信号控制交叉口概论
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东南大学 交通学院
SCHOOL OF TRANSPORTATION SOUTHEAST UNIVERSITY
信号控制的适用条件
1）交叉口机动车、非机动车、行 人交通量的大小为主要依据； 2）交通事故发生次数多少（人身 伤害）； 3）优先控制交叉口（如视野条件、 特殊路口等）。
交通学院
东南大学
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信号设计基本流程
使各车道流量比分布 均匀，尽可能给左转车 流配置专用道
确定渠化方案
注意合用车道的流量 比计算方法
结合渠化设置，注意 各进口道流量比之间的 关系，尽可能使同一相 位下的各车道流量比分 布均匀
分析各进口道流量比
当左转车流量大于200vph时，通常设置左转保护相位；
当左转车流量小于200vph时，采用如下方法判断：
计算左转车流量与对面单车道直行车流量的乘积，若 该乘积大于50000vph，则设置左转保护相位，否则不设置。
东南大学
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Phase Ⅰ
Vw VE C ×max{ , } Sw SE =C ×y1
VE，SE VW，SW
若使所有相位下的车流都能够通过交叉口，周期 应满足什么条件？
L L Cmin= = 1-∑yi 1-Y
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单点信控通行能力分析
■
单一进口车道通行能力：
ci —— 第i条进口车道的通行能力（pcu/h）； si —— 第i条进口车道的饱和流率（pcu/h）； ge —— 该信号相位的有效绿灯时间（s）； C —— 周期时长（s）；
■
一个进口方向的通行能力：
东南大学
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信号控制的几个基本概念
Phase Ⅰ Phase Ⅱ
基本概念：
周期 Cycle
相位 Phase
红灯时长 Red Interval 绿灯时长 Green Interval
黄灯时长 Change Interval
750 370 14m 700 110 PHF=0.92 (v/c)=0.95 行人交通量低
注意分析T型交叉 口的交通冲突特点
320
260
思考：当行人过街给予保护相 位时，如何进行相位设计？
东南大学 交通学院
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11m
（3）关于右转相位设计
一般情况采用右转与直行同相位； 仅当过街行人、自行车流量很高时，设置右转专用相位；
当存在左转保护相位时，可以考虑采用“直右相位+右转 专用相位”的控制形式；
对于渠化形成的右转分离车道，右转车流可采用减速让 行控制；
红灯右转（Right-turn-on-red）.
信号损失=启动损失+全红时间
饱和 流可 利用 时间
全红 时间
如何理解启动损失？
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启动损失
■ 观察一组启动车流：
若定义相邻车辆尾部通过停车线的时间差为车辆时距，并绘出时 距图如下：
时距
饱和时距
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11… 车辆序号
Y≤0.9
实用信号周期公式
■最小周期存在的问题：
■
启动损失与黄灯补偿问题
■ 最小周期条件下，随机到达产生的暂时性过饱和
■考虑高峰小时系数和交叉口设计饱和度的周期计算公式：
PHF—— 高峰小时系数； v/c —— 交叉口设计饱和度。
最小周期是否是最优周期？
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为什么需要设置黄灯？
提醒绿信号即将结束，辅助驾驶者判断是否能够通过交叉口； 对绿信号的启动损失进行补偿；
为什么需要设置全红信号？
为黄灯期间通过停车线的车辆安全通过交叉口提供时间。
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重要概念——两难区域（the dilemma zone）
三相位 一个专用 左转相位 四相位 两个专用 左转相位
东南大学
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四相位
交通学院
初始相位的确定原则
（1）相位设计与渠化方案相协调 （2）考量是否需要设置左转保护相位
当左转车流量小于100vph时，一般不设置左转保护相位；
5.0
8.0 13.0* 15.0*
4.0
6.0 10.0* 15.0*
ELT(左转保护相位)=1.05
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简单信号设计实例分析
已知：高峰小时流量及交叉口几何 条件如图；高峰小时系数 PHF=0.95；设计饱和度0.95；行人 过街流量中等强度；到达车速 40km/h。试进行信号控制方案设 计。
全红时长 Clearance Interval 绿灯间隔 黄灯+全红
东西向 南北向
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C: cycle
G Y I R Phase Ⅰ G Phase Ⅱ Y I R
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交叉口常见的信号相位方案
两相位
■ 影响饱和流率的主要因素：车道宽，进口道坡度，大车率，转
弯半径，左转车流冲突，自行车干扰，行人干扰等.
ST,L,R=Sb,T/L/R*fW*fg*fHV*fb*fp*fL*fr ……
■ 对于合用车道的饱和流率如何确定？
“等效转化” 思想 ——“等流量比分析法”
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周期长度确定后如何配时？
■
将周期长减去总信号损失，得到总有效绿灯时间：
Ge = C0 - L
■
计算各相位有效绿灯时间：
yi gei = Ge Y
■
计算各相位的显示绿灯时间：
gi = gei – Ai + li
■
最短绿灯时间满足行人过街时间的验算：
gi ≥ 7 + Lp/vp - I
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v = v0 v=0
x
v = v0
两难区域
v = v0 d w l 冲突点
为避免“两难区域”出现，应满足d≥x，考虑临界条件d=x时，有：
黄灯时长
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全红时长
进一步思考：对全 红时长的缩减。
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相位期间驶出停车线的车流量
175 250 15m
35
620 65 230
800
60
580
750 180
30
13m
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T型交叉口信号设计实例分析
09
已知：一典型T型交叉 口几何条件及高峰小时 流量如图；高峰小时系 数PHF=0.92；设计饱和 度0.85；行人过街流量 较低。试进行信号控制 方案设计。
驶出停车线流率
有效绿灯时间
饱和流率
t0
t1
t2
前损失时间
t3 t4 t5
后损失时间 后补偿时间 黄灯时间 绿灯间隔时间 绿灯显示时间
t6
时间
全红时间
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最小周期计算
保证相位Ⅰ内所有车流都通过交 叉口的最短饱和通行时间要求？
V C× S
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流量比(flow ratio)
■ 问题：一个信号周期内，并不是所有的时间
车流都能够以饱和流的状态运行！
1. 启动损失时间（start-up lost）
启动 损失 时间
2. 全红时间（clearance interval）
单点信控延误分析
■ 延误分析十分复杂，理论计算值难以精确符合实际情况。
■ 评价现有交叉口控制方案时，应对延误进行实测。 ■ 对信控设计方案进行评估且无法进行实测时，采用理论分析方法。
■
单一进口车道延误：
d=d1+d2+d3
d —— 单车道每车平均信控延误（s/pcu）； d1 —— 均匀延误，即车辆均匀到达所产生延误（s/pcu）； d2 —— 随即附加延误，即车辆随机到达并引起超饱和周期所产生 的附加延误（s/pcu）； 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承担的附加延误（s/pcu）；
信号相位设计的关键问题 ——流量比(v/s)的确定
两种思路：
一、寻求直行、左转、右转以及合用车道的饱和流量值和计算 方法，则，流量比 = 实际流量/饱和流量（理论方法）
理论方法的特点：
理论性强，但计算非常复杂
对于含有合用车道的一组车流的流量比计算不够简洁
二、将所有转向车流量转换为等价直行车流量，然后计算流 量比（简易方法）
确定相位方案
总流量比检 验
不可行
可行
确定周期及各相位时间
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信号相位设计的关键问题 ——饱和流率s的确定
■ 基本饱和流率：理想条件下一条直行（或左转、右转）车道的
饱和流率。通常，ST=1650veh/h，SL=SR=1550veh/h.
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Greenshields et al; 二十世纪50年代至70年代，经典理论形成期，代表学 者 Webster / Pacey / Newell / Miller et al;
二十世纪80年代后，进入交通控制理论全面发展阶段， 代表学者 Akcelik / Berry / Teply et al
东南大学
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流量比计算的简易HCM法
一、直行车道饱和流量计算方法同理论法，基本饱和流量值为1615vph
二、左转车流量查表转换为等价直行流量；
三、右转车流量查表转换为等价直行流量；
对向冲突 流量vph
0 200 400
单点信号控制交叉口 信号控制概论
王昊
博士 副教授
电话：05-83792513 Email：haowang@
交通控制发展史
1868年——红绿灯（煤气灯），照明用； 1918年——人工操纵3色灯； 1926年——英国，首次采用自动化交通信号灯。
交通控制理论发展沿革
始于二十世纪40年代中期，代表学者 Bruce
对向冲突流的车道数 1
1.1 2.5 5.0
2
1.1 2.0 3.0
3
1.1 1.8 2.5
冲突的行人流量 peds/hr 无（0） 低（50） 中（200） 高（400） 非常高（800）
ERT
1.18 1.21 1.32 1.52 2.13
600
800 1000 ≥1200
10.0*
13.0* 15.0* 15.0*
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如何进行各相位的配时计？
■ 重要概念——饱和流率
饱和流量（saturation flow rate）: 既定条件下，某一股车流或几 股车流 单位时间内以饱和状态通过交叉口的流量值（辆/小时）。 若某组车流的饱和流量为S（辆/小时），且 该组车流的实际流量为V （辆/小时），则 为保证该组车流能在每个周期内完全通过交 叉口，每周期C应为该组车流分配的通行时 长至少为多少？(假设车流以饱和状态通行)
则，起始4~6辆车通过停车线比饱和时距多花费的时间总和即为 启动损失。实测表明：启动损失通常为3秒左右。
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如何确定黄灯？全红？
通行规则：
黄灯期间车辆仍允许通过停车线； 全红期间，交叉口所有进口道车辆都不允许进入交叉口。
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信号控制的适用条件
1）交叉口机动车、非机动车、行 人交通量的大小为主要依据； 2）交通事故发生次数多少（人身 伤害）； 3）优先控制交叉口（如视野条件、 特殊路口等）。
交通学院
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信号设计基本流程
使各车道流量比分布 均匀，尽可能给左转车 流配置专用道
确定渠化方案
注意合用车道的流量 比计算方法
结合渠化设置，注意 各进口道流量比之间的 关系，尽可能使同一相 位下的各车道流量比分 布均匀
分析各进口道流量比
当左转车流量大于200vph时，通常设置左转保护相位；
当左转车流量小于200vph时，采用如下方法判断：
计算左转车流量与对面单车道直行车流量的乘积，若 该乘积大于50000vph，则设置左转保护相位，否则不设置。
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Phase Ⅰ
Vw VE C ×max{ , } Sw SE =C ×y1
VE，SE VW，SW
若使所有相位下的车流都能够通过交叉口，周期 应满足什么条件？
L L Cmin= = 1-∑yi 1-Y
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单点信控通行能力分析
■
单一进口车道通行能力：
ci —— 第i条进口车道的通行能力（pcu/h）； si —— 第i条进口车道的饱和流率（pcu/h）； ge —— 该信号相位的有效绿灯时间（s）； C —— 周期时长（s）；
■
一个进口方向的通行能力：
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信号控制的几个基本概念
Phase Ⅰ Phase Ⅱ
基本概念：
周期 Cycle
相位 Phase
红灯时长 Red Interval 绿灯时长 Green Interval
黄灯时长 Change Interval
750 370 14m 700 110 PHF=0.92 (v/c)=0.95 行人交通量低
注意分析T型交叉 口的交通冲突特点
320
260
思考：当行人过街给予保护相 位时，如何进行相位设计？
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11m
（3）关于右转相位设计
一般情况采用右转与直行同相位； 仅当过街行人、自行车流量很高时，设置右转专用相位；
当存在左转保护相位时，可以考虑采用“直右相位+右转 专用相位”的控制形式；
对于渠化形成的右转分离车道，右转车流可采用减速让 行控制；
红灯右转（Right-turn-on-red）.
信号损失=启动损失+全红时间
饱和 流可 利用 时间
全红 时间
如何理解启动损失？
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启动损失
■ 观察一组启动车流：
若定义相邻车辆尾部通过停车线的时间差为车辆时距，并绘出时 距图如下：
时距
饱和时距
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11… 车辆序号
Y≤0.9
实用信号周期公式
■最小周期存在的问题：
■
启动损失与黄灯补偿问题
■ 最小周期条件下，随机到达产生的暂时性过饱和
■考虑高峰小时系数和交叉口设计饱和度的周期计算公式：
PHF—— 高峰小时系数； v/c —— 交叉口设计饱和度。
最小周期是否是最优周期？
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为什么需要设置黄灯？
提醒绿信号即将结束，辅助驾驶者判断是否能够通过交叉口； 对绿信号的启动损失进行补偿；
为什么需要设置全红信号？
为黄灯期间通过停车线的车辆安全通过交叉口提供时间。
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重要概念——两难区域（the dilemma zone）
三相位 一个专用 左转相位 四相位 两个专用 左转相位
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四相位
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初始相位的确定原则
（1）相位设计与渠化方案相协调 （2）考量是否需要设置左转保护相位
当左转车流量小于100vph时，一般不设置左转保护相位；
5.0
8.0 13.0* 15.0*
4.0
6.0 10.0* 15.0*
ELT(左转保护相位)=1.05
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简单信号设计实例分析
已知：高峰小时流量及交叉口几何 条件如图；高峰小时系数 PHF=0.95；设计饱和度0.95；行人 过街流量中等强度；到达车速 40km/h。试进行信号控制方案设 计。
全红时长 Clearance Interval 绿灯间隔 黄灯+全红
东西向 南北向
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C: cycle
G Y I R Phase Ⅰ G Phase Ⅱ Y I R
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交叉口常见的信号相位方案
两相位
■ 影响饱和流率的主要因素：车道宽，进口道坡度，大车率，转
弯半径，左转车流冲突，自行车干扰，行人干扰等.
ST,L,R=Sb,T/L/R*fW*fg*fHV*fb*fp*fL*fr ……
■ 对于合用车道的饱和流率如何确定？
“等效转化” 思想 ——“等流量比分析法”
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周期长度确定后如何配时？
■
将周期长减去总信号损失，得到总有效绿灯时间：
Ge = C0 - L
■
计算各相位有效绿灯时间：
yi gei = Ge Y
■
计算各相位的显示绿灯时间：
gi = gei – Ai + li
■
最短绿灯时间满足行人过街时间的验算：
gi ≥ 7 + Lp/vp - I
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v = v0 v=0
x
v = v0
两难区域
v = v0 d w l 冲突点
为避免“两难区域”出现，应满足d≥x，考虑临界条件d=x时，有：
黄灯时长
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全红时长
进一步思考：对全 红时长的缩减。
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相位期间驶出停车线的车流量
175 250 15m
35
620 65 230
800
60
580
750 180
30
13m
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T型交叉口信号设计实例分析
09
已知：一典型T型交叉 口几何条件及高峰小时 流量如图；高峰小时系 数PHF=0.92；设计饱和 度0.85；行人过街流量 较低。试进行信号控制 方案设计。
驶出停车线流率
有效绿灯时间
饱和流率
t0
t1
t2
前损失时间
t3 t4 t5
后损失时间 后补偿时间 黄灯时间 绿灯间隔时间 绿灯显示时间
t6
时间
全红时间
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最小周期计算
保证相位Ⅰ内所有车流都通过交 叉口的最短饱和通行时间要求？
V C× S
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流量比(flow ratio)
■ 问题：一个信号周期内，并不是所有的时间
车流都能够以饱和流的状态运行！
1. 启动损失时间（start-up lost）
启动 损失 时间
2. 全红时间（clearance interval）
单点信控延误分析
■ 延误分析十分复杂，理论计算值难以精确符合实际情况。
■ 评价现有交叉口控制方案时，应对延误进行实测。 ■ 对信控设计方案进行评估且无法进行实测时，采用理论分析方法。
■
单一进口车道延误：
d=d1+d2+d3
d —— 单车道每车平均信控延误（s/pcu）； d1 —— 均匀延误，即车辆均匀到达所产生延误（s/pcu）； d2 —— 随即附加延误，即车辆随机到达并引起超饱和周期所产生 的附加延误（s/pcu）； 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承担的附加延误（s/pcu）；
信号相位设计的关键问题 ——流量比(v/s)的确定
两种思路：
一、寻求直行、左转、右转以及合用车道的饱和流量值和计算 方法，则，流量比 = 实际流量/饱和流量（理论方法）
理论方法的特点：
理论性强，但计算非常复杂
对于含有合用车道的一组车流的流量比计算不够简洁
二、将所有转向车流量转换为等价直行车流量，然后计算流 量比（简易方法）
确定相位方案
总流量比检 验
不可行
可行
确定周期及各相位时间
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信号相位设计的关键问题 ——饱和流率s的确定
■ 基本饱和流率：理想条件下一条直行（或左转、右转）车道的
饱和流率。通常，ST=1650veh/h，SL=SR=1550veh/h.
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Greenshields et al; 二十世纪50年代至70年代，经典理论形成期，代表学 者 Webster / Pacey / Newell / Miller et al;
二十世纪80年代后，进入交通控制理论全面发展阶段， 代表学者 Akcelik / Berry / Teply et al
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流量比计算的简易HCM法
一、直行车道饱和流量计算方法同理论法，基本饱和流量值为1615vph
二、左转车流量查表转换为等价直行流量；
三、右转车流量查表转换为等价直行流量；
对向冲突 流量vph
0 200 400
单点信号控制交叉口 信号控制概论
王昊
博士 副教授
电话：05-83792513 Email：haowang@
交通控制发展史
1868年——红绿灯（煤气灯），照明用； 1918年——人工操纵3色灯； 1926年——英国，首次采用自动化交通信号灯。
交通控制理论发展沿革
始于二十世纪40年代中期，代表学者 Bruce
对向冲突流的车道数 1
1.1 2.5 5.0
2
1.1 2.0 3.0
3
1.1 1.8 2.5
冲突的行人流量 peds/hr 无（0） 低（50） 中（200） 高（400） 非常高（800）
ERT
1.18 1.21 1.32 1.52 2.13
600
800 1000 ≥1200
10.0*
13.0* 15.0* 15.0*
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如何进行各相位的配时计？
■ 重要概念——饱和流率
饱和流量（saturation flow rate）: 既定条件下，某一股车流或几 股车流 单位时间内以饱和状态通过交叉口的流量值（辆/小时）。 若某组车流的饱和流量为S（辆/小时），且 该组车流的实际流量为V （辆/小时），则 为保证该组车流能在每个周期内完全通过交 叉口，每周期C应为该组车流分配的通行时 长至少为多少？(假设车流以饱和状态通行)
则，起始4~6辆车通过停车线比饱和时距多花费的时间总和即为 启动损失。实测表明：启动损失通常为3秒左右。
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如何确定黄灯？全红？
通行规则：
黄灯期间车辆仍允许通过停车线； 全红期间，交叉口所有进口道车辆都不允许进入交叉口。