时式线控制系统的协调方式11同步式协调控制与交互式协调控制范例123．续进式信号协调控制续进式协调系统是指根据干道所要求的车速和交叉口之间的距离，确定合适的时差，用以协调各相邻交叉口上绿灯的启亮时刻，尽量使得在上游交叉口绿灯启亮后开出的车辆，以适当的车速行驶，可正好在下游交叉口绿灯启亮前后到达。与同步式协调系统和交互式协调系统相比，续进式协调系统更具实际意义。续进式协调系统可分为简单续进系统和多方案续进系统两种。多方案续进系统可适应于交通流状况发生变化的场合。（1）简单续进系统——只使用一个系统周期时长和一套配时方案，车辆可以按设计车速连续通行，对不同的路段，设计车速可随交叉口间距变化。（2）多方案续进系统——适用交通流变化情况，一个配时方案对应一组给定的交通条件。交通流发生变化的可能类型：A：单个路口的交通流发生变化：系统中一个或几个信号点上交通量增加或减少，这些变化能改变所需的周期时长或绿信比。B：交通流方向发生变化：在双向干线上，“入境”交通量和“出境”交通量可能变化。a)入境交通量大于出境交通量。b)入境交通量大体等于出境交通量。c)出境交通量大于入境交通量。二、定时式线控制系统的协调方式13三、定时式线控制系统的配时设计方法定义：描述信号交叉口配时和交叉口间距的关系图形。在时距图中，横坐标表示干道各个交叉口间的距离，纵坐标表示时间。注：纵坐标所代表的时间是表示车辆以某一均匀速度从某交叉口到达其它交叉口所用时间，也即车辆以不受干扰的速度行驶所需的理想时间。1、时间—距离图14通过带：在时—距图中，连接各个信号交叉口绿灯时间始端和终端的平行线间的时间。从通过带的定义可知，无论哪个信号交叉口，只要车辆在通过带内的时刻到达交叉口，并以该通过带所界定的速度行驶就可以顺利地通过该交叉口而不会受到信号等阻滞。通过带宽度：在时—距图中，两平行车辆行驶速度线间以纵坐标时间表示的宽度。如果车辆在通过带以外的时间到达交叉口，则会受到红灯信号的阻滞。因此，通过带宽度就是绿灯时间。通过带速度：在时—距图中，两条平行的位于各交叉口绿灯时间始端和终端的直线斜率的倒数恰好是车辆行驶的速度，称为通过带速度。其代表在干道交通协调控制设计中所采用的理想速度。时间—距离图中的关键参数三、定时式线控制系统的配时设计方法15（1）交叉口间距：相邻两交叉口停车线到停车线之间的距离。（2）街道及交叉口布局：道路宽度、进口道车道数、绿灯间隔时间等。（3）交通量：交叉口上交通流向、流量、各向交通的日变图、时变图。（4）交通管制规则：如限速、限制转弯、是否限制停车等。（5）车速和延误：路段规定行驶车速或实际行驶车速，及当时控制方式下的延误。注：首先需要根据交叉口间距及交通量数据确定干道上交叉口纳入线控的范围，把交叉口间距过长和交通量相差悬殊、影响信号协调效果的交叉口排除在线控系统之外，或纳入另一相宜的系统内。2、配时设计所需的数据三、定时式线控制系统的配时设计方法16交叉口距离（m)平均速度（km/h)周期长度（s)60708090322683123574024033539044850248402469536604不同周期长度、平均速度与合适的交叉口距离三、定时式线控制系统的配时设计方法17（1）公共信号周期的确定●在干道交通协调控制中，各个信号交叉口的信号周期必须相同。●最大周期：根据各个交叉口的交通条件和道路条件，计算出每个信号交叉口的最佳周期，然后选其中周期最大的作为公共信号周期。●关键周期：将干道交叉口中地位最重要的交叉口的最佳周期作为公共信号周期。●注意：干道协调控制系统中的系统周期时长，不仅取决于各交叉口信号配时的结果，还将严重影响到通过带的宽度和各交叉口所选取的信号时差，因此周期时长、通过带宽度与信号时差的确定需要配合进行。（2）绿信比的确定●一般原则：干道交通协调控制每个交叉口的绿信比需要单独确定，它们并不一定相同。但在主干道方向的交叉口通行能力应该相等。●主干道方向绿信比最大化原则：将非关键交叉口多出的绿灯时间全部加给其主干道方向。（3）相位差的确定根据各路口相对于理想路口位置所处的方位，确定其相位差大小。例如，在奇数号理想路口位置附近的实际路口的相位差取100％－0.5λ；在偶数号理想路口位置附近的实际路口的相位差取50％－0.5λ。设计信号周期、绿信比、相位差的原则三、定时式线控制系统的配时设计方法183、计算备用配时方案步骤：（1）确定交叉口按单点控制的周期时长。（2）取周期时长最大的交叉口为关键交叉口，此周期为备选系统周期时长。（3）根据主次道路流量比，计算各交叉口各相位的绿信比及显示绿灯时间。（4）上步得到的关键交叉口上主干道相位的显示绿灯时间，就是各交叉口上对于干道方向所必须保持的最小绿灯长度。（12-5）（12-6）（5）按第3步算得非关键交叉口上次要道路方向的显示绿灯时间，是该交叉口对次要道路所必须保持的最小绿灯时间，该显示绿灯时间和有效绿灯时间为：（12-6）（12-7）lIggmmemmmmmmmeYyyLCg],max[)(lIggnnennnnnnneYyyLCg],max[)(三、定时式线控制系统的配时设计方法19（6）当系统周期时长大于非关键交叉口所需周期时长时，非关键交叉口改用系统周期时长，其各相绿灯时间均随着增长。为有利于线控系统协调双向时差，在非关键交叉口上保持其次要道路方向的最小绿灯时间，把因取系统周期时长后多出的绿灯时间全部加给主干道方向，这样可以增加线控系统的通过带宽度。4、选定周期时长以上算得的配时方案只是备选方案，还要根据配合协调系统时差的需要进行调整。合理的系统周期时长不仅仅决定于各交叉口的信号配时结果，还同取得适用的时差有关，所以在协调系统时差时要经过反复试算来确定。在选定试算周期时长时，常用的依据是：使通过带速度接近街上车辆的实际平均车速，定出一段周期时长的备选范围。（1）按上述方法确定的周期时长；（2）按公式（12-2）、（12-3）定出一批周期时长；（3）参考其它线控系统的周期时长。三、定时式线控制系统的配时设计方法20一、图解法（1）画出信号控制系统的时—距图，在图的横轴方向标出各个信号交叉口的距离，选定第一个交叉口的信号作为基准信号，其绿灯时间起始位置为0；（2）从基准信号的绿灯起点开始，作一条推进速度线，使其斜率等于该时段设计车速的倒数，根据从各个交叉口位置引出的垂直线与该条速度线的交点即可确定各个交叉口的绿灯起始位置；（3）根据各个交叉口的绿信比以及整个干道控制所用的信号周期，可以确定各交叉口信号变换时刻。图12-2：协调时差图解法示例