干道信号协调控制基本知识

干道交通协调控制第一节第一节 干道信号协调控制的基本知识干道信号协调控制的基本知识主要内容主要内容 基本概念基本概念 控制方式控制方式 连接方式连接方式 一、基本概念一、基本概念 在线控中要考虑三个最基本的参数：在线控中要考虑三个最基本的参数：公用周期长度公用周期长度、绿信比绿信比和和相位差相位差 1 1、公用周期长度、公用周期长度 确定方法：先按确定方法：先按单点定时信号配时方法单点定时信号配时方法计算出各交叉口计算出各交叉口所需周期长度，然后从中选出所需周期长度，然后从中选出最大的周期最大的周期作为这个线控系统作为这个线控系统的公用周期时长。周期时长最大的这个交叉口为的公用周期时长。周期时长最大的这个交叉口为关键交叉口关键交叉口。 在近代的控制系统中，对有些交通量较小的交叉口，实际在近代的控制系统中，对有些交通量较小的交叉口，实际需要周期时长接近于系统周期时长的一半，可把这些交叉口的需要周期时长接近于系统周期时长的一半，可把这些交叉口的信号周期定成系统周期时长的一半，这样的交叉口叫做信号周期定成系统周期时长的一半，这样的交叉口叫做双周期双周期交叉口。交叉口。 一、基本概念一、基本概念 2 2、绿信比、绿信比 确定方法：根据各交叉口各方向的交通流量比来确定。确定方法：根据各交叉口各方向的交通流量比来确定。因此，各交叉口信号的绿信比不一定相同。因此，各交叉口信号的绿信比不一定相同。 一、基本概念一、基本概念 3 3、相位差、相位差 又叫时差或绿时差。通常用又叫时差或绿时差。通常用O O表示，表示，有有绝对相位差绝对相位差和和相对相位差相对相位差之分。之分。（1 1）绝对相位差绝对相位差是指各个交叉口主干道协调方向的信号绿灯（红灯）的起点是指各个交叉口主干道协调方向的信号绿灯（红灯）的起点或终点相对于某一个交叉口（一般为关键交叉口）主干道或终点相对于某一个交叉口（一般为关键交叉口）主干道协调方向的信号绿灯协调方向的信号绿灯( (红灯红灯) )的起点终点的时间之差。的起点终点的时间之差。在线控系统中，常常使用在线控系统中，常常使用绝对相位差绝对相位差的概念。的概念。 一、基本概念一、基本概念 （2 2）相对相位差相对相位差是指相邻交叉口主干道协调方向的信号绿灯（红灯）的起点是指相邻交叉口主干道协调方向的信号绿灯（红灯）的起点或终点之间的时间之差。相对相位差等于两个交叉口的绝对或终点之间的时间之差。相对相位差等于两个交叉口的绝对相位差之差。比如：相位差之差。比如：O OCBCB=O=OC C-O-OB B 一、基本概念一、基本概念 4 4、时间距离图、时间距离图以时间（即信号配时）为纵坐标，干道上交叉口间距为横坐标。以时间（即信号配时）为纵坐标，干道上交叉口间距为横坐标。 距离（距离（m）一、基本概念一、基本概念 时间距离图中的几个概念：时间距离图中的几个概念：通过带。通过带。图中所绘的两条平行的车辆行驶轨迹线之间图中所绘的两条平行的车辆行驶轨迹线之间的空间，也称的空间，也称绿波带绿波带。通过带宽。通过带宽。两根平行轨迹纵坐标之差即为通过带宽度，两根平行轨迹纵坐标之差即为通过带宽度，它表示可供车辆使用以通过交叉口的时间。它表示可供车辆使用以通过交叉口的时间。通过带速度通过带速度。即车辆行驶轨迹的余切，它表示沿交通。即车辆行驶轨迹的余切，它表示沿交通干道可以顺利通过各交叉口的车辆的平均行驶速度。干道可以顺利通过各交叉口的车辆的平均行驶速度。简称带速。简称带速。 二、控制方式二、控制方式 有四种情况：有四种情况： 单向干道协调控制单向干道协调控制 双向干道协调控制双向干道协调控制 同步式干道协调控制同步式干道协调控制 交互式干道协调控制交互式干道协调控制 续进式干道协调控制续进式干道协调控制 二、控制方式二、控制方式 1.1.单向干道协调控制单向干道协调控制 是以单方向交通流为优化对象的线控方式。常用于是以单方向交通流为优化对象的线控方式。常用于单向交通、变向交通或两个方向交通量相差悬殊的道路。单向交通、变向交通或两个方向交通量相差悬殊的道路。相邻各交叉口的相位差可按下式确定：相邻各交叉口的相位差可按下式确定：式中：式中： -相邻交叉口的相位差（相邻交叉口的相位差（s s） -相邻交叉口停车线间的距离（相邻交叉口停车线间的距离（m m） -线控系统中车辆可连续通行的车速（线控系统中车辆可连续通行的车速（m/sm/s） sOvsvO二、控制方式二、控制方式 2. 2.双向干道协调控制双向干道协调控制 （1 1）同步式干道协调控制）同步式干道协调控制在同步式协调系统中，连接在一个系统中的全部信号，在同步式协调系统中，连接在一个系统中的全部信号，在同一时刻对干道车流显示在同一时刻对干道车流显示相同相同的灯色。当相邻交叉的灯色。当相邻交叉口的间距符合下式时，这些交叉口正好可以组成同步口的间距符合下式时，这些交叉口正好可以组成同步式干道协调控制。式干道协调控制。式中：式中： -信号交叉口周期时长（信号交叉口周期时长（s s） -正整数正整数 snvCCn二、控制方式二、控制方式 （2 2）交互式干道协调控制）交互式干道协调控制与同步式协调控制相反，即连接在一个系统中的相邻交叉口与同步式协调控制相反，即连接在一个系统中的相邻交叉口干道协调相位的信号灯在同一时刻显示干道协调相位的信号灯在同一时刻显示相反相反的灯色。当相邻的灯色。当相邻交叉口的间距符合下式时，采用交互式干道协调控制。交叉口的间距符合下式时，采用交互式干道协调控制。 式中：式中： -奇数奇数 2mvCs m二、控制方式二、控制方式 （3 3）续进式干道协调控制）续进式干道协调控制 根据道路上的要求车速与交叉口的间距，确定合适的相位根据道路上的要求车速与交叉口的间距，确定合适的相位差，用以协调干道各相邻交叉口绿灯的启亮时刻，使在上游差，用以协调干道各相邻交叉口绿灯的启亮时刻，使在上游交叉口绿灯启亮后驶出的车辆，以适当的车速行驶，可正好交叉口绿灯启亮后驶出的车辆，以适当的车速行驶，可正好在下游交叉口绿灯期间到达。包括以下类型：在下游交叉口绿灯期间到达。包括以下类型： 简单续进式干道协调控制系统简单续进式干道协调控制系统 多方案续进式干道协调控制系统多方案续进式干道协调控制系统 三、连接方式三、连接方式 无缆连接无缆连接 有缆连接有缆连接 三、连接方式三、连接方式 1.1.无缆连接无缆连接 是指在线控系统中，各信号控制机配时方案间的连接，是指在线控系统中，各信号控制机配时方案间的连接，不用电缆作信息传输的介体。不用电缆作信息传输的介体。 （1 1）靠同步电动机或电源频率连接）靠同步电动机或电源频率连接 从第一个控制机开始，按先后次序逐一把各机的配时从第一个控制机开始，按先后次序逐一把各机的配时方案，由人工根据各控制机间的计算时差，设置到信号控方案，由人工根据各控制机间的计算时差，设置到信号控制机中。时差关系靠控制机中的制机中。时差关系靠控制机中的同步电动机或电源的同步电动机或电源的频率频率来保持。只限用于只有来保持。只限用于只有一种配时方案一种配时方案的系统。的系统。 三、连接方式三、连接方式 1.1.无缆连接无缆连接 （2 2）用时基协调器联结）用时基协调器联结 用一个叫做用一个叫做时基协调器的十分精确的数字计时和控制设施，时基协调器的十分精确的数字计时和控制设施，把各控制机的配时方案连接起来，实现各机间的时间上的协调。把各控制机的配时方案连接起来，实现各机间的时间上的协调。 时基协调器可用在多时段配时的线控系统中。在配时方案有时基协调器可用在多时段配时的线控系统中。在配时方案有改变时，也必须由人工到现场逐一对各控制机进行调整。改变时，也必须由人工到现场逐一对各控制机进行调整。 （3 3）用石英钟连接）用石英钟连接 在信号控制机内装有准时的石英钟和校时设施，设定在线控在信号控制机内装有准时的石英钟和校时设施，设定在线控系统各控制机的配时方案就靠各机内的石英钟联结协调。系统各控制机的配时方案就靠各机内的石英钟联结协调。 三、连接方式三、连接方式 2.2.有缆连接有缆连接 是指在线控系统中，各信号控制机配时方案间的连接，是指在线控系统中，各信号控制机配时方案间的连接，用用电缆作电缆作信息传输的介体。信息传输的介体。 （1 1）用主控制机的控制系统）用主控制机的控制系统 在一个用定时信号控制机的线控系统中，设一台主控制机在一个用定时信号控制机的线控系统中，设一台主控制机每周期发送一个每周期发送一个同步脉冲信号同步脉冲信号通过电缆传输给各下位机，时差通过电缆传输给各下位机，时差被被预先设定在各下位机内预先设定在各下位机内，各下位机均在各自的时差上转换周期，各下位机均在各自的时差上转换周期，所以下位机从主控机接到同步脉冲信号后会在各自的时差点上，所以下位机从主控机接到同步脉冲信号后会在各自的时差点上转换周期，因此可保持各控制机间正确的时差关系。转换周期，因此可保持各控制机间正确的时差关系。 其特点是主控机每个周期都自动地对各下位机进行时间协调。其特点是主控机每个周期都自动地对各下位机进行时间协调。可执行多时段的配时方案。可执行多时段的配时方案。 三、连接方式三、连接方式 2.2.有缆连接有缆连接（2 2）逐机传递式系统）逐机传递式系统 在在逐机传递式系统内各控制机中设有时差控制设施，对各控制逐机传递式系统内各控制机中设有时差控制设施，对各控制机分别机分别预先设定各机的配时方案及时差预先设定各机的配时方案及时差，用电缆将系统中各控制，用电缆将系统中各控制机逐一连接。开始运转时，当第一交叉口绿灯启亮时，发一个信号机逐一连接。开始运转时，当第一交叉口绿灯启亮时，发一个信号传给下一个交叉口的控制机；第二个控制机接到信号后，按先置的传给下一个交叉口的控制机；第二个控制机接到信号后，按先置的时差推迟若干秒改亮绿灯，再按预置显示绿灯时间改变灯色，并发时差推迟若干秒改亮绿灯，再按预置显示绿灯时间改变灯色，并发一个信号传给下一个交叉口的控制机，这样依次把信号逐个传递到一个信号传给下一个交叉口的控制机，这样依次把信号逐个传递到最后一个控制机。最后一个控制机。 主要内容主要内容 所需资料所需资料 配时步骤配时步骤 干道信号协调控制配时设计干道信号协调控制配时设计一、所需资料一、所需资料 干道资料干道资料 干线交通状况干线交通状况 干线交叉口的相位、相序安排干线交叉口的相位、相序安排 二、线控的配时步骤二、线控的配时步骤 1.1.计算线控系统的公用周期时长计算线控系统的公用周期时长 取所有交叉口中最大周期时长为公用周期时长，周期最取所有交叉口中最大周期时长为公用周期时长，周期最大的交叉口为大的交叉口为关键交叉口关键交叉口。 2.2.计算线控系统中各交叉口的绿灯时间计算线控系统中各交叉口的绿灯时间 关键交叉口关键交叉口的计算与单点配时方法一样。的计算与单点配时方法一样。 重点算非关键交叉口绿灯显示时间。重点算非关键交叉口绿灯显示时间。 二、线控的配时步骤二、线控的配时步骤 非关键交叉口绿灯显示时间计算非关键交叉口绿灯显示时间计算 （1 1）确定线控系统中协调相位的最小绿灯显示时间）确定线控系统中协调相位的最小绿灯显示时间 关键协调相位即协调方向的相位。各交叉口协调相位所必须关键协调相位即协调方向的相位。各交叉口协调相位所必须保持的最小绿灯时间就是保持的最小绿灯时间就是关键交叉口协调相位的绿灯显示时间关键交叉口协调相位的绿灯显示时间。 即先计算出关键交叉口协调相位的有效绿灯时间，再计算即先计算出关键交叉口协调相位的有效绿灯时间，再计算出其绿灯显示时间。出其绿灯显示时间。 mEGmmmmytCLY二、线控的配时步骤二、线控的配时步骤 非关键交叉口绿灯显示时间计算非关键交叉口绿灯显示时间计算 （2 2）确定非关键交叉口非协调相位的最小有效绿灯时间）确定非关键交叉口非协调相位的最小有效绿灯时间 mnEGnpCytx二、线控的配时步骤二、线控的配时步骤 非关键交叉口绿灯显示时间计算非关键交叉口绿灯显示时间计算 （3 3）确定非关键交叉口协调相位的有效绿灯时间）确定非关键交叉口协调相位的有效绿灯时间 1kEGmEGnntCLt二、线控的配时步骤二、线控的配时步骤 非关键交叉口绿灯显示时间计算非关键交叉口绿灯显示时间计算 （4 4）确定各交叉口各个相位的绿灯显示时间）确定各交叉口各个相位的绿灯显示时间 若把黄灯时间全部看成有效绿灯时间，则公式可变为若把黄灯时间全部看成有效绿灯时间，则公式可变为GiEGiLiYittttGiEGiFLiYitttt二、线控的配时步骤二、线控的配时步骤3.3.计算相位差计算相位差 主要介绍以主要介绍以最大绿波带最大绿波带为目标的相位差优化为目标的相位差优化方法：方法：图解法图解法和和数解法。数解法。 图解法图解法二、线控的配时步骤二、线控的配时步骤 数解法数解法 已知交叉口距离如下表，为计算方便，以已知交叉口距离如下表，为计算方便，以1010米米为单位取有效数字。已知关键交叉口周期时长为为单位取有效数字。已知关键交叉口周期时长为8080秒，相应的带速定为秒，相应的带速定为40KM/h40KM/h，即为，即为11.1m/s11.1m/s。 3.3.数解法计算相位差数解法计算相位差 数解法计算结果数解法计算结果作业作业利用数解法计算八个交叉口组成的线控系统配时方案。其利用数解法计算八个交叉口组成的线控系统配时方案。其中，关键交叉口周期时长为中，关键交叉口周期时长为80s80s，相应的系统带速暂定，相应的系统带速暂定40km/h40km/h，各交叉口间距及各交叉口绿信比如下表：，各交叉口间距及各交叉口绿信比如下表：Purdy Purdy 法计算相位差法计算相位差已知条件：速度已知条件：速度v=13.44m/sv=13.44m/s，周期时长，周期时长C=60sC=60s。 Purdy 法计算相位差行号行号交叉口编号交叉口编号A AB BC CD DE EF F1 10 03030686887871101101151152 20 0-20-20+18+18-13-13+10+10+5+53 36060505070705050606070704 430/-3030/-3025/-2525/-2535/-3535/-3525/-2525/-2530/-3030/-3035/-3535/-355 530/-3030/-30+5/-45+5/-4553/-1753/-1712/-3812/-3840/-2040/-2040/-3040/-306 630/-3030/-30+5/-45+5/-45+3/-67+3/-6712/-3812/-3840/-2040/-2040/-3040/-307 7（相位差）（相位差）-30-30252565657575-30-301515Purdy Purdy 法绿波带计算结果法绿波带计算结果(%)(%)影响干道信号协调控制效果的因素影响干道信号协调控制效果的因素一、干道信号协调控制的影响因素一、干道信号协调控制的影响因素二、提高干道信号协调控制效益的辅助设施二、提高干道信号协调控制效益的辅助设施一、干道信号协调控制的影响因素一、干道信号协调控制的影响因素1 1、车队离散现象对干道协调控制效果的影响、车队离散现象对干道协调控制效果的影响2 2、公交协调控制对干道协调控制效果的影响、公交协调控制对干道协调控制效果的影响3 3、转弯车流对干道协调控制效果的影响、转弯车流对干道协调控制效果的影响4 4、影响干道协调控制效果的其他因素、影响干道协调控制效果的其他因素 1 1）交叉口间距）交叉口间距 2 2）车队平均行驶速度）车队平均行驶速度 3 3）交叉口相位、相序设计）交叉口相位、相序设计 4 4）交通量随时间的波动）交通量随时间的波动1 1、车队离散现象对干道协调控制效果的影响、车队离散现象对干道协调控制效果的影响1 1、车队离散现象对干道协调控制效果的影响、车队离散现象对干道协调控制效果的影响扩散绿波带图扩散绿波带图2 2、公交协调控制对干道协调控制效果的影响、公交协调控制对干道协调控制效果的影响2 2、公交协调控制对干道协调控制效果的影响、公交协调控制对干道协调控制效果的影响2 2、公交协调控制对干道协调控制效果的影响、公交协调控制对干道协调控制效果的影响2 2、公交协调控制对干道协调控制效果的影响、公交协调控制对干道协调控制效果的影响2 2、公交协调控制对干道协调控制效果的影响、公交协调控制对干道协调控制效果的影响3 3、转弯车流对干道协调控制效果的影响、转弯车流对干道协调控制效果的影响3 3、转弯车流对干道协调控制效果的影响、转弯车流对干道协调控制效果的影响车队平均行驶速度车队平均行驶速度交通流波动交通流波动交叉口相位、相序影响交叉口相位、相序影响二、提高干道信号协调控制效益的辅助设施二、提高干道信号协调控制效益的辅助设施1 1前置信号前置信号 在主要交叉口前几十米的地方设置交通信号灯，在主要交叉口前几十米的地方设置交通信号灯，可以使交通流在信号控制下集中，放行后在交叉口处可以使交通流在信号控制下集中，放行后在交叉口处不停止地通过，从而可使交叉口上的绿灯时间得到有不停止地通过，从而可使交叉口上的绿灯时间得到有效利用，提高交叉口的通行能力。效利用，提高交叉口的通行能力。 二、提高干道信号协调控制效益的辅助设施二、提高干道信号协调控制效益的辅助设施2 2可变车速指示标志可变车速指示标志在交叉口前一个或几个地方设置速度标志，指示驾驶在交叉口前一个或几个地方设置速度标志，指示驾驶人以标志速度行驶，通过交叉口。可变车速标志上速人以标志速度行驶，通过交叉口。可变车速标志上速度指示的数值，同交叉口信号的显示灯色与时间有关，度指示的数值，同交叉口信号的显示灯色与时间有关，且受交叉口信号控制机的控制。且受交叉口信号控制机的控制。 二、提高干道信号协调控制效益的辅助设施二、提高干道信号协调控制效益的辅助设施3 3可变车速指示标志与前置信号合并使用可变车速指示标志与前置信号合并使用据有关资料统计，采用前置信号与速度指示标志并用据有关资料统计，采用前置信号与速度指示标志并用的线控制系统可使在交叉口不停车通过的车的线控制系统可使在交叉口不停车通过的车5555提高提高到到70707777。 第九章第九章 区域信号协调控制区域信号协调控制一、区域信号控制的基本概念一、区域信号控制的基本概念区域信号控制的定义区域信号控制的定义狭义：狭义： 将关联性较强的若干个交叉口统一起来，进行相将关联性较强的若干个交叉口统一起来，进行相互协调的信号控制方式。互协调的信号控制方式。广义：广义： 在一个指挥控制中心的管理下，监控区域内的全在一个指挥控制中心的管理下，监控区域内的全部交叉口，是对单个孤立交叉口、干道多个交叉口和部交叉口，是对单个孤立交叉口、干道多个交叉口和关联性较强的交叉口群进行综合性地信号控制。关联性较强的交叉口群进行综合性地信号控制。信号系统类型信号系统类型整体监视控制整体监视控制因地制宜地选因地制宜地选用合适的控制方用合适的控制方法法有效经济地使有效经济地使用设备用设备二、区域信号控制系统分类二、区域信号控制系统分类控制策略控制策略控制方式控制方式控制结构控制结构TRANSYT系统系统SCAT系统系统联机自适应控制系统联机自适应控制系统SCOOT系统系统