第九講單個(gè)交叉口交通信號(hào)控制

1、第九講 單個(gè)交叉口交通信號(hào)控制9.1 交通信號(hào)控制的相關(guān)概念 9.2 交通信號(hào)控制配時(shí)計(jì)算步驟 9.3 交通信號(hào)控制配時(shí)計(jì)算方法 9.4 感應(yīng)信號(hào)控制 9.5 環(huán)形交叉口信號(hào)控制 9.1 交通信號(hào)控制的相關(guān)概念1.信號(hào)相位 2.相位圖對(duì)信號(hào)輪流給某些方向的車輛或行人分配通行權(quán)順序的確定。相位方案:即在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)，安排了若干種控制狀態(tài)，并合理安排了這些控制狀態(tài)的顯示次序，每一種控制狀態(tài)即是一個(gè)相位。9.1 交通信號(hào)控制的相關(guān)概念3.周期長(zhǎng)度4.信號(hào)配時(shí)圖周期時(shí)長(zhǎng)是信號(hào)燈各種燈色輪流顯示一次所需的時(shí)間，即各種燈色顯示時(shí)間總和；或是某一相綠燈啟亮開始到下次該綠燈再次啟亮之間的時(shí)間。5.（顯示）綠

2、燈時(shí)間 g 6. 有效綠燈時(shí)間 ge 綠燈時(shí)間放行車流率t有效綠燈時(shí)間飽和流量前損失時(shí)間后損失時(shí)間7.（顯示）紅燈時(shí)間 r 8. 綠信比 ：一個(gè)信號(hào)相位的有效綠燈時(shí)長(zhǎng)與周期時(shí)長(zhǎng)之比。9.黃燈時(shí)間 A（IA時(shí)，I=A） 10.綠燈間隔 I（包括黃燈和全紅）11.損失時(shí)間 LS ：起動(dòng)損失+全紅損失時(shí)間12.流量（流率） q ：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，實(shí)際通過(guò)的車輛數(shù)。pcu/h13.飽和流量 S：在一次連續(xù)的綠燈信號(hào)時(shí)間內(nèi)，進(jìn)口道上一列連續(xù)車隊(duì)能通過(guò)進(jìn)口道停止線的最大流量，單位是pcu/綠燈小時(shí)。14.流量比 y（=q/S ）：流量/飽和流量。15.通行能力 N（=S）：一條進(jìn)口道的通行能力是該車道飽和流量

3、及其所屬信號(hào)相位綠信比的乘積。16.飽和度 x（=q/N ）:各車道飽和度是各車道實(shí)際到達(dá)交通量與該車道通行能力之比。17 延誤 d、D 各車道每車平均延誤d=d1+d2+d3d1均勻延誤，即車輛均勻到達(dá)所產(chǎn)生的延誤；d2隨機(jī)附加延誤，即車輛隨機(jī)到達(dá)并引起超飽和周期所產(chǎn)生的延誤；d3初始排隊(duì)附加延誤，即在延誤分析期初停有上一時(shí)段留下積余車輛的初始排隊(duì)使后續(xù)車輛經(jīng)受的附加延誤；各進(jìn)口道的每車平均延誤是進(jìn)口道中各車道延誤之加權(quán)平均值。整個(gè)交叉口的延誤D：各進(jìn)口道延誤的加權(quán)平均值。18 臨界車道 所謂臨界車道是指每一信號(hào)相位上，交通量最大的那條車道。 方案實(shí)施 資料準(zhǔn)備交通調(diào)查確定配時(shí)方案數(shù)綠燈間隔

4、確定行人過(guò)街 配時(shí)確定周期長(zhǎng)度計(jì)算延誤分析 綠信比計(jì)算9.2 交通信號(hào)控制配時(shí)計(jì)算步驟（1）確定配時(shí)方案數(shù)1.交通要求在指定的單位時(shí)間內(nèi)要求使用某段道路的車輛總和。交叉口總交通要求（TD）與交叉口相連的各入口道路上交通要求的總和。穿過(guò)交通要求(CD)交叉口處 某一方向上的交通要求占交叉 口總交通要求的百分比。2.劃分時(shí)段（2）計(jì)算綠燈時(shí)間間隔在國(guó)外，對(duì)黃燈時(shí)間有統(tǒng)一規(guī)定，如英國(guó)是4s，美國(guó)是35s。根據(jù)交叉口的車速而定，車速高則長(zhǎng)，車速低則短。美國(guó)推薦公式：（3）確定行人信號(hào)及配時(shí)；在信號(hào)交叉口，行人過(guò)街考慮三種方式：1無(wú)行人信號(hào)，行人允許在綠燈平行的人行橫道方向穿過(guò)街道；2人行橫道受到專用的

5、行人信號(hào)控制，但不設(shè)專用的行人信號(hào)相；3設(shè)置專用行人信號(hào)相，行人過(guò)街時(shí)，所有車輛必須全部停止通過(guò)交叉口。9.2 交通信號(hào)控制配時(shí)計(jì)算步驟（4）計(jì)算周期長(zhǎng)度；（5）計(jì)算綠信比；（6）閃光信號(hào)的設(shè)置。是一種提示或警示作用，可根據(jù)實(shí)際情況決定。 信號(hào)配時(shí)流程圖9.3 交通信號(hào)控制配時(shí)計(jì)算方法9.3.1 最佳周期法9.3.2 韋伯斯特法9.3.3 估算法9.3.1最佳周期法信號(hào)最佳周期C應(yīng)滿足周期內(nèi)損失時(shí)間總和加上全部全部車輛以飽和流量通過(guò)交叉口所需時(shí)間：整理得到：? 信號(hào)周期與延誤關(guān)系9.3.2韋伯斯特法信號(hào)控制交叉口，評(píng)價(jià)其信號(hào)參數(shù)是否最佳主要指標(biāo)：延誤時(shí)間(容易換算成經(jīng)濟(jì)損失來(lái)估算信號(hào)控制的經(jīng)濟(jì)

6、效益)通行能力交通事故次數(shù)韋伯斯特法（Webster）就是以車輛延誤時(shí)間取最小值為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的一種方法。 核心公式兩個(gè)，單車延誤計(jì)算公式和最佳周期長(zhǎng)度計(jì)算公式。單車延誤公式：均勻延誤隨機(jī)延誤 考慮式值較小，延誤公式可以簡(jiǎn)化為：如果交叉口信號(hào)有n個(gè)相位，則交叉口總延誤應(yīng)為：將關(guān)系式對(duì)周期長(zhǎng)度C求偏導(dǎo)數(shù)，并令偏導(dǎo)數(shù)為零，可得交叉口總延誤與周期長(zhǎng)度的關(guān)系式。經(jīng)反復(fù)計(jì)算，韋伯斯特提出最佳周期計(jì)算公式：總損失時(shí)間可由下式求得：交叉口交通流量比Y可用下式求得：為第i相信號(hào)臨界車道的交通流量比。 韋伯斯特周期計(jì)算公式應(yīng)用較為廣泛的公式，可以用來(lái)確定信號(hào)周期長(zhǎng)度。周期在0.75C1.5C之間變化時(shí)，延誤沒(méi)有明顯

7、增加。因此，可以結(jié)合實(shí)際情況，選取適當(dāng)?shù)闹芷陂L(zhǎng)度。 10080604020020 40 60 80 100 120 140 160 每輛車平均延誤時(shí)間（s）信號(hào)周期（C）駛?cè)虢徊婵诘目偭髁?veh/h3000280024001600C0C0C0C0信號(hào)配時(shí)計(jì)算例一某交叉口渠化方案如圖所示，相位方案為：東西向?qū)Ｓ米筠D(zhuǎn)東西向直行和右轉(zhuǎn)南北向直行、右轉(zhuǎn)和左轉(zhuǎn)。經(jīng)計(jì)算，各進(jìn)口道的流量比如表所示，每個(gè)進(jìn)口道寬度為 16.5m 。已知： Ls=3s ， A=3s ， I=4s 。試計(jì)算以下信號(hào)配時(shí)參數(shù)：各相位有效綠燈時(shí)間及最佳周期時(shí)長(zhǎng) C0 （需校核行人過(guò)街最短綠燈時(shí)間，考慮路中設(shè) 行人安全島 ，步行速度

8、取 1.2 米 / 秒） 進(jìn)口道車道y進(jìn)口道車道y西左轉(zhuǎn)0.1067北左轉(zhuǎn)0.2559直左直左直行0.1737直行0.3604直右0.1795直右0.1852右轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)東 左轉(zhuǎn)0.1669南左轉(zhuǎn)0.3823直左直左直行0.1947直行0.4106直右0.2117直右0.2069右轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)進(jìn)口道的流量比解（1）計(jì)算信號(hào)總損失時(shí)間：?jiǎn)?dòng)損失時(shí)間加綠燈間隔時(shí)間減黃燈時(shí)間 L= （ Ls+ I-A ）i=3（3+4-3）=12s（2）計(jì)算流量比之和。 Y= yi=0.1669+ 0.2117+ 0.4106=0.7892（3）計(jì)算最佳周期長(zhǎng)度。（4）計(jì)算各相位有效綠燈時(shí)間。總有效綠燈時(shí)間：Ge=C0- L

9、=98s各相位有效綠燈時(shí)間gej=Ge yi/ Y各相位有效綠燈時(shí)間ge1=98*0.1669/0.7892=21s，ge2=26s,ge3=51s.（5）計(jì)算各相位顯示綠燈時(shí)間。 gj=gej-Aj+lj g1=21-3+4=22s，g2=27s， g3=52s（6）計(jì)算最短綠燈時(shí)間。 gmin=7+Lp/vp-I=7+16.5/1.2-4=17s, 計(jì)算顯示綠燈時(shí)間大于最短綠燈時(shí)間，滿足行人過(guò)街要求，信號(hào)相位方案滿足交叉口需求。9.3.3 估算法兩相位控制條件下，對(duì)一典型十字交叉口：東西方向?yàn)榈贗相，其臨界交通量設(shè)為qI ，飽和交通量設(shè)為SI 、綠燈時(shí)間設(shè)為GI ，綠信比設(shè)為I，C是周期長(zhǎng)

10、度；南北方向相應(yīng)的各量設(shè)為qII、SII 、GII、II。假設(shè)每一項(xiàng)綠燈損失時(shí)間相等，設(shè)為L(zhǎng)。假設(shè)I+II1。9.3.3 估算法9.3.3 估算法兩式連立求解，可得：實(shí)踐表明，周期越長(zhǎng)，車輛在路口等待時(shí)間越長(zhǎng)，因此，周期應(yīng)取上述式子的下限值。綠信比不能超過(guò)某一范圍，為確定起見，綠信比常取該范圍的中點(diǎn)。9.3.3 估算法從而有：注意：1.上述公式是在交通流均勻情況下路口不產(chǎn)生阻塞建立的，與實(shí)際情況有出入。2.一相損失時(shí)間L和飽和流量SI、SII都是通過(guò)調(diào)查得來(lái)的.3.損失時(shí)間L和飽和交通量S都是在交通量比較大的時(shí)候測(cè)得的.交叉口車輛較少，不具備調(diào)查這些數(shù)據(jù)的條件，可采用下式計(jì)算： 計(jì)算所的數(shù)值，

11、再在實(shí)踐中調(diào)整即可。信號(hào)配時(shí)計(jì)算例二某交叉口渠化方案如圖所示，相位方案為兩相位,S=1800輛/小時(shí)。每相損失時(shí)間 L=3.5s ，黃燈時(shí)間A=4s,無(wú)全紅時(shí)間。試計(jì)算信號(hào)周期和相關(guān)配時(shí)參數(shù)。9.4 感應(yīng)信號(hào)控制交通感應(yīng)控制是通過(guò)車輛檢測(cè)器檢測(cè)到達(dá)進(jìn)口道的交通需求，使信號(hào)顯示時(shí)間適應(yīng)測(cè)得交通需求的一種控制方式。一、 車輛感應(yīng)式控制的發(fā)展美國(guó)20世紀(jì)30年代初期研制世界上第一臺(tái)感應(yīng)式信號(hào)控制機(jī)。采用 “聲控”方式，要求車輛到達(dá)交叉口的某一指定位置時(shí)，必須響喇叭。20世紀(jì)60年代以來(lái)，隨檢測(cè)技術(shù)發(fā)展，感應(yīng)控制系統(tǒng)也不斷改進(jìn)。感應(yīng)信號(hào)控制根據(jù)檢測(cè)方式可分為：（1）檢測(cè)到達(dá)的單個(gè)車輛。原理是綠燈信號(hào)啟

12、動(dòng)時(shí)。先給出一個(gè)最小綠燈時(shí)間，在這綠燈時(shí)間結(jié)束前，如果檢測(cè)到有一個(gè)車輛到達(dá)，則給綠燈時(shí)間延長(zhǎng)一小段時(shí)間，依此類推，直到綠燈時(shí)間累計(jì)達(dá)到預(yù)定的最大綠燈時(shí)間為止，這時(shí)關(guān)閉綠燈，開啟紅燈。（2）檢測(cè)交叉口入口存在的車隊(duì)。其原理是檢測(cè)路口存在的車隊(duì)情況，即只有當(dāng)一個(gè)預(yù)定長(zhǎng)度的車隊(duì)被檢測(cè)到時(shí)，該入口車道才開放綠燈和延長(zhǎng)綠燈時(shí)間。二、感應(yīng)控制原理感應(yīng)式控制是一個(gè)典型的反饋控制過(guò)程，如圖所示。從理論上講，這種控制是可以取得良好效果的。但是，在實(shí)際中，這種“反饋”式的感應(yīng)控制的效果并不一定比多時(shí)段定周期控制效果好原因在于：交通流運(yùn)行規(guī)律變化大，外界干擾大，難以用數(shù)學(xué)模型來(lái)描述或解釋、這些因素影響了感應(yīng)式控制的

13、效果。1928年由Baltimore首先引入，通過(guò)設(shè)在路口檢測(cè)器接受車流信息，使信號(hào)時(shí)間隨流量自動(dòng)改變配時(shí)方案。最初為機(jī)械觸點(diǎn)形式，現(xiàn)大多為線圈形式，埋于路面下面。三、基本的控制參數(shù)1初期綠燈時(shí)間（最小綠燈時(shí)間 gmin =gi+g0） 設(shè)置最短綠燈時(shí)間要考慮以下因素： （1）保證停在檢測(cè)器和停車線之間的車輛能全部駛出停車線的時(shí)間。檢測(cè)器與停車線的距離D; （2）行人過(guò)街所需要的最短時(shí)間W/V； （3）非機(jī)動(dòng)車通過(guò)交叉口所需要的最短時(shí)間； g gig0gmaxgmin三、基本的控制參數(shù)2. 單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間g0。在時(shí)間間隔內(nèi)，測(cè)得有后繼車輛到達(dá)所延長(zhǎng)的綠燈時(shí)間；設(shè)置單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)考慮以下因

14、素：（1）單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間的長(zhǎng)短必須能使車輛從檢測(cè)線開出停車線。（2）單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間的恰當(dāng)長(zhǎng)度，應(yīng)盡可能不產(chǎn)生綠燈時(shí)間損失。（3）在確定單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，必須注意被檢測(cè)的車道數(shù)。同一相位上的檢測(cè)器通常在一起，因此，控制機(jī)所接收到的車輛間隔遠(yuǎn)比實(shí)際的車輛間隔要小得多。DWV檢測(cè)器三、基本的控制參數(shù)3綠燈極限延長(zhǎng)時(shí)間gmax是為了保證綠信比而對(duì)各相位規(guī)定的綠燈時(shí)間的延長(zhǎng)限度。綠燈極限延長(zhǎng)時(shí)間實(shí)際上是按照定時(shí)信號(hào)最佳周期時(shí)長(zhǎng)及綠信比分配到各個(gè)相位的綠燈時(shí)間，綠燈時(shí)間極限值一般定為30-60s。9.4 感應(yīng)信號(hào)控制四、半感應(yīng)控制在部分進(jìn)口道上設(shè)置檢測(cè)器的感應(yīng)控制。半感應(yīng)控制適用于主次道路相交且交通

15、量變化較大的交叉口上，按檢測(cè)器設(shè)置位置可分為：1. 檢測(cè)器設(shè)置在次要道路上2. 檢測(cè)器設(shè)置在主要道路上四、半感應(yīng)控制1. 支路半感應(yīng)四、半感應(yīng)控制2. 主路半感應(yīng)五、全感應(yīng)控制1.基本全感應(yīng)控制所有進(jìn)口道上都設(shè)置檢測(cè)器，各信號(hào)相的綠燈時(shí)間均根據(jù)車輛檢測(cè)器檢測(cè)到的交通情況確定。全感應(yīng)控制流程圖五、全感應(yīng)控制.特殊感應(yīng)控制 特殊感應(yīng)控制，可在一般感應(yīng)控制上按特殊需要，增加特殊的感應(yīng)裝置，執(zhí)行特殊需要的感應(yīng)控制功能。平時(shí)仍可按通常的交通需求執(zhí)行一般的感應(yīng)控制，一旦接到特殊感應(yīng)信息時(shí)，立刻執(zhí)行特殊的控制功能。如公共交通優(yōu)先感應(yīng)控制，消防、警衛(wèi)等特種車輛優(yōu)先感應(yīng)控制等。0 300 600 900 120

16、0 1500主要道路關(guān)鍵車道交通量（輛/h）15001200900600300定時(shí)控制全感應(yīng)控制半感應(yīng)或全感應(yīng)控制交叉口通行能力六 信號(hào)控制方式選擇六 信號(hào)控制方式選擇各類信號(hào)控制的優(yōu)點(diǎn)：1）定時(shí)控制的優(yōu)點(diǎn)（1）定時(shí)控制，便于實(shí)現(xiàn)相鄰交通信號(hào)的協(xié)調(diào)控制，特別是實(shí)現(xiàn)聯(lián)結(jié)相鄰交通信號(hào)或一個(gè)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（2）定時(shí)控制的正常工作，不需要通過(guò)檢測(cè)器對(duì)車輛的檢測(cè)，系統(tǒng)設(shè)置、安裝、維護(hù)簡(jiǎn)單。2）感應(yīng)控制的優(yōu)點(diǎn)（包括全感應(yīng)控制和半感應(yīng)控制）（1）配時(shí)合理?xiàng)l件下，可以減少延誤。（2）能根據(jù)交通流變化進(jìn)行信號(hào)配時(shí)調(diào)整。（3）對(duì)于不均勻交通流，控制效果尤為明顯。（4）感應(yīng)控制比定時(shí)控制系統(tǒng)復(fù)雜，系統(tǒng)造價(jià)也比較高。9.5 環(huán)形交叉口信號(hào)控制作用 交通信號(hào)燈是用來(lái)組織入環(huán)車輛與環(huán)內(nèi)車