交通信号控制概论

交通信号交通信号 交通信号灯的设置依据交通信号灯的设置依据 信号控制类型信号控制类型 信号灯的种类信号灯的种类 信号灯的含义信号灯的含义 各式信号灯的次序安排各式信号灯的次序安排 交通信号的含义：书交通信号的含义：书79页页 讨论的问题：交叉口信号控制讨论的问题：交叉口信号控制 交通信号控制：交通信号控制： 是时间分离的一种交通组织形式，通是时间分离的一种交通组织形式，通 常是在停车让路控制的基础上，根据交叉常是在停车让路控制的基础上，根据交叉 口交通流量、车辆延误、交通冲突、行人口交通流量、车辆延误、交通冲突、行人 安全、事故记录以及交叉口所处的位置等安全、事故记录以及交叉口所处的位置等 多方面因素，来考虑设置信号等的必要性。多方面因素，来考虑设置信号等的必要性。 信号灯色：信号灯色： 信号红灯：包括红灯、红灯信号红灯：包括红灯、红灯+黄灯黄灯 信号黄灯：独立黄灯信号黄灯：独立黄灯 信号绿灯：包括绿灯和绿闪信号绿灯：包括绿灯和绿闪 信号灯：信号灯： 三色信号灯、箭头灯、闪灯三色信号灯、箭头灯、闪灯 信号绿灯（包括绿闪）：信号绿灯（包括绿闪）： 表示车辆可以通行。表示车辆可以通行。 在平面交叉口，面对绿灯的车辆可以直在平面交叉口，面对绿灯的车辆可以直 行、左转或右转，左、右转车辆必须让合法行、左转或右转，左、右转车辆必须让合法 通行的其他车辆和人行横道线内行人先行。通行的其他车辆和人行横道线内行人先行。 绿色箭头灯表示车辆只允许沿箭头所指绿色箭头灯表示车辆只允许沿箭头所指 的方向通行。的方向通行。 信号红灯（包括红信号红灯（包括红+黄）：黄）： 表示不允许车辆通行，面对红灯的车表示不允许车辆通行，面对红灯的车 辆不能超过停车线。辆不能超过停车线。 箭头红灯表示仅对箭头所指的方向起箭头红灯表示仅对箭头所指的方向起 红灯的作用。红灯的作用。 信号黄灯（独立黄灯）：信号黄灯（独立黄灯）： 表示即将亮红灯，面对黄灯的车辆应该依次表示即将亮红灯，面对黄灯的车辆应该依次 停在各进口道停车线以外。当黄灯启亮时，已经停在各进口道停车线以外。当黄灯启亮时，已经 进入交叉口（通过或部分通过停车线）的车辆可进入交叉口（通过或部分通过停车线）的车辆可 以继续通行，驶离交叉口。以继续通行，驶离交叉口。 黄灯时间的取值范围一般为黄灯时间的取值范围一般为 35 秒。黄灯秒。黄灯 时间不宜较长，当黄灯时间大于时间不宜较长，当黄灯时间大于5秒时，超出部秒时，超出部 分通常用全红时间取代。分通常用全红时间取代。 箭头黄灯表示仅对箭头所指的方向起黄灯箭头黄灯表示仅对箭头所指的方向起黄灯 的作用。的作用。 全红时间：全红时间： 是指交叉口处于是指交叉口处于“四面红灯四面红灯”控制状态控制状态 的下的一段红灯时间。此时任一进口道的的下的一段红灯时间。此时任一进口道的 车辆均不许进入停车线，从而使滞留在交车辆均不许进入停车线，从而使滞留在交 叉口冲突区内的车辆能够安全地疏散。叉口冲突区内的车辆能够安全地疏散。 全红时间具有清路口的作用，并提供全红时间具有清路口的作用，并提供 较大的安全余地。较大的安全余地。 全红时间的取值与交叉口的道路条件全红时间的取值与交叉口的道路条件 和交通条件有关，应根据交叉口的具体情和交通条件有关，应根据交叉口的具体情 况进行调整。况进行调整。 竖式：自上而下为红、黄、绿竖式：自上而下为红、黄、绿 横式：自外向里为红、黄、绿横式：自外向里为红、黄、绿 设置交通信号控制的利弊设置交通信号控制的利弊 设置交通信号控制的基本原理设置交通信号控制的基本原理 设置交通信号控制的依据设置交通信号控制的依据 无论是优先规则控制，还是信号控制，交叉口的无论是优先规则控制，还是信号控制，交叉口的 车辆延误均随着交叉口交通流量的增大而增加。车辆延误均随着交叉口交通流量的增大而增加。 当交叉口车流量较小时，宜采用优先规则控制，当交叉口车流量较小时，宜采用优先规则控制， 因为此时优先规则控制下的车辆延误小于信号因为此时优先规则控制下的车辆延误小于信号 控制下的车辆延误；控制下的车辆延误； 当交叉口车流量较大时，宜采用信号控制，因为当交叉口车流量较大时，宜采用信号控制，因为 此时信号控制下的车辆延误小于停车让路控制下此时信号控制下的车辆延误小于停车让路控制下 的车辆延误。的车辆延误。 设置交通信号控制的利弊：设置交通信号控制的利弊：书书82页页 当交叉口流量较大时，设置交通信号灯能当交叉口流量较大时，设置交通信号灯能 够有效地减少车辆延误，提高服务水平。够有效地减少车辆延误，提高服务水平。 路口流量较小时，不宜设置信号灯。路口流量较小时，不宜设置信号灯。 在停车在停车-让路控制的基础上考虑设置信号让路控制的基础上考虑设置信号灯的必要性，过程：灯的必要性，过程： 计算停车计算停车-让路控制交叉口的通行能力；让路控制交叉口的通行能力； 计算、分析停车计算、分析停车-让路控制交叉口服务水平；让路控制交叉口服务水平； 当停车当停车-让路控制交叉口的服务水平比较理想让路控制交叉口的服务水平比较理想 时，维持原控制方式；时，维持原控制方式； 当停车当停车-让路控制交叉口的服务水平较差时，让路控制交叉口的服务水平较差时， 改变原控制方式，设置信号控制。改变原控制方式，设置信号控制。 停车停车-让路控制：让路控制： 由无控制转变为信号控制之间的一种由无控制转变为信号控制之间的一种 过度控制方式。当交叉口的交通流量较小过度控制方式。当交叉口的交通流量较小 时可以考虑采用，以提高路口的安全性，时可以考虑采用，以提高路口的安全性， 并产生较小的车辆延误。并产生较小的车辆延误。 主要讨论停车主要讨论停车让路控制交叉口穿插流向让路控制交叉口穿插流向 通行能力和服务水平的确定方法。通行能力和服务水平的确定方法。 在相交的两条道路中，主要道路车辆在通在相交的两条道路中，主要道路车辆在通 过交叉口时有优先通行权，次要道路车辆过交叉口时有优先通行权，次要道路车辆 必须让主要道路上的车辆先行，这种控制必须让主要道路上的车辆先行，这种控制 方式称为停车方式称为停车- -让路控制。让路控制。 优先规则控制方式主要有：优先规则控制方式主要有： 停车标志控制停车标志控制 让路标志控制让路标志控制 停停让控制的交通运行特性让控制的交通运行特性 在优先规则控制的交叉口，不论是停在优先规则控制的交叉口，不论是停 车标志控制，还是让路标志控制，可认为车标志控制，还是让路标志控制，可认为 它们具有共同的交通运行特性。它们具有共同的交通运行特性。通行规则通行规则 停停让控制下，当交叉口相交道路为同等级让控制下，当交叉口相交道路为同等级时，车辆行至交叉口时均需停车或让路后再通行；时，车辆行至交叉口时均需停车或让路后再通行；当相交道路为不同的等级时，主要道路为优先方当相交道路为不同的等级时，主要道路为优先方向，车辆可优先通行，而次要道路为非优先方向，向，车辆可优先通行，而次要道路为非优先方向，车辆需停车或让路后通行。车辆需停车或让路后通行。 通行顺序（各流向均有专用车道）通行顺序（各流向均有专用车道） 在优先规则控制下，认为右转流向不影在优先规则控制下，认为右转流向不影 响其它流向利用主要道路直行车流产生的可响其它流向利用主要道路直行车流产生的可 穿插空档，通行顺序依次为：穿插空档，通行顺序依次为： 1主要道路直行流向；主要道路直行流向； 2主要道路左转流向；主要道路左转流向； 3次要道路直行流向；次要道路直行流向； 4次要道路左转流向。次要道路左转流向。穿插顺序（各流向均有专用车道）穿插顺序（各流向均有专用车道） 穿插空档的流向统称为穿插流向，包括穿插空档的流向统称为穿插流向，包括 主要道路左转流向和次要道路各个流向。主要道路左转流向和次要道路各个流向。 在进行优先规则控制时，各穿插流向利在进行优先规则控制时，各穿插流向利 用可插空档的优先级顺序为：用可插空档的优先级顺序为： 1 1主要道路左转流向主要道路左转流向 2 2次要道路直行流向次要道路直行流向 3 3次要道路左转流向次要道路左转流向通行流向通行流向 穿插流向穿插流向 优先级优先级 1 1、2 32 3、4 14 1 3 3、4 54 5、6 26 2 5 5、6 76 7、8 38 3 7 7、8 48 4主要主要道路道路8 次要道路次要道路75 61243 通行流向、穿插流向与优先级通行流向、穿插流向与优先级概念：概念： 在交叉口的冲突区内，穿插主要道路交通流空在交叉口的冲突区内，穿插主要道路交通流空档的流向有：主档的流向有：主左流向、次要道路的各流向。穿左流向、次要道路的各流向。穿插流向在通行过程中，分别与其优先流向（通行优插流向在通行过程中，分别与其优先流向（通行优先级高的流向）发生冲突。通常称一个穿插流向的先级高的流向）发生冲突。通常称一个穿插流向的优先（通行）流向为该穿插流向的冲突交通流。优先（通行）流向为该穿插流向的冲突交通流。冲突交通流将直接影响着穿插流向的通行能力。冲突交通流将直接影响着穿插流向的通行能力。 主要道路直行车流主要道路直行车流是通行优先级最高是通行优先级最高 的流向，认为这一流向没有冲突交通流。的流向，认为这一流向没有冲突交通流。 符号：符号： 某一进口道某一进口道i: i: 到达率为到达率为q qi i，辆，辆/ /时时 冲突交通流为冲突交通流为Q Qi i，辆，辆/ /时时 主要道路左转流向主要道路左转流向在通行时，遇到其对向在通行时，遇到其对向 主要道路直行车流的影响。根据优先通行主要道路直行车流的影响。根据优先通行 规则，左转应让直行。因此，规则，左转应让直行。因此，对向的主要对向的主要 道路直行车流道路直行车流是主要道路左转流向的冲突是主要道路左转流向的冲突 交通流。（主交通流。（主- -左有专用车道时）左有专用车道时）q1Qi = q1qi主次 主要道路左转流向冲突交通流主要道路左转流向冲突交通流 次要道路直行流向次要道路直行流向的优先流向为主要道路的优先流向为主要道路 直行流向和主要道路左转流向。直行流向和主要道路左转流向。 （次（次- -直有专用车道时）直有专用车道时）主q2q3q1q4 次 qiQ Qi i = q = q1 1+q+q2 2+q+q3 3+q+q4 4 次要道路直行流向冲突交通流次要道路直行流向冲突交通流 次要道路左转流向次要道路左转流向的优先流向，为主要道的优先流向，为主要道 路直行流向、主要道路左转流向和次要道路直行流向、主要道路左转流向和次要道 路对向直行流向。路对向直行流向。 （次（次- -左有专用车道时）左有专用车道时）Qi= q1+q2+q3+q4+q6 次 q6主q2q1q4q3qi次要道路左转流向冲突交通流次要道路左转流向冲突交通流 对于优先规则控制交叉口，计算穿插流对于优先规则控制交叉口，计算穿插流 向向冲突交通流冲突交通流的目的是为了确定通行能力。的目的是为了确定通行能力。 确定通行能力时，另一个重要的参数是确定通行能力时，另一个重要的参数是 临界空档。临界空档。 临界空档临界空档指的是中等车头时距，相当指的是中等车头时距，相当 50%50%的驾驶的驾驶 员可以接受的最小空档值。临界空档值主要与道员可以接受的最小空档值。临界空档值主要与道 路条件、交通条件以及控制方式等有关系。路条件、交通条件以及控制方式等有关系。 当出现的空档等于或大于临界空档时，当出现的空档等于或大于临界空档时，才可被穿才可被穿 插流向利用。可穿插空档为等待穿插的流向提供插流向利用。可穿插空档为等待穿插的流向提供 了安全通过的机会，同时，又决定了穿插流向的了安全通过的机会，同时，又决定了穿插流向的 通行能力。通行能力。 主要道路车道数 穿插流向 2 4 2 4行驶速度 主要道路行驶速度 公里/小时临界空档， 秒主要道路左转 5.0 5.5 5.5 6.0 车道数 48 80 次要道路右转 停 5.5 5.5 6.5 6.5 - 让 5.0 5.0 5.5 5.5 次要道路直行 停 6.0 6.5 7.5 8.0 - 让 5.5 6.0 6.5 7.0 次要道路左转 停 6.5 7.0 8.0 8.5 - 让 6.0 6.5 7.0 7.5 通行能力：通行能力：主要道路（直行）通行能力主要道路（直行）通行能力 主要道路直行流向通行能力近似等于路主要道路直行流向通行能力近似等于路 段通行能力。段通行能力。穿插流向通行能力（穿插流向通行能力（Qimax，辆，辆/时时） 穿插流向通行能力的确定，是一个经典穿插流向通行能力的确定，是一个经典 的交通流问题。通常用的方法有：计算式法的交通流问题。通常用的方法有：计算式法 和图表法。和图表法。书：书：83页：穿插流向通行能力计算公式。页：穿插流向通行能力计算公式。主路流量次路进口道1 600 600例题：让路控制交叉口主要道路双向交通流量为例题：让路控制交叉口主要道路双向交通流量为 1200辆辆/小时，如图所示。小时，如图所示。试求：次要道路直行流向的通行能力。试求：次要道路直行流向的通行能力。 解：解： 取=6秒（直行流向），=3秒（让路控制）， 已知： Q1=1200辆/小时 所以：1200/3600=1/3（辆/秒）（公式中的q值） 将以上数据代入公式，得到次要道路直行流向 进口道1的通行能力Q1max：Q1max = 257（辆/小时）注意的问题：注意的问题： 车道形式：车道形式： 直直+左左+右右=直，直直，直+左左=直，直直，直+右右=直，直， 或有专用车道时保留。或有专用车道时保留。 流向服务水平与流向的通行能力以及流向流向服务水平与流向的通行能力以及流向 的交通流量有关。的交通流量有关。 通常根据流向储备能力（通常根据流向储备能力（ pi ）的大小，）的大小， 将穿插流向的服务水平划分为不同的等级。将穿插流向的服务水平划分为不同的等级。流向储备能力的大小表明车辆的延误程度。流向储备能力的大小表明车辆的延误程度。流向储备能力是指该流向未被利用的通行流向储备能力是指该流向未被利用的通行 能力，即（对于每一条进口道）：能力，即（对于每一条进口道）： pi i = Qimaximax qi i式中：式中：pi i 进口道进口道i i的储备能力，辆的储备能力，辆/时；时； Qimaximax 进口道进口道i i的通行能力，辆的通行能力，辆/时；时； qi i 进口道进口道i i的流量，辆的流量，辆/时。时。 流向储备能力不同范围的划分，对应着不同等级流向储备能力不同范围的划分，对应着不同等级 的服务水平。的服务水平。 由服务水平等级表，得到穿插流向的服务水平。由服务水平等级表，得到穿插流向的服务水平。储备能力(辆/时)服务水平车辆延误程度400A 极少或无延误300400B 短时间延误200300C 一般延误100200D 长时间延误0100E 很长时间延误0F 严重拥挤或阻塞 已计算：已计算：Q1max = 257（辆（辆/小时）小时） 若已知：进口道若已知：进口道1到达率到达率q1=100辆辆/小时小时 则进口道则进口道1的储备能力为：的储备能力为： PP1 1 = Q = Q1max1max q q1 1 = 257 100= 257 100 = 157 = 157（辆（辆/ /小时）小时） 所以：该进口道服务水平为所以：该进口道服务水平为D D级。级。 美国的依据：书美国的依据：书84-87页。页。 我国的依据：书我国的依据：书87页。页。 按照类别划分按照类别划分 按照控制范围划分按照控制范围划分 按照控制方式划分按照控制方式划分 按信号配时生成的技术划分按信号配时生成的技术划分 （一）（一）、以交通限制为主的控制、以交通限制为主的控制 1 1、交叉口优先规则控制、交叉口优先规则控制 2 2、路面标志标线控制、路面标志标线控制 3 3、停车控制、停车控制 （二）二）、以交通信号为主的控制、以交通信号为主的控制 （三）三）、以传递情报信息为主的控制：、以传递情报信息为主的控制： 交通交通诱导控制诱导控制 1 1、单点控制、单点控制 孤立交叉口信号控制（点控制），指对单一交叉孤立交叉口信号控制（点控制），指对单一交叉 口或干线、区域内的交叉口单独进行信号控制。口或干线、区域内的交叉口单独进行信号控制。 特点：各交叉口信号配时独立调整和运行。特点：各交叉口信号配时独立调整和运行。 控制目的：使本交叉口车辆的延误等指标达到最控制目的：使本交叉口车辆的延误等指标达到最 小，同时又要给车辆提供一个较大的通行能力。小，同时又要给车辆提供一个较大的通行能力。 主要控制参数：信号相位、信号周期和绿信比。主要控制参数：信号相位、信号周期和绿信比。 2 2、干线控制、干线控制 即线控制，是指将一条干线上的多个相邻交叉口即线控制，是指将一条干线上的多个相邻交叉口 视为一个整体进行信号协调控制。干线控制是在视为一个整体进行信号协调控制。干线控制是在 单点控制的基础上发展起来的。单点控制的基础上发展起来的。 主要目的：主要目的：减少不必要的停车和排队延误，保持减少不必要的停车和排队延误，保持 干线上车流的连续通行。干线上车流的连续通行。 信号配时：信号配时：在干线协调控制下，交叉口之间存在在干线协调控制下，交叉口之间存在 信号配时上关联和的制约，进行整体最优控制。信号配时上关联和的制约，进行整体最优控制。3 3、区域控制、区域控制 简称面控制，是将一个区域内的多个信号简称面控制，是将一个区域内的多个信号 交叉口视为一个整体进行信号协调控制。交叉口视为一个整体进行信号协调控制。 区域控制是在干线控制的基础上发展起来区域控制是在干线控制的基础上发展起来 的。干线控制又是区域控制的一个特例。的。干线控制又是区域控制的一个特例。 1 1、单点定时控制、单点定时控制 交叉口信号机执行固定信号配时方案对车流进行交叉口信号机执行固定信号配时方案对车流进行 控制的方式称为定时控制，也称定周期控制。控制的方式称为定时控制，也称定周期控制。 配时方案可以是一个或多个。配时方案可以是一个或多个。 一天只执行一个配时方案的称为单段式定时一天只执行一个配时方案的称为单段式定时 控制；一天按不同时段分别执行不同配时方案的控制；一天按不同时段分别执行不同配时方案的 称为多段式定时控制。称为多段式定时控制。 信号配时方案是根据交通流历史数据事先设置好信号配时方案是根据交通流历史数据事先设置好 的。根据全天交通流的波动确定控制时段。的。根据全天交通流的波动确定控制时段。 2、单点感应控制单点感应控制 在交叉口进口道上设置车辆检测器，信号机在控在交叉口进口道上设置车辆检测器，信号机在控 制时，根据检测器实时检测到的交通流数据，实制时，根据检测器实时检测到的交通流数据，实 时改变信号配时的一种控制方式。时改变信号配时的一种控制方式。 单点感应控制根据检测器设置的不同，可分为：单点感应控制根据检测器设置的不同，可分为： 半感应控制半感应控制 全感应控制全感应控制 3 3、 干线无电缆协调控制干线无电缆协调控制 指干线上的各信号机，以其各自的实时时钟控制指干线上的各信号机，以其各自的实时时钟控制 存储在其中的配时方案运行时间表。存储在其中的配时方案运行时间表。 不设置主控制器，没有主控制器与各协调控制信不设置主控制器，没有主控制器与各协调控制信 号机之间的通信电缆，故称为无电缆协调控制。号机之间的通信电缆，故称为无电缆协调控制。 通过配时及信号机的同步运行实现。通过配时及信号机的同步运行实现。 要求各信号机能够要求各信号机能够“自动对时自动对时”，各个信号机时，各个信号机时 钟保持钟保持“同步运行同步运行”。 4、干线有电缆协调控制干线有电缆协调控制 指干线上各个交叉口的信号机的协调运行是由指干线上各个交叉口的信号机的协调运行是由 主控制机或计算机通过传输线路操纵的一种控主控制机或计算机通过传输线路操纵的一种控 制方式。制方式。 配时方案的更换通常是由主控制机或计算机进配时方案的更换通常是由主控制机或计算机进 行的。行的。 在主控制机不对路口信号机进行干预，或通信在主控制机不对路口信号机进行干预，或通信 线路出现故障时，相当于无电缆协调控制。线路出现故障时，相当于无电缆协调控制。 5、区域定时协调控制、区域定时协调控制 控制区域内的信号机均执行固定的协调配时方案控制区域内的信号机均执行固定的协调配时方案 并受主控中心的计算机的监视与指挥。并受主控中心的计算机的监视与指挥。 主要特点：配时方案都是预先用配时设计软件离主要特点：配时方案都是预先用配时设计软件离 线生成的。方案的更改只能一套一套地进行。线生成的。方案的更改只能一套一套地进行。 对检测器的设置要求不高，即使有检测器，配时对检测器的设置要求不高，即使有检测器，配时 方案的执行与检测器的检测信息关联不大。方案的执行与检测器的检测信息关联不大。 6 6、 区域自适应协调控制区域自适应协调控制 中心控制计算机实时收集交叉口检测器检中心控制计算机实时收集交叉口检测器检 测的交通流数据，通过配时优化软件在线测的交通流数据，通过配时优化软件在线 地生成（或小步长调整，如地生成（或小步长调整，如 SCOOTSCOOT）或选）或选 择（如择（如SCATSCAT）信号配时方案，实时地用于）信号配时方案，实时地用于 控制。控制。 控制系统所需的设备最多，最复杂。控制系统所需的设备最多，最复杂。 交通信号控制，尤其是信号协调控制，交通信号控制，尤其是信号协调控制，根据信号配时生成的技术不同，通常可划分根据信号配时生成的技术不同，通常可划分为如下三种。为如下三种。 1 1、人工优化技术、人工优化技术 2 2、脱机优化技术、脱机优化技术 3、联机优化技术联机优化技术