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1、第四章 交通信號控制概論 第一節(jié) 概述 交通信號及交通信號燈 交通信號燈的設(shè)置依據(jù) 信號燈控制類別 第二節(jié) 信號控制參數(shù)與基本概念 第三節(jié) 道路交通控制基礎(chǔ)理論 （一）交通信號 在道路上用來傳送具有法定意義指揮交通流通行 或停止的光、聲、手勢等，都是交通信號。道路上常 用的交通信號有燈光信號和手勢信號。 交通信號是在空間上無法實現(xiàn)分離的地方，在平 面交叉口上，用來在時間上給交通流分配通行權(quán)的一 種交通指揮措施。交通信號燈用輪流顯示不同的燈色 來指揮交通的通行或停止。 除交叉口交通信號燈外，還有人行橫道信號燈和 車道信號燈等燈光信號。車道信號燈一般多用在高速 道路、大橋、隧道及有可逆方向車道的道
2、路上。 第一節(jié) 交通信號及交通信號燈 1信號燈的含義 1）非閃燈 （ 1）綠燈 表示車輛可以通行，在平面交叉口，面對綠燈的車 輛可以直行、左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)。 （ 2）紅燈 表示不許車輛通行，面對紅燈的車輛不能超過停車 線。 （ 3）黃燈 表示即將亮紅燈，車輛應(yīng)該停止。除非黃燈剛亮?xí)r， 已經(jīng)接近停車線、無法安全制動的車輛，可以開出停車線。 2）閃燈 （ 1）紅燈閃 警告車輛不準(zhǔn)通行。 （ 2）黃燈閃或兩個黃燈交替閃亮 表示車輛可以通行，但必須 特別小心。 3）箭頭燈 （ 1）綠色箭頭燈 表示車輛只允許沿箭頭所指的方向通行。 （ 2）紅色或黃色箭頭燈 表示僅對箭頭所指的方向起紅燈或黃 燈的作用。 4）專
3、用于自行車的信號燈 應(yīng)在信號燈上加有自行車的圖案。 2信號燈的種類 除原來紅、黃、綠三色基本信號燈之外，又增加了以下兩 種信號燈： 1）箭頭信號燈 箭頭信號燈是在燈頭上加一個指示方向的箭頭，可有左、 直、右三個方向。它是專為分離各種不同方向交通流，并對 其提供專用通行時間的信號燈。這種信號，當(dāng)然只在設(shè)有專 用轉(zhuǎn)彎車道的交叉口上使用才能有效。 2）閃爍燈 普通紅、黃、綠或綠色箭頭燈，在啟亮?xí)r，按一定的頻 率閃爍，以補充其他燈色所不能表達的交通指揮意義。我國 有些城市，安裝了一種附有隨燈色顯示時間倒計時間顯示的 一種信號燈，可以告訴駕駛員，正在顯示的燈色所余留的時 間，隨時掌握自己的駕車動作。 3
4、各式信號燈的次序安排 信號燈的次序安排分豎式和橫式兩種。 1）豎式 （ 1）國際規(guī)定，自上而下為紅、黃、綠燈。 （ 2）帶有箭頭燈時，安排次序如下： 單排式：自上而下，一般為紅、黃、綠、直行箭頭、左轉(zhuǎn)箭頭、右轉(zhuǎn)箭頭 燈，中間可省掉不必要的箭頭燈。當(dāng)同時裝有直、左、右三個箭頭燈時，可 省掉普通綠燈。 雙排式：一般在普通信號燈的里側(cè)加裝左轉(zhuǎn)箭頭燈，或左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)箭頭燈， 或左、直、右三個箭頭燈。 2）橫式 （ 1）國際規(guī)定，自外向里為紅、黃、綠燈。 （ 2）帶有箭頭燈時，安排次序如下： 單排式：自外向里，一般為紅、黃、左箭頭、直箭頭、右箭頭燈；或紅、 黃、左箭頭、綠燈；或紅、黃、綠、右箭頭燈。 雙排
5、式：自外向里，為左箭頭燈、直箭頭燈和右箭頭燈，中間可省掉不必 要的箭頭燈。橫排時，左、右箭頭燈所處位置，原則上同左、右車道的位置 一致。 1. 信號控制設(shè)置的利弊分析 信號控制設(shè)計合理的交叉口 ， 其通行能力比無信號控 制的交叉口大 。 當(dāng)無信號控制的交叉口的交通量接近其通行 能力時 ， 車流的延誤和停車會大大增加 ， 尤其是次要道路上 車輛的停車 、 延誤更加嚴(yán)重 。 此時把這類交叉口改為信號控 制的交叉口可以明顯改善次要道路的通行能力 ， 減少其停車 與延誤 。 但如果交通量沒有達到設(shè)置信號燈的程度時 ， 不合理的設(shè) 置信號控制 ， 其結(jié)果可能會適得其反 。 信號燈設(shè)置合理 、 正確就能發(fā)
6、揮明顯的效益；設(shè)置不當(dāng) 時 ， 非但浪費了設(shè)備及安裝費用 ， 還會造成不良的后果 。 因此 ， 研究制定合理設(shè)置交通信號燈的依據(jù)是十分重要的 。 在技術(shù)上 ， 使設(shè)置信號燈有據(jù)可依 ， 避免亂設(shè)信號燈現(xiàn)象； 在經(jīng)濟上 ， 可避免無謂的投資浪費；在交通上 ， 可避免不 必要的損失和交通事故 。 2. 信號控制設(shè)置的基本理論 停車標(biāo)志交叉口改為信號交叉口時主要應(yīng)考慮兩個因 素：無信號交叉口的通行能力和延誤。 1）停車標(biāo)志交叉口的通行能力 停車標(biāo)志交叉口的通行能力為主路通行能力與次路通行 能力之和 ， 主路通行能力可認(rèn)為和路段通行能力一樣 ， 次路 通行能力可通過計算主路車流中可供次路車輛穿越的空檔
7、數(shù) 來求出次路可以通行的最大交通量 。 根據(jù)以上分析次路可通 過的最大交通量的公式如下： qh q e QeQ 1m a x 式中： 次要道路可通過的最大交通量（輛 /h） 主要道路交通量（輛 /h） Q/3600（輛 /s） 次要道路穿過主路車流的臨界空檔時距（ s） 次要道路車輛連續(xù)通行時的車頭時距（ s） maxQ Q q h 一般，當(dāng)交通量發(fā)展到接近停車或讓路標(biāo)志交叉口所能處理 的能力時，才加設(shè)交通信號控制。主要考慮兩個因素：停車標(biāo)志 交叉口的通行能力和延誤。 圖中 A、 B為停車標(biāo)志交叉口的流量 延誤關(guān)系曲 線； C為信號控制交叉口的流量 延誤關(guān)系曲線 。 比較 曲線 A、 C可以看
8、出 ， 當(dāng)進入交叉口的交通總流量超過 800輛時 ， 信號控制交叉口的延誤比停車標(biāo)志交叉口小的 多 ， 此時 ， 采用信號控制就比停車標(biāo)志控制更為合理 。 （二）設(shè)置交通控制信號的依據(jù) 考慮各自的交通實際情況后制定出各自的依據(jù)。 前期必須做的調(diào)查工作 1車輛與行人的交通流量； 2進口道上的車輛行駛速度； 3交叉口的平面布置圖； 4交通事故及沖突記錄圖； 5可穿越臨界空當(dāng)； 6延誤。 信號燈設(shè)置依據(jù) 美國方法 8小時流量 4小時流量 高峰小時 學(xué)童過街 聯(lián)動信號 事故記錄 道路網(wǎng)絡(luò) 表 第一條依據(jù) 8h車流量 條件 A 最小車流量 進口道通車車道數(shù) 主要道路車輛數(shù)（輛 /h） （雙向進口道的總數(shù)
9、） 次要道路車輛數(shù)（輛 /h） （單向中流量較高者） 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 條件 B 中斷連續(xù)交通流 進口道通車 車道數(shù) 主要道路車輛數(shù)（輛 /h） （雙向進口道的總數(shù)） 次要道路車輛數(shù)（輛 /h） （單向中流量較高者 主要道路 次要道路 100 80 70 100 80 70 1 1 500 400 350 400 12
10、0 105 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 圖 第 2條依據(jù) 4h流量 信號燈設(shè)置依據(jù) 我國方法 高峰小時流量和 12小時流量 道路寬度大于 15應(yīng)設(shè)非機動車信號燈 行人高峰小時流量大于 500人次應(yīng)設(shè)行人過街 信號燈 實行分道控制的交叉口應(yīng)設(shè)車道信號燈 交叉口間距大于 500m、高峰小時流量超過 750輛及 12h流量超過 8000輛的路段，當(dāng)通過 人行橫道的行人高峰小時流量超過 500人次時， 可設(shè)置人行橫道信號燈及相應(yīng)的機動車信號 燈。 （
11、三）信號控制類別 1按控制范圍分類 1）單個交叉口的交通控制 每個交叉口的交通控制信號只按照該交叉口的交通情況獨立 運行，不與其鄰近交叉口的控制信號有任何聯(lián)系的，稱為單個交 叉口交通控制，俗稱 “ 點控制 ” 。 2）干道交叉口信號協(xié)調(diào)控制 把干道上若干連續(xù)交叉口的交通信號通過一定的方式聯(lián)結(jié)起 來，同時對各交叉口設(shè)計一種相互協(xié)調(diào)的配時方案，各交叉口的 信號燈按此協(xié)調(diào)方案聯(lián)合運行，使車輛通過這些交叉口時，不致 經(jīng)常遇上紅燈，稱為干道信號協(xié)調(diào)控制，也叫 “ 綠波 ” 信號控制， 俗稱 “ 線控制 ” 。 根據(jù)相鄰交叉口間信號燈聯(lián)結(jié)方法的不同，線控制可分為： （ 1）有電纜線控 由主控制機或計算機通
12、過傳輸線路操縱各信 號燈間的協(xié)調(diào)運行。 （ 2）無電纜線控 通過電源頻率及控制機內(nèi)的計時裝置來操縱 各信號燈按時協(xié)調(diào)運行 。 3）區(qū)域交通信號控制系統(tǒng) 以某個區(qū)域中所有信號控制交叉口作為協(xié)調(diào)控制的對象，簡 稱為區(qū)域交通信號控制系統(tǒng)，俗稱 “ 面控制 ” 。控制區(qū)內(nèi)各受控 交通信號都受中心控制室的集中控制。 2. 按控制方法分類 1）定時控制 交叉口信號控制機均按事先設(shè)定的配時方案運行，稱定周期 控制。一天只用一個配時方案的稱為單段式定時控制；一天按不 同時段的交通量采用幾個配時方案的稱為多段式定時控制。最基 本的控制方式是單個交叉口的定時控制。線控制、面控制也都可 用定時控制的方式，也叫靜態(tài)線
13、控系統(tǒng)、靜態(tài)面控系統(tǒng)。 2）感應(yīng)控制 感應(yīng)控制是在交叉口進口道上設(shè)置車輛檢測器，信號燈配時 方案可隨檢測器檢測到的車流信息而隨時改變的一種控制方式。 感應(yīng)控制的基本方式是單個交叉口的感應(yīng)控制，簡稱單點感應(yīng)控 制。可分為： （ 1）半感應(yīng)控制 只在交叉口部分進口道上設(shè)置檢測器的感應(yīng) 控制。 （ 2）全感應(yīng)控制 在交叉口全部進口道上都設(shè)置檢測器的感應(yīng) 控制。 兩種分類方法的關(guān)系如圖 2-1所示。 點控制 線控制 面控制 定時控制 感應(yīng)控制 圖 2 1 信號控制類型關(guān)系 第二節(jié) 信號控制參數(shù)與基本概念 一、信號控制參數(shù) 三個基本參數(shù)： 信號周期 綠信比 相位差 1、步伐和步長 步伐： 某一時刻，燈控
14、路口各個方向各信號燈狀態(tài)所組 成的一組確定的燈色狀態(tài)。 例如：早上 7： 00信號機開機，南北方向左轉(zhuǎn)箭頭燈 和紅燈亮，東西方向紅燈亮，所有人行紅燈亮，其他等均 不亮。這種狀態(tài)持續(xù)了 20s，那么這種狀態(tài)稱為一個步伐， 其步長為 20s。步長的變化單位為 1s。 2、周期 一個循環(huán)內(nèi)各步伐的步長之和稱為信號周期。 3、相位及相序 相位： 在交叉口進口道處，不同的流向按照一定的順序 獲得通行權(quán)。通行權(quán)的每一次更換，就構(gòu)成了一個信號相 位。 相序： 通行權(quán)的順序構(gòu)成相序。 圖 1 兩相位信號配時圖 圖 2 具有專用左轉(zhuǎn)相位的三相位方案 圖 3 交通信號控制的八個相位 信號相位 一股或幾股車流，他們
15、在一個信號周期內(nèi)，不管任何瞬間都 獲得完全相同的信號燈色顯示，那么就把各進口道不同方向 所顯示的不同燈色的組合稱作一個信號相位。 4）信號階段 車輛在通過交叉口時， “ 通行權(quán) ” 依次輪流分配給各個相位， “ 通行權(quán) ” 的每一次轉(zhuǎn)換就稱為一個信號階段。 信號相位與信號階段的主要區(qū)別是： “ 信號相位 ” 是按 車 流獲得信號顯示的時序來劃分的 ， 有多少種不同的時序排列 就有多少個信號相位； “ 信號階段 ” 則是根據(jù)交叉口通行權(quán) 在 一個信號周期內(nèi)的更迭次數(shù)來劃分的 。 一個信號周期內(nèi)通行 權(quán)轉(zhuǎn)換幾次就是幾個信號階段 。 若一個信號周期內(nèi)沒有搭接 相位 ， 則信號相位和信號階段的含義是相
16、同的 。 圖 2 2中的 丁字型交叉口顯示了信號相位與信號階段的區(qū)別 。 D C A B E F B A F E C D 信號周期 C 第一 相 位 包含車流 A、 B 第二相位 包含車流 E 第三 相 位 包含車流 C、 D 第四相位 包含車流 F 信號階段 A 信號階段 B 信號階段 C IA IB IC GA GC GB FC FA FB 第三相位 車流 C、 D 第四相位 車流 F 第二相位 車流 E 第一相位 車流 A、 B FA、 FB、 FC 分別為信號階段 A、 B、 C的時間 GA、 GB、 GC 分別為信號階段 A、 B、 C的綠燈顯示時間 IA、 IB、 IC 分別為信號
17、階段 A、 B、 C的綠燈間隔時間 圖 信號相位與信號階段的關(guān)系 4、綠信比 在一個信號周期內(nèi)， 各相位的有效綠燈時 間與周期長度的比值。 有效綠燈時間 =綠燈時間 +黃燈時間 -損失時間。 起始遲滯 a 有效綠燈時間 g 前損失時間 后損失時間 終止遲滯 b 飽和 流量 S 在完 全飽 和的 綠燈 期間 放行 的車 流流 率 時間 綠燈間隔 I 綠燈 黃燈 紅燈 全紅燈 某相位 i 與相位 i沖突 的相位 G 起始遲滯 有效綠燈時間 前損失時間 后損失時間終止遲滯 率 時間綠燈間隔 綠燈 黃燈 紅燈 全紅燈 的相位 5、相位差 1)絕對時差 是指各個信號的綠燈或紅燈的起點或中點相對于某一標(biāo)
18、準(zhǔn)信號綠燈或紅燈的時間之差。 2)相對時差 是指相鄰兩信號的綠燈或紅燈的起點或中點之間的時間 之差。相對時差等于兩個信號絕對時差之差。 以紅燈中點為標(biāo)準(zhǔn)的時差與以綠燈中點為標(biāo)準(zhǔn)的時差是 相等的，一般多用于線控制的通過帶方法中確定信號時差； 以紅燈起點或綠燈起點為標(biāo)準(zhǔn)的時差，一般多用于面控 制系統(tǒng)中確定信號時差。 各信號的綠信比相等時，各不同標(biāo)準(zhǔn)點的時差都相等。 一般多用 綠燈起點或中點 作為時差的標(biāo)點，則稱為綠時差。 常用時距圖來表示信號賠時與距離的關(guān)系 （二）基本概念 1、信號綠燈 用 G(秒）表示 2、信號紅燈 用 R(秒）表示 3、信號黃燈 用 A(秒）表示 黃燈時間設(shè)置考慮的因素： .
19、提醒駕駛員綠燈信號時段就要結(jié)束，是車輛在停車 線前面安全停下來； .對于已通過停車線或者部分通過停車線的車輛，能 在下相位綠燈啟亮之前安全地駛離交叉口沖突區(qū)； .為滯留在沖突區(qū)內(nèi)的車輛提供清路口的時間。 黃燈時間的取值范圍為秒，若大于秒，超出部 分通常用全紅時間取代。 4、全紅時間 是指交叉口處于 “ 四面紅燈 ” 控制狀 態(tài)下的一段紅燈時間。用 r（秒）表示。 往往出現(xiàn)在連續(xù)兩個信號周期之間， 或相位轉(zhuǎn)換之間。作為交通信號調(diào)查的依 據(jù)或起點。 5、信號配時 .信號燈色顯示一個循環(huán)各燈色需要的時間。 .信號配時圖 相位 A T1 G1 A1 R1 相位 B R2 G2 A2 T2 C 信號周期
20、與綠燈時段（ n=2, r=0) (1) 相位 A T1 G1 A1 R1 相位 B R2 G2 A2 T2 C 信號周期與綠燈時段（ 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 信號周期與綠燈時段（ n=2, r0) (3) r r r C 第三節(jié) 道路交通控制基礎(chǔ)理論 一、交通流理論 1、三參數(shù)及相互關(guān)系： Q=Vk 2、跟馳理論：運用動力學(xué)方法，將交通流處理成 分散的粒子組成，從微觀角度探究在無法超車的 單一車道上車輛列隊行駛時，后車跟隨前車的行 駛狀態(tài)。 3、流體力學(xué)理論：運用動力
21、學(xué)方法，從宏觀角度 采用連續(xù)介質(zhì)模式，假設(shè)前后兩車的行駛狀態(tài)完 全一樣，將車流看成一種流體，把車流密度的疏 密變化看成水波的起伏，并抽象成車流波，利用 流體力學(xué)基本原理，建立車流的連續(xù)方程，又稱 交通流波動理論。 4、排隊論理論 二、道路通行能力和服務(wù)水平 P116 基本通行能力 可能通行能力 實際通行能力 區(qū)別路段與交叉口通行能力計算的不同？ 三、交通信號采集和處理技術(shù)（ P126） 四、短時交通流預(yù)測理論 1、定義（ STSF）：時間序列數(shù)據(jù)的間隔和預(yù)測 期均較短的交通流預(yù)測，一般在 15min之內(nèi)。 2、方法： 基于線形系統(tǒng)理論方法：回歸、時間序列 基于知識發(fā)現(xiàn)的智能模擬方法：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 基于非線性系統(tǒng)理論方法：突變、混沌理論 基于組合模型的預(yù)測方法 基于交通模擬的預(yù)測方法 基于動態(tài)交通流分配的預(yù)測方法 五、交通狀態(tài)評價 服務(wù)水平（依據(jù)） 五、交通仿真技術(shù) 微觀仿真： vissim EmmE/2， paramics， cube等軟件
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