第五章 单个交叉口交通信号控制§1 定时信号控制定时信号控制 §2 交通感应信号交通感应信号控制控制§3 环形交叉口交通信号灯控制方法环形交叉口交通信号灯控制方法1 §§1 1 定时信号控制定时信号控制一、定时信号控制的主要特点 1、全天可以是一个配时方案，或多个配时方案； 2、在每个时段，执行固定的配时方案； 3、配时方案来自于历史调查数据； 4、可以手动、自动切换配时方案； 5、信号机安装简单，维护方便，成本低2 二、定时信号配时的基本原理及内容 1、基本原理：根据交叉口的道路条件及各进口道到达交通流的流向与流量来确定定时信号的配时方案 2、基本内容： 确定信号相位方案：相位、相序 计算信号基本控制参数：周期时长、绿信比3 三、评价信号控制交叉口的交通效益指标►►通行能力或饱和度►►行程时间►►延误►►停车次数►►停车率►►排队长度►►油耗4 四、定时信号控制配时方法►► TRRL法（英国方法）法（英国方法）► ARRB法（澳大利亚方法）法（澳大利亚方法）► HCM法（美国方法）法（美国方法）► “停车线停车线”法（中国城市道路规范）法（中国城市道路规范）► “冲突点冲突点”法（杨佩昆）法（杨佩昆）► 上海方法上海方法5 1、定时信号配时设计流程P165图5-92、信号相位基本方案的确定P166 （1）原则 （2）新建交叉口信号相位方案的确定6 信号周期与绿灯时段（n=2, r>0) 3、配时参数的计算 (1) 绿灯间隔时间E的最少值通常为4秒，A＝3，r＝1。
在信号配时上，当计算的绿灯间隔时间E小于3s时，用3s黄灯时间；大于3s时，则在3s黄灯之外，其余时间配以全红时间相位AG1AR1相位BR2G2ACrrrCEE 一个信号相位绿灯时间结束，到下一个相位信号绿灯时间开始之间的时间间隔，称为绿灯间隔时间与停止线到冲突点的距离，车辆在进口道上的行驶车速，车辆制动时间等有关，公式如下：7 (2) 饱和流量 在一次连续的绿灯信号时间内，进口道上一列连续车队能通过进口道停止线的最大流量 绿灯开始时，驶入率并不是立即达到最大，而是从零开始，逐渐达到最大当绿灯结束时，驶出交叉口的车辆也不可能立即终止，而是在绿灯结束后，驶出率由最大逐渐降为零可用下图表示8 实际绿灯时间 黄灯时间有效绿灯时间 红 A 绿 黄 B 红D 饱和流量 C损失时间损失时间图中实线下面的面积就是绿灯时间通过停车线的车辆数。
为便于计算，取一个等面积的矩形套在曲线上，即图中的矩形ABCD这个矩形的高就是饱和流率，它的底就是有效绿灯时间9 饱和流量一般取实测数据，如无实测数据时，可按下式估算：式中：Sbi——第i进口车道基本饱和流量，见下表 f（Fi）——各类进口车道的各类修正系数车道车道 S Sbibi直行车道直行车道1400-20001400-2000，平均，平均16501650右转车道右转车道15501550左转车道左转车道1300-18001300-1800，平均，平均1550155010 各类车道通用校正系数f（Fi）（（1 1）车道宽度校正）车道宽度校正（（2 2）坡度及大车校正）坡度及大车校正G——道路坡度，下坡为0，HV——大车率，这里不大于0.511 ①① 直行车道饱和流量直行车道饱和流量 ②② 左转车道饱和流量左转车道饱和流量P168P168 有专用相位：有专用相位： 无专用相位：无专用相位： 式中：SbT——直行车道基本饱和流量，见上表自行车影响校正系数：bL——绿初左转自行车数12 ③③右转专用车道饱和流量右转专用车道饱和流量P169P169④④直左合用车道饱和流量直左合用车道饱和流量P170P170⑤⑤直右合用车道饱和流量直右合用车道饱和流量合用车道直行车当量13 （（3 3）关键车道的确定）关键车道的确定——配时分配配时分配东西南直、左、右合用车道（1）直、左、右合用车道每一个相位都有两个方向的车道放行，取其中流率比值（qi/si)高的车道作为关键车道。
交叉口关键车道：相位A关键车道（东直、左、右或西直、左、右）＋相位B关键车道（南直、左、右或北直、左、右）14 东西南直、左、右合用车道例题：1q2＝540q1＝480q4＝390q3＝42015 （2）直、左和直、右合用车道北东南相位图（n＝３、n＝４）西q1 s1q2 s2q3 s3q4 s4q5 s5q6 s6相位A关键车道：东直、左＋西直、右或西直、左＋东直、右相位B关键车道：南直、左、右或北直、左、右16 北东南直、右合用车道和左转专用车道西（3）直、右合用车道和左转专用车道东西方向车道相位组合：东直、右合用车道＋西左西直、右合用车道＋东左信号口关键车道：相位A关键车道（东直、右＋西左或西直、右＋东左）相位B关键车道（南直、左、右或北直、左、右）q1q3q2q4q5q617 北东南西例题：236043212030050496已知：S1＝S2＝1440辆/小时， S3＝S4＝1200辆/小时，S5＝S6241356东西方向车道相位组合：东直、右合用车道＋西左=432+96=528西直、右合用车道＋东左=504+120=624故关键车道：相位A：西直、右合用车道＋东左，相位B:北直、左、右18 （（4）信号周期设计）信号周期设计 交叉口的信号配时，应选用同一相位流量比（V/S）中 最大者进行计算。
►通常考虑的要求： 使交叉口具有足够的通行能力； 使交叉口具有较小的车辆延误须确定：1、最短周期 2、最佳周期 3、绿信比C0Cm0.75C01.5C0周期0PP0周期通行能力车辆延误19 （1）最短信号周期cm 采用cm时，在一个周期内到达交叉口的车辆恰好全部被放行，既无滞留车辆，信号周期也无富余因此，cm恰好等于一个周期内损失时间L加上全部到达车辆以饱和流量通过交叉口所需的时间，L——周期损失时间（P170）： =启动损失时间+绿灯间隔时间-黄灯时间Y——全部相位的最大流量比（交通量/设计饱和流量）之和 20 21 (2)最佳周期c0 按照英国学者韦伯斯特方法，在指定的条件下，使车辆总延误最小的配时方案即为最优方案其目的是获得最佳的周期和绿信比 根据研究和实验，使车辆通过交叉口的总延误最小的最佳周期为： 该式针对的是孤立的交叉口，假定其交通流量稳定地到达交叉口 22 （（3 3）流量比：）流量比： Y=Y=Q Qd/d/S Sd d （（4 4）总有效绿灯时间：）总有效绿灯时间： G Ge e=G=G0 0-L-L （（5 5）各相位有效绿灯时间：）各相位有效绿灯时间： （（6 6）各相位的绿信比：）各相位的绿信比： （（7 7）各相位显示绿灯时间：）各相位显示绿灯时间： （（8 8）最短绿灯时间：）最短绿灯时间： LpLp——行人过街道长度行人过街道长度 VpVp——行人过道速度，取行人过道速度，取1.0m/s1.0m/s23 南东西北620720390440L=3sI=7sA=3行人过街检验实例实例1：：24 (9)交叉口的通行能力与饱和度 交叉口各进口方向的通行能力是交叉口设计中最关键的因素。
应先从一个相位着手，找出相位通行能力的计算方法，然后再对整个交叉口的通行能力及饱和度进行分析 ① 信号相位的通行能力与饱和度 某一信号相位允许通过交叉口的车辆数(即通行能力)C，取决于该相位的饱和流量(S)及所能获得的绿信比(g／c)，即 C＝S·g/c (7－2) 一个信号相位的实际流量V与通行能力C的比值，称为相位(或车道组)饱和度，用X表示 25 26 ② 交叉口的总通行能力与饱和度 交叉口的总通行能力，就是一个交叉口对于各个方向(全部车流)所能提供的最大允许通过流率 饱和度的实用限值定在0．8～0．9之间，交叉口就可以获得良好的运行条件如果饱和度的实用限值定得过低，势必要扩大交叉口的平面尺寸才能满足一定的交通量要求，从而增加建设投资 （6）服务水平评估——信控延误P174 延误估算方法： 1）各车道每车平均信控延误：d=d1+d2+d3式中：d1——均匀延误； d2——随机附加延误， d3——初始排队附加延误。
27 一、原理 19281928年由年由BaltimoreBaltimore首先引入，通过设在路口检测器首先引入，通过设在路口检测器接受车流信息，使信号时间随流量自动改变配时方案最接受车流信息，使信号时间随流量自动改变配时方案最初为机械触点形式，现大多为线圈形式，埋于路面下面初为机械触点形式，现大多为线圈形式，埋于路面下面§2 感应信号控制感应信号控制g gig0gmaxgmin28 二、基本的控制参数§最小绿最小绿g gminmin =g =gi i+g+g0 0 因素：因素： （（1 1）检测器与停车线的距离）检测器与停车线的距离D;D; （（2 2）行人过街所需要的最短时间）行人过街所需要的最短时间W/VW/V；； （（3 3）非机动车通过交叉口所需要的最短时间；）非机动车通过交叉口所需要的最短时间；§单位延长绿单位延长绿g g0 0§最大绿最大绿g gmaxmax: : 定时信号配时最佳周期、绿信比所对应定时信号配时最佳周期、绿信比所对应的各相位的绿灯时间，一般的各相位的绿灯时间，一般30-60s30-60s。
DWV检测检测检测检测器器器器29 1、设置初期绿灯时间考虑因素（（1 1）保证检测器和停止线之间车辆全部驶出；）保证检测器和停止线之间车辆全部驶出；（（2 2）保证行人过街时间；）保证行人过街时间；（（3 3）非机动车安全过街非机动车安全过街30 2、设置单位绿灯延长时间考虑因素（（1 1）使车辆从检测器位置开出停车线；）使车辆从检测器位置开出停车线；（（2 2）尽量不产生绿灯时间损失；）尽量不产生绿灯时间损失；（（3 3）注意被检测的车道数注意被检测的车道数31 三、半感应控制三、半感应控制1 1、检测器放在次要道路上、检测器放在次要道路上 平时主路上总是绿灯，对次路预置最短绿灯时间平时主路上总是绿灯，对次路预置最短绿灯时间P184P184图图5-16———5-16———次路优先通行次路优先通行32 2 2、检测器放在主要道路上、检测器放在主要道路上 平时主路上总是绿灯，当检测器测不到主路由车辆时，才换平时主路上总是绿灯，当检测器测不到主路由车辆时，才换相位让次路通行相位让次路通行►►避免主路车避免主路车 被次路车辆打断，被次路车辆打断， 且有利于次路上且有利于次路上 自行车的通行。
自行车的通行33 四、全感应控制四、全感应控制►►适用条件：适用于相交道路等级相当交通量相仿且适用条件：适用于相交道路等级相当交通量相仿且变化较大的交叉口上变化较大的交叉口上►►基本全感应控制基本全感应控制 控制机理：交叉口没有机动车到达时，信号机以定周期方式控制机理：交叉口没有机动车到达时，信号机以定周期方式按最小周期运行当某一方向来车时，则对来车方向放绿灯按最小周期运行当某一方向来车时，则对来车方向放绿灯►►特殊全感应控制特殊全感应控制34 0 300 600 900 1200 1500（郊外道路）主要道路关键车道交通量（辆（郊外道路）主要道路关键车道交通量（辆/h））15001200900600300定时控制定时控制全感应控制全感应控制半感应或全感应控制半感应或全感应控制交叉口通行能力交叉口通行能力五五、、信信号号控控制制方方式式选选择择图图没有半感应控制最优的独立图块，用全感应控制最为有效的图块没有半感应控制最优的独立图块，用全感应控制最为有效的图块最大；定时控制只在接近交叉口通行能力的图块上才有其优越性。
最大；定时控制只在接近交叉口通行能力的图块上才有其优越性35 六、各种控制方式的优点六、各种控制方式的优点►►定时控制的优点：定时控制的优点：(1)(1)定时控制，因信号起动时间可取得一致而有利于同相邻交通定时控制，因信号起动时间可取得一致而有利于同相邻交通信号的协调，特别是要联结几个相邻交通信号或一个信号网信号的协调，特别是要联结几个相邻交通信号或一个信号网络系统；络系统；(2)(2)定时控制的正常工作，不必通过检测器对车辆的检测，因此，定时控制的正常工作，不必通过检测器对车辆的检测，因此，不存在路边停车及其他因素影响车辆检测的缺点；不存在路边停车及其他因素影响车辆检测的缺点；(3)(3)定时控制比感应控制更适用于大量、均匀行人交通的地方；定时控制比感应控制更适用于大量、均匀行人交通的地方；(4)(4)定时信号设施价格低于感应信号，且安装、维护方便定时信号设施价格低于感应信号，且安装、维护方便36 ►► 感应控制的优点：感应控制的优点：(1)(1)在交通量变化大而不规则、难于用定时控制处置的交叉口，在交通量变化大而不规则、难于用定时控制处置的交叉口，以及在必须降低对主要干道干扰的交叉口上，用感应控制效以及在必须降低对主要干道干扰的交叉口上，用感应控制效益更大；益更大；(2)(2)不适宜处于联动定时系统中的交叉口，宜用感应控制；不适宜处于联动定时系统中的交叉口，宜用感应控制；(3)(3)感应控制特别适用于交通只在一天的部分时间里需要信号感应控制特别适用于交通只在一天的部分时间里需要信号控制的地方；控制的地方；(4)(4)感应控制在轻交通交叉口有其优越性，不致使主要道路上感应控制在轻交通交叉口有其优越性，不致使主要道路上的交通产生不必要的延误；的交通产生不必要的延误；(5)(5)感应控制，在有几个流向的交通量时有时无或多变的复杂感应控制，在有几个流向的交通量时有时无或多变的复杂交叉口上，可得到最大效益，交叉口上，可得到最大效益，(6)(6)半感应信号通常适用于主次道路相交及只在次路有车辆和半感应信号通常适用于主次道路相交及只在次路有车辆和行人时才中断主路车流的交叉口。
行人时才中断主路车流的交叉口37 智能控制方式：►►模糊控制►►神经网络自学习控制►►其他38 §3 环形交叉口交通信号灯控制方法39 一、作用►►交通信号灯是用来组织入环车辆与环内车辆之间的交织，而不是两个不同方向车流的交叉所以在信号灯的配置、信号灯头的面对方向、停车线位置的画法及信号控制方式上，同十字形交叉口都有所不同而且用信号控制的环形交叉口的平面布局同常规环交也有差别40 二、信号灯的配置二、信号灯的配置►► 环形交叉口的每一个进口端上，应有两组信号灯；环形交叉口的每一个进口端上，应有两组信号灯；——组面对进口道上的入环车辆；叫入口灯；另一组组面对进口道上的入环车辆；叫入口灯；另一组面对这一进口道与上游进口道之间环道上行驶的车面对这一进口道与上游进口道之间环道上行驶的车辆，称为环道灯辆，称为环道灯 三、停车线三、停车线►► 相应于上述两组信号灯，在每一进口端也有两条相应于上述两组信号灯，在每一进口端也有两条停车线：一条画在进口道的入门端，近进口导向岛停车线：一条画在进口道的入门端，近进口导向岛的角顶，作入环车流的停车线；另一条画在这个进的角顶，作入环车流的停车线；另一条画在这个进口道上游方向的环道上、近右侧导向岛的前端角顶，口道上游方向的环道上、近右侧导向岛的前端角顶，作环内车流的停车线。
作环内车流的停车线►►四、信号控制方式四、信号控制方式►► 以采用定时信号为宜以采用定时信号为宜41 交通控制案例交通控制案例 某市中心两条主干路新华路和金光道的交叉点为交通控制案例该路口为规则的十字形交叉口，相交道路均为三块板道路 1 .交通量调查交通量调查 交通流量通过在交叉口的高峰时间和平峰交通流量通过在交叉口的高峰时间和平峰时间各观测时间各观测2小时获得，整理后的高峰小时流小时获得，整理后的高峰小时流量和平峰小时流量见表量和平峰小时流量见表1和和242 表1 高峰小时流量43 表1 平峰小时流量44 2.2.交叉口控制状况调查交叉口控制状况调查 该交叉口为四相位信号控制，信号周期为122s，相位、相序如图1所示：45 3. 现状评价分析现状评价分析 采用上海市工程建设规范《城市道路平面交叉口规划与设计规程》提供方法，交叉口现状评价结果见表3表3 交叉口现状评价表46 4. 交叉口问题分析交叉口问题分析 交叉口存在问题主要是： （1）由于将直行相位放于左转相位之前，有部分左转自行车随直行自行车驶入交叉口，在对向人行道前待行；当左转机动车放行时，横向直行驶出交叉口，此时与对向的左转机动车发生冲突； （2）进口道只设一个直行车道，无法满足高峰时的交通需求，高峰期间直行车排队较长； （3）由于未对右转机动车进行信号控制，右转机动车与自行车的冲突与干扰在每一相位的绿灯初期比较严重； （4）交叉口内及车道变化处缺少必要的导行线，导致左转自行车与机动车的行车轨迹不明确； （5）信号周期时长及绿灯时间分配不合理，导致饱和度不均匀。
47 5. 概略设计 依据机动车与非机动车概略设计方案，采用四相位的信号控制方案；结合上述问题分析，相位相序设置如图2 48 6 信号配时初步检验 通过流量比计算来检验概略设计方案进行饱和流量的计算采用《城市道路平面交叉口规划与设计规程》中提供的方法 基本饱和流量：Sbt =1800pcu/h， SbL=1800 pcu/h， Sbr=1650 pcu/h 由于对右转机动车进行了控制，同时自行车分方向与机动车同相位过街，因此自行车对机动车的干扰基本消失，在饱和流量修正时，取自行车的修正系数均为1 该路口为市中心交叉口，禁止大型车辆驶入，只有为数很少的公交车，机动车以小汽车为主，根据观测，统一取大车率为2% 交叉口坡度取0，进口道宽度可先按3米计，宽度修正系数fW=1 交叉口路缘石半径为35米， 右转车道转弯半径校正系数fr=149 50 51 流量比计算表52 7 7 信号配时详细设计信号配时详细设计 1 1）高峰时段信号配时方案）高峰时段信号配时方案 绿灯间隔时间的确定 车辆在进口道上的行驶车速ua取6 m/s，此时对应的车辆制动时间ts取2s。
根据相位的排序，从停车线到冲突点距离z取20m，绿灯间隔时间I＝Z/ ua＋ ts＝5.3 S ，取I=5s信号总损失时间 L＝20 S信号最佳周期时长 C0＝L/（1－Y）＝106.4 s，取 =110 s53 54 55 56 2 2）平峰时段信号配时方案）平峰时段信号配时方案7 7 配时设计方案评价配时设计方案评价 对高峰时间信号配时方案进行评价，评价结果见表6 交叉口评价57 。