《交通信號控制》PPT課件.ppt

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第七章交通信號控制,內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學能源與交通工程學院,交通工程學TrafficEngineering,第七章交通信號控制,第一節(jié)概述第二節(jié)單點信號控制第三節(jié)主干路信號協(xié)調(diào)控制第四節(jié)區(qū)域信號控制,第一節(jié)概述,一交通信號控制二信號控制參數(shù)與基本概念,一交通信號控制,1.交通信號控制的作用從時間上將相互沖突的交通流予以分離,使其在不同時間通過,以保證行車安全對于組織、指揮和控制交通流的流向、流量流速、維護交通秩序等均有重要的作用迫使車流有序地通過路口,提高了路口效率和通過能力減輕了噪聲,降低了汽車廢氣的污染,一交通信號控制,2.交通信號控制的分類1）按控制范圍分類單點交叉口交通信號控制（點控）主干路交通信號協(xié)調(diào)控制（線控）區(qū)域交通信號系統(tǒng)控制（面控）,一交通信號控制,2.交通信號控制的分類2）按控制方法分類定時控制感應控制,定時控制,交叉口的信號控制按事先設定的配時方案運行即為定時控制，亦稱定周期控制。適合于那些交通量不大、變化較穩(wěn)定、相鄰交叉口距離較遠的交叉口。根據(jù)一天內(nèi)采用配時方案的多少，分：單點定周期控制：一天只有一種配時方案多段定周期控制：一天按不同時段的交通量采用幾種配時方案,定時控制,定時控制的基本方式是單個交叉口的定時控制。線控、面控也都可以采用定時控制方式，稱為靜態(tài)線控、靜態(tài)面控系統(tǒng),感應控制,在交叉口進口道上設置車輛檢測器，信號燈配時方案可隨檢測器檢測到的車流信息而隨時改變的一種控制方式。根據(jù)檢測器設置方式的不同，可分為：半感應控制：只在部分進口道設檢測器全感應控制：在全部進口道設置檢測器感應控制的基本方式是單個交叉口的感應控制。線控、面控采用感應控制方式則稱動態(tài)線控和動態(tài)面控系統(tǒng)。,二信號控制參數(shù)基與本概念,（一）信號相位是一股或多股交通流在一周期時間內(nèi)不管任何瞬間都獲得完全相同的信號燈色顯示施用于在周期時間內(nèi)同時獲得相同信號顯示的一個或多個交通流的信號狀態(tài)的序列。信號相位是按路口車流獲得信號顯示的時序來劃分的，有多少種不同顯示時序排列就有多少個信號相位。一個信號相位通常包括若干個交通流。信號階段是根據(jù)路口通行權在一個周期時間內(nèi)的變更次數(shù)來劃分的，一個信號周期內(nèi)通行權有幾次更迭就有幾個信號階段。（從一個綠燈亮起到下一個綠燈亮起）通行權的順序構(gòu)成相序。,二信號控制參數(shù)基與本概念,在一個信號周期內(nèi)，包含有多個不同的信號相位。最基本的控制是兩相位信號控制。,二信號控制參數(shù)基與本概念,（二）信號綠燈(G)表示車輛可以通行，可直行、左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)左、右轉(zhuǎn)車輛必須讓合法通行的其他車輛和人行橫道線內(nèi)的行人先行綠色箭頭燈表示車輛只允許沿箭頭所指的方向通行。,二信號控制參數(shù)基與本概念,（三）信號紅燈(R)不允許車輛通行面對紅燈車輛不得超過停車線箭頭紅燈僅對箭頭所指方向起紅燈作用,二信號控制參數(shù)基與本概念,（四）信號黃燈(A)即將亮紅燈面對黃燈車輛應依次停在各進口道停車線以外。黃燈起亮，已進入交叉口（即通過或部分通過停車線）的車輛可以繼續(xù)通行，駛離路口,二信號控制參數(shù)基與本概念,（四）信號黃燈(A)黃燈時間的設置，是基于交叉口交通安全方面的考慮，時長考慮因素：提醒駕駛員綠燈信號時段就要結(jié)束，通行權時間即將結(jié)束，使車輛在停車線安全停下來對于已進入交叉口的車輛，能在下一個相位綠燈起亮前，安全駛離沖突區(qū)為滯留在沖突區(qū)內(nèi)的車輛提供清路口的時間黃燈時間一般取值3~5秒。不宜較長，黃燈時間大于5秒時，超出部分通常用全紅時間代替。,二信號控制參數(shù)基與本概念,（五）全紅時間(r)四面全是紅燈任意進口道車輛均不得進入停車線為滯留在沖突區(qū)內(nèi)的車輛提供清路口的時間提供較大的安全余地,二信號控制參數(shù)基與本概念,（六）信號周期(C)信號燈各種燈色輪流顯示一次所需的時間不同信號相位所需時間之和（各個信號階段時間之和）信號配時圖無全紅時間的兩相位配時圖（繪）有全紅時間的兩相位配時圖（繪）,二信號控制參數(shù)基與本概念,無全紅時間的兩相位配時圖（繪）,信號周期表達式：C=G1+A+R1,C=R2+G2+AC=G1+A+G2+A=G+2A,二信號控制參數(shù)基與本概念,有全紅時間的兩相位配時圖（繪）,信號周期表達式：C=G1+A+R1,C=R2+G2+AC=G1+A+r+G2+A+r=G+2(A+r)C=G1+E+G2+E=G+2E,二信號控制參數(shù)基與本概念,PS.如何理解相位時間和信號階段時間?相位時間=Gi+A+r信號階段時間=從一個綠燈亮起到下一個綠燈亮起二者是一樣的,二信號控制參數(shù)基與本概念,（七）綠燈間隔時間（E）一個信號相位綠燈時間結(jié)束，到下一個信號相位綠燈時間開始之間的時間間隔條件：E的大小取決于交叉口幾何尺寸設置：太短不安全，太長增大損失時間構(gòu)成：黃燈、全紅、紅黃構(gòu)成,二信號控制參數(shù)基與本概念,(八)綠燈信號時段(Ti)給予通行權的時間包括實際綠燈時間與黃燈時間（過停車線的車輛繼續(xù)通行）之和,二信號控制參數(shù)基與本概念,（九）有效綠燈時間與綠信比綠燈信號時段內(nèi)能充分被利用的時間理想狀況下，信號給予多少通行時間希望能夠全部被利用，車輛密集通過路口實際上，這個信號給予的通行權的時間不可能被充分利用存在著起動停車損失時間(l=l1+l2),二信號控制參數(shù)基與本概念,（九）有效綠燈時間與綠信比相位有效綠燈時間Gei等于綠燈信號時段減去相位前后損失時間（Gei=Gi+A-l）前后損失時間即為起動停車損失時間（詳細分析）,二信號控制參數(shù)基與本概念,起動損失時間l1：綠燈剛剛顯亮時，排隊車輛從零開始加速，車流難于以飽和狀態(tài)進入交叉口，理想中我們希望車輛在綠燈一亮起就能以最大密度通過交叉口，但實際上存在起動加速時間，損失了一部分本應該有通行權的時間，也叫綠前損失。停車損失時間l2：因嚴禁闖紅燈，黃燈結(jié)束前，越過停車線的車流不再密集，已是非飽和車流，黃燈也屬于給予通行權的時間，這樣損失一部分通行權時間，也叫黃后損失時間。若綠燈信號時段，車輛時時以飽和狀態(tài)運行則不會有損失了，實際上存在著起動停車損失。,二信號控制參數(shù)基與本概念,相位有效綠信比ui等于相位有效綠燈時間與信號周期之比相位損失時間指一個信號相位時間內(nèi)，不能被充分利用的時間相位時間=Gi+A+r全紅時間r無法被利用綠燈信號階段內(nèi)存在著起動停車損失時間l，無法被利用l+r,二信號控制參數(shù)基與本概念,周期有效綠燈時間Ge和周期（有效）綠信比U一個信號周期內(nèi)，總有效綠燈時間稱為周期有效綠燈時間，等于各相位有效綠燈時間之和U=Ge/C=ui周期損失時間L一個信號周期內(nèi)總損失時間,等于各相位損失時間之和，與相位數(shù)成正比L=n(l+r)Ge=C-L,二信號控制參數(shù)基與本概念,在上述概念中一定要注意周期和相位兩種情況不要混淆,二信號控制參數(shù)基與本概念,飽和流率S進口道飽和流率：在一次連續(xù)的綠燈時間內(nèi)，交叉口進口道上車隊能夠通過停車線的折算為小汽車的小時最大車輛數(shù)。（輛/綠燈小時/車道）與道路條件、交通條件、渠化條件、信號條件、環(huán)境條件有關,二信號控制參數(shù)基與本概念,飽和流率S道路條件指車道寬度、車道坡度、轉(zhuǎn)彎半徑、視距等交通條件指車輛組成、車流分布、行人與自行車交通量渠化條件是指機動車與非機動車的隔離、專用車道的設置信號條件指相位組成環(huán)境條件指交叉口所處的地區(qū)是市區(qū)或心或非市區(qū)中心,二信號控制參數(shù)基與本概念,飽和流率的測量出現(xiàn)飽和流率時的車流特征？此時車頭時距有什么特征？S=3600/,二信號控制參數(shù)基與本概念,流量比yi到達流量與飽和流量之比。車道流量比即為進口道上各條車道的到達流量同該車道飽和流量之比，即：,yi—車道流量比；qi—i車道到達流量；Si—i車道的飽和流量。,二信號控制參數(shù)基與本概念,交叉口交通運行狀態(tài)及車輛受阻描述在信號控制下，車輛在紅燈期間受阻，產(chǎn)生排隊，在綠燈期間放行，疏散車隊。三種情況：欠飽和，臨界飽和，過飽和三種交通運行狀態(tài)的描述Gei*S和q*C的大小Gei與ts（車隊疏散時間也叫飽和綠燈時間）的大小PS.對于欠飽和Qm=q*Reits=Qm/（S-q）；Gei=ts+自由流時間,二信號控制參數(shù)基與本概念,關鍵車道交叉口有多個進口道，每個進口道又有著一條或者多條車道。對于信號配時的確定，不是所有的進口車道都起著決定作用，只有部分車道的交通需求起著決定作用，這就是關鍵車道把關鍵車道作為確定信號配時的依據(jù)。,二信號控制參數(shù)基與本概念,關鍵車道的確定方法（以兩相位為例）對于每一個信號相位，均有兩方向的車道放行，而每一個車道有其各自的流率比，取其中流率比值高的車道，作為各自相位的關鍵車道。直、左、右合用車道（整體）直、左和直、右合用車道（整體）直、右合用車道與左轉(zhuǎn)專用車道（重點分析）交叉口關鍵車道的概念,,二信號控制參數(shù)基與本概念,現(xiàn)有一兩相位信號控制交叉口，其東、西進口道上為左轉(zhuǎn)流向設有左轉(zhuǎn)專用車道。q1=432輛/小時，q2=504輛/小時，q3=120輛/小時，q4=96輛/小時，q5=300輛/小時，q6=360輛/小時。S1=S2=1440輛/小時，S3=S4=1200輛/小時，S5=S6。交叉口各進口道車流情況如圖所示。試求：交叉口關鍵車道。,解：（1）東西方向相位關鍵車道由于設置左轉(zhuǎn)專用車道，故東西方向相位關鍵車道有兩種組合：①東直、右+西左+=432/1440+96/1200=0.38②西直、右+東左+=504/1440+120/1200=0.45比較以上兩種組合可知，后者的流率比大，因此判定東西方向相位關鍵車道為西直、右+東左。（2）南北方向相位關鍵車道南進口道q5=300輛/小時，北進口道q6=360輛/小時。由于S5=S6，因此判定南北方向相位關鍵車道為北進口道。（3）交叉口關鍵車道交叉口關鍵車道為以上兩個相位關鍵車道的組合，即東西方向相位關鍵車道（西直、右合用車道+東左轉(zhuǎn)專用車道）+南北方向相位關鍵車道（北直、左、右合用車道）。,,,,,,解：（1）東西方向相位關鍵車道由于設置左轉(zhuǎn)專用車道，故東西方向相位關鍵車道有兩種組合：①東直、右+西左+=432/1440+96/1200=0.38②西直、右+東左+=504/1440+120/1200=0.45比較以上兩種組合可知，后者的流率比大，因此判定東西方向相位關鍵車道為西直、右+東左。（2）南北方向相位關鍵車道南進口道q5=300輛/小時，北進口道q6=360輛/小時。由于S5=S6，因此判定南北方向相位關鍵車道為北進口道。（3）交叉口關鍵車道交叉口關鍵車道為以上兩個相位關鍵車道的組合，即東西方向相位關鍵車道（西直、右合用車道+東左轉(zhuǎn)專用車道）+南北方向相位關鍵車道（北直、左、右合用車道）。,,,,,二信號控制參數(shù)基與本概念,信號控制交叉口通行能力（Pi）相位能行能力：是指一個相位關鍵車道在單位時間內(nèi)通過的車輛總數(shù)，或關鍵車道在整個信號周期所能提供的最大平均流率指相位關鍵車道運行在臨界飽和狀況時的疏導能力Pi=Si*Gei/C=Si*ui交叉口通行能力是交叉口關鍵車道的通行能力P=Pi,二信號控制參數(shù)基與本概念,飽和度相位飽和度：關鍵車道或車道組的飽和度xi=qi/pi=qi/Si*ui=yi/ui交叉口飽和度：X=max{xi}為了保證交叉口有足夠的通行能力，在進行信號配時設計時，必須滿足交叉口飽和度小于1，即各個相位的飽和度都小于1飽和度的實用范圍通常為0.75~0.90，個別情況可達0.95,第二節(jié)單點信號控制,交叉口的單點信號控制，又稱點控，用于單個有信號的路口，屬于孤立交叉口的信號控制根據(jù)交叉口的流量和流向，確定最佳配時方案，可保證最大通行能力或最小延誤。本節(jié)主要介紹最基本的單點定周期控制方式。,第二節(jié)單點信號控制,單交叉口控制的步驟車道劃分、渠化設計相位方案預選擇交叉口信號配時設計（配時方案的生成）,第二節(jié)單點信號控制,配時方案的生成確定周期時間將綠燈時間分配給各相位,第二節(jié)單點信號控制,信號周期確定周期考慮兩方面的要求：一方面使交叉口具有足夠的通行能力；另一方面應使交叉口具有較小的車輛延誤信號周期過短或過長，對交叉口的正常運行都不利,信號周期過短，周期損失時間所占比例增加，通行能力下降，車輛延誤急劇增加信號周期過長，通行能力提高不明顯，但車輛延誤急劇增加對應最小車輛延誤下的信號周期C0，為最佳周期當C取0.75C0~1.5C0時，車輛延誤幅度為15~20%當C取值接近最短周期時，車輛延誤急劇增加。,信號周期與通行能力和延誤,第二節(jié)單點信號控制,,第二節(jié)單點信號控制,,第二節(jié)單點信號控制,2.最小周期時間Cm采用Cm時，在一個周期內(nèi)到達的車輛恰好全部被放行，無滯留車輛，信號周期也無富余。飽和度等于1,最小周期時長的計算,第二節(jié)單點信號控制,,第二節(jié)單點信號控制,將綠燈時間分配給各相位綠信比與綠信比分配總有效綠燈時間Ge=C-LL值的計算周期有效綠信比U=Ge/C,第二節(jié)單點信號控制,有效綠燈時間（周期有效綠信比）的分配有兩種常用方法F.韋伯斯特法飽和度法,第二節(jié)單點信號控制,F.韋伯斯特法利用在F.韋伯斯特法計算信號周期得到最佳周期，此周期下的車輛延誤最小同時，在F.韋伯斯特法中，也給出了綠信比的分配原則，即各相位綠信比按各相位關鍵車道流率比之間的比例進行分配，這樣可以獲得在給定信號周期下最小的車輛延誤,第二節(jié)單點信號控制,F.韋伯斯特法分配系數(shù)對于兩相位控制交叉口，設兩相位關鍵車道流率比分別為y1,y2,則分配系數(shù)k1,k2為k1=y1/(y1+y2)=y1/Yk2=y2/(y1+y2)=y2/Y分配系數(shù)k1,k2是對周期（有效）綠信比或周期有效綠燈時間進行分配的。,第二節(jié)單點信號控制,F.韋伯斯特法分配相位有效綠信比u1=k1xUu2=k2xUu1+u2=U分配相位有效綠燈時間Ge1=k1xGeGe2=k2xGeGe1+Ge2=Ge,第二節(jié)單點信號控制,F.韋伯斯特法實際顯示的綠燈時間Gei=Gi+A-lGi=Gei+l-A,第二節(jié)單點信號控制,飽和度法等飽和度法不等飽和度法,第二節(jié)單點信號控制,等飽和度法證明F.韋伯斯特法是等飽和度法,第二節(jié)單點信號控制,不等飽和度法當要求各相位承受不同的交通負荷及車輛延誤時，按著不等飽和度分配綠信比或綠燈時間對于主要道路與次要道路相交的交叉口，通常以加大次要道路的飽和度來減低主要道路的飽和度，以滿足主要著道路的交通需求。以兩相位為例,第二節(jié)單點信號控制,不等飽和度法以兩相位為例，現(xiàn)給定B相位飽和度x2,求相位綠信比u1,u2,相位A的飽和度x1u2=y2/x2u1=U-u2x1=y1/u1,第二節(jié)單點信號控制,,第二節(jié)單點信號控制,現(xiàn)有一兩相位信號控制交叉口，已知：相位A關鍵車道流率比y1=0.35，相位B關鍵車道流率比y2=0.25，信號周期C=50s，周期損失時間L=10s。試求綠信比和綠燈時間分配。（取l=4s,A=3s）,例題,第三節(jié)主干路信號協(xié)調(diào)控制,線控制又稱線系統(tǒng)控制或聯(lián)動系統(tǒng)，在一條較長的道路上，有若干個相鄰近的交叉口，如采用點控制組織交通，則各交叉口的綠信比、周期長度和開綠燈的時刻互不協(xié)調(diào)。這樣必然增加停車次數(shù)。而采用線控制使各交叉口取統(tǒng)一周期長度。變動綠信比，各交叉口的綠燈時刻按行車路線方向錯開一定的時間，稱為相位差。這樣只要車輛按規(guī)定的速度行駛，理論上可以做到處處遇到綠燈，從而減少停車次數(shù)與時間延誤，縮短運行時間，提高道路通行能力。這種控制方法稱為線控制，亦稱綠波交通。綠波有三種控制方法。,第三節(jié)主干路信號協(xié)調(diào)控制,聯(lián)動控制在線聯(lián)動的信號機中，有一個信號機為主機，統(tǒng)一控制其他信號機，從而達到減少車輛延誤的目的，這是定時自動信號燈中的一項重要改進，整個系統(tǒng)使用同一周期長度，各聯(lián)動的路口其最大距離一般取800m較為合適。超過800m，中途由于有商店、行人、學校等因素干擾，從而嚴重影響聯(lián)動的效果。線聯(lián)動信號系統(tǒng)的三個要素是：周期、時段和相位差。,第三節(jié)主干路信號協(xié)調(diào)控制,單系統(tǒng)控制路段上有5-20個相鄰的交叉口，預先確定一種控制方案的系統(tǒng)控制稱為單系統(tǒng)控制。單系統(tǒng)控制一般不設主控制機，而按統(tǒng)一設計的周期、相位差，而用石英鐘調(diào)準各交叉口的開機時間，而達到系統(tǒng)控制的目的，這樣可不用導線傳遞控制命令。,第三節(jié)主干路信號協(xié)調(diào)控制,多段系統(tǒng)控制為了適應交通運行狀況的變化，與多時段定周期控制系統(tǒng)一樣，把控制參數(shù)（周期、綠信比及相位差），按事先設計好的程序，在不同的時間段用不同的系統(tǒng)控制參數(shù)。除了多時段控制系統(tǒng)以外，還有自動感應系統(tǒng)控制，這種控制機要使用電子模擬計算機或數(shù)字計算機。,第四節(jié)區(qū)域信號控制,城市里縱橫交錯的道路網(wǎng)，特別是大城市，有很多交叉口相距很近，將城市里某一地區(qū)很多的交叉口信號機，由中央控制室?guī)追N統(tǒng)一控制，這種地區(qū)行集中控制稱為面控制或區(qū)域控制。面控制系統(tǒng)的采用必須考慮一下幾項條件：控制性能發(fā)展性；控制范圍由擴大的可能；高度的可靠性；使用方便；在我國現(xiàn)實交通條件下，必須考慮自行車交通的合理處理問題。,第四節(jié)區(qū)域信號控制,（1）定義將某一地區(qū)很多的交叉口信號機，由中央控制室集中統(tǒng)一控制。（2）分類按控制策略分：定時式脫機操作控制系統(tǒng)和響應式脫機操作控制系統(tǒng)。按控制方式分：方案選擇式和方案形成式。按控制結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域分：集中式計算機控制系統(tǒng)；分層式計算機控制系統(tǒng)。,