《交通信号控制概述》PPT课件.ppt

第四章 交通信号控制概论 第一节 概述 交通信号及交通信号灯 交通信号灯的设置依据 信号灯控制类别 第二节 信号控制参数与基本概念 第三节 道路交通控制基础理论 （一）交通信号 在道路上用来传送具有法定意义指挥交通流通行 或停止的光、声、手势等，都是交通信号。道路上常 用的交通信号有灯光信号和手势信号。 交通信号是在空间上无法实现分离的地方，在平 面交叉口上，用来在时间上给交通流分配通行权的一 种交通指挥措施。交通信号灯用轮流显示不同的灯色 来指挥交通的通行或停止。 除交叉口交通信号灯外，还有人行横道信号灯和 车道信号灯等灯光信号。车道信号灯一般多用在高速 道路、大桥、隧道及有可逆方向车道的道路上。 第一节 交通信号及交通信号灯 1信号灯的含义 1）非闪灯 （ 1）绿灯 表示车辆可以通行，在平面交叉口，面对绿灯的车 辆可以直行、左转或右转。 （ 2）红灯 表示不许车辆通行，面对红灯的车辆不能超过停车 线。 （ 3）黄灯 表示即将亮红灯，车辆应该停止。除非黄灯刚亮时， 已经接近停车线、无法安全制动的车辆，可以开出停车线。 2）闪灯 （ 1）红灯闪 警告车辆不准通行。 （ 2）黄灯闪或两个黄灯交替闪亮 表示车辆可以通行，但必须 特别小心。 3）箭头灯 （ 1）绿色箭头灯 表示车辆只允许沿箭头所指的方向通行。 （ 2）红色或黄色箭头灯 表示仅对箭头所指的方向起红灯或黄 灯的作用。 4）专用于自行车的信号灯 应在信号灯上加有自行车的图案。 2信号灯的种类 除原来红、黄、绿三色基本信号灯之外，又增加了以下两 种信号灯： 1）箭头信号灯 箭头信号灯是在灯头上加一个指示方向的箭头，可有左、 直、右三个方向。它是专为分离各种不同方向交通流，并对 其提供专用通行时间的信号灯。这种信号，当然只在设有专 用转弯车道的交叉口上使用才能有效。 2）闪烁灯 普通红、黄、绿或绿色箭头灯，在启亮时，按一定的频 率闪烁，以补充其他灯色所不能表达的交通指挥意义。我国 有些城市，安装了一种附有随灯色显示时间倒计时间显示的 一种信号灯，可以告诉驾驶员，正在显示的灯色所余留的时 间，随时掌握自己的驾车动作。 3各式信号灯的次序安排 信号灯的次序安排分竖式和横式两种。 1）竖式 （ 1）国际规定，自上而下为红、黄、绿灯。 （ 2）带有箭头灯时，安排次序如下： 单排式：自上而下，一般为红、黄、绿、直行箭头、左转箭头、右转箭头 灯，中间可省掉不必要的箭头灯。当同时装有直、左、右三个箭头灯时，可 省掉普通绿灯。 双排式：一般在普通信号灯的里侧加装左转箭头灯，或左转和右转箭头灯， 或左、直、右三个箭头灯。 2）横式 （ 1）国际规定，自外向里为红、黄、绿灯。 （ 2）带有箭头灯时，安排次序如下： 单排式：自外向里，一般为红、黄、左箭头、直箭头、右箭头灯；或红、 黄、左箭头、绿灯；或红、黄、绿、右箭头灯。 双排式：自外向里，为左箭头灯、直箭头灯和右箭头灯，中间可省掉不必 要的箭头灯。横排时，左、右箭头灯所处位置，原则上同左、右车道的位置 一致。 1. 信号控制设置的利弊分析 信号控制设计合理的交叉口 ， 其通行能力比无信号控 制的交叉口大 。 当无信号控制的交叉口的交通量接近其通行 能力时 ， 车流的延误和停车会大大增加 ， 尤其是次要道路上 车辆的停车 、 延误更加严重 。 此时把这类交叉口改为信号控 制的交叉口可以明显改善次要道路的通行能力 ， 减少其停车 与延误 。 但如果交通量没有达到设置信号灯的程度时 ， 不合理的设 置信号控制 ， 其结果可能会适得其反 。 信号灯设置合理 、 正确就能发挥明显的效益；设置不当 时 ， 非但浪费了设备及安装费用 ， 还会造成不良的后果 。 因此 ， 研究制定合理设置交通信号灯的依据是十分重要的 。 在技术上 ， 使设置信号灯有据可依 ， 避免乱设信号灯现象； 在经济上 ， 可避免无谓的投资浪费；在交通上 ， 可避免不 必要的损失和交通事故 。 2. 信号控制设置的基本理论 停车标志交叉口改为信号交叉口时主要应考虑两个因 素：无信号交叉口的通行能力和延误。 1）停车标志交叉口的通行能力 停车标志交叉口的通行能力为主路通行能力与次路通行 能力之和 ， 主路通行能力可认为和路段通行能力一样 ， 次路 通行能力可通过计算主路车流中可供次路车辆穿越的空档数 来求出次路可以通行的最大交通量 。 根据以上分析次路可通 过的最大交通量的公式如下： qh q e QeQ 1m a x 式中： 次要道路可通过的最大交通量（辆 /h） 主要道路交通量（辆 /h） Q/3600（辆 /s） 次要道路穿过主路车流的临界空档时距（ s） 次要道路车辆连续通行时的车头时距（ s） maxQ Q q h 一般，当交通量发展到接近停车或让路标志交叉口所能处理 的能力时，才加设交通信号控制。主要考虑两个因素：停车标志 交叉口的通行能力和延误。 图中 A、 B为停车标志交叉口的流量 延误关系曲 线； C为信号控制交叉口的流量 延误关系曲线 。 比较 曲线 A、 C可以看出 ， 当进入交叉口的交通总流量超过 800辆时 ， 信号控制交叉口的延误比停车标志交叉口小的 多 ， 此时 ， 采用信号控制就比停车标志控制更为合理 。 （二）设置交通控制信号的依据 考虑各自的交通实际情况后制定出各自的依据。 前期必须做的调查工作 1车辆与行人的交通流量； 2进口道上的车辆行驶速度； 3交叉口的平面布置图； 4交通事故及冲突记录图； 5可穿越临界空当； 6延误。 信号灯设置依据 美国方法 8小时流量 4小时流量 高峰小时 学童过街 联动信号 事故记录 道路网络 表 第一条依据 8h车流量 条件 A 最小车流量 进口道通车车道数 主要道路车辆数（辆 /h） （双向进口道的总数） 次要道路车辆数（辆 /h） （单向中流量较高者） 主要道路 次要道路 100 80 70 100 80 70 1 1 500 400 350 400 120 105 2及以上 1 600 480 420 150 120 105 2及以上 2及以上 600 480 420 200 160 140 1 500 400 350 200 160 140 条件 B 中断连续交通流 进口道通车 车道数 主要道路车辆数（辆 /h） （双向进口道的总数） 次要道路车辆数（辆 /h） （单向中流量较高者 主要道路 次要道路 100 80 70 100 80 70 1 1 500 400 350 400 120 105 2及以上 1 600 480 420 150 120 105 2及以上 2及以上 600 480 420 200 160 140 1 500 400 350 200 160 140 图 第 2条依据 4h流量 信号灯设置依据 我国方法 高峰小时流量和 12小时流量 道路宽度大于 15应设非机动车信号灯 行人高峰小时流量大于 500人次应设行人过街 信号灯 实行分道控制的交叉口应设车道信号灯 交叉口间距大于 500m、高峰小时流量超过 750辆及 12h流量超过 8000辆的路段，当通过 人行横道的行人高峰小时流量超过 500人次时， 可设置人行横道信号灯及相应的机动车信号 灯。 （三）信号控制类别 1按控制范围分类 1）单个交叉口的交通控制 每个交叉口的交通控制信号只按照该交叉口的交通情况独立 运行，不与其邻近交叉口的控制信号有任何联系的，称为单个交 叉口交通控制，俗称 “ 点控制 ” 。 2）干道交叉口信号协调控制 把干道上若干连续交叉口的交通信号通过一定的方式联结起 来，同时对各交叉口设计一种相互协调的配时方案，各交叉口的 信号灯按此协调方案联合运行，使车辆通过这些交叉口时，不致 经常遇上红灯，称为干道信号协调控制，也叫 “ 绿波 ” 信号控制， 俗称 “ 线控制 ” 。 根据相邻交叉口间信号灯联结方法的不同，线控制可分为： （ 1）有电缆线控 由主控制机或计算机通过传输线路操纵各信 号灯间的协调运行。 （ 2）无电缆线控 通过电源频率及控制机内的计时装置来操纵 各信号灯按时协调运行 。 3）区域交通信号控制系统 以某个区域中所有信号控制交叉口作为协调控制的对象，简 称为区域交通信号控制系统，俗称 “ 面控制 ” 。控制区内各受控 交通信号都受中心控制室的集中控制。 2. 按控制方法分类 1）定时控制 交叉口信号控制机均按事先设定的配时方案运行，称定周期 控制。一天只用一个配时方案的称为单段式定时控制；一天按不 同时段的交通量采用几个配时方案的称为多段式定时控制。最基 本的控制方式是单个交叉口的定时控制。线控制、面控制也都可 用定时控制的方式，也叫静态线控系统、静态面控系统。 2）感应控制 感应控制是在交叉口进口道上设置车辆检测器，信号灯配时 方案可随检测器检测到的车流信息而随时改变的一种控制方式。 感应控制的基本方式是单个交叉口的感应控制，简称单点感应控 制。可分为： （ 1）半感应控制 只在交叉口部分进口道上设置检测器的感应 控制。 （ 2）全感应控制 在交叉口全部进口道上都设置检测器的感应 控制。 两种分类方法的关系如图 2-1所示。 点控制 线控制 面控制 定时控制 感应控制 图 2 1 信号控制类型关系 第二节 信号控制参数与基本概念 一、信号控制参数 三个基本参数： 信号周期 绿信比 相位差 1、步伐和步长 步伐： 某一时刻，灯控路口各个方向各信号灯状态所组 成的一组确定的灯色状态。 例如：早上 7： 00信号机开机，南北方向左转箭头灯 和红灯亮，东西方向红灯亮，所有人行红灯亮，其他等均 不亮。这种状态持续了 20s，那么这种状态称为一个步伐， 其步长为 20s。步长的变化单位为 1s。 2、周期 一个循环内各步伐的步长之和称为信号周期。 3、相位及相序 相位： 在交叉口进口道处，不同的流向按照一定的顺序 获得通行权。通行权的每一次更换，就构成了一个信号相 位。 相序： 通行权的顺序构成相序。 图 1 两相位信号配时图 图 2 具有专用左转相位的三相位方案 图 3 交通信号控制的八个相位 信号相位 一股或几股车流，他们在一个信号周期内，不管任何瞬间都 获得完全相同的信号灯色显示，那么就把各进口道不同方向 所显示的不同灯色的组合称作一个信号相位。 4）信号阶段 车辆在通过交叉口时， “ 通行权 ” 依次轮流分配给各个相位， “ 通行权 ” 的每一次转换就称为一个信号阶段。 信号相位与信号阶段的主要区别是： “ 信号相位 ” 是按 车 流获得信号显示的时序来划分的 ， 有多少种不同的时序排列 就有多少个信号相位； “ 信号阶段 ” 则是根据交叉口通行权 在 一个信号周期内的更迭次数来划分的 。 一个信号周期内通行 权转换几次就是几个信号阶段 。 若一个信号周期内没有搭接 相位 ， 则信号相位和信号阶段的含义是相同的 。 图 2 2中的 丁字型交叉口显示了信号相位与信号阶段的区别 。 D C A B E F B A F E C D 信号周期 C 第一 相 位 包含车流 A、 B 第二相位 包含车流 E 第三 相 位 包含车流 C、 D 第四相位 包含车流 F 信号阶段 A 信号阶段 B 信号阶段 C IA IB IC GA GC GB FC FA FB 第三相位 车流 C、 D 第四相位 车流 F 第二相位 车流 E 第一相位 车流 A、 B FA、 FB、 FC 分别为信号阶段 A、 B、 C的时间 GA、 GB、 GC 分别为信号阶段 A、 B、 C的绿灯显示时间 IA、 IB、 IC 分别为信号阶段 A、 B、 C的绿灯间隔时间 图 信号相位与信号阶段的关系 4、绿信比 在一个信号周期内， 各相位的有效绿灯时 间与周期长度的比值。 有效绿灯时间 =绿灯时间 +黄灯时间 -损失时间。 起始迟滞 a 有效绿灯时间 g 前损失时间 后损失时间 终止迟滞 b 饱和 流量 S 在完 全饱 和的 绿灯 期间 放行 的车 流流 率 时间 绿灯间隔 I 绿灯 黄灯 红灯 全红灯 某相位 i 与相位 i冲突 的相位 G 起始迟滞 有效绿灯时间 前损失时间 后损失时间终止迟滞 率 时间绿灯间隔 绿灯 黄灯 红灯 全红灯 的相位 5、相位差 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一标 准信号绿灯或红灯的时间之差。 2)相对时差 是指相邻两信号的绿灯或红灯的起点或中点之间的时间 之差。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通过带方法中确定信号时差； 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。 常用时距图来表示信号赔时与距离的关系 （二）基本概念 1、信号绿灯 用 G(秒）表示 2、信号红灯 用 R(秒）表示 3、信号黄灯 用 A(秒）表示 黄灯时间设置考虑的因素： .提醒驾驶员绿灯信号时段就要结束，是车辆在停车 线前面安全停下来； .对于已通过停车线或者部分通过停车线的车辆，能 在下相位绿灯启亮之前安全地驶离交叉口冲突区； .为滞留在冲突区内的车辆提供清路口的时间。 黄灯时间的取值范围为秒，若大于秒，超出部 分通常用全红时间取代。 4、全红时间 是指交叉口处于 “ 四面红灯 ” 控制状 态下的一段红灯时间。用 r（秒）表示。 往往出现在连续两个信号周期之间， 或相位转换之间。作为交通信号调查的依 据或起点。 5、信号配时 .信号灯色显示一个循环各灯色需要的时间。 .信号配时图 相位 A T1 G1 A1 R1 相位 B R2 G2 A2 T2 C 信号周期与绿灯时段（ n=2, r=0) (1) 相位 A T1 G1 A1 R1 相位 B R2 G2 A2 T2 C 信号周期与绿灯时段（ 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 信号周期与绿灯时段（ n=2, r0) (3) r r r C 第三节 道路交通控制基础理论 一、交通流理论 1、三参数及相互关系： Q=Vk 2、跟驰理论：运用动力学方法，将交通流处理成 分散的粒子组成，从微观角度探究在无法超车的 单一车道上车辆列队行驶时，后车跟随前车的行 驶状态。 3、流体力学理论：运用动力学方法，从宏观角度 采用连续介质模式，假设前后两车的行驶状态完 全一样，将车流看成一种流体，把车流密度的疏 密变化看成水波的起伏，并抽象成车流波，利用 流体力学基本原理，建立车流的连续方程，又称 交通流波动理论。 4、排队论理论 二、道路通行能力和服务水平 P116 基本通行能力 可能通行能力 实际通行能力 区别路段与交叉口通行能力计算的不同？ 三、交通信号采集和处理技术（ P126） 四、短时交通流预测理论 1、定义（ STSF）：时间序列数据的间隔和预测 期均较短的交通流预测，一般在 15min之内。 2、方法： 基于线形系统理论方法：回归、时间序列 基于知识发现的智能模拟方法：神经网络 基于非线性系统理论方法：突变、混沌理论 基于组合模型的预测方法 基于交通模拟的预测方法 基于动态交通流分配的预测方法 五、交通状态评价 服务水平（依据） 五、交通仿真技术 微观仿真： vissim EmmE/2， paramics， cube等软件