08信号控制基本概念

基本概念
（7）绿信比
一个信号周期内有效绿灯时间分配给各个信号相的比例。
交叉口总的绿信比是指所有关键车流的绿信比之和，即所 有关键车流的有效绿灯时间总和与信号周期之比值。
tiEG i C时设计最关键的时间参数，某相位的 绿信比越大则越有利于该信号相位车辆的通行，但却不利于其 他信号相位车辆的通行， 绿信比可以相同，也可以不相同。所有信号相位的绿信比 之和必须小于1。
交通信号控制
交通信号控制是以交通信号控制模型为基础，通过合理控制路口信号
灯的灯色变化，从时间上将相互冲突的交通流予以分离，以达到减少交
通拥挤与堵塞、保证城市道路通畅和避免发生交通事故等目的。
交通信号控制模型是描述交通性能指标（延误时间、停车次数等）随 交通信号控制参数（信号周期、绿信比和信号相位差），交通环境（车 道饱和流量等），交通流状况（交通流量、车队离散性等）等因素变化 的数学关系式。
比较灵活，提高了信号时间的利用率，效果较为明显。
交通信号控制系统组成
（3）按控制思想分：
★被动式控制
无论是从几何特性上分的点、线、面的控制，还是按控 制原理分的定时、感应和自适应控制，其控制思路是以道路 上的交通（车辆或行人）为主体，通过事先人工调查或实时 自动检测的方法，了解其变化规律和实时状态，在此基础上 选取适当的控制方案（或控制参数），或者联机生成实时控 制方案（或控制参数），以控制信号的变化，使之适应交通 的需求。 表面上看是交通受信号指挥，实质上交通信号是根据交 通需求而变化的，也就是说交通信号是被动地去控制交通流 的变化。因而应该被称为被动式控制系统。
基本概念
（2）信号相位
相位数太多，相位转换频率高，且每相位的绿灯时间短； 相位数太少，冲突点多，绿灯和红灯时间长，可能会造成绿 灯时间的浪费和闯红灯现象。 合理选用与组合相位（相位数和顺序），是决定交通控 制效益的主要因素之一。
基本概念
（3）周 期
信号周期：各种灯色显示时间之和，或是某相位的绿灯开
交通信号控制系统组成
检测 设备
数据 处理
控制 设备
控制器
交通信号控制系统类型
（1）按交通信号控制的范围：
★点控系统
指某一城市街道交叉口或高速公路出、入口的信号控制 是独立进行的，与其它路口或出、入口无关。 ★线控系统 指交通信号控制对象是含有多个交叉口的城市于道或高 速公路干道。其控制思想是协调控制而不是孤立控制。 ★面控系统 指交通信号控制对象是城市道路网络及高速公路网络。
黄灯时间一般取值3~5秒。不宜较长，黄灯时间大于5秒 时，超出部分通常用全红时间代替。
全红时间(r)
任意进口道全是红灯 任意进口道车辆均不得进入停车线 为滞留在冲突区内的车辆提供清路口的时间 提供较大的安全余地
基本概念
（5）损失时间
损失时间是指在周期时间内由于交通安全及车流运行特性等原因，在 某段时间内没有交通流运行或未被充分利用的时间。
tG——绿灯时间； tY——黄灯时间； tL——部分损失时间； tFL——前损失时间； tBC——后补偿时间； tBL——后损失时间。
基本概念
（5）损失时间 一个信号周期 总的损失时间是指所有关键车流在其信号 相位中的损失时间之和，用L表示。而关键车流是指那些能够 对整个交叉口的通行能力和信号配时设计起决定作用的车流， 即在一个信号相位中交通需求最大的那股车流。
交通信号控制系统组成
（4）控制器
根据由数据处理后送来的交通信息，按照一定控制算法作出
相应的控制决策，这种决策可以是信号灯的配时，也可以是某些 交通信息的传递。控制器的核心通常是功能比较强大的微控制器， 这类控制器具有很强的输入、输出、定时和通信等功能。
（5）控制设备
主要包括交通信号灯和可变限速标志等，这些可以为车辆驾驶 人员或行人提供交通控制信息，达到对交通流进行引导和控制的 目的。
交通信号控制系统类型
（2）根据系统控制的方法分
★固定配时方案控制系统
固定配时方案控制是指信号灯的配时参数是顶先给定的， 不随交通情况而改变。 在预先确定的配时方案中，不同的时段可以采用不同的 配时，只是在从一时段内配时参数不发生改变。例如，可 以根据城市交通特点，确定交通早高峰时间、午间高峰时 间以及晚高峰时间等确定相应的配时方案。固定配时控制 可以是单个交叉口的独立控制，可以是多个交叉口甚至区
起始迟滞a 有效绿灯时间 g
饱 和 流 后损失时间 量 终止迟滞b S f’ 时 G f 间
前损失时间
e 绿灯间隔I e’
黄 灯
全 红 灯
基本概念
（5）损失时间 损失时间是指在周期时间内由于交通安全及车流运行特性等 原因，在某段时间内没有交通流运行或未被充分利用的时间。
损失时间 行 车 流 率 前损失时间 有效绿灯时间 后损失时间 饱 和 流 量 后补偿时间
域协调控制。
交通信号控制系统类型
（2）根据系统控制的方法分
★适应性控制系统（感应控制）
适应性控制是通过车辆检测器将检测到的车辆信息传送
到信号控制群中进行分析处理，然后根据一定的控制规律
制定相应的控制方案。为此，需要在各个交叉口的入口车 道处埋设车辆检测器。
这种控制系统比较复杂，设备投资大，但是其信号配时
基本概念
（12）车道交通流量比
基本概念
（1）交通信号
交通信号是指在道路上向车辆和行人发出通行或停止的具有法律效力 的灯色信息，主要分为指挥灯信号、车道灯信号和人行横道灯信号。
交通信号灯诞生于19世纪，在1868年，伦敦威斯敏斯特街口安装了 交通信号灯，是一种红绿两色信号灯（煤气灯），毁于煤气爆炸事故。
1914年,出现了红绿两色的电信号灯。1918年，纽约的街口安装了一 种手动操纵的三色信号灯。
度”对应于饱和流率。通行能力与饱和流量、绿信比之间的
关系：
t EG Q S S C
基本概念
（11）通行能力
加大交叉口某信号相位的绿信比也就是加大该信号相位所对 应的放行车道的通行能力，使其在单位时间内能够通过更多数量 的车辆。
道路通行能力是衡量道路所能承担通过车辆的极限数量，是对 现有道路交通进行运行状态分析的依据，是新建或改建道路的设 计、规划和管理的基本指标。与街道等级、线形、路况、交通管 理与交通状况有关。 一般来讲，道路上交通流量比其通行能力小得越多，车辆驾驶 人员所受阻碍越小。当交通流量等于或接近道路通行能力时，车 辆行驶所受阻碍多。
绿灯间隔时间是指一个相位绿灯结束到下一相位绿灯开
始的时间间隔，用I表示。 设臵绿灯间隔时间主要是为了确保已通过停车线驶入路 口的车辆，均能在下一相位的首车到达冲突点之前安全通过 冲突点，驶出交叉口。
绿灯间隔时间大小取决于交叉口几何尺寸，设臵太短不安全，
太长增大损失时间
基本概念
（4）绿灯间隔时间
绿灯间隔时间通常表现为黄灯时间或黄灯时间+全红时间。
交通信号控制系统组成
（1）交通流系统
交通流系统指车辆、行人、道路和环境（控制对象）。
（2）交通检测设备
主要是指为控制提供有关交通信息的设备，如可以检测车流量、 车辆行驶速度等参数的车辆检测器，这些设备将交通信息反映为 与之相关的电子信息量。
（3）数据处理
将交通检测设备送来的交通信息按照一定规律进行处理，剔除 诸如噪声等无用、无效信息，对有效信息进行数据整理和管理， 提供尽可能详细的交通流系统的状态信息。承担这部分工作的可 以是硬件设备，也有支持其工作的软件系统（比如相关的滤波算 法等）。
基本概念
（8）配时图 各相位灯色分配图，或各交通流的时间分配图
南北 东西
第一相位
第二相位
C
两相位
基本概念
（8）配时图 各相位灯色分配图，或各交通流的时间分配图
C 相位A G1 A R1 E E 相位B R2 C G2 A
信号周期表达式：C=G1+A+R1,C=R2+G2+A
C=G1+A+G2+A=G+2A
数量，用q表示，单位pcu/h。到达交叉口的交通流量是指 单位时间内到达停车线的车辆数，其主要取决于交叉口上游 的驶入交通流量，以及车流在路段上行驶的离散特性。
基本概念
（10）饱和流量
在绿灯时间开始后，停车线的连续车队通过交叉口停车线
的车流量称为饱和流量，用S表示。 饱和流量的大小与交叉口道路条件（车道数、车道宽度、 转弯半径、纵坡）、交通流（方向，转弯车流率）和车辆状 况（车型，大车率）有关。
饱和流量可以通过交通调查与现场实地观测求得，但是
在许多情况下，实测是十分困难的。为此，需要建立一种合 理的计算方法来计算饱和流量。常用的计算方法有韦伯斯特 法、阿克塞立科法、折算系数法、停车线法、冲突点法等。
基本概念
（11）通行能力
通行能力是指在现有道路条件和交通管制下，车辆以能
够接受的行车速度，单位时间内一条道路或道路某一截面所 能通过的最大车辆数，又称道路容量Capacity，用Q表示。 “现有道路条件”主要是指道路的饱和流量，“交通管 制”主要是指交叉口的绿信比配臵，而“能够接受的行车速
基本概念
（8）配时图 各相位灯色分配图，或各交通流的时间分配图
C G1 r 相位B R2 A R1
相位A
r
E G2
E A
r
C 信号周期表达式：C=G1+A+R1,C=R2+G2+A
C=G1+A+r+G2+A+r=G+2(A+r) C=G1+E+G2+E=G+2E
基本概念
（9）交通流量
交通流量是指单位时间内到达道路某一截面的车辆或行人
基本概念
（2）信号相位
在一个周期内，交叉口上某一支或某几支交通流所获得的通行权 称为信号相位。在一个信号周期内，包含有多个不同的信号相位。有几 个信号相位，则称该信号系统为几相位信号系统。最基本的控制是两相 位信号控制。
基本概念
（2）信号相位
交叉口两个方向车道上直行车运行不发生冲突，但左转车和直行 车之间存在冲突。 如果左转车数目较少，则这些左转车要利用直行车之间的空档左 转。如果左转车数目较多，则会造成左转车找不到足够空档左转，必 然造成一部分左转车堵塞。为防止这种情况的出现，必须在信号相位 序列中加左转相位。（三相位）
始时刻到下一次绿灯开始时刻之间的时间。
C tR tY tG
信号周期是决定交通信号控制效果优劣的关键控制参数。 若信号周期太短，则难以保证各个方向的车辆顺利通过路口， 导致车辆在路口频繁停车、路口的利用率下降；若信号周期 太长，则等待时间过长，增加车辆的延误时间。
基本概念
（4）绿灯间隔时间
时间 t0 t1 t2
绿灯显示时间
t3 t4 t5
绿灯间隔时间
基本概念
（5）损失时间 损失时间等于绿灯显示时间与绿灯间隔时间之和--有效绿 灯时间，等于绿灯间隔时间与后补偿时间之差+前损失时间， 也等于前后损失时间+全红时间。
l （tG I） tEG （I tBC） tFL tG I (tG tY tL ) tL tR
★三色信号灯 排列方式：水平设臵时从道路中心线一侧起以红、黄、绿的顺序向路 边排列；垂直设臵时从上往下依次是红灯、黄灯、绿灯。 ★箭头信号灯 ★闪烁信号灯 （黄灯闪烁，绿灯闪烁）
★ X形信号灯
基本概念
基本概念
（1）交通信号
信号绿灯(G)
表示车辆可以通行，可直行、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的行人先行 绿色箭头灯表示车辆只允许沿箭头所指的方向通行。 信号红灯(R) 不允许车辆通行 面对红灯车辆不得超过停车线 箭头红灯仅对箭头所指方向起红灯作用 信号黄灯(A) 即将亮红灯 面对黄灯车辆应依次停在各进口道停车线以外。 黄灯起亮，已进入交叉口（即通过或部分通过停车线）的车辆可以继续 通行，驶离路口
交通信号控制系统组成
（3）按控制思想分：
★主动式控制-交通自动化路径诱导系统 从20世纪70年代起，一些发达国家开始了交通自动化路 径诱导系统的研究，并在短短的几年时间内推出了示范系统， 这种系统因为在驾驶人和系统之间建立了双向功能，二者之 间的信息交换可视需要而定，因此使系统功能更加丰富。 系统能根据车辆给出的位臵和行驶的目的地等信息，给 出优化的行驶路线，通过对所控制区内行驶的车辆发出指令 和忠告，使区域内的道路系统的交通负荷合理地均匀分布， 从而预防交通阻塞的发生。即使阻塞发生也不会加剧。相反， 通过对交通流主动的引导、分配而使阻塞缓解和消除。