新大交通管理與控制課件11單個(gè)交叉口交通信號(hào)控制

1第十一章單個(gè)交叉口交通信號(hào)控制

核心內(nèi)容：

定時(shí)控制

（第十講）

感應(yīng)控制（第十一講）2定時(shí)信號(hào)控制：基本內(nèi)容

定時(shí)控制的特點(diǎn)1、固定的信號(hào)周期、固定的綠信比2、全天可以是一個(gè)配時(shí)方案，或分時(shí)段采用多個(gè)方案3、每個(gè)時(shí)段內(nèi)使用固定的配時(shí)方案3定時(shí)信號(hào)控制：基本內(nèi)容

定時(shí)控制的特點(diǎn)4、配時(shí)方案根據(jù)交叉口歷史數(shù)據(jù)確定5、配時(shí)方案的切換可以是手動(dòng)或自動(dòng)進(jìn)行6、定時(shí)控制信號(hào)機(jī)安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、成本低4定時(shí)信號(hào)控制：基本內(nèi)容

兩相位信號(hào)的基本相位圖5定時(shí)信號(hào)控制：基本內(nèi)容

兩相位信號(hào)的基本相位圖6定時(shí)信號(hào)控制：基本內(nèi)容

信號(hào)基本控制參數(shù)

1、周期時(shí)長(zhǎng)（C）：各相位信號(hào)輪流一次的時(shí)間，單位：秒2、綠信比（U）：有效綠燈時(shí)長(zhǎng)（Ge，單位：秒）與周期時(shí)長(zhǎng)之比，7確定關(guān)鍵車道示意圖8定時(shí)信號(hào)控制：基本內(nèi)容

確定關(guān)鍵車道上頁(yè)圖中，每個(gè)信號(hào)相位，均有兩個(gè)方向的車道放行，每個(gè)車道有各自的流率比（qi/si，qi為車輛到達(dá)率，si為飽和流率），取其中比值最高的車道，作為各自相位的關(guān)鍵車道。兩個(gè)關(guān)鍵車道的組合，構(gòu)成交叉口的關(guān)鍵車道組。由關(guān)鍵車道組來(lái)確定交叉口的信號(hào)配時(shí)。9確定關(guān)鍵車道算例示意圖10確定關(guān)鍵車道算例解：

由于各進(jìn)口道飽和流率相同，均為S，所以由各個(gè)進(jìn)口到的交通流量大小來(lái)確定關(guān)鍵車道。

1、相位A

東進(jìn)口道：q1=480輛/小時(shí) 西進(jìn)口道：q2=540輛/小時(shí) 由于q2>q1，所以相位A的關(guān)鍵車道是西進(jìn)口道

2、相位B

同理可得相位B的關(guān)鍵車道是南進(jìn)口道11定時(shí)信號(hào)控制：配時(shí)的基本方法

最短周期時(shí)長(zhǎng)

式中：Cm─最短周期L─周期損失時(shí)間Y─交叉口關(guān)鍵進(jìn)口道總流率比，Y=y1+y2最短周期的意義：關(guān)鍵車道均處于臨界飽和狀態(tài)12最短周期的確定13確定最短信號(hào)周期算例已知：兩相位控制的交叉口，q1=504輛/小時(shí)，q2=360輛/小時(shí)，

S=1440輛/小時(shí)，各進(jìn)口道飽和流率S1=S2=S，L=10秒求：該交叉口的最短信號(hào)周期Cm14確定最短信號(hào)周期算例解：相位1關(guān)鍵進(jìn)口道流率比：

y1=q1/S1=504/1440=0.35相位2關(guān)鍵進(jìn)口道流率比：

y2=q2/S2=360/1440=0.2515確定最短信號(hào)周期算例解：關(guān)鍵進(jìn)口道總流率比Y：

Y=y1+y2=0.35+0.25=0.60

=10/(1－0.60)=25

（秒）16定時(shí)信號(hào)控制：信號(hào)周期優(yōu)化

通過(guò)優(yōu)化交叉口的信號(hào)配時(shí)方案使車輛延誤最小。

F.韋伯斯特給出的最佳信號(hào)周期C0經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式為：

17通行能力、車輛延誤與信號(hào)周期的關(guān)系圖18定時(shí)信號(hào)控制：信號(hào)周期優(yōu)化

綠信比的分配

F.韋伯斯特算法的綠信比分配原則：各相位綠信比按照各相位關(guān)鍵車道流率比之間的比例進(jìn)行分配，這樣可獲得在給定信號(hào)周期下的最小車輛延誤。19定時(shí)信號(hào)控制：信號(hào)周期優(yōu)化

綠信比的分配

n個(gè)相位，周期時(shí)長(zhǎng)為C，綠信比為U，有效綠燈時(shí)間為Ge

相位i的關(guān)鍵車道流率為yi、綠信比分配系數(shù)為ki

、綠信比為ui

、有效綠燈時(shí)間為Gei則：,,

ki=yi/Y,ui=ki×U,Gei=ki×Ge＝ui×C20相位車輛延誤與綠信比的關(guān)系圖21交叉口延誤與綠信比關(guān)系圖22信號(hào)配時(shí)算例已知：兩相位控制交叉口，相位1的關(guān)鍵車道流率y1=0.35，相位2的關(guān)鍵車道流率y2=0.25，周期損失時(shí)間L=10秒，啟動(dòng)停車損失時(shí)間l=4秒，

黃燈時(shí)間A=3秒。求：用F.韋伯斯特算法，計(jì)算最佳周期、各相位的綠信比和綠燈時(shí)間23信號(hào)配時(shí)算例解：1、最佳周期C0＝（1.5L+5）/(1-Y)

＝（1.5×10＋5）/(1-(0.35+0.25))

＝20/0.4

＝50(s)24信號(hào)配時(shí)算例解：2、各相位綠燈時(shí)間分配系數(shù)

k1=y1/(y1+y2)=0.35/(0.35+0.25)=0.58 k2=y2/(y1+y2)=0.25/(0.35+0.25)=0.423、周期有效綠燈時(shí)間

Ge＝C-L=50-10=40（秒）4、周期綠信比U U=Ge/C=40/50=0.825信號(hào)配時(shí)算例解：5、綠信比分配

u1=k1×U=0.58×0.80=0.46 u2=k2×U=0.42×0.80=0.346、有效綠燈時(shí)間分配

Ge1=k1×Ge=0.58×40=23（秒）

Ge2=k2×Ge=0.42×40=17（秒）26信號(hào)配時(shí)算例解：7、實(shí)際綠燈時(shí)間分配

G1=Ge1+l-A=23+4-3=24（秒）

G2=Ge2+l-A=17+4-3=18（秒）27定時(shí)信號(hào)控制評(píng)價(jià)信號(hào)控制交叉口的交通效益指標(biāo)

通行能力

飽和度

行程時(shí)間

延誤

停車次數(shù)

停車率

排隊(duì)長(zhǎng)度

油耗28定時(shí)信號(hào)控制：配時(shí)的基本方法

定時(shí)相互配時(shí)設(shè)計(jì)流程

教材第151頁(yè)，圖11-5：相信號(hào)配時(shí)設(shè)計(jì)流程

信號(hào)相位基本方案1、確定原則：信號(hào)相位與交叉口渠化同步、根據(jù)左右轉(zhuǎn)交通流設(shè)置專用左右轉(zhuǎn)車道和相位2、新建交叉口信號(hào)相位方案的確定29新建十字交叉口建議試用信號(hào)方案

30定時(shí)信號(hào)控制：配時(shí)的基本方法

設(shè)計(jì)交通量式中：

──配時(shí)時(shí)段中，進(jìn)口道m(xù)流向n的設(shè)計(jì)交通量（pcu/h）

──配時(shí)時(shí)段中，進(jìn)口道m(xù)流向n的高峰小時(shí)中最高15min的流率 （pcu/15min）31定時(shí)信號(hào)控制：配時(shí)的基本方法當(dāng)沒(méi)有最高15min的流率時(shí)，可以按下式估算：式中：

──配時(shí)時(shí)段中，進(jìn)口道m(xù)流向n的高峰小時(shí)交通量 （pcu/h）

──配時(shí)時(shí)段中，進(jìn)口道m(xù)流向n的高峰小時(shí)系數(shù)，主要進(jìn) 口道可取0.75，次要進(jìn)口道取0.8。32定時(shí)信號(hào)控制：配時(shí)的基本方法

飽和流量計(jì)算飽和流量：在一次連續(xù)的綠燈時(shí)間內(nèi)，進(jìn)口道上一列連續(xù)車隊(duì)能夠 通過(guò)進(jìn)口道停止線的最大流量，單位是pcu/綠燈小時(shí)

式中：

──進(jìn)口車道基本飽和流量（pcu/h）

──第i條進(jìn)口道基本飽和流量（pcu/h），i取T、L、R分別標(biāo)示相應(yīng)的 直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)。

──各類進(jìn)口車道各類校正系數(shù)33各類進(jìn)口車道的基本飽和流量（pcu/h）車道類型直行車道右轉(zhuǎn)車道左轉(zhuǎn)車道基本飽和流量1400～2000平均165015501300～1800平均155034定時(shí)信號(hào)控制：配時(shí)的基本方法

各類車道通用校正系數(shù)： 車道寬度校正、坡度及大車校正

直行車道飽和流量：35定時(shí)信號(hào)控制：配時(shí)的基本方法

左轉(zhuǎn)專用車道飽和流量有專用相位： 無(wú)專用相位：

（：左轉(zhuǎn)校正系數(shù)）36定時(shí)信號(hào)控制：配時(shí)的基本方法

右轉(zhuǎn)專用車道飽和流量 有專用相位：（：轉(zhuǎn)彎半徑校正系數(shù)） 無(wú)專用相位：（：行人或自行車影響校正系數(shù)）37定時(shí)信號(hào)控制：配時(shí)的基本方法

直左合用車道飽和流量：（：直左合流校正系數(shù)）

直右合用車道飽和流量：（：直右合流校正系數(shù)）38定時(shí)信號(hào)控制：配時(shí)的基本方法

左右合用車道飽和流量：（：左右合流校正系數(shù)）

短車道飽和流量校正（自學(xué)為主，教材第157頁(yè)）39定時(shí)信號(hào)控制：配時(shí)的基本方法

信號(hào)交叉口通行能力與飽和度

一條進(jìn)口道通行能力為：式中：

──第i條進(jìn)口車道的通行能力（pcu/h）

──第i條進(jìn)口車道的飽和流量（pcu/h）

──第i條進(jìn)口車道所屬信號(hào)相位的綠信比

──該信號(hào)相位的有效綠燈時(shí)間（s）C──信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)（s）40定時(shí)信號(hào)控制：配時(shí)的基本方法

服務(wù)水平評(píng)估1、各車道延誤估算：d＝d1＋d2＋d3式中：d──各車道平均信控延誤（s/pcu）d1──均勻延誤（s/pcu）d2──隨機(jī)附加延誤（s/pcu）d3──初始排隊(duì)附加延誤（s/pcu）41定時(shí)信號(hào)控制：配時(shí)的基本方法延誤－服務(wù)水平表服務(wù)水平ABCDEF每車信控延誤（s）≤10

11～20

21～35

36～55

56～80

>80

42課后自學(xué)與思考題思考題：1、根據(jù)韋伯斯特方法，作出十字形平面交叉口的信號(hào)配時(shí)設(shè)計(jì)計(jì)算方案，采用兩相位（設(shè)：各為雙向兩車道）。（需要統(tǒng)計(jì)各進(jìn)口道的車輛單位時(shí)間的到達(dá)量，再確定關(guān)鍵車道，由最佳周期以及相應(yīng)的參數(shù)計(jì)算配時(shí)。各進(jìn)口道的飽和流率可依據(jù)相關(guān)資料得到。）2、實(shí)驗(yàn)安排（經(jīng)交通調(diào)查，設(shè)計(jì)我校附近十字形平面交叉口的信號(hào)配時(shí)方案）。見(jiàn)課程實(shí)驗(yàn)大綱及具體安排PPT。43

感應(yīng)控制：基本工作原理

相位i基本參數(shù)：初始綠燈時(shí)間（Gi,s

）、單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間（Gi,o

）最短綠燈時(shí)間（Gi,min）、最大綠燈時(shí)間（Gi,max）滿足關(guān)系：Gi,min≤Gi

≤Gi,max

，Gi,min

＝Gi,s

＋Gi,o

，

Gi

＝Gi,s

＋kGi,o

，k>144交通信號(hào)感應(yīng)控制原理示意圖45感應(yīng)控制：控制參數(shù)

初始綠燈時(shí)間（Gi,s

）給每個(gè)相位初期預(yù)先設(shè)置的一段綠燈時(shí)間：1、保證停止線和檢測(cè)器之間的車輛全部駛出停止線2、保證行人安全過(guò)街3、保證非機(jī)動(dòng)車安全過(guò)街46隨檢測(cè)器位置而定的初始綠燈時(shí)間檢測(cè)器與停止線間距（m）初始綠燈時(shí)間（s）0~12813~181019~241225~301431~3616[備注：停車時(shí)，車輛間的平均車頭距離(后車頭到前車頭)為6米，美國(guó)推薦的隨檢測(cè)器位置而定的初始綠燈時(shí)間]47感應(yīng)控制：控制參數(shù)

單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間

（Gi,o）在初始綠燈時(shí)間結(jié)束后，在一定時(shí)間間隔內(nèi)，測(cè)得有后續(xù)車輛到達(dá)時(shí)所延長(zhǎng)的綠燈時(shí)間，如果這段時(shí)間內(nèi)沒(méi)用測(cè)得來(lái)車，則結(jié)束本相位的綠燈時(shí)間：1、能使車輛從檢測(cè)器位置開(kāi)出停止線

2、盡量不產(chǎn)生綠燈損失

3、注意被檢測(cè)的車道數(shù)48感應(yīng)控制：控制參數(shù)

最短綠燈時(shí)間（Gi,min）任意信號(hào)相位放行車輛的最短時(shí)間：為保證初始綠燈時(shí)間結(jié)束時(shí)，后續(xù)又到達(dá)的車輛能安全通過(guò)。最短綠燈時(shí)間＝初始綠燈時(shí)間＋單位綠燈延長(zhǎng)時(shí)間

Gi,min

＝Gi,s

＋Gi,o49感應(yīng)控制：控制參數(shù)

最大綠燈時(shí)間（Gi,max

）為保持最佳綠信比，對(duì)各個(gè)相位規(guī)定的綠燈時(shí)間最大限度。

一般為30~60秒，也可以分別設(shè)定高峰時(shí)間的最大綠燈時(shí)間和平峰的最大綠燈時(shí)間。50半感應(yīng)控制

特點(diǎn)：只在部分進(jìn)口道上設(shè)置檢測(cè)器的感應(yīng)控制方式

適用情況：適用于主次道路相交且交通量變化較大的交叉口51半感應(yīng)控制示意圖52半感應(yīng)控制次干道綠燈時(shí)間示意圖53半感應(yīng)控制：檢測(cè)器在次要道路上

控制方式1、平時(shí)主路總是綠燈，對(duì)次路預(yù)置最短綠燈時(shí)間2、當(dāng)次路檢測(cè)到車輛到達(dá)時(shí)，次路為綠燈，如果沒(méi)有后續(xù)車輛，則立即轉(zhuǎn)換為主路綠燈；否則，次路到達(dá)最短綠燈時(shí)間時(shí)，強(qiáng)制改變相位。54次路檢測(cè)器半感應(yīng)信號(hào)控制流程圖

55半感應(yīng)控制：檢測(cè)器在次要道路上

特點(diǎn)和和適用范圍：1、實(shí)質(zhì)上是次路優(yōu)先，只要次路有車就會(huì)打斷主路2、次路非機(jī)動(dòng)車需要等待較長(zhǎng)時(shí)間，只要機(jī)動(dòng)車達(dá)到時(shí)，才能隨機(jī)動(dòng)車通過(guò)交叉口3、只在特殊地方適用，消防隊(duì)、救護(hù)車和重要機(jī)關(guān)出入口56半感應(yīng)控