干道信号协调控制

干道信号协调控制由于密集的土地开发，在城市道路网络中，相邻交叉口之间的距离通常较近，交通量通常也较大。当采用交通信号灯控制的相邻交叉口距离较短时，就非常有必要协调相邻交叉口交通信号灯的绿灯启亮时间和信号配时方案，使车辆高效率地通过相邻的两个或多个交叉口。为了保待城市主干道的畅通，经常对主干道上的信号控制交叉口采取协调控制，通常称之为干道交叉口信号协调控制，或简称为干道信号协调控制。第一节概述1、干道信号协调控制简介减少提车次数降低延误提高服务水平保持平稳车速连续的车队减少滞留车辆按照建议车速行驶的车辆将很少被红灯阻止不接受建议车速的驾驶员将会频繁地遭遇红灯协调控制使车辆以排列紧凑的车队形式连续地、不停车地通过交叉口，提高道路的使用效率协调控制可以减少交叉口停车线前所滞留的车辆数，避免交通拥堵第一节概述2、协调控制的效益协调控制目标交通流道路系统类型道路系统的空间布局和主要交通流的空间分布是交通信号的协调控制必须要考虑的内容。单向行驶的主干道路双向行驶的主干道路单向行驶的道路网双向行驶的道路网由单行道和双行道所构成的混合式道路网对某一个方向的交通流进行协调控制对两个方向的交通流都进行协调控制最大带宽最小延误时间最少停车次数停车次数和延误加权综合的最小化第一节概述3、协调控制的内容影响因素街道运行条件主线交通流中存在大量的转出交通流信号交叉口之间的距离主线交通流存在大量的路侧交通干扰主线交通流中存在大量的转入交通流需要进行多相位信号控制的复杂交叉口第一节概述4、影响协调控制的因素信号协调系统内的交叉口应具有统一的信号周期长度！周期长度不一样！周期长度一样！第二节基本概念1、周期各交叉口绿信比根据自的流量需求而定，不一相同！周期一样，绿信比不一样！第二节基本概念2、绿信比λ绝对相位差各个信号灯的绿灯或红灯的起点相对于某一个标准信号灯的绿灯或红灯起点的时间之差。相位差相对相位差相对时差是指两相邻信号灯的绿灯或红灯的起点之间的时间之差。第二节基本概念3、相位差OfＡ为系统参照交叉口，周期长度为140s各相邻交叉口间车辆平均行驶时间是：T1＝170s，T2=156sT3=232s，T4=183s求：各交叉口绝对相位差各交叉口相对相位差例子B交叉口的绝对相位差=T1-140s（１个周期长）=30sC交叉口的绝对相位差=T1+T2-280s（２个周期长）=46sD交叉口的绝对相位差=T1+T2+T3-420s（３个周期长）=138sE交叉口的绝对相位差=T1+T2+T3+T4-560s（4个周期长）=181s第二节基本概念四个相邻信号交叉口协调控制时空图协调控制的时间—距离图（也称时空图）是将信号灯灯色的显示作为时间函数而绘制的两个及两个以上信号灯的协调控制图空白或直线代表绿灯（—）实心的线条代表红灯（）第二节基本概念4、时间—距离图协调控制的带宽带宽（BW）“带宽“通常是指绿灯”窗口”，在“窗口”期间，车队可以连续通过一系列交叉口。图示中自南向北的带宽为17秒，自北向南的带宽为0秒。若以带宽为系统的目标，这个交通信号协调控制系统表现不好，需要重新调整协调控制方案。第二节基本概念5、带宽理想时差：使信号协调达到最理想状态的相位差，即，当车队的首车到达下游交叉口时，下游交叉口绿灯信号刚好启动。计算公式如下：上、下游相邻交叉口之间的距离车队的行驶速度反映了期望获得最大带宽、最小延误和最少停车次数当车队从第一个交叉口由静止开始启动时，考虑到启动过程速度较低，可在上式后面添加一项启动延误（2~4秒）注意：理想相位差的正向偏差和负向偏差所引起的损失是不同的第二节基本概念6、理想时差1）假设系统周期时长C=60s无车辆停车排队车队速度=18m/s每个信号灯绿灯时间分配方案确定第三节单向行驶道路的协调控制1、单向绿波基本设计方法理想时差计算公式：根据假设条件和理想时差计算公式，计算结果如右图：交叉口编号相邻的上游交叉口编号理想相位差(s)65540/18=3054180/18=1043360/18=2032360/18=2021360/18=202）确定理想时差第三节单向行驶道路的协调控制图中第一根虚线代表了车队的首车，第二根虚线代表了车队的尾车。假设车辆或者车队以18m/s的速度行驶，当车辆到达每个交叉口时，交叉口的信号灯刚好变绿。实际上，理想时差的计算也正是要实现这种理想效果。3）绘制时间—距离图第三节单向行驶道路的协调控制绿灯的启亮顺序是从上游第一个交叉口开始向下游各个交叉口依次传递，在视觉上形成一个向前移动的“绿波”。图中的虚线斜率也代表了“绿波”的速度。如果车辆行驶的速度较慢（譬如12m/s),"绿波＂速度依然是18m/s,结果将导致车队的运行落后于“绿波”的运动，车队与“绿波”相分离，预期的协调控制的理想效果将受到影响。图中展示了一个绿灯时间”窗口＂。两根虚线就代表了这个时间窗口的上限和下限。在这个窗口期间到达的车辆可以不停车地连续通行千各个交叉口。这个窗口就是“绿波”的带宽。可以用它来评估不停车通过车队的规模大小。车队车速低于“绿波”速度，尾部车辆遭遇红灯阻拦，车队车速高于“绿波”速度，头部车辆遭遇红灯阻拦。4）效果分析第三节单向行驶道路的协调控制排队车辆的影响：清空排队车辆使绿波速度领先于车队的移动随着车队移动，车队可通过窗口越来越狭窄准确估计每个交叉口排队的车辆数非常重要排队车辆的影响：从上游交叉口主干道两侧的次要道路转入车辆从上下游交叉口之间的小路驶入的车辆从路边停车带驶出的车辆从上个信号周期滞留的车辆第三节单向行驶道路的协调控制2、排队车辆对协调控制的影响4同步协调内部排队车辆使得理想时差的计算值为零，系统中的所有的信号灯同时变绿3逆向协调自下游每条路段向上游信号灯依次启亮，车队中的驾驶员看到绿波由远处向车队而来，与车队的运行方向相反1简单协调从上游第一个交叉口驶出的车队到达下游每一个交叉口时，绿灯刚好启亮2可变协调在一天之中，执行两套或者多套简单协调控制方案，以便适应主要交通流向和流量的变化。对于单行道路或者交通量方向不均匀系数较大的双向行驶道路，可以考虑采取单向协调控制的方式！第三节单向行驶道路的协调控制3、单向行驶道路的主要协调方式假设相对单向行驶道路而言，实现双向行驶道路的信号协调控制比较复杂。这里假定主干道不是单行道而是一个双向行驶的道路。向北行驶向南行驶→→第四节双向行驶道路的协调控制1、双向绿波基本设计方法两个方向的时差之和等于一个周期时长两个方向的时差之和等于两个周期时长2、双向绿波相位差第四节双向行驶道路的协调控制绘制初始方案的时空图。水平移动一个或若干个交叉口的信号配时图改变其绿灯启亮时间，改变时差。根据新的时差重新确定绿波带。检查新方案绿波带的持续时间，计算绿波带宽度。分析新方案的绿波带宽度。确定系统的周期时长。输出最终方案的周期时长、时差、车辆行驶速度、绿波度带和宽协调控制效率。3、双向绿波带宽的计算：试错法第四节双向行驶道路的协调控制1同步式协调交叉口在同一时刻，干道方向显示相同灯色同步式控制容易导致车速过快对于双向行驶的道路，如果相邻交叉口的间距都相等，则容易实现一些比较理想的双向协调控制方式！4、双向行驶道路的主要协调方式第四节双向行驶道路的协调控制2交互式协调相同交叉口在同一时刻，干道方向显示相反灯色当交叉口主、次干道的通行时间分配比例为50:50时，双向绿波的带宽效率均为50%当交叉口主干道的通行时间多于次干道时，将产生多余的绿灯时间当交叉口主干道的通行时间少于次干道时，将消减绿波带宽第四节双向行驶道路的协调控制3双重交互式协调双重交互式控制系统的效率是25%；为交互式控制效率的一半当交叉口主干道的通行时间多于次干道时，将产生多余的绿灯时间当交叉口主干道的通行时间少于次干道时，将消减绿波带宽第四节双向行驶道路的协调控制在确定线控系统的配时方案之前，必须调查收集一批必要的道路交通数据：交叉口间距：相邻交叉口停车线到停车线的距离街道及交叉口的布局：车道宽度、进口道宽度以及车道数交通量：交叉口交通流向、流量、交通量日变图交通管理规则：限速、限制转向、停车带等车速和延误：路段上的行驶车速以及当时所用控制方式下的延误第五节干线信号协调控制的设计流程1、所需基本数据根据每个交叉口的平面布局和交通量，按照单点定时控制的配时方法，确定交叉口的周期和相位配时方案；以周期长度最大的交叉口为关键交叉口，以此周期时长为整个干道信号协调系统的备选系统周期时长；关键交叉口的主干道直行相位显示绿灯时间，是干道系统内各交叉口在干道直行方向必须保持的最小绿灯长度；非关键交叉口，其次要道路方向的显示绿灯时间是该交叉口对次要道路方向所必须保持的最小绿灯时间；非关键交叉口的周期小于系统周期时，将周期放大至系统周期，次要道路方向的绿灯只需维持最小绿灯时间，多余时间加给主路方向。2、计算备用配时方案第五节干线信号协调控制的设计流程干道信号协调系统的周期长度需要通过试算进行确定，通常将系统备选周期时长作为试算起点，采用同步式与交互式控制模式，计算相位差和绿波速度、带宽，然后与实际测量的平均路段车速比较，通过在一定范围内调整系统周期获得与实际车速相接近的系统信号协调控制方案；上述相位差和绿波速度、带宽的确定过程可采用图解法或数解法获得。3、确定周期长度和相位差第五节干线信号协调控制的设计流程4、提高干道信号协调控制系统效益的辅助方法1）续进式协调控制允许各相邻交叉口之间采用不同的设计车速。第五节干线信号协调控制的设计流程2）前置信号在主要交叉口前设置前置信号，使交通流在此处集中，而后不停车连续通过下游交叉口。第五节干线信号协调控制的设计流程3）可变车速指示在交叉口前设置速度标志，指示驾驶人以标志速度行驶，通过交叉口。第五