1、 Shanghai Maritime University 钱红波2011.12.05第八章第八章 交通管理与控制交通管理与控制8.4 城市交通控制城市交通控制 Shanghai Maritime University 2 Shanghai Maritime University 3 Shanghai Maritime University 4 Shanghai Maritime University 5 Shanghai Maritime University 6 Shanghai Maritime University 7 Shanghai Maritime University 8 Sh
2、anghai Maritime University 9 Shanghai Maritime University 10左臂向前上方直伸，掌心向前，不准前方车辆通行。 Shanghai Maritime University 11左臂向左平伸，掌心向前；右臂向右平伸，掌心向前，向左摆动，准许右方直行的车辆通行。 Shanghai Maritime University 12右臂向前平伸，掌心向前；左臂与手掌平直向右前方摆动，掌心向右，准许车辆左转弯，在不妨碍被放行车辆通行的情况下可以掉头。 Shanghai Maritime University 13左臂向左下方平伸，掌心向下；左臂与手掌平直
3、向下方摆动，准许左方左转弯的车辆进入路口，沿左转弯行驶方向靠近路口中心，等候左转弯信号。 Shanghai Maritime University 14左臂向前平伸，掌心向前；右臂与手掌平直向左前方摆动，手掌向左，准许右方的车辆右转弯。 Shanghai Maritime University 15右臂向前平伸，掌心向左；右臂向左水平摆动，车辆应当腾空指定的车道，减速慢行。 Shanghai Maritime University 16右臂向右前方平伸，掌心向下；右臂与手掌平直向下方摆动，车辆应当减速慢行。 Shanghai Maritime University 17左臂向前上方平伸，掌心向
4、前；右臂向前下方平伸，掌心向左；右臂向左水平摆动，车辆应当靠边停车。 Shanghai Maritime University 18 Shanghai Maritime University 19在信号灯控制的交叉口：在信号灯控制的交叉口：l 绿灯绿灯亮时，允许各行驶方向的车辆进入交叉口亮时，允许各行驶方向的车辆进入交叉口l 红灯红灯亮时，只允许右转车辆沿右转专用车道行进，但不得亮时，只允许右转车辆沿右转专用车道行进，但不得影响横向道路上直行车辆的正常行驶影响横向道路上直行车辆的正常行驶l 黄灯黄灯亮时，已越过停车线的车辆继续行驶，通过交叉口；亮时，已越过停车线的车辆继续行驶，通过交叉口；没越
5、过停车线的车辆应在停车线后等候绿灯；没越过停车线的车辆应在停车线后等候绿灯；l在未设置非机动车信号灯和人行横道信号灯的路口，非机动在未设置非机动车信号灯和人行横道信号灯的路口，非机动车和行人应当按照机动车信号灯的表示通行。车和行人应当按照机动车信号灯的表示通行。l红灯亮时，右转弯的车辆在不妨碍被放行的车辆、行人通行红灯亮时，右转弯的车辆在不妨碍被放行的车辆、行人通行的情况下，可以通行。的情况下，可以通行。 Shanghai Maritime University 20 Shanghai Maritime University 21 Shanghai Maritime University 22
6、 Shanghai Maritime University 23 Shanghai Maritime University 24 Shanghai Maritime University 25 Shanghai Maritime University 26 Shanghai Maritime University 27城市道路交通信号控制按控制范围可划分单点信号控制、干线联动信号控制、区域协调信号控制三种类型。1）单点信号控制单点信号控制（简称点控），用于单个信号的路口，属于孤立交叉口的信号控制。根据交叉口的流量和流向，确定最佳配时方案，可保证最大通行能力或最小延误，单点信号控制设备简单、投资
7、最省、维护方便，是城市道路交通中使用最为广泛的一种控制方式，同时，单点信号控制技术的基本原理还是其他控制方式的基础。但在城市道路网中，交叉口相距很近，各交叉口分别设置单点信号控制时，车辆经常遇到红灯，时停时开，行车不畅，也因而使环境污染加重。为使车辆减少在各个交叉口上的停车时间，特别是使干线上的车辆能够畅通，人们首先研究把一条干线上相邻的交通信号连接起来，加以联动控制，就出现了干线交叉口交通信号的联动控制系统(简称线控制)。 Shanghai Maritime University 282）干线交通联动信号控制干线交通联动信号线控制，也称“绿波控制”，是把干线上若干连续交叉路口的交通信号连接起
8、来，同时对各交叉路口设计一种相互协调的配时方案，各交叉路口的信号灯联合运行，使车辆通过第一个交叉路口后，按一定的车速行驶，到达后面各交叉路口时均可遇到绿灯，大大减少车辆的停车次数与延误。随着计算机、计算方法、自动控制、车辆检测技术等的发展，人们又研究把整个区域内所有交通信号联起来加以协调控制，就形成了区域交通协调信号控制系统(简称面控制)。 Shanghai Maritime University 293）区域交通协调信号控制区域交通协调信号控制是把某一区域内的全部交通信号纳入一个指挥中心管理下的一套整体控制系统，是单点信号、干线信号和网络信号系统的综合控制系统。其优点是可获得全区域整体控制效
9、益； 在分布式区域交通协调控制系统中，把一大片控制区划分为若干控制子区，划分出的控制子区往往是若干条干线交通联动控制系统。在这种情况下，干线交通联动控制系统就成为分布式区域交通协调控制系统的个单元。也可以说，线控制是面控制系统的一种组成部分，或从另一角度说，线控制是面控制系统的一种简化的特殊形式。 城市交通信号控制可因地制宜地选用合适的控制方法，一般都是由这三种控制方式组合而成，如图所示： Shanghai Maritime University 30 城市道路交通信号控制按控制方法可划分定时控制、感应控制二种类型。定时信号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
10、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成为多时段式定时控制。定时信号的适用情况：定时控制，特别是要联结几个相邻交通信号或一个信号网络时，因信号启动时间可取得一致而有利于同相邻交通信号的协调；定时控制的正常工作，不必通过检测器对车辆的检测，因此，不存在在路边停车及其他因素影响车辆检测的缺点；定时控制比感应控制更适用于行人交通量大、流量均衡的地方；定时信号设施价格低于感应信号，且安装、维护方便。 Shanghai Maritime University 31感应信号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
11、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。单点感应控制随检测器设置方式的不同，可分为：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。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。感应信号的适用情况：交通量变化不大而不规则、难于用定时信号控制的交叉口，以及必须降低对主要干道干扰的交叉口，用感应控制的效益更大；不适宜处于联动定时系统中的交叉口，宜用感应控制；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交叉口；感应控制在轻交通量交叉口或轻交通量期间，有其优越性，不致使主要道路上的交通产生不必要的延误；感应控制，在有几个流向的交通量变化大的复杂
12、交叉口上，可得最大效益；感应信号，适用于主次道路相交、只在次路有车辆和行人时才中断主路车流的交叉口； Shanghai Maritime University 32 （一）信号相位与信号阶段（一）信号相位与信号阶段交通信号灯灯色的周期性变化，控制着路口各方向车辆的行或止。信号相位就是一股或多股交通流，在一周期时间内不管任何瞬间都获得完全相同的信号灯色显示。信号相位是按路口车流获得信号显示的时序来划分的，有多少种不同显示时序排列就有多少个信号相位。而信号阶段则根据路口通行权在一个信号周期时间内的变更次数来划分的，一个信号周期内通行权有几次更迭就有几个信号阶段。信号周期C第一相位车流A、B红/黄红
13、第二相位车流C、D第三相位车流红红绿红/黄黄第一相位包含车流A、B 第二相位包含车流C、D第三相位包含车流E 第四相位包含车流F 相位阶段A红/黄第四相位车流红绿过街行人车流相位阶段B相位阶段C红/黄红绿黄红绿黄红黄红 Shanghai Maritime University 332 2相位方案相位方案2 2相位配时图相位配时图 Shanghai Maritime University 3443 Shanghai Maritime University 352 2相位方案相位方案2 2相位配时图相位配时图 Shanghai Maritime University 3643 Shanghai M
14、aritime University 37信号相位设计和配时设计是信号控制方案设计的两个方面，二者是定性和定量、战略与战术的关系。信号相位设计是信号控制方案设计的首要步骤，信号相位设计方案直接影响了交叉口交通流运行的安全性，以及为机动车、非机动车和行人运行所提供的通行能力；信号配时设计方案，是在完成信号相位方案设计的基础上，根据进口车道配置和交通流量情况，求解最优配时方案，最终达到提高信号交叉口实际通过能力、减少车辆通过交叉口的受阻滞程度，提高交叉口运行效率。 Shanghai Maritime University 38有效绿灯的“起始迟滞”时间值a等于该相位（与上一相位之间）的绿灯间隔时间
15、与绿灯的起动损失时间之和。同样道理，有效绿灯时间的终止点也滞后于绿灯实际结束点，（这当然是指在黄灯期间允许部分车辆继续通行的情况），这一段滞后的时间差称作“绿灯的后补偿时间”，有效绿灯的“终止迟滞”时间值b恰好等于绿灯的后补偿时间。即： Shanghai Maritime University 39 Shanghai Maritime University 40 。 Shanghai Maritime University 41 Shanghai Maritime University 42 Shanghai Maritime University 43 专门调查结果：有专门调查结果：有40%
16、的驾驶员表示知道黄灯的含义，而的驾驶员表示知道黄灯的含义，而其余其余的驾驶员表示的驾驶员表示的含义。的含义。 Shanghai Maritime University 44 Shanghai Maritime University 45 Shanghai Maritime University 46 Shanghai Maritime University 47 Shanghai Maritime University 48 Shanghai Maritime University 49 Shanghai Maritime University 50 设置黄灯的目的是为了提醒驾驶员信号灯即将要
17、由绿灯变成红灯，要作好停车的准备，因此，遇到黄灯的车辆原则上要减速停车，但对在黄灯启亮时离停车线很近因而无法正常停车的车辆则允许通行，而信号灯由黄灯变成红灯后车辆则不允许通过停车线，黄灯时间的长度应保证这些在黄灯启亮时刻无法正常在停车线前安全停车的车辆能够在黄灯期间内顺利地通过停车线。车辆发现信号灯由绿灯变成黄灯时要想在停车线安全地停靠，车辆距停车线必须有一定的距离Ls。并且Ls应大于由式6-6确定的Ly1： Shanghai Maritime University 51 当信号灯由绿灯变成黄灯时，如果车辆此时距交叉口距离太近无法安全地在停车线停车，那么这些车辆必须在信号灯由黄灯变成红灯前越过
18、停车线。此时车辆距停车线的距离Ls应小于式6-7中的Ly2：AvLy02 （6-7） Shanghai Maritime University 52 （6-7）分析上面两个公式代表的曲线，可以发现相交的两个区域：选择通过区和进退两难区。选择通过状态是指黄灯的显示时长过长，黄灯启亮后，一部分驾驶员既可以以正常的减速度在停车线前安全停车，又可以保持原来的速度在黄灯结束前通过停车线的状态；进退两难状态指黄灯的显示时长过短，黄灯启亮后，一部分驾驶员既不能以正常的减速度在停车线前安全停车，也不能保持原有速度在黄灯结束前通过停车线的状态。这两种状态都容易使驾驶员在黄灯初期选择停或走时产生困惑。因此，最佳黄
19、灯时长的选择应以不产生选择通行状态和进退两难状态为依据，即取图6-12中的Ly1和Ly2相等时的时间值。则可推出最佳黄灯时间为：)(20giavtAroptimal Shanghai Maritime University 53由于在黄灯期间，还有一部分车辆接着绿灯信号继续通过停车线，为了防止这部分车辆与下一相位的绿灯头车发生碰撞，必须设置一定的全红时间，全红时间指本相位黄灯末至下一相位绿灯初的时间间隔。假设在本相位黄灯熄灭前最后一刻车辆通过停车线，全红时间时长的设置应能保证这辆车在下一相位绿灯头车之前通过它们之间的冲突点，两相邻相位交通冲突示意图如图6-13所示。 Shanghai Mari
20、time University 54 全红时间为上一相位的尾车的清空时间tq与下一相位绿灯头车进入时间tj的差。清空时间tq是清空距离Sq与车长Lc之和除以交叉口的设计行驶速度。进入时间tj是进入距离Sj除以交叉口的设计行驶速度。它的计算是考虑下一相位绿灯头车与本相位黄灯末的尾车之间最有可能发生冲突的情况确定的，即交通量较小时，下一相位绿灯启亮的时刻，停车线前没有排队的车辆，此时刚好有一辆车辆以设计行驶速度V0驶近交叉口，在没有减速停车的情况下直接通过交叉口，这时所需的进入时间最小。进入时间是由进入距离除以交叉口的设计速度。则全红时间的计算公式为： （6-7） Shanghai Maritim
21、e University 55 （6-7）CminCoptCmax周期延误周期Cmax通行能力 Shanghai Maritime University 56 （6-7）信号周期时长信号周期时长1）最小信号周期min1minCSqLCkiiiYLC1min2）最大信号周期 一般国家都将120s视为信号周期的最大限值。当然，在信号相位较多的情况或交通流量特别大的情况下，信号周期时长也可以超过120s，但一般不应超过180s。3）最佳信号周期YLCopt155.1 Shanghai Maritime University 57 （6-7）绿信比与绿灯时间绿信比与绿灯时间 交叉口在最佳周期下运行，同
22、时需要有合理的相位绿信比分配，只有这样，才能获得满意的运行效果。在韦伯斯特方法中，给出绿信比分配原则，即各相位绿信比按各相位关键车道流率比之间的比例进行分配，这样，可获得在给定周期下最小车均延误。1）绿信比某一相位的有效绿灯时间与周期的比值，是衡量通行权的定量指标。2）周期总有效绿灯时间周期时长与一个周期内相位总损失时间的差。3）各相位显示绿灯时间各相位绿灯实际亮的时间。4）各相位有效绿灯时间各相位可实际用于车辆通行的时间称为各相位有效绿灯时间，它等于各相位显示绿灯时间与黄灯时间之和减去各相位的起动损失时间。5）最小绿灯时间综合考虑相位阶段内各类交通出行者的反应时间以及下游检测器埋设位置等因素
23、而预先设置的一段最短绿灯时间。它与感应相位密切相关，如果感应相位不被跳过，则不管该感应相位是否有车，必须保证这段绿灯时间。6）最大绿灯时间为了保持最佳绿信比而对各相位规定的绿灯时间最大限值。 LCGopteYyyGgjjeej,maxCgejjjjejjlAgg Shanghai Maritime University 58 （6-7）单点定时控制交通信号配时流程图单点定时控制交通信号配时流程图 Shanghai Maritime University 59单点定时控制交通信号配时流程图单点定时控制交通信号配时流程图CgejjLCGopteYLCopt155.1jjejjlAggYyyGgjj
24、eej,max Shanghai Maritime University 60感应信号控制感应信号控制GmaxG0GGmin Shanghai Maritime University 61干线交通联动信号控制干线交通联动信号控制1）信号周期在于线交通联动信号控制中，为使各交叉口的交通信号能取得协调，各个交通信号的周期时长必须是统一的。为此，必须先按单点定时信号的配时方法，根据系统中各交叉口的布局及交通流向、流量，计算出各个交叉口交通信号所需的周期时长，然后从中选出最大的周期时长作为这个系统的周期时长，把需要周期时长最大的这个交叉口叫做关键交叉口。在近代的控制系统中。对有些交通量较小的交叉口，实
25、际需要周期时长接近于系统周期时长的一半，可把这些交叉口的信号周期时长定为系统周期时长的半数，这样的交叉口就叫做双周期交叉口。2）绿信比在于线交通联动信号控制配时设计中，每个交叉口的绿信比是根据各个交叉口各向交通量的流量比来确定的，它们并不要求相同。3）相位差在于线交通联动信号控制中，协调控制主要体现在相位差的设计上，它是决定整个控制效果的关键。为使车辆通过干线交通联动信号控制系统时，能连续通过尽可能多的绿灯，必须使相邻信号间的绿时差同车辆在其间的行程时间相适应，所以时差是干线交通联动信号控制系统实现协调控制的关键参数。 Shanghai Maritime University 62干线交通联动
26、信号控制的适用条件干线交通联动信号控制的适用条件1）车流的到达特性在一个信号交叉口，车辆形成车队，脉冲式地达到，采用线控系统可以得到良好的效果。如果车辆的到达是均匀或随机的，线控效果不会理想，产生车辆均匀或随机到达的因素有：交叉口之间的距离太远，即使是成队的车流，也因其间距远而引起车辆离散，不成车队。在两个信号交叉口之间，有大量的交通从次要街道或路段中间的出入口(例如商业中心停车场、库等)转入干线。在有信号的交叉口处，有大量的转弯车辆从相交街道转入干线。2）信号交叉口之间的距离在干线街道上，信号交叉口的间距可在l00l000m以上的范围内变化，信号交叉口间的距离越远，线控效果越差，一般不宜超过
27、600m。3）街道运行条件单向交通运行有利于线控系统的实施及实施后的效果，因而对单向交通运行的干道应优先考虑采用线控系统。4）信号的分相由于信号配时方案和信号相位有关，信号相位越多，对线控系统的通过带宽影响越大，因而受控制交叉口的类型也影响线控系统的选用。有些干线具有相当简单的两相位交叉口，有利于选用线控系统，而另一些干线要求多个左转弯相位，则不利于选用线控系统。5）交通随时间的波动车辆到达特性和交通量的大小，在每天的各个时段内有很大的变化。高峰期交通量大，容易形成车队，用线控系统会有较好的效果，但在非高峰期线控系统就不一定有好的效果。 Shanghai Maritime University
28、 63区域协调信号控制的分类区域协调信号控制的分类 交通信号面控制系统，从控制策略上可分为定时式脱机操作控制系统和感应式联机操作控制系统；按控制方式可分为方案选择方式和方案形成方式；按控制结构可分为集中式计算机控制结构和分层式计算机控制结构。 定时式脱机操作控制系统是利用交通流历史及现状统计数据，进行脱机优化处理，得出多时段的最优信号配时方案，编入计算机控制程序，对整个区域交通实施多时段定时控制；感应式联机操作控制系统是一种能够适应交通流量变化的“自适应控制系统”，也叫“动态响应控制系统”。在控制区交通网中设置车辆感应器，实时采集交通数据并实施联机最优控制。自适应控制结构复杂、投资高，对设备可
29、靠性要求高，但能较好地适应交通流的随机变化。 Shanghai Maritime University 64区域协调信号控制的组成区域协调信号控制的组成 面控制系统对城市道路网上若干个相邻交叉口的信号周期、绿信比、相位差和设在道路上的各种可变标志进行集中统一控制。面控制系统由以下几部分构成：控制中心，在控制中心设有中心处理机及其外围设备、地图显示板、交叉口信号状态显示板、交通情况显示板、交通事故和车辆诱导显示装置、控制台等；传输系统，由中央数传机、终端数传机和传输线组成；信号控制系统；交通情报收集系统，由设在道路上的各种车辆检测器组成；可变标志系统；通信系统，包括有线电通信和无线电通信；电视监
30、视系统；控制模型和软件系统。 Shanghai Maritime University 65 （6-7）区域协调信号控制的分类区域协调信号控制的分类面控制系统的功能：收集交通情报。设在道路上的车辆检测器随时把检测到的车辆数、车辆行驶速度、车辆阻塞度和空间占有率等情报，通过传输系统送到中心处理机处理。控制终端信号机和可变标志。中心处理机根据交通流量的变化，实时地改变控制模型，随时发出控制指令，控制终端信号机和可变标志。诱导车辆。中心处理机根据收集的交通情报，对于交通阻塞地点，一方面控制有关的终端信号机和可变标志以诱导车辆，另一方面通过通信系统，发布交通阻塞情报，诱导车辆避开阻塞地点。集中监视。通
31、过各种显示设备和电视监视系统，工作人员可了解控制区域内的交通状况，为迅速排除交通阻塞、处理异常情况、采取人工干预提供直观依据。面控制系统因有上述功能，所以对疏导交通流量，提高道路通行能力，减少交通事故和交通公害有明显的效果。冬日那 Shanghai Maritime University 66v1、 城市道路交通信号控制按控制范围可分为哪几类？v 2、城市道路交通信号控制按控制方法可分为哪几类？v3、绿灯间隔的定义与作用？ Shanghai Maritime University 67v1、交通需求管理有哪些策略？v2、交通需求管理与交通系统管理有什么区别与联系？v3、交通标志可以分为哪几类？每种交通标志的代表性颜色与形状是什么？v4、道路交通标线从颜色和线形上可分为哪十一类，各种标线的作用是什么？
