《城市交通信号控制》(Basic)

参考路口
双向绿波： b. 相位差等于行程时间，周期时间等于行程时间的两倍。
相 位 差 相 位 差 周 期 相 位 差
参考路口
双向绿波的影响因数：路口间距的不规则、路段行程时间的变化、 信号周期随交通状况而发生的起伏，都会影响双向绿波的有效实现。
相 位 差 相 位 差 周 期 相 位 差




A

B
C
A相位
信号组 信号组 信号组 信号组 信号组 信号组 信号组
B相位
C相位
2、交通信号控制的主要作用：
（1）、减少路口冲突点，保障交通安全、有序、顺畅。 （2）、信号合理配时，提高通行效率。（增加通行量、
减少延误。）
（3）、协调相邻路口信号，减少路口停车次数和延误。
城市交通信号控制
TRAFFIC & PATROL POLICE GENERAL BRIGADE
LEE JIANCHANG
一、交叉口信号控制 是道路网络安全通畅的重要保障
TRAFFIC & PATROL POLICE GENERAL BRIGADE
LEE JIANCHANG
1、交叉口在道路网络中举足轻重
1930年 第一台车辆感应式信号控制机在美国试制成功。
1932年英国、1933年日本。 检测器（传感器）：气压式、电磁、超声波等。
二、交通信号控制的起源与发展
1952年 美国科罗拉多洲的丹佛城，采用模拟电子计算机的交通信 号控制系统。（应用检测器，单点——道路网络）。 1960年 加拿大的多伦多市第一次将数字电子计算机用于区域交通 信号控制系统。 1963年开始运转，20路口；1973年可控885路口。 1972年 悉尼交通自适应协调系统(Sydney Co-ordinated Adaptive Traffic System）。 1973年 英国：绿信比，周期，相位差优化技术(Split Cycle Offset Optimization Technique）。 1980年 世界上建成交通控制中心约300多个。
交通信号控制的作用之二：
通过对信号合理配时（包括周期与绿信比），来提
高路口通行效率（增加通行量，减少延误）。
（3）、协调相邻路口信号，减少停车和延误
从一条线路或一片区域更大一些的范围来看，还 可以通过对信号进行时间上为零，周期时间等于行程时间。
相 位 差 相 位 差 周 期 相 位 差
3、原理简析
（1）、减少冲突点、保障交通安全、有序、顺畅。
平交路口的冲突点
不同交通流向的车辆在路口进行分离、交叉与汇合形成了分流、
交叉与合流的冲突点。（事故发生区）
十字路口的冲突点
交叉冲突点
合流冲突点
分流冲突点
交叉路口的冲突点
交叉路口形式 三叉路口 四叉路口 五叉路口 六叉路口 交叉冲突点 3 16 49 124 合流冲突点 3 8 15 24 分流冲突点 3 8 15 24 共计 9 32 79 172
二、交通信号控制的起源与发展
1979年 北京、上海、广州定时信号控制机应用，感应控制研究。
1985年 上海引进澳大利亚SCATS。
1986年3月21日开通31路口的二级系统； 1989年5月26日完成153路口的三级控制系统。
1987年11月 北京东区交通控制系统（英国SCOOT，39个路口）。
1988年3月 北京中区交通管制系统（南斯拉夫TRANSYT-7F 53路口）。
一般城市道路，国外发达国家：1800~2200辆/小时/车道； 国内普通道路： 900~1500辆/小时/车道。 饱和流量按车道特性因数而各不相同：
＊ 车道功能，使用于左传、直行、还是右转交通。
＊ ＊ ＊ 车道宽度。 坡度（上坡或下坡）。 环境（市区、商业区，天气，路面等等）
举例说明：
流入较少，流出 与流入相同，不 达到饱和流量。
周期CL=60+40=100s
则A相位绿信比为 60/100=60% 则B相位绿信比为 40/100=40%
例２：
A相位=42s, B相位=18s, C相位=30s
周期CL=42+18+30=90s 则A相位绿信比为 42/90=47%
则B相位绿信比为 18/90=20%
则C相位绿信比为 30/90=33%
通过模拟已被证明当选择“等饱和度”绿灯比例时，车辆延误（D） 对整个路口来说是最小的。
周期时间与延误的关系：
延 误 （D）
Ｃmin Co Cp
Cmin Co Cp 最小周期时间
周期时间
优化周期时间（考虑到车流的随机到达，headway差异） 实用周期时间（考虑到适当的饱和度，如0.8-0.9之间）
通常用百分比表示。
饱和度可以为一个车道、一个进口或整个路口所计算。 x=q/Q=qC/sg 一个交通流向的饱和度（x）是它相应车辆活动水平的一个定义。 一个高饱和度值对应于拥挤状况，而低饱和度是具有较自由流的状况。 分析：上述关系式中 x∝q q↑则x↑ x∝1/s s↑则x↓
重要的是X与可利用的绿灯时间和周期之比（g/C）成反比。当周期C为 常量时，绿灯g的减少将引起饱和度s的增加。
交通流量（交通要求q）：单位时间内通过道路某一截面的车辆数。
一般以车道来计算。单位：辆/小时（V/H）；或 辆/秒（V/S）。 在设有信号的路口，它代表了到达并希望通过路口的车辆数。
交通流量可定义为：＊ 一个单独的车道；
＊ 由一组车道组成的一个单独进口（各车道之和）
＊ 整个路口（所有进口之和）。
基本概念：
信号组：是具有同一特定灯色序列的所有信号灯组的集合。 对于一个或若干个信号灯组，如果它们的各个灯色变换的起止 时刻完全一致的话，就可以从属于同一个信号组。反之，则应从属 于不同的信号组。 信号组是与相位有关的一个独立的运行单元。 路口信号控制机的不同信号组是通过输出部件端口与相对应的 路口信号灯组电缆相连。 一个信号组可以连上多少个信号灯组，仅与输出部件所能承受 的电流容量有关。
基本概念：
饱和流量（s）与通行能力（Q）单位相同，概念有区别： 饱和流量是不受控制的概念下的通行量， 而通行能力是受控制的概念下的通行量。 在信号控制路口,某个交通流向的通行能力（Q），饱和 流量（s），以及有效绿灯时间（g）与周期（C）的关系： Q=s（g/C）=sg/C
基本概念：
饱和度（Degree of Saturation）： 是 交通流量（交通需求q）与通行能力（Q）的比。
＊ 一个单独进口（各车道之和）； ＊ 整个路口（所有进口之和）。 ----道路通行能力与车道数量和车道的饱和流量大小有关。 ----信号路口通行能力不仅与车道数量和车道的饱和流量大小 有关，还与车道或进口所给绿灯时间比率有关。
举例说明：
设置信号路口的交通流常被交 通信号所打断，这时的通行能力不 仅由饱和流量而且由它所能得到的 通行时间比例来决定。
交通流量可以用小客车单位 pcu （passenger car unit）来表示。
这是一个使不同类型和流向的车辆标准化的过程。（比如货运车对
小客车以及不同速度的“转弯”车对“直行”车之比较。） 这就使得二个可能具有完全不同组成的交通流可以直接比较。
基本概念：
饱和流量（s）：单位时间内能通过道路某一车道截面的最大流量。 单位：一般以车道为单位，辆/小时（V/H）；或 辆/秒（V/S）。
相位
PHASE
信 号 组 SG
信 号 灯 组
绿信比
SPLIT
周期
CYCLE
相位差
OFFSET
交通流向（Movement）： 从同一入口进入，并从同一出口离去的交通流。 （也即每一可能的交通流轨迹。）
十字路口的机动车交通流向：
三叉路口的机动车交通流向：
相位（Phase）： 是一种信号状态，其间有一个或多个交通流向获得 通行权。 在一个相位中可以包含着一组非冲突的交通流向， 也可以包含着那些由交通规则规定了须让行穿空挡通过 的有冲突的交通流向。
1990年西区、北区扩展（SCOOT 38个路口）。
1989年10月 深圳52路口系统（引进日本京山）。 1990年8月 沈阳市中环路交通信号自动控制系统（SCATS 50路口）。
1994年3月 广州交通自适应控制系统（SCATS 40路口）。
三、交通信号控制的基本原理与作用
1、基本概念
交通流向
MOVEMENT
安全保障。
二、交通信号控制的起源与发展
1868年 世界上第一个信号灯出现于英国伦敦。（红、绿汽灯）
1918年 第一个人工操作的电器照明三色信号灯出现美国纽约。
1920年日本、1925年英国采用。 1928年 塔式信号灯——柱头式信号灯。
1926年 世界上第一台路口信号控制机在英国使用。
定时——多段定时。 1928年 美国研制成步进式定时线控制系统。
举例说明：
二相位图
A 二相位路口交 叉冲突点从16 个减少到 4个。
B
三相位图
A 如图所示的三 B 相位路口交叉
冲突点从16个
减少到 2个。 C
交通信号控制的作用之一：
在交叉路口把相互冲突严重的交通流在时间上恰
当分离，以减少冲突点来提高路口交通安全并使交通 有序、顺畅。
（2）、进行信号合理配时、提高通行效率。 基本概念：
相位差：两个路口协调相位之间的起始或结束时差。
A. 起始相位差
时 间
相 位 差 相 位 差 相 位 差
距离
周 期
1
2
3 参考路口
4
B. 结束相位差
相 位 差 相 位 差
周 期
时 间
相 位 差
1
2
3 参考路口
4
信号灯组、信号组及其与相位的关系
信号灯组：指一个完整的车辆红、黄、绿三头灯或行人红、绿二头 灯的组合。
道路网络一旦建成，其结点——交叉口 就往往是影响交通安全和通行能力的关键 场所。 交叉口事故
道路通行能力
交叉口事故所占比例：
70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 日本 德国 美国 上海 日本 德国 美国 上海
通行能力：
2500 2000 1500 1000 500 0 道路1 道路2
辆/车道小时
标准
先进国家
国内
结论： 对交叉口实行交通控制是城市道
路网络中不可缺少的一个环节。
2、交通信号控制是交叉口重要控制手段
交叉口控制有多种方式：
人工控制
标志控制
环岛控制
信号控制
立交控制
人工控制
标志标线控制
环岛控制
信号控制
立交控制
小结：
各种控制方式都有其特点与适应场合。立交因
受到巨额经费和应用环境的限制而不可能大量使用。 在其它各种控制方式中，当交通流量达到一定程度时， 可以证明只有信号控制具有较大的通行能力和可靠的
二相位（无行人）



A相位 信号组 信号组 B相位
A
B
二相位（有行人)






A
A 相位 B 相位
B
信号组 信号组
信号组 信号组
三相位（有行人）

流入逐渐增加， 流出与流入相配 达到饱和流量。
达到饱和后仍增 加进入流量则引 起排队。
基本概念：
通行能力（Q）：
单位：辆/小时（V/H）；或 辆/秒（V/S）。
道路通行能力：单位时间内能通过道路某一截面的最大流量。 路口通行能力：单位时间内能通过路口某一截面的最大流量。
通行能力可定义为：＊ 一个单独的车道；
A相位
B相位
一个三叉路口的三相位控制，可以如下图所示：
A相位
B相位
C相位
交通信号控制的三个基本参素：周期（Cycle）
绿信比（Split） 相位差（Offset） 周期： 一个完整的信号相位序 列运行一周所需要的时间。
C
A
C B
A
B 周期
C
A
绿信比：相位时间与周期时间之比。
例１： A相位=60s, B相位=40s
饱和度与延误的关系：
延 误
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
饱和度
二相位（无行人）

A相位 信号组 信号组 B相位

A
B
绿灯比例与延误的关系：（以二相位路口为例）
延 误
X1=q1C/sg1 X2=q2C/sg2
（D）
2 X1=X2
1
CL不变时：g1 X1 D1 g2 X2 D2
相位通常用英文字母A、B、C、D…… 来表示。 一个十字路口的简单二相位控制如下图所示：
O
是须让行（穿空挡）通过的有冲突的交通流向。
O
O
O O
A相位
B相位
上述十字路口的二相位控制如果带有行人信号，则如下 图所示：
A相位
B相位
十字路口带行人的三相位控制，如下图所示：
A相位
B相位
C相位
一个三叉路口简单二相位控制，可以如下图所示：