第九讲 单个交叉口交通信号控制

二、感应控制原理
感应式控制是一个典型的反馈控制过程，如图所示。从 理论上讲，这种控制是可以取得良好效果的。但是，在 实际中，这种“反馈”式的感应控制的效果并不一定比 多时段定周期控制效果好．原因在于：交通流运行规律 变化大，外界干扰大，难以用数学模型来描述或解释、 这些因素影响了感应式控制的效果。 1928年由Baltimore首先引入，通过设在路口检测器接受 车流信息，使信号时间随流量自动改变配时方案。最初 为机械触点形式，现大多为线圈形式，埋于路面下面。
t
i相位 与i相位冲突 相位

7.（显示）红灯时间 r

Hale Waihona Puke Baidu


8. 绿信比 λ：一个信号相位的有效绿灯时长与周期 时长之比。 9.黄灯时间 A（I<A时，I=A） 10.绿灯间隔 I（包括黄灯和全红） 11.损失时间 LS ：起动损失+全红损失时间
绿 灯 间 隔 相位一 绿 灯 间 隔
相位二


§9.1 交通信号控制的相关概念

3.周期长度
4.信号配时图
周期时长是信号灯各种灯色轮流显示 一次所需的时间，即各种灯色显示时 间总和；或是某一相绿灯启亮开始到 下次该绿灯再次启亮之间的时间。

5.（显示）绿灯时间 g

6. 有效绿灯时间 ge
绿灯时间 放行车流率 有效绿灯时间 前损失时间 饱和流量 后损失时间

将关系式对周期长度C求偏导数，并令偏导数为零， 可得交叉口总延误与周期长度的关系式。 经反复计算，韦伯斯特提出最佳周期计算公式：
1 .5 L 5 C0 1Y
总损失时间可由下式求得：
L n l Rt

交叉口交通流量比Y可用下式求得：
每辆车平均延误时间（s） 80 60
100
Y Yi

gi g


三、基本的控制参数
2. 单位绿灯延长时间g0。在时间间隔内，测得有后继车辆到达所延长 的绿灯时间； 设置单位绿灯延长时间应考虑以下因素： （1）单位绿灯延长时间的长短必须能使车辆从检测线开出停车线。 （2）单位绿灯延长时间的恰当长度，应尽可能不产生绿灯时间损失。 （3）在确定单位绿灯延长时间时，必须注意被检测的车道数。同一 相位上的检测器通常在一起，因此，控制机所接收到的车辆间隔远比 实际的车辆间隔要小得多。
均匀延误
随机延误
q x S

考虑式
C 1/ 3 ( 2 5 ) 0.65( 2 ) x q
C (1 ) x d 2(1 x) 2q(1 x)
2 2
值较小，延误公式可以简化为：
如果交叉口信号有n个相位，则交叉口总延误应为：
D Qi d i
i 1 n

交叉口车辆较少，不具备调查这些数据的条件，可采用下式计算：
25 C q i q ii 1 2( i ii ) S S
qi i qi qii
计算所的数值，再在实践中调整即可。
信号配时计算例二

某交叉口渠化方 案如图所示，相 位方案为两相 位,S=1800辆/小时。 每相损失时间 L=3.5s ， 黄 灯 时 间 A=4s, 无 全 红 时 间。试计算信号 周期和相关配时 参数。
i 1
C0 C0
n
驶入交叉口的总流 量,veh/h 3000 2800 2400 1600
40
Yi 20为第i相信号临界车道的交通流量比。
C0 C0
0 20 40 60 80 100 120 信号周期（C） 140 160
韦伯斯特周期计算公式应用较为广泛的公式，可 以用来确定信号周期长度。周期在0.75C—1.5C 之间变化时，延误没有明显增加。因此，可以结 合实际情况，选取适当的周期长度。
800
1600 1800
1200
§9.4 感应信号控制

交通感应控制是 通过车辆检测器 检测到达进口道 的交通需求，使 信号显示时间适 应测得交通需求 的一种控制方式。




一、 车辆感应式控制的发展 美国20世纪30年代初期研制世界上第一台感应式信号控 制机。采用 “声控”方式，要求车辆到达交叉口的某 一指定位置时，必须响喇叭。20世纪60年代以来，随检 测技术发展，感应控制系统也不断改进。 感应信号控制根据检测方式可分为： （1）检测到达的单个车辆。原理是绿灯信号启动时。 先给出一个最小绿灯时间，在这绿灯时间结束前，如 果检测到有一个车辆到达，则给绿灯时间延长一小段 时间，依此类推，直到绿灯时间累计达到预定的最大 绿灯时间为止，这时关闭绿灯，开启红灯。 （2）检测交叉口入口存在的车队。其原理是检测路口 存在的车队情况，即只有当一个预定长度的车队被检 测到时，该入口车道才开放绿灯和延长绿灯时间。



三、基本的控制参数
1．初期绿灯时间（最小绿灯时间 gmin =gi+g0） 设置最短绿灯时间要考虑以下因素： （1）保证停在检测器和停车线之间的车辆能全部驶出停 车线的时间。检测器与停车线的距离D; （2）行人过街所需要的最短时间W/V； （3）非机动车通过交叉口所需要的最短时间；
gmax gmin g0

2a
v
（3）确定行人信号及配时； 在信号交叉口，行人过街考虑三种方式： 1．无行人信号，行人允许在绿灯平行的人 行横道方向穿过街道；


2．人行横道受到专用的行人信号控制，但 不设专用的行人信号相；

3．设置专用行人信号相，行人过街时，所 有车辆必须全部停止通过交叉口。
§9.2 交通信号控制配时计算步骤
C L q q1 q C 2 C n C S1 S2 Sn
整理得到：
C L 1 yi
1 n
L 1Y
?
信 号 周 期 与 延 误 关 系
§9.3.2 韦伯斯特法



信号控制交叉口，评价其信号参数是否最 佳主要指标： 延误时间(容易换算成经济损失来估算信号 控制的经济效益) 通行能力 交通事故次数
第九讲 单个交叉口交通信号控制

§9.1 交通信号控制的相关概念 §9.2 交通信号控制配时计算步骤


§9.3 交通信号控制配时计算方法
§9.4 感应信号控制

§9.5 环形交叉口信号控制
§9.1 交通信号控制的相关概念

1.信号相位 2.相位图
对信号轮流给某些方向的车辆 或行人分配通行权顺序的确定。 相位方案:即在一个信号周期内，安排了若干种控制状态， 并合理安排了这些控制状态的显示次序，每一种控制状态即是一个相位。




18 临界车道 所谓临界车道是指每一信号相 位上，交通量最大的那条车道。
§9.2 交通信号控制配时计算步骤
资料 准备
方案实施
交通 调查
延误分析
确定配 时方案数
绿信比 计算
绿灯间 隔确定
行人过街 配时确定
周期长度 计算




（1）确定配时方案数 1.交通要求——在指定的单位时间内要求使用某 段道路的车辆总和。 交叉口总交通要求（TD）——与交叉口相连的各 入口道路上交通要求的总和。 穿过交通要求(CD)——交叉口处 某一方向上的交通要求占交叉 口总交通要求的百分比。

2.划分时段
（辆／小时）
总 交 通 1000 要 求
500
1500
6
9
11
14
18
20
23
24
时间

（2）计算绿灯时间间隔 在国外，对黄灯时间有统一规定，如英国 是4s，美国是3—5s。根据交叉口的车速而 定，车速高则长，车速低则短。 美国推荐公式： I t v W Lc
r


17 延误 d、D
各车道每车平均延误d=d1+d2+d3 d1—均匀延误，即车辆均匀到达所产生的延误； d2—随机附加延误，即车辆随机到达并引起超饱和周期所产 生的延误； d3—初始排队附加延误，即在延误分析期初停有上一时段留 下积余车辆的初始排队使后续车辆经受的附加延误； 各进口道的每车平均延误是进口道中各车道延误之加权平均 值。 整个交叉口的延误D：各进口道延误的加权平均值。

§9.3.3 估算法


两相位控制条件下，对一典型十字交叉口： 东西方向为第I相，其临界交通量设为qI ，饱和交 通量设为SI 、绿灯时间设为GI ，绿信比设为λI， C是周期长度； 南北方向相应的各量设为qII、SII 、GII、λII。 假设每一项绿灯损失时间相等，设为L’。 假设λI+λII＝1。



（4）计算周期长度； （5）计算绿信比； （6）闪光信号的设置。

是一种提示或警示作用，可根据实 际情况决定。

信 号 配 时 流 程 图
§9.3 交通信号控制配时计算方法

§9.3.1 最佳周期法
§9.3.2 韦伯斯特法
§9.3.3 估算法
§9.3.1 最佳周期法

信号最佳周期C应满足周期内损失时间总和加上 全部全部车辆以饱和流量通过交叉口所需时间：
（4）计算各相位有效绿灯时间。 总有效绿灯时间：Ge=C0- L=98s 各相位有效绿灯时间gej=Ge yi/ Y 各相位有效绿灯时间ge1=98*0.1669/0.7892=21s，ge2=26s, ge3=51s.
（5）计算各相位显示绿灯时间。 gj=gej-Aj+lj g1=21-3+4=22s，g2=27s， g3=52s （6）计算最短绿灯时间。 gmin=7+Lp/vp-I=7+16.5/1.2-4=17s, 计算显示绿灯时间大于最短绿灯时间，满足 行人过街要求，信号相位方案满足交叉口需 求。
§9.3.3 估算法
§9.3.3 估算法
两式连立求解，可得：
2 L' C q i q ii 1 ( i ii ) S S
q i L' q ii L' i 1 ( ii ) i C C S S
实践表明，周期越长，车辆在路口等待时间越长，因此， 周期应取上述式子的下限值。绿信比不能超过某一范围， 为确定起见，绿信比常取该范围的中点。
韦伯斯特法（Webster）就是以车辆延误时间取 最小值为评价标准的一种方法。


核心公式两个，单车延误计算公式和最佳 周期长度计算公式。 单车延误公式：
C (1 ) 2 x2 C d 0.65( 2 )1/ 3 x ( 25 ) 2(1 x) 2q(1 x) q
右转
右转
解（1）计算信号总损失时间：启动损失时间加绿灯间隔时间 减黄灯时间 L=∑ （ Ls+ I-A ）i=3×（3+4-3）=12s （2）计算流量比之和。 Y= ∑yi= 0.1669+ 0.2117+ 0.4106=0.7892 （3）计算最佳周期长度。

1.5L 5 C0 23 / 1 0.7892 110 1 Y
信号配时计算例一

某交叉口渠化方案如图所示， 相位方案为： ①东西向专用左转②东西向 直行和右转③南北向直行、 右转和左转。 经计算，各进口道的流量比 如表所示，每个进口道宽度 为 16.5m 。已知： Ls=3s ， A=3s ， I=4s 。 试计算以下信号配时参数： 各相位有效绿灯时间及最佳 周期时长 C0 （需校核行人 过街最短绿灯时间，考虑路 中设 行人安全岛 ，步行速 度取 1.2 米 / 秒）



进口道的流量比
进口道 车道 左转 直左 西 直行 0.1737 北 y 0.1067 进口道 车道 左转 直左 直行 0.3604 y 0.2559
直右
右转 左转 直左 东 直行 直右
0.1795
直右
右转 左转 直左 南 直行 直右
0.1852
0.1669 0.1947 0.2117
0.3823 0.4106 0.2069


12.流量（流率） q ：单位时间内，实际通过 的车辆数。pcu/h 13.饱和流量 S：在一次连续的绿灯信号时间 内，进口道上一列连续车队能通过进口道停 止线的最大流量，单位是pcu/绿灯小时。 14.流量比 y（=q/S ）：流量/饱和流量。 15.通行能力 N（=λS）：一条进口道的通行 能力是该车道饱和流量及其所属信号相位绿 信比的乘积。 16.饱和度 x（=q/N ）:各车道饱和度是各车 道实际到达交通量与该车道通行能力之比。
§9.3.3 估算法 从而有：
2 L' C q i q ii 1 ( i ii ) S S
q i q ii i 0.5(1 i ii ) S S
注意：1.上述公式是在交通流均匀情况下路口不产 生阻塞建立的，与实际情况有出入。 2.一相损失时间L’和饱和流量SI、SII都是通过调查 得来的. 3.损失时间L’和饱和交通量S都是在交通量比较大 的时候测得的.