干线交叉口交通信号协调控制

1第十章干线交叉口交通信号协调控制•干线交通信号定时式协调控制•感应式线控系统和计算机线控系统•线控系统的联结方式•选用线控系统的依据2干线信号协调的基本思想干线信号协调是开放路网信号协调，即从系统的观点出发，将干线上的几个交叉口视一个整体，通过整体信号配时的协调优化，建立多个交叉口相互关联的信号配时方案组合，以达到提高干线运行效果的目的。3干线协调的使用条件当干线上两相邻信号控制交叉口之间的距离适当，使得车辆在路段上行驶时，能够基本上保持一个车队的形式时，可考虑对此干线进行信号协调控制。4干线协调的目的通过对各个交叉口的信号周期、绿信比以及交叉口之间的绿灯起步时差（相位差）作统筹安排，建立最优信号配时方案组合，提高干线整体交通运行效果，如最大绿波带、最小车辆延误与停车次数、最低油耗等。5干线信号协调的配时参数•（相位）•信号周期•绿信比（绿灯时间）•绿灯起步时差（相位差）6第一节干线交通信号定时式协调控制•信号协调控制系统的基本参数•定时式线控制系统的协调方式•定时式线控制系统的配时设计方法•提高线控制系统效益的辅助设施7一、信号协调控制系统的基本参数•周期•绿信比（绿灯时间）•相位差（绿灯起步时差）81、绿灯起步时差（相位差）•概念：相邻两交叉口绿灯起始时刻之差，称为绿灯起步时差或相位差，用Оij（秒）表示。•绿灯起步时差有单向与双向之分。单向绿灯起步时差用于单向交通，双向绿灯起步时差用于双向交通。9单向绿灯起步时差——用于协调单向交通（或双向交通的某一个方向）概念：对于单向交通，两相邻交叉口绿灯起始时刻单向之差，称为单向绿灯起步时差或单向相位差。图示：通常用单向时—空图（又称时—距图）描述单向相位差。CCGe1Re1Ge1Re112О12О12相位AGe1Re1Ge1Re1CC单向绿灯起步时差11单向绿灯起步时差的特点：可以根据需要任意取值，不受任何条件的限制。单向协调容易实现。12双向绿灯起步时差——用于双向协调概念：对于双向交通，两相邻交叉口绿灯起始时刻双向之差，称为双向绿灯起步时差或双向相位差，包括上行绿灯起步时差和下行绿灯起步时差，它们分别对应于路段上车流行驶方向的上行和下行。13图示：通常用双向时—空图（又称时—距图）描述双向相位差。CCCGe1Re1Ge1Re1Ge1Re112相位A上下Ge1Re1Ge1Re1Ge1CCO12O21O12O21双向绿灯起步时差15上行绿灯起步时差——O12：表示交叉口2比交叉口1绿灯时间迟起亮O12秒。下行绿灯起步时差——O21：表示交叉口1比交叉口2绿灯时间迟起亮O21秒。16上、下行绿灯起步时差的关系：O12+O21=kCC——共同信号周期，秒；K——任一整数•上、下行相位差之间存在约束条件：即二者之和为共同信号周期的整数倍。•上、下行绿灯起步时差不能分别根据需要而任意取值，双向协调难于实现。17[例]：现有两相邻信号控制交叉口，设共同的信号周期C=70秒，现调整上行绿灯起步时差O12=40秒。试回答：可否同时将下行绿灯起步时差调整为O21=40秒？为什么？解：绘制双向时—空图：C70124030O12O21上下C70图（例）Ge1Re1Ge1Re1Ge119由时—空图可见：•当调整上行绿灯起步时差O12=40秒后，下行绿灯起步时O21的最小值必然是30秒，因为：O12+O21=70秒∴O21=70–O12=70–40=30秒•同样，若使O21=40秒，则O12的最小值必然是30秒。∴上、下行绿灯起步时差不能同时取40秒。202、信号周期•要求：在进行信号协调控制时，参与信号协调的各交叉口均采取统一的信号周期，称之为共同周期。•共同周期的作用：使相位差保持恒定。21•相位差保持恒定是进行信号协调控制的必要条件。•用单向时—空图说明：——共同周期下，相位差能够恒定——周期不同时，相位差不能恒定•对于双向交通可以得到同样的结论。C80C80周期1周期2C80C801相位A2O1O2O3303030共同周期的作用Ge1Re1Ge1Re1周期1周期2周期3C150C150C15012相位AC270C270204060O1O2O3不采用共同周期下的绿灯起步时差Ge1Re1Ge1’Re1’243、绿灯时间部分交叉口的绿灯时间应进行调整。各交叉口绿灯时间可以各不相同。25二、定时式线控系统的协调方式1、单向交通2、双向交通261、单向交通（或双向交通的某一个方向）•理想条件：——共同周期——相位差等于车队在路段上的正常行驶时间10-13600vstijij272、双向交通•理想条件：——共同周期——相位差等于车队在路段上的正常行驶时间，并等于半周期的整数倍。10-22Cktjiij28干线上各路段距离相等：容易满足理想条件。干线上各路段距离不相等：理想条件难于满足，经常使用折中方案。双向协调三种控制形式：——同步式协调控制（相位差为0秒）——交互式协调控制（相位差为半周期）——续进式协调控制（调整相位差）29三、定时式线控制系统的配时设计方法1、时间-距离图（也称时-距图或时-空图）图示画法：125页（图10-1）（或旋转90度绘图）GR12VLO=40VRGt=40单向时—空图（理想条件）2312、配时所需数据：两相邻交叉口之间的距离；交叉口布局（是否有直行车道）交通流量（直行单、双向）交通管理规则（是否单行线）车速及延误（是否需要协调）323、配时方案的确定：•共同周期的确定通常取交通负荷最高的（关键）交叉口作为信号协调的参考点。各交叉口相对于此参考点进行绿灯起步时差的调整。关键交叉口所需的最佳周期，作为信号协调的共同周期。123C1=55C2=70C3=65(a)123(b)关键交叉口（参考点）C=70共同周期的确定34•绿灯时间的确定（一般方法）关键交叉口绿灯时间不变；非关键交叉口绿灯需要调整：非关键交叉口沿干线方向的绿灯时间不小于关键交叉口沿干线方向的绿灯时间。各交叉口绿灯时间可以各不相同。35•绿波推进速度VV是研究绿波交通的一个关键参数，它取决于路段上车流的平均空间速度。CGeiReiOVV10*干线Ge0Re0C单向绿波交通37•确定绿灯起步时差：（是否满足理想条件、是否需要折中方案）具体方法：——图解法（绘制时-距图）——数解法（计算延误时间）应用时：图解、计算应结合。384、验证方案实施效果理想条件与实际条件可能存在差异：道路方面：车道划分、路段距离等。车流方面：车队、车队的离散、附加车流等。速度方面：各路段有各自的平均车速。（完善速度诱导）结论：理想条件下的绿波（尤其是双向）难于实现39双向协调折衷方案的考虑：•上、下行均等的绿波带宽度：适用于上、下行交通流量均等的情况。•上行具有较宽的绿波带宽度：适用于上行交通流量较大的情况。•下行具有较宽的绿波带宽度：适用于下行交通流量较大的情况。40四、提高线控制系统效益的辅助设施•前置信号•可变速度指示标志•可变速度指示标志与前置信号结合使用41例一：两相邻信号控制的交叉路口，间距L=600米，路口间车队的平均行驶速度为V=36公里/时。已知单点控制时交叉口1的最佳周期为C1=100秒，交叉口2的最佳周期为C2=90秒，各交叉口均取红、绿灯各半。42试求：1、干线沿1至2方向进行单向信号协调控制时，共同周期应取多少秒？为什么？两交叉口之间绿灯起步时差如何取值时协调效果最好？2、绘制满足条件1的单向时—空图。3、此干线在所给条件下可否实现双向绿波交通？为什么？43答案：1、共同周期C=100秒O=60秒2、（图略）3、t=60秒半周期=50秒所以：t≠半周期的整数倍所以不能实现实现双向绿波交通。44例二：两相邻信号控制的交叉路口，间距L=500米，路口间车队的平均行驶速度为V=36公里/时。已知两路口信号周期C=60秒，且两路口在协调方向的有效绿灯和等效红灯都相等。45试求：1．在上述条件下，此时能否实现理想双向绿波？2．如要实现理想双向绿波信号周期必须增大多少?3．在C=60秒，上行相位差为30秒的情况下，绘制此时的双向时-空图。46答案：⒈根据题意，要实现理想双向绿波，须满足关系：t=K（c/2）L=500，V=10米/秒，于是L/V=50，从而有kC=100。因k是整数，当k=1时，C=100（秒），当k=2时，C=50（秒），k=3时，C=33.3（秒）由于已知C=60，显然与实现理想双向绿波条件不符，故在已知条件下不能实现理想双向绿波。47⒉根据上述计算：C=100（秒）时，能实现理想双向绿波，而目前的信号周期C=60（秒），故100-60=40（秒），即C应增加40秒，可实现理想双向绿波。GRGRGRRGRGRL/V=50上下上行下行1249例三：两相邻信号控制的交叉口，间距为L=600米，路口间车队的平均行驶速度为V=36公里/时。已知两路口所需信号周期均不得小于50秒，且两路口在协调方向的有效绿灯和等效红灯都相等。50试求：1．在上述条件下，要实现理想双向绿波的最小周期C=?。2．此时的上、下行相位差分别是多少?3．绘制此时的双向时—空图。51答案：1：L=600，V=10米/秒，t=L/V=60，从而有kC=120（k是整数）当k=1时，C=120（秒），当k=2时，C=60（秒），k=3时，C=40（秒）；由于C50，最小周期C=60（秒）。522：此时上、下行相位差分别是O上，O下。理想情况下，相位差等于行驶时间，故⑴上行相位差分别是O上=L/V=60（秒）⑵下行相位差分别是O下=L/V=60（秒）此时显然满足：O上+O下=2CGRGRGRGRGRGR上上行下行下1254例四：已知：三个相邻交叉口1、2、3，间距分别为L12=600米，L23=500米，共同周期C=100秒，取红、绿灯各半，上、下行车速V=36公里/小时。55试求：1、此干线欲沿1至2至3方向（上行）实现单向绿波交通，两相邻交叉口之间的绿灯起步时差应如何取值？为什么？绘制干线单向时—空图。2、此干线欲实现双向绿波交通，面临的具体困难是什么？56答案：1、O12=t12=60秒，O23=t23=50秒。（图略）2、主要问题：路段距离不相等。在路段L12不能实现理想条件下的绿波交通。57第二节感应式线控系统和计算机线控系统•感应式线控系统•计算机线控系统58一、感应式线控系统•什么是感应式线控系统：131页•类型：——半感应线控系统——全感应线控系统——关键交叉口感应式线控系统59二、计算机线控系统•协调方案的两种算法：——脱机算法——联机算法60第三节线控系统的联结方式•无缆联结（无电缆协调控制）•有缆联结（有电缆协调控制）61一、无缆联结（无电缆协调控制）•指干线上的各信号机，以其各自的实时时钟控制存储在其中的配时方案运行时间表。•不设置主控制器，没有主控制器与各协调控制信号机之间的通信电缆，故称为无电缆协调控制。•通过配时及信号机的同步运行实现。•要求各信号机能够“自动对时”，各个信号机时钟保持“同步运行”。62二、有缆联结（有电缆协调控制）•指干线上各个交叉口的信号机的协调运行是由主控制机或计算机通过传输线路操纵的一种控制方式。•配时方案的更换通常是由主控制机或计算机进行的。•在主控制机不对路口信号机进行干预，或通信线路出现故障时，相当于无电缆协调控制。63第四节选用线控系统的依据•线控的目的：有效地减少干线上车队的车辆延误。•应用线控时应考虑的实际问题：——车流的到达特性——信号交叉口之间的距离——街道实际条件——信号相位数——交通流的随机波动