第四章 感应信号控制.
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k
式中: qi / si ——第i相位最大流量比；
k ——周期内的相位数；
L ——信号总损失时间，s； Y ——总流量比。
第三节 感应信号控制工作原理
② 最大周期时长
Cmax经验值：最大周期时长的确定视各地具体交通条件及特点而定， 国外通常以120s作为 Cmax 的值；我国，两相位单点信号交叉口可取 120s；多相位时，Cmax 尽量控制在150s以内。
第一节 感应信号控制定义与设计内容
(一) 定义
感应信号控制是指以获取车辆检测器检测到的车辆到达信息为基础， 通过调整信号灯时长以适应检测到的交通需求的一种交通信号控制 方式。 组成：信号控制器、车辆检测器。
参数：各相位的初期绿灯时间、单位绿灯延长时间、绿灯极限延长时间、 检测器的设置位置。
第一节 感应信号控制定义与设计内容
第四节 感应信号控制延误
dc dsc dtc 0.5 tsc (t yc trc ) (t yc trc )2 / c
式中：
dc ——交叉口车辆平均延误，s； d sc , dtc ——分别为疏散延误与停车等待延误，s；
tsc c tvc trc / sc c tsc ——车辆疏散时间，s， s c ——机动车饱和流率，pcu/s；
无转向交通，忽略最短绿灯时间；
最大绿灯时间为无限大。
交叉口车辆排 队的演变过程
第四节 感应信号控制延误
进口(相位)1的到达率记为 q1 ，进口(相位)2的到达率记为q2 ， j、 g j 和y j 分别代表周期 j 内的有效红灯时间、绿灯时间和黄灯时间。这里信号 时间是随机变量，可以随着周期循源自文库而变化。任何特定周期 j 内所有 车辆的总延迟 Dij 是三角形所围的面积，可近似计算为：
；
c ——机动车到达率，pcu/s；
tvc , t rc ——分别为车辆绿灯损失时间及红灯期间等待时间，s；
c ——信号周期时长，s，感应信号控制方式下周期时长不为定值。
第四节 感应信号控制延误
美国学者Newell就两条单行道相交路口下的感应信号控制行为进 行了研究。
假设：系统不饱和，但交通流量足够大；
第四节 感应信号控制延误
从机动车绿灯开启时刻计起，排队车辆开始疏散， tsc为红灯期 间及绿灯初期到达车辆的疏散时间，图中d sc为疏散延误，即车辆 以正常车速运行通过交叉口时间与实际疏散时间的差值；排队 车辆疏散后到达的机动车不需要排队，直接驶过交叉口，不产 生延误；在绿灯末期(或黄灯时间)到达的机动车根据实际情况判 断是否过街，在红灯期间trc 内到达的机动车需要排队等待，产生 等待延误，图中d tc部分。则平均延误的计算如下：
E ( D1 j ) H1 ( E (rj ) y ) K1 q1 2 ( E ( r ) y ) D ( r ) j j 2(1 q1 / S1 ) S1 (1 q1 / S1 ) S1q1
H 2 ( E ( g j ) y) K 2 q2 2 E ( D2 j ) ( E ( g j ) y ) D( g j ) 2(1 q2 / S 2 ) S 2 (1 q2 / S 2 ) S 2 q2
L3 ——车辆在检测器之间的行驶平均速度，m/s。 Vi
max g, g '
第三节 感应信号控制工作原理
绿灯极限延长时间(Gmax)
① 半感应信号控制
法一：按照对交叉口进行定时信号控制计算得到的绿灯时间 法二：主次相交两相位交叉口在信号周期确定的情况下，给 次路最小绿灯时间，来保障主路的最大绿灯时间 次路最短绿灯时间
(二) 设计内容
感应信号控制方式：半感应/全感应。
检测器设置位置：距离＝异相的黄灯时间(s)×接近路口的车速(m/s)， 一般距停车线30-60米。为什么？
感应信号工作逻辑：相交道路通行权优先问题。
感应信号控制效益评价：延误、排队长度、通行能力等。
第二节 感应信号控制基本参数
交通流参数和信号控制参数 1、交通流参数 主要包括交通流量、车头时距、饱和流量等。各自用来干什么？
第三节 感应信号控制工作原理
一、工作原理
第三节 感应信号控制工作原理
二、感应信号控制方式
半感应信号控制、全感应信号控制和优化的感应信号控制。 半感应信号控制：适用于主、次道路相交且交通量变化较大的交 叉口上。 ① 检测器设在次要道路上 主要道路上总显示绿灯，次要道路预置最短绿灯时间。 实质：次路优先，即只要次路上有车辆到达就会中断主路交通流。 ② 检测器设在主要道路上
第二节 感应信号控制基本参数
2、信号控制参数
主要包括初期绿灯时间、单位绿灯延长时间、最小绿灯时间、绿灯 极限延长时间和相位绿灯时间等。 初期绿灯时间
① 停在停车线和检测器之间的车辆全部驶出停车线所需的绿灯时间 ② 保证行人安全过街所需的最短绿灯时间，通常为7~13s ③ 保证红灯时停在停车线前的非机动车安全过街所需的时间
第二节 感应信号控制基本参数
单位绿灯延长时间(判断车流是否中断的重要参数) ① 保证车辆从检测器驶出停车线 ② 时长恰当，尽量不产生绿灯损失 ③ 注意被检测的车道数
绿灯极限延长时间(判断车流是否中断的重要参数)
信号到达绿灯极限延长时间时，强制结束绿灯并切换相位，一 般为30~60s； 改进的感应信号控制中，采用可变绿灯极限延长时间。
即可得到绿灯极限延长时间。绿灯极限延长时间一般为30~ 60s。
第三节 感应信号控制工作原理
感应信号控制周期时长 ① 最小周期时长 最短周期时长应当恰好等于一个周期内相位总损失时间加全部车 辆以饱和流率通过交叉口需要的时间，即：
Cmin L (q / s)iCmin Cmin L /(1 Y )
Lp vp
I
Gmin maxgmin1 , gmin2
第三节 感应信号控制工作原理
单位绿灯延长时间（G0 ） 法一：单位绿灯延长时间保证能使车辆从检测器位置开出停车线所需 的时间
G0 3.6L / V
式中：L ——为检测器与停车线之间的距离，m；
V ——车辆平均速度，Km/h。
法二：单位绿灯延长时间应满足车辆从检测器安全驶出交叉口或抵达 下一检测器的时间要求。
第四节 感应信号控制延误
二、车辆延误形成过程
② 受阻过程的形成：上述的三种情况中，后两种情况车辆为受阻状 态，产生受阻过程如下图：
第四节 感应信号控制延误
当车辆到达观测线 A时，由于前面有车辆排队或信号灯为红灯，车 辆会逐渐减速，以低于路段上正常行驶的速度进入交叉口，减速过程 为 t ；若排队车辆较多或红灯持续时间较长，车辆要停止，等候前面车 辆通过，此过程为t s ；当前方车辆陆续离开，该车加速越过停车线，并 在观测线B处达到期望速度v0 ，加速过程为 t b 。对应的车辆延误形成过 程如图所示：
第三节 感应信号控制工作原理
① 单检测器交叉口
单检测器单位绿灯延长时间计算示意
第三节 感应信号控制工作原理
满足通过停车线需求的绿灯延长时间
g1 L1 / V f
式中：L ——目标检测器至进口道停车线的距离，m；
1
V f ——平均行驶速度，m/s。
满足车辆通过冲突区的绿灯延长时间
g2 (L2 / V f ) (Lmax / Vcf ) I
第四章 感应信号控制
思考与讨论
1、感应信号控制适用条件？ 2、感应信号控制效率问题：存在什么弊端？ 3、信号控制参数如何确定及优化？ 4、不同感应控制方式是否有必要转换？
目
录
第一节 感应信号控制定义与设计内容 第二节 感应信号控制基本参数 第三节 感应信号控制工作原理 第四节 感应信号控制延误 第五节 路段感应信号控制行人过街系统 第六节 感应信号控制目标及优缺点
第三节 感应信号控制工作原理
单位绿灯延长时间在保证车辆通过交叉口的同时，还要保证能使车辆 行驶完检测器之间的距离。车辆从上游检测器至下游检测器的时间为：
式中： ——检测器之间的距离，m；
g L3 / Vi
下游检测器触发的单位绿灯延长时间为 ，参照单检测器的计 算过程。 g ' 综上：单位绿灯延长时间应该取上、下游检测器触发时间的较大值， 即
基本全感应信号控制执行流程
第三节 感应信号控制工作原理
优化的感应信号控制
原理：在交叉口的每一进口道上设两个检测器，如一个在停车线前 30m，一个在停车线前90m；给每个相位配以足够的绿灯时间， 把30m检测器到停车线间的车辆先放完；而在两个检测器之间的 这一段时间间隔内，用来检测何时产生饱和交通流；最后用一个 优化程序，把这一相位延长绿灯时间能取到的交通效益和另一相 位车辆因延长红灯所产生的损失加以比较，确定相位转换时间， 从而降低感应信号控制中的绿灯损失时间，提高交通运行效益。
式中:
L2——目标检测器至冲突点的距离，m； Lmax ——本相位最后通过停车线的车辆到达冲突点所行驶的
距离与下一相位首辆车到达冲突点所行驶距离的最大值，m；
Vcf ——下一相位冲突流向头车的行驶速度，m/s；
I
——绿灯间隔时间，s。
第三节 感应信号控制工作原理
②双检测器交叉口
双检测器单位绿灯延长时间计算示意
路段行人过街感应信号控制示意图
第四节 感应信号控制延误
二、车辆延误形成过程
① 车辆运行速度v随时间t的变化类型：
若车辆到达交叉口时，信号灯为绿灯，前方无车辆或前方车辆对 本车的运行不产生影响，则车辆运行速度基本保持不变，见上图(a)； 若在前方排队车辆疏散过程中到达，车辆减低车速行驶一段时间后， 重新加速行驶，在此过程中并未停车，见上图(b)；若到达时信号灯 显示红灯或前方车辆处于排队等待状态，则车辆需减速停车等待一 段时间，排队车辆开始消散或绿灯信号开始后，车辆将加速行驶通 过交叉口，见上图(c)。
第四节 感应信号控制延误
一、感应信号控制原理
① 控制对象为机动车：在交叉口，根据检测到的车辆信息显示不同 灯色组合，指示着各个方向车辆的运行，行人信号灯色与机动车信号 灯色保持同步。
感应信号控制交叉口示意图
第四节 感应信号控制延误
② 控制对象为行人：系统根据检测到的行人过街请求信息，交替给机 动车和行人分配通行权。
n4 3s 3 (n 4) 2s g min n4 3s (n 1)
式中： n ——周期到达车辆数；
3s ——无实测数据时，前4辆车车头时距经验取值。
第三节 感应信号控制工作原理
主路最大绿灯时间
g max c g min 2t z
式中： t z ——绿灯间隔时间，s。 ② 全感应信号控制 利用韦伯斯特最佳周期时长计算模型计算得到最佳周期 时长，然后把分配到各相位的绿灯时间再乘以1.25~1.50的系数
第三节 感应信号控制工作原理
优化感应 信号控制执行流程
第三节 感应信号控制工作原理
第三节 感应信号控制工作原理
第三节 感应信号控制工作原理
第三节 感应信号控制工作原理
最短绿灯时间求解示意
第三节 感应信号控制工作原理
第三节 感应信号控制工作原理
gmin2 7 Lp / v p I
第四节 感应信号控制延误
式中:
E(D1 j )、E(D2 j ) ——进口1和进口2在周期 内的车辆总延误，s；
S1、S 2 ——进口1、进口2的饱和流率，pcu/h；
E(rj )、E( g j ) ——有效红灯时间和有效绿灯时间的期望值；
D(rj )、D( g j ) ——有效红灯时间和有效绿灯时间的方差；
改进之处：避免主路车流被次路车辆打断，有利于次路上自行车和 行人的通行。
次路检测半感应信号控制执行流程
主路检测半感应信号控制执行流程
第三节 感应信号控制工作原理
全感应信号控制：适用于同等级道路相交或不同等级道路相交但 交通负荷相当、且交通量变化较大的交叉口。 ① 基本全感应信号控制 原理：当某一方向检测到有车辆达到时，则对来车方向给予通行权； 此后就按感应信号的基本原理运行，其执行流程见下图。 ② 特殊感应信号控制 原理：在基本感应信号控制的基础上，按特殊需求，增加特殊感应 装置。
式中: qi / si ——第i相位最大流量比；
k ——周期内的相位数；
L ——信号总损失时间，s； Y ——总流量比。
第三节 感应信号控制工作原理
② 最大周期时长
Cmax经验值：最大周期时长的确定视各地具体交通条件及特点而定， 国外通常以120s作为 Cmax 的值；我国，两相位单点信号交叉口可取 120s；多相位时，Cmax 尽量控制在150s以内。
第一节 感应信号控制定义与设计内容
(一) 定义
感应信号控制是指以获取车辆检测器检测到的车辆到达信息为基础， 通过调整信号灯时长以适应检测到的交通需求的一种交通信号控制 方式。 组成：信号控制器、车辆检测器。
参数：各相位的初期绿灯时间、单位绿灯延长时间、绿灯极限延长时间、 检测器的设置位置。
第一节 感应信号控制定义与设计内容
第四节 感应信号控制延误
dc dsc dtc 0.5 tsc (t yc trc ) (t yc trc )2 / c
式中：
dc ——交叉口车辆平均延误，s； d sc , dtc ——分别为疏散延误与停车等待延误，s；
tsc c tvc trc / sc c tsc ——车辆疏散时间，s， s c ——机动车饱和流率，pcu/s；
无转向交通，忽略最短绿灯时间；
最大绿灯时间为无限大。
交叉口车辆排 队的演变过程
第四节 感应信号控制延误
进口(相位)1的到达率记为 q1 ，进口(相位)2的到达率记为q2 ， j、 g j 和y j 分别代表周期 j 内的有效红灯时间、绿灯时间和黄灯时间。这里信号 时间是随机变量，可以随着周期循源自文库而变化。任何特定周期 j 内所有 车辆的总延迟 Dij 是三角形所围的面积，可近似计算为：
；
c ——机动车到达率，pcu/s；
tvc , t rc ——分别为车辆绿灯损失时间及红灯期间等待时间，s；
c ——信号周期时长，s，感应信号控制方式下周期时长不为定值。
第四节 感应信号控制延误
美国学者Newell就两条单行道相交路口下的感应信号控制行为进 行了研究。
假设：系统不饱和，但交通流量足够大；
第四节 感应信号控制延误
从机动车绿灯开启时刻计起，排队车辆开始疏散， tsc为红灯期 间及绿灯初期到达车辆的疏散时间，图中d sc为疏散延误，即车辆 以正常车速运行通过交叉口时间与实际疏散时间的差值；排队 车辆疏散后到达的机动车不需要排队，直接驶过交叉口，不产 生延误；在绿灯末期(或黄灯时间)到达的机动车根据实际情况判 断是否过街，在红灯期间trc 内到达的机动车需要排队等待，产生 等待延误，图中d tc部分。则平均延误的计算如下：
E ( D1 j ) H1 ( E (rj ) y ) K1 q1 2 ( E ( r ) y ) D ( r ) j j 2(1 q1 / S1 ) S1 (1 q1 / S1 ) S1q1
H 2 ( E ( g j ) y) K 2 q2 2 E ( D2 j ) ( E ( g j ) y ) D( g j ) 2(1 q2 / S 2 ) S 2 (1 q2 / S 2 ) S 2 q2
L3 ——车辆在检测器之间的行驶平均速度，m/s。 Vi
max g, g '
第三节 感应信号控制工作原理
绿灯极限延长时间(Gmax)
① 半感应信号控制
法一：按照对交叉口进行定时信号控制计算得到的绿灯时间 法二：主次相交两相位交叉口在信号周期确定的情况下，给 次路最小绿灯时间，来保障主路的最大绿灯时间 次路最短绿灯时间
(二) 设计内容
感应信号控制方式：半感应/全感应。
检测器设置位置：距离＝异相的黄灯时间(s)×接近路口的车速(m/s)， 一般距停车线30-60米。为什么？
感应信号工作逻辑：相交道路通行权优先问题。
感应信号控制效益评价：延误、排队长度、通行能力等。
第二节 感应信号控制基本参数
交通流参数和信号控制参数 1、交通流参数 主要包括交通流量、车头时距、饱和流量等。各自用来干什么？
第三节 感应信号控制工作原理
一、工作原理
第三节 感应信号控制工作原理
二、感应信号控制方式
半感应信号控制、全感应信号控制和优化的感应信号控制。 半感应信号控制：适用于主、次道路相交且交通量变化较大的交 叉口上。 ① 检测器设在次要道路上 主要道路上总显示绿灯，次要道路预置最短绿灯时间。 实质：次路优先，即只要次路上有车辆到达就会中断主路交通流。 ② 检测器设在主要道路上
第二节 感应信号控制基本参数
2、信号控制参数
主要包括初期绿灯时间、单位绿灯延长时间、最小绿灯时间、绿灯 极限延长时间和相位绿灯时间等。 初期绿灯时间
① 停在停车线和检测器之间的车辆全部驶出停车线所需的绿灯时间 ② 保证行人安全过街所需的最短绿灯时间，通常为7~13s ③ 保证红灯时停在停车线前的非机动车安全过街所需的时间
第二节 感应信号控制基本参数
单位绿灯延长时间(判断车流是否中断的重要参数) ① 保证车辆从检测器驶出停车线 ② 时长恰当，尽量不产生绿灯损失 ③ 注意被检测的车道数
绿灯极限延长时间(判断车流是否中断的重要参数)
信号到达绿灯极限延长时间时，强制结束绿灯并切换相位，一 般为30~60s； 改进的感应信号控制中，采用可变绿灯极限延长时间。
即可得到绿灯极限延长时间。绿灯极限延长时间一般为30~ 60s。
第三节 感应信号控制工作原理
感应信号控制周期时长 ① 最小周期时长 最短周期时长应当恰好等于一个周期内相位总损失时间加全部车 辆以饱和流率通过交叉口需要的时间，即：
Cmin L (q / s)iCmin Cmin L /(1 Y )
Lp vp
I
Gmin maxgmin1 , gmin2
第三节 感应信号控制工作原理
单位绿灯延长时间（G0 ） 法一：单位绿灯延长时间保证能使车辆从检测器位置开出停车线所需 的时间
G0 3.6L / V
式中：L ——为检测器与停车线之间的距离，m；
V ——车辆平均速度，Km/h。
法二：单位绿灯延长时间应满足车辆从检测器安全驶出交叉口或抵达 下一检测器的时间要求。
第四节 感应信号控制延误
二、车辆延误形成过程
② 受阻过程的形成：上述的三种情况中，后两种情况车辆为受阻状 态，产生受阻过程如下图：
第四节 感应信号控制延误
当车辆到达观测线 A时，由于前面有车辆排队或信号灯为红灯，车 辆会逐渐减速，以低于路段上正常行驶的速度进入交叉口，减速过程 为 t ；若排队车辆较多或红灯持续时间较长，车辆要停止，等候前面车 辆通过，此过程为t s ；当前方车辆陆续离开，该车加速越过停车线，并 在观测线B处达到期望速度v0 ，加速过程为 t b 。对应的车辆延误形成过 程如图所示：
第三节 感应信号控制工作原理
① 单检测器交叉口
单检测器单位绿灯延长时间计算示意
第三节 感应信号控制工作原理
满足通过停车线需求的绿灯延长时间
g1 L1 / V f
式中：L ——目标检测器至进口道停车线的距离，m；
1
V f ——平均行驶速度，m/s。
满足车辆通过冲突区的绿灯延长时间
g2 (L2 / V f ) (Lmax / Vcf ) I
第四章 感应信号控制
思考与讨论
1、感应信号控制适用条件？ 2、感应信号控制效率问题：存在什么弊端？ 3、信号控制参数如何确定及优化？ 4、不同感应控制方式是否有必要转换？
目
录
第一节 感应信号控制定义与设计内容 第二节 感应信号控制基本参数 第三节 感应信号控制工作原理 第四节 感应信号控制延误 第五节 路段感应信号控制行人过街系统 第六节 感应信号控制目标及优缺点
第三节 感应信号控制工作原理
单位绿灯延长时间在保证车辆通过交叉口的同时，还要保证能使车辆 行驶完检测器之间的距离。车辆从上游检测器至下游检测器的时间为：
式中： ——检测器之间的距离，m；
g L3 / Vi
下游检测器触发的单位绿灯延长时间为 ，参照单检测器的计 算过程。 g ' 综上：单位绿灯延长时间应该取上、下游检测器触发时间的较大值， 即
基本全感应信号控制执行流程
第三节 感应信号控制工作原理
优化的感应信号控制
原理：在交叉口的每一进口道上设两个检测器，如一个在停车线前 30m，一个在停车线前90m；给每个相位配以足够的绿灯时间， 把30m检测器到停车线间的车辆先放完；而在两个检测器之间的 这一段时间间隔内，用来检测何时产生饱和交通流；最后用一个 优化程序，把这一相位延长绿灯时间能取到的交通效益和另一相 位车辆因延长红灯所产生的损失加以比较，确定相位转换时间， 从而降低感应信号控制中的绿灯损失时间，提高交通运行效益。
式中:
L2——目标检测器至冲突点的距离，m； Lmax ——本相位最后通过停车线的车辆到达冲突点所行驶的
距离与下一相位首辆车到达冲突点所行驶距离的最大值，m；
Vcf ——下一相位冲突流向头车的行驶速度，m/s；
I
——绿灯间隔时间，s。
第三节 感应信号控制工作原理
②双检测器交叉口
双检测器单位绿灯延长时间计算示意
路段行人过街感应信号控制示意图
第四节 感应信号控制延误
二、车辆延误形成过程
① 车辆运行速度v随时间t的变化类型：
若车辆到达交叉口时，信号灯为绿灯，前方无车辆或前方车辆对 本车的运行不产生影响，则车辆运行速度基本保持不变，见上图(a)； 若在前方排队车辆疏散过程中到达，车辆减低车速行驶一段时间后， 重新加速行驶，在此过程中并未停车，见上图(b)；若到达时信号灯 显示红灯或前方车辆处于排队等待状态，则车辆需减速停车等待一 段时间，排队车辆开始消散或绿灯信号开始后，车辆将加速行驶通 过交叉口，见上图(c)。
第四节 感应信号控制延误
一、感应信号控制原理
① 控制对象为机动车：在交叉口，根据检测到的车辆信息显示不同 灯色组合，指示着各个方向车辆的运行，行人信号灯色与机动车信号 灯色保持同步。
感应信号控制交叉口示意图
第四节 感应信号控制延误
② 控制对象为行人：系统根据检测到的行人过街请求信息，交替给机 动车和行人分配通行权。
n4 3s 3 (n 4) 2s g min n4 3s (n 1)
式中： n ——周期到达车辆数；
3s ——无实测数据时，前4辆车车头时距经验取值。
第三节 感应信号控制工作原理
主路最大绿灯时间
g max c g min 2t z
式中： t z ——绿灯间隔时间，s。 ② 全感应信号控制 利用韦伯斯特最佳周期时长计算模型计算得到最佳周期 时长，然后把分配到各相位的绿灯时间再乘以1.25~1.50的系数
第三节 感应信号控制工作原理
优化感应 信号控制执行流程
第三节 感应信号控制工作原理
第三节 感应信号控制工作原理
第三节 感应信号控制工作原理
第三节 感应信号控制工作原理
最短绿灯时间求解示意
第三节 感应信号控制工作原理
第三节 感应信号控制工作原理
gmin2 7 Lp / v p I
第四节 感应信号控制延误
式中:
E(D1 j )、E(D2 j ) ——进口1和进口2在周期 内的车辆总延误，s；
S1、S 2 ——进口1、进口2的饱和流率，pcu/h；
E(rj )、E( g j ) ——有效红灯时间和有效绿灯时间的期望值；
D(rj )、D( g j ) ——有效红灯时间和有效绿灯时间的方差；
改进之处：避免主路车流被次路车辆打断，有利于次路上自行车和 行人的通行。
次路检测半感应信号控制执行流程
主路检测半感应信号控制执行流程
第三节 感应信号控制工作原理
全感应信号控制：适用于同等级道路相交或不同等级道路相交但 交通负荷相当、且交通量变化较大的交叉口。 ① 基本全感应信号控制 原理：当某一方向检测到有车辆达到时，则对来车方向给予通行权； 此后就按感应信号的基本原理运行，其执行流程见下图。 ② 特殊感应信号控制 原理：在基本感应信号控制的基础上，按特殊需求，增加特殊感应 装置。