交通控制理论与方法

国家精品课程 交通控制理论与方法主讲人：罗霞西南交通大学交通运输学院交通管理与控制

主要内容 -1- 行人及停车控制 -2- 交叉口交通信号控制 -3- 交通感应信号控制 -4- 干道交通信号协调控制 -5- 区域交通信号控制系统 -6- 高速公路交通控制

一、行人控制及停车控制

行人控制及停车控制 1. 行人信号及其控制行人信号行人信号就是为解决行人过街交通与车辆交通的冲突而设立的，它是在行人和车辆处于同一平面上时，将两者从时间上进行分离以消除交通冲突的措施。信号灯不设专用行人信号相信号灯设有专用行人信号相

1. 行人信号及其控制 行人信号的形式行人信号的控制手动自动

2. 停车控制 必要性随着车辆私人拥有量的增加，停车难问题日益突出。另一方面，很多停车场由于位置偏僻等原因，很多停车位空闲，造成资源浪费。针对这种停车闲忙不均的情况，如何及时有效地收集和处理车位的动态信息，成为了有效利用现有停车资源的可行之道。停车诱导系统的基本结构

二、交叉口交通信号控制 1.概述 2.信号控制方案 3.韦伯斯特配时法 4.环形交叉口的交通控制

交叉路口 是城市道路网络交通中各向交通流会聚交错的地点，对它的交通信号控制是城市交通控制系统的核心 1、概述 1.1 基本概念

单个交叉路口交通信号控制配时方案的设计与优化方法，是实现干道协调控制系统和区域协调控制系统的基础。点控制单个交叉口上的信号控制即孤立考虑当前交叉路口交通运行状况，不涉及其他任何相邻路口交通影响，简称“点控”。 1.1 基本概念

交叉口信号控制常常是个 多目标问题，结合实际进行调整和权衡合理分配入口道车辆通行权尽可能减少或消除交通冲突点车道或路口通行能力最大车辆或行人延误时间最小 1.2 基本目标实现整体效能最大

单段式控制 定时控制控制方式多段式控制感应控制半感应控制全感应控制 1.3 控制方式分类

定时控制 定时控制是指“固定配时”，即周期长度和绿信比等信号配时参数预先给定，并在一定控制时期/时段内保持不变。易于实现多个交叉口的协调控制，运行可靠，成本较低，因而成为迄今国内外应用最为广泛的交叉口信号控制方式。无法应付交通流随机或突发性变化。因此不可避免的存在着无车开绿灯，造成时间损失，同时有车开红灯，造成车辆等待弊病，浪费道路资源、污染环境。 1.2 控制方式分类缺点优点

感应控制 感应控制是在交叉口进口道上设置车辆检测器，信号灯配时方案由计算机或智能化信号控制机计算，可随检测器检测到的车流信息而随时改变的一种控制方式。优点缺点 1.2 控制方式分类控制信号的变化没有规律性，难以实现多个路口的协调控制。对设备要求较高对交通流随机到达适应性大，能有效减少延误，做到实时控制。

交叉口信号控制方案 前提根据一定交通需求条件所设计的控制类型、控制阶段划分及配时方案数，相应于一定类型和方案的信号相位和各种参数值及其组合。控制类型的确定信号相位设计核心内容配时方案的确定信号周期确定 2、信号控制方案

定时控制 感应控制交叉口流量统计规律有一定稳定性，特别是当流量较大、在一段时间内波动不大时，定时控制有较好的适应性，十分有效。交叉口流量统计流量变化大且无规律的路口，感应控制能够有效适应交通流的随机变化。 2.1 控制方式选择控制类型主要取决于交叉口交通需求的宏观规律，并需综合考虑技术设备的经济可行性。

流量（辆/小时） 1500 1000 500 7 9 13 15 17 19 21 时间 6 8 10 12 14 16 18 20 2.2 配时方案数的确定确定配时方案数需进一步考察各个路口的交通需求随时间的变化的情况（实际上就是交通量随时间变化的情况），包括一个交叉口的总交通需求随时间的变化，交叉口某方向的通过过交通需求随时间的变化，等等。例如，某日一路口交通流变化如下图所示

相位方案 相位方案是在一个信号周期内，安排了若干控制状态（每一种控制状态对某些方向的车辆或行人配给通行权），并合理安排了这些控制状态的显示次序。信号相位在信号控制交叉口，其每一种控制状态（通行权），即对各进口道不同方向所显示的不同等色的组合，称为一个信号相位，所有这些信号相位及其顺序统称为相位。 2.3 确定信号相位方案确定信号相位方案是对信号轮流给某些方向的车辆或行人分配通行权顺序的确定。

南北路 南北路东西路东西路第二相位第一相位 2.3 确定信号相位方案相位方案常用相位图来表示，一般有2相位和多相位（3相位及3相位以上) 两相位信号的相位图

2.3 确定信号相位方案 信号配时方案一般用信号配时图表达基本的两相位信号配时图

绿信比 周期时长 • 定义：一个信号相位的有效绿灯时长与周期时长之比。 • 计算公式 • 式中：定时信号基本参数 2.4 定时信号基本参数 • 定义：对于某一进口道信号灯各种灯色轮流显示一次所需时间，即各种灯色显示时间之总和。 • 重要性：决定点控制定时信号交通效益的关键控制参数，是信号配时设计的主要对象。

交叉口配时计算方法 Webster配时法冲突点法（自学）其他方法（自学） 2.5 交叉口配时计算方法

3、韦伯斯特配时法 韦伯斯特配时法以韦伯斯特（Webster）对交叉口车辆延误的估计为基础，通过对周期长度的优化计算，确定相应的一系列配时参数。其核心内容是车辆延误和最佳周期时长的计算，这里的周期时长建立在车辆延误的计算基础上。根据延误的公式，则有n个信号相位的交叉口，总延误应为： ----第i相交叉口的单车延误 ----第i相的车辆到达率。

其中： ——周期长度（秒）； ----总损失时间（秒）； ——交叉口各进口道交通流量比； 3.1 韦伯斯特配时法因此周期长度最优化问题可以归纳为：最小周期通过对周期长度求偏导，反复近似计算，得出最佳周期计算公式：

其中： ——最佳周期长度（秒）； —— 3.1 韦伯斯特配时法最佳周期计算公式： ——总损失时间（秒）；交叉口交通流量比 Y 为各相信号临界车道的交通流量比（）之和

3.1 韦伯斯特配时法 其中总损失时间为： L=n×l+AR --------相位信号的损失时间 --------信号的相位数； --------一周期中的全红时间。交叉口交通流量比为各相信号临界车道的交通流量比（）之和，即：所谓临界车道，是指每一信号相位上，交通量最大的那条车道。临界车道的交通流量比等于该车道的交通量和饱和流量之比。

交通量过小，容易造成信号周期设置过短，不利于行车安全。因此，需要人为规定周期取值下限，参考西方国家，一般为25秒 。交通量过大，造成周期设置过长，则车辆延误时间骤然急速增长，反而会造成交通拥挤，通常以120秒作为最佳周期的上限值。 3.1 韦伯斯特配时法由实际情况出发，为保证延误最小，周期可在0.75 —1.5 范围变动。注意：韦伯斯特模型受到交通量大小的影响，使用范围有限

3.2 韦伯斯特配时法计算步骤 以下为韦伯斯特配时法计算步骤，共7步。 (1)确定各进口车道饱和流量 , 将实际车辆数换算成标准小客车数。 (2)计算各相位临界车道流量比 ——第i相位临界车道车流量

3.2 韦伯斯特配时法计算步骤 (3)计算总损失时间 ——信号相位数 ——第i相位损失时间 ——全红时间

3.2 韦伯斯特配时法计算步骤 (4)计算周期长度 : ——交叉口总损失时间 ——交叉口流量比，等于各相信号临界车道的流量比之和，

3.2 韦伯斯特配时法计算步骤 (5)计算绿灯时间计算有效绿灯时间：计算各相有效绿灯时间： ——交叉口最佳周期长度 ——总损失时间 ——第i相位临界车道流量比 ——交叉口流量比

3.2 韦伯斯特配时法计算步骤 (6)计算各相位实际显示绿灯时间： ——第i相位有效绿灯时间 ——第i相位黄灯时间 ——第i相位损失时间 (7)作信号配时图。以两相位信号为例，做信号配时图如下：

3.2 韦伯斯特配时法计算步骤 至此，利用韦伯斯特法设计配时方案结束。若需要计算交叉口通行能力，还需进行以下步骤： a.计算某一信号相位的通行能力 ——第i相位有效绿灯时间 ——第i相位所有车道饱和流量之和 ——周期长度 ——第i相位绿信比，

3.2 韦伯斯特配时法计算步骤 b.计算排队停车延误。（有关计算指标参见课本10.2.1节） c.计算交叉口总通行能力 ——周期长度 ——总损失时间 ——所有车道饱和流量之和

北 600辆/小时西 1200辆/小时 800辆/小时南交叉口布置图 3.3 韦伯斯特配时法算例算例：十字交叉口如下图所示，每个入口道有两个车道，各入口道总车流量如图上标出。设饱和交通量为S=1800辆/小时，采用两相信号控制，每相信号损失时间为 =5.2秒，黄灯时间取为A=4秒。不设全红时间（所有方向信号灯均为红色）即 AR=0秒。试用韦伯斯特法设计该交叉口定时控制配时方案。 800辆/小时东

3.3 韦伯斯特配时法算例 解：设东西通行第I相，南北通行为第Ⅱ相。首先计算临界车道交通流量临界车道是指每一信号相位上，交通量最大的那条车道。则第I相临界车道交通流量为： =max（1200/2,800/2)=600（辆/小时）第Ⅱ相临界车道交通流量为： =max(800/2,600/2)=400（辆/小时） • 计算最佳周期长度总损失时间： =2*5.2+0=10.4（s）各相临界车道交通流量比： = 600÷1800=0.333 = 400÷1800=0.222 则： =0.555 所以： =(1.5 *10.4+5) ÷(1-0.555)=46.3(s) 取整数 =46(s)

(2)计算有效绿灯时间： =46-10.4=35.6(s) 35.6 * 0.333/0.555=21.4(s) 35.6 *0.222/0.555 =14.2(s) (3)计算各相实际显示绿灯时间： =21.4-4+5.2=22.6 (s) =14.2-4+5.2=15.4(s) 各相绿灯时间应按临界车道交通流量作正比例分配。交叉口总临界车道交通流量为： =600+400=1000( 辆 / h) 各相最小绿灯时间应为： =27.6 *600/1000=16.6(s) =27.6 *400/1000=11.0(s) 3.3 韦伯斯特配时法算例交叉口净绿灯时间：Gt=Co-L-2*A=46-10.4-2*4=27.6（s)

据题目要求，损失时间应归入绿灯时间内，故实际绿灯时间应为：据题目要求，损失时间应归入绿灯时间内，故实际绿灯时间应为： • =16.6+5.2=21.8(s) • =11.0+5.2=16.2(s) • 确定各相灯时 • 因各相黄灯均取4秒。故各相灯时如下： • 第I相：绿灯（取整数）=22秒黄灯 =4秒 • 第Ⅱ相: 绿灯＝16秒黄灯 =4秒 • 周期长： =22+4+16+4=46秒 3.3 韦伯斯特配时法算例

3.3 韦伯斯特配时法算例 • 画出这个两相信号的相位图两相信号相位图

3.4 评价信号控制交叉口的交通效益指标 信号控制交叉口的信号配时，在一定的道路条件下，应配以适当的周期时长，让通行能力稍高于交通需求且使延误、停车、油耗等指标最小，这样，既能保证车辆的畅通又能降低运行费用。因此，现在一般都以延误、停车次数、排队长度、油耗等作为信号控制交叉口的交通效益评价指标。

练习题 某交叉口渠化方案如图所示，相位方案为：①东西向专用左转②东西向直行和右转③南北向直行、右转和左转，各进口道的流量比如表所示，已知：各相位损失时间l=3s，黄灯时间A=3s，全红时间AR=4s（设在③相位后），试计算以下信号配时参数：（1）最佳周期时长C0；（2）该交叉口信号配时方案，并作信号配时图。

4、环形交叉口的交通控制 环形交叉口是在交叉口中央设置一个中心岛，用环道组织渠化交通的一种重要型式。

4.1 环形交叉口信号特点 环形交叉口信号特点常规环形交叉口中，进入交叉口的不同交通流，按照逆时针方向，绕中心岛作单向行驶。利用环道交织段上的交织点代替平面交叉口的冲突点。然而这种环形交叉口的通行能力不能通过增加进口道的条数或环道的宽度来提高。随着交通的发展，人们已经不满足于常规环形交叉口环道内车辆运行方式。如今，现代环形交叉口将环道内车辆的自由交织变为有组织的运行，使得它和信号控制交叉口一样，可以通过增加进口道条数来提高环形交叉口的通行能力。

4.2 环形交叉口的信号控制 如同普通平面交叉口一样，当停车(或让路)标志管理不能满足交通需求时，应改为信号控制交叉口，环形交叉口也可改用交通信号控制，给环内车辆及入环车辆轮流分配通行权，组织环道上入环车与环内车的交织运行，以进一步提高交通效益。 1.作用用信号灯来给环内车辆及入环车辆轮流分配通行权，组织环道上入环车与环内车的交织运行。 2.信号灯配置环形交叉口的每一个进口道上，应有两组信号灯：一组面对进口道上的入环车辆，叫入口灯；另一组面对这一进口道与上游进口道之间环道上行驶的车辆，称为环道灯。由这两组灯轮流给入环车辆与环内车辆分配通行权，使它们有条件以多股车流分时交织通过环道交织段。

4.2 环形交叉口的信号控制 3.停车线相应于上述两组信号灯，在每一进口端也有两条停车线：一条画在进口道的入口端，在进口导向岛的角顶，作入环车流的停车线。另一条画在这个进口道上游方向的环道上，近右侧导向岛的前端角顶，作环内车流的停车线。 4.信号控制方式环形交叉口，在交通需求甚大，达到需要多股车流交织程度时，才需用信号控制，所以一般以采用定时信号为宜。同时，为使同一行车方向上的车辆，不致在通过入口灯后，在其下游的环道灯前再次停车，同一方向的进口道入口灯同其下游的环道灯应组织联动。环内车流停车线入环车流停车线

三、交通感应信号控制 1.概述 2.感应控制原理及参数 3.半感应控制和全感应控制 4.定时控制和感应控制的比选

1、概述 1.1 基本概念 • 存在弊端：无车开绿灯，造成时间损失有车开红灯，造成车辆等待 ………………………… 定时信号控制：按预定程序变换灯色无法应付交通流随机性、突发性变化

1.1 基本概念 交通感应信号控制使用感应式信号机，通过设置在交叉口处的车辆检测器，获取车辆信息，实时转换交通信号来控制交通流通行。优点: 对交通流随机到达适应性大，能有效减少延误，做到实时控制。

1.1 基本概念 感应控制检测器

1.2 发展历程

1.3 类型划分

交通 控制理论与方法