第九讲单个交叉口交通信号控制

第九讲单个交叉口交通信号控制§9.1交通信号控制的相关概念§9.2交通信号控制配时计算步骤§9.3交通信号控制配时计算方法§9.4感应信号控制§9.5环形交叉口信号控制§9.1交通信号控制的相关概念1.信号相位2.相位图对信号轮流给某些方向的车辆或行人分配通行权顺序的确定。相位方案:即在一个信号周期内，安排了若干种控制状态，并合理安排了这些控制状态的显示次序，每一种控制状态即是一个相位。§9.1交通信号控制的相关概念3.周期长度4.信号配时图周期时长是信号灯各种灯色轮流显示一次所需的时间，即各种灯色显示时间总和；或是某一相绿灯启亮开始到下次该绿灯再次启亮之间的时间。5.（显示）绿灯时间g6.有效绿灯时间gei相位与i相位冲突相位绿灯时间放行车流率t有效绿灯时间饱和流量前损失时间后损失时间7.（显示）红灯时间r8.绿信比λ：一个信号相位的有效绿灯时长与周期时长之比。9.黄灯时间A（IA时，I=A）10.绿灯间隔I（包括黄灯和全红）11.损失时间LS：起动损失+全红损失时间相位一相位二绿灯间隔绿灯间隔12.流量（流率）q：单位时间内，实际通过的车辆数。pcu/h13.饱和流量S：在一次连续的绿灯信号时间内，进口道上一列连续车队能通过进口道停止线的最大流量，单位是pcu/绿灯小时。14.流量比y（=q/S）：流量/饱和流量。15.通行能力N（=λS）：一条进口道的通行能力是该车道饱和流量及其所属信号相位绿信比的乘积。16.饱和度x（=q/N）:各车道饱和度是各车道实际到达交通量与该车道通行能力之比。17延误d、D各车道每车平均延误d=d1+d2+d3d1—均匀延误，即车辆均匀到达所产生的延误；d2—随机附加延误，即车辆随机到达并引起超饱和周期所产生的延误；d3—初始排队附加延误，即在延误分析期初停有上一时段留下积余车辆的初始排队使后续车辆经受的附加延误；各进口道的每车平均延误是进口道中各车道延误之加权平均值。整个交叉口的延误D：各进口道延误的加权平均值。18临界车道所谓临界车道是指每一信号相位上，交通量最大的那条车道。方案实施资料准备交通调查确定配时方案数绿灯间隔确定行人过街配时确定周期长度计算延误分析绿信比计算§9.2交通信号控制配时计算步骤（1）确定配时方案数1.交通要求——在指定的单位时间内要求使用某段道路的车辆总和。交叉口总交通要求（TD）——与交叉口相连的各入口道路上交通要求的总和。穿过交通要求(CD)——交叉口处某一方向上的交通要求占交叉口总交通要求的百分比。2.划分时段总交通要求（辆／小时）时间6911141820232450010001500（2）计算绿灯时间间隔在国外，对黄灯时间有统一规定，如英国是4s，美国是3—5s。根据交叉口的车速而定，车速高则长，车速低则短。美国推荐公式：vLWavtIcr2（3）确定行人信号及配时；在信号交叉口，行人过街考虑三种方式：1．无行人信号，行人允许在绿灯平行的人行横道方向穿过街道；2．人行横道受到专用的行人信号控制，但不设专用的行人信号相；3．设置专用行人信号相，行人过街时，所有车辆必须全部停止通过交叉口。§9.2交通信号控制配时计算步骤（4）计算周期长度；（5）计算绿信比；（6）闪光信号的设置。是一种提示或警示作用，可根据实际情况决定。信号配时流程图§9.3交通信号控制配时计算方法§9.3.1最佳周期法§9.3.2韦伯斯特法§9.3.3估算法§9.3.1最佳周期法信号最佳周期C应满足周期内损失时间总和加上全部全部车辆以饱和流量通过交叉口所需时间：整理得到：CSqCSqCSqLCnn2211YLyLCni111?信号周期与延误关系§9.3.2韦伯斯特法信号控制交叉口，评价其信号参数是否最佳主要指标：延误时间(容易换算成经济损失来估算信号控制的经济效益)通行能力交通事故次数韦伯斯特法（Webster）就是以车辆延误时间取最小值为评价标准的一种方法。核心公式两个，单车延误计算公式和最佳周期长度计算公式。单车延误公式：)52(3/1222)(65.0)1(2)1(2)1(xqCxqxxCd均匀延误随机延误Sqx考虑式值较小，延误公式可以简化为：)52(3/12)(65.0xqC)1(2)1(2)1(22xqxxCd如果交叉口信号有n个相位，则交叉口总延误应为：niiidQD1将关系式对周期长度C求偏导数，并令偏导数为零，可得交叉口总延误与周期长度的关系式。经反复计算，韦伯斯特提出最佳周期计算公式：YLC155.10总损失时间可由下式求得：tRlnL交叉口交通流量比Y可用下式求得：niiYY1iY为第i相信号临界车道的交通流量比。韦伯斯特周期计算公式应用较为广泛的公式，可以用来确定信号周期长度。周期在0.75C—1.5C之间变化时，延误没有明显增加。因此，可以结合实际情况，选取适当的周期长度。10080604020020406080100120140160每辆车平均延误时间（s）信号周期（C）驶入交叉口的总流量,veh/h3000280024001600C0C0C0C0信号配时计算例一某交叉口渠化方案如图所示，相位方案为：①东西向专用左转②东西向直行和右转③南北向直行、右转和左转。经计算，各进口道的流量比如表所示，每个进口道宽度为16.5m。已知：Ls=3s，A=3s，I=4s。试计算以下信号配时参数：各相位有效绿灯时间及最佳周期时长C0（需校核行人过街最短绿灯时间，考虑路中设行人安全岛，步行速度取1.2米/秒）进口道车道y进口道车道y西左转0.1067北左转0.2559直左直左直行0.1737直行0.3604直右0.1795直右0.1852右转右转东左转0.1669南左转0.3823直左直左直行0.1947直行0.4106直右0.2117直右0.2069右转右转进口道的流量比解（1）计算信号总损失时间：启动损失时间加绿灯间隔时间减黄灯时间L=∑（Ls+I-A）i=3×（3+4-3）=12s（2）计算流量比之和。Y=∑yi=0.1669+0.2117+0.4106=0.7892（3）计算最佳周期长度。（4）计算各相位有效绿灯时间。总有效绿灯时间：Ge=C0-L=98s各相位有效绿灯时间gej=Geyi/Y各相位有效绿灯时间ge1=98*0.1669/0.7892=21s，ge2=26s,ge3=51s.1107892.01/23155.10YLC（5）计算各相位显示绿灯时间。gj=gej-Aj+ljg1=21-3+4=22s，g2=27s，g3=52s（6）计算最短绿灯时间。gmin=7+Lp/vp-I=7+16.5/1.2-4=17s,计算显示绿灯时间大于最短绿灯时间，满足行人过街要求，信号相位方案满足交叉口需求。§9.3.3估算法两相位控制条件下，对一典型十字交叉口：东西方向为第I相，其临界交通量设为qI，饱和交通量设为SI、绿灯时间设为GI，绿信比设为λI，C是周期长度；南北方向相应的各量设为qII、SII、GII、λII。假设每一项绿灯损失时间相等，设为L’。假设λI+λII＝1。§9.3.3估算法§9.3.3估算法两式连立求解，可得：)(12'iiiiiiSqSqLC)(1''CLSqCLSqiiiiiii实践表明，周期越长，车辆在路口等待时间越长，因此，周期应取上述式子的下限值。绿信比不能超过某一范围，为确定起见，绿信比常取该范围的中点。§9.3.3估算法从而有：)(12'iiiiiiSqSqLC)1(5.0iiiiiiiSqSq注意：1.上述公式是在交通流均匀情况下路口不产生阻塞建立的，与实际情况有出入。2.一相损失时间L’和饱和流量SI、SII都是通过调查得来的.3.损失时间L’和饱和交通量S都是在交通量比较大的时候测得的.交叉口车辆较少，不具备调查这些数据的条件，可采用下式计算：)(2125iiiiiiSqSqCiiiiiqqq计算所的数值，再在实践中调整即可。信号配时计算例二某交叉口渠化方案如图所示，相位方案为两相位,S=1800辆/小时。每相损失时间L=3.5s，黄灯时间A=4s,无全红时间。试计算信号周期和相关配时参数。800120016001800§9.4感应信号控制交通感应控制是通过车辆检测器检测到达进口道的交通需求，使信号显示时间适应测得交通需求的一种控制方式。一、车辆感应式控制的发展美国20世纪30年代初期研制世界上第一台感应式信号控制机。采用“声控”方式，要求车辆到达交叉口的某一指定位置时，必须响喇叭。20世纪60年代以来，随检测技术发展，感应控制系统也不断改进。感应信号控制根据检测方式可分为：（1）检测到达的单个车辆。原理是绿灯信号启动时。先给出一个最小绿灯时间，在这绿灯时间结束前，如果检测到有一个车辆到达，则给绿灯时间延长一小段时间，依此类推，直到绿灯时间累计达到预定的最大绿灯时间为止，这时关闭绿灯，开启红灯。（2）检测交叉口入口存在的车队。其原理是检测路口存在的车队情况，即只有当一个预定长度的车队被检测到时，该入口车道才开放绿灯和延长绿灯时间。二、感应控制原理感应式控制是一个典型的反馈控制过程，如图所示。从理论上讲，这种控制是可以取得良好效果的。但是，在实际中，这种“反馈”式的感应控制的效果并不一定比多时段定周期控制效果好．原因在于：交通流运行规律变化大，外界干扰大，难以用数学模型来描述或解释、这些因素影响了感应式控制的效果。1928年由Baltimore首先引入，通过设在路口检测器接受车流信息，使信号时间随流量自动改变配时方案。最初为机械触点形式，现大多为线圈形式，埋于路面下面。三、基本的控制参数1．初期绿灯时间（最小绿灯时间gmin=gi+g0）设置最短绿灯时间要考虑以下因素：（1）保证停在检测器和停车线之间的车辆能全部驶出停车线的时间。检测器与停车线的距离D;（2）行人过街所需要的最短时间W/V；（3）非机动车通过交叉口所需要的最短时间；ggig0gmaxgmin三、基本的控制参数2.单位绿灯延长时间g0。在时间间隔内，测得有后继车辆到达所延长的绿灯时间；设置单位绿灯延长时间应考虑以下因素：（1）单位绿灯延长时间的长短必须能使车辆从检测线开出停车线。（2）单位绿灯延长时间的恰当长度，应尽可能不产生绿灯时间损失。（3）在确定单位绿灯延长时间时，必须注意被检测的车道数。同一相位上的检测器通常在一起，因此，控制机所接收到的车辆间隔远比实际的车辆间隔要小得多。DWV检测器三、基本的控制参数3．绿灯极限延长时间gmax是为了保证绿信比而对各相位规定的绿灯时间的延长限度。绿灯极限延长时间实际上是按照定时信号最佳周期时长及绿信比分配到各个相位的绿灯时间，绿灯时间极限值一般定为30--60s。§9.4感应信号控制四、半感应控制在部分进口道上设置检测器的感应控制。半感应控制适用于主次道路相交且交通量变化较大的交叉口上，按检测器设置位置可分为：1.检测器设置在次要道路上2.检测器设置在主要道路上四、半感应控制1.支路半感应支路支路主路主路四、半感应控制2.主路半感应主路绿灯到初期绿灯时间？主路有车么？次路绿灯？次路绿灯结束到最大绿灯时间？否有是否支路支路主路主路五、全感应控制1.基本全感应控制所有进口道上都设置检测器，各信号相的绿灯时间均根据车辆检测器检测到的交通情况确定。全感应控制流程图五、全感应控制２.特殊感应控制特殊感应控制，可在一般感应控制上．按特殊需要，增加特殊的感应装置，执行特殊需要的感应控制功能。平时仍可按通常的交通需求执行一般的感应控制，一旦接到特殊感应信息时，立刻执行特殊的控制功能。如公共交通优先感应控制，消防、警卫等特种车辆优先感应控制等。030060