第四章交通信號控制概論 第一節(jié)概述交通信號及交通信號燈交通信號燈的設(shè)置依據(jù)信號燈控制類別第二節(jié)信號控制參數(shù)與基本概念第三節(jié)道路交通控制基礎(chǔ)理論 一 交通信號在道路上用來傳送具有法定意義指揮交通流通行或停止的光 聲 手勢等 都是交通信號 道路上常用的交通信號有燈光信號和手勢信號 交通信號是在空間上無法實(shí)現(xiàn)分離的地方 在平面交叉口上 用來在時(shí)間上給交通流分配通行權(quán)的一種交通指揮措施 交通信號燈用輪流顯示不同的燈色來指揮交通的通行或停止 除交叉口交通信號燈外 還有人行橫道信號燈和車道信號燈等燈光信號 車道信號燈一般多用在高速道路 大橋 隧道及有可逆方向車道的道路上 第一節(jié)交通信號及交通信號燈 1 信號燈的含義1 非閃燈 1 綠燈表示車輛可以通行 在平面交叉口 面對綠燈的車輛可以直行 左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn) 2 紅燈表示不許車輛通行 面對紅燈的車輛不能超過停車線 3 黃燈表示即將亮紅燈 車輛應(yīng)該停止 除非黃燈剛亮?xí)r 已經(jīng)接近停車線 無法安全制動的車輛 可以開出停車線 2 閃燈 1 紅燈閃警告車輛不準(zhǔn)通行 2 黃燈閃或兩個(gè)黃燈交替閃亮表示車輛可以通行 但必須特別小心 3 箭頭燈 1 綠色箭頭燈表示車輛只允許沿箭頭所指的方向通行 2 紅色或黃色箭頭燈表示僅對箭頭所指的方向起紅燈或黃燈的作用 4 專用于自行車的信號燈應(yīng)在信號燈上加有自行車的圖案 2 信號燈的種類除原來紅 黃 綠三色基本信號燈之外 又增加了以下兩種信號燈 1 箭頭信號燈箭頭信號燈是在燈頭上加一個(gè)指示方向的箭頭 可有左 直 右三個(gè)方向 它是專為分離各種不同方向交通流 并對其提供專用通行時(shí)間的信號燈 這種信號 當(dāng)然只在設(shè)有專用轉(zhuǎn)彎車道的交叉口上使用才能有效 2 閃爍燈普通紅 黃 綠或綠色箭頭燈 在啟亮?xí)r 按一定的頻率閃爍 以補(bǔ)充其他燈色所不能表達(dá)的交通指揮意義 我國有些城市 安裝了一種附有隨燈色顯示時(shí)間倒計(jì)時(shí)間顯示的一種信號燈 可以告訴駕駛員 正在顯示的燈色所余留的時(shí)間 隨時(shí)掌握自己的駕車動作 3 各式信號燈的次序安排信號燈的次序安排分豎式和橫式兩種 1 豎式 1 國際規(guī)定 自上而下為紅 黃 綠燈 2 帶有箭頭燈時(shí) 安排次序如下 單排式 自上而下 一般為紅 黃 綠 直行箭頭 左轉(zhuǎn)箭頭 右轉(zhuǎn)箭頭燈 中間可省掉不必要的箭頭燈 當(dāng)同時(shí)裝有直 左 右三個(gè)箭頭燈時(shí) 可省掉普通綠燈 雙排式 一般在普通信號燈的里側(cè)加裝左轉(zhuǎn)箭頭燈 或左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)箭頭燈 或左 直 右三個(gè)箭頭燈 2 橫式 1 國際規(guī)定 自外向里為紅 黃 綠燈 2 帶有箭頭燈時(shí) 安排次序如下 單排式 自外向里 一般為紅 黃 左箭頭 直箭頭 右箭頭燈 或紅 黃 左箭頭 綠燈 或紅 黃 綠 右箭頭燈 雙排式 自外向里 為左箭頭燈 直箭頭燈和右箭頭燈 中間可省掉不必要的箭頭燈 橫排時(shí) 左 右箭頭燈所處位置 原則上同左 右車道的位置一致 1 信號控制設(shè)置的利弊分析信號控制設(shè)計(jì)合理的交叉口 其通行能力比無信號控制的交叉口大 當(dāng)無信號控制的交叉口的交通量接近其通行能力時(shí) 車流的延誤和停車會大大增加 尤其是次要道路上車輛的停車 延誤更加嚴(yán)重 此時(shí)把這類交叉口改為信號控制的交叉口可以明顯改善次要道路的通行能力 減少其停車與延誤 但如果交通量沒有達(dá)到設(shè)置信號燈的程度時(shí) 不合理的設(shè)置信號控制 其結(jié)果可能會適得其反 信號燈設(shè)置合理 正確就能發(fā)揮明顯的效益 設(shè)置不當(dāng)時(shí) 非但浪費(fèi)了設(shè)備及安裝費(fèi)用 還會造成不良的后果 因此 研究制定合理設(shè)置交通信號燈的依據(jù)是十分重要的 在技術(shù)上 使設(shè)置信號燈有據(jù)可依 避免亂設(shè)信號燈現(xiàn)象 在經(jīng)濟(jì)上 可避免無謂的投資浪費(fèi) 在交通上 可避免不必要的損失和交通事故 2 信號控制設(shè)置的基本理論停車標(biāo)志交叉口改為信號交叉口時(shí)主要應(yīng)考慮兩個(gè)因素 無信號交叉口的通行能力和延誤 1 停車標(biāo)志交叉口的通行能力停車標(biāo)志交叉口的通行能力為主路通行能力與次路通行能力之和 主路通行能力可認(rèn)為和路段通行能力一樣 次路通行能力可通過計(jì)算主路車流中可供次路車輛穿越的空檔數(shù)來求出次路可以通行的最大交通量 根據(jù)以上分析次路可通過的最大交通量的公式如下 式中 次要道路可通過的最大交通量 輛 h 主要道路交通量 輛 h Q 3600 輛 s 次要道路穿過主路車流的臨界空檔時(shí)距 s 次要道路車輛連續(xù)通行時(shí)的車頭時(shí)距 s 一般 當(dāng)交通量發(fā)展到接近停車或讓路標(biāo)志交叉口所能處理的能力時(shí) 才加設(shè)交通信號控制 主要考慮兩個(gè)因素 停車標(biāo)志交叉口的通行能力和延誤 圖中A B為停車標(biāo)志交叉口的流量 延誤關(guān)系曲線 C為信號控制交叉口的流量 延誤關(guān)系曲線 比較曲線A C可以看出 當(dāng)進(jìn)入交叉口的交通總流量超過800輛時(shí) 信號控制交叉口的延誤比停車標(biāo)志交叉口小的多 此時(shí) 采用信號控制就比停車標(biāo)志控制更為合理 二 設(shè)置交通控制信號的依據(jù) 考慮各自的交通實(shí)際情況后制定出各自的依據(jù) 前期必須做的調(diào)查工作1 車輛與行人的交通流量 2 進(jìn)口道上的車輛行駛速度 3 交叉口的平面布置圖 4 交通事故及沖突記錄圖 5 可穿越臨界空當(dāng) 6 延誤 信號燈設(shè)置依據(jù) 美國方法 8小時(shí)流量4小時(shí)流量高峰小時(shí)學(xué)童過街聯(lián)動信號事故記錄道路網(wǎng)絡(luò) 表第一條依據(jù) 8h車流量 圖第2條依據(jù) 4h流量 信號燈設(shè)置依據(jù) 我國方法 高峰小時(shí)流量和12小時(shí)流量道路寬度大于15 應(yīng)設(shè)非機(jī)動車信號燈行人高峰小時(shí)流量大于500人次應(yīng)設(shè)行人過街信號燈實(shí)行分道控制的交叉口應(yīng)設(shè)車道信號燈交叉口間距大于500m 高峰小時(shí)流量超過750輛及12h流量超過8000輛的路段 當(dāng)通過人行橫道的行人高峰小時(shí)流量超過500人次時(shí) 可設(shè)置人行橫道信號燈及相應(yīng)的機(jī)動車信號燈 三 信號控制類別 1 按控制范圍分類1 單個(gè)交叉口的交通控制每個(gè)交叉口的交通控制信號只按照該交叉口的交通情況獨(dú)立運(yùn)行 不與其鄰近交叉口的控制信號有任何聯(lián)系的 稱為單個(gè)交叉口交通控制 俗稱 點(diǎn)控制 2 干道交叉口信號協(xié)調(diào)控制把干道上若干連續(xù)交叉口的交通信號通過一定的方式聯(lián)結(jié)起來 同時(shí)對各交叉口設(shè)計(jì)一種相互協(xié)調(diào)的配時(shí)方案 各交叉口的信號燈按此協(xié)調(diào)方案聯(lián)合運(yùn)行 使車輛通過這些交叉口時(shí) 不致經(jīng)常遇上紅燈 稱為干道信號協(xié)調(diào)控制 也叫 綠波 信號控制 俗稱 線控制 根據(jù)相鄰交叉口間信號燈聯(lián)結(jié)方法的不同 線控制可分為 1 有電纜線控由主控制機(jī)或計(jì)算機(jī)通過傳輸線路操縱各信號燈間的協(xié)調(diào)運(yùn)行 2 無電纜線控通過電源頻率及控制機(jī)內(nèi)的計(jì)時(shí)裝置來操縱各信號燈按時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)行 3 區(qū)域交通信號控制系統(tǒng)以某個(gè)區(qū)域中所有信號控制交叉口作為協(xié)調(diào)控制的對象 簡稱為區(qū)域交通信號控制系統(tǒng) 俗稱 面控制 控制區(qū)內(nèi)各受控交通信號都受中心控制室的集中控制 2 按控制方法分類1 定時(shí)控制交叉口信號控制機(jī)均按事先設(shè)定的配時(shí)方案運(yùn)行 稱定周期控制 一天只用一個(gè)配時(shí)方案的稱為單段式定時(shí)控制 一天按不同時(shí)段的交通量采用幾個(gè)配時(shí)方案的稱為多段式定時(shí)控制 最基本的控制方式是單個(gè)交叉口的定時(shí)控制 線控制 面控制也都可用定時(shí)控制的方式 也叫靜態(tài)線控系統(tǒng) 靜態(tài)面控系統(tǒng) 2 感應(yīng)控制感應(yīng)控制是在交叉口進(jìn)口道上設(shè)置車輛檢測器 信號燈配時(shí)方案可隨檢測器檢測到的車流信息而隨時(shí)改變的一種控制方式 感應(yīng)控制的基本方式是單個(gè)交叉口的感應(yīng)控制 簡稱單點(diǎn)感應(yīng)控制 可分為 1 半感應(yīng)控制只在交叉口部分進(jìn)口道上設(shè)置檢測器的感應(yīng)控制 2 全感應(yīng)控制在交叉口全部進(jìn)口道上都設(shè)置檢測器的感應(yīng)控制 兩種分類方法的關(guān)系如圖2 1所示 第二節(jié)信號控制參數(shù)與基本概念 一 信號控制參數(shù)三個(gè)基本參數(shù) 信號周期綠信比相位差 1 步伐和步長 步伐 某一時(shí)刻 燈控路口各個(gè)方向各信號燈狀態(tài)所組成的一組確定的燈色狀態(tài) 例如 早上7 00信號機(jī)開機(jī) 南北方向左轉(zhuǎn)箭頭燈和紅燈亮 東西方向紅燈亮 所有人行紅燈亮 其他等均不亮 這種狀態(tài)持續(xù)了20s 那么這種狀態(tài)稱為一個(gè)步伐 其步長為20s 步長的變化單位為1s 2 周期一個(gè)循環(huán)內(nèi)各步伐的步長之和稱為信號周期 3 相位及相序相位 在交叉口進(jìn)口道處 不同的流向按照一定的順序獲得通行權(quán) 通行權(quán)的每一次更換 就構(gòu)成了一個(gè)信號相位 相序 通行權(quán)的順序構(gòu)成相序 圖1兩相位信號配時(shí)圖 圖2具有專用左轉(zhuǎn)相位的三相位方案 圖3交通信號控制的八個(gè)相位 信號相位一股或幾股車流 他們在一個(gè)信號周期內(nèi) 不管任何瞬間都獲得完全相同的信號燈色顯示 那么就把各進(jìn)口道不同方向所顯示的不同燈色的組合稱作一個(gè)信號相位 4 信號階段車輛在通過交叉口時(shí) 通行權(quán) 依次輪流分配給各個(gè)相位 通行權(quán) 的每一次轉(zhuǎn)換就稱為一個(gè)信號階段 信號相位與信號階段的主要區(qū)別是 信號相位 是按車流獲得信號顯示的時(shí)序來劃分的 有多少種不同的時(shí)序排列就有多少個(gè)信號相位 信號階段 則是根據(jù)交叉口通行權(quán)在一個(gè)信號周期內(nèi)的更迭次數(shù)來劃分的 一個(gè)信號周期內(nèi)通行權(quán)轉(zhuǎn)換幾次就是幾個(gè)信號階段 若一個(gè)信號周期內(nèi)沒有搭接相位 則信號相位和信號階段的含義是相同的 圖2 2中的丁字型交叉口顯示了信號相位與信號階段的區(qū)別 4 綠信比在一個(gè)信號周期內(nèi) 各相位的有效綠燈時(shí)間與周期長度的比值 有效綠燈時(shí)間 綠燈時(shí)間 黃燈時(shí)間 損失時(shí)間 5 相位差1 絕對時(shí)差是指各個(gè)信號的綠燈或紅燈的起點(diǎn)或中點(diǎn)相對于某一標(biāo)準(zhǔn)信號綠燈或紅燈的時(shí)間之差 2 相對時(shí)差是指相鄰兩信號的綠燈或紅燈的起點(diǎn)或中點(diǎn)之間的時(shí)間之差 相對時(shí)差等于兩個(gè)信號絕對時(shí)差之差 以紅燈中點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)差與以綠燈中點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)差是相等的 一般多用于線控制的通過帶方法中確定信號時(shí)差 以紅燈起點(diǎn)或綠燈起點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)差 一般多用于面控制系統(tǒng)中確定信號時(shí)差 各信號的綠信比相等時(shí) 各不同標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的時(shí)差都相等 一般多用綠燈起點(diǎn)或中點(diǎn)作為時(shí)差的標(biāo)點(diǎn) 則稱為綠時(shí)差 常用時(shí)距圖來表示信號賠時(shí)與距離的關(guān)系 二 基本概念1 信號綠燈用G 秒 表示2 信號紅燈用R 秒 表示3 信號黃燈用A 秒 表示黃燈時(shí)間設(shè)置考慮的因素 提醒駕駛員綠燈信號時(shí)段就要結(jié)束 是車輛在停車線前面安全停下來 對于已通過停車線或者部分通過停車線的車輛 能在下相位綠燈啟亮之前安全地駛離交叉口沖突區(qū) 為滯留在沖突區(qū)內(nèi)的車輛提供清路口的時(shí)間 黃燈時(shí)間的取值范圍為 秒 若大于 秒 超出部分通常用全紅時(shí)間取代 4 全紅時(shí)間是指交叉口處于 四面紅燈 控制狀態(tài)下的一段紅燈時(shí)間 用r 秒 表示 往往出現(xiàn)在連續(xù)兩個(gè)信號周期之間 或相位轉(zhuǎn)換之間 作為交通信號調(diào)查的依據(jù)或起點(diǎn) 5 信號配時(shí) 信號燈色顯示一個(gè)循環(huán)各燈色需要的時(shí)間 信號配時(shí)圖 相位A T1 G1 A1 R1 相位B R2 G2 A2 T2 C 信號周期與綠燈時(shí)段 n 2 r 0 1 相位A T1 G1 A1 R1 相位B R2 G2 A2 T2 C 信號周期與綠燈時(shí)段 n 3 r 0 2 G1 A1 R2 相位C R3 G3 A3 R3 T3 C C 相位A G1 A R1 相位B R2 G2 A C 信號周期與綠燈時(shí)段 n 2 r 0 3 r r r C 第三節(jié)道路交通控制基礎(chǔ)理論 一 交通流理論1 三參數(shù)及相互關(guān)系 Q Vk2 跟馳理論 運(yùn)用動力學(xué)方法 將交通流處理成分散的粒子組成 從微觀角度探究在無法超車的單一車道上車輛列隊(duì)行駛時(shí) 后車跟隨前車的行駛狀態(tài) 3 流體力學(xué)理論 運(yùn)用動力學(xué)方法 從宏觀角度采用連續(xù)介質(zhì)模式 假設(shè)前后兩車的行駛狀態(tài)完全一樣 將車流看成一種流體 把車流密度的疏密變化看成水波的起伏 并抽象成車流波 利用流體力學(xué)基本原理 建立車流的連續(xù)方程 又稱交通流波動理論 4 排隊(duì)論理論 二 道路通行能力和服務(wù)水平P116基本通行能力可能通行能力實(shí)際通行能力區(qū)別路段與交叉口通行能力計(jì)算的不同 三 交通信號采集和處理技術(shù) P126 四 短時(shí)交通流預(yù)測理論1 定義 STSF 時(shí)間序列數(shù)據(jù)的間隔和預(yù)測期均較短的交通流預(yù)測 一般在15min之內(nèi) 2 方法 基于線形系統(tǒng)理論方法 回歸 時(shí)間序列基于知識發(fā)現(xiàn)的智能模擬方法 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基于非線性系統(tǒng)理論方法 突變 混沌理論基于組合模型的預(yù)測方法基于交通模擬的預(yù)測方法基于動態(tài)交通流分配的預(yù)測方法 五 交通狀態(tài)評價(jià) 服務(wù)水平 依據(jù) 五 交通仿真技術(shù) 微觀仿真 vissimEmmE 2 paramics cube等軟件