第六章-干线协调控制

第六章干线信号协调控制第一节干道交通信号协调控制的基本概念第二节干道交通信号协调控制的现状及发展第三节干道交通信号协调控制的基本方法第四节干道交通信号控制的联结方法第五节选用线控系统的依据第六节干道交通信号的智能协调方法第一节基本概念1）周期时长在信号控制系统中，为使各交叉口的交通信号能取得协调，各个交通信号的周期时长必须是统一的。为此，必须先按单点定时信号的配时方法，根据系统中各交叉口的布局及交通流向、流量，计算出各个交叉口交通信号所需的周期时长，然后从中选出最大的周期时长作为这个系统的周期时长，把需要周期时长最大的这个交叉口叫做关键交叉口。在近代的控制系统中，对有些交通量较小的交叉口，实际需要周期时长接近于系统周期时长的一半，可把这些交叉口的信号周期时长定成系统周期时长的半数，这样的交叉口叫做双周期交叉口。2）绿信比在信号控制系统中，各个信号的绿信比是根据各个交叉口各向交通量的流量比来确定的。因此，控制系统中，各个交叉口信号的绿信比不一定相同。3）时差时差也称“相位差”，有绝对时差和相对时差之分。（1）绝对时差是指各个信号的绿灯或红灯的起点或中点相对于某点的时间之差。（2）相对时差二个标准信号绿灯或红灯的起点或中点相对时差等于两个信号绝对时差之差。以红灯中点为标准的时差与以绿灯中点为标准的时差是相等的，一般多用于线控制的方法确定信号时差；以红灯起点或绿灯起点为标准的时差，一般多用于面控制系统中确定信号时差。各信号的绿信比相等时，各不同标准点的时差都相等。一般多用绿灯起点或中点作为时差的标点，则称为绿时差。为使车辆通过协调信号控制系统时，能连续通过尽可能多的绿灯，必须使相邻信号间的绿时差同车辆在其间的行程时间相适应，所以时差是信号控制系统实现协调控制的关键参数。绿灯起步时差1.单向绿灯起步时差CCGeiGeiReiReiGeiGeiReiReiττCC相位A单向绿灯起步时差情况单向时差车辆延误1014.021024.032017.34309.35400.06504.2单向交通绿灯起步时差2.双向绿灯起步时差CCGeiGeiReiReiGeiGeiReiReiτ12CC相位A双向绿灯起步时差Cτ21上下τ12τ21双向绿灯起步时差τ12＋τ21＝k×Cτ12——上行绿灯起步时间τ21——下行绿灯起步时间C——共同信号周期上、下行行驶速度相等时：τ＝k×（C/2）第二节干道协调控制的现状与发展一、定时信控1．单向交通相邻各交叉口信号间的时差可按下式确定：式中：－相邻信号间的时差(s)；S－相邻信号间的间距（km）；—线控系统车辆可连续通行的车速(km/h)。2．双向交通双向交通街道的信号协调控制，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倍数时，可获得理想的效果。各交叉口间距不等时，信号协调控制就较难实现，必须采取试探与折中方法求得信号协调，还会损失信号的有效通车时间，提高相交街道上车辆的延误。双向交通定时式线控制各信号间的协调方式可有三种。3600vsQffQv1）同步式协调控制在同步式协调系统中，连接在一个系统中的全部信号，在同一时刻，对干道车流显示相同的灯色。当车辆在相邻交叉口间的行驶时间等于信号周期时长时，即相邻交叉口的间距符合关系式时这些相邻交叉口正好可组成同步式协调控制。当交叉口间距相当短，而且沿干道方向的交通量远大于交叉方向的交通量时，可把相邻交叉口看成一个交叉口，采用同一个配时方案，绿灯启亮时刻也相同，组成一个同步式协调控制系统，改善干道车辆的通行。或当干道交通量特别大，高峰小时交通量接近通行能力，下游交叉口红灯车辆排队有可能越过上游交叉口时，把这些交叉口组成同步式协调系统，可避免这种情况的发生。采用同步系统，都会使相交街道上的车辆增加停车时间。在同步系统中，各信号间的绿时差为零或等于周期时长。另外，这种系统，由于前方显示全是绿灯而有导致驾驶员加速赶绿灯的缺点。因这种系统在使用条件上有很大的局限性，还有种种缺点，所以现在甚少单独采用。3600vCs2）交互式协调控制在交互式协调系统中，连接在一个系统中相邻交叉口的信号，在同一时刻，显示相反的灯色。车辆在相邻交叉口间的行驶时间等于信号周期时长的一半时，采用交互式协调系统，车辆可连续通过相邻的交叉口，即相邻交叉口间距符合下式关系时，可采用交互式系统：如果一对信号同相邻的另一对信号组成交互式协调控制，则称为成对交互式协调系统。成对交互式协调系统中，车辆能连续通行的车速为：与同步系统一样，这种系统的适用性受到很大的限制，现在也甚少单独采用。36002vCs36004Csv3）续进式协调控制根据路上的要求车速与交叉口的间距，确定合适的时差，用以协调各相邻交叉口上绿灯的启亮时刻，使在上游交叉口上绿灯启亮后开出的车辆，以适当的车速行驶，可正好在下游交叉口绿灯启亮时到达。如此，使进入系统的车辆可连续通过若干个交叉口。续进式协调控制又可分为以下几种类型。（1）简单续进系统系统只使用一个系统周期时长和一套配时方案，使沿干道车队可在各交叉口间以设计车速连续通行。车速在系统的各个不同路段，可随各相邻交叉口间距而有所改变。（2）多方案续进系统是简单续进系统的改进系统。在为干线信号系统确定配时方案时，往往会遇到交通流变化的问题。交通流发生变化的可能有两类：a.单个路口的交通流发生变化系统中的一个或几个信号点上交通量可能增加或减小，这些变化能改变所需的周期时长或绿信比。b.交通流方向发生变化在双向运行的干线上，“入境”交通量和“出境”交通量可能变化。变化的可能有如下三种：入境交通量大于出境交通量，此时，可对入境方向的交通提供较多通车时间的配时方案；入境交通量大体上等于出境交通量，此时，对入境和出境交通流有一个同等对待的配时方案；出境交通量大于入境交通量，此时，要求配时方案有利于出境的交通流。一般控制系统，至少可提供3种配时方案（上午高峰、非高峰、下午高峰）。二、感应式线控系统原理：当检测器测得交通量增加时，开动主控制机，使之全面执行线控系统的控制；而在交通量降低时，各交叉口的信号机各自按独立状态操作，使线控系统既能得到良好的连续通车的效果，又能保持适应各个交叉口的交通变化。此系统称为感应式线控系统。1）使用半感应信号机的线控系统在线控系统中采用半感应信号机，并用线控系统的基本配时方案来控制这些半感应信号机。这种系统，在每个交叉口的次要街道上安装检测器，次街检测有车时，仅允许次街不影响主街连续通行的前提下，可得到基本配时方案内的部分绿灯时间，并根据交通检测的结果，次要街道的绿灯一有可能就尽快结束，次要街道上没有车辆时，绿灯将一直分配给主干线。2）使用全感应信号机的线控系统在采用全感应信号机线控系统中，一般情况下，系统各交叉口可按其正常的单点全感应方式操作；在系统某个交叉口前的干道上测得有车队存在时，上游交叉口信号控制机即通知下游邻近控制机，下游控制机协调单元即强令正在执行的相交街道或对向左转相位及时结束，让干道上车队到达时能够顺利通过交叉口。3）关键交叉口感应式线控系统英国曾用过一种简易的感应式线控系统，这种系统仅在关键交叉口上使用感应式控制机，安装车辆检测器，而把其前后信号控制机同关键交叉口的控制机联结起来。同下游交叉口联结的感应联动信号，可避免因下游交叉口的车辆排队对关键交叉口通车的影响，这种联结方式叫前向联结；同上游交叉口联结的感应联动信号，可避免因关键交叉口的车辆排队对上游交叉口通车的影响，这种联结方式叫后向联结。三．计算机线控系统1）脱机方法脱机方法是一种用按某种优化原则编制的计算软件，由计算机计算确定线控系统的配时方案，然后把这些配时方案设置到各交叉口的信号控制机中，各信号控制机定时按设定的配时方案控制各信号灯运转的方法。因为此法对信号灯控制的实施与计算机无关，所以称为“脱机”控制。目前线控系统配时方案的计算软件主要有MAXBAND和PASSERII。2）联机方法联机方法，不仅线控系统的配时方案由计算软件算得，而且计算软件所需的输入数据(主要是交通信息)由计算机从车辆检测器中直接取得，线控系统信号灯的运转也由计算机进行控制，所以称为“联机”控制。联机控制系统，按控制方式，可分为“配时方案选择式”和“配时方案形成式”两类。配时方案选择式控制系统的基本方法是，用线控系统计算软件，根据不同的交通状况，计算出相应的几套配时方案；把这些相应于不同交通状况的配时方案都移置到控制计算机或配有计算机的信号控制机(主控机)中；设置在路上的车辆检测器，测得路上的实际交通数据后，把这些信息送到控制器或计算机进行数据处理；并按处理结果，选择最接近于测得交通数据所适用的配时方案，定出信号控制参数。计算机或主控机即按这些控制参数指挥信号灯的运行。一般根据上、下行交通量，设置3～5种周期及相应时差的配时方案。国外，常用的五种周期为60s、65s、70s、80s和90s；五种时差为：（1）使通过带为最大的时差；（2）使通过带最大而又考虑其上、下界限的时差；（3）上行交通优先的时差；（4）下行交通优先的时差；（5）相同时差。第三节定时式线控制系统的配时设计方法一、时间－距离图二、所需的数据1、交叉口间距2、街道及交叉口布局3、交通量4、交通管制规则5、车速和延误把交叉口间距过长或交通量相差悬殊、影响交叉口信号协调控制效果的交叉口排除。三、备用配时方案计算步骤如下：(1)根据每一交叉口的平面布局及计算交通量，按单点定时控制的配时方法，确定每一交叉口所需的周期时长。(2)以所需周期时长最大的交叉口为关键交叉口，以此周期时长为线控系统的备选系统周期时长。(3)以各交叉口所需周期时长并根据主次道路的流量比，计算各交叉口各相位的绿信比及显示绿灯时间。(4)上步算得关键交叉口上主干道相位的显示绿灯时间，就是各交叉口上对干道方向所必须保持的最小绿灯长度：(5)按第三步算得非关键交叉口上次要道路方向显示绿灯时间，是该交叉口对次要道路所必须保持的最小绿灯时间。(6)系统周期时长大于非关键交叉口所需周期时长时，非关键交叉口改用系统周期时长。其各相绿灯时间均随着增长。非关键交叉口次要道路方向的绿灯时间只需保持其最小绿灯时间即可。为有利干线控系统协调双向时差，在非关键交叉口上保持其次路方向的最小绿灯时间，把因取系统周期时长后多出的绿灯时间全部加给主干道方向，这样还可适当增宽线控系统的通过带宽。四、周期时长常用的依据是：使通过带速度接近街上车辆的实际平均车速，定出一段周期时长的备选范围。如果系统中信号间距相当整齐。则用典型信号间距s和测得的车速v定出一批周期时长c。把这些备选周期时长同从各个交叉口配时得的所需系统周期时长对比，如果其中某个周期时长接近或略大于该公用周期时长，则选用此周期时长作为试算的基础，但首先要检验所选用的周期时长，能否保证各个交叉口有效地运行。如果所要设计的线控系统同其它线控系统相交或相近，这些线控系统已采用的周期时长就可定为要设计系统的周期时长。五、确定信号时差1)图解法在时间—距离图上协调线控制系统的时差，同时调整确定通过带速度和周期时长。P2222）数解法六、验证方案实施效果七、提高线控制系统效益的辅助设施为提高线控制系统的效益，可在实施线控制的干道上设置前置信号和可变车速指示标志。1．前置信号在主要交叉口前几十米的地方设置交通信号，可以使交通流在信号处集中，在交叉口处不停止地通过，从而可使交叉口上的绿灯时间得到有效利用，提高交叉口的通行能力。2．可变车速指示标志在交叉口前一个或几个地方设置速度标志，指示驾驶员以标志速度行驶，通过交叉口。可变车速标志上速度指示的数值，同交叉口信号的显示灯色与时间有关，且受交叉口信号控制机的控制。车速指示标志3．可变车速指示标志与前置信号合并使用据调查，采用前置信号与速度指示标志并用的线控制系统可使在交叉口不停车通过的车数从55％提高到70%～77％。第四节线控系统的联结方式1．无缆联结1）靠同步电动机或电源频率联结其优点是设施简单，安装维护费用低。但这样的联结方式，无法在各控制机中设置分时段的不同配时方案，只