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第四章交通信號(hào)控制概論 第一節(jié)概述交通信號(hào)及交通信號(hào)燈交通信號(hào)燈的設(shè)置依據(jù)信號(hào)燈控制類別第二節(jié)信號(hào)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(hào)在道路上用來(lái)傳送具有法定意義指揮交通流通行或停止的光 聲 手勢(shì)等 都是交通信號(hào) 道路上常用的交通信號(hào)有燈光信號(hào)和手勢(shì)信號(hào) 交通信號(hào)是在空間上無(wú)法實(shí)現(xiàn)分離的地方 在平面交叉口上 用來(lái)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(hào)燈用輪流顯示不同的燈色來(lái)指揮交通的通行或停止 除交叉口交通信號(hào)燈外 還有人行橫道信號(hào)燈和車道信號(hào)燈等燈光信號(hào) 車道信號(hào)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(hào)及交通信號(hào)燈 1 信號(hào)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(duì)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(duì)紅燈的車輛不能超過(guò)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(wú)法安全制動(dòng)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(duì)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(hào)燈應(yīng)在信號(hào)燈上加有自行車的圖案 2 信號(hào)燈的種類除原來(lái)紅 黃 綠三色基本信號(hào)燈之外 又增加了以下兩種信號(hào)燈 1 箭頭信號(hào)燈箭頭信號(hào)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(duì)其提供專用通行時(shí)間的信號(hào)燈 這種信號(hào) 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(guó)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(hào)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(dòng)作 3 各式信號(hào)燈的次序安排信號(hào)燈的次序安排分豎式和橫式兩種 1 豎式 1 國(guó)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(hào)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(guó)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(hào)控制設(shè)置的利弊分析信號(hào)控制設(shè)計(jì)合理的交叉口 其通行能力比無(wú)信號(hào)控制的交叉口大 當(dāng)無(wú)信號(hào)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(huì)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(hào)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(méi)有達(dá)到設(shè)置信號(hào)燈的程度時(shí) 不合理的設(shè)置信號(hào)控制 其結(jié)果可能會(huì)適得其反 信號(hào)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(huì)造成不良的后果 因此 研究制定合理設(shè)置交通信號(hào)燈的依據(jù)是十分重要的 在技術(shù)上 使設(shè)置信號(hào)燈有據(jù)可依 避免亂設(shè)信號(hào)燈現(xiàn)象 在經(jīng)濟(jì)上 可避免無(wú)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(hào)控制設(shè)置的基本理論停車標(biāo)志交叉口改為信號(hào)交叉口時(shí)主要應(yīng)考慮兩個(gè)因素 無(wú)信號(hào)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(guò)計(jì)算主路車流中可供次路車輛穿越的空檔數(shù)來(lái)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(guò)的最大交通量的公式如下 式中 次要道路可通過(guò)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(guò)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(hào)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(hào)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(guò)800輛時(shí) 信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)燈設(shè)置依據(jù) 美國(guó)方法 8小時(shí)流量4小時(shí)流量高峰小時(shí)學(xué)童過(guò)街聯(lián)動(dòng)信號(hào)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(hào)燈設(shè)置依據(jù) 我國(guó)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(dòng)車信號(hào)燈行人高峰小時(shí)流量大于500人次應(yīng)設(shè)行人過(guò)街信號(hào)燈實(shí)行分道控制的交叉口應(yīng)設(shè)車道信號(hào)燈交叉口間距大于500m 高峰小時(shí)流量超過(guò)750輛及12h流量超過(guò)8000輛的路段 當(dāng)通過(guò)人行橫道的行人高峰小時(shí)流量超過(guò)500人次時(shí) 可設(shè)置人行橫道信號(hào)燈及相應(yīng)的機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈 三 信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)協(xié)調(diào)控制把干道上若干連續(xù)交叉口的交通信號(hào)通過(guò)一定的方式聯(lián)結(jié)起來(lái) 同時(shí)對(duì)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(hào)燈按此協(xié)調(diào)方案聯(lián)合運(yùn)行 使車輛通過(guò)這些交叉口時(shí) 不致經(jīng)常遇上紅燈 稱為干道信號(hào)協(xié)調(diào)控制 也叫 綠波 信號(hào)控制 俗稱 線控制 根據(jù)相鄰交叉口間信號(hào)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(guò)傳輸線路操縱各信號(hào)燈間的協(xié)調(diào)運(yùn)行 2 無(wú)電纜線控通過(guò)電源頻率及控制機(jī)內(nèi)的計(jì)時(shí)裝置來(lái)操縱各信號(hào)燈按時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)行 3 區(qū)域交通信號(hào)控制系統(tǒng)以某個(gè)區(qū)域中所有信號(hào)控制交叉口作為協(xié)調(diào)控制的對(duì)象 簡(jiǎn)稱為區(qū)域交通信號(hào)控制系統(tǒng) 俗稱 面控制 控制區(qū)內(nèi)各受控交通信號(hào)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(hào)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(cè)器 信號(hào)燈配時(shí)方案可隨檢測(cè)器檢測(cè)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(jiǎn)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(cè)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(cè)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(hào)控制參數(shù)與基本概念 一 信號(hào)控制參數(shù)三個(gè)基本參數(shù) 信號(hào)周期綠信比相位差 1 步伐和步長(zhǎng) 步伐 某一時(shí)刻 燈控路口各個(gè)方向各信號(hào)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(hào)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(zhǎng)為20s 步長(zhǎng)的變化單位為1s 2 周期一個(gè)循環(huán)內(nèi)各步伐的步長(zhǎng)之和稱為信號(hào)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(hào)相位 相序 通行權(quán)的順序構(gòu)成相序 圖1兩相位信號(hào)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(hào)控制的八個(gè)相位 信號(hào)相位一股或幾股車流 他們?cè)谝粋€(gè)信號(hào)周期內(nèi) 不管任何瞬間都獲得完全相同的信號(hào)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(hào)相位 4 信號(hào)階段車輛在通過(guò)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(hào)階段 信號(hào)相位與信號(hào)階段的主要區(qū)別是 信號(hào)相位 是按車流獲得信號(hào)顯示的時(shí)序來(lái)劃分的 有多少種不同的時(shí)序排列就有多少個(gè)信號(hào)相位 信號(hào)階段 則是根據(jù)交叉口通行權(quán)在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)的更迭次數(shù)來(lái)劃分的 一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)通行權(quán)轉(zhuǎn)換幾次就是幾個(gè)信號(hào)階段 若一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)沒(méi)有搭接相位 則信號(hào)相位和信號(hào)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(hào)相位與信號(hào)階段的區(qū)別 4 綠信比在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi) 各相位的有效綠燈時(shí)間與周期長(zhǎng)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(duì)時(shí)差是指各個(gè)信號(hào)的綠燈或紅燈的起點(diǎn)或中點(diǎn)相對(duì)于某一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)綠燈或紅燈的時(shí)間之差 2 相對(duì)時(shí)差是指相鄰兩信號(hào)的綠燈或紅燈的起點(diǎn)或中點(diǎn)之間的時(shí)間之差 相對(duì)時(shí)差等于兩個(gè)信號(hào)絕對(duì)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(guò)帶方法中確定信號(hào)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(hào)時(shí)差 各信號(hào)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(lái)表示信號(hào)賠時(shí)與距離的關(guān)系 二 基本概念1 信號(hào)綠燈用G 秒 表示2 信號(hào)紅燈用R 秒 表示3 信號(hào)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(hào)時(shí)段就要結(jié)束 是車輛在停車線前面安全停下來(lái) 對(duì)于已通過(guò)停車線或者部分通過(guò)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(hào)周期之間 或相位轉(zhuǎn)換之間 作為交通信號(hào)調(diào)查的依據(jù)或起點(diǎn) 5 信號(hào)配時(shí) 信號(hào)燈色顯示一個(gè)循環(huán)各燈色需要的時(shí)間 信號(hào)配時(shí)圖 相位A T1 G1 A1 R1 相位B R2 G2 A2 T2 C 信號(hào)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(hào)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(hào)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(dòng)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(wú)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(dòng)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(dòng)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(hào)采集和處理技術(shù) P126 四 短時(shí)交通流預(yù)測(cè)理論1 定義 STSF 時(shí)間序列數(shù)據(jù)的間隔和預(yù)測(cè)期均較短的交通流預(yù)測(cè) 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(shí)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(cè)方法基于交通模擬的預(yù)測(cè)方法基于動(dòng)態(tài)交通流分配的預(yù)測(cè)方法 五 交通狀態(tài)評(píng)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