04章智能运输系统A

第4章 城市交通信号控制系统l4.1 4.1 交通控制概述交通控制概述l4.2 4.2 交叉口的交通特性和交通信号灯的构交叉口的交通特性和交通信号灯的构造造l4.3 4.3 交通信号控制的分类交通信号控制的分类l4.4 4.4 交通信号控制交通信号控制 点控制点控制l4.5 4.5 交通信号控制交通信号控制 线控制线控制l4.6 4.6 交通信号控制交通信号控制 面控制面控制4.1 4.1 交通控制概述 4.1.1 道路交通控制定义 l道路交通控制，指采用交通信号（交通警察的手势和指挥、交通标志、交通标线以及包括交通信号灯在内的其他交通设施），对道路交通系统中的交通流进行控制，使之畅通有序地运行。l自动控制，指在没有人工干预的情况下，采用控制装置使被控制对象自动按照所设定的规律运行，使被控制对象的一个或数个控制参数（如电压、电流、速度、位置、流量、浓度等）能够在一定的精度范围内按照给定的规律变化。l道路交通自动控制，指不依靠交通警察的人工指挥，主要采用交通信号设施或其他自动化设备，随交通变化特性来指挥车辆和行人的通行。4.1.2 交通控制的作用 l道路交通控制随车辆与道路交通而生 l目的：l1、保障交通安全（1889第一起车祸）l2、疏导交通、保障交通畅通 交通控制与交通安全：l减少交通事故，保障交通安全l全世界已经有2000多万人死于交通事故 l全世界每年仍有40万至50万人死于交通事故 l我国的交通事故更为严重 1991 264817次，死亡 53292 1998 346129 78067 19.3亿 2002 77.3万 10.9万 33.2亿 2003 66.75万 10.4万 33.7亿 2004 51.79万 107077 4.1.3 道路交通控制的历史与发展 l（一）交通信号灯的诞生 l1868年 英国伦敦 红绿两色 臂板式 l1914年 美国纽约 三色 电力发光 l1926年 英国沃尔佛汉普顿 自动交通信号灯 l（二）定时控制向协调控制发展 l（三）20世纪30年代初期 感应式信号控制器诞生l（四）区域控制交通控制的发展总结：交通控制的发展总结：无序开始管理手动信号自动信号两色三色定周期感应控制单点线性协调脱机优化联机优化区域控制被动式控制主动式控制智能化更高级形式发展展望 l智能化 l多模式化 l最优化 l规范化 l通用化与模块化 l交通信号交通信号ltraffic signall交通信号灯交通信号灯ltraffic signal lightl交通信号控制交通信号控制ltraffic signal controll道路交通信号控制机道路交通信号控制机lroad traffic signal controllerl交通流特性交通流特性lcharacteristics of traffic flowl交通信号优化算法交通信号优化算法ltraffic signal optimization algorithml自适应控制自适应控制ladaptive controll自适应交通控制自适应交通控制ladaptive traffic controll城市交通信号控制系统城市交通信号控制系统lurban traffic signal control systeml交叉路口饱和流量交叉路口饱和流量lintersection saturation flowl交叉路口通行能力交叉路口通行能力lintersection capacityl饱和度饱和度ldegree of saturationlI stood watching for the signal to change to green l我站着等待交通信号转为绿灯 lA Study on Remote Dial-up Green-wave Traffic Signal Control System l远程拨号绿波带交通信号控制系统的研究 l智能交通系统是现代化城市发展的一个重要内智能交通系统是现代化城市发展的一个重要内容容,在智能交通系统中经常会遇到一些有关信号在智能交通系统中经常会遇到一些有关信号切换的问题，例如需要安装一些摄像机切换的问题，例如需要安装一些摄像机,需要对需要对这些摄像机进行一些控制。这些摄像机进行一些控制。lITS(INTELLIGENT TRANSPORTATION SYSTEMS)is a very important part of modern city,with ITS there are many questions about signal switching,for example it is necessary to set some camera,and it is necessary to control them.lIn allusion to the two-way traffic artery(动脉动脉),the dynamic optimization model which adopt cycle length,split and offsets as the decision variables is established.l针对双向交通干线，建立了以信号周期、针对双向交通干线，建立了以信号周期、绿信比和相位差为控制变量的动态优化模绿信比和相位差为控制变量的动态优化模型。型。4.2 交叉口的交通特性和交通信号灯的构造4.2.1 交叉口的交通特性分析1、简单交叉口、简单交叉口l在同样车道数的情况下，在同样车道数的情况下，平面交叉口的通行能力总平面交叉口的通行能力总是小于路段的通行能力，是小于路段的通行能力，这就导致在相交道路路段这就导致在相交道路路段在交通量还不十分大的时在交通量还不十分大的时候，交叉口处已接近或达候，交叉口处已接近或达到饱和，从而使平面交叉到饱和，从而使平面交叉处交通拥挤。处交通拥挤。l平面交叉口平面交叉口 Y形形错位形错位形复合形复合形十字形十字形X形形T形形2、交叉口车辆不同类型的交错点、交叉口车辆不同类型的交错点 同一行驶方向的车辆不同方向分开的地点，称为分同一行驶方向的车辆不同方向分开的地点，称为分叉点叉点(分流点分流点)(如图如图a)；来自不同行驶方向的车辆以较小的；来自不同行驶方向的车辆以较小的角度向同一方向汇合的地点，称为汇合点角度向同一方向汇合的地点，称为汇合点(合流点合流点)(如图如图b)；来自不同行驶方向的车辆以较大的角度相互交叉的地点，来自不同行驶方向的车辆以较大的角度相互交叉的地点，称为冲突点称为冲突点(交叉点交叉点)(如图如图c及及d)。交叉口设计中，要尽量设法减少冲突点和交叉口设计中，要尽量设法减少冲突点和汇合点，而尤其是要减少和消灭冲突点。汇合点，而尤其是要减少和消灭冲突点。3、三条路（、三条路（T字形）交叉口交错点字形）交叉口交错点 4.2.2 交通信号灯1、交通信号灯、交通信号灯l交通信号灯又可以叫作交通信号灯又可以叫作交通指挥灯，是向交通交通指挥灯，是向交通参与者发出特定的指令参与者发出特定的指令信号的专用灯具信号的专用灯具l交通信号灯的作用：安交通信号灯的作用：安装在平面交叉路口，指装在平面交叉路口，指挥和疏导车辆和行人安挥和疏导车辆和行人安全通过平面交叉路口全通过平面交叉路口灯控路口灯控路口l交通信号灯有圆形之红、黄、绿三色灯号及箭头图案，以时间更迭方式，分派不同方向交通之行进路权；或仅含红、绿二色之圆形灯号，以管制单向轮放之交通。l一般设于交岔路口或实施单向轮放管制之道路上。闯黄灯是否违法？l道路交通安全法及其实施条例中无明确规定闯黄灯属于禁止性行为。l驾驶者应该严格遵守道路法规的规定，在黄灯亮时，已越过停止线的车辆可以继续通行，未越过停止线的，应当停止通行。l嘉兴市中级法院做出终审判决，认定上诉人闯黄灯属违法行为，对今后判决会有什么影响？l 答：中国不属于判例法国家，因此判决已生效的案例对以后的判决不具有法律规范的效力，不能作为法院判案的法律依据。因此，法院日后审理类似案件时必须根据事实以及相关的法律规定作出判决，而不能直接援引以往案例的判决结果。但如果已生效的判例，其事实认定及法律适用均正确的，那么其判决的结果具有一定的参考意义。2、交通信号灯安装形式悬臂式悬臂式 路侧立柱式路侧立柱式 中心立柱式中心立柱式 悬挂式悬挂式 行人信号灯行人信号灯 3、交通信号灯的功能介绍 基本控制功能基本控制功能l系统应能实现区域联控和单点自控系统应能实现区域联控和单点自控（单点优化、线控、单点无电缆线控、感（单点优化、线控、单点无电缆线控、感应、多时段、闪灯、全红、关灯、手控）应、多时段、闪灯、全红、关灯、手控）等多种控制功能。等多种控制功能。特殊控制功能特殊控制功能l系统可以根据实际交通情况，由控制中心系统可以根据实际交通情况，由控制中心发出命令，进行特殊交通控制，控制应划分权发出命令，进行特殊交通控制，控制应划分权限和优先等级。限和优先等级。l1）绿波控制）绿波控制:在特殊情况下，如警卫、消在特殊情况下，如警卫、消防、救护、抢险等，信号灯按预定的路线进行防、救护、抢险等，信号灯按预定的路线进行绿波推进，以保证车辆畅通无阻。应具备优先绿波推进，以保证车辆畅通无阻。应具备优先路线选择和分时段双向绿波功能。路线选择和分时段双向绿波功能。l2）指定相位控制：必须具备由控制中心发）指定相位控制：必须具备由控制中心发出命令控制信号机运行在某一指定相位。出命令控制信号机运行在某一指定相位。交通信号灯的功能介绍其它功能其它功能 l1）交通信息采集功能）交通信息采集功能 2）系统监测功能）系统监测功能 l3）降级控制）降级控制 4）遥设信号机参数）遥设信号机参数l5）系统远程维护）系统远程维护 6）信息接口开放）信息接口开放 l7）系统报表功能）系统报表功能 8）自动保护功能）自动保护功能 l9）模块设计功能）模块设计功能 l10）线圈检测及流量分析功能）线圈检测及流量分析功能 l11）自动校时功能）自动校时功能 12）按钮功能）按钮功能 闯红灯的拍照原理闯红灯的拍照原理 l 1、电子眼采用感应线来感应路面上的汽车传来的压力，通过传感器将信号采集到中央处理器，送寄存器暂存（该数据在一个红灯周期内有效）；2、在同一个时间间隔内（红灯周期内），如果同时产生两个脉冲信号，即视为“有效”，简单的说，就是如果当时红灯，你的头轮子过线了，而后轮子没出线，则只产生了一个脉冲，在没有连续的两个脉冲时，不拍照；3、有些情况是：有的人开车前轮越过线了，怕被拍到，于是他又倒一下车，回到线内，结果还是被照了，什么原因？就是因为一前一后的，产生了“一对”脉冲信号（这一对脉冲是在同一个红灯周期内产生的。但是目前大多数电子警察的感应线圈具有逻辑识别功能，对此情况可以不抓拍。4、黄灯亮时，拍照系统延时2s后启动；红灯亮时，系统已经启动；绿灯将要亮时，提前2s关闭系统，主要是为了防止误拍。l闯红灯违章监控系统中使用的主要触发技术是感应环路。感应环路触发器是在沥青路面下埋设的一段电线。通常，这段电线铺设为一上一下重叠在一起的两个矩形环路l该电线与电源和一个测量仪表相连。当电流通过电线时会产生磁场。电线形成同心环路时（就像在任何电磁体中那样）将增强该磁场。【中央控制盒中安放的就是计算机系统的大脑。计算机根据它从交通信号灯和触发器那里接收的信息激活照相机。】当信号灯为绿灯或黄灯时，计算机会忽略触发器并且不会激活照相机。直到系统收到信号灯为红灯的信号时，系统才会“打开”。如何避免被抓拍：l第一，也是最安全的，就是不违章。l第二，注意路况，前方看见横杆上架着像（相）机，一定不要去闯。l第三，不推荐的方式，走最右侧的车道（前面有数码相机的不行）。l第四，感觉不对的时候，网站上查，一周内如无通知，就是信息未被处理，你就OK了。l第一招：你注意看，有电子眼的路口在警戒线前后，都挖的有菱型的槽子，里头埋的就是感应线圈(新兴的触发器机制是视频环路)红灯亮后三秒种电子眼才启动！要三张才有效,照相的取证规则是这样的。一般取证照片是这样的：第一张是前轮过警戒线 第二张是后轮过警戒线 第三张是你过对面路口的警戒线 这三张齐备才能递交警察，然后给你发罚款通知。所以，你前轮过了不要紧，照了第一张，没关系，你不动就不会照第二张，万一你动了，触发了第二张你后轮过了，那么也不怎么有要紧，你不过路口，或者你停在对面路口的警戒线外头都可以！再说回来，刚才你第一张前轮被照了，有些人可能想到往后退一下总可以嘛，错了，一退，又触发一张 l第二招：你看到你的车牌照第一个字母后头的小圆点没有！这个小圆点点是用稀土金属做来镶上去的，它的作用就是用来给电子眼对焦用的！l内部人士爆料说的，这小原片是稀土金属制成，在光的感应下会产生微弱的用于电子眼捕捉的微波信号。l怎么做呢？很简单，扣掉她以后妥善保存，待车检的时候用双面胶粘起，检完了再。4.3 交通信号控制的分类 交通控制的分类交通控制的分类l（1）按类别划分）按类别划分：限制控制限制控制、信号控制信号控制、交通交通诱导控制诱导控制 l（2）按控制区域划分）按控制区域划分：点、线、面点、线、面 l（3）按控制原理划分）按控制原理划分：定时控制定时控制、感应控制感应控制、脱机优化控制脱机优化控制、自适应控制自适应控制 l（4）按控制思想划分）按控制思想划分：被动式控制被动式控制、主动式主动式控制控制 l（5）按信号配时生成方式划分）按信号配时生成方式划分：人工优化人工优化技术技术、脱机优化技术脱机优化技术、联机优化技术联机优化技术 交通信号控制交通信号控制信号控制的目的信号控制的目的l在时间上隔离不同方向的车流，减少交通冲突在时间上隔离不同方向的车流，减少交通冲突l 提高平面交叉口的使用效率最高，例如协调相提高平面交叉口的使用效率最高，例如协调相邻交叉口的绿灯时间，使车辆连续通过多个交邻交叉口的绿灯时间，使车辆连续通过多个交叉口叉口控制系统类型控制系统类型l 单点信号控制（点控）单点信号控制（点控）l 干道协调控制（线控）干道协调控制（线控）l 区域系统控制（面控）区域系统控制（面控）年份国别城市信号机类型周期臂板式燃气色灯1914美国克利夫兰电 灯定1926英国各城市自动信号机定1928美国各城市感应信号机变1868英国伦敦定4.3.1 单点控制4.3.2 线控系统4.3.3 区域控制系统4.4 交通信号控制交通信号控制 点控点控单个交叉口点控制定时信号还是一种基本的控单个交叉口点控制定时信号还是一种基本的控制方式。制方式。交通信号单点信号控制，又称交通信号单点信号控制，又称“点控点控”，用于，用于单个信号的路口，属于孤立交叉口的信号控制。单个信号的路口，属于孤立交叉口的信号控制。根据交叉口的流量和流向，确定最佳配时方案，根据交叉口的流量和流向，确定最佳配时方案，可保证最大通行能力或最小延误。可保证最大通行能力或最小延误。点控制定时信号配时实质上就是确定信号相位点控制定时信号配时实质上就是确定信号相位方案和信号基本控制参数。方案和信号基本控制参数。P110点控的适用情况l（1）相邻信号机距离较远、线控没有太大效果时l（2）各相位交通需求变动显著，其交叉口的信号周期和绿信比的独立控制比线控更有效l1定时控制l2感应式信号控制 l3按钮式信号控制1定时控制。l定时信号控制也称周期控制，定时周期控制属于自动控制。配时参数的各种组合，构成不同的信号配时方案。l（1）单点定时周期控制。预先调整信号机的控制相位、周期长度和绿信比，根据设计好的程序轮流给各方向的车辆和行人分配通行权，控制不同方向的交通流。l（2）多段定时周期控制。若一天当中各时间段的交通量相差较大，则应采用多套配时方案。根据一天内不同时段交通量的变化，选择相应的配时方案，以适应交通流变化的需要。l定时控制方式适用于那些交通量不大、变化较稳定、相隔距离较远的交叉口。2感应式信号控制。n 在交叉口的进口道上设置车辆检测器，信号配时方案在交叉口的进口道上设置车辆检测器，信号配时方案由计算机根据检测交通量信息实时确定由计算机根据检测交通量信息实时确定n 感应信号控制器内设一个感应信号控制器内设一个初始绿灯时间初始绿灯时间，到初始，到初始绿灯时间结束时，如果没有检测到车辆到达，就变换相绿灯时间结束时，如果没有检测到车辆到达，就变换相位；如果继续检测到车辆到达，可延长绿灯时间直到位；如果继续检测到车辆到达，可延长绿灯时间直到最长绿灯时间最长绿灯时间n 感应控制的基本参数有：感应控制的基本参数有：初始绿灯时间、单位绿灯延长时间、最长绿灯时间初始绿灯时间、单位绿灯延长时间、最长绿灯时间l特别适用于各方向交通量明显随时间变化较大且无规律的交叉路口。它的主要型式有以下两种：l（1）半感应式信号控制l（2）全感应式信号控制l（1）半感应式信号控制。在部分进口道上设置）半感应式信号控制。在部分进口道上设置车辆感应器，通常设在次要路口。平时主干道车辆感应器，通常设在次要路口。平时主干道维持长绿信号，只有当支路上有车辆到达交叉维持长绿信号，只有当支路上有车辆到达交叉口时，才给以通行权。这种控制适用于主干道口时，才给以通行权。这种控制适用于主干道上交通量特别大，而支路上流量较小的交叉口。上交通量特别大，而支路上流量较小的交叉口。l（2）全感应式信号控制。所有进口道上都安装）全感应式信号控制。所有进口道上都安装车辆感应器。当主干道和支道的交通量都比较车辆感应器。当主干道和支道的交通量都比较小时，主、支道入口的信号均维持最短绿灯时小时，主、支道入口的信号均维持最短绿灯时间，此时它相当于定时周期控制，当交通量较间，此时它相当于定时周期控制，当交通量较大时，可自动延长绿灯时间。全感应式信号控大时，可自动延长绿灯时间。全感应式信号控制适用于相交道路的交通流量都比较大、且都制适用于相交道路的交通流量都比较大、且都不稳定的情况。不稳定的情况。l3按钮式信号控制。按钮式信号控制，属于人工控制，它适用于支线路口或非交叉口的人行横道处，平时主干道路是绿灯信号，支线路口来车或有行人横穿道路时，可按一下路旁与信号机相连的开关（有的设计为遥控开关），则绿灯变为红灯。这种控制方式，适用于支线路口车辆或行人较少的道路。定时控制l1、信号灯相位方案的概念、信号灯相位方案的概念l2、相位方案设计、相位方案设计l3、饱和流量、饱和流量(saturation flow)的计算的计算l4、所需显示率和交叉口饱和度的计算、所需显示率和交叉口饱和度的计算l5、黄灯时间、全红时间的设计和损失时间、黄灯时间、全红时间的设计和损失时间 l6、周期长的确定、周期长的确定 l7、绿信比（、绿信比（Split/Green Ratio）推算）推算 l8、设置信号灯的条件、设置信号灯的条件 1、信号灯相位方案的概念l确定信号灯相位方案，就是对信号轮流给某些确定信号灯相位方案，就是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。即方向的车辆或行人分配通行权顺序的确定。即相位方案相位方案是在一个信号周期内，安排了若干种是在一个信号周期内，安排了若干种控制状态（每一种控制状态对某些方向的车辆控制状态（每一种控制状态对某些方向的车辆或行人配给通行权），并合理地安排了这些控或行人配给通行权），并合理地安排了这些控制状态的显示次序。制状态的显示次序。l信号控制机按设定的相位方案，轮流开放不同信号控制机按设定的相位方案，轮流开放不同的信号显示，轮流对各向车辆和行人给予通行的信号显示，轮流对各向车辆和行人给予通行权。权。信号灯相位信号灯相位（Signal Phase）l在信号控制交叉口，其每一种控制状态（一种在信号控制交叉口，其每一种控制状态（一种通行权），即对各种进口道不同方向所显示的通行权），即对各种进口道不同方向所显示的不同灯色的组合，称为一个信号灯相位不同灯色的组合，称为一个信号灯相位。l指在一个交叉口某个方指在一个交叉口某个方 向的交通流（或几个方向交向的交通流（或几个方向交通流的组合），同时得到的通行权或被分配得到这通流的组合），同时得到的通行权或被分配得到这些通行权的时间带。些通行权的时间带。l一个周期内有几个信号相位，则称该信号系统为几一个周期内有几个信号相位，则称该信号系统为几相位系统。相位系统。2 2相位方案相位方案2 2相位配时图相位配时图具有专用左转相位的相位方案具有专用左转相位的相位方案 交通信号控制的八个相位交通信号控制的八个相位 东西直行东西直行东西左转弯东西左转弯南北直行南北直行南北左转弯南北左转弯交通信号控制设计程序框图交通信号控制设计程序框图 2、相位方案设计2.1、相位方案设计程序、相位方案设计程序l相位方案的设计应先充分考虑交叉口的构相位方案的设计应先充分考虑交叉口的构造（各进口道及出口道的宽度、车道数、造（各进口道及出口道的宽度、车道数、交叉角等），交通条件（交通量、左右转交叉角等），交通条件（交通量、左右转率、大型车混入率、横过行人数、直行交率、大型车混入率、横过行人数、直行交通量等）以及交叉口的布局（附近与交通通量等）以及交叉口的布局（附近与交通相关的设施、视觉的良好与否等）相关的设施、视觉的良好与否等）l（1）画出交通流线（从各进口道开始交）画出交通流线（从各进口道开始交通流的方向），画出相互不交叉或者不合通流的方向），画出相互不交叉或者不合流的交通流线组合，分别作为一个相位的流的交通流线组合，分别作为一个相位的对象；对象；l（2）上述流线组合中，可以允许交叉或）上述流线组合中，可以允许交叉或合流的合并为一个相位；合流的合并为一个相位；l（3）决定相位的顺序；）决定相位的顺序；l（4）进行综合检查和必要的修正。）进行综合检查和必要的修正。2.2、车辆用信号的表示l在同一个方向上不能同时表示绿、黄、红、在同一个方向上不能同时表示绿、黄、红、黄灯闪、红灯闪信号中的两个以上的信号；黄灯闪、红灯闪信号中的两个以上的信号；l从绿信号到红信号变化的中间要有从绿信号到红信号变化的中间要有黄信号黄信号；l从绿箭头信号到红信号时原则上应插入黄信从绿箭头信号到红信号时原则上应插入黄信号，但是当绿箭头信号短、可以确保交通安全号，但是当绿箭头信号短、可以确保交通安全的情况下，可省略黄信号；的情况下，可省略黄信号；l从红信号到绿信号、或红信号到绿箭头信号从红信号到绿信号、或红信号到绿箭头信号变化时不插入黄信号；变化时不插入黄信号；l用绿箭头信号来给予通行权时，注意不应产用绿箭头信号来给予通行权时，注意不应产生和其它交通流的交错；生和其它交通流的交错；l对互相交叉的两组交通流，不要同时表示绿对互相交叉的两组交通流，不要同时表示绿信号或黄灯、黄灯闪等信号。信号或黄灯、黄灯闪等信号。2.3、行人用信号的表示l对同一个人行横道，不要同时表示绿信对同一个人行横道，不要同时表示绿信号或绿灯闪和红信号；号或绿灯闪和红信号；l从绿信号变化到红信号，要插入绿灯闪从绿信号变化到红信号，要插入绿灯闪信号；信号；l从红信号变化到绿信号，不插入绿灯闪从红信号变化到绿信号，不插入绿灯闪信号；信号；l车辆用信号在进行闪光控制时行人用信车辆用信号在进行闪光控制时行人用信号应灭灯。号应灭灯。3、饱和流量(saturation flow)的计算l进口道饱和流量进口道饱和流量的定义：在一次连续的绿的定义：在一次连续的绿灯时间内，交叉口进口道上能够连续通过灯时间内，交叉口进口道上能够连续通过停车线的车队折算为轿车的最多车辆数。停车线的车队折算为轿车的最多车辆数。l近年来的研究表明，交叉口进口道经划分近年来的研究表明，交叉口进口道经划分车道渠化交通以后，进口道饱和流量随进车道渠化交通以后，进口道饱和流量随进口道车道数的增加而增加，而车道饱和流口道车道数的增加而增加，而车道饱和流量随道路、交通条件不同而有差异。所以量随道路、交通条件不同而有差异。所以必须分别计算各条车道的饱和流量，然后必须分别计算各条车道的饱和流量，然后再把各条车道的饱和流量累计成进口道的再把各条车道的饱和流量累计成进口道的饱和流量。饱和流量。饱和交通流量的计算l影响饱和流量的因素影响饱和流量的因素:l不考虑对向车流的影响时不考虑对向车流的影响时:车道位置（靠边车道、车道位置（靠边车道、非靠边车道）；车辆组成；混合行驶车道中转弯非靠边车道）；车辆组成；混合行驶车道中转弯车辆所占比例；转弯车辆转弯行驶路径的半径车辆所占比例；转弯车辆转弯行驶路径的半径(m)；进口道路坡度；进口道路坡度G(%)；车道宽度；车道宽度W1(m)。l考虑对向车流的影响时，除上述影响因素外，还考虑对向车流的影响时，除上述影响因素外，还有以下几个因素：同向车流的饱和度；对向车流有以下几个因素：同向车流的饱和度；对向车流的比例；交叉口中可停放左转车的车位数等。的比例；交叉口中可停放左转车的车位数等。l还有路面干湿情况，湿路面饱和流量平均降低约还有路面干湿情况，湿路面饱和流量平均降低约6%。4、所需显示率和交叉口饱和度的计算l(1)所需显示率的计算所需显示率的计算l所需显示率所需显示率是指该相位完全能够处理是指该相位完全能够处理该相位期间各进口道的设计交通量所需的该相位期间各进口道的设计交通量所需的最小绿灯时间比率最小绿灯时间比率。即，。即，i相位处理的进相位处理的进口道口道j的设计交通量除以饱和交通流量得的设计交通量除以饱和交通流量得到的到的饱和度饱和度就是该进口道的就是该进口道的所需显示率所需显示率，其中的其中的最大值最大值即为相位的即为相位的所需显示率（相所需显示率（相位的饱和度）位的饱和度）。)/,/max(131311111sqsql如如,两相位控制的十字交叉口两相位控制的十字交叉口,相位相位i的饱和度的饱和度i和和交叉口饱和度交叉口饱和度可表示如下可表示如下:l相位相位1的饱和度的饱和度:l相位相位2的饱和度的饱和度:l交叉口的饱和度交叉口的饱和度:)/,/max(242422222sqsq21相位相位1相位相位2相位图相位图相位与交叉口的饱和度相位与交叉口的饱和度(2)交叉口饱和度的计算交叉口饱和度的计算 5、黄灯时间、全红时间的设计和损失时间、黄灯时间、全红时间的设计和损失时间（1）清场时间的标准值）清场时间的标准值信号相位变化时所需的清场时间，即黄灯时间和全信号相位变化时所需的清场时间，即黄灯时间和全红时间的标准值按驶入交叉口时的速度和交叉口跨度（停车红时间的标准值按驶入交叉口时的速度和交叉口跨度（停车线间距，即对向进口道的停车线间的距离）可参考下表设定线间距，即对向进口道的停车线间的距离）可参考下表设定（此为日本采用的标准）。在规划、设计时，车辆进入交叉（此为日本采用的标准）。在规划、设计时，车辆进入交叉口的速度可采用交叉口的设计速度。口的速度可采用交叉口的设计速度。（2）损失时间的计算l信号控制的损失时间发生在相位变化时，即不能信号控制的损失时间发生在相位变化时，即不能有效使用的时间。因此该时间过长，会降低交叉有效使用的时间。因此该时间过长，会降低交叉口的交通处理能力（交通容量）。口的交通处理能力（交通容量）。l通常损失时间是处理交叉口内车辆的清场时间和通常损失时间是处理交叉口内车辆的清场时间和绿灯开后不能立即形成饱和交通流量而产生的起绿灯开后不能立即形成饱和交通流量而产生的起车延误时间之和。车延误时间之和。l实际上，清场时间中黄信号时间中的一部分车辆实际上，清场时间中黄信号时间中的一部分车辆是接着绿信号交通流继续通行，可作为有效绿信是接着绿信号交通流继续通行，可作为有效绿信号时间的一部分。为了简单起见，设黄信号时间号时间的一部分。为了简单起见，设黄信号时间中的这部分有效时间与绿信号开始时起车延误时中的这部分有效时间与绿信号开始时起车延误时间相抵消，则有效绿信号时间与实际绿信号的时间相抵消，则有效绿信号时间与实际绿信号的时间相等，损失时间与清场时间相等。间相等，损失时间与清场时间相等。l信号周期时长（信号周期时长（Signal Cycle）l是信号灯各种灯色轮流显示一次所需的时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的总和，用间，即各种灯色显示时间的总和，用C表示表示l或一个循环内，各步的步长之和或一个循环内，各步的步长之和 （C=t1+t2+.+tn)l某一时刻某一时刻,灯控路口各个方向各信号灯状态灯控路口各个方向各信号灯状态所组成的一组确定的等色状态称为步；步所组成的一组确定的等色状态称为步；步持续的时间为步长；步长的变化单位为持续的时间为步长；步长的变化单位为1s,其最小值为其最小值为1sl比如，从某主要相位的绿灯亮启开始到下比如，从某主要相位的绿灯亮启开始到下一次该相位绿灯再次亮启之间的一段时间一次该相位绿灯再次亮启之间的一段时间6、周期长的确定、周期长的确定 7、绿信比（、绿信比（Split/Green Ratio）推算）推算 l是一个信号相位的有效绿灯时长与周期时是一个信号相位的有效绿灯时长与周期时长之比长之比l有效绿灯时长是一个信号相位的实际显示有效绿灯时长是一个信号相位的实际显示绿灯时长加上黄灯时长减去通车损失时间：绿灯时长加上黄灯时长减去通车损失时间：CGgii/iiiiIYSGG车辆用最小绿灯时间车辆用最小绿灯时间为了保证安全，各相位的绿灯时间规定如下：包括直行交通为了保证安全，各相位的绿灯时间规定如下：包括直行交通在内的主流交通为在内的主流交通为15s以上，左转专用相位等次交通为以上，左转专用相位等次交通为5s以上，以上，但是对于交通量非常小的次交通原则上取但是对于交通量非常小的次交通原则上取8s以上。以上。8、设置信号灯的条件、设置信号灯的条件 路口机动车高峰小时流量路口机动车高峰小时流量 主要道路单向车道数/条次要道路单向车道数/条主要道路双向高峰小时流量/（PCU/h）流量较大次要道路单向高峰小时流量/（PCU/h）11750300900230120014012750400900340120022021900340105028014001602290042010503501400200注1：主要道路指两条相交道路中流量较大的道路。注2：次要道路指两条相交道路中流量较大的道路。注3：车道数以路口50m以上的渠化段或路段数计。注4：在无专用非机动车道的进口，应将该进口进入路口非机动车流量折算成当量小汽车流量并统一考虑。注5：在统计次要道路单向流量时应取每一个流量统计时间段内两个进口的较大值累计。交通信号配时设计（单路口）交通信号配时设计（单路口）l第一步：确定信号相位方案第一步：确定信号相位方案l第二步：确定车道设计交通量和饱和交通流第二步：确定车道设计交通量和饱和交通流量量l第三步：计算交叉口进口道的饱和度第三步：计算交叉口进口道的饱和度il第四步：考虑总损失时间第四步：考虑总损失时间Ll第五步：计算最佳周期第五步：计算最佳周期l第六步：确定各相绿灯时间第六步：确定各相绿灯时间4.5 交通信号控制交通信号控制 线控线控n在现代城市交通信号控制中，为了保证主要路在现代城市交通信号控制中，为了保证主要路线的畅通，经常会使用线的畅通，经常会使用干线协调控制，即干线协调控制，即“绿波绿波带带”控制模式。控制模式。有了有了“绿波带绿波带”，那么其优先保，那么其优先保持畅通的车流，就可以持畅通的车流，就可以“一路绿灯一路绿灯”地通过其道地通过其道路控制区域，尽量减少路口的停留时间。当然，路控制区域，尽量减少路口的停留时间。当然，“绿波带绿波带”主要还是为了保证某个交通流的畅通。主要还是为了保证某个交通流的畅通。n线控往往是面控系统中的一个组成部分，是面线控往往是面控系统中的一个组成部分，是面控系统的一种简化形式。控系统的一种简化形式。l绿波带就是在指定的交通线路上，当规定绿波带就是在指定的交通线路上，当规定好路段的车速后，要求信号控制机根据路好路段的车速后，要求信号控制机根据路段距离，把该车流所经过的各路口绿灯起段距离，把该车流所经过的各路口绿灯起始时间，做相应的调正，以确保该车流到始时间，做相应的调正，以确保该车流到达每个路口时，正好遇到达每个路口时，正好遇到“绿灯绿灯”。l绿波带在中国设计时速是绿波带在中国设计时速是30公里公里 l城市交叉口信号绿波控制一般是指一条主干道城市交叉口信号绿波控制一般是指一条主干道中若干个连续交叉口交通信号间的协调控制。中若干个连续交叉口交通信号间的协调控制。目的是使行驶在主干道协调控制的交叉口的车目的是使行驶在主干道协调控制的交叉口的车辆，可以不遇红灯或者少遇红灯而通过这个协辆，可以不遇红灯或者少遇红灯而通过这个协调控制系统中的各交叉口。从被控制的主干道调控制系统中的各交叉口。从被控制的主干道路各交叉口的灯色来看，绿灯就像波浪一样向路各交叉口的灯色来看，绿灯就像波浪一样向前行而形成绿波，我们称这种交通信号协调控前行而形成绿波，我们称这种交通信号协调控制方式为制方式为“绿波带绿波带”控制。控制。l“绿波带绿波带”主要用于的场合：主要用于的场合：1.联结两个中心区之间的主要干道，联结两个中心区之间的主要干道，如通往郊区如通往郊区飞机场的道路，通往卫星城镇的道路，小城市的飞机场的道路，通往卫星城镇的道路，小城市的主要干道。主要干道。2.实现实现“绿波带绿波带”的路口，其交通流量大致接近。的路口，其交通流量大致接近。3.实现实现“绿波带绿波带”的路段，其交通秩序比较好。的路段，其交通秩序比较好。比如说，很少有行人横穿马路，机动车辆、三轮比如说，很少有行人横穿马路，机动车辆、三轮车和其它非机动车辆都能各行其道。车和其它非机动车辆都能各行其道。线控制的基本参数包括线控制的基本参数包括l周期长度周期长度 根据交通量确定信号周期；干道上根据交通量确定信号周期；干道上共有相同周期；按单个交叉口的信号配时法，共有相同周期；按单个交叉口的信号配时法，确定每个交叉口的信号周期，取最长的作为公确定每个交叉口的信号周期，取最长的作为公共周期共周期l绿信比绿信比 各交叉口的绿信比根据交叉口的交通各交叉口的绿信比根据交叉口的交通量各自确定量各自确定l相位差相位差 某交叉口与参照交叉口信号的绿灯开某交叉口与参照交叉口信号的绿灯开始时间差始时间差(绝对差绝对差)；相邻交叉口信号的绿灯开始；相邻交叉口信号的绿灯开始时间差时间差(相对差相对差)线控实现方法线控实现方法l1、把要实现绿波的车流，放在第一相位。把要实现绿波的车流，放在第一相位。l2、基准时间要一致。基准时间要一致。l3、周期要一致：周期要一致：时段方案要确立一套为绿波时段方案要确立一套为绿波带专用，要设置为一致，所采用的配时方案也带专用，要设置为一致，所采用的配时方案也要一致。相位一的绿灯时间要一致。要一致。相位一的绿灯时间要一致。l4、根据路段长度及平均车速，确定绝对相位根据路段长度及平均车速，确定绝对相位差。差。l此外，要把控制模式设定为线控或无电缆此外，要把控制模式设定为线控或无电缆协调控制。协调控制。4.6 交通信号控制 面控制 交通信号面控制也称交通信号面控制也称“区域控制区域控制”或或“网络协调控制网络协调控制”，是把某一区域，是把某一区域内的全部交通信号纳入一个指挥中心内的全部交通信号纳入一个指挥中心管理下的一套整体控制系统，是单点管理下的一套整体控制系统，是单点信号、干道信号和网络信号系统的综信号、干道信号和网络信号系统的综合控制系统。合控制系统。l 定时定时脱机式脱机式面控制面控制 对交通流历史数据进行统计分析，优化处理，对交通流历史数据进行统计分析，优化处理，得出多时段最优信号配时方案，存入控制器内。缺得出多时段最优信号配时方案，存入控制器内。缺点是不能应对交通流的随机变化。如点是不能应对交通流的随机变化。如TRANSITTRANSITl 联机联机感应式感应式面控制面控制运运用数据采集技术、自动控制技术，根据交通流的用数据采集技术、自动控制技术，根据交通流的瞬息变化，交通信号作出自适应控制。如瞬息变化，交通信号作出自适应控制。如SCATSSCATS，SCOOTSCOOT把区域中所有交叉口作为协调控制对象，线控制是面控制的子系统把区域中所有交叉口作为协调控制对象，线控制是面控制的子系统 面控系统优点是：面控系统优点是：l可获得全区域整体控制效益；可获得全区域整体控制效益；l可因地制宜地选用合适的控制方法；可因地制宜地选用合适的控制方法；l可有效、经济地使用设备。可有效、经济地使用设备。交通信号面控制系统，从控制策略上可分交通信号面控制系统，从控制策略上可分为为l定时式脱机操作控制系统定时式脱机操作控制系统l感应式联机操作控制系统感应式联机操作控制系统 面控系统的采用必须考虑以下几项条件面控系统的采用必须考虑以下几项条件l控制性能发展性控制性能发展性l控制范围有扩大的可能控制范围有扩大的可能l高度的可靠性高度的可靠性l使用方便使用方便在我国现实交通条件下，必须考虑自行车交通的合理处理问题P111区域交通信号控制系统的三级控制方式区域交通信号控制系统的三级控制方式l中央管理控制级中央管理控制级l区域控制中心区域控制中心l路口控制机路口控制机4.6.1 英国TRANSYT系统nTRANSYT(Traffic Network Study ToolTRANSYT(Traffic Network Study Tool，交通网络研，交通网络研究工具究工具)是一种是一种定时定时脱机操作控制系统。它是英国的脱机操作控制系统。它是英国的TRRLTRRL于于19661966年提出的脱机优化网络信号配时的一套程序。年提出的脱机优化网络信号配时的一套程序。n国际上应用较广的国际上应用较广的“交通网络研究方法交通网络研究方法”n这种系统的基本原理，是利用交通流历史及现状统计数这种系统的基本原理，是利用交通流历史及现状统计数据，进行脱机优化处理，得出多时段的最优信号配时方案，据，进行脱机优化处理，得出多时段的最优信号配时方案，编人计算机控制程序，对整个区域交通实施多时段定时控编人计算机控制程序，对整个区域交通实施多时段定时控制。制。n由交通仿真模型和优化程序两部分组成。由交通仿真模型和优化程序两部分组成。n 仿真模型仿真模型：用模拟车流在交通网上的运行状况，研究信号：用模拟车流在交通网上的运行状况，研究信号配时参数的改变对车流的影响，评价交通信号配时方案配时参数的改变对车流的影响，评价交通信号配时方案n 优化模型优化模型：以路网的总旅行时间最小化、总延误最小化或：以路网的总旅行时间最小化、总延误最小化或总交通量最大化为优化目标函数，把仿真结果输入优化程序，总交通量最大化为优化目标函数，把仿真结果输入优化程序，获得更好的信号配时方案；再把反馈给仿真系统，最后获得性获得更好的信号配时方案；再把反馈给仿真系统，最后获得性能最佳的系统配时方案能最佳的系统配时方案n TYANSYT TYANSYT优化过程优化过程包括：绿灯时间优化、信号周期优化、包括：绿灯时间优化、信号周期优化、控制子系统划分等控制子系统划分等TRANSYT系统工作原理lTRANSYT系统已经成为区域交通控制方系统已经成为区域交通控制方案优化的有效工具。案优化的有效工具。l其不足之处在于：其不足之处在于：l计算量大计算量大l系统的配时优化问题本质上是一个非凸的数系统的配时优化问题本质上是一个非凸的数学规划问题学规划问题l作为一种离线优化方法，系统需要大量的网作为一种离线优化方法，系统需要大量的网络几何尺寸和交通信息络几何尺寸和交通信息4.6.2 英国SCOOT系统P111n 绿信比绿信比、信号周期及绿灯起步时距优化技术（、信号周期及绿灯起步时距优化技术（Split,Cycle,Offset Optimization Technique）n 交通信号网交通信号网实时实时协调控制的自适应系统协调控制的自适应系统n TYANSYT TYANSYT的升级产品，有同样的优化模型、优化方法的升级产品，有同样的优化模型、优化方法n 信息源于交叉口进口道上游的车辆检测器，实时联机处理信息源于交叉口进口道上游的车辆检测器，实时联机处理n n n 优化配时主要包括优化配时主要包括交通检测交通检测交通量、时间占有率、空间占有率等交通量、时间占有率、空间占有率等子系统划分子系统划分必须事先划定子系统必须事先划定子系统预测模型预测模型排队预测、拥挤预测等排队预测、拥挤预测等系统优化系统优化绿信比、信号周期、绿时差优化技术绿信比、信号周期、绿时差优化技术方案生成式系统、全自适应控制系方案生成式系统、全自适应控制系统统l与方案选择方式的区别在于：不需要先贮存任与方案选择方式的区别在于：不需要先贮存任何既定的配时方案，也不需要预先确定一套配何既定的配时方案，也不需要预先确定一套配时参数与交通流量的对应组合关系。时参数与交通流量的对应组合关系。l方案生成式系统是通过安装于各交叉路口每条方案生成式系统是通过安装于各交叉路口每条进口道上游的车辆感应器，采集车辆到达信息，进口道上游的车辆感应器，采集车辆到达信息，通过联机处理，形成控制方案，连续地实时调通过联机处理，形成控制方案，连续地实时调整绿信比、周期时长和绿时差三个参数，使之整绿信比、周期时长和绿时差三个参数，使之与变化的交通流相适应。与变化的交通流相适应。l因此，它可以保证整个路网在任何时段都在最因此，它可以保证整个路网在任何时段都在最佳配时方案下运行。佳配时方案下运行。1、SCOOT系统信号配时优化策略系统信号配时优化策略 SCOOT系统的信号配时优化策略是：系统的信号配时优化策略是：对优化配时参数，即周期时长、绿信比、对优化配时参数，即周期时长、绿信比、绿时差，随着交通到达量的改变作出频绿时差，随着交通到达量的改变作出频繁的适量的定量调整。繁的适量的定量调整。2、SCOOT系统信号配时优化次序系统信号配时优化次序SCOOT系统，在每次改变信号配时系统，在每次改变信号配时方案前频繁按次序轮流优化周期时间，方案前频繁按次序轮流优化周期时间，绿信比与绿时差。绿信比与绿时差。3、SCOOT系统绿灯时长优选系统绿灯时长优选绿灯时长优选就是绿信比优选，它有着以下几个绿灯时长优选就是绿信比优选，它有着以下几个要点：要点：SCOOT系统对每个交叉口都单独处理其系统对每个交叉口都单独处理其绿灯时长的优选绿灯时长的优选 每一相位开始前几秒钟都要重新计算每一相位开始前几秒钟都要重新计算“现现行行”绿时长是否需要调整绿时长是否需要调整 绿灯时长的调整定量是绿灯时长的调整定量是4s 优化绿灯时长，即以调整优化绿灯时长，即以调整4s后的交通效后的交通效能指标与维持原状的交通效能指标作对比，能指标与维持原状的交通效能指标作对比，选择其中效能指标最小的那个方案选择其中效能指标最小的那个方案4、SCOOT系统绿时差优选系统绿时差优选SCOOT对控制小区内的每一个交叉口（无论其相位起始时对控制小区内的每一个交叉口（无论其相位起始时间是否改变）在每个周期前都要作一次绿时差优选运算间是否改变）在每个周期前都要作一次绿时差优选运算绿时差的调整也是绿时差的调整也是4s优选绿时差的方法与优选绿灯时长的方法一样，但是以全优选绿时差的方法与优选绿灯时长的方法一样，但是以全部相邻道路上的交通效益指标总和最小为优化目标部相邻道路上的交通效益指标总和最小为优化目标优选绿时差，必须考虑到短距离交叉口间的排队，避免下优选绿时差，必须考虑到短距离交叉口间的排队，避免下游交叉口的排队队尾堵塞上游交叉口的交通。游交叉口的排队队尾堵塞上游交叉口的交通。5、SCOOT系统周期时长优选系统周期时长优选 SCOOT系统每隔系统每隔2.55分钟对控制小区每一个分钟对控制小区每一个交叉口的周期长作一次运算。以关键交叉口的周交叉口的周期长作一次运算。以关键交叉口的周期时长作控制小区内的公用周期时长期时长作控制小区内的公用周期时长 周期时长选择以控制小区内关键交叉口的饱和周期时长选择以控制小区内关键交叉口的饱和度限于度限于90%为目标。饱和度小则递减周期时长，为目标。饱和度小则递减周期时长，可以使饱和度上升，减低延误时间及停车率，接可以使饱和度上升，减低延误时间及停车率，接近近90%时，停止减低周期时长。那么，相反，饱时，停止减低周期时长。那么，相反，饱和度大则递增周期时长，提高通行能力，可以使和度大则递增周期时长，提高通行能力，可以使饱和度下降。饱和度下降。SCOOT系统是一种两级结构系统是一种两级结构 通过车辆检测器获得交通量数据通过车辆检测器获得交通量数据(每秒每秒4次采样次采样)，以此，以此为依据建立交通模型为依据建立交通模型 绿信比、相位差和周期的优化均通过模型进行绿信比、相位差和周期的优化均通过模型进行 SCOOT在优化调整过程中均采用小增量方式在优化调整过程中均采用小增量方式 具有公交车辆和紧急车辆优先功能具有公交车辆和紧急车辆优先功能 新增交通信息数据库新增交通信息数据库ASTRID模块和综合事故检测模块和综合事故检测INGRID模块，能够对交通数据进行滤波、分析，并将处模块，能够对交通数据进行滤波、分析，并将处理好的数据用于参数的优化；还能够实时检测事故，为理好的数据用于参数的优化；还能够实时检测事故，为交通管理部门提供服务交通管理部门提供服务 6、SCOOT系统的特点系统的特点4.6.3 澳大利亚SCAT系统 Sydney Coordinated Adaptive Traffic SystemSydney Coordinated Adaptive Traffic System悉尼交通自适应协调系统悉尼交通自适应协调系统n最大的特点是最大的特点是“自适应自适应”，即路口的信号配时，红绿灯显，即路口的信号配时，红绿灯显示时间完全是动态控制的，根据道路车辆实时情况，进行示时间完全是动态控制的，根据道路车辆实时情况，进行数据处理，然后适时调整作出合理的配时，以适应路口的数据处理，然后适时调整作出合理的配时，以适应路口的不同情况，大大提高道路通信效率。不同情况，大大提高道路通信效率。n是基于计算机网络、路口感应装置的控制系统，能统计分是基于计算机网络、路口感应装置的控制系统，能统计分析马路上的汽车流量、速度，并根据最佳通行效果，设置析马路上的汽车流量、速度，并根据最佳通行效果，设置出各路口的红绿灯时间配比。能同时控制方圆数平方公里出各路口的红绿灯时间配比。能同时控制方圆数平方公里内的交通情况，并让多个交叉口协同工作，从而使交通运内的交通情况，并让多个交叉口协同工作，从而使交通运行达到最佳效率行达到最佳效率n实时自适应区域交通控制系统实时自适应区域交通控制系统n 三级分层控制：中央控制中心地区控制中心信号控制机三级分层控制：中央控制中心地区控制中心信号控制机n 1 11010个信号控制机组合成一个子系统个信号控制机组合成一个子系统n 子系统之间相互独立，子系统内部相互协调子系统之间相互独立，子系统内部相互协调n 配时基本参数以子系统为核算单位配时基本参数以子系统为核算单位n 中央控制系统对若干子系统整体协调控制中央控制系统对若干子系统整体协调控制n 利用停车线附近的检测器获取交通量信息利用停车线附近的检测器获取交通量信息1、SCAT系统工作原理系统工作原理 根据交叉口到达交通量的变化先脱机运算信根据交叉口到达交通量的变化先脱机运算信号配时优化方案，为每一个交叉口拟订了号配时优化方案，为每一个交叉口拟订了4个可个可以供选用的绿信比方案、以供选用的绿信比方案、5个绿时差方案以及信个绿时差方案以及信号周期时长变化的号周期时长变化的4个限值。把这些脱机运算的个限值。把这些脱机运算的对应与各不同交通量的优化方案存放在主控计算对应与各不同交通量的优化方案存放在主控计算机中。实际运行的时候，主控计算机根据车辆检机中。实际运行的时候，主控计算机根据车辆检测设施送来的实时检测交通量，从已经存在的信测设施送来的实时检测交通量，从已经存在的信号配时优化方案中搜索出一个与检测交通量相适号配时优化方案中搜索出一个与检测交通量相适应的方案，送到信号控制机去执行。应的方案，送到信号控制机去执行。2、SCOOT与与SCAT系统的比较系统的比较 对于对于SCOOT系统来说，它的线圈是紧紧挨着安系统来说，它的线圈是紧紧挨着安在路口的进口，所以它收集的是该路口的容量。在路口的进口，所以它收集