【文章內(nèi)容簡介】 不能被充分利用的綠燈時(shí)間，原因是綠燈出現(xiàn)之初 ， 車隊(duì)有個反應(yīng)和加速的過程 ） ，則： ? ? 1sLgCd 111 ?? (21) ? ? 2222 sLgCd ?? (22) 將上兩式相加，并代入 Cgg 21 ?? ，得 ： ???????? ????221121sdsdLLC1 (23) 若 sss 21 ?? ，則有 ： sdd LLC 21 21 ?? ?? 1 (24) 由 上 式可計(jì)算出保證路口不堵塞的一個最小周期值。然而，若交通流的需求過高（2211 sdsd ? 趨近于 1 或者大于 1 時(shí) ） ，堵塞現(xiàn)象將成為不可避免的，信號周期長度的選取應(yīng)根據(jù)某種優(yōu)化性能指標(biāo)選擇。 2. 相位 在交通控制中，為了避免平面交叉口上各個方向交通流之間的沖突，通常采用分時(shí)通行的方法，即在一個周期的某個時(shí)間段，交叉口上某一支或幾支交通流具有通行權(quán) （ 即該方向上的信號燈為綠色或綠箭頭 ） ，而與之沖突的其他交通流不能通行 （ 即該方向上的信號燈為紅色 ） 。 在一個周期內(nèi)，平面交叉口上某一支或幾支交通流所獲得的通行權(quán)稱為信號相位，簡稱相；一個周期內(nèi)有幾個信號相位，則稱該信號系統(tǒng)為幾個相 位系統(tǒng)。如圖 22，即為本文涉及的四相位交通運(yùn)行圖。 圖 22 四相位交通運(yùn)行圖 NSW ENSW ENSW ENSW E相位 1 相位 2相位 3 相位 4江蘇大學(xué) 學(xué)士學(xué)位論文 9 3. 綠信比 綠信比是指在周期時(shí)長內(nèi)的各相位綠燈時(shí)間與周期長之比。 相位綠信比是一個相位信號有效綠燈長度與周期長度之比，用 λ 表示，Cgλ e?， λ 為相位綠信比， eg 為相位有效綠燈長度 （ 秒 ） ， C 為周期長度 （ 秒 ） 。 綠信比反應(yīng)了該信號相位交通流在一個周期中需要綠時(shí)的大小，綠信比的大小對于疏散交通流 和減少交叉路口總等待時(shí)間有著舉足輕重的作用。通過合理地分配各車流方向的綠燈時(shí)間 （ 綠信比 ） 可使各方向停車次數(shù)、等待延誤時(shí)間減至最小。 以兩相位 （ 東西方向、南北方向 ） 交叉口為例，說明綠信比確定的方法。 設(shè)某 一個相位 （ 東西方向 ） 上通行能力為 S1， 損失時(shí)間為 L1，交通需求為 d1， 則不 發(fā)生堵塞的條件為 ： ? ? 1111 CdsLCλ ?? (25) 即： CLsdλ 1111 ?? (26) 則 另一個相位 （ 南北方向 ） 交通信號的綠信比為 ： 12 λλ ??1 (27) 交通控制的 相關(guān)概念 除了三個基本的控制參數(shù)外，以下是一些與交通信號控制有關(guān)的概念： (1) 有效綠燈時(shí)間：綠燈信號時(shí)段內(nèi)能充分被利用的時(shí)間。它等于綠燈信號時(shí)段減去前后損失時(shí)間、起動停車損失時(shí)間，用符號 eg 表示。 其中，有效綠燈時(shí)間和損失時(shí)間具有如圖23 所示的關(guān)系。 紅綠 黃 紅黃 燈 末 損 失 時(shí) 間綠 燈 始 損 失 時(shí) 間飽和流量有 效 綠 燈 時(shí) 間 圖 23 有效綠燈時(shí)間和損失時(shí)間關(guān)系圖 江蘇大學(xué) 學(xué)士學(xué)位論文 10 (2) 綠燈間隔時(shí)間：一個信號相位綠燈時(shí)間結(jié)束，到下一個信號相位綠燈時(shí)間 開 始之間的時(shí)間 間 隔 。 (3) 相位差 ： 具有相同周期長的相關(guān)路口，在同方向上的兩個相關(guān)相位的啟動時(shí)間差，稱為相位差。從某一車流方向來看，為使車輛在交叉口處不受阻而流暢通過，與其使相關(guān)聯(lián)信號同時(shí)顯示同一燈色 （ 特別是綠燈開始時(shí)間 ） ，不如使綠燈開始時(shí)間錯開一些。這里稱表示時(shí)間對“錯開”為相位差。相位差有絕對相位差和相對相位差兩種。 (4) 延誤 ： 是指交通沖突或信號控制設(shè)施的限制給車輛帶來的時(shí)間損失。它是計(jì)算信號配時(shí)和衡量路口通行效果的一個重要參數(shù)，也常作為確定信號控制系統(tǒng)性能的重要參量。 (5) 最小周期時(shí)間：能夠使 到達(dá)交叉 口 的車流量剛好全部通過路口的周期時(shí)間，即在最短周期下運(yùn)行時(shí)，相位關(guān)鍵進(jìn)口道均處于臨界飽和狀況，用 Cm表示。 (6) 最佳周期時(shí)間：使交叉路口各方向的車輛通過路口時(shí)的總延誤最小的周期時(shí)間，用 Cn秒表示。 (7) 飽和流量：是衡量路口交通流施放能力的重要參數(shù)，通常是指一個綠燈時(shí)間內(nèi)的連續(xù)通過路口的最大車流量。 (8) 流量系數(shù) ： 是實(shí)際流量與飽和流量的比值。既是計(jì)算信號配時(shí)的重要參數(shù)，又是衡量路口阻塞程度的一個尺度。 (9) 信號控制交叉口的通行能力： 在信號控制交叉口，車輛只能在有效綠燈時(shí)間內(nèi)通過停車線， 因此信號控制交叉口一側(cè)進(jìn)口道上的通行能力 Cop 為 ： λsCsgC eop ?? (28) 交通信號的控制方式 1. 按信號種類劃分 (1) 周期式信號 這種信號的周期長、相位、綠燈時(shí)間、轉(zhuǎn)換時(shí)間等都是事先確定的。信號通過規(guī)定的周期運(yùn)行，每個周期的周期長和相位都恒定不變。依靠所提供的設(shè)備，可用幾種預(yù)定配時(shí)方案，每一種都在一天規(guī)定的時(shí)間中交替使用。 (2) 半感應(yīng)式信號 這種信號保證主干路總保持綠燈直到設(shè)在次干路上的檢測器探到有車輛到達(dá)。這時(shí)信號經(jīng)過一個適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換間隔后，立刻為 次干路顯示綠燈，該綠燈就維持到次干路上的車輛全部通過路口或持續(xù)到預(yù)定的最大綠燈時(shí)間為止。在綠波信號系統(tǒng)中，分配給次干路的綠江蘇大學(xué) 學(xué)士學(xué)位論文 11 燈時(shí)間必須限制在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)。該系統(tǒng)的周期長和綠燈時(shí)間可根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)次干路沒有車輛時(shí)，主干路總是保持綠燈，事實(shí)上分配到次干路的綠燈時(shí)間可充分利用，所有“多余的”綠燈時(shí)間則都分配給主干路。 (3) 全感應(yīng)式信號 該信號的所有相位全由傳動檢測器來控制。一般每個相位都要規(guī)定最小與最大綠燈時(shí)間。這種控制方式的周期長度和綠燈時(shí)間可根據(jù)需要作很大的變動。周期中的某些相位是可以任意選擇使用 的，當(dāng)檢測器未測出交通量時(shí)，該時(shí)刻的相位可自動取消。目前，許多信號系統(tǒng)都實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制，使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制的地理交叉口，其信號一般采用預(yù)定周期式控制。有些城市還部分地實(shí)現(xiàn)了交替信號的線或面的聯(lián)動控制，在這樣的系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)充當(dāng)了主控機(jī)和監(jiān)視器的角色。此時(shí)，信號的聯(lián)動不僅對提高單個信號交叉口的通行能力和服務(wù)水平有很大作用，而且還對提高整條道路或整個路網(wǎng)的通行能力發(fā)揮著極其重要的作用。 2. 按控制區(qū)域幾何特性劃分 (1) 單個交叉口的控制 當(dāng)某個交叉口與其相鄰的交叉口相距較遠(yuǎn)時(shí)，可以利用一臺信號控制 器 獨(dú)立控 制其信號變化， 若 不考慮與相鄰路口的協(xié)調(diào)關(guān)系，其主要控制參數(shù)是周期長和綠信比。必須考慮的兩個重要因素是車輛延誤和交叉口的通行能力，在理想的情況下，希望總延誤時(shí)間最小和使交叉口的通行能力得到最大的利用。 (2) 交通 干 線的協(xié)調(diào)控制 對含有多個交叉口的城市交通干線進(jìn)行信號控制，使沿干線行駛的車輛盡可能地在每個交叉口少遇紅燈，從而使車隊(duì)連續(xù)通行，交通干線協(xié)調(diào)控制時(shí)，相鄰的交叉口之間信號變化必須遵循一定的規(guī)律，即綠燈起始時(shí)間保持某個恒定的時(shí)間差 —— 相位差。為使相位差在每個信號周期都保持恒定，這些相鄰的各個交叉口都必須 共用相同的信號周期。 (3) 交通網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)控制 對城市中某個區(qū)域的交叉口 （ 一 個以上 ） 進(jìn)行信號控制，根據(jù)需要，系統(tǒng)的控制目標(biāo)可以有所不同，所以它的目標(biāo)函數(shù)可以用網(wǎng)絡(luò)的總延誤和停車率的加權(quán)和表示，也可以用平均車隊(duì)長度或總的油耗作為系統(tǒng)的目標(biāo)函數(shù)。同干線協(xié)調(diào)控制一樣，交通網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)控制的三個控制參數(shù)也是周期、綠信比和相位差。就其實(shí)質(zhì)而言，干線協(xié)調(diào)控制只是網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)控制的一種特例。 江蘇大學(xué) 學(xué)士學(xué)位論文 12 交通信號的 控制 系統(tǒng) 就交通信號的運(yùn)行方式而言，基本上可劃分為兩大類：其一是按固定的配時(shí)方案運(yùn)行的：其二是由車輛檢測器提供的實(shí)時(shí) 交通信息控制信號機(jī)運(yùn)行的。即信號機(jī)根據(jù)實(shí)時(shí)交通狀況，自動改變或調(diào)整配時(shí)方案，對交叉路口實(shí)行實(shí)時(shí)隨機(jī)控制。 傳統(tǒng)的固定配時(shí) 控制系統(tǒng) 不論哪種固定配時(shí)控制系統(tǒng)，它們都有一個或一系列事先經(jīng)脫機(jī)運(yùn)算確定的配時(shí)方案。信號機(jī)則嚴(yán)格的按這些方案運(yùn)行。 在事先確定的配時(shí)方案中，綠燈時(shí)間的長短、信號周期以及每個方向上綠燈的起止時(shí)間都是相對固定的，亦即在某一確定的時(shí)間區(qū)段中，上述這些配時(shí)參數(shù)保持不變?？筛鶕?jù)一日交通量的波動情況，劃分若干時(shí)間區(qū)段，對應(yīng)于每一時(shí)間區(qū)段的平均交通量制定相宜的配時(shí)方案。 這種固定配時(shí)方案控制 系統(tǒng)通常被預(yù)設(shè)為三種模式：一個是車流量較多的時(shí)段采用的模式，稱為高峰模式；一個是車流量適中的時(shí)段采用的模式，稱為正常模式；一個是車流量較少的夜間采用的模式，稱為夜間模式。 三種模式的啟動時(shí)間和停止時(shí)間，都是由之前預(yù)設(shè)好的。通常將一天當(dāng)中上班上學(xué)的車輛較多的時(shí)間設(shè)為高峰模式，深夜車輛極少的時(shí)段設(shè)為夜間模式，其他時(shí)段設(shè)為正常模式。 Ⅰ ⅡⅢ Ⅰ Ⅰ Ⅰ0 : 0 0 5 : 0 0 7 : 0 0 9 : 0 0 1 1 : 3 0 1 4 : 0 0 1 7 : 0 0 1 8 : 3 0 2 3 : 0 0 2 4 : 0 0ⅢⅡ ⅡⅠ — — 正 常 模 式 Ⅱ — — 高 峰 模 式 Ⅲ — — 夜 間 模 式 圖 24 定時(shí)控制的模式切換時(shí)間 三種模式交替運(yùn)行，并循環(huán)往復(fù)。如：每日上午 7:00 至 9:00、中午 11:30 至 14:00、下午 17:00 至 18:30 的這些交通高峰期采用高峰模式，深夜 23:00 至 次日 5:00 采用夜間模式，而一天當(dāng)中其他的時(shí)段則采用正常模式，如圖 24 所示。 固定配時(shí)控制系統(tǒng)，可以是單個交叉口獨(dú)立控制 （ 即所謂“單點(diǎn)定周期”控制 ） ，也可以是多個交叉口，甚至整個路網(wǎng)的連動協(xié)調(diào)控制 —— 這就是“區(qū)域控制” （ 面控 ） 。作為區(qū)域控制系統(tǒng)的一個特例，僅僅包含一條連續(xù)路線的多個交叉口聯(lián)動控制，也就是我們常說的“線控”。單點(diǎn)獨(dú)立控制系統(tǒng)是一種初級控制方式，所用設(shè)備比較簡單，只要在每個江蘇大學(xué) 學(xué)士學(xué)位論文 13 需要控制的交叉口設(shè)置一臺信號機(jī)就行了，無需設(shè)置主 控信號機(jī)或計(jì)算機(jī)控制中心；投資節(jié)省，設(shè)備運(yùn)行管理及維修費(fèi)用也較少。然而它的控制效率很低，這是因?yàn)槿狈Ρ匾撵`活性，不能根據(jù)現(xiàn)場交通的實(shí)際波動狀況隨時(shí)調(diào)整配時(shí)方案。 此外， 由于各個交叉口之間的信號控制無法協(xié)調(diào)，這種定時(shí)控制方式只能以路口的狀態(tài) ， 按丁字、十字與多路口分時(shí)段進(jìn)行紅綠黃燈控制各路口依次通行。所以 ， 不同的十字路口的控制系統(tǒng)的時(shí)間設(shè)置上也會有所區(qū)別。 如 圖 25 所示，城市的主要路口 （ 十字路口 A）車流量一般較多，而且是四個方向的車流量均很多，相應(yīng)地，它的四個方向上的綠燈、紅燈的時(shí)長都相對較長；相反的， 一些次要路口和小路口（十字路口 C）的四個方向上的綠燈、紅燈的時(shí)長都相對較短；但是，還有另一種情況，一條主干路和一條支路交匯形成的路口（十字路口 B），其主干路的綠燈時(shí)長要大于支路的綠燈時(shí)長，對應(yīng)的，支路的紅燈時(shí)長就要大于主干路的紅燈時(shí)長。 可見， A 路口交通燈的控制系統(tǒng)并不適用 B 路口和 C 路口，那么 路況互不相同的 三 個路口，必須設(shè)定 三 種不同的紅綠燈時(shí)長（即使是在同一時(shí)段 或 模式中）。 這樣，原理簡單的傳統(tǒng)定時(shí)控制方式就便變得極其繁瑣和復(fù)雜，不僅同一路口一天之中要不斷轉(zhuǎn)換三種模式，而且不同路口的控制裝置還需設(shè)定不同的時(shí) 間。交通系統(tǒng)本身是一個具有隨機(jī)性、模糊性和不確定性的復(fù)雜系統(tǒng) ,設(shè)置如此繁復(fù)的定時(shí)控制根本無法真正的實(shí)現(xiàn)交通的暢通，更無法適應(yīng)社會逐漸加速發(fā)展、道路交通日益擁擠、人口車輛不斷增長的情況。 車輛感應(yīng)控制系統(tǒng) 車輛感應(yīng)控制系統(tǒng)是用車輛感應(yīng)檢測器將檢測到的車輛到達(dá)信息傳輸給信號控制器，（ 包括每種燈色顯示時(shí)間的長短和各進(jìn)口方向燈色轉(zhuǎn)換時(shí)序 ） 。顯然，為達(dá)到上述目的，就必須在交叉 口 的各個進(jìn)口通道上設(shè)置車輛檢測裝置。因此，這種系統(tǒng)所需投資要多些。但是這種系統(tǒng)在信號配時(shí)控 制 上具有最大的靈活性，信號周期時(shí)間的有效利用 率較高。尤其在飽和程度較低的交叉口，或者幾個進(jìn)口方向車流量相差懸殊的交叉 口 ，感應(yīng)式控制系A(chǔ)BC主干道主干道支路支路圖 25 三種十字路口類型 江蘇大學(xué) 學(xué)士學(xué)位論文 14 統(tǒng)的效率是很高的。 1. 電感式傳感器 電感式傳感器其主要部件是埋設(shè)在公路下十幾厘米深處的環(huán)狀絕緣電線 （ 特別適合新鋪道路，可用混凝土直接預(yù)埋，老路則需開挖再埋 ） 。當(dāng)有高頻電流通過電感時(shí)，公路面上就會形成如 下 圖 26 中虛線所形成的高頻磁場。當(dāng)汽車進(jìn)入這一高頻磁場區(qū)時(shí)，汽車就會產(chǎn)生渦流損耗，環(huán)狀絕緣電線的電感開始減少。當(dāng)汽車正好在該感應(yīng)線圈的正上方時(shí)，該感應(yīng)線圈的電感減到最小值。當(dāng)汽車離開這高頻磁場區(qū)時(shí)，該感應(yīng)線圈電感逐漸復(fù) 原到初始狀態(tài)。 由于電感變化 ， 該 感應(yīng)線圈可感應(yīng) 東西左行道綠燈時(shí)間內(nèi)離開的車輛數(shù)和東西直行道紅燈時(shí)間內(nèi)的交通強(qiáng)度。應(yīng)線圈中流動的高頻電流的振幅（本論文所涉及的檢測工作方式）和相位發(fā)生變化，因此，在環(huán)的始端連接上檢測相位或振幅變化的檢測器，就可得到汽車通過的電信號。若將環(huán)狀絕緣電線作為振蕩電路的一部分，則只要檢測振蕩頻率的變化即可知道汽車的存在和通過。 電感式傳感器的高頻電流頻率為 60kHz，尺寸為 23m，電感約為 100181。H．這種傳感器可檢測的電