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1、第二章 道路交通控制的基本理论和方法 一、基本概念 二、交通信号控制参数 三、交通模型及有关概念 四、基本的交通控制方法一、基本概念 各种平面交叉路口一、基本概念 平面交叉口交通组织方式 1）环形交通。交叉口中央设交通岛 2）无信号控制 3）信号控制。采用信号机控制或人工指挥一、基本概念 交通灯信号 交通灯给出的信号为红、黄、绿3色。在多相位信号控制中 灯光信号还包含左转、直行及右转的绿色和红色箭头灯。 中华人民共和国道路交通管理条例规定 1）绿灯亮时，准许车辆、行人通行，但转弯的车辆不准妨 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
2、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则下通行。一、基本概念 交通信号灯的安装与排列 1）水平排列式 2）垂直排列式一、基本概念 交通信号灯的设置条件 1）最小交通流量依据 PCU（passenger car unit）称为标准小客车当量一、基本概念 2）连续交通中断依据 当交叉口主、次道路的交通量比较大时，次道路上车流穿越 或左转进入主道路将非常困难，为此，需设置信号灯一、基本概念 3）行人交通量依据一、基本概念 4）事故记录依据 当考虑到交通事故发生的情况时，上述3项依 据所
3、规定的交通流量标准要降低20。 5）综合考虑 对于1），2），3）所列的3个流量依据，如 果实际交通流量达到了任意2项所规定流量的 80，则应安装信号灯。二、交通信号控制参数 1、步与步长每个方向最多有8种灯色：红、黄、绿、 左箭头、直箭头、右箭头、人行红、人 行绿。 步：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。不同的灯色状态构成不同的步。 步长：步持续的时间信号灯在7：30开始开机，此时方向1和 方向3左转绿箭头灯和红灯亮，方向2和4 的红灯亮，其他灯均不亮，若该状态持 续30秒。则这是控制方案中的一步，其 步长为30秒。2、周期 一个循环内各步的步长之和
4、称为信号周期，简称周 期，用C表示。 若一个循环内有n步，各步步长分别为 ， 则 例如，在上图中，若一个循环由4步组成：第1步， 方向1和方向3 绿灯亮，方向2和方向4 红灯亮，步 长为30s；第2步，方向1和方向3 黄灯亮，方向2和 方向4 红灯亮，步长为3s；第3步，方向1和方向3 红灯亮，方向2和方向4 绿灯亮，步长为35s；第4步 ，方向1和方向3 红灯亮，方向2和方向4 黄灯亮， 步长为5s。接下来又从第步开始下一个循环。则周 期为3、相位在一个周期内，平面 交叉口上某一支或支 交通流所获得的通行 权称为信号相位，简 称相（位） 通行权：即该方向上的信号灯为绿色或绿箭头一个周期内有几
5、个信号相位，则称该信号系统为几相位系统。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。因此可称为“半 相位”4、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 比称为绿信比。若设 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 为 显然 ， 绿信比反应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最小。 第i相的有效绿灯时间 计算如下： 分别为第i相的绿灯时间、黄灯时间和损失时间。 损失时间：1）绿灯开启，车辆需启动和加速； 2）
6、黄灯期间，车流量由大变小所造成的时间损失。5、相位差相位差是协调控制系统中的 一个重要概念。 相位差分为绝对相位差和相 对相位差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。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。6、通行能力 通行能力是指单位时间内连续通过车辆的能力，包括 路段通行能力和路口通行能力。 路段通行能力是指在单位时间内路段某截面能通过的 最大车辆数； 路口通行能力是指在单位时间内进入路口的最
7、大车辆 数，其单位都是PCU/h。 在信号控制的情况下，路口的通行能力可使用下式计 算： 式中， 为路口某一入口车道的通行能力（ PCU/h ）,为饱和流量， 为某相信号的有效绿灯时间。C为 信号周期长度。 饱和流量实际上是一个与交叉口绿信号时间无关的量 ，仅取决于道路条件和车辆状况。 20世纪50年代英国的韦伯斯特研究得出：对饱和流量 影响最大的因素是车道宽度。国内学者在北京进行了交通观测，并根据观测结果提出了一个 类似的公式计算直行车道的饱和流量和国外的计算公式相比，国内的饱和流量普遍比国外低20左右。 车道纵坡对饱和交通量有一定的影响，当进口道处于上坡段时， 纵坡值每增加1，饱和流量相应
8、减少3。反之，进口车道处 于下坡段时，纵坡值每增加1，饱和流量相应增加3。 对混合车流行驶的车道，在计算饱和流量时，要考虑 不同车辆的影响。韦伯斯特根据英国的交通状况，提 出了采用“折算标准小客车单位”作为计算车道饱和流 量的标准单位，其建议的折算系数如表 国内采用的车辆折算系数略有不同。按照国内车辆的 分类方法，小客车和微型卡车称为小型车，而大型车 和拖挂车折算成标准小型车的方法如下： 1辆大型车1.48PCU, 1辆拖挂车2.34PCU2.3 交通模型及有关概念 交通模型是描述交通流状态变量随时间和空间变 化、分布规律及与交通控制变量之间关系的方程 式或映射。 交通模型是进行交通控制系统设
9、计、分析、仿真 、运行的工具。 根据描述对象的不同，交通模型可分为微观模型 和宏观模型。 微观模型描述单个车辆的运动规律； 宏观模型描述车流的运动规律，即反映流量、速 度和密度的变化过程。 宏观模型是建立在微观模型基础上的。 交通控制系统中主要采用的是宏观模型。1、宏观稳态交通的基本特征 宏观模型的基本特征主要用交通流量、交通密度和空 间平均车速等描述。 x点处，在t时刻，单位时间内通过的车辆数称为交通 流量，用 表示，单位为veh/h。 x点处，在t时刻，每车道单位长度道路上拥有的车辆 数称为交通密度，用 表示，单位为veh/km。 在t时刻，x点附近车辆的速度平均值称为空间平均速 度，用
10、表示，单位为veh/h。 根据上述定义及实际测量结果，人们发现：当车流均 匀、车种单一时，3个量之间符合关系（1） 经过长期研究，人们发现： 速度随密度的增加呈现单调 下降的趋势。这是因为驾驶 员出于安全的原因，总是根 据车辆间距的大小来调整自 己的车速。 经过实验研究，格林希尔兹 于1933年提出了 线 性关系模型1）速度与密度的关系2）流量与密度的关系 根据 特性及式（1），可以得到 关系模型 ：（2） 令 求得最大流量为 及3）流量与速度的关系 根据公式（1）和（2）可得 曲线与 曲线类似。令 ，求得最大流量为 及一路段内车辆占用的道路长度总和与路段长度之比，称 为占有率或车辆占有率。2
11、、连续交通流模型 对于正常运动的交通流，可以假定流量 ，密度 和速度 都是x和t 的连续、可微函数， 并满足解析运算所需要的性质。 考察x的任意区间a,b和任意时刻t，设车流通过a,b点的流量分别为 和 。因为时刻t在区间a,b内的车辆数为 ，其变化率为 。在路段a,b没有其他出入口的情况下，车辆数是守恒的，于是 （4） 另一方面，在关于q和 的解析性质的假定下 将上式带入式（4），有 由于区间a,b是任意的，故 这就是连续交通流方程。该方程表明：某一路段车流 量降低，意味着密度增大。3、城市道路交通模型 过饱和交通流：指红灯期间到达路口的车辆不能在随后的 绿灯时间内全部放行。 考虑一个交叉口
12、两个相互竞争的过饱和交通流，设车辆到 达率分别为 ， （veh/s），排队长度分别为 ， , 两个方向的饱和流量分别为 ， 。两个方向上的有效 绿灯时间分别为 ， 。 交通控制的目标是尽量减少排队，于是可取路口的排队长度作 为状态变量。则；离散状态方程为在上式中，车辆到达率是客观需求，无法 由路口的信号配时进行调整。我们可以通 过C或 的选择来控制排队长度。本店经营各类毛绒玩具礼品、公仔、靠垫、挂件等 等，支持批发零售，欢迎来样看样定做生产。为了赚人 气，本店所有商品批发价销售，超低秒杀！虽然我们的 信誉不高，但我们会以诚信为本，为您提供质高价廉的 商品和优质的服务！祝您购物愉快！ 欢迎大家来
13、逛逛【扬州五亭龙玩具总动员】 个人小广告：4、高速公路交通模型 为了建立模型，将高速公路按实际几何情况和交 通情况划分为若干路段。 每一路段内交通状态可近似认为是均匀的，即不 变。 且每一路段内车道数目不变，至多包含一个入口 和一个出口。1）稳态模型 考虑一条高速公路，假如按照实际几何情况和交通情 况分为N 个路段，每一段内的交通状态近似认为是均 匀的，且每段内车道数不变，至多包含一个入口匝道 和一个出口匝道，则有上式也可以写成向量形式2）动态模型2.2 交通参数的检测和计算 在交通控制系统中，常用的交通参数主要有 ： 交通流量 占有率 排队长度 速度和密度等。 这些参数有些可以直接测量，有些
14、需要根据 其他检测量计算得到。1、交通流量 用环形线圈检测器检测交通流量时，应尽量做到每车道设 置一个线圈。用一个线圈横跨多个车道的方法，容易漏检 ，如当几辆车并排通过线圈时，只能算一辆车。 设检测器的计数周期为T，Ni为观测期内第i 车道检测器的 计数值，则 i车道在该周期内的交通流量为 然而，按这种方法算出的交通流量，还需要进行调整，因 为它无法区分大小车辆。 一个简单的方法是进行交通调查后，确定交通流中的各种 车辆的平均分布状况，然后用一个折算系数把由上式测得 的交通流量换算成标准小客车当量。2、车速 为了准确测量车速，通常要在车流方向上埋设两 个性能相同的环形线圈。 由微处理器给出一个p（ms）的基准时间脉冲。 当车辆进入线圈A时，脉冲计数开始；当车辆进 入线圈B时，脉冲计数结束，得到脉冲数为n，则 车辆的速度为 设在某一观测期内，共有N辆车通过检测点，且每辆车的速 度分别为 ，则该时间段内的交通流的时间平均 速度为 空间平均速度是指在某一时间内通过一路段的所有车辆的 速度平均值。设路段长度为 ，在一个观测期内共有N辆 车
