第五章_单点交叉口的信号控制

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,1,第五章 单点交叉口的信号控制,2,课程安排,道路交通管理概论,交通信号控制的基本概念,信号控制的,类型和模式,定时信号控制,感应信号控制,单点交叉口的智能控制,单点交叉口配时,方案设计实例,3,第一节 交通信号控制的基本概念,一、交通信号灯及其设置依据,1,、交通信号及交通信号灯,1,）定义,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。,2,）种类,常用的有,灯光信号,和,手势信号,。,4,3,）作用,交通信号是在道路空间上,无法实现分离原则,的地方，主要是在,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。,4,）方式,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。,5,7,） 各国对信号灯的含义的特殊规定概,（,1,）原苏联,在黄灯之前，有绿闪灯，预告即将亮黄灯，,我国有些城市也用这种绿闪灯。,优点是,可敦促车辆抓紧时间通过交叉口，以提高通车效率；,缺点,使驾驶人想加速抢时间通过交叉口而容易发生交通事故。,6,7,） 各国对信号灯的含义的特殊规定概,（,1,）原苏联,右转箭头灯亮时，允许车辆,就地掉头,；,箭头灯与红灯同时亮时，可按箭头方向通行，但应给其他方向的车辆让路,。,7,7,） 各国对信号灯的含义的特殊规定概,（,2,）英国,在红灯末尾，有一小段红、黄灯同时亮的时间，,这意味着通知面对红黄灯的车辆，,红灯即将结束,，预先做启动准备，可以节省起动损失时间。上海目前也采用此方法。,8,7,） 各国对信号灯的含义的特殊规定概,（,3,）美国,有的地方使用黄色箭头灯与红色箭头灯，可使各方向车流分别有各自的红、黄、绿色箭头灯，含义明确，不易混淆。这样，灯具比较复杂。,9,7,） 各国对信号灯的含义的特殊规定概,4,）加拿大,加拿大规定在,绿闪左转箭头灯与普通绿灯同亮,时，表示通知驾驶人，对向车流面向红灯，左、直、右车辆都可以通行，但必须让其他合法通行的车辆和人行横道线内的行人先行。,加拿大对,红闪,的规定是，车辆在通过交叉口时，必须先停车观察，在确保安全的前提下，方准通行，类似于停车标志的意义。日本也有这样的规定。,10,7,） 各国对信号灯的含义的特殊规定概,（,5,）日本,对自行车使用机动车信号灯时，有些特殊的规定，如绿灯时，规定自行车只可直行和左转（相当于我国的右转），而右转车（相当于我国的左转）必须直行道对面街角处，待另向绿灯亮时再次直行通过。,11,如果交通量未达到需要设置信号灯的时候，不合理地将停车标志交叉口改为信号控制交叉口，,主路交通和次路交通会怎样？,合理设置信号灯的依据是什么？,12,2,）信号设置不合理的弊端,将停车、让路标志交叉口改为信号控制交叉口，消除了原停车或让路标志交叉口的优点。（,优点是什么？）,在,停车、让路标志交叉口,上，对主要道路车辆是畅通无阻的，可以看成没有交叉口一样，因此，主要道路上的车辆延误很少,。,4,）设置交通信号的基本原理概念,目前，决定停车标志交叉口改为信号控制交叉口时，主要考虑两个因素：,（,1,）停车标志交叉口的通行能力,（,2,）延误,。,第二节 信号控制的类型和模式,一、交通信号控制类型,1,、,按控制范围分类,（,1,）单个交叉口的交通控制,（,2,）干道交叉口信号协调控制,（,3,）区域交通信号控制系统,1,）单点交叉口交通控制,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，不与其相邻交叉口的控制信号有任何联系的，称为单点交叉口交通控制，也称,“,点控制,”,，,是交叉口交通信号控制的最基本形式。,离线点控制,在线点控制,（,1,）离线点控制,基本原理：将绿灯时间分成有限的具有固定顺序的时间段（也称相位），不同的交通流将根据固定绿灯时间和顺序依次获得各自的通行权。,配时方案：依据典型的历史交通数据制定,分 类：定周期控制、变周期控制,控 制 器：机电控制器（早期），,电子或小型微处理器（目前）,（,2,）在线点控制,指交通响应控制（或车辆感应控制）。它根据交叉口各个入口交通流的,实际分布情况,，合理分配绿灯时间到各个相位，从而满足交通需求。,检测原理：,基于到达车辆车头时距的控制,基于排队长度的控制,根据交通需求延长绿灯时间，直到绿灯时间达到最大值或绿灯期间交通流的车头距测量值超过某一关键值是车辆感应控制的基本方法。,2,）干线交叉口信号联动控制,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，也称,“绿波”信号控制,，俗称“,线控,”。,2,）干线交叉口信号联动控制,根据相邻交叉口间信号灯联结方法不同，线控还可分为,有电缆线控,和,无电缆,线控,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；,无电缆线控,：通过电源频率及控制机内的计时装置来操控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，称为,区域交通信号控制系统,，也称,“面控”,。,对于范围较小的区域，可以整区集中控制；对于范围较大的区域，可以分区分级控制,2,、,按控制方法分类,（,1,）定时控制,（,2,）感应控制,（,3,）自适应控制,（,1,）定时控制,交叉口交通信号机均按事先设定的配时方案运行，也称,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，称为,静态线控系统、静态面控系统,。,（,2,）感应控制,在交叉口进口道上设置车辆检测器，,信号灯配时方案,由计算机或智能化信号控制机计算，,可随检测器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。,半感应控制,全感应控制,把交通系统作为一,个不确定系统,能够连续测量其状态,如车流量、停车次数、延误时间、排队长度等，逐渐了解 和掌握对象，把它们与希望的动态特性进行比较，并利用差值以改变系统的可调参数或产生一个控制，从而保证不论环境如何变化，均可使控制效果达到最优或次最优的一种控制方式。,（,3,）自适应控制,二、交通信号控制模式,1,、周期控制模式,2,、相位差与绿信比控制模式,3,、时间表控制模式,4,、子区域连接控制模式,26,第三节 定时信号控制,定时信号配时技术的基本原理是其它控制方式配时的基础。,本节主要学习,点控制,定时信号配时的基本原理和基本流程；,基本原理：,即如何根据交叉口的道路条件及交叉口各进口道交通流的流向与流量，确定定时信号的,配时方案,。,27,第三节 定时信号控制,一、定时信号控制的基本内容,二、,评价信号控制交叉口的交通效益指标,三、定时信号配时的基本原理,四、定时信号配时的流程和基本方法,五、定时信号配时的改进方法,28,一、定时信号配时的基本内容,定时信号控制的基本特点：,1,、固定的信号周期、固定的绿信比,2,、全天可以是一个配时方案，或分段采用多个配时方案,3,、每个时段内使用固定的配时方案,4,、配时方案根据交叉口历史数据确定,5,、配时方案的切换可以是手动或自动进行,6,、定时控制信号机安装简单、维护方便、成本低。,29,一、定时信号配时的基本内容,定时信号控制配时的基本内容包括两部分：,确定信号相位方案,确定信号基本控制参数,30,1,、信号相位方案,相位方案是在一个信号周期内，安排若干控制状态，并合理安排这些控制状态的显示次序,31,具有专用左转相位的三相位方案,机动车信号控制的,8,个相位,东西直行,东西左转弯,南北直行,南北左转弯,前导左转相,（早启左转相）,后延左转相,（迟断左转相）,练习：,画出下图给出的,四相位,的信号配时图示,。,若,C=106s, G1=30s G2=17s G3=32s G4=15s A=3s,，,相位之间转换都有黄灯，请在图上标出每个相位中各个灯色的时长。,34,一,二,三,四,106s,30s,17s,32s,15s,35,2,、信号控制基本参数,点控制定时信号基本控制参数有：,周期时长,绿信比,周期长是决定点控制定时信号的关键控制参数，是信号配时设计的主要对象。,36,二、评价信号控制交叉口的交通效益指标,1,、通行能力或饱和度,（实际到达交通量与通行能力之比）,2,、行程时间,3,、延误,4,、停车次数,5,、停车率,6,、排队长度,7,、油耗,37,三、定时信号配时的基本原理,是其他控制方式配时的基础,根据交叉口的道路条件及交叉口各进口道交通流的流向与流量，确定定时信号的配时方案,定时信号配时方法：,国际上：,英国的,TRRL,法（也称,Webster,法），,澳大利亚的,ARRB,法（阿克塞立克方法,）以及,美国的,HCM,法等；,国内：,“,停车线法,”,和,“,冲突点法,”,等方法,38,Webster,配时法,Webster,模型是以车辆延误时间最小为目标来计算信号配时的一种方法，因此其核心内容是车辆延误和最佳周期时长的计算。而这里的周期时长是建立在车辆延误的计算基础之上，是目前交通信号控制中较为常用的计算方式,39,Webster,模型,车辆延误计算,通过对交叉口信号 的各相单车延误（主要包括平均延误和随即延误）求和，得到交叉口的延误,。,最佳周期时长计算,由车辆延误计算公式推导而出，并经过反复近似计算得出公式，在现有计算模型中应用最为广泛,。,40,最佳周期时长是信号控制交叉口上，能使通车效益指标最佳的交通信号周期时长。,以延误作为交通效益指标，用,webster,定时信号配时交叉口延误公式：,确定最佳周期时长,C,0,41,交叉口交通流量比,Y,为各相信号临界车道的交通流量比（）之和，即：,所谓关键车道，是指每一信号相位上，交通量最大的那条车道。关键界车道的交通流量比等于该车道的交通量和饱和流量之比,42,=1440s,L=10s,43,确定关键车道,44,计算流量比,相位,A,关键车道流量比,y,1,=q,1,/s=540/1440=0.35,相位,B,关键车道流量比,y,2,=q,2,/s=420/1440=0.29,关键进口道总流量比,Y=y,1,+y,2,=0.35+0.29=0.64,45,课堂练习：三相位,(,南北直行；南北左转；东西直左右,),q,1,=410,S,1,=1550,q,2,=350,S,1,=1500,q,3,=380,S,3,=1500,q,4,=300,S,1,=1350,q,6,=260,S,6,=1300,q,5,=360,S,5,=1440,46,四、定时信号配时的流程和方法,单个交叉口定时交通信号配时设计，要按照不同的,流量时段来划分信号配时时段,在同一时段内确定相应的配时方案。,改建、治理交叉口，具有各流向设计交通量数据时，信号配时设计的流程应如下。,47,1.,信号相位基本方案,(,和渠化方案同时进行,),2.,确定设计交通量,3.,确定饱和流量,4.,配时参数计算,5.,信号交叉口通行能力与饱和度计算,6.,服务水平评估,7.,交叉口信号配时图绘制,1,、定时信号配时设计流程,48,定时信号配时设计流程,49,（,1,）信号相位的确定原则,a.,信号相位必须同交叉口进口道,车道渠化方案,同时设定，有专用转弯相位必须相应地设置专用车道；,b.,信号相位对应于左右转弯交通量及其专用车道的布置，常用基本方案示如图,5-10,。,c.,有左转专用车道时，根据左转设计交通量计算的左转车每周期平均到达,3,辆及其以上时，宜用左转专用相位；,d.,同一相位各相关进口道左转车每周期平均到达量相近时，宜用双向左转专用相位。,2,、信号相位基本方案,50,信号相位常用基本方案,51,2,）新建交叉口信号相位方案的确定,对于新建交叉口，在缺乏交通量数据的情况下，建议：,先按表,5-2,所列进口车道数与渠化方案选取初步试用方案；对于,T,形交叉口，建议先用三相位信号；,根据通车后实际交通各流向的流量调整渠化及信号相位方案。,2,、信号相位基本方案,52,应按交叉口每天交通量的时变规律，分早高峰、午高峰、晚高峰时段，早、午、晚低峰时段，及一般平峰时段，然后确定相应的设计交通量。,已选定时段的设计交通量，须按该时段内交叉口各进口道不同流向分别确定，其计算公式如下：,3,确定设计交通量,53,无最高,15min,流率的实测数据时，可按下式估算：,3,确定设计交通量,54,4.,饱和流量实测与计算,饱和流量的定义：,在一次连续的绿灯信号时间内，进口道上一列连续车队能通过进口道停车线的最大流量，单位是,pcu/,绿灯小时。,饱和流量的影响因素：,随交叉口几何因素、渠化方式及各流向交通冲突等情况而异，比较复杂。,应尽量采用实测数据。实测采集不到时，才可考虑估算。,计算思路：,进口道经渠化后,-,分别计算各进口车道的饱和流量,-,把各条车道的饱和流量累计成进口道的饱和流量。,55,饱和流量用实测平均基本饱和流量乘以各影响因素校正系数的方法估算。,进口车道的估算饱和流量：,4.,饱和流量实测与计算,56,（,1),基本饱和流量,各类进口车道的基本饱和流量,车道,各类进口道基本饱和流量,S,bi,(pcu/h),直行车道,14002000,，平均,1650,左转车道,13001800,，平均,1550,右转车道,1550,注：进口车道宽度：,3.03.5m,。,57,（,2,）各类车道通用校正系数,f,(F,i,)=f,w,f,g,f,b,f,r.,（,1,）车道宽度校正,（,2,）坡度及大车校正,（,3,）公交车停靠站影响校正,（,4,）行人自行车干扰校正系数,（,5,）车道类型及相位的影响等。,58,59,（,3,）直行车道饱和流量,60,4,）左转专用车道饱和流量,（,1,）有专用相位时,（,2,）无专用相位时,对向直行车道数,1,2,3,4,1.0,0.625,0.51,0.44,对向直行车道数的影响系数,61,5,）右转专用车道饱和流量,（,1,）有专用相位时,5,）右转专用车道饱和流量,（,2,）无专用相位时,行人校正系数,行人校正系数,63,周期（,s,）,行人少（小于,20,人,/,周期）,行人多（大于,20,人,/,周期）,0.4,0.5,0.6,0.4,0.5,0.6,60,0.88,0.88,0.87,0.45,0.42,0.40,90,0.87,0.87,0.86,0.40,0.38,0.36,120,0.87,0.86,0.86,0.37,0.36,0.35,行人影响校正系数,64,6,）直左合用车道饱和流量,直左合流校正系数,65,5.,配时参数计算,1,）计算最佳周期时长,2,）信号总损失时间,3,）绿灯间隔时间,4,）流量比总和,当,I3s,时，其中,3s,配以黄灯，,其余时间配以红灯,66,5.,配时参数计算,5,）总有效绿灯时间,6,）各相位有效绿灯时间,7,）各相位的绿信比,8,）各相位显示绿灯时间,9,）最短绿灯时间,67,例题,一个两相位信号控制交叉口，各进口道的交通量和饱和流量列于表；绿灯间隔时间为,7s;,黄灯时间为,3s,，起动损失时间为,3s,。试计算信号配时：,表 各进口道的交通量和饱和流量,项目,北进口,南进口,东进口,西进口,项目,北进口,南进口,东进口,西进口,交通量,q(pcu/h),620,720,390,440,流量比,0.26,0.3,0.39,0.44,饱和流量（,S,）,2400,2400,1000,1000,Maxy,y,0.3,0.44,解：,(1,）,.,各进口道流量比,y,及,Y,，列于表右两行。,（,2,）,.,每周期总损失时间,L=,(l+I-A)=2,(3+7-3)=14s,。,68,（,3,）最佳周期时长,（,4,）求周期的有效绿灯时间,（,5,）求相位有效绿灯时间,南北相,东西相,69,（,6,）求各相位显示绿灯时间,第一相位,（,7,）求各相位清路口四面全红时间,第二相位,则该路口该时段的配时方案如下表所示,相位划分,配时内容,第一相位,第二相位,显示绿灯时间,34,52,黄灯时间,3,3,四面全红时间,4,4,合计时间,41,59,周期时间,100,计算得到的信号配时方案表,信号配时图,第一相位,第二相位,100s,4s,总结：,信号配时方案设计计算步骤：,1.,计算交叉口每个进口车道的车流量和饱和流量；,2.,求出每个进口车道的车流量系数，并为每个相位选择流量比（最大的）；,3.,将各相位的流量比相加得出整个交叉路口的,Y,值；,4.,确定路口绿灯间隔时间,I,和损失时间,L,；,5.,利用最佳周期计算公式计算周期时间；,6.,用周期时间减去损失可得出可利用的有效绿灯时间；,7.,将路口有效绿灯时间按各个相位的流量比分配给各个相位；,8.,根据各相位的黄灯时间和起动损失时间，计算各相位的实际绿灯时间。,作业题：,某交叉口渠化方案如图所示，相位方案为：东西向直行和右转东西向专用左转南北向直行和右转南北向专用左转。经计算，各进口道的流量比如表所示，每个进口道宽度为,16.5m,。已知：,Ls=3s,，,A=3s,，,I=3s,。试计算以下信号配时参数：（,12,分）,（,1,）最佳周期时长,C,0,；,（,2,）各相位实际显示绿灯时间和红灯时间。,（,3,）画出最终的配时图。,进口道,车道,y,进口道,车道,y,西,左转,0.1067,北,左转,0.2059,直行,0.1737,直行,0.1604,直右,0.1795,直右,0.1852,东,左转,0.1669,南,左转,0.1823,直行,0.1947,直行,0.2206,直右,0.2117,直右,0.2069,73,6.,信号交叉口通行能力与饱和度,2),饱和度：,各车道饱和度是各车道实际到达交通量与该车道通行能力之比。,1),通行能力的一般表达式,74,7.,服务水平评估,平均信号控制,延误,确定信号交叉口设计与交通信号配时的服务水平。,服务水平,每车,信控延误,(s),服务水平,每车,信控延误,(s),A,80,交叉口服务水平评价标准,(HCM2000),75,7.,服务水平评估,信号交叉口延误：反应车辆在交叉口受阻、行驶时间损失的评价指标。,其受影响因素较多，能综合反映交叉口的,几何设计,与,信号配时,优劣的评价指标。,新建、改建交叉口,设计服务水平宜取,B,级；,治理交叉口宜取,C,级,。,服务水平不合格时，须改变各进口道设计,/,信号相位方案，重新设计。,76,延误的估算方法,延误须对交叉口各进口道分别估算,各车道,的每,车平均,信控延误；,1,）各车道延误估算：,（,1,）设计交叉口,77,对原有交叉口作延误评估时，应考虑初始排队的延误。,（,2,）原有交叉口,78,（,2,）原有交叉口,79,2,）各进口道的平均信控延误,3,）整个交叉口的平均信控延误,80,例题,2,已知一新建建交叉口为主干道与主干道相交的十字形交叉口，道路条件满足规划要求，自行车道宽,5.5m,，有关交叉口的基本交通条件为：,（,1,）根据预测通车时交叉口各流向高峰时段高峰小时（直行车大车率：东西进口道,4%,，南北进口道,2%,；左、右转大车率为,0,），最高,15min,流率换算的小时交通量（,PHF,取,0.75,）如表,5-13,所示。,（,2,）预测高峰时段高峰小时自行车交通量（估计左转率北进口为,25%,，其他进口为,10%,；右转率为,15%,），最高,15min,交通量的平均流率如表,5-14,所示,81,（,3,）估计各向行人流量为,600,人,/h,。,试根据所提供的资料和数据及本章前述的有关方法对该交叉口进行信号配时设计。,82,进口道,Q,mn,（,pcu/h,）,大车率（,%,）,q,dmn,（,pcu/h,）,进口道,Q,mn,（,pcu/h,）,大车率（,%,）,q,dmn,（,pcu/h,）,西,进,口,直行,475,4,633,北,进,口,直行,486,2,648,左转,104,0,139,左转,46,0,62,右转,84,0,112,右转,58,0,78,总计,663,884,总计,590,788,东,进,口,直行,374,4,499,南,进,口,直行,570,2,760,左转,127,0,169,左转,64,0,86,右转,60,0,80,右转,61,0,82,总计,561,748,总计,695,928,交叉口流量流向表,83,解：交叉口信号配时设计需要进行试算，下面为为配时设计的步骤和过程。,1,）渠化设计与饱和流量校正计算,（,1,）第一次试算：,根据机动车流量，初步划分进口车道功能如左图：,初定信号相位为三相位：,东西相双向左转专用相位,东西相基本相位,南北相基本相位,初设信号周期,C,0,=60s,，则总损失时间,L=3,*（,3+3-3,）,=9s.,总有效绿灯时间,Ge=60-9=51s,进行饱和流量修正。,84,解：交叉口信号配时设计需要进行试算，下面为为配时设计的步骤和过程。,1,）渠化设计与饱和流量校正计算,（,1,）第一次试算：,计算各车道流量比、各相位最大流量比和最大流量比总和。,y,1,=0.1092, y,2,=0.2422, y,3,=0.6203,Y=y,1,+y,2,+y,3,=0.97170.9,说明进口道车道划分不合理，通行能力无法满足实际流量的需要，需要重新设计。,85,（,2,）第二次试算,渠化方案如下图所示；,仍为三相位，取初始周期时长为,60s,。,y,1,=0.1092, y,2,=0.2422, y,3,=0.2796,Y=y,1,+y,2,+y,3,=0.63100.9,满足要求，可以进行配时计算,2,）信号配时计算,总损失,L=9s,，周期时长,最小绿灯时间验算：按行人分两次过街进行计算，其结果为：第二相位的显示绿灯时间为,5.9s,，而计算的最小绿灯时间为,18s,，第三相位的显示绿灯时间为,6.8s,计算的最小绿灯时间为,16.7s.,因此，需要扩大周期长重新计算。,86,（,3,）第三次试算,按最短绿灯时间的要求，将周期时长定为,60s,，保持试算二中的设计方案，并按前述有关公式计算绿信比和绿灯显示时间等指标。,y,1,=0.1092, y,2,=0.1876, y,3,=0.1828,Y=y,1,+y,2,+y,3,=0.47970.9,，满足条件。,计算得东向左转饱和度为,0.74,、西进口直行和直右直行饱和度为,0.72,和,0.74,外，其他流向饱和度均小于,0.7,。,交叉口延误估算结果为,19.8s/pcu,，查得服务水平为,B,级,，符合各项要求,3,）延误及服务水平估算,87,五、定时信号配时的改进方法,信号配时的方法是以英国的,TRRL,法为主的。,然而该方法在现实生活中有其局限性，如在,Webster,延误公式中，当饱和度,x,1,时，,d,，即,x,越接近于,1,，算得的延误越不正确，更无法计算超饱和交通情况下的延误。,ARRB,方法和改进的,F.,韦伯斯特,-B.,柯布理论是目前较为常用的改进方法。,我国学者在混合交通相位设计和冲突点分析等方面也取得了一些成果。,88,（一）基于延误优化的,ARRB,改进方法,主要从以下几方面进行了改进：,考虑了超饱和交通的情况；,考虑停车因素；,把优化周期的时间改为油耗，而把延误作为延误和停车的函数,89,(,二,),基于混合交通的改进,F.,韦伯斯特理论,原理：,把非机动车流折合成机动车流,，然后把折合后的车流量和机动的车流量相加，这也是考虑非机动车干扰下的一种解决混合交通的一种主要思路,90,(,三,),基于机非协调控制的改进,规律：,行人和非机动车交通流与机动车交通流相比，绿灯启亮后所保持的饱和状态时间较短，而绿灯时饱和状态出现的时刻较早。,方法：,有效地运用包括早起、早断等控制方式在内的多相位控制交通。,1,）绿灯间隔时间,2,）非机动车、行人的迟起。早断间隔时间,设置非机动车专用绿灯信号，采用其信号的迟起、早断的处理手段,3,）设定自行车专用相位,左转自行车的冲突处理方法：,设置自行车左转专用相位和自行车两次过街,。,94,(,四,),基于行人的信号配时改进,1,）交叉口行人信号灯设计,行人相位伴随机动车相位同时设置,主路,次路,机动车需长相位,主路,次路,行人需长相位,行人相位存在问题：,行人相位时间大部分为绿灯时间,行人清空时间仅有,3s,，行人常被“卡”在行车道上，进退不得,完整的行人相位包括行人绿灯、行人闪和行人红灯三部分。相位通行时间必须确保行人以一定的速度安全通过人行横道，所以要合理确定各参数值，主要是,行人绿灯时间,和,行人闪时间,。,（,1,）行人绿灯时间（一般,47s,）,使得在一个周期内所有等待的行人离开路缘石进入交叉口。包括,反应时间,和,人群通过路缘石进入人行横道的时间,（,2,）行人闪灯,（,3,）行人相位时间与机动车相位时间的关系,行人相位时间,机动车相位时间,二者关系,98,(,四,),基于行人的信号配时改进,2,）专用行人相位设定,适用于行人流量大、机动车流量适中、自行车流量小的路口,99,第四节 感应信号控制,一、感应信号控制的原理,二、传统的感应控制方法,三、改进的感应控制方法,四、定时控制与感应控制比较,100,一、交通感应信号的基本工作原理,1,、初期绿灯时间,g,i,影响因素：,1,）,保证停在检测器和停车线之间的车辆，全部驶出停车线所需的最短时间。初期绿灯时间应等于这段最短绿灯时间减去一段单位延长绿灯时间；,2,）保证行人安全过街所需的时间；,3,）我国还需要考虑保证红灯停在停车线前的,非机动车,安全过街所需的时间,检测器与停车线间距（,m,）,初期绿灯时间（,s),检测器与停车线间距（,m,）,初期绿灯时间（,s),0,12,8,25,30,14,13,18,10,31,36,16,19,24,12,停止车辆间的平均车头距离为,6m,时，美国推荐的随检测器位置而定的初期绿灯时间。,2,、单位绿灯延长时间,g,o,单位绿灯延长时间也是判断车流是否中断的一个参数,单位绿灯延长时间,对于感应信号控制的效率起到决定性作用。,确定时，应考虑以下几个因素,1,）,单位绿灯延长时间的长短必须能使车辆从检测器开出停车线,2,）单位绿灯延长时间的恰当长度，应尽可能不产生绿灯时间损失,3,）在确定单位绿灯延长时间时，必须注意被检测的车道数,3,、最短绿灯时间,g,min,最短绿灯时间实际上是初期绿灯时间与单位绿灯延长时间之和。,初期绿灯时间还没有结束时就开始单位绿灯延长时间。,究竟在初期绿灯时间结束前多久就开始单位绿灯延长时间，这是需要研究的,4,、绿灯极限延长时间,g,max,绿灯极限延长时间，实际上就是按,定时信号最佳周期时长及绿信比,分配到各个相位的绿灯时间，绿灯极限时间一般定为,30,60,秒,改进的感应信号，采用,可变绿灯极限时间,，当绿灯极限末尾的流量超过一个,预置的临界值时,，可使绿灯再延长；而这个预置临界值是不断提高的，直到测得流量小于临界值时，结束绿灯并换相,二、传统的感应控制方法,半感应控制：,只在部分进口道上设置检测,器的感应控制,全感应控制：,所有进口道上都设置检测器,的感应控制,半感应控制,适用于主次道路相交且交通量变化较大的交叉口上,1.,检测器设在次要道路上,主干道绿灯,次干道有车吗？,有,次干道绿灯,最短绿灯时间到？,有,次干道有车吗？,无,到,无,次干道优先半感应控制流程图,未,2,、检测器设在主要道路上,主路绿灯,到初期绿灯时间?,主干道有车吗？,次路绿灯,次路绿灯结束,到最大绿灯时间,否,有,是,否,主路优先半感应控制流程图,全感应控制,适用于相交道路等级相当、交通量相仿且变化较大的交叉口上,是,否,是,否,有,无,无,有,否,无,是,否,无,有,有,是,到最小绿灯时间？,到最大绿灯时间？,主干道绿灯,主干道有车吗？,次干道有车吗？,到最小绿灯时间？,次干道绿灯,次干道有车吗？,主干道有车吗？,到最大绿灯时间？,全感应控制的特点,它所控制交叉口的所有入口道都设置车辆检测器；,每一个信号相都设置初始绿灯时间,；,其绿灯信号不能自动地返回到预定相位；,各个信号相的配时参数不相同。,特殊感应控制,在一般感应控制基础上，按特殊需要，增加特殊的感应装置，执行特殊需要的一种控制功能,平时可按通常的交通需求，执行一般的感应控制，一旦接到特殊感应信息时，立刻执行特殊的控制功能。如公共交通优先感应控制，消防、警卫等特种车辆优先控制。,三、改进的感应控制方法,（一）流量,密度控制,（二）具有抢要功能的全感应控制,（三）基于绿时有效利用率的感应控制,（四）基于模糊控制和绿时有效利用率的全感应控制,（五）基于流量,占有率模型的全感应控制,（六）具有跳相功能的全感应控制,（七）具有相序的全感应控制,（八）优化感应控制,1,、流量,-,密度控制,适合流量大、波动大、驶入车速高的单个交叉口控制。,1,）交叉口的所有进口道都必须安装检测器,2,）必须为每信号相设定一个初始绿灯时间,3,）没追加一个车辆感应信号，则扩展一个延伸时间,4,）在某预定的绿时执行完毕后，上述延伸时间将减为最小车辆间距时间,5,）对每信号相都预定一个最大绿时,6,）每信号的黄灯时间和全红时间都是预定的,2,、具有抢要功能的全感应控制,工作原理,：,“要”信号：即下相位“要”了本相位的通行权；,“抢”信号：即本相位“抢”了下相位的通行权,1224m,具有“抢”、“要”功能的全感应控制，具体控制过程为：,1,）,设,t,1min, t,2min, t,Nmin,分别为,N,个相位的最小绿时,，,t,1max, t,2max, t,Nmax,分别为,N,个相位的最大绿时,，,t,i,为单位绿延时，设,i=1.,2,）给第,i,相位一个初始绿时,t,i,=t,Nmin,3),若此间有车到达，且累计绿时小于该相位最大绿时或下相位无车到达，则延长绿时,t,i,到,3,）；否则令,i=i+1,，到,4,）。,4,）判断是否,i,N,若是，则到,2,）；否则，令,i=1,，到,2,）继续进行。,3,、基于绿时有效利用率的感应控制,基本工作原理：,一旦某一相位获得通行权，则不断检测车辆实际利用的绿时，与当时时刻的实际绿时相比即得到绿时有效利用率；在最小绿时结束后，若绿时有效利用率大于预先设定的最小值，且实际绿时小于该相位的最大绿时，则延长一个单位绿延时，否则把通行权交给下一相位。,4,、基于模糊控制和绿时有效利用率的全感应控制,基本工作原理：,以绿时有效利用为控制目标，在最小绿时和最大绿时条件约束下，当某相位的绿时有效利用率较大时，则延长该相位的绿时；当某相位的绿时有效利用率较小时，则减少该相位的绿时。,控制过程：,根据经验选好各相位的绿时有效利用率基准值（如,0.85,），并给定各相位的绿时。在各相位绿时期间，测量绿时有效利用率,S,i,.,若,S,i,0.85,，说明该相位绿时较长，需减少,若,S,i,0.85,，说明该相位绿时较短，需增加,5,、基于流量,-,占有率模型的全感应控制,测出若干组,15min,的车流量和占有率数据，采用曲线拟合的方法建立,Q-O,模型。过去,15min,的车流量,Q,和占有率,O,已测出，分,57,段确定相应的最佳方案,80150m,6,、具有跳相功能的全感应控制,1,）有的相位是根据有无车辆而出现或者跳过去的,2,）行人过街需按按钮,3,）所有相位都没有车通过时，一直在交通流量最大的相位运行。,四、定时控制与感应控制比较,1、选择合适控制方式的意义,选择合适的交通控制的方式，能降低交叉口车辆,停车次数与延误,、降低,污染和油耗,，能得到较好的,交通效益,和,经济效益,。,2、郊外道路控制方式的选用,300,0 300 600 900 1200 1500,主要道路关键车道交通量（辆,/h,）,定时控制,全感应控制,半感应或全感应控制,交叉口通行能力,1500,1200,900,600,定时控制的优点,1,）定时控制，因信号启动时间可取得一致而有利于,相邻交通信号的协调,，特别是要,联结,几个相邻交通信号或一个信号网络系统；,2,）定时控制的正常工作，不必通过检测器对车辆的检测，因此不存在路边停车及其它因素影响车辆检测的缺点；,3,）定时控制比感应控制更适用于有大量、均匀行人交通的地方；,4,）定时信号设施价格低于感应信号，且安装、维护方便,3、,各类信号控制的优缺点,感应控制的优点,1,）,在,交通量变化大而不规则,、难于用定时控制处理的交叉口，以及在必须,降低对主要干道干扰的交叉口上,，用感应控制效益更大,2,）,不适宜处于,联动定时,系统中的交叉口，宜用感应控,3,）,感应控制特别适用于交通只在一天的部分时间里需要信号控制的地方,4,）,感应控制在轻交通交叉口有其优越性，不致使主要道路上的交通产生不必要的延误,5,）,感应控制，在有几个流向的交通量,时有时无或多变的复杂交叉口上,，可得到最大效益,6,）,半感应信号通常适用于,主次相交,道路上，只在次路有车流或行人时才中断主路车流的交叉口上,第五节 单点交叉口的智能控制,解决该问题的方法有两种：,一是采用数学模型对交叉口各个方向的车辆到达作准确的预测，根据运筹学和最优化的理论确定各个方向的绿灯时间；,二是采用智能控制的方法对交叉口进行控制。,模糊控制与神经网络控制占据着主导地位,一、模糊控制,1,、模糊控制理论的基本原理,通过模糊逻辑和近似推理方法，把人的经验形式化、模糊化，变成计算机可以接受的控制模型，让计算机代替人来进行有效的实时控制。,关键是模糊控制器的设计：,确定模糊控制器的输入变量和输出变量；,设计模糊控制器的控制规则；,确定模糊化和解模糊的方法；,选择模糊控制器的输入变量及输出变量的论域，并确定模糊控制器的参数；,编制模糊控制算法的应用程序；,合理选择模糊控制算法的采样时间,模糊控制的特点：,不需要知道被控对象的数学模型；,模糊控制系统具有极好的稳定性和鲁棒性；,模糊控制器设计简单、调试方便,2,、单点交叉口的两级模糊控制,两级模糊控制系统设计,二、神经网络自学习控制,模糊控制,规则一经确定就不再改变，即不具备实时学习功能,。系统的信号控制效果完全依赖于控制规则的合理性和遍历性，这对于交通状况复杂的路口，特别是多相位路口，是很难做到的。,神经网络自学习控制是一种具有实时学习功能的信号控制方法，该控制方法由两个处于底层的神经网络信号控制器和一个处于顶层的控制效果评价准则组成。系统处于自学习运行状态时，两个神经网络总是交替处于学习和工作状态，控制效果评价准则则根据路口的实际交通状况，确定神经网络是否需要进行学习。,图,5-29,神经网络自学习控制方法结构,132,模糊控制和神经网络的智能控制方法，目前，这两种方法是比较常见的。,特别是模糊控制，可以说是其他智能控制方法的基础。现在智能控制研究成果较多，各类改进的模型层出不穷，但从总体上来说它们主要是对模糊控制方法的改进，或者是把模糊控制和其他的方法（如神经网络、遗传算法等）结合起来的优化方法。,三、其他智能控制方法,133,（一）采用遗传算法优化的两级模糊控制方法,模糊控制器首先采用人工初始设置的隶属度函数进行模糊控制，同时历史数据库记录各时间段的交通数据。每经过一定的时间间隔，采用遗传算法利用历史数据库中的数据对模糊隶属度函数进行寻优，找出适合于当前交通流的模糊隶属度函数并且将调整后的隶属度函数送入模糊控制器加以更新。下面简要介绍其算法过程。,三、其他智能控制方法,134,（二）人工神经网路（,ANN,）自校正预测控制,预测控制采用模型预测、滚动优化和模型误差反馈校正，因此，其控制精度高且鲁棒性强。,近,20,年来已在许多工业部门得到广泛应用。神经网络因其具有较强的非线性映射能力正引起控制界的极大兴趣，神经网络与预测控制相结合是解决非线性系统控制问题的一种方法。,三、其他智能控制方法,总结：,信号配时方案设计计算步骤：,1.,计算交叉口每个进口车道的车流量和饱和流量；,2.,求出每个进口车道的车流量系数，并为每个相位选择流量比（最大的）；,3.,将各相位的流量比相加得出整个交叉路口的,Y,值；,4.,确定路口绿灯间隔时间,I,和损失时间,L,；,5.,利用最佳周期计算公式计算周期时间；,6.,用周期时间减去损失可得出可利用的有效绿灯时间；,7.,将路口有效绿灯时间按各个相位的流量比分配给各个相位；,8.,根据各相位的黄灯时间和起动损失时间，计算各相位的实际绿灯时间。,