智能交通系统2

2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟1智能交通系统上官伟北京交通大学电子信息工程学院Tel:51687111Office:SY1008Email:[e-mail]2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟2课程内容概论交通控制系统基础ITS的概念和核心技术体系结构、研究领域系统举例、标准化综合智能交通系统（铁路、水运、航空）2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟3第二章交通控制系统基础交通系统主要组成交通流的特性信号控制系统的分类信号控制的基本参数点、线、面控制系统高速公路交通控制系统交通控制系统的基本评价指标2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟4一、交通系统主要组成交通系统主要组成部分：（要素）人：驾驶员、乘务员、维修人员、管理人员、乘客、行人、其他有关人员。车辆：公共汽车、电车、出租车、货车、摩托车、自行车、地铁、其它车辆。路：快速干道、主干道、次干道、支路。管理与控制系统：车辆检测器、计算机、交通信号灯、路旁显示板、广播、闭路电视等。2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟52019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟62019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟7二、交通流的特性(交通流参数)宏观：将交通流作为一个整体。交通量(TrafficFlow,TrafficVolume)在一定时间间隔内，通过一条公路或一条给定车道或方向的某一点的车辆总数。单位为辆数或辆/单位时间。可分为：到达率、离开率车速Speed(andTraveltime)车流密度Density：D=F/S占用一个给定公路或车道的车辆总数。单位为车辆数/公里或车辆数/公里/车道。常用时间占有率Occupancy来表示。2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟8交通量(TrafficFlow,TrafficVolume)最重要、最容易测量。流量：q＝N／TN:通过断面AA’的车辆数;T:测量时间设hi为第i辆车的车头时距，有hhNhNTNqNiiNii11111h：平均车头时距2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟9车速Speed(andTraveltime)在特定的观测地点、沿特定路线上的，交通运行状况的重要计量。时间平均速度（地点速度）区间平均速度1212120)(limttxxttitdtdxvi2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟10车道占有率(Occupancy)车道上，车辆占用时间与总观测时间之比。%1001Ttnii：车道占有率%；it：第i辆车的检测器占用时间；T：观测时间；2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟112019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟12二、交通流的特性（续）微观：交通流中的单个车辆的行为间距和间隔(SpacingandHeadway)间距：车道上连续车辆间的距离。间隔：连续车辆通过车道上某点的时间2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟132019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟142019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟15三、信号控制系统分类按控制范围分：单个交叉口的交通控制也称单点信号控制，“点控制”。干道交叉口信号协调控制也称“绿波”信号控制，“线控制”。区域交通信号控制系统“面控制”。2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟16三、信号控制系统分类（续）按控制方法分：定时控制：交叉口信号控制机均按事先设定的配时方案运行，称定周期控制。(PretimedControl)有单段式定时控制和多段式定时控制有单个交叉口的定时控制、静态线控系统和静态面控系统。感应控制：是在交叉口进口道上设置车辆检测器，信号灯配时方案可随检测器检测到的车流信息而随时改变的一种控制方式。(TrafficActuatedControl)可分为：半感应控制和全感应控制。(Actuated&Semi-ActuatedControl)用感应控制方式的线控制、面控制也称为动态线控系统和动态面控系统。2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟17四、信号控制的基本参数用以给相互冲突的交通流以先后通过的通行权，即在时间上将相互冲突的交通流进行分离，以便它们安全地通过交叉路口。相位：信号化的交叉路口，给予车辆及行人以通行权的时序叫信号的相位，简称相。(Phase)通常用的是两相控制信号，如图。另外有三相、四相、八相的控制方式，如图。信号的相位数根据路口的需要选择，相位越多，交通越安全，但交叉路口的利用率就越小。2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟18两相控制信号2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟19三相控制信号2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟20四相控制信号2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟21四、信号控制的基本参数(续)三个基本控制参数：周期长度绿信比相位差信号控制系统的功能就是最佳地确定各路口在各车流方向上的这些控制参数，并付诸实施。2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟22四、信号控制的基本参数(续)周期长度：(Cyclelength)信号灯运行一个循环所需的时间，等于绿灯、黄灯、红灯时间之和。Thesumofalltrafficphasesisequaltothecyclelength.一般信号灯最短周期不小于36s；最长周期不超过2min。适当的周期长度对路口处交通流的疏散和减少车辆等待时间具有重要意义。又具体分为：（英国运输与道路研究所TRRL的结果）最佳周期（Co）最小周期（Cm）实际应用的周期（Cp）2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟23四、信号控制的基本参数(续)最佳周期（Co）：最小周期（Cm）：实际应用的周期（Cp）：式中：L----一个周期内的总损失时间；Y----整个交叉路口中，各个相位的y值的总和，即Y=y，y是流量与饱和流量的比值。（即繁忙度）周期与延误的关系如下图：（Cp应略大于Co，取90%的饱和量）YLCO155.1YLCm1YLCp9.09.02019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟242019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟25四、信号控制的基本参数(续)绿信比：(Split)一个周期中，绿灯时间与周期长度之比称为绿信比。绿信比：S=G/C；G----绿灯时间，C----周期绿信比的大小对于疏通交通流和减少路口总等待时间有着举足轻重的作用。通过合理地分配各车流方向的绿灯时间（绿信比），可使各方向上阻车次数、等待时间减至最少。应该注意：单个路口信号的最优配时并不等于对于整个交通网络（线控或面控系统）也是最优的。对于多路口联合控制，需统筹考虑各路口的周期、绿信比，而且要妥善地确定不同路口信号之间的相位差。2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟26车流通过信号路口的时间-距离图2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟27四、信号控制的基本参数(续)相位差：(Offset)也称时差，是应用于信号系统联动协调控制的一个参数。有绝对相位差和相对相位差之分。绝对相位差是指各个信号的绿灯或红灯的起点或中点相对于某一个标准信号（相位差为零）的绿灯或红灯的起点或中点的时间之差。相对相位差是指相邻两信号的绿灯或红灯的起点或中点之间的时间之差。相对相位差等于两个信号绝对相位差之差。在信号协调控制系统中，选择正确的相位差对车流的协调和“绿波”的形成具有重要意义。两个相邻路口的相位差：O=t+10(秒)t为平均旅行时间，10s为一路口清车队时间。2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟28其它参数绿灯间隔时间（R）：从失去通行权的相位的绿灯结束到得到通行权的相位的绿灯开始所用的时间。最小绿灯时间（gmin）：是对相位的绿灯显示时间规定的最低限值。5s饱和流量（S）在有车队存在的某段绿灯时间内，并且忽略车流释放率在增大或减小的绿灯时间的前几秒及后几秒时间段，车辆通过停止线的平均流率。有效绿灯时间（ge）：即某一相位的绿灯时间与黄灯时间的和减去损失时间。5s2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟29其它参数（续）损失时间（l）即在周期时间内，由于安全及车流运动特性等原因，在某段时间内没有交通流运动或未被充分利用的时间。车流量系数（y）饱和度（X）延误（D）2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟30车流通过信号路口的流量图示（信号灯交叉口车流运动特性）2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟31五、单个交叉路口的交通控制单个交叉路口的交通控制也称“点控”控制方式：定时控制交通感应控制优化感应控制定时控制与感应控制的选择2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟325.1定时控制全部控制参数（主要是周期、绿信比、相的数量和顺序）都根据历史交通数据预先确定，保持常数。必须对每相的时间（绿信号时间加上黄信号时间）和总的周期时间确定要求的数值。基本的考虑因素：车辆延误交叉路口的容量有许多算法。如韦伯斯特法（Webster）、ARRB法、“冲突点”法等。2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟33信号配时图2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟345.2交通感应控制目的是使绿灯时间长度与实际交通状况相适应。有全感应控制和半感应控制两类。常用的有两种形式：基于到达车辆车头距的控制基于排队长度的控制2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟35交通感应控制的基本工作原理如图所示，一相位起始绿灯，感应信号控制器内预设有一个“初期绿灯时间”(Gmin)，到初期绿灯结束时，如在一个预置的时间间隔内，无后续车辆到达，则可更换相位；如检测器检测到有后续车辆到达，则每测得一辆车，绿灯延长一预置的“单位绿灯延长时间”(G0)。即只要在这个预置的时间间隔内，车辆中断，即换相；连续有车，则绿灯连续延长，直到绿灯一个预置的“极限延长时间”(Gmax)时，即使检测到后面仍有来车，也中断这个相位的通车权。maxminGGG2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟362019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟375.3定时控制和感应控制的选择能降低延误和减少停车的控制方式，既有较好的交通效益又有较高的经济效益。不同交通条件下最有效的控制方式的分块图。如图所示。各类信号控制的优点2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟382019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟39六、干线交通控制系统(“线控”)为使车辆减少在城市道路网中各个交叉口上的停车时间，特别是使干道上的车辆能够畅通，通常把一条干道上一批相邻的交通信号连接起来，加以协调控制，就出现了干线交叉口交通信号的协调控制系统（简称线控制，也称绿波系统）。研究把整个区域内所有交通信号联起来加以协调控制，就形成了区域交通信号控制系统（简称面控制）。一大片控制区划分为若干控制子区；控制子区往往是若干条干线的交通控制系统。所以线控制是面控制的一种组成部分，或者说，线控制是面控制系统的一种简化的特殊形式。2019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟402019/12/25北京交通大学电子信息工程学院上官伟416.1定时式线控制的协调方式双向交通街道在各交叉口间距相等时，比较容易实现，且当信号间车辆行驶时间正好是线控系统周期时长一半的整数倍时，