第3章 單點(diǎn)信號控制

章單個交叉口交通信號控制§1定時信號控制§2交通感應(yīng)信號控制2021/6/271一、定時信號控制的主要特點(diǎn)

1、全天可以是一個配時方案，或多個配時方案；

2、在每個時段，執(zhí)行固定的配時方案；

3、配時方案來自于歷史調(diào)查數(shù)據(jù)；

4、可以手動、自動切換配時方案；

5、信號機(jī)安裝簡單，維護(hù)方便，成本低。§1定時信號控制2021/6/2721、交叉口的相位設(shè)計在進(jìn)行交叉口的相位劃分時，一般應(yīng)遵循以下原則：（1）渠化協(xié)調(diào)原則（2）安全通行原則（3）流量均衡原則（4）高效運(yùn)行原則信號配時設(shè)計2021/6/2731、交叉口的相位設(shè)計在交叉口的相位劃分之后，需要安排相位的運(yùn)行順序，即確定相序。一般一個進(jìn)口的所有流向要在連續(xù)相位中放行完畢。有左轉(zhuǎn)待行區(qū)的交叉口，一般情況下要先放行直行車流再放行左轉(zhuǎn)車流。信號配時設(shè)計2021/6/2742、關(guān)鍵車道的確定部分進(jìn)口道（及其交通需求）起著決定性的作用，我們把這部分進(jìn)口道稱為關(guān)鍵車道。根據(jù)車流通行的特點(diǎn)，進(jìn)口道可以分為：直行車道、合用車道和轉(zhuǎn)彎專用車道。模型一——直、左、右合用車道信號配時設(shè)計2021/6/275關(guān)鍵車道的確定2021/6/276關(guān)鍵車道的確定2021/6/277模型二——直、左和直、右合用車道2021/6/278模型三——直、右合用車道與左轉(zhuǎn)專用車道2021/6/279關(guān)鍵車道的確定2021/6/2710

單個交叉口定時交通信號配時設(shè)計內(nèi)容應(yīng)包括：確定多段式信號配時時段劃分、配時時段內(nèi)的設(shè)計交通量、交通信號相位方案（交叉口車道渠化）、信號周期時長、各相位信號綠信比、評估服務(wù)水平及繪制信號配時圖。

定時信號配時方法，在國際上主要有美國HCM法、澳大利亞ARRB法、英國WEBSTER法等，我國主要有停車線法及沖突點(diǎn)法。2021/6/2711一、新建交叉口信號方案

新建交叉口，在缺乏交通量數(shù)據(jù)的情況下，十字交叉口，建議先按表1.3所列進(jìn)口車道數(shù)與渠化方案選取初步試用方案；T形交叉口，建議先用三相位信號；然后根據(jù)通車后實際交通各流向的流量調(diào)整渠化及信號相位方案。2021/6/2712二、交通信號相位設(shè)計1、信號相位必須同交叉口進(jìn)口道車道渠化（即車道功能劃分）方案同時設(shè)定。2、信號相位對應(yīng)于左右轉(zhuǎn)彎交通量及其專用車道的布置，常用基本方案示于圖。2021/6/27132021/6/27143、有左轉(zhuǎn)專用車道時，根據(jù)左轉(zhuǎn)流向設(shè)計交通量計算的左轉(zhuǎn)車每周期平均到達(dá)3輛時，宜用左轉(zhuǎn)專用相位。4、同一相位各相關(guān)進(jìn)口道左轉(zhuǎn)車每周期平均到達(dá)量相近時，宜用雙向左轉(zhuǎn)專用相位；否則宜用單向左轉(zhuǎn)專用相位。5、當(dāng)信號相位中出現(xiàn)不均衡車流時，可以通過合理設(shè)置交通信號的早斷與滯后，最大限度地提高交叉口的運(yùn)行效率。2021/6/2715

針對路口的具體交通流狀況進(jìn)行合理的信號相位設(shè)計，既要考慮減少沖突、防止碰撞、避免堵塞，又要考慮減少設(shè)備投入、提高通行效率。因此合理設(shè)計信號相位是路口信號控制的關(guān)鍵之一。例如，倘若在不需要設(shè)置左轉(zhuǎn)專用相位的路口設(shè)置了左轉(zhuǎn)專用相位，就會導(dǎo)致既增加了設(shè)備投入（左轉(zhuǎn)車道燈）又降低了路口通行效率。2021/6/2716在信號相位設(shè)計中，左轉(zhuǎn)車流對相位的劃分起著非常重要的作用，也是信號相位設(shè)計的重點(diǎn)難點(diǎn)。左轉(zhuǎn)車流對信號相位的劃分可以采用如下策略：①當(dāng)左轉(zhuǎn)車輛較少時（左轉(zhuǎn)車輛可以利用直行車輛之間的空檔左轉(zhuǎn)），不需要為左轉(zhuǎn)車輛提供專用相位；②當(dāng)左轉(zhuǎn)車輛較多時（左轉(zhuǎn)車輛僅利用直行車輛之間的空檔左轉(zhuǎn)比較困難，容易引發(fā)車輛堵塞），需要為左轉(zhuǎn)車輛提供專用相位（必須有左轉(zhuǎn)專用車道）；③當(dāng)單方向的左轉(zhuǎn)車輛較多又不足以專設(shè)左轉(zhuǎn)信號相位時，可以采用一種交通信號早斷與滯后的設(shè)計方法，間接為左轉(zhuǎn)車輛提供專用相位。2021/6/2717（一）定時信號配時方案的基本內(nèi)容

（3）交通信號的早斷與滯后相位信號的早斷:是指將相位的綠燈時間劃分為兩個階段，先放行與具有較大左轉(zhuǎn)車流的方向相對的直行車流，再放行較大左轉(zhuǎn)車流。相位信號的滯后:是指將相位的綠燈時間劃分為兩個階段，先放行較大左轉(zhuǎn)車流，再放行與具有較大左轉(zhuǎn)車流的方向相對的直行車流。使用條件：①單向左轉(zhuǎn)車輛較多；②增設(shè)雙向左轉(zhuǎn)專用車道、設(shè)置左轉(zhuǎn)專用信號相位不合算；③左轉(zhuǎn)車輛不能利用對向直行車輛之間的空檔全部駛離交叉口。車道設(shè)置相位設(shè)置雙向左轉(zhuǎn)車輛較少雙向左直合用車道無需左轉(zhuǎn)專用相位雙向左轉(zhuǎn)車輛較多雙向左轉(zhuǎn)專用車道左轉(zhuǎn)專用相位單向左轉(zhuǎn)車輛較多單向左轉(zhuǎn)專用車道信號早斷或滯后2021/6/2718（一）定時信號配時方案的基本內(nèi)容

（3）交通信號的早斷與滯后如圖所示的十字交叉口就是一個信號早斷的例子。在這里,西進(jìn)口是左轉(zhuǎn)車流量較大的一個方向。該交叉口采用東—西、南—北兩相位，對于東西相位而言，信號要劃分兩個階段。先放行東進(jìn)口的各個車輛和西進(jìn)口的直行、右轉(zhuǎn)車流，然后禁止東進(jìn)口的各個方向車流，只允許西進(jìn)口的各個車流通行。2021/6/2719（一）定時信號配時方案的基本內(nèi)容2、信號基本控制參數(shù)信號相位周期長度C（顯示）綠燈時間G

有效綠燈時間Ge（顯示）紅燈時間R有效紅燈時間Re綠信比λ（=Ge/C）黃燈時間A（=3秒）（I<A時，I=A）綠燈間隔I（包括黃燈和全紅）

損失時間L高峰小時修正系數(shù)PHF流量（流率）q飽和流量S流量（率）比y（=q/S）通行能力N（=λS）飽和度x（=q/N）信號配時圖相位圖延誤d、D2021/6/27203、信號周期設(shè)計交叉口的信號配時，應(yīng)選用同一相位流量比（q/S）中最大者進(jìn)行計算。

通?？紤]的要求：使交叉口具有足夠的通行能力；使交叉口具有較小的車輛延誤。須確定：1、最短周期

2、最佳周期

3、綠信比C0Cm0.75C01.5C0周期0PP0周期通行能力車輛延誤2021/6/2721（1）最短信號周期cm

采用cm時，在一個周期內(nèi)到達(dá)交叉口的車輛恰好全部被放行，既無滯留車輛，信號周期也無富余。因此，cm恰好等于一個周期內(nèi)損失時間L加上全部到達(dá)車輛以飽和流量通過交叉口所需的時間，L——周期損失時間：

=啟動損失時間+綠燈間隔時間-黃燈時間Y——全部相位的最大流量比（交通量/設(shè)計飽和流量）之和。2021/6/2722(2)最佳周期c0

按照英國學(xué)者韋伯斯特方法，在指定的條件下，使車輛總延誤最小的配時方案即為最優(yōu)方案。其目的是獲得最佳的周期和綠信比。根據(jù)研究和實驗，使車輛通過交叉口的總延誤最小的最佳周期為：

該式針對的是孤立的交叉口，假定其交通流量穩(wěn)定地到達(dá)交叉口。2021/6/2723綠信比交叉口在最佳信號周期下運(yùn)行的同時，需要有合理的相位綠信比（綠燈時間分配），只有這樣，才可能獲得滿意的運(yùn)行效果。

1、車輛延誤與綠信比設(shè)信號周期C=50秒，周期損失時間L=10秒，則周期有效綠信比為______。相位綠信比增大，表明相位的綠燈時間增多，紅燈時間減少，因此相位的車輛延誤隨之減少。

2021/6/27242021/6/2725

相位綠信比u1與u2的不同取值，稱為綠信比分配，兩者之和為一定值，等于周期綠信比U。綠信比的不同分配，使交叉口有著不同的車輛延誤。最佳的綠信比取值范圍對應(yīng)著較小的車輛延誤。綠信比分配方法有等飽和度法和不等飽和度法。

1、等飽和度法（韋伯斯特法）各相位綠信比按各相位關(guān)鍵車道流率比的比例進(jìn)行分配。綠信比分配2021/6/2726例題：現(xiàn)有一兩相位信號控制交叉口，已知相位1關(guān)鍵車道流率比y1=0.35,相位2關(guān)鍵車道流率比y2=0.25,信號周期C=50秒，周期損失時間L=10秒。試求綠信比和綠燈分配時間。2021/6/2727

交叉口的總通行能力與飽和度交叉口的總通行能力，就是一個交叉口對于各個方向(全部車流)所能提供的最大允許通過流率。飽和度的實用限值定在0．8～0．9之間，交叉口就可以獲得良好的運(yùn)行條件。如果飽和度的實用限值定得過低，勢必要擴(kuò)大交叉口的平面尺寸才能滿足一定的交通量要求，從而增加建設(shè)投資。

2021/6/27282、不等飽和度法

當(dāng)要求各信號相位承受不同的交通負(fù)荷及車輛延誤時，可以按照不等飽和度分配綠信比或綠燈時間，這種方法稱為不等飽和度法。以兩相位信號交叉口為例，現(xiàn)給定相位2的飽和度X2，求相位綠信比u1、u2及相位1飽和度X1的過程。例：現(xiàn)有一兩相位信號控制交叉口，已知信號周期C=50秒，周期損失時間L=10秒，相位關(guān)鍵車道流率比分別為y1=0.35,y2=0.25。設(shè)定相位2飽和度x2=0.83。試求各相位綠信比和綠燈時間分配。2021/6/2729相位1相位2X1u1Ge1X2u2Ge20.750.46230.750.34170.70.5250.830.3152021/6/2730配時方案表與配時時間表1、配時方案表與信號時段的劃分

配時參數(shù)的不同組合就構(gòu)成了不同的信號配時方案。配時方案號和對應(yīng)于每一個信號配時方案的具體信號配時參數(shù)（相位數(shù)、信號周期和相位綠信比等）構(gòu)成了配時方案表。方案號相位數(shù)信號周期相位1綠信比相位2綠信比12800.450.43221000.460.442021/6/2731配時方案表與配時時間表

交叉口信號配時及進(jìn)口道的車輛延誤，在很大程度上取決于交叉口的車流到達(dá)率。不同的到達(dá)率對應(yīng)著不同的信號配時方案。如果交叉口的交通流量全天波動較大，可以適當(dāng)?shù)囟鄤澐謳讉€時段，按照每個時段的交通流量確定信號配時；如果交叉口交通流量波動較小，可以考慮少劃分或不劃分時段，全天從早到晚執(zhí)行一個信號配時方案。2021/6/27322、配時時間表

配時時間表由運(yùn)行時間表和配時方案表構(gòu)成。例如，某交叉口一天內(nèi)的時段劃分如下：05:30-07:00平峰時段（Ⅰ），執(zhí)行1號方案；07:00-08:30高峰時段（Ⅱ），執(zhí)行2號方案；08:30-17:00平峰時段（Ⅲ），執(zhí)行1號方案；17:00-19:15高峰時段（Ⅳ），執(zhí)行2號方案；19:15-22:00平峰時段（Ⅴ），執(zhí)行1號方案；22:00-05:30夜晚控制狀態(tài)。2021/6/2733時段方案號時段方案號時段方案號Ⅰ1Ⅲ1Ⅴ1Ⅱ2Ⅳ2Ⅵ夜晚控制狀態(tài)運(yùn)行時間表

將配時方案表和運(yùn)行時間表存入定時信號機(jī)中，即可實現(xiàn)交叉口單點(diǎn)定時信號控制。2021/6/2734一、原理

1928年由Baltimore首先引入，通過設(shè)在路口檢測器接受車流信息，使信號時間隨流量自動改變配時方案。最初為機(jī)械觸點(diǎn)形式，現(xiàn)大多為線圈形式，埋于路面下面。§2感應(yīng)信號控制g

gisg0gmaxgmin2021/6/2735感應(yīng)信號控制方式的主要特點(diǎn)是：

1、考慮交通量的隨機(jī)波動；

2、設(shè)置車輛檢測器，以提供所需要的交通感應(yīng)信息；

3、實時地調(diào)整信號配時參數(shù)，沒有固定的配時方案；

4、設(shè)置感應(yīng)信號機(jī)，并與檢測器相連，其安裝比較復(fù)雜、成本較高、維護(hù)量較大。2021/6/2736二、基本的控制參數(shù)最小綠燈時間gmin初始綠燈時間gs

檢測器與停車線的距離D單位綠燈延長時間g0最大綠燈時間gmax:

定時信號配時最佳周期、綠信比所對應(yīng)的各相位的綠燈時間，一般30-60s。DWV檢測器2021/6/2737（1）保證檢測器和停止線之間車輛全部駛出；（2）保證行人過街時間；（3）非機(jī)動車安全過街。1、設(shè)置初期綠燈時間考慮因素2021/6/2738（1）使車輛從檢測器位置開出停車線；（2）盡量不產(chǎn)生綠燈時間損失；（3）注意被檢測的車道數(shù)。2、設(shè)置單位綠燈延長時間考慮因素2021/6/2739

半感應(yīng)信號控制適用于主干路和次干路相交的交叉口，且主干路交通量大、次干路交通量小、波動大的情況。

1、檢測器放在次要道路上平時主路上總是綠燈，對次路預(yù)置最短綠燈時間。僅當(dāng)檢測到次要道路來車時才可能被給以綠燈信號，而主干道路的綠燈信號也只有此時才可能被中斷。三、半感應(yīng)控制2021/6/27402021/6/2741

半感應(yīng)控制與全感應(yīng)控制次路檢測半感應(yīng)控制流程圖2021/6/2742路檢測半感應(yīng)控制流程圖

N

Y

3

半感應(yīng)控制與全感應(yīng)控制

主

Y

Y

N

Y

N

N

Y

N

2021/6/2743適用條件：適用于相交道路等級相當(dāng)交通量相仿且變化較大的交叉口上?；救袘?yīng)控制控制機(jī)理：交叉口沒有機(jī)動車到達(dá)時，信號機(jī)以定周期方式按最小周期運(yùn)行。當(dāng)某一方向來車時，則對來車方向放綠燈。四、全感應(yīng)控制2021/6/27443

半感應(yīng)控制與全感應(yīng)控制?全感應(yīng)控制的工作特點(diǎn)llll它所控制交叉口的所有入口道都設(shè)置車輛檢測器；每一個信號相都設(shè)置初始綠燈時間

；其綠燈信號不能自動地返回到預(yù)定相位；各個信號相的配時參數(shù)不相同。2021/6/2745

3

半感應(yīng)控制與全感應(yīng)控制l

全感應(yīng)信號控制的優(yōu)點(diǎn)????沒有固定的配時方案，能適應(yīng)交通流的隨機(jī)變化。適用于流量較小且交通流不穩(wěn)定，隨機(jī)波動大的情況。在交通量不大的情況下，可以使交通流連續(xù)運(yùn)行。對于多相位交叉口比較有效。2021/6/27463

半感應(yīng)控制與全感應(yīng)控制l

全感應(yīng)信號控制的缺點(diǎn)（1）感應(yīng)控制系統(tǒng)的造價高于定時信號系統(tǒng)；（2）感應(yīng)控制系統(tǒng)較復(fù)雜，需更多維護(hù)和檢修；2021/6/2747030060090012001500（郊外道路）主要道路關(guān)鍵車道交通量（輛/h）15001200900600300定時控制全感應(yīng)控制半感應(yīng)或全感應(yīng)控制交叉口通行能力五、信號控制方式選擇圖沒有半感應(yīng)控制最優(yōu)的獨(dú)立圖塊，用全感應(yīng)控制最為有效的圖塊最大；定時控制只在接近交叉口通行能力的圖塊上才有其優(yōu)越性。2021/6/2748定時控制的優(yōu)點(diǎn)：(1)定時控制，因信號起動時間可取得一致而有利于同相鄰交通信號的協(xié)調(diào)，特別是要聯(lián)結(jié)幾個相鄰交通信號或一個信號網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；(2)定時控制的正常工作，不必通過檢測器對車輛的檢測，因此，不存在路邊停車及其他因素影響車輛檢測的缺點(diǎn)；(3)定時控制比感應(yīng)控制更適用于大量、均勻行人交通的地方；(4)定時信號設(shè)施價格低于感應(yīng)信號，且安裝、維護(hù)方便。六、各種控制方式的優(yōu)點(diǎn)2021/6/2749

感應(yīng)控制的優(yōu)點(diǎn)：(1)在交通量變化大而不規(guī)則、難于用定時控制處置的交叉口，以及在必須降低對主要干道干擾的交叉口上，用感應(yīng)控制效益更大；(2)不適宜處于聯(lián)動定時系統(tǒng)中的交叉口，宜用感應(yīng)控制；(3)感應(yīng)控制特別適用于交通只在一天的部分時間里需要信號控制的地方；(4)感應(yīng)控制在輕交通交叉口有其優(yōu)越性，不致使主要道路上的交通產(chǎn)生不必要的延誤；(5)感應(yīng)控制，在有幾個流向的交通量時有時無或多變的復(fù)雜交叉口上，可得到最大效益，(6)半感應(yīng)信號通常適用于主次道路相交及只在次路有車輛和行人時才中斷主路車流的交叉口。2021/6/2750§3環(huán)形交叉口交通信號燈控制方法2021/6/2751交通信號燈是用來組織入環(huán)車輛與環(huán)內(nèi)車輛之間的交織，而不是兩個不同方向車流的交叉。所以在信號燈的配置、信號燈頭的面對方向、停車線位置的畫法及信號控制方式上，同十字形交叉口都有所不同。而且用信號控制的環(huán)形交叉口的平面布局同常規(guī)環(huán)交也有差別。一、作用2021/6/2752

二、信號燈的配置環(huán)形交叉口的每一個進(jìn)口端上，應(yīng)有兩組信號燈；—組面對進(jìn)口道上的入環(huán)車輛；叫入口燈；另一組面對這一進(jìn)口道與上游進(jìn)口道之間環(huán)道上行駛的車輛，稱為環(huán)道燈。三、停車線相應(yīng)于上述兩組信號燈，在每一進(jìn)口端也有兩條停車線：一條畫在進(jìn)口道的入門端，近進(jìn)口導(dǎo)向島的角頂，作入環(huán)車流的停車線；另一條畫在這個進(jìn)口道上游方向的環(huán)道上、近右側(cè)導(dǎo)向島的前端角頂，作環(huán)內(nèi)車流的停車線。四、信號控制方式以采用定時信號為宜。2021/6/2753交通控制案例

某市中心兩條主干路新華路和金光道的交叉點(diǎn)為交通控制案例。該路口為規(guī)則的十字形交叉口，相交道路均為三塊板道路。1.交通量調(diào)查交通流量通過在交叉口的高峰時間和平峰時間各觀測2小時獲得，整理后的高峰小時流量和平峰小時流量見表1和2。2021/6/2754表1高峰小時流量2021/6/2755表1平峰小時流量2021/6/27562.交叉口控制狀況調(diào)查

該交叉口為四相位信號控制，信號周期為122s，相位、相序如圖1所示：2021/6/27573.現(xiàn)狀評價分析

采用上海市工程建設(shè)規(guī)范《城市道路平面交叉口規(guī)劃與設(shè)計規(guī)程》提供方法，交叉口現(xiàn)狀評價結(jié)果見表3。表3

交叉口現(xiàn)狀評價表2021/6/27584.交叉口問題分析

交叉口存在問題主要是：

（1）由于將直行相位放于左轉(zhuǎn)相位之前，有部分左轉(zhuǎn)自行車隨直行自行車駛?cè)虢徊婵?，在對向人行道前待行；?dāng)左轉(zhuǎn)機(jī)動車放行時，橫向直行駛出交叉口，此時與對向的左轉(zhuǎn)機(jī)動車發(fā)生沖突；

（2）進(jìn)口道只設(shè)一個直行車道，無法滿足高峰時的交通需求，高峰期間直行車排隊較長；

（3）由于未對右轉(zhuǎn)機(jī)動車進(jìn)行信號控制，右轉(zhuǎn)機(jī)動車與自行車的沖突與干擾在每一相位的綠燈初期比較嚴(yán)重；

（4）交叉口內(nèi)及車道變化處缺少必要的導(dǎo)行線，導(dǎo)致左轉(zhuǎn)自行車與機(jī)動車的行車軌跡不明確；

（5