交通信号控制教材

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1、交通信号控制,主要内容,一、交通信号控制概论 二、单个交叉口交通信号控制 三、干线交叉口交通信号协调控制 四、交通感应信号,五、区域信号协调控制,（一）交通信号,一、定义：是在空间上无法实现分离的地方（主要是在平面交叉口处）用来在时间上给交通流分配通行权的一种交通指挥措施 二、种类：基本信号灯；箭头信号灯；闪烁灯 三、信号灯含义 我国条例对信号灯的含义做了详细的规定，基本上与国际规定一致，仅对黄灯的含义与国际规定略有差别 四、信号灯的次序安排 颜色起亮顺序：绿、黄、红,一、交通信号控制概论,（二）信号灯的设置依据,当交通量发展到超过停车或让路标志交叉口所能处理的能力时才加设交通信号控制。 目前

2、，决定停车标志交叉口改为信号控制交叉口时，主要应考察：停车标志交叉口的通行能力和延误。 设置交通控制信号虽有理论分析的依据，但尚未成为公认的有效方法，加上世界各国的交通条件又各有差异，所以各国制订依据的具体数字不尽相同，但原则上大多根据以上两条分析依据，考虑各自的交通实际状况后制订出各自的标准。,一、交通信号控制概论,（三）信号控制类别,一、根据所采用的控制装置的不同，交通信号控制可以划分为如下三种类型： 1)定周期信号控制 在定周期信号控制中，配时方案包括周期长度、相位次序、绿信比和相位转换时间都是根据历史的交通数据事先确定的。在事先确定的配时方案中，绿灯时间的长短、信号周期长度以及每个相位

3、上的绿灯起止时间都是相对固定的，亦即在某一确定的时间段上，上述配时参数保持不变。可根据一天中交通量的波动情况，划分若干时间区段，对应于每一时间区段的平均交通量制定相应的配时方案。,一、交通信号控制概论,（三）信号控制类别,2)半感应式信号控制 半感应式信号控制主要用在主次干道相交的交叉口，在这种信号控制中，主干道总是保持绿灯。当埋设在次干道上的检测器检测到车辆到达时，经过一个适当的信号转换间隔后，信号状态发生变化，主干道信号灯变为红灯而让次干道变为绿灯。该绿灯将持续到次干道上的车辆全部通过交叉口或直到规定的最大绿灯时间为止。该控制方式的周期长度和绿灯时间可根据实际需要随时进行调整，当次干道没有

4、车辆时，主干道总保持常绿，分配到次干道的绿灯时间被充分利用，所有“多余”绿灯时间都分配给主干道。,一、交通信号控制概论,（三）信号控制类别,3) 全感应式信号控制 在全感应工作方式下，所有的相位配时都是由检测器检测的车流量来控制。通常，相位的顺序是事先规定好的，此外每个相位的最大和最小绿灯时间也是事先确定好的。在这种控制方式下，信号周期长度和绿灯时间可根据实际的交通状况作很大的变化。全感应式信号控制的另一大优点是可以设置可选相位，在此相位中，如果没有检测到车辆的到达，那么就可以跳过该相位，继续运行其它的相位。,一、交通信号控制概论,（三）信号控制类别,二、就控制范围而言，信号控制策略可以分为以

5、下三种类型： 1）单点信号控制 交叉口的单点信号控制，又称“点控”，用于单个信号交叉口，属于孤立交叉口的信号控制。根据交叉口各个入口的交通流量，确定最佳信号配时，可以保证最大通行能力及最小停车延误。交叉口的单点信号控制有定周期控制和感应控制两大类。而感应控制又包括全感应式信号控制和半感应式信号控制两种。,一、交通信号控制概论,（三）信号控制类别,2）干线协调控制（又叫绿波协调控制） 主干道信号协调控制是一维信号控制，又称“线控制”，主要用于城市的主干道上，它把主干路上相邻的交叉口协调控制，以提高整个主干道的通行能力。参与协调控制的交叉口采用相同的信号周期， 但各个信号交叉口参考相位的绿灯开始时

6、刻错开一定的时间差。线控制往往是面控制系统的一种简化形式，控制参数基本相似。根据道路交叉口所采用的信号灯控制方式的不同，线控制也可以分为干线交通信号定时式协调控制及干道交通信号感应式协调控制。较为普遍的是交通信号定时式协调控制。,一、交通信号控制概论,（三）信号控制类别,3）区域信号协调控制（也叫面控制） 区域信号协调控制把整个区域中的所有信号交叉口作为协调控制的对象，控制区内各受控交通信号都受中心控制室的集中控制。对范围较小的区域，可以整区集中控制；范围较大的区域，可以分区分级管理，分区的结果往往成为一个由几条线控制和点控制组成的分级集中控制系统。区域控制系统按控制策略可以分为定时脱机控制系

7、统及感应式联机控制系统两种.,一、交通信号控制概论,（四）交通信号控制设备,检测器：压力式、线圈、红外、超声波 信号机：数据处理，固定方案或人为输入指令进行调整 控制中心:交通指挥中心，主要起协调作用，可分主控中心及区域控制中心,一、交通信号控制概论,单个交叉口点控制的定时信号是最基本的控制方式，由于它设备简单、投资最省、维护方便，仍是被广泛采用的一种控制方式；另外，定时信号配时技术的基本原理还是其他控制方式配时的基础。,二、单个交叉口交通信号控制,（一）定时信号配时方案的基本内容,1.信号相位方案 在一个信号周期内，信号机按照预设的相位方案轮流开放不同的信号显示，对各向车辆和行人给予通行权，

8、此时各进口道不同方向所显示的不同灯色的组合称为一个信号相位。（通行权改变，相位改变）,二、单个交叉口交通信号控制,两相位信号配时图,具有专用左转相位的三相位方案,八相位信号控制方案,（一）定时信号配时方案的基本内容,2.信号基本控制参数 周期长度：信号周期是指信号灯灯色任何一个完整的循环。周期长度是指信号灯运行一个循环所需的时间，等于绿灯、黄灯、红灯时间之和。信号灯最短周期长度不要小于36秒，否则不能满足各个车流方向的交通需求；周期长度也不要太长（不超过150秒），否则车辆在交叉口的延误急剧增加。适当的周期长度对减少车辆延误和改变交叉口的拥挤程度具有重要作用。,二、单个交叉口交通信号控制,（一

9、）定时信号配时方案的基本内容,信号损失时间：一次信号周期内，任何方向车辆都不能通行的时间 启动损失时间：每个相位绿灯初期车辆因启动而实际并未用于通车的一段时间 黄灯末损失时间：黄灯初期车辆可以通行而黄灯末期车辆不能通行的那段时间 绿灯间隔时间：从上一相位绿灯结束到下一相位绿灯开始之间的一段时间,二、单个交叉口交通信号控制,有效绿灯时间：实际上用来通车的绿灯时间 绿信比：一个周期时间内有效绿灯时间与信号周期的比值。周期相同，各相位的绿信比不一定相等 相位差（又叫绿时差或绿灯起步时距）：相位差是针对两个信号交叉口而言，是指两个相邻交叉口它们同一相位绿灯（或红灯）开始时间之差。相位差是系统联动控制中

10、的一个重要参数，当对一条干线上的交通流或一个网络内的交通流进行控制时，通过调节各个路口的相位差，可以使一串路口的信号灯形成绿波带，车辆通过这些交叉口时畅通无阻。,（一）定时信号配时方案的基本内容,二、单个交叉口交通信号控制,通过停车线的驶出率的变化,有效绿灯时间实际绿灯时间黄灯时间损失时间,（二） 定时信号配时的基本方法,到目前为止，定时信号的配时方法在国际上主要有英国的TRRL(Transport and Road Research Laboratory)法（也称Webster法）、澳大利亚的ARRB(Australian Road Research Board)法以及美国的HCM（High

11、way Capacity Manual）法等。在我国有“停车线法”和“冲突点法”等。 交通信号相位设定 （1）信号相位必须同交叉口进口道车道渠化（即车道功能划分）方案同时设定； （2）信号相位对应于左、右转弯交通量及其专用车道的布置，常用基本方案如下图所示：,二、单个交叉口交通信号控制,（二） 定时信号配时的基本方法,二、单个交叉口交通信号控制,（二） 定时信号配时的基本方法,（3）有左转专用车道时，根据左转流向设计交通量计算的左转车每周期平均流量达到一定程度，以致完全不能利用冲突车流（对向直行车流）的间隙完成左转时，宜设左转专用相位； （4）同一相位各相关进口道左转车每周期平均到达量相近时，

12、宜用双向左转专用相位，否则宜用单向左转专用相位。,二、单个交叉口交通信号控制,确定设计交通量时，应按交叉口每天交通量的时变规律，分时段并按交叉口各进口道不同流向分别确定。其计算公式如下： 式中：q配时时段中，某进口道某流向的设计交通量（pcu/h） Q15配时时段中，某进口道某流向的高峰小时中最高15min的流率（pcu/15min）,（三） 确定设计交通量,二、单个交叉口交通信号控制,无最高15min流率的实测数据时，可按下式估算： 式中：Q配时时段中，某进口道某流向的实际高峰小时交通量（pcu/h） PHF配时时段中，某进口道某流向的高峰小时系数；主要进口道可取0.75，次要进口道可取0.

13、8。,（三） 确定设计交通量,二、单个交叉口交通信号控制,（四） 饱和流量的确定,饱和流量：在一次连续的绿灯时间内，交叉口进口道上车队能够连续通过停车线的折算为轿车的最多车辆数。 饱和流量的获得可以通过现场调查或计算得到。实地观测可以得到精确的饱和流量值，但会耗费过多的人力、物力，不是实用的方法；计算的方法因涉及到较多影响因素的校正系数，计算结果会带有较大误差。但在精度要求不是很高的情况下，采用估算方法比较经济。,二、单个交叉口交通信号控制,（四） 饱和流量的确定,HCM中饱和流量模型涉及到了“车道组”这一概念。它是将交叉口的各车道根据交叉口的几何形状几个方向流量的分配将所有车道分成几组。 要

14、对每个车道组计算其饱和流量。再实际计算中，先选用理想饱和流率，一般取1900辆/绿灯小时，然后对该值做各种修正。,二、单个交叉口交通信号控制,（四） 饱和流量的确定,其中， 车道组饱和流率； 车道组在理想条件下的饱和流率； 车道组中车道数； 车道宽度修正系数； 交通流中大-中型修正系数； 引道坡度修正系数； 停车修正系数； 公交车（站台）阻塞系数； 地区类型修正系数； 右转修正系数（包括行人流的影响）； 左转修正系数。 自行车修正系数。 以上系数可参考美国交通工程教科书，或交通管理与控制等资料。,二、单个交叉口交通信号控制,1、相位转换时间和交叉口清空时间 显示黄灯的目的是为了警告相关车流本相

15、位即将结束或此后立即显示红灯信号，因此黄灯时间又称为相位转换时间。在黄灯期间车辆可以合法的进入交叉口。为了避免不同相位的车流发生冲突，在新的相位车流放行前，需要对交叉口的车辆进行清空，这段时间称为清空时间。交叉口清空时间一般以全红方式出现。目的是为黄灯期间进入交叉口的车辆，提供绝对必要的时间在改变通行权之前安全驶离交叉口。相位转换时间与交叉口清空时间之和为相位间隔时间。具体的计算公式如下。,二、单个交叉口交通信号控制,（五） 配时参数的确定,2、信号交叉口黄灯时间 美国运输工程师学会推荐的黄灯时间计算公式如下： 式中：y 黄灯时间（秒）； t 驾驶员知觉/反应时间（秒）； v 车辆的行驶速度（

16、米/秒）； a 减速度（米/秒2）； G 重力加速度（米/秒2）； g 进口道坡度（%）。 推荐使用的数值如下： t = 1.0秒 a = 3米/秒 G = 9.8米/秒2,二、单个交叉口交通信号控制,（五） 配时参数的确定,上述公式主要依据是车辆从初速v 到完全停止所需的时间时，同时也考虑到驾驶员的反应迟滞时间（t秒）。下表列出了不同坡度不同行驶速度情况下，计算出的交叉口的黄灯时间。,二、单个交叉口交通信号控制,（五） 配时参数的确定,一般来说使用的速度是85%位速度。如果标准的限值车速比较合理，也可以采用限制车速。对于转弯车流来说，为了选择一个有代表性的速度，有必要进行实地测量。 3、信号交叉口清空时间 众所周知，清空交叉口时必须全部是红灯，它的作用是在下个相位开始前清除交叉口冲突区的车辆。基本计算公式如下：,二、单个交叉口交通信号控制,（五） 配时参数的确定,式中：r 红灯清空时间（秒）； w 交叉口的宽度（从停车线