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1、一、交通信号灯及其设置依据（一）交通信号灯交通信号灯及其控制技术随着社会的发展而发展。早期的交通信号灯只有红、绿两种灯色，绿色表示允许通行，红色表示禁止。后来由于车辆不断增多以及驾驶员争道，则出现了红、黄、绿三种灯色的交通信号控制。黄灯对驾驶员争道起预警作用，黄灯亮表示红灯即将亮，车辆须停止。随着交通事业的发展，在交叉路口，各个方向的车-车冲突、人-车冲突问题越来越突出，这就要求对车流、人流在时间上进行更加严格的分离。为了适应这种发展的需要，信号配时技术的研究得到不断进步，相继出现了各种时间分离方法。同时，由于电子技术的不断发展，也为设计适应需要的交通信号控制机及车辆检测器提供了条件。同时也先
2、后出现了不同种类的交通信号控制设备，例如：机械控制器、电机控制器、电子控制器、直至计算机控制系统。相应的产生了符合多种时间分离方法的多样化的现代信号灯。除了红、黄、绿三色灯以外，还出现了指示方向的箭头灯、闪烁灯以及倒计时指示灯等。随着信号灯种类的发展，各国使用这些信号灯的含义也有一些差异。后来，经过各国家协商，基本上认同了1974年的欧洲道路交通标志和信号协定，其信号灯含义简述如下：1非闪灯：（1）绿灯面对绿灯的车辆可通行。（2）红灯面对红灯的车辆禁止通行。（3）黄灯即将亮红灯，车辆需停止。2闪烁灯：（1）红灯闪警告车辆不许通行。（2）黄灯闪车辆可以通行，但要特别小心。3箭头灯：（1）绿色箭头
3、灯车辆只允许沿箭头所指的方向通行。（2）红色或黄色箭头灯只对箭头所指方向起红灯或黄灯的作用。4专用于自行车的信号灯：（1）应在信号灯的基础上加有自行车的图案。5专用于行人的信号灯：应在信号灯的基础上加上人形图案。我国2003年10月颁布的中华人民共和国道路交通安全法中对信号灯含义有如下规定：（1）绿灯亮时，准许车辆、行人通行，但转弯的车辆不准防碍直行的车辆和被放行的行人通行。（2）黄灯亮时，不准车辆、行人通行，但已越过停止线的车辆和进入人行横道的行人，可以继续通行。（3）红灯亮时，不准车辆、行人通行。（4）绿色箭头灯亮时，准许车辆按箭头所示方向通行。（5）黄灯闪烁时，车辆、行人须在确保安全的原
4、则下通行。对人行横道灯信号有如下规定：（1）绿灯亮时，准许行人通过人行横道。（2）绿灯闪烁时，不准行人进入人行横道，但已进入人行横道的，可以继续通行。（3）红灯亮时，不准行人进入人行横道。使用交通控制信号的主要目的是使各类、各向交通流有序、高效地通行。一个交叉口若其车流量较小时，通过设置停车或让路标志就可解决交通分离问题；一旦当交叉口的交通量接近其通行能力时，若不设置交通控制信号，就会因车流不畅而大大增加车辆的停车次数与延误时间。正确设计、合理设置和有效运用交通控制信号，不仅可以达到提高交叉口的通行能力、疏散交通、保证交通畅通的目的，而且兼有改善交通安全的效果。（二）交通信号的设置依据一般来说
5、，当交通量发展到接近停车或让路标志交叉口所能处理的能力时，才在这种交叉口上加设交通信号控制。由于设有停车或让路标志的交叉口和采用信号灯控制的交叉口各有利弊，各有其适用的条件。所以，信号灯设得合理、正确，就能够发挥信号灯的交通效益；设置不当时，非但浪费了设备及安装费用，且对交通还会造成不良的后果。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，所以各国制定依据的具体数字不尽相同，但原则上大多根据交叉口的通行能力和交叉口的延误来确定是否采用。我国于1994年颁布实施国家标准道路交通信号灯安装规范（GB 1488694）。该规范对我国各道路交叉口和路段
6、上交通信号灯的安装依据、安装方法和安装要求作出了规定。其中，对于信号灯的安装规定了如下的依据：（1）当进入同一交叉口高峰小时及12h交通流量超过表5-1所列数值及有特别要求的交叉口可设置机动车信号灯。表5-1 交叉口设置信号灯的交通流量标准主道路宽度（M） 主路交通流量（辆H） 支路交通流量（辆H） 高峰小时 12H高峰小时 12H小于 75080003503800800900027021001200130001902000大于 900100003904100100012000300280014001500021022001800200001501500注： 表中交通流量按小客车计算，其他车辆
7、应折算为小客车当量。 12h交通流量为7:0019:00的交通流量。（2）设置机动车道信号灯的交叉口，当道路具有机动车、非机动车分道线且道路宽度大于15m时，应设置非机动车道信号灯。（3）设置机动车道信号灯的交叉口，当通过人行横道的行人高峰小时流量超过500人次时，应设置人行横道信号灯。（4）实行分道控制的交叉口应设置车道信号灯。（5）在交叉口间距大于500m、高峰小时流量超过750辆以及12h流量超过8000辆的路段上，当通过人行横道的行人高峰小时流量超过500人时，可设置人行横道信号灯及相应的机动车道信号灯。二、交通信号控制参数一般来说，在交通控制中至少有3个基本参数是可以由信号机直接控制
8、的，这就是周期C、绿信比和相位差tos。除此之外，某些信号机还能对相位数进行控制，如从2相位变成4相位或相反等。（一）步伐和步长考虑左图所示的灯控路口。每个方向最多有8种灯色：红、黄、绿、左箭头、直箭头、右箭头、人行红灯、人行绿灯。当进行信号控制时，这些灯色中的某些将被点亮。某一时刻，灯控路口各个方向各信号灯状态所组成的一组确定的灯色状态称为步伐，不同的灯色状态构成不同的步伐。例如：信号机在时刻7:30开机，此时，南北方向左转绿箭头灯和红灯亮，东西方向的红灯亮，所有人行红灯亮，其他灯均不亮，若该状态持续35s，则我们说这是控制方案中的一个步伐，其步长为35s。一般来说，步长的变化单位为1s，因
9、此，其最小值为1s。（二）周期用于指挥交通的信号总是一步一步循环变化的，一个循环由有限个步伐构成。一个循环内各步伐的步长之和称为信号周期，简称周期。周期时长也是信号灯各种灯色轮流显示一次所需要的时间，即各种灯色显示时间之总和；或是某主要相位的绿灯启亮开始到下次该绿灯再次启亮之间的一段时间。（三）相位在交通控制中，为了避免平面交叉口上各个方向交通流之间的冲突，通常采用分时通行的方法，即在一个周期的某一个时间段，交叉口上某一支或几支交通流具有通行权（即该方向上的信号灯为绿色或绿箭头），而与之冲突的其他交通流不能通行（即该方向上的信号灯为红色）。在一个周期内，平面交叉口上某一支或几支交通流所获得的通
10、行权称为信号相位，简称相位；一个周期内有几个信号相位，则称该信号系统为几相位系统。可以用有向线段表示相位，有向线段的箭头方向与车辆运动方向一致。若一个灯控路口为4相位系统，第1相位东西向交通流直行，第2相位东西向交通流左转，第3相位南北向交通流直行，第4相位南北向交通流左转，而所有右转向交通流均不予控制，其交通运行图如图5-2所示。有时为了提高路口利用率，某一相位一支交通流的通行权可以保持到下一个相位，最常见的是左转交通流，如下图所示。由于第2相和第4相的左转交通流分别为第1相和第3相的延续，因而其步长可以短一些，如几秒钟。因此，有人称之为“半相位”。不少著作对左转相进行了详细分类，然而，用步
11、伐和步长的概念去描述却相当简单：上述例子实际为一个周期中的四个步伐。（四）绿信比在一个信号周期中，各相位的有效绿灯时间与周期长度的比值称为绿信比。若设gei为第i相信号的有效绿灯时间，C为周期长度，则该相信号的绿信比i为 （5-1）显然，0i1。绿信比反映了该信号相位交通流在一个周期中需要绿时的大小。经过优化的绿信比能够恰当地把绿时分配给各相位的交通流，从而使总延误或总停车次数等指标达到最小。上式中第i相信号的有效绿灯时间按下式计算： （5-2）式中，gi、Yi、li分别为第i相信号的绿灯时间、黄灯时间和损失时间。其中，损失时间的含义为在一个信号相位上，绿灯时间和黄灯时间之和为车辆的可通行时间
12、，然而，可通行时间并不能全部得到充分利用，当绿灯信号开启时，排队车辆需要起动和加速，因而开始时车辆的驶出率是不高的，于是导致了起动损失时间li1；而在绿灯关闭、黄灯开启时，车辆已不允许越过停车线，只有绿灯期间已经越过停车线的车辆可以继续通行。因此，这段时间里的车流量由大变小，逐渐下降到零，所以黄灯时间亦有一部分被损失掉，于是导致了损失时间li2。第i相信号的损失时间为这两个损失时间之和，即 （5-3）在实际工作中，精确地确定损失时间是非常困难的，有时也是没有必要的，因此常常用某一相位的绿灯时间代替其有效绿灯时间，于是得到绿信比的近似计算公式为 （5-4）（五）相位差相位差是交通干线协调控制系统
13、中的一个重要概念，用表示。相位差分绝对相位差和相对相位差。图5-4给出的是一条含有4个路口的交通干线及相位差时距图。在一个交通干线协调控制系统中，干线上所有路口的信号周期相同，各路口规定某一相位参加协调，称为协调相位。把干线上某一路口作为基准路口，其他各路口的协调相位起始时刻滞后于基准路口的协调相位起始时刻的最小时间差，称为绝对相位差；沿车辆行驶方向任意相邻路口的协调相位起始时刻的最小时间差，称为相对相位差。通常用时距图表示信号配时与距离的关系。考虑上图所示的时距图。以第1个交叉口的信号为基准，则图中的A1、A2、A3分别为交叉口2，3，4信号的绝对相位差。要确定路口信号间的相对相位差，则需要
14、先确定车辆的行驶方向。当车辆由路口1沿道路驶向路口4时，B1是路口2信号和路口1信号的相对相位差；B2是路口3信号和路口2信号的相对相位差；当车辆由路口4沿道路驶向路口1时，B3是路口3信号和路口4信号的相对相位差；B4是路口2信号和路口3信号之间的相对相位差。由时距图可以看出，B2和B4均表示路口2信号和路口3信号之间的相对相位差，只是因选定行车方向不同而具有不同的数值。两者之和等于一个周期的长度。一、交通信号控制类型交通信号控制的分类方式多种多样，按照控制范围可以分为以下3种：（一）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，不与其邻近交叉口的控制信号有任何
15、联系，称为单个交叉口交通控制，也称为单点信号控制，俗称“点控制”。这是交叉口交通信号控制的最基本的形式。从技术上讲，它又分为离线点控制和在线点控制。（二）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，称为干道信号联动控制，也叫“绿波”信号控制，俗称“线控制”。这种控制的原始思路是：希望使车辆通过第一个交叉口后，按一定的车速行驶，到达以后各交叉口时就不再遇上红灯。但实际上，由于各车在路上行驶时车速不一，且随时有变化，交叉口又有左、右转弯车辆进出等干扰，所以很难碰到一路都是绿灯的巧遇，但使沿路车辆少遇上几次红灯，减少大量车辆的停车次数与延误则是能够保证做到的。根据相邻交叉口间信号灯联结方法的不同，线控制可分为：1有电缆线控
