城市道路交叉口信號控制方法研究

1、城市道路交叉口交通信號控制方法研究演講：劉健華PPT制作：劉健華材料收集：魯庭英、巴根分工數(shù)據(jù)采集：巴根、劉健華、魯庭英李偉平、楊奇、趙丹、王懷榮數(shù)據(jù)采集地點：中國礦業(yè)大學(xué)北門金山南路與三環(huán)南路交叉口時間：2015年12月12日下午4:005:002015年12月16日下午4:005:00人員：劉健華、魯庭英、巴根李偉平、楊奇、趙丹王懷榮南進(jìn)口西進(jìn)口北進(jìn)口東進(jìn)口調(diào)查項目調(diào)查項目 1.交叉口入口分方向交通量交叉口入口分方向交通量 2.交叉口入口分車種交通量交叉口入口分車種交通量 3.信號控制燈參數(shù)信號控制燈參數(shù) 城市道路交叉口交通信號控制方法研究意義平面交叉口是城市道路網(wǎng)中通行能力的瓶頸，是制約

2、著整個城市道路交通系統(tǒng)充分發(fā)揮其功能效率的重要因素。目前，城市道路交叉口體系普遍存在沖突點多、交通流量大、運行速度低、混合交通干擾嚴(yán)重以及交通管理不到位等特征，尤其是在信號控制交叉口處，擁堵現(xiàn)象時有發(fā)生。交通擁擠、交通阻塞、交通延誤以及由此引起的噪聲、廢氣污染都嚴(yán)重影響了城市居民的正常生活和社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、健康發(fā)展。即使一些大中城市的現(xiàn)有交通基礎(chǔ)設(shè)施能夠滿足交通需求，但由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，機(jī)動化進(jìn)程的加快，私人小汽車劇增，也同樣存在著交通隱患。迫使專家、學(xué)者們研究解決城市交通擁堵和提高道路挺性能力的方法。國內(nèi)外研究情況國外國外國內(nèi)國內(nèi)從20世紀(jì)50年代開始，經(jīng)過一些交通學(xué)者的完善，構(gòu)筑了信號配

3、時設(shè)計的基本理論體系，并在城市單點交叉口的配時設(shè)計理論、方法及應(yīng)用軟件方面成果顯著，其中具有代表性的有TRRL法、ARRB法和HCM法。有關(guān)單點信號交叉口配時設(shè)計理論的研究內(nèi)容，主要包括城市道路交叉口的交通流運行特征分析模型（排隊延誤分析模型、通行能力分析模型等）、信號配時設(shè)計參數(shù)的計算及優(yōu)化、性能度量指標(biāo)、相位和相序的優(yōu)化。國內(nèi)在交叉口設(shè)計研究領(lǐng)域，早期主要以交叉口的幾何設(shè)計為主。相對于國外，我國的城市道路交叉口交通設(shè)計研究較晚，由于我國交通狀況的實際情況與國外相差較大，國外的一些研究成果對我國的混合交通流的特點并不能很好的適應(yīng)。而我國在城市道路交叉口信號控制技術(shù)的早期研究中，重點是引進(jìn)國外

4、相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗，但總體來說，相關(guān)設(shè)計內(nèi)容和控制技術(shù)還比較缺乏。 現(xiàn)有信號燈設(shè)置（北門）現(xiàn)有信號燈設(shè)置（北門）南北路直行東西路左轉(zhuǎn)南北路左轉(zhuǎn)東西路直行 49s 3s 116s 52s 29s 3s 84s 84s 39s 3s 42s 126s 39s 3s信號周期長T=168s第一相位第二相位第三相位第四相位流率比分析流率比分析 流率比：車道（組）的實際實際交通量或設(shè)計交通量與該車道（組）的飽和流率比值。 根據(jù)定義，確定流率比需首先確定車道（組）的飽和流率。由于很難進(jìn)行實測，飽和流率公式計算比較復(fù)雜。因此我們采用較為簡單的直行當(dāng)量計算法。 直行當(dāng)量計算法的思路是將左轉(zhuǎn)車和右轉(zhuǎn)車轉(zhuǎn)化為等效直行車流

5、量。信號控制方案設(shè)計信號控制方案設(shè)計直行當(dāng)量系數(shù)左轉(zhuǎn)（右轉(zhuǎn)）車流量等效直行車流量iioifNSS式中：校正系數(shù)。進(jìn)口車道組包含車道數(shù)，取進(jìn)口車道的基本飽和率的飽和流率車道組fiNhpcuSiSoi;/1900;校正系數(shù)確定方法（1）車道寬度校正交叉口理想車道寬度為3.03.5m之間。 1.0 3.0w3.5 fw= 0.4（w-0.5）3.53.5校正系數(shù)確定方法(2)大車校正系數(shù) fhv大車校正系數(shù) phv-大車在車流中所占比例 Ehv大車換算系數(shù)，一般可取2.0) 1(11hvhvhvEPf校正系數(shù)確定方法右轉(zhuǎn)車流校正系數(shù) 0.85 右轉(zhuǎn)專用道 fRT= 1.0-0.15PRT 直行右轉(zhuǎn)合

6、用車道 1.0-0.135PRT 直左右合用車道 PRT 右轉(zhuǎn)車在車流中比例左轉(zhuǎn)車流校正系數(shù) 0.95 左轉(zhuǎn)專用道并且配有左轉(zhuǎn)專用相位左轉(zhuǎn)專用道并且配有左轉(zhuǎn)專用相位fLT = 直行右轉(zhuǎn)合用車道 有保護(hù)相位 LTP05. 00 . 11各進(jìn)口分方向車道流量直行當(dāng)量各進(jìn)口分方向車道流量直行當(dāng)量進(jìn)口方向進(jìn)口方向轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向流量流量直行當(dāng)量直行當(dāng)量平均單車道直行當(dāng)量平均單車道直行當(dāng)量東進(jìn)口東進(jìn)口直直725725242左左616464西進(jìn)口西進(jìn)口直直821821274左左256269269南進(jìn)口南進(jìn)口直直400400133左左183193193北進(jìn)口北進(jìn)口直直400400133左左335353353關(guān)鍵車流

7、分析示意圖關(guān)鍵車流分析示意圖11223344274274,242max1q269269,64max2q133133,133max3q353353,193max4q飽和流率和Y值計算根據(jù)飽和流量公示求得：東西直行為東西直行為1750veh/h,東西左轉(zhuǎn)彎為東西左轉(zhuǎn)彎為1600veh/h,南北直行為南北直行為1750veh/h，南北左轉(zhuǎn)彎飽和流率值南北左轉(zhuǎn)彎飽和流率值1600veh/h,各相位的關(guān)鍵流率比計算如下：各相位的關(guān)鍵流率比計算如下：y1=q1/S1=274/1750=0.156 y2=q2/S2=269/1600=0.168y3=q3/S3=133/1750=0.076 y4=q4/S4

8、=353/1600=0.221Y=yi=0.566由于由于0.6210.90,所以道路條件滿足要求。所以道路條件滿足要求。信號配時計算信號配時計算實用周期時間公式：L為一個周期內(nèi)損失時間，等于黃燈時間加上全紅時間。黃燈時間取整數(shù)3s，全紅時間由 確定。通常取整為2s.車輛前損失時間可有車頭時距測量得到，約為3秒。L=(3+2+3)4=32s代入公式，計算得最小周期為為便于控制，可將周期設(shè)定為120s。)(155 . 1sYLCo15vLwr)(3 .111524. 015325 . 1sCo信號配時間計算信號配時間計算各相位有效綠燈時長可有公式：分別計算得： gE,1=13.72s gE,2=

9、 14.78s gE,3=6.67s gE,4=19.45s 綠燈時間可設(shè)定為g1= 14s, g2=15s, g3=7s, g4=20s。 YyLCgiiE)(,交叉口信號控制方法概述目前采用的信號控制方法主要有定時控制、感應(yīng)控制與自實行控制。定時控制也叫周期控制，主要根據(jù)交叉口歷史交通量數(shù)據(jù)預(yù)先確定配時方案;感應(yīng)控制主要根據(jù)路口的交通量的變動進(jìn)行實時控制，沒有固定的周期和綠信比；自適應(yīng)控制又稱為優(yōu)化控制控制。系統(tǒng)根據(jù)檢測器送來的交通量信息，實時產(chǎn)生出對某種性能指標(biāo)來說是最佳的配時方案，自動調(diào)節(jié)各個參數(shù)（周期、綠信比和相位差等）。進(jìn)行這種控制方式的交通信號機(jī)將檢測到的交通數(shù)據(jù)實時的通過通信網(wǎng)

10、絡(luò)傳至上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)路網(wǎng)上交通量的變化情況，不斷調(diào)整配時方案以達(dá)到最優(yōu)控制。通過這種控制方式，上位機(jī)同時控制城市中某個區(qū)域內(nèi)的多個路口的信號機(jī)，實現(xiàn)區(qū)域中交叉口交通信號之間的統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，從而提高路網(wǎng)的運行效率。三類控制方式的控制效果對比感應(yīng)信號控制在交通量比較小的情況下控制效果最好；從整體上看，自適應(yīng)信號控制的控制效果是最佳的；但隨著交通量的逐漸增大，達(dá)到或超過信號交叉口的通行能力是，采用定時信號控制更為有效。交叉口的總飽和度是指飽和度和程度最高的相位所達(dá)到的飽和度值，而并非各相位飽和度之和，用x表示。相位飽和度計算gSqgsqgSCQgCAQSQNQX3600360036003600

11、xSqg3600東進(jìn)口直行車道流量、綠燈時間、周期及飽和度圖y = -2E-11x4 + 6E-11x3 - 7E-11x2 + 53x - 5E-1201020304050600.00%20.00%40.00%60.00%80.00%100.00%120.00%東進(jìn)口直行車道流量、綠燈時間、周期及飽和度圖由上圖飽和度-流量散點圖可知，流量是隨飽和度增加而增長的，當(dāng)飽和度大于一定數(shù)值時，會導(dǎo)致道路擁堵，流量不會增長，由圖中趨勢可回歸模型 對q二階求導(dǎo)，令 ，可以得到 ，即可得出兩拐點分別為（0.6,28.8）（1.0，50.2），拐點即曲線凹凸性發(fā)生變化的點，由此可判斷信號控制方式的轉(zhuǎn)換。 定義（0,0.6）為感應(yīng)控制區(qū)間，（0.6,1）為自適應(yīng)控制區(qū)間，大于1的為定時控制區(qū)間。13253128111125234ExxExExEq0 q0 . 1, 6 . 021xx各種控制方式延誤對比在飽和度較小的情況下，用感應(yīng)控制的效果比較好，延誤能降到最低，當(dāng)飽和度增加到一定程度是，改用自適應(yīng)控制，而當(dāng)飽和度比較大時，用定時