《交通管理與控制》第12章 干線交叉口交通信號聯動控制

1第十二章干線交叉口交通信號聯動控制2當協調控制的范圍擴大到一個區(qū)域時，就形成了區(qū)域交通協調控制，簡稱面控制。在分布式區(qū)域交通控制中，把控制區(qū)域分為若干控制子區(qū)，劃分出的控制子區(qū)往往由若干條交通干線組成，因此干線交通控制成為分布式區(qū)域交通控制系統(tǒng)的一個單元。線控是面控的一種組成部分、也可以說是面控的一種簡化的特殊形式。31、孤立交叉口的信號配時設計僅考慮了該交叉口的交通情況及幾何尺寸，并沒有考慮其相鄰交叉口的交通情況對該交叉口的影響。2、將本來存在內在聯系的相鄰交叉口孤立起來設計，盡管各個交叉口的控制是最佳的，但他們之間沒有任何聯系，使得整個干道或區(qū)域的交通運行效果未必就好。3、因此，提出把城市主干道（區(qū)域）的交叉口看成一個系統(tǒng)，把一條干道上一批相鄰的交通信號連接起來，用某種參數建立信號配時間的聯系，使各交叉口之間控制信號運行不再是孤立的，而是相互間存在內在（時間）聯系，這就是干道（區(qū)域）協調控制的基本思想。4、干道協調控制的早期，國外專家就注意到：由于下游的車流會影響上游交叉口，因此在進行上游交叉口信號配時設計時，要根據下游的綠燈起步時間來定。這實際上就是早期的“相位差”的概念。概述4干道協調控制是指將干道上的多個路口以一定方式(各個信號交叉口間的相位差）聯結起來作為研究對象，同時對各個路口進行相互協調的配時方案設計，使得干道上按規(guī)定車速（通過帶速度）行駛的車輛獲得盡可能不停頓的通行權。干道協調控制也可稱之為“線控”或“綠波控制”。干道協調控制也可以描述為：通過調節(jié)主干道路上各個信號交叉口之間的相位差，使干道上按規(guī)定車速行駛的車輛獲得盡可能不停頓的通行權。第一節(jié)干線交通信號定時式聯動控制干道協調控制定義5（1）聯動控制——對2～3個相鄰交叉口的信號機實行系統(tǒng)控制，多數是通過定周期信號機附加聯動裝置組成。（2）單系統(tǒng)控制——對線路上的5～20個信號交叉口，各交叉口的信號機使用一個統(tǒng)一的信號周期，然后按所規(guī)定的統(tǒng)一行車速度和相鄰交叉口的距離確定各相鄰交叉口之間的相位差。有有線線控信號機和無線線控信號機。（3）多段系統(tǒng)控制——為了適應交通流在一天中的變化，把控制方案根據交通流變化分成幾組參數（比如高峰、平峰、低峰等），不同時段采用不同控制參數，以利于提高信號控制效率。干道協調控制方式61．周期時長在線控系統(tǒng)中，為使干道上各交叉口的交通信號能夠取得協調，要求各個交叉口交通信號的周期時長必須相等。利用單點定時信號的配時設計方法，計算出各個交叉口交通信號所需的周期時長，然后從中選出最大的周期時長作為線控系統(tǒng)的周期時長，并把所需周期時長最大的這個交叉口稱之為關鍵交叉口。注：雙周期交叉口2．綠信比在線控系統(tǒng)中，各個交叉口交通信號的綠信比是根據其各相位交通流量比來確定的，因此各個交叉口交通信號的綠信比不一定相同。3．時差（相位差）絕對時差：是指各個交叉口交通信號的綠燈（或紅燈）的起點（或終點）相對于某一個標準交通信號的綠燈（或紅燈）的起點（或終點）的時間差。相對時差：是指兩個相鄰交叉口交通信號的綠燈（或紅燈）的起點（或終點）之間的時間差。注：相對時差等于兩個信號絕對時差之差。一、干道協調控制基本參數7（一）單向交通街道（優(yōu)先相位差）單向交通街道，或者雙向交通量相差十分懸殊時，只要照顧單向信號協調的街道，是最容易實施交通信號協調控制的街道。相鄰各交叉口交通信號間的相對時差Of（秒）可按下式確定：（12-1）其中，s為相鄰交叉口的間距（公里），v為線控系統(tǒng)所要求的車輛通行速度（公里/小時）。二、定時式線控制系統(tǒng)的協調方式8（二）雙向交通街道（均衡相位差）雙向交通街道的信號協調控制，在各交叉口間距相等時，比較容易實現，且當交叉口間的車輛行駛時間正好等于線控系統(tǒng)周期時長一半的整數倍時，可以獲得最理想的效果。各交叉口間距參差不齊時，雙向交通街道的信號協調控制比較難于實現，必須采取試探與折中方法求得信號協調。二、定時式線控制系統(tǒng)的協調方式91．同步式信號協調控制在同步式協調系統(tǒng)中，連接在一個系統(tǒng)中的全部信號在同一時刻對干道車流顯示完全相同的燈色。當相鄰各交叉口的間距符合下面的關系式時，即車輛在相鄰交叉口間的行駛時間等于信號周期時長整數倍時，適宜將這些交叉口組成同步式協調系統(tǒng)。相鄰交叉口間距滿足：（12-2）其中，C為系統(tǒng)周期時長，k為整數。同步式協調系統(tǒng)具有很大的局限性。例如，綠燈有效利用率可能不高（下游交叉口綠燈啟亮時刻應該滯后于上游交叉口綠燈啟亮時刻一段車輛行駛時間）、由于前方交叉口干道方向全是亮綠燈因而容易導致司機加速趕綠燈從而引起交通事故等。同步式協調控制的兩種特殊情況：（1）交叉口間距相當短、且干線方向的交通量遠大于交叉方向交通量。（2）干線方向交通量接近通行能力，下游交叉口紅燈車輛排隊有可能越過上游交叉口。二、定時式線控制系統(tǒng)的協調方式102．交互式信號協調控制在交互式協調系統(tǒng)中，連接在一個系統(tǒng)中相鄰交叉口的信號在同一時刻顯示完全相反的燈色。當相鄰各交叉口的間距符合下面關系式時，即車輛在相鄰交叉口間的行駛時間等于信號周期時長一半的奇數倍時，適宜將這些交叉口組成交互式協調系統(tǒng)。相鄰交叉口間距滿足：（12-3）成對交互式協調控制——一對信號同相鄰的另一對信號組成交互式協調控制。在成對交互式協調控制系統(tǒng)中，車輛能連續(xù)通行的車速為：（12-4）與同步系統(tǒng)一樣，這種系統(tǒng)的適用性不大，實踐中很少單獨采用。

二、定時式線控制系統(tǒng)的協調方式11同步式協調控制與交互式協調控制范例123．續(xù)進式信號協調控制續(xù)進式協調系統(tǒng)是指根據干道所要求的車速和交叉口之間的距離，確定合適的時差，用以協調各相鄰交叉口上綠燈的啟亮時刻，盡量使得在上游交叉口綠燈啟亮后開出的車輛，以適當的車速行駛，可正好在下游交叉口綠燈啟亮前后到達。與同步式協調系統(tǒng)和交互式協調系統(tǒng)相比，續(xù)進式協調系統(tǒng)更具實際意義。續(xù)進式協調系統(tǒng)可分為簡單續(xù)進系統(tǒng)和多方案續(xù)進系統(tǒng)兩種。多方案續(xù)進系統(tǒng)可適應于交通流狀況發(fā)生變化的場合。（1）簡單續(xù)進系統(tǒng)——只使用一個系統(tǒng)周期時長和一套配時方案，車輛可以按設計車速連續(xù)通行，對不同的路段，設計車速可隨交叉口間距變化。（2）多方案續(xù)進系統(tǒng)——適用交通流變化情況，一個配時方案對應一組給定的交通條件。交通流發(fā)生變化的可能類型：A：單個路口的交通流發(fā)生變化：系統(tǒng)中一個或幾個信號點上交通量增加或減少，這些變化能改變所需的周期時長或綠信比。B：交通流方向發(fā)生變化：在雙向干線上，“入境”交通量和“出境”交通量可能變化。

a)入境交通量大于出境交通量。

b)入境交通量大體等于出境交通量。

c)出境交通量大于入境交通量。二、定時式線控制系統(tǒng)的協調方式13三、定時式線控制系統(tǒng)的配時設計方法定義：描述信號交叉口配時和交叉口間距的關系圖形。在時距圖中，橫坐標表示干道各個交叉口間的距離，縱坐標表示時間。注：縱坐標所代表的時間是表示車輛以某一均勻速度從某交叉口到達其它交叉口所用時間，也即車輛以不受干擾的速度行駛所需的理想時間。1、時間—距離圖14通過帶：在時—距圖中，連接各個信號交叉口綠燈時間始端和終端的平行線間的時間。從通過帶的定義可知，無論哪個信號交叉口，只要車輛在通過帶內的時刻到達交叉口，并以該通過帶所界定的速度行駛就可以順利地通過該交叉口而不會受到信號等阻滯。通過帶寬度：在時—距圖中，兩平行車輛行駛速度線間以縱坐標時間表示的寬度。如果車輛在通過帶以外的時間到達交叉口，則會受到紅燈信號的阻滯。因此，通過帶寬度就是綠燈時間。通過帶速度：在時—距圖中，兩條平行的位于各交叉口綠燈時間始端和終端的直線斜率的倒數恰好是車輛行駛的速度，稱為通過帶速度。其代表在干道交通協調控制設計中所采用的理想速度。時間—距離圖中的關鍵參數三、定時式線控制系統(tǒng)的配時設計方法15（1）交叉口間距：相鄰兩交叉口停車線到停車線之間的距離。（2）街道及交叉口布局：道路寬度、進口道車道數、綠燈間隔時間等。（3）交通量：交叉口上交通流向、流量、各向交通的日變圖、時變圖。（4）交通管制規(guī)則：如限速、限制轉彎、是否限制停車等。（5）車速和延誤：路段規(guī)定行駛車速或實際行駛車速，及當時控制方式下的延誤。注：首先需要根據交叉口間距及交通量數據確定干道上交叉口納入線控的范圍，把交叉口間距過長和交通量相差懸殊、影響信號協調效果的交叉口排除在線控系統(tǒng)之外，或納入另一相宜的系統(tǒng)內。2、配時設計所需的數據三、定時式線控制系統(tǒng)的配時設計方法16交叉口距離（m)平均速度（km/h)周期長度（s)60708090322683123574024033539044850248402469536604不同周期長度、平均速度與合適的交叉口距離三、定時式線控制系統(tǒng)的配時設計方法17（1）公共信號周期的確定●在干道交通協調控制中，各個信號交叉口的信號周期必須相同?！褡畲笾芷冢焊鶕鱾€交叉口的交通條件和道路條件，計算出每個信號交叉口的最佳周期，然后選其中周期最大的作為公共信號周期?！耜P鍵周期：將干道交叉口中地位最重要的交叉口的最佳周期作為公共信號周期?！褡⒁猓焊傻绤f調控制系統(tǒng)中的系統(tǒng)周期時長，不僅取決于各交叉口信號配時的結果，還將嚴重影響到通過帶的寬度和各交叉口所選取的信號時差，因此周期時長、通過帶寬度與信號時差的確定需要配合進行。（2）綠信比的確定●一般原則：干道交通協調控制每個交叉口的綠信比需要單獨確定，它們并不一定相同。