智能交通 城市交通信号控制系统

▪ 在交叉口通行能力不变的情况下，延误时间主要取 决于车辆到达率。
假设车辆的到达率为ｑ（PCU/h）；同时设绿灯期间车辆的驶 出率为ｓ（PCU/h）；周期时间，可分为绿灯时间tg和 红灯时间tr。显然有：C＝tg＋tr。 在红灯期间，车辆 的驶出率为0，车辆 排队等待；
当信号转换为绿色 时，排队车辆以 s (PCU/h)驶出率 离开交叉口。
▪ 长期的实践证明，感应控制的通行效率比定时控制系 统高，车辆停车次数减少6％－30％。
▪ 感应控制从实施方式来看可以分为两种：
▪ 一种是半感应控制，即在交叉口处将检测器 安装在次干道上，根据次干道的交通需求进 行信号控制；
▪ 另一种是全感应控制，即在交叉口的所有入 口道上均安装检测器，根据所有入口道的交 通需求进行信号控制。
▪ 周期长度及各相位的绿时是与交叉口的交 通量密切相wk.baidu.com的，
▪ 然而，交叉口各方向的交通量不是一成不 变的，一天中往往呈现几个明显的“高峰” 交通流，如上下班期间。
▪ 通过交通调查可以确定每日交通量按时间 段的分布情况，从而可以进行多时段信号 控制（把每天分为几个时段，每个时段内 的交通量基本不变）。
▪ 20世纪30 年代，美国研制出世界上最早的感应式交
通信号控制机。
▪ 当时采用的是“声控”方式，即车辆到达交叉口的某 一指定位置时必须鸣喇叭，信号机内的声音传感器能 够接收喇叭发出的声音，从而控制红绿灯的状态。
▪ 显然，这种方法可靠性差，又会使交叉口的噪声污染 加剧，因而遭到公众反对。
▪ 20世纪60年代以来，电磁感应检测器、微波检测器以 及视频检测器等逐步取代了气动传感器，并广泛应用 于信号控制系统。
到现场进行实验调整。韦波斯特实验研究表明：当周 期在0.75到1.5的范围内变动时，延误没有明显的增 加。
▪ 例：十字路口东南西北入口道的总车流量分别为600、
900、900和1200veh，各入口道均有两个车道。设饱
和流量s＝1800veh/h，采用两相信号控制，每相信号
损失时间为l＝4s，黄灯时间取为tY＝3s，全红时间为 tR＝2s。试设计该路口的定时控制配时方案。
5.1 单路口基本交通控制方法
▪ 单路口的交通信号控制是最基本的交通控制 形式，也是线控和面控系统的基础。
▪ 其控制目标是通过合理的信号配时，消除或 减少各向交通流的冲突点，同时使车辆和行 人的总延误时间最小。
▪ 单路口的交通信号控制主要分为定时控制、 感应控制、实时自适应控制等。其中，定时 控制和感应控制是基本的交通控制方法。
1、信号控制下的车辆运动过程及车 辆延误
▪ 观察信号控制下的交叉口的车辆运动过程可以发现： 车辆到达交叉口的数量和到达的时间间隔是随机变 化的。
▪ 因此，在每个信号周期内，总有一部分车辆遇到红 灯信号，需要减速并停车等待。当红灯信号结束并 转为绿灯信号时，等待的车辆要起动、加速并通过 交叉口。
▪ 一般来讲，车辆通过交叉口的延误时间主要受车辆 到达率和交叉口的通行能力的影响。
▪ 解：设东西通行为第1相，南北通行为第2相，各相临
界车流量为
，则各相临界车道流量比
为
▪ 总损失时间为
L n (l tR ) 2 (4 2) 12s
▪ 最佳周期为
▪ 净绿灯时间为：
▪ 各相绿灯时间为
▪取
▪取 ▪ 故定时控制配时方案为： ▪ 周期长： ▪ 第1相：绿灯20s，黄灯3s，全红2s； ▪ 第2相：绿灯25s，黄灯3s，全红2s。
▪ 半感应控制在工作时，主干道信号灯总维持绿灯信号，次 干道总是红灯，只有次干道能检测到车辆到来时，其灯色 才可能转换为绿色。
▪ 韦伯斯特经反复测算，给出了计算最佳周期的近似公式
▪ 式中，L－每个周期总的损失时间；
▪
Y－交叉口交通流量比。
▪ 设一个周期有n个相位，第i个相位的损失时间为 li ，
全红时间为t ri，则总的损失时间L为
▪ 交叉口交通流量比按下式计算：
▪ Yi 为第i相信号临界车道的交通流量比。 ▪ 临界车道：每一信号相位上，交通量最大的那条车道。 ▪ qi －第i相信号临界车道的交通量。 ▪ si －第i相信号临界车道的饱和流量。 ▪ 在实际应用中，即使按上述公式算出 C0，也还需要
▪ 因此可计算出每个时段的周期长度及各相 位绿时，于是，其配时方案就确定下来， 交通信号机根据实时时钟自动进行方案的 切换。
3、感应控制
▪ 定时控制方法（包括多时段控制）是目前使用最广的一种 控制方式，其配时方案是根据交通调查所得到的历史数据 制定的，而且一经确定，则维持不变，直到下次重新进行 交通调查。
▪ 即 q tg
sC
▪ 式中，λ为该通行相位的绿信比。在满足上式的情 况下，每周期内车辆的总延误td等于上图中阴影部 分三角形的面积，即
▪ 每辆车的平均延误为
2、信号控制的配时设计
▪ 对单路口的信号控制来说，评价其配时方案是否最佳的主要 指标有延误时间、通行能力和交通事故次数等。
▪ 显然，延误时间是驾驶员最关心的指标，而且也容易折合成 经济指标。
绿灯开启后g0 （s） 内 ，队长此时到达 车辆以到达率 ｑ(PCU/h)离开交叉 口，直到信号变红为止。
▪ 在不饱和交通流的情况下，排队长度为红灯期间
所到达的车辆数为 g tr ；而绿灯时净驶出率为s－
q，显然，队长消散所需时间ｇ0。由下式计算：
g0
s
q q
tr
▪ 为了保证每个周期时间内排队车辆能消散，必须 有 g0 tg
▪ 很显然，这种方式不能适应交通流的随机变化。 ▪ 注意观察进行定时控制的交叉口，有时会发现这样的现象：
亮绿灯的车道没有车辆通行，而亮红灯的车道却有车辆排 队。这是开环控制带来的结果。
▪ 为了克服这种现象，就必须采用闭环控制，即首先检测某 车道是否有车辆到达，然后再决定是否给该车道开绿灯。 这就是感应控制的基本原理。
1）半感应控制
▪ 某些交叉口往往是由主干道和次干道交汇而成。主干道的 交通量明显大于次干道交通量，且次干道交通量波动较大， 此时实施半感应控制能获得比较好的效果。
▪ 该控制方式是在交叉口的次干道的两个入口道上安装车辆 检测器，并使用两相位信号进行控制。如下图 所示。
▪ 注意到主干道上没有安装车辆检测器，因此，主干道通行 的信号相称为非感应相，而次干道通行的信号相称为感应 相。