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1、道 路 交 通 控 制,徐晓慧 唐洪 主编,中国人民公安大学出版社,第一章 道路交通控制概述,第一节 概 述 第二节 交通信号控制的分类 第三节 交通控制理论,第一节 概 述,指在没有人工干预的情况下，采用控制装置使被控制对象自动按照所设定的规律运行，使被控制对象的一个或数个控制参数，如电压、电流、速度、位置、流量、浓度等，能够在一定的精度范围内按照给定的规律变化。 自动控制的被控制对象既可以是某一具体的运行设备，又可以是某一生产或运行的系统。 （自动控制是相对人工控制概念而言的。）,（一）自动控制,一、概念,自动控制技术的作用： （1）用于生产：提高生产效率，改进产品质量，降低生产成本，改善
2、劳动条件和加强企业管理； （2）国防领域：提高部队战斗力，促进国防现代化； （3）道路交通系统：提高路网运行效能，减少交通事故和污染，减轻交通管理者的劳动强度，提高道路和道路网的通行能力以及交通管理的效率。,汽车生产过程的自动控制,道路交通控制：是交通工程学的主要研究对象之一，是指依据道路交通法规，采用交通信号，对道路上的行车、停车、行人和道路使用进行控制，使之畅通有序的运行。 从宏观上来说，交通控制实际上属于交通管理的范畴，交通控制是交通管理的某一表现形式。,本课程：着重于探讨对现有道路交通设施，如何科学地采取交通管理与控制的各种治理措施来提高其交通效益与交通安全。,（二）交通控制与交通管理
3、,道路交通自动控制，指不依靠交通警察的人工指挥，主要采用交通信号或其他自动化设备，随交通变化特性来指挥车辆和行人的通行。 交通信号包括四类：交通信号灯，交通标志，交通标线，交通警察的指挥。,交通警察的指挥,（三）交通管理和交通控制的概念,交通管理：是对道路上的行车、停车、行人和道路使用，执行交通法规的执法管理，并用交通工程技术措施对交通运行状况进行改善的交通治理的一个统称。,交通控制：是依靠交通警或采用交通信号控制设施，随交通变化特性来指挥车辆和行人的通行。,根据其是否具有法律意义，交通管理和控制措施在性质上可分为：,具有法律意义且必须强制执行的管理措施； 用来改善交通状况的工程技术措施，可称
4、为交通治理。,道路交通管理有广义和狭义之分。 广义：指公安机关交通管理部门对道路交通系统的构成要素及其相互关系的所有调控活动。 狭义：指公安机关交通管理部门对道路交通所进行的一系列行政调控活动。,静态管理： 指狭义的交通管理； 动态管理： 指交通控制。,城市交通现状：机动车拥有量和道路交通量急剧增加，城市交通基础设施建设速度远远跟不上迅速增长的交通需求，城市交通供需不平衡的毛病十分尖锐。 交通拥挤危害：交通延误增大、行车速度降低、事件损失；低速形式增加油耗；增加汽车尾气排放量，环境恶化；事故增多，又使交通阻塞加剧，形成恶性循环；运输效率下降。 城市交通是城市经济和社会发展的动脉，是城市基础设施
5、建设的重要组成部分，一个城市的交通服务水平反映了一个城市的现代化水平。,二、道路交通控制的地位和作用,（一）交通控制的地位,改善城市交通状况： （p3） 1、进行交通基础设施建设； 2、交通宣传和教育； 3、制订科学合理的管理方案； 4、交通控制系统；,交通控制系统： 与交通警察指挥交通有所不同，交通控制系统能对交通立刻响应并实施控制和监视。能依据科学的方法进行较为准确的定量控制，控制范围不仅仅限于一个交叉路口，可以对一条干线或一条高速公路或一个城区，甚至包括几千个交叉路口的大都市的交通进行集中控制、监视，是任何一个经验丰富的交通警察都无能为力的。 具有人工干预功能，系统本身可以把交通警察的管
6、理经验存储在中心计算机中，可以人工调用这些“经验信息”用于现实的交通管理中。 交通控制系统具有数据采集和处理功能，通过设在路上的车辆检测器自动测量交通流数据，并通过数据传输系统将这些数据传到中心计算机中去存储和处理，然后依据这些信息制订交通管理方案、交通控制方案以及进行城市规划设计。,交通控制的目的在发生变化： 保障交通安全 疏导交通、保障交通通畅 寻求解决交通问题的新思路新方法 交通控制的目的： 1、减少交通事故，保障交通安全； 2、缓和交通拥挤，提高交通效益； 3、实施交通需求管理，达到高效有序； 4、节省能源消耗，降低污染程度，保护交通环境。 概括的说，就是要通过控制手段，达到使道路交通
7、安全、有效、经济、舒适和低公害的目的。,二.交通控制的目的/作用,1868年，英国伦敦威斯明斯特街口，工程师J. P. Knight（纳伊特），安装了最早的交通信号灯。 这是一种红绿两色的臂板式信号，在夜间为了让司机和行人能看清信号颜色，点燃里面的煤气灯。 1869年1月2日，仅仅诞生23天的第一盏交通信号灯便突然爆炸损毁了，并将当时负责进行红绿颜色切换的警员炸死。,三、道路交通控制的历史与发展,（一）交通信号灯的诞生,1914年，在美国克利夫兰，纽约和芝加哥街头才出现新的交通信号灯，一座手动操控的三色信号灯（红、黄、绿），采用电力发光。,1925年，这类三色信号灯也被用于伦敦的皮克的里街口。
8、,1926年，英国人在伍尔弗汉普顿安设了第一座自动交通信号灯城市交通自动控制的起点。,1、“固定配时”信号控制器： 早期的交通信号控制器都是按照某种固定不变的周期长度和红绿灯时间比例来控制信号灯运行的，即以“固定配时”方式实现自动控制。 缺点：无法适应一日当中交通量随时间波动的客观情况，降低绿灯时间的有效利用，增加车辆在交叉口的延误，导致路网商车辆的总行程时间和燃料消耗的严重浪费。,（二）定时控制向协调控制发展,2、“多时段多方案”信号控制器： 一种多时段多方案的信号控制器取代了固定配时的信号控制器。它能存储几套不同的信号配时方案，以应付每日不同的时间区段的交通要求。能按照交通流的变化规律依规
9、定的运行时间表，在不同时段转换执行不同的配时方案。 缺点：在交通流变化规律比较明显的时候，控制效果使很好的。但是毕竟还是一种初级形式的“单点定周期”控制器，不能根据交叉口的交通量随机变化情况实行灵活的随机控制和与相邻交叉口协调运行。,3、“子母控制器”信号系统： 沿一条行驶路线，设置一台主信号控制机和若干与之串联的从属信号机（子控制器），主信号机支配和协调各个从属信号机的运行，使沿线交通型号的变换协调成“绿波”。 这种方式称为“线控制”，一种初级协调控制系统，是当今协调控制系统的早期形式。 缺点：沿线行驶的车辆获得“绿波”信号，受阻程度降到最小，但是，沿其他路线（尤其是与线控路线相交的各条路线
10、）行驶的车辆并没有受益，甚至受阻程度大大增加。,（三）车辆检测器与感应式信号控制器的诞生,20世纪30年代初期，美国第一次尝试在交叉口设置车辆自动检测装置，用以检测车辆到达交叉口的情况，并将检测信息传输给信号机。这是世界上最早的“感应式”信号机。 车辆自动检测装置的发展：声控检测装置 气动传感装置 电感检测器、地磁感应检测器、超声波检测器、微波检测器等 优点：“感应式”信号控制系统通行效率比“单点定周期”控制系统明显提高，车辆停车次数减少6%30%，车辆感应式控制器能根据检测器测量的交通流量来调整绿灯时间的长短，使绿灯时间更有效的被利用，减少了车辆在交叉路口的时间延误，比定时控制方式有更大的灵
11、活性。,缺点：虽然具有很大的灵活性，但是在实际应用上也有局限性。当交叉口各个进口方向交通负荷均接近饱和程度时，感应式控制方式便失去了其灵活性了。此时信号机只能按某种固定比例来分配各个方向的绿灯时间，相当于“单点定周期”控制方式。,现代交通信号控制系统：是集计算机、通信和控制技术于一体的区域交通信号实时联网控制系统。 20世纪60年代以来，世界各国对信号联动协调控制系统的研究： 硬件支持： 1946年世界上第一台电子计算机在美国问世； 1963年加拿大多伦多市建立了一套由IBM650型计算机控制的区域交通信号协调控制系统（UTC），标志着交通控制发展历史的新纪元;,（四）区域交通信号控制系统,软
12、件支持： 1969年，英国设计的区域控制系统优化程序TRANSYT（Traffic Neywork Study Tool），把交通控制技术推向更高的发展阶段； 20世纪70年代初，英国先后在西伦敦和格拉斯哥市建立了实验性区域交通控制系统； 为了克服“定时控制方式”的局限性，从20世纪70年代开始，许多国家开始了自适应交通控制系统的研究。例如，英国开发的SCOOT系统，可根据路网上的实时交通状况在线调整区域信号配时方案的基本参数。,四、智能交通系统概述,（一）智能交通系统概念,智能交通系统（Intelligent Transport System，ITS），是将先进的信息技术、数据通信技术，电子
13、传感技术、控制技术以及计算机技术等邮箱的集成运用于整个交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统，是现代地面交通体系的发展方向，是交通运输进入信息时代的重要标志，智能交通系统已成为当前国际公认解决交通问题的最佳途径。,智能交通系统的早期构想是由美国在20世纪60年代提出的，目前，世界上已经形成了，美国、欧盟和日本三大ITS研究开发基地。除此之外，韩国、新加坡、香港特区ITS 水平也较高。 1、美国的智能交通系统发展； 2、欧洲智能交通系统发展； 3、日本智能交通系统发展； 4、我国的智能交通系统研究。,（二）国外智能交通系统发展概述,以美国智能
14、交通为例，智能交通系统一般包含七个方面： 1、先进的交通管理系统（ATMS）； 2、先进的出行者信息系统（ATIS）； 3、先进的车辆控制系统（AVCS）； 4、商用车辆运营（CVO）； 5、先进的公共交通系统（APTS）； 6、电子支付系统（EPS）； 7、紧急救援系统（EMS）。,（三）智能交通的系统组成,智慧交通，是融合了先进的信息技术、通信技术、控制技术、传感技术、计算机技术和系统综合技术，通过将人、车、路、环境等有机结合起来，使在较大区域内达到有序的高效运输、能源充分利用、环境改善和交通安全性提高的目的。 云计算，基于计算机技术而发展起来的一种新的计算形态，体现了一种全新概念的信息服
15、务模式。 基于云计算服务的智能交通系统称为“智能交通云”。,（四）智慧交通与云计算,按控制区域划分：可分为 单个交叉路口的控制（点控制）、交通干线的协调控制（线控制）、区域交叉路口的网络控制（面控制）。 （一）单个交叉路口的控制（点控制） 当某个交叉路口与其相邻的交叉路口相距较远时，可以利用一台信号控制器控制器信号的变化，称为 单点信号控制，又称为 孤立交叉口信号控制。 点控制还被应用于高速公路的单一入口或出口匝道的控制。 特点: 相邻的交叉口之间在信号配时上没有相互关联，各自独立调整和运行。点控制可以使用人工控制、定时控制和感应式控制。,第二节 交通信号控制的分类,一、按区域控制的特点分,（
16、二）交通干线的协调控制（线控制） 将城市某条道路或路网某个范围内的主要信号交叉口视为一个整体，从系统论的观点出发，使各交叉口的信号在配时上遵循一定的规律，相互关联和制约，使整体处于最佳运行状态。 这种控制方式称为信号的协调控制，也叫绿波交通。 （三）区域交叉路口的网络控制（面控制） 区域控制系统是对整个城市范围内或者城市的一个区域内的交通信号控制做统一控制及操作的（网络）控制系统。 网络协调控制的三个参数：周期、绿信比、相位差。 （干线协调控制只是网络协调控制的一种特例。）,可分为：多段定时控制、感应控制、脱机优化控制和自适应控制四种类型。 （一）多段定时控制（人工优化技术控制） 以历史交通流的统计为依据，找出每个日/周和时/日不同交通流变化规律，用人工方法和计算机仿真方法，在时空图上反复做图解分析，寻求不同时段的最佳信号配时方案，采用程序存储方式将这些方案存储在信号控制器或中心计算机中。在实施信号控制时可以用不同的方式调用这些配时方案，通常可用日历钟在规定的时间表的控制下
