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1、第十章第十章 干线交叉口交通信号协调控制干线交叉口交通信号协调控制 干线交通信号定时式协调控制干线交通信号定时式协调控制感应式线控系统和计算机线控系统感应式线控系统和计算机线控系统线控系统的联结方式线控系统的联结方式选用线控系统的依据选用线控系统的依据1 1干线信号协调的基本思想干线信号协调的基本思想 干线信号协调是开放路网信号协调，干线信号协调是开放路网信号协调，即从系统的观点出发，将干线上的几个交即从系统的观点出发，将干线上的几个交 叉口视一个整体，通过整体信号配时的协叉口视一个整体，通过整体信号配时的协 调优化，建立多个交叉口相互关联的信号调优化，建立多个交叉口相互关联的信号 配时方案组
2、合，以达到提高干线运行效果配时方案组合，以达到提高干线运行效果 的目的。的目的。2 2干线协调的使用条件干线协调的使用条件 当干线上当干线上两相邻信号控制交叉口两相邻信号控制交叉口之间的之间的 距离适当，距离适当，使得车辆在路段上行驶时，能够使得车辆在路段上行驶时，能够 基本上保持一个基本上保持一个车队的形式车队的形式时，可考虑对此时，可考虑对此 干线进行信号协调控制。干线进行信号协调控制。3 3干线协调的目的干线协调的目的 通过对各个交叉口的信号周期、绿信通过对各个交叉口的信号周期、绿信 比以及交叉口之间的绿灯起步时差（相位比以及交叉口之间的绿灯起步时差（相位 差）作统筹安排，建立最优信号配
3、时方案差）作统筹安排，建立最优信号配时方案 组合，提高干线整体交通运行效果，如最组合，提高干线整体交通运行效果，如最 大绿波带、最小车辆延误与停车次数、最大绿波带、最小车辆延误与停车次数、最 低油耗等。低油耗等。4 4干线信号协调的配时参数干线信号协调的配时参数（相位）（相位）信号周期信号周期绿信比（绿灯时间）绿信比（绿灯时间）绿灯起步时差（相位差）绿灯起步时差（相位差）5 5第一节第一节 干线交通信号定时式协调控制干线交通信号定时式协调控制信号协调控制系统的基本参数信号协调控制系统的基本参数定时式线控制系统的协调方式定时式线控制系统的协调方式定时式线控制系统的配时设计方法定时式线控制系统的配
4、时设计方法提高线控制系统效益的辅助设施提高线控制系统效益的辅助设施6 6一、信号协调控制系统的基本参数一、信号协调控制系统的基本参数周期周期绿信比（绿灯时间）绿信比（绿灯时间）相位差（绿灯起步时差）相位差（绿灯起步时差）7 71、绿灯起步时差（相位差）、绿灯起步时差（相位差）概念：概念：相邻两交叉口绿灯起始时刻之差，称为相邻两交叉口绿灯起始时刻之差，称为绿灯起步时差或相位差，用绿灯起步时差或相位差，用ij（秒）表示。（秒）表示。绿灯起步时差有单向与双向之分。绿灯起步时差有单向与双向之分。单向绿灯起步时差用于单向交通，双向单向绿灯起步时差用于单向交通，双向绿灯起步时差用于双向交通。绿灯起步时差用
5、于双向交通。8 8单向绿灯起步时差单向绿灯起步时差用于协调单向交用于协调单向交 通（或双向交通的某一个方向）通（或双向交通的某一个方向）概念：对于单向交通，两相邻交叉口绿灯概念：对于单向交通，两相邻交叉口绿灯 起始时刻单向之差，称为单向绿灯起始时刻单向之差，称为单向绿灯 起步时差或单向相位差。起步时差或单向相位差。图示：通常用单向时图示：通常用单向时空图（又称时空图（又称时距距 图）描述单向相位差。图）描述单向相位差。9 9 C C G e1 R e1 G e1 R e1 1212 12相位相位AG e1 R e1 G e1 R e1 C C 单向绿灯起步时差单向绿灯起步时差1010 单向绿灯
6、起步时差的特点：单向绿灯起步时差的特点：可以根据需要任意取值，不受任何条件可以根据需要任意取值，不受任何条件的限制。的限制。单向协调容易实现。单向协调容易实现。1111 双向绿灯起步时差双向绿灯起步时差用于双向协调用于双向协调 概念：概念：对于双向交通，两相邻交叉口绿灯起对于双向交通，两相邻交叉口绿灯起 始时刻双向之差，称为双向绿灯起步时差始时刻双向之差，称为双向绿灯起步时差 或双向相位差，包括上行绿灯起步时差和或双向相位差，包括上行绿灯起步时差和 下行绿灯起步时差，它们分别对应于路段下行绿灯起步时差，它们分别对应于路段 上车流行驶方向的上行和下行。上车流行驶方向的上行和下行。1212图示：通
7、常用双向时图示：通常用双向时空图（又称时空图（又称时距距 图）描述双向相位差。图）描述双向相位差。1313 C C C Ge1 Re1 Ge1 Re1 Ge1 Re1 Ge1 Re1 Ge1 Re1 Ge1 Re112相位相位 A上上 下下Ge1 Re1 Ge1 Re1 Ge1 Ge1 Re1 Ge1 Re1 Ge1 C CO O1212 O O21 21 O O1212 O O2121 双向绿灯起步时差双向绿灯起步时差1414 上行绿灯起步时差上行绿灯起步时差O12：表示交叉口表示交叉口2 2比交叉口比交叉口1 1绿灯时间迟起绿灯时间迟起 亮亮O12秒。秒。下行绿灯起步时差下行绿灯起步时差O
8、21：表示交叉口表示交叉口1 1比交叉口比交叉口2 2绿灯时间迟起绿灯时间迟起 亮亮O21秒。秒。1515上、下行绿灯起步时差的关系：上、下行绿灯起步时差的关系：O O12+O O21=k C C C共同信号周期，秒；共同信号周期，秒；K K任一整数任一整数 上、下行相位差之间存在上、下行相位差之间存在约束条件约束条件：即二者之和为共同信号周期的整数倍。即二者之和为共同信号周期的整数倍。上、下行绿灯起步时差不能分别根据需要上、下行绿灯起步时差不能分别根据需要 而任意取值，而任意取值，双向协调难于实现。双向协调难于实现。1616 例例：现有两相邻信号控制交叉口，设共同现有两相邻信号控制交叉口，设
9、共同 的信号周期的信号周期 C=70 C=70 秒，现调整上行绿灯起秒，现调整上行绿灯起 步时差步时差O O1212=40=40 秒。秒。试回答：可否同时将下行绿灯起步时试回答：可否同时将下行绿灯起步时 差调整为差调整为O O2121=40=40秒？为什么？秒？为什么？1717解：绘制双向时解：绘制双向时空图：空图：C 701240 30O12 O21上 下 C 70图（例）Ge1 Re1 Ge1 Re1Ge11818 由时由时空图可见：空图可见：当调整上行绿灯起步时差当调整上行绿灯起步时差 O O1212=40=40秒后，秒后，下行绿灯起步时下行绿灯起步时O O2121的最小值必然是的最小值
10、必然是3030秒，秒，因为因为：O O12 +O21=7070秒秒 O21=70 70 O12=7040=7040=3030秒秒同样，若使同样，若使O21=4040秒，则秒，则O12的最小值必的最小值必 然是然是3030秒。秒。上、下行绿灯起步时差不能同时取上、下行绿灯起步时差不能同时取4040秒。秒。19192 2、信号周期、信号周期要求：要求：在进行信号协调控制时，参与信号协在进行信号协调控制时，参与信号协 调的各交叉口均采取调的各交叉口均采取统一的信号周期统一的信号周期，称，称 之为共同周期。之为共同周期。共同周期的作用：共同周期的作用：使相位差保持恒定。使相位差保持恒定。2020 相位
11、差保持恒定是进行信号协调控制的必 要条件。用单向时用单向时空图说明：空图说明：共同周期下，相位差能够恒定共同周期下，相位差能够恒定 周期不同时，相位差不能恒定周期不同时，相位差不能恒定 对于双向交通可以得到同样的结论。对于双向交通可以得到同样的结论。2121 C 80 C 80 周期1 周期2 C 80 C 801相位 A2 O1 O2 O3 30 30 30 共同周期的作用 Ge1 Re1 Ge1 Re12222周期1 周期2 周期3 C1 50 C1 50 C1 5012相位 A C2 70 C2 7020 40 60 O1 O2 O3 不采用共同周期下的绿灯起步时差 Ge1 Re1 Ge
12、1 Re123233 3、绿灯时间、绿灯时间 部分交叉口的绿灯时间应进行调整。各交叉口绿灯时间可以各不相同。2424二、定时式线控系统的协调方式二、定时式线控系统的协调方式 1、单向交通、单向交通 2、双向交通、双向交通25251、单向交通（或双向交通的某一个方向）、单向交通（或双向交通的某一个方向）理想条件：理想条件：共同周期共同周期 相位差等于车队在路段上的正常行驶时间相位差等于车队在路段上的正常行驶时间 10-126262、双向交通、双向交通理想条件：理想条件：共同周期共同周期 相位差等于车队在路段上的正常行驶时相位差等于车队在路段上的正常行驶时 间，并等于半周期的整数倍。间，并等于半周
13、期的整数倍。10-22727干线上各路段距离相等：干线上各路段距离相等：容易满足理想条件。容易满足理想条件。干线上各路段距离不相等：干线上各路段距离不相等：理想条件难于满足，经常使用折中方案。理想条件难于满足，经常使用折中方案。双向协调三种控制形式：双向协调三种控制形式：同步式协调控制（相位差为同步式协调控制（相位差为0秒）秒）交互式协调控制（相位差为半周期）交互式协调控制（相位差为半周期）续进式协调控制（调整相位差）续进式协调控制（调整相位差）2828三、定时式线控制系统的配时设计方法三、定时式线控制系统的配时设计方法1、时间、时间-距离图距离图（也称（也称时时-距图距图或或时时-空图空图）
14、图示画法：图示画法：125页（图页（图10-1）（或旋转（或旋转90度绘图）度绘图）2929 G R 12VL O=40V R G t=40 单向时单向时空图（理想条件）空图（理想条件）23030 2、配时所需数据：、配时所需数据：两相邻交叉口之间的距离；两相邻交叉口之间的距离；交叉口布局（是否有直行车道）交叉口布局（是否有直行车道）交通流量（直行单、双向）交通流量（直行单、双向）交通管理规则（是否单行线）交通管理规则（是否单行线）车速及延误（是否需要协调）车速及延误（是否需要协调）31313、配时方案的确定：、配时方案的确定：共同周期的确定共同周期的确定 通常取交通负荷最高的（关键）交叉通常
15、取交通负荷最高的（关键）交叉 口作为信号协调的参考点。各交叉口相对口作为信号协调的参考点。各交叉口相对 于此参考点进行绿灯起步时差的调整。于此参考点进行绿灯起步时差的调整。关关 键交叉口所需的最佳周期键交叉口所需的最佳周期，作为信号协调，作为信号协调 的的共同周期。共同周期。3232 1 2 3 C1=55 C2=70 C3=65(a)1 2 3(b)关键交叉口（参考点）C=70 共同周期的确定共同周期的确定3333绿灯时间的确定（一般方法）绿灯时间的确定（一般方法）关键交叉口绿灯时间不变；关键交叉口绿灯时间不变；非关键交叉口绿灯需要调整：非关键交叉口绿灯需要调整：非关键交叉口沿干线方向的绿灯
16、时非关键交叉口沿干线方向的绿灯时 间间不小于不小于关键交叉口沿干线方向的绿灯关键交叉口沿干线方向的绿灯 时间。时间。各交叉口绿灯时间可以各不相同。各交叉口绿灯时间可以各不相同。3434绿波推进速度绿波推进速度V V V是研究绿波交通的一个关键参数，是研究绿波交通的一个关键参数，它取决于路段上车流的平均空间速度。它取决于路段上车流的平均空间速度。3535CG ei R eiOVV10*干线 Ge0 R e0C 单向绿波交通单向绿波交通3636确定绿灯起步时差：确定绿灯起步时差：（是否满足理想条件、是否需要折中方案）（是否满足理想条件、是否需要折中方案）具体方法：具体方法：图解法（绘制时图解法（绘
17、制时-距图）距图）数解法（计算延误时间）数解法（计算延误时间）应用时：图解、计算应结合。应用时：图解、计算应结合。37374、验证方案实施效果、验证方案实施效果 理想条件与实际条件可能存在差异：理想条件与实际条件可能存在差异：道路方面：车道路方面：车道划分、路段距离等。道划分、路段距离等。车流方面：车流方面：车队、车队的离散、附加车流等。车队、车队的离散、附加车流等。速度方面：速度方面：各路段有各自的平均车速。各路段有各自的平均车速。（完善速度诱导）（完善速度诱导）结论：理想条件下的绿波（尤其是双向）难于结论：理想条件下的绿波（尤其是双向）难于 实现实现3838双向协调折衷方案的考虑：双向协调
18、折衷方案的考虑：上、下行均等的绿波带宽度：上、下行均等的绿波带宽度：适用于上、下行交通流量均等的情况。适用于上、下行交通流量均等的情况。上行具有较宽的绿波带宽度：上行具有较宽的绿波带宽度：适用于上行交通流量较大的情况。适用于上行交通流量较大的情况。下行具有较宽的绿波带宽度：下行具有较宽的绿波带宽度：适用于下行交通流量较大的情况。适用于下行交通流量较大的情况。3939四、提高线控制系统效益的辅助设施提高线控制系统效益的辅助设施前置信号前置信号可变速度指示标志可变速度指示标志可变速度指示标志与前置信号结合使用可变速度指示标志与前置信号结合使用4040例例一：一：两相邻信号控制的交叉路口，间距两相邻
19、信号控制的交叉路口，间距 L=600米，路口间车队的平均行驶速度米，路口间车队的平均行驶速度 为为 V=36 公里公里/时。已知单点控制时交叉时。已知单点控制时交叉 口口1的最佳周期为的最佳周期为C1=100秒，交叉口秒，交叉口2的的 最佳周期最佳周期为为C2=90秒，各交叉口均取红、秒，各交叉口均取红、绿灯各半。绿灯各半。4141试试求：求：1、干线沿、干线沿1至至 2方向进行单向信号协调控制时，方向进行单向信号协调控制时，共同周期应取多少秒？为什么？共同周期应取多少秒？为什么？两交叉口之间绿灯起步时差如何取值时协调两交叉口之间绿灯起步时差如何取值时协调 效果最好？效果最好？2、绘制满足条件
20、、绘制满足条件1的单向时的单向时空图。空图。3、此干线在所给条件下可否实现双向绿波交、此干线在所给条件下可否实现双向绿波交 通？为什么？通？为什么？4242答案：答案：1、共同周期、共同周期C=100秒秒 O=60秒秒2、（图略）、（图略）3、t=60秒秒 半周期半周期=50秒秒 所以：所以：t半半周期的整数倍周期的整数倍 所以不能实现所以不能实现实现双向绿波交通。实现双向绿波交通。4343例二：例二：两相邻信号控制的交叉路口，间距两相邻信号控制的交叉路口，间距 L=500米，路口间车队的平均行驶速度米，路口间车队的平均行驶速度 为为 V=36公里公里/时。已知两路口信号周期时。已知两路口信号
21、周期 C=60 秒，且两路口在协调方向的有效秒，且两路口在协调方向的有效 绿灯和等效红灯都相等。绿灯和等效红灯都相等。4444试试求：求：1在上述条件下，此时能否实现理想双向在上述条件下，此时能否实现理想双向 绿波？绿波？2如要实现理想双向绿波信号周期必须增如要实现理想双向绿波信号周期必须增 大多少大多少?3在在C=60秒，上行相位差秒，上行相位差为为30秒的情况秒的情况 下，绘制此时的双向时下，绘制此时的双向时-空图。空图。4545答案：答案：根据题意，要实现理想双向绿波，须满足关系：根据题意，要实现理想双向绿波，须满足关系：t=K （c/2）L=500，V=10米米/秒，于是秒，于是L/V
22、=50，从而有从而有 kC=100。因。因k是整数，当是整数，当k=1时，时，C=100（秒），秒），当当k=2时，时，C=50（秒），秒），k=3时，时，C=33.3（秒）秒）由于已知由于已知C=60，显然与实现理想双向绿波条件显然与实现理想双向绿波条件 不符，故在已知条件下不能实现理想双向绿波。不符，故在已知条件下不能实现理想双向绿波。4646 根据上述计算：根据上述计算：C=100（秒）时，能实现理想双向绿波，秒）时，能实现理想双向绿波，而目前的信号周期而目前的信号周期C=60（秒），秒），故故100-60=40（秒），（秒），即即C应增加应增加40秒，可实现理想双向绿波秒，可实现理想双
23、向绿波。4747 G R G R G R R G R G RL/V=50上下上行下行124848例三：例三：两相邻信号控制的交叉口，间距为两相邻信号控制的交叉口，间距为 L=600米，路口间车队的平均行驶速度米，路口间车队的平均行驶速度 为为 V=36 公里公里/时。已知两路口所需信号时。已知两路口所需信号 周期均不得小于周期均不得小于50秒，且两路口在协调秒，且两路口在协调 方向的有效绿灯和等效红灯都相等。方向的有效绿灯和等效红灯都相等。4949 试求：试求：1在上述条件下，要实现理想双向绿波的在上述条件下，要实现理想双向绿波的 最小周期最小周期C=?。2此时的上、下行相位差分别是此时的上、
24、下行相位差分别是多少多少?3绘制此时的双向时绘制此时的双向时空图。空图。5050答案：答案：1：L=600，V=10米米/秒，秒，t=L/V=60，从而有从而有kC=120（k是整数）是整数）当当k=1时，时，C=120（秒），秒），当当k=2时，时，C=60（秒），秒），k=3时，时，C=40（秒）；秒）；由于由于C50，最小周期最小周期C=60（秒）。秒）。5151 2：此时上、下行相位差分别是此时上、下行相位差分别是O上上，O下下。理想情况下，相位差等于行驶时间，故理想情况下，相位差等于行驶时间，故 上行相位差分别是上行相位差分别是O上上=L/V=60（秒）秒）下行相位差分别是下行相位差
25、分别是O下下=L/V=60（秒）秒）此时显然满足：此时显然满足：O上上+O下下=2C5252 G R G R G R G R G R G R上上行下行下125353例例四：四：已知：三个相邻交叉口已知：三个相邻交叉口1、2、3，间距分别，间距分别 为为L12=600米米，L23=500米，米，共同周期共同周期C=100秒，取红、绿灯各秒，取红、绿灯各 半，上、下行车速半，上、下行车速V=36公里公里/小时。小时。5454试求：试求：1、此干线欲沿、此干线欲沿1至至2至至3方向（上行）实现单方向（上行）实现单 向绿波交通，两相邻交叉口之间的绿灯起向绿波交通，两相邻交叉口之间的绿灯起 步时差应如何
26、取值？为什么？绘制干线单步时差应如何取值？为什么？绘制干线单 向时向时空图。空图。2、此干线欲实现双向绿波交通，面临的具体、此干线欲实现双向绿波交通，面临的具体 困难是什么？困难是什么？5555答案：答案：1、O12=t12=60秒，秒，O23=t23=50秒。秒。（图略）（图略）2、主要问题：路段距离不相等。、主要问题：路段距离不相等。在路段在路段L12不能实现理想条件下的绿不能实现理想条件下的绿 波交通。波交通。5656第二节第二节 感应式线控系统和计算机线控系统感应式线控系统和计算机线控系统感应式线控系统感应式线控系统计算机线控系统计算机线控系统5757一、感应式线控系统一、感应式线控系
27、统什么是感应式线控系统：什么是感应式线控系统：131页页类型：类型：半感应线控系统半感应线控系统 全感应线控系统全感应线控系统 关键交叉口感应式线控系统关键交叉口感应式线控系统5858二、计算机线控系统二、计算机线控系统协调方案的两种算法：协调方案的两种算法：脱机算法脱机算法 联机算法联机算法5959第三节第三节 线控系统的联结方式线控系统的联结方式无缆联结（无电缆协调控制）无缆联结（无电缆协调控制）有缆联结（有电缆协调控制）有缆联结（有电缆协调控制）6060一、无缆联结（无电缆协调控制）一、无缆联结（无电缆协调控制）指干线上的各信号机，以其各自的实时时钟控制指干线上的各信号机，以其各自的实时
28、时钟控制 存储在其中的配时方案运行时间表。存储在其中的配时方案运行时间表。不设置主控制器，没有主控制器与各协调控制信不设置主控制器，没有主控制器与各协调控制信 号机之间的通信电缆，故称为无电缆协调控制。号机之间的通信电缆，故称为无电缆协调控制。通过配时及信号机的同步运行实现。通过配时及信号机的同步运行实现。要求各信号机能够要求各信号机能够“自动对时自动对时”，各个信号机时，各个信号机时 钟保持钟保持“同步运行同步运行”。6161二、有缆联结（有电缆协调控制）二、有缆联结（有电缆协调控制）指干线上各个交叉口的信号机的协调运行是由指干线上各个交叉口的信号机的协调运行是由 主控制机或计算机通过传输线
29、路操纵的一种控主控制机或计算机通过传输线路操纵的一种控 制方式。制方式。配时方案的更换通常是由主控制机或计算机进配时方案的更换通常是由主控制机或计算机进 行的。行的。在主控制机不对路口信号机进行干预，或通信在主控制机不对路口信号机进行干预，或通信 线路出现故障时，相当于无电缆协调控制。线路出现故障时，相当于无电缆协调控制。6262第四节第四节 选用线控系统的依据选用线控系统的依据线控的目的：线控的目的：有效地减少干线上车队的车辆延误。有效地减少干线上车队的车辆延误。应用线控时应考虑的实际问题：应用线控时应考虑的实际问题：车流的到达特性车流的到达特性 信号交叉口之间的距离信号交叉口之间的距离 街道实际条件街道实际条件 信号相位数信号相位数 交通流的随机波动交通流的随机波动6363