第3章交通信号控制基础

1、1 课程内容课程内容 第第1章章 绪论绪论 第第2章章 交叉口优先规则控制交叉口优先规则控制 第第3章章 交通信号控制基础交通信号控制基础 第第4章章 单点信号控制单点信号控制 第第5章章 干线及区域信号控制干线及区域信号控制 第第6章章 交通控制的评价指标交通控制的评价指标 第第7章章 交通控制系统组成及原理交通控制系统组成及原理 第第8章章 典型交通信号控制系统简介典型交通信号控制系统简介 第第9章章 高速公路交通控制高速公路交通控制 第第10章章 交通控制系统的建立交通控制系统的建立 2 第第3章章 交通信号控制基础交通信号控制基础 当路口交通流量较小时，宜采用优先规则控制；当路口交通流

2、量较小时，宜采用优先规则控制； 当路口交通流量较大时，宜采用信号控制。当路口交通流量较大时，宜采用信号控制。 交通信号控制是时间分离的交通组织形式。交通信号控制是时间分离的交通组织形式。 通常在停车让路控制基础上，根据交叉口交通流通常在停车让路控制基础上，根据交叉口交通流 量、车辆延误、交通冲突、行人安全、事故记录量、车辆延误、交通冲突、行人安全、事故记录 以及交叉口所处的位置等多方面因素，来考虑设以及交叉口所处的位置等多方面因素，来考虑设 置信号灯的必要性。置信号灯的必要性。 3 第第3章章 交通信号控制基础交通信号控制基础 第第1节概述节概述 第第2节信号相位节信号相位 第第3节信号控制基

3、本参数节信号控制基本参数 第第4节饱和流率节饱和流率 第第5节交叉口车辆受阻状况描述节交叉口车辆受阻状况描述 4 1.1 信号控制的概念 1.2 信号控制的适用条件 第第1节节 概述概述 5 1.1信号控制的概念信号控制的概念 交通信号（交通信号（Traffic signal） 广义上讲，在道路上用来传送具有法定意义指挥交广义上讲，在道路上用来传送具有法定意义指挥交 通流通行或停止的光、声、手势等，都是交通信号。道通流通行或停止的光、声、手势等，都是交通信号。道 路上常用的交通信号有灯光信号和手势信号。灯光信号路上常用的交通信号有灯光信号和手势信号。灯光信号 通过交通信号灯或称交通红绿灯的灯色

4、来指挥交通；手通过交通信号灯或称交通红绿灯的灯色来指挥交通；手 势信号则由交通管理人员通过法定的手臂动作姿势或指势信号则由交通管理人员通过法定的手臂动作姿势或指 挥棒的指向来指挥交通。挥棒的指向来指挥交通。 交通信号控制（交通信号控制（ Traffic signal Control） 是指通过改变交通红绿灯的灯色显示的时间长短来是指通过改变交通红绿灯的灯色显示的时间长短来 指挥或控制交通流的通行，简称信号控制。指挥或控制交通流的通行，简称信号控制。 6 1.1信号控制的适用条件信号控制的适用条件 通常是在停车、让路控制的基础上，根据交叉口通常是在停车、让路控制的基础上，根据交叉口 交通流量、车

5、辆延误、交通冲突、行人安全、事故记交通流量、车辆延误、交通冲突、行人安全、事故记 录以及交叉口所处的位置等多方面因素，来考虑设置录以及交叉口所处的位置等多方面因素，来考虑设置 信号灯的必要性。我国于信号灯的必要性。我国于2006年颁布实施了新的国家年颁布实施了新的国家 标准标准道路交通信号灯设置与安装规范道路交通信号灯设置与安装规范（GB14886- -2006）。该规范对我国各道路交叉口和路段上交通信）。该规范对我国各道路交叉口和路段上交通信 号灯的安装依据、安装方法和安装要求作出了规定。号灯的安装依据、安装方法和安装要求作出了规定。 其中，用于交叉口信号灯设置的交通流量条件如表其中，用于交

6、叉口信号灯设置的交通流量条件如表3- 1-1所示。所示。 7 1.1信号控制的适用条件信号控制的适用条件 8 第第3章章 交通信号控制基础交通信号控制基础 第第1节概述节概述 第第2节信号相位节信号相位 第第3节信号控制基本参数节信号控制基本参数 第第4节饱和流率节饱和流率 第第5节交叉口车辆受阻状况描述节交叉口车辆受阻状况描述 9 2.1 信号相位的概念信号相位的概念 2.2 相序相序 第第2节节 信号相位信号相位 10 2.1信号相位的概念信号相位的概念 信号相位（信号相位（Signal phase） 信号相位是一种信号状态，在此状态（时间）内，信号相位是一种信号状态，在此状态（时间）内，

7、 至少有一个车流获得通行权（至少有一个车流获得通行权（right of way）。）。 信号相位时长（信号相位时长（ Period of signal phase） 是指一个信号相位所包含的信号灯显示时间的总是指一个信号相位所包含的信号灯显示时间的总 和，也即多个时段的时间总和。和，也即多个时段的时间总和。 信号相位数信号相位数 （Number of signal phase） 信号灯显示一个循环，所包含的通行权总数。信号灯显示一个循环，所包含的通行权总数。 11 2.1信号相位的概念信号相位的概念 图图3-2-1 信号相位的说明信号相位的说明 12 2.2 相序（相序（Phase seque

8、nce） 相位的运行顺序即为相序。相位的运行顺序即为相序。 图图3-2-2 相位图示例（相位图示例（n =3）图图3-2-3 相位图示例（相位图示例（n =4） 13 第第3章章 交通信号控制基础交通信号控制基础 第第1节概述节概述 第第2节信号相位节信号相位 第第3节信号控制基本参数节信号控制基本参数 第第4节饱和流率节饱和流率 第第5节交叉口车辆受阻状况描述节交叉口车辆受阻状况描述 14 3.1信号参数信号参数 3.2信号配时参数信号配时参数 第第3节节 信号控制基本参数信号控制基本参数 15 3.1 信号参数信号参数 （1）信号绿灯时间）信号绿灯时间 （2）信号红灯时间）信号红灯时间 （

9、3）信号黄灯时间）信号黄灯时间 （4）全红时间）全红时间 （5）绿灯间隔时间）绿灯间隔时间 ？ 16 3.1 信号参数信号参数 （1）信号绿灯时间：）信号绿灯时间：G（秒）（秒） 信号绿灯：信号绿灯：表示车辆可以通行。表示车辆可以通行。 在平面交叉口，面对绿灯的车辆可以直行、左在平面交叉口，面对绿灯的车辆可以直行、左 转或右转。左、右转车辆必须让合法通行的转或右转。左、右转车辆必须让合法通行的 其他车辆和行人其他车辆和行人, ,横道线内行人先行。横道线内行人先行。 绿色箭头灯表示车辆只允许沿箭头所指的方向绿色箭头灯表示车辆只允许沿箭头所指的方向 通行。通行。 信号绿灯时间信号绿灯时间是是绿灯（

10、或绿箭头灯）显示的时绿灯（或绿箭头灯）显示的时 间长度，用间长度，用G G表示，秒。表示，秒。 17 3.1 信号参数信号参数 （2）信号红灯时间：）信号红灯时间：R（秒）（秒） 信号红灯：信号红灯：表示不允许车辆通行。表示不允许车辆通行。 在平面交叉口，面对在平面交叉口，面对红红灯的车辆不能越过停车灯的车辆不能越过停车 线。线。 红箭头灯表示仅对箭头所指的方向起红灯的作红箭头灯表示仅对箭头所指的方向起红灯的作 用。用。 信号红灯时间信号红灯时间是红是红灯（或红箭头灯）显示的时灯（或红箭头灯）显示的时 间长度，用间长度，用R R表示，秒。表示，秒。 18 （3）信号黄灯时间：）信号黄灯时间：A

11、（秒）（秒） 信号黄灯（独立黄灯）：信号黄灯（独立黄灯）：表示即将亮红灯，面表示即将亮红灯，面 对黄灯的车辆应该依次停在各进口道停车线对黄灯的车辆应该依次停在各进口道停车线 以外。当黄灯启亮时，已经进入交叉口（通以外。当黄灯启亮时，已经进入交叉口（通 过或部分通过停车线）的车辆可以继续通行，过或部分通过停车线）的车辆可以继续通行， 驶离交叉口。驶离交叉口。 信号黄灯时间信号黄灯时间是信号黄灯显示的时间长度，用是信号黄灯显示的时间长度，用A A 表示表示 ，秒，秒 3.1 信号参数信号参数 n黄灯时间的设置：黄灯时间的设置： 基于交叉口交通安全方面的要求。基于交叉口交通安全方面的要求。 n黄灯时

12、间的取值范围一般为黄灯时间的取值范围一般为3 35 5秒。秒。 黄灯时间不宜较长，当黄灯时间大于黄灯时间不宜较长，当黄灯时间大于5 5 秒时，秒时， 超出部分通常用全红时间取代。超出部分通常用全红时间取代。 n 箭头黄灯表示：箭头黄灯表示： 仅对箭头所指的方向起黄灯的作用。仅对箭头所指的方向起黄灯的作用。 （3）信号黄灯时间：）信号黄灯时间：A（秒）（秒） 20 （4）全红时间：r（秒） n 全红时间：全红时间： 指交叉口处于指交叉口处于“四面红灯四面红灯”控制状态的下的控制状态的下的 一段一段红灯时间红灯时间。 n 全红时间的作用：全红时间的作用： 清路口，并提供较大的安全余地。使滞留在清路

13、口，并提供较大的安全余地。使滞留在 交叉口冲突区内的车辆能够安全地疏散。交叉口冲突区内的车辆能够安全地疏散。 n 全红时间的长短：全红时间的长短： 应视交叉口具体情况而定。应视交叉口具体情况而定。 3.1 信号参数信号参数 21 （5）绿灯间隔时间（绿灯间隔时间（Intergreen time）：E （秒）（秒） 一个信号相位绿灯时间结束，到下一个信号相一个信号相位绿灯时间结束，到下一个信号相 位绿灯时间开始之间的时间间隔，称为绿位绿灯时间开始之间的时间间隔，称为绿 灯间隔时间。绿灯间隔时间用符号灯间隔时间。绿灯间隔时间用符号 E（秒（秒 ）表示。）表示。 3.1 信号参数信号参数 22 3.

14、2 信号配时参数信号配时参数 （1）信号周期）信号周期 （2）相位有效绿灯时间）相位有效绿灯时间 （3）相位损失时间）相位损失时间 （4）周期损失时间）周期损失时间 （5）周期有效绿灯时间）周期有效绿灯时间 （6）相位绿信比）相位绿信比 （7）周期绿信比）周期绿信比 ？ 23 3.2 信号配时参数信号配时参数 （1）信号周期（）信号周期（Signal cycle） 概念概念 信号灯色显示一个循环所需要的时间，称为信信号灯色显示一个循环所需要的时间，称为信 号周期，用符号号周期，用符号 （秒）表示。如前所述，信（秒）表示。如前所述，信 号周期同时又是各相位的时长之和。号周期同时又是各相位的时长之

15、和。 信号配时图（信号配时图（Signal timing diagram） 把一个信号周期内不同相位的灯色及时长用图把一个信号周期内不同相位的灯色及时长用图 的形式表示出来就是信号配时图。为了直观的形式表示出来就是信号配时图。为了直观 明了，通常用信号配时图来描述信号周期。明了，通常用信号配时图来描述信号周期。 24 无全红（无全红（r=0r=0）的两相位）的两相位(n=2)(n=2)信号配时图信号配时图 下标下标1 1：表示东西方向（：表示东西方向（1 1相位）相位） 下标下标2 2：表示南北方向（：表示南北方向（2 2相位）相位） C = GC = G1 1 + A+ A1 1 + R+

16、R1,1, C = G C = G2 2 + A+ A2 2 + R+ R2 2 25 C = GC = G1 1 + A+ A1 1 + R+ R1 1 C = GC = G2 2 + A+ A2 2 + R+ R2 2 C = GC = G1 1 + A + A1 1 + R + R1 1 = G = G2 2 + A + A2 2 + R + R2 2 无全红（无全红（r=0r=0）的两相位）的两相位(n=2)(n=2)信号配时图信号配时图 26 信号周期由两个绿灯信号时段信号周期由两个绿灯信号时段T T1 1和和T T2 2组成：组成： T T1 1 1 1相位绿灯信号时段，秒；相位绿

17、灯信号时段，秒； T T2 2 2 2相位绿灯信号时段，秒；相位绿灯信号时段，秒； 无全红（无全红（r=0r=0）的两相位）的两相位(n=2)(n=2)信号配时图信号配时图 27 C = T C = T1 1 + T + T2 2 = =（ （G G1 1+A+A1 1）+ +（G G2 2+A+A2 2） = =（G G1 1+G+G2 2）+ 2A + 2A （设：（设：A A1 1 = A = A2 2 = A = A） = G + 2A , = G + 2A , G G 周期绿灯时间周期绿灯时间 无全红（无全红（r=0r=0）的两相位）的两相位(n=2)(n=2)信号配时图信号配时图

18、28 无全红（无全红（r=0r=0）的三相位）的三相位(n=3)(n=3)信号配时图信号配时图 29 信号周期由三个绿灯信号时段组成：信号周期由三个绿灯信号时段组成： T T1 1= G= G1 1+A+A1 1 T T2 2= G= G2 2+A+A2 2 T T3 3= G= G3 3+A+A3 3 无全红（无全红（r=0r=0）的三相位）的三相位(n=3)(n=3)信号配时图信号配时图 30 C = C = T T1 1+ T+ T2 2 + T + T3 3 =G =G1 1+A+A1 1+G+G2 2+A+A2 2+G+G3 3+A+A3 3 = =（G G1 1+G+G2 2+G+

19、G3 3）+3A+3A，（设：，（设：A A1 1=A=A2 2=A=A3 3=A=A） = G+3A= G+3A， （G=GG=G1 1+G+G2 2+G+G3 3） 31 无全红的三相位信号控制配时图无全红的三相位信号控制配时图 C = G C = G1 1+A+A1 1+R+R1 1 = G = G2 2+A+A2 2+R+R2 2 = G = G3 3+A+A3 3+R+R3 3 32 对于全红时间为零的多相位信号控制，其对于全红时间为零的多相位信号控制，其 信号周期表达式的一般形式为：信号周期表达式的一般形式为： 设：设：A1= A2=Ai，则可以改写为：，则可以改写为： C = G

20、 + nA ， G G为周期绿灯时间为周期绿灯时间 n i i n i i AGC 11 n i i nAGC 1 33 全红：推迟下一相位的绿灯起始时刻。全红：推迟下一相位的绿灯起始时刻。 有全红（有全红（r r 0 0）的两相位（）的两相位（n=2n=2）信号配时图）信号配时图 34 C = G1+A+R1=G2+A+R2 =（G1+A+r）+（G2+A+r） =（G1+G2）+ 2（A+r） = G+2（A+r） ，G = G1 + G2 其中：其中： 相位相位1时间时间 = G1+A+r ， 相位相位2时间时间 = G2+A+r 有全红时间的多相位信号控制，其信号周有全红时间的多相位信

21、号控制，其信号周 期的一般表达式为：期的一般表达式为： )()( 1 rAnGrAnGiC n i 显然当显然当r = 0r = 0时，即无全红信号控制是有全时，即无全红信号控制是有全 红信号控制的一个特例。红信号控制的一个特例。 35 36 例例3-3-1 现有一两相位信号控制交叉口。信号周现有一两相位信号控制交叉口。信号周 期期C=60秒，黄灯时间秒，黄灯时间A=3秒，相位秒，相位A绿灯时间绿灯时间 G1=30秒，无全红时间。试求：秒，无全红时间。试求： （1）绘制信号配时图，并给出标注；）绘制信号配时图，并给出标注； （2）周期表达式。）周期表达式。 例题：例题：3-3-1， C=60秒

22、，秒， A=3秒，秒， G1=30秒秒 解：解：（1）绘制信号配时图）绘制信号配时图 37 例题：例题：3-3-1， C=60秒，秒， A=3秒，秒， G1=30秒秒 （2）信号周期表达式）信号周期表达式 C= G1+A+ R1=30+3+27=60（秒）（秒） C= G2+A+ R2=24+3+33=60（秒）（秒） C= G+2A=（30+24）+2x3=60（秒）（秒） 38 例题：例题：3-3-2略，同学们自己看书！略，同学们自己看书！ 39 例例3-3-3 现现有一两相位信号控制交叉口。信号周有一两相位信号控制交叉口。信号周 期期C=60秒，黄灯时间秒，黄灯时间A=3秒，相位秒，相位

23、A绿灯时间绿灯时间 G1=30秒，全红时间秒，全红时间r=2秒。试求：秒。试求： （1）绘制信号配时图，并给出标注；）绘制信号配时图，并给出标注； （2）周期表达式。）周期表达式。 40 例例3-3-3 C=60秒，秒，A=3秒，秒，G1=30秒，秒，r=2秒。秒。 解：解：（1）绘制信号配时图并给出标注；）绘制信号配时图并给出标注； A相位：相位： G1=30秒，秒，A=3秒，秒， R1=C- G1-A=60-30-3=27秒秒 41 例例3-3-3 C=60秒，秒，A=3秒，秒，G1=30秒，秒，r=2秒。秒。 解：解：（1）绘制信号配时图并给出标注；）绘制信号配时图并给出标注； B相位：

24、相位：G2=C-G1-2(A+r)=60-30-2(3+2)=20秒秒, A=3秒，秒，R2=C- G2-A=60-20-3=37秒秒 42 （2）周期表达式）周期表达式 C = G1+A+R1=30+3+27=60（秒）（秒） C = G2+A+R2=20+3+37=60（秒）（秒） C = G+2（A+r）=（30+20）+2（3+2） = 60（秒）（秒） 例例3-3-3 C=60秒，秒，A=3秒，秒，G1=30秒，秒，r=2秒。秒。 43 （2 2）相位有效绿灯时间）相位有效绿灯时间 绿灯信号时段内能绿灯信号时段内能充分被利用充分被利用的时间，称的时间，称 为有效绿灯时间，它等于绿灯信

25、号时段减去前为有效绿灯时间，它等于绿灯信号时段减去前 后损失时间（启动、停车损失时间）。后损失时间（启动、停车损失时间）。 充分被利用：充分被利用：以最大的离开率（饱和流率）以最大的离开率（饱和流率） 离开（通过停车线）。离开（通过停车线）。 44 （2 2）相位有效绿灯时间）相位有效绿灯时间 绿灯信号时段绿灯信号时段 对于任一相位对于任一相位i 而言，而言，Gi+A （秒），称为（秒），称为 这一相位的绿灯信号时段，即：每个相位的绿这一相位的绿灯信号时段，即：每个相位的绿 灯信号时段为该相位的实际绿灯时间与黄灯时灯信号时段为该相位的实际绿灯时间与黄灯时 间之和。间之和。 有效绿灯时间与绿信比

26、有效绿灯时间与绿信比 绿灯信号时段内能充分被利用的时间，称绿灯信号时段内能充分被利用的时间，称 为有效绿灯时间，它等于绿灯信号时段减去前为有效绿灯时间，它等于绿灯信号时段减去前 后损失时间（启动停车损失时间）。后损失时间（启动停车损失时间）。 （2 2）相位有效绿灯时间）相位有效绿灯时间 （2 2）相位有效绿灯时间）相位有效绿灯时间 G Gei ei=G =Gi i+A-(+A-(l1 1+ +l2 2 )=G)=Gi i+A-+A-l, (, (l=l1 1+l2 2 ) ) G Gei ei=G =Gi i+A-(+A-(l1 1+ +l2 2 )=G)=Gi i+A-+A-l, (, (

27、l=l1 1+l2 2 ) ) 式中：式中： l 启启动停车损失时间，动停车损失时间， （2 2）相位有效绿灯时间）相位有效绿灯时间 48 相位损失时间：相位损失时间： 指一个信号相位时间内，不能充分被利用指一个信号相位时间内，不能充分被利用 的时间，它包括相位绿灯信号时段内前后损失的时间，它包括相位绿灯信号时段内前后损失 时间和相位时间内的全红时间，即：时间和相位时间内的全红时间，即：l+r+r （秒），为相位损失时间。（秒），为相位损失时间。 当当 r=0=0 时，相位损失时间为时，相位损失时间为 l 。 （3 3）相位损失时间）相位损失时间 49 一个信号周期内的总损失时间，称为周期一个

28、信号周期内的总损失时间，称为周期 损失时间，用符号损失时间，用符号L（秒）表示。（秒）表示。 Ge=Cn(l+r)=CL， C=Ge+L L周期损失时间：周期损失时间： L=n(l+r) ，当全红时间为零时：，当全红时间为零时： L = n l 公式表明：公式表明：周期损失时间是各相位损失时周期损失时间是各相位损失时 间之和，它与相位数呈正比关系。当相位数增间之和，它与相位数呈正比关系。当相位数增 多时，周期损失时间也随之增加。多时，周期损失时间也随之增加。 （4 4）周期损失时间）周期损失时间 50 在一个信号周期内，总有效绿灯时间称为在一个信号周期内，总有效绿灯时间称为 周期有效绿灯时间，

29、它等于各信号相位有效绿周期有效绿灯时间，它等于各信号相位有效绿 灯时间之和，用符号灯时间之和，用符号Ge（秒）表示，即：（秒）表示，即： （5 5）周期有效绿灯时间）周期有效绿灯时间 n i n i ieie nlnAGnlnAGGG 11 51 对于对于有全红时间有全红时间的信号周期，周期有效绿的信号周期，周期有效绿 灯时间的表达式为：灯时间的表达式为： Ge=(G+nA)nl =(Cnr)nl =C-n(l+r)， 当当全红时间等于零全红时间等于零时的周期有效绿灯时间时的周期有效绿灯时间 表达式表达式: : Ge=Cnl, ( r=0 ) （5 5）周期有效绿灯时间）周期有效绿灯时间 52

30、 相位相位 i 绿信比绿信比: : 等于相位等于相位i有效绿灯时间有效绿灯时间G Gei 与信号周期之比，用符号与信号周期之比，用符号 ui 表示，无单位，即：表示，无单位，即： ui = G Gei / C （6 6）相位绿信比（）相位绿信比（SplitSplit） 53 周期（有效）绿信比周期（有效）绿信比: : 等于周期有效绿灯等于周期有效绿灯 时间与信号周期之比，用符号时间与信号周期之比，用符号U表示，无单位，表示，无单位， 即：即： U=Ge/C 周期（有效）绿信比等于各信号相位（有周期（有效）绿信比等于各信号相位（有 效绿信比之和效绿信比之和。 当当n = 2时：时： Ge=C2(

31、l+r)=Ge1+Ge2 , U=u1+u2=Ge1 / C+Ge2 / C=Ge / C （7 7）周期绿信比（）周期绿信比（SplitSplit） 54 周期有效绿信比周期有效绿信比U U也可表示为：也可表示为： C rln C rlnC C LC C Ge U )( 1 )( 注意：注意： U能否大于、等于能否大于、等于1？ 计算中，绿信比保留两位小数。计算中，绿信比保留两位小数。 以秒为单位的时间参数取整。以秒为单位的时间参数取整。 （7 7）周期绿信比（）周期绿信比（SplitSplit） 55 现有一两相位信号控制交叉口，信号配时 图如图3-3-4所示，设启动停车损失时间为 l=4

32、 秒，全红时间 r=0。试求： （1）相位有效绿灯时间与绿信比； （2）周期有效绿灯时间与绿信比； （3）列写周期表达式。 例例3-3-43-3-4 56 解：解：（1）相位有效绿灯时间与绿信比 相位1：由式（3-3-13）得： Ge1 =G1 + A - l =30+3-4= 29（秒）， 相位2： Ge2 = G2 + A l =24+3-4= 23（秒）， 例例3-3-43-3-4 48. 0 60 29 1 1 C G u e 38. 0 60 23 2 2 C G u e 57 信号配时图信号配时图 例例3-3-43-3-4 58 （2）周期有效绿灯时间与绿信比 由式（3-3-16）

33、得： Ge= Ge1+ Ge2= 29+23=52（秒）或者 Ge =C-nl=6024=52（秒） 由式（3-3-21）得周期绿信比： U=0.48+0.38=0.86，或者 U=u1+u2=0.86 （3）列写周期表达式 C=G+L=Ge+nl=52+8=60（秒） 例例3-3-43-3-4 59 现有一两相位信号控制交叉口，信号配时 图如图3-3-8所示，设启动停车损失时间 l=4秒 ，全红时间 r=1秒。试求： （1）各相位有效绿灯时间与绿信比； （2）周期有效绿灯时间与绿信比； （3）列写周期表达式。 例例3-3-53-3-5 60 解：解：（1）相位有效绿灯时间与绿信比 相位1：由

34、式（3-3-13）得： Ge1= G1+ A l = 30+3-4=29（秒） 例例3-3-53-3-5 48. 0 60 29 1 1 C G u e 61 解：解：（1）相位有效绿灯时间与绿信比 相位1：由式（3-3-13）得： Ge1= G1+ A l = 30+3-4=29（秒） 相位2： Ge2= G2+ A l =22+3-4=21（秒） 例例3-3-53-3-5 48. 0 60 29 1 1 C G u e 35. 0 60 21 2 2 C G u e 62 解：解： （2）周期有效绿灯时间与绿信比 由式（3-3-16）得： Ge= Ge1+ Ge2= 29+21=50（秒）

35、，或者 Ge=C- n( l + r ) =6025=50（秒） 由式（3-3-21）得： U=u1+u2=0.48+0.35=0.83，或者 例例3-3-53-3-5 83. 0 60 50 C G U e 63 解：解： （3）列写周期表达式 由式（3-3-17）得： C=Ge+ n( l + r ) =50+25=60 （秒） 例例3-3-53-3-5 64 第第3章章 交通信号控制基础交通信号控制基础 第第1节概述节概述 第第2节信号相位节信号相位 第第3节信号控制基本参数节信号控制基本参数 第第4节饱和流率节饱和流率 第第5节交叉口车辆受阻状况描述节交叉口车辆受阻状况描述 65 4.

36、1 饱和流率的影响因素饱和流率的影响因素 4.2 直行车道的饱和流率直行车道的饱和流率 4.3 左转车道的饱和流率左转车道的饱和流率 4.4 右转车道的饱和流率右转车道的饱和流率 4.5 饱和流率的测量与分析饱和流率的测量与分析 第第4节节 饱和流率饱和流率 66 交叉口进口道饱和流率的最基本单元是车交叉口进口道饱和流率的最基本单元是车 道饱和流率，道饱和流率，饱和流率是饱和流率是一条一条进口车道在一次进口车道在一次 连续的绿灯时间内连续的绿灯时间内，能够连续通过停车线的折能够连续通过停车线的折 算为小轿车的最大车辆数。单位为算为小轿车的最大车辆数。单位为“辆辆/ /绿灯小绿灯小 时时/ /车

37、道车道”，简写为，简写为“辆辆 / /小时小时”。 4.1 饱和流率的影响因素饱和流率的影响因素 n 道路条件道路条件 n 交通条件交通条件 第第4节节 饱和流率饱和流率 67 4.1 饱和流率的影响因素饱和流率的影响因素 n 渠化条件渠化条件 n 信号条件信号条件 n 环境条件环境条件 4.2 直行车道的饱和流率直行车道的饱和流率 直行车道饱和流率主要与车道宽度有关。如果直行车道饱和流率主要与车道宽度有关。如果 不考虑车辆类型的影响，而且不存在转弯车流不考虑车辆类型的影响，而且不存在转弯车流 的情况下，饱和流率与车道宽度有以下的关系的情况下，饱和流率与车道宽度有以下的关系 ： 第第4节节 饱

38、和流率饱和流率 68 4.2 直行车道的饱和流率直行车道的饱和流率 直行车道饱和流率主要与车道宽度有关。如果直行车道饱和流率主要与车道宽度有关。如果 不考虑车辆类型的影响，而且不存在转弯车流不考虑车辆类型的影响，而且不存在转弯车流 的情况下，饱和流率与车道宽度有以下的关系的情况下，饱和流率与车道宽度有以下的关系 ： F. F.韦伯斯特关系式韦伯斯特关系式 R.R.金伯等人给出的关系式金伯等人给出的关系式 北京城市规划设计院给出关系式北京城市规划设计院给出关系式 第第4节节 饱和流率饱和流率 69 4.2 直行车道的饱和流率直行车道的饱和流率 F. F.韦伯斯特关系式韦伯斯特关系式 S=525W

39、 S 直行车道的饱和流率，辆直行车道的饱和流率，辆/ /时；时； W车道宽度，米。车道宽度，米。 上式表明：上式表明： 直行车道饱和流率与车道宽度之间呈直行车道饱和流率与车道宽度之间呈 线性关系。线性关系。 第第4节节 饱和流率饱和流率 70 4.2 直行车道的饱和流率直行车道的饱和流率 R.R.金伯等人给出的关系式金伯等人给出的关系式 S=196W979W+2964 上式表明：上式表明： 直行车道饱和流率与车道宽度呈非线性关系。直行车道饱和流率与车道宽度呈非线性关系。 第第4节节 饱和流率饱和流率 71 4.2 直行车道的饱和流率直行车道的饱和流率 北京城市规划设计院给出关系式北京城市规划设

40、计院给出关系式 S=241W1564W +3990 上式表明：上式表明： 直行车道饱和流率与车道宽度呈非线性关系。直行车道饱和流率与车道宽度呈非线性关系。 第第4节节 饱和流率饱和流率 72 表表3-4-1 车辆换算系数车辆换算系数 第第4节节 饱和流率饱和流率 73 4.3 左转车道的饱和流率左转车道的饱和流率 在信号控制下，左转车道上车辆通行所处的条在信号控制下，左转车道上车辆通行所处的条 件通常分为：件通常分为： 保护信号相位保护信号相位 许可信号相位许可信号相位 保护、许可结合的信号相位保护、许可结合的信号相位 第第4节节 饱和流率饱和流率 74 4.3 左转车道的饱和流率左转车道的饱

41、和流率 保护信号相位保护信号相位 左转处于保护信号相位：左转处于保护信号相位： 即增设左转相位。即增设左转相位。 计算公式：计算公式：S S左左=S=S直直 k= =S S直直 1/(1+1.52/1/(1+1.52/r) ) = =S S直直 0.868,(0.868,(r=10m)=10m) 参考北京市政设计院提供的数据，取：参考北京市政设计院提供的数据，取： h h0 0=2.5=2.5秒，则秒，则S S直 直=1440 =1440辆辆/ /时，得到：时，得到： S S左左=1440=1440 0.868=12500.868=1250（辆（辆/ /小时）小时） 第第4节节 饱和流率饱和流

42、率 75 4.3 左转车道的饱和流率左转车道的饱和流率 许可信号相位许可信号相位 处于许可信号相位处于许可信号相位左转流向在不影响对向左转流向在不影响对向 直行流向通行时，穿插通过交叉口。直行流向通行时，穿插通过交叉口。 1 1）利用对向车流可插空档通行）利用对向车流可插空档通行 2 2）以左转车道饱和流率放行）以左转车道饱和流率放行 在实际使用时，应以实测为准。在实际使用时，应以实测为准。 第第4节节 饱和流率饱和流率 76 4.4 右转车道的饱和流率右转车道的饱和流率 在信号控制下，右转车道上车辆通行所处在信号控制下，右转车道上车辆通行所处 的的 条件：条件： 保护信号相位保护信号相位 许

43、可信号相位许可信号相位 保护、许可结合的信号相位保护、许可结合的信号相位 在实际使用时，应以实测为准。在实际使用时，应以实测为准。 第第4节节 饱和流率饱和流率 77 4.5 饱和流率的测量与分析饱和流率的测量与分析 车道饱和流率可以由实地观测求得。车道饱和流率可以由实地观测求得。 通常的计算方法：通常的计算方法： 1）实测饱和车头时距）实测饱和车头时距ho； 2）换算车道饱和流率，即：）换算车道饱和流率，即： S=3600/h0 ，辆，辆/时时 第第4节节 饱和流率饱和流率 78 4.5 饱和流率的测量与分析饱和流率的测量与分析 车头时距的观测：车头时距的观测： 第第4节节 饱和流率饱和流率

44、 79 4.5 饱和流率的测量与分析饱和流率的测量与分析 车头时距分布：车头时距分布： 第第4节节 饱和流率饱和流率 80 4.5 饱和流率的测量与分析饱和流率的测量与分析 在车头时距分布图中：在车头时距分布图中： hi 第第 i 个车头时距，秒；个车头时距，秒； ho 饱和车头时距，秒；饱和车头时距，秒； ti 第第 i 个车头时距增量，秒。个车头时距增量，秒。 车流的启动损失时间，即： 第第4节节 饱和流率饱和流率 nithh ii , 2 , 1 0 n i i tl 1 1 81 4.5 饱和流率的测量与分析饱和流率的测量与分析 观测数据观测数据（表表3-4-2）的处理方法：的处理方法

45、： 第第4节节 饱和流率饱和流率 82 4.5 饱和流率的测量与分析饱和流率的测量与分析 观测数据的处理方法：观测数据的处理方法： 分析表分析表3-4-23-4-2中数据可以看到：中数据可以看到： 1. 1. 第第5 5辆车以后，出现稳定的平均车头时距，辆车以后，出现稳定的平均车头时距， 即饱和车头时距即饱和车头时距h ho o=2.4=2.4秒，对应饱和流率为：秒，对应饱和流率为： S=3600/hS=3600/h0 0=3600/2.4=1500=3600/2.4=1500辆辆/ /小时小时/ /车道车道 第第4节节 饱和流率饱和流率 83 4.5 饱和流率的测量与分析饱和流率的测量与分析

46、 观测数据的处理方法：观测数据的处理方法： 分析表分析表3-4-23-4-2中数据可以看到：中数据可以看到： 2. 2. 前前5 5辆车多占用的绿灯时间，即绿灯信号时辆车多占用的绿灯时间，即绿灯信号时 段前损失时间为：段前损失时间为： l1=t1+t2+t3+t4+t5 =1.4+0.9+0.5+0.2+0.1=3.1（ （秒）秒） 即前即前5 5辆车多占用的绿灯时间为：辆车多占用的绿灯时间为： 15.1-12=3.115.1-12=3.1（秒）。（秒）。 第第4节节 饱和流率饱和流率 84 4.5 饱和流率的测量与分析饱和流率的测量与分析 观测数据的处理方法：观测数据的处理方法： 分析表分析

47、表3-4-23-4-2中数据可以看到：中数据可以看到： 3. 3. 设在绿灯信号时段内，队列持续放行车辆数设在绿灯信号时段内，队列持续放行车辆数 为为n ，则共用绿灯时间，则共用绿灯时间Tn为：为： Tn = l1+ ho n = 3.1+ 2.4 n ，秒，秒 第第4节节 饱和流率饱和流率 85 4.5 饱和流率的测量与分析饱和流率的测量与分析 观测数据的处理方法：观测数据的处理方法： 分析表分析表3-4-23-4-2中数据可以看到：中数据可以看到： 4. 4. 在测定饱和车头时距时，应选择有足够在测定饱和车头时距时，应选择有足够长长队队 列的情况，使在绿灯信号时段内能观测列的情况，使在绿灯

48、信号时段内能观测 到到 队列车辆持续放行。队列车辆持续放行。 第第4节节 饱和流率饱和流率 86 4.5 饱和流率的测量与分析饱和流率的测量与分析 在观测时，通常放过开始的几辆车。在观测时，通常放过开始的几辆车。 设从第设从第5 5辆车通过观测线开始计时，一直到第辆车通过观测线开始计时，一直到第1717 辆车通过观测线为止，共计时辆车通过观测线为止，共计时28.828.8秒，即共有秒，即共有 （17-517-5）辆车通过观测线，共持续）辆车通过观测线，共持续28.828.8秒，故秒，故 得到饱和车头时距得到饱和车头时距ho o: : ho = 28.8/(17 = 28.8/(175)=28.

49、8/12=2.45)=28.8/12=2.4（秒）（秒） S = 3600/ = 3600/ho=3600/2.4=1500=3600/2.4=1500辆辆/ /小时小时/ /车道车道 = 1500 = 1500 辆辆/ /小时小时 第第4节节 饱和流率饱和流率 87 4.5 饱和流率的测量与分析饱和流率的测量与分析 在观测时，通常放过开始的几辆车。在观测时，通常放过开始的几辆车。 设从第设从第5 5辆车通过观测线开始计时，一直到第辆车通过观测线开始计时，一直到第1717 辆车通过观测线为止，共计时辆车通过观测线为止，共计时28.828.8秒，即共有秒，即共有 （17-517-5）辆车通过观测

50、线，共持续）辆车通过观测线，共持续28.828.8秒，故秒，故 得到饱和车头时距得到饱和车头时距ho o: : ho = 28.8/(17 = 28.8/(175)=28.8/12=2.45)=28.8/12=2.4（秒）（秒） S = 3600/ = 3600/ho=3600/2.4=1500=3600/2.4=1500辆辆/ /小时小时/ /车道车道 = 1500 = 1500 辆辆/ /小时小时 ( (ENDEND) ) 第第4节节 饱和流率饱和流率 88 第第3章章 交通信号控制交通信号控制 第第1节概述节概述 第第2节信号相位节信号相位 第第3节信号控制基本参数节信号控制基本参数 第

51、第4节饱和流率节饱和流率 第第5节交叉口车辆受阻状况描述节交叉口车辆受阻状况描述 89 1.3.1 欠饱和及其车辆受阻描述欠饱和及其车辆受阻描述 1.3.2 临界饱和及其车辆受阻描述临界饱和及其车辆受阻描述 1.3.1 过饱和及其车辆受阻描述过饱和及其车辆受阻描述 第第5节节 交叉口车辆受阻状况描述交叉口车辆受阻状况描述 90 信号交叉口的各进口道处的车辆受阻情况信号交叉口的各进口道处的车辆受阻情况 与什么有关与什么有关？ 在信号交叉口的进口道处，车辆在红灯期在信号交叉口的进口道处，车辆在红灯期 间受阻，产生排队，而在绿灯期间放行，疏散间受阻，产生排队，而在绿灯期间放行，疏散 车队。各进口道处

52、的车辆受阻情况，车队。各进口道处的车辆受阻情况，一方面与一方面与 进口道的车流到达率及其饱和流率有关，另一进口道的车流到达率及其饱和流率有关，另一 方面又与交叉口的信号配时参数有关。方面又与交叉口的信号配时参数有关。 第第5节节 交叉口车辆受阻状况描述交叉口车辆受阻状况描述 91 在到达率和饱和流率一定的情况下，在到达率和饱和流率一定的情况下，合理合理 地确定交叉口的信号配时参数，可以有效地减地确定交叉口的信号配时参数，可以有效地减 小交叉口的车辆延误，提高交叉口的服务水平小交叉口的车辆延误，提高交叉口的服务水平 。 交叉口的交通状况一般有交叉口的交通状况一般有3种情况：种情况：欠饱和欠饱和

53、、临界饱和、过饱和。、临界饱和、过饱和。 交叉口在不同的交通状况下，有着不同的交叉口在不同的交通状况下，有着不同的 车辆受阻描述。车辆受阻描述。 第第5节节 交叉口车辆受阻状况描述交叉口车辆受阻状况描述 92 进行车辆受阻描述时，涉及的数据如下：进行车辆受阻描述时，涉及的数据如下： qi-进口道进口道 i 车流到达率，辆车流到达率，辆/小时（辆小时（辆/秒）秒） ； pi-进口道进口道 i 所在相位的通行能力，辆所在相位的通行能力，辆/小时（小时（ 辆辆/秒）秒）； Si-进口道进口道 i 饱和流率，辆饱和流率，辆/小时（辆小时（辆/秒）；秒）； C-信号周期，秒；信号周期，秒； Gei-相位

54、相位 i 有效绿灯时间，秒；有效绿灯时间，秒； Rei-相位相位 i 等效红灯时间，等效红灯时间，Rei =Ri + l，秒。，秒。 第第5节节 交叉口车辆受阻状况描述交叉口车辆受阻状况描述 93 1.3.1 欠饱和及其车辆受阻描述欠饱和及其车辆受阻描述 （1）欠饱和状况）欠饱和状况 车辆在红灯期间受阻排队，在绿灯期间放行；车辆在红灯期间受阻排队，在绿灯期间放行； 如果在绿灯期间内，进口方向的车队能够完全如果在绿灯期间内，进口方向的车队能够完全 疏散，则此种交通状况称为欠饱和交通状况。疏散，则此种交通状况称为欠饱和交通状况。 在欠饱和情况下，进口道车队完全疏散所需要在欠饱和情况下，进口道车队完

55、全疏散所需要 的时间小于绿灯时间，即的时间小于绿灯时间，即 疏散时间疏散时间绿灯时间绿灯时间 第第5节节 交叉口车辆受阻状况描述交叉口车辆受阻状况描述 94 1.3.1 欠饱和及其车辆受阻描述欠饱和及其车辆受阻描述 （2）欠饱和状况的描述）欠饱和状况的描述 可从两个方面来描述：可从两个方面来描述： ， 第第5节节 交叉口车辆受阻状况描述交叉口车辆受阻状况描述 ii i iei yu S q C G , sei tG ii eii ii m s qS Rq qS Q t 95 1.3.1 欠饱和及其车辆受阻描述欠饱和及其车辆受阻描述 （3）欠饱和车辆受阻图）欠饱和车辆受阻图 受阻图是进口道累计车

56、辆数与时间关系图。受阻图是进口道累计车辆数与时间关系图。 根据对欠饱和状况的描述，可绘制进口道根据对欠饱和状况的描述，可绘制进口道 车车 辆受阻图。辆受阻图。 第第5节节 交叉口车辆受阻状况描述交叉口车辆受阻状况描述 96 （3）欠饱和车辆受阻图）欠饱和车辆受阻图 97 1 1）车流以平均到达率）车流以平均到达率q驶向交叉口，遇到驶向交叉口，遇到 红灯车辆受阻，在进口道上停车等待，产生车红灯车辆受阻，在进口道上停车等待，产生车 辆排队。在红灯时间结束的时刻，进口道上的辆排队。在红灯时间结束的时刻，进口道上的 车辆排队长度达到最大值，即车辆排队长度达到最大值，即Qm = q Rei，辆。，辆。

57、2 2）当绿灯时间开始以后，车队以饱和流率当绿灯时间开始以后，车队以饱和流率 S放行驶离停车线，离开率放行驶离停车线，离开率 =S。同时，进口道。同时，进口道 上车队长度上车队长度Q由其最大值由其最大值Qm逐渐减少，当其减逐渐减少，当其减 少至零少至零Q=0)时，对应所经历的时间称为疏散时时，对应所经历的时间称为疏散时 间间ts，又称之为饱和绿灯时间：，又称之为饱和绿灯时间： ts= Qm /( Sq ) （3）欠饱和车辆受阻图）欠饱和车辆受阻图 98 3）剩余的绿灯时间）剩余的绿灯时间Geits 称为非饱和绿灯称为非饱和绿灯 时间。在此绿灯时间内，进口道车流离开率时间。在此绿灯时间内，进口道

58、车流离开率 等于到达率，即等于到达率，即 = q。这表明当进口道的车队。这表明当进口道的车队 完全疏散后，来一辆完全疏散后，来一辆 车便走一辆车，不需要车便走一辆车，不需要 等待。等待。 4）斜线）斜线OF：表示累计到达车辆数随时间：表示累计到达车辆数随时间 的变化，其斜率为车流到达率的变化，其斜率为车流到达率q，辆，辆/小时（辆小时（辆/ 秒）秒） 5）点）点F：表示一个信号周期累计到达车辆：表示一个信号周期累计到达车辆 数数q C，辆。，辆。 （3）欠饱和车辆受阻图）欠饱和车辆受阻图 99 6）斜线）斜线BH：表示累计放行车辆数随时间：表示累计放行车辆数随时间 的变化，其斜率为车道饱和流率

59、的变化，其斜率为车道饱和流率S，辆，辆/小时（辆小时（辆 /秒）秒） 7）点）点H：表示在绿灯时间内，最大放行车：表示在绿灯时间内，最大放行车 数。数。Gei S，辆。，辆。 8）点）点D：表示红灯时间内，累计到达的车：表示红灯时间内，累计到达的车 辆数，即最大排队长度辆数，即最大排队长度Qm = q Rei，辆。，辆。 （3）欠饱和车辆受阻图）欠饱和车辆受阻图 100 9）点）点E：该点既表示在：该点既表示在ts内，进口道等待内，进口道等待 放行车队完全疏散，车队长度放行车队完全疏散，车队长度Q = 0；又表示进；又表示进 口道在一个信号周期内受阻的车辆数，它等于口道在一个信号周期内受阻的车

60、辆数，它等于 在疏散时间在疏散时间ts内放行的车辆数内放行的车辆数 S ts。 10）线段线段EFEF：表示在非饱和绿灯时间（：表示在非饱和绿灯时间（ G1eits）内，进口道车流离开率等于达率相，即）内，进口道车流离开率等于达率相，即 = q，车辆无阻碍地通过交叉口。，车辆无阻碍地通过交叉口。 1111）在线段）在线段OEOE上：任一到来的车辆均受阻上：任一到来的车辆均受阻 一定时间后才能驶离交叉口。一定时间后才能驶离交叉口。 （3）欠饱和车辆受阻图）欠饱和车辆受阻图 101 1.3.2 临界饱和及其车辆受阻描述临界饱和及其车辆受阻描述 （1）临界饱和状况）临界饱和状况 车辆在红灯期间受阻排