道路交叉口智能控制管理讲义附动画

城市道路交叉口

智能化控制和管理的基础

——信号控制的基本问题与关键问题李克平博导、教授同济大学交通运输工程学院

汇报纲要引言信号控制的基本问题与关键问题

《安徽省城市道路交叉口信号控制设计规范》典型案例结语2汇报纲要引言信号控制的基本问题与关键问题

《安徽省城市道路交叉口信号控制设计规范》典型案例结语3引言（一）城市道路交叉口智能化控制和管理4智能化程度引言（二）城市道路交叉口智能化控制和管理的前提合理的平面规划设计+交通组织+遵纪守法的交通参与者5车流轨迹不明确，一条左转车道，出口道处有四股车流箭头灯的不合理使用过长的行人等待时间60m40m交叉口范围过大且不设中央安全岛，行人一次过街距离长右转非机动车和违章行驶非机动车对机动车的干扰直行车道蓄车空间不足，排队溢出堵住了左转车道入口引言（三）城市道路交叉口智能化控制和管理的途径精细化设计+优良的技术系统6精细化人性化具体化区别化工程粒度非精细化同质化表面化模式化设计要素引言（三）城市道路交叉口智能化控制和管理的途径精细化设计+优良的技术系统7非精细化精细化引言（三）城市道路交叉口智能化控制和管理的途径精细化设计+优良的技术系统8交叉口信号灯组自适应控制相位结构交叉口绿灯间隔时间矩阵基于绿灯间隔时间的切换相位基于灯组的信号控制系统引言（四）城市道路交叉口智能化控制和管理的保障交叉口规划设计的规范和标准+信号控制设计的规范和标准9城市道路交叉口规划规范城市道路交叉口设计规程浙江省城市道路平面交叉口规划与设计规范浙江省城市道路人行过街设施规划与设计规范引言（四）城市道路交叉口智能化控制和管理的保障交叉口规划设计的规范和标准+信号控制设计的规范和标准10美国德国日本澳大利亚引言（四四）11《道路交通信号灯》《道路交通信号灯设置与安装规范》（修编中）《人行横道信号灯控制设置规范》《道路交通信号倒计时显示器》《道路交通信号控制机》（修编中）《交通信号控制机安装规范》《交通信号控制机与上位机间的数据通信协议》、《交通信号控制机与车辆检测器间的通信协议》《太阳能黄闪信号灯》《城市道路交通信号控制方式适用规范》（修编中）现有标准准多为产产品类标标准，信号控控制策略和信号控制方案设计计方面的规定不完完善。（来源：：孙正良良，道路交通信号号灯相关关技术标准，2013）汇报纲要引言信号控制制的基本本问题与与关键问问题《安徽省城城市道路路交叉口口信号控制制设计规范范》典型案例例结语12规范的章章节结构构11章（4个附录）），已形形成征求求意见稿报送安安徽省质质检局审审批13一、总则则二、术语语和符号号三、信号号控制的的基本规规定四、信号号控制的的模式选选择五、信号号控制对对交叉口口平面设设计的要要求六、单点点定时信号号控制七、定时时干线协协调信号号控制八、感应应式信号号控制九、公交交优先信信号控制制十、行人人与非机机动车信信号控制制十一、信号控制方案案评价附录A绿灯间隔隔时间计计算方法法附录B单点定时时信号控控制设计计案例附录C定时干线线协调控控制设计计案例附录D单点感应应信号控控制设计计案例信号控制制的基本本问题与与关键问问题14基本问题（一）信号灯色与基本设计参数（二）交通冲突（三）绿灯间隔时间（四）时空一体化关键问题（一）信号控制的模式选择（二）相位相序设计与右转车控制策略（三）行人与非机动车信号控制（四）单点感应信号控制（公交优先）（五）干线协调信号控制信号控制制的基本本问题与与关键问问题15基本问题（一）信号灯色与基本设计参数（二）交通冲突（三）绿灯间隔时间（四）时空一体化关键问题（一）信号控制的模式选择（二）相位相序设计与右转车控制策略（三）行人与非机动车信号控制（四）单点感应信号控制（公交优先）（五）干线协调信号控制基本问题题（一）：信号号灯色信号灯色色：倒计时时、绿闪闪、箭头头灯、圆圆头灯、、红闪…基本设计计参数：：饱和流流率、周周期、损损失时间间、周期期、最小小绿灯时时间、最最大红灯灯时间…16基本问题（一）：信号灯色色与基本设计计参数信号灯色：倒倒计时、绿闪闪、箭头灯、、圆头灯、红红闪…基本设计参数数：饱和流率、有效绿灯时时间、损失时间、周期、、最小绿灯时时间、最大红红灯时间…17有效绿灯时间相位转换损失时间累计消散流量饱和流率时间R有效绿灯延长时间GYAR※黄灯（Y）+全红（AR）=绿灯间隔时间R基本问题（一）：信号灯色色与基本设计计参数信号灯色：倒倒计时、绿闪闪、箭头灯、、圆头灯、红红闪…基本设计参数数：饱和流率、、有效绿灯时时间、损失时时间、周期、、最小绿灯时时间、最大红灯时间间…18日本小规模交叉口口：60-90s中规模交叉口口：90-120s大规模交叉口口：120-180s美国、德国中小规模交叉叉口：60-90s大规模交叉口口：90-120s基本问题（一一）：信号灯灯色与基本设设计参数19对过渡灯色的规定（1）机动车黄灯期间的适适用规则是，，除已接近停停止线而无法法安全制动的的车辆可以继继续驶出停止止线外，其他他车辆应该停停止。黄灯时间应取取3s。在交叉口限限速超过50km/h且绿灯结束前前无绿闪的，，黄灯时间应按按每增加10km/h增加1s。信号控制交交叉口的限速速应控制在80km/h以下。红+黄灯：在绿灯之前设设置红+黄灯（同时亮亮）。红+黄灯信号时间间宜为1~2s，不得超过3s。绿闪：机动车信号可可以在绿灯的的最后时段进进行闪烁，绿闪时间可取取3~5s。红闪：在绿灯信号前前不宜使用机动动车红闪信号号。（2）非机动车若采用非机动动车专用信号号，可采用黄灯过渡信号号2s，红+黄灯信号1~2s。（3）行人行人过渡信号号应采用红闪，可采取倒计时+红闪形式。基本问题（一一）：信号灯灯色与基本设设计参数20对倒计时信号的规定（1）机动车机动车绿灯倒计时会导致致车速离散、、驾驶行为离离散、超速等等问题，并降降低信号控制制的灵活性，，因此不宜采用机动动车绿灯倒计计时，可采用用3－5s绿闪提示绿灯灯即将结束。机动车红灯倒倒计时易诱发发车辆高速进进入交叉口引引起安全隐患患，不宜采用机动车红灯倒计时。（2）非机动车不宜采用非机动车倒计时信号。（3）行人行人清空时间段内，可全程使用行行人倒计时。行人红灯倒计时不不宜超过60s。基本问题（一一）：信号灯灯色与基本设设计参数21对信号配时设计基本参数数的规定（1）信号周期信号控制的周周期时长应在在40s～120s之间，最大不不得超过150s。（2）最小绿灯时时间机动车干道方方向最小绿灯灯时间应不小小于15s；支路方向最最小绿灯时间间应不小于10s。感应控制条件件下，机动车车最小绿灯时时间可减至5s。非机动车最小小绿灯应不小小于10s。行人绿灯信号号应不小于10s。在行人流量量大的情况下下，行人绿灯灯信号至少应应满足红灯期期间已等待行行人的通行需需求。公交专用信号号的最小绿灯灯时间应不小小于5s。（3）最大红灯时时间机动车和非机机动车的最大大红灯时间不不宜大于120s。大城市行人最最大红灯时间间不得大于90s，中小城市行行人最大红灯灯时间不得大大于60s。基本问题（二）：交通冲突突交通冲突是交交叉口信号控控制的主要问题22A出口道附近的的交通冲突B交叉口内部的的交通冲突冲突点（冲突区域域）通行能力力其中，,为饱和车头时时距,（s/pcu）,一个周期内所所有绿灯间隔隔时间之和,（s）假设:周期：90s绿灯间隔时间间之和：25s饱和车头时距距：2s,为信号控制周周期,（s）,分别为冲突车车道流量,（pcu/h/lane）Qmax=1300pcu/h基本问题（二）：交通冲突突交通冲突是交交叉口信号控控制的主要问题基本问题（二二）：交通冲冲突24交通冲突1.完全冲突（（不可调和冲冲突，第一类类冲突）2.部分冲突（（可调和冲突突，第二类冲冲突）必须通过信号号控制手段分分配冲突交通通流的通行权权和通行时间间。可同时放行，，通过“让行行规则”保证证安全；流量较大或车车速较高时，，部分冲突会会转化为完全全冲突。基本问题（三）：绿间隔时时间绿间隔时间是是保证交叉口口信号控制安全和效率的焦点基本概念：相相互冲突的两两股交通流从从失去通行权权的上一股交交通流绿灯结结束时刻到得得到通行权的的下一股交通通流绿灯开始始之间的时间间隔。简单而言，绿灯间间隔时间包括括黄灯时间和和全红时间。交叉口大量的交通事故发生在相位切切换期间。基本问题（三）：绿间隔时时间绿间隔时间是是保证交叉口口信号控制安全和效率的焦点基本概念：相相互冲突的两两股交通流从从失去通行权权的上一股交交通流绿灯结结束时刻到得得到通行权的的下一股交通通流绿灯开始始之间的时间间隔。简单而言，绿灯间间隔时间包括括黄灯时间和和全红时间。交叉口大量的交通事故发生在相位切切换期间。基本问题（三）：绿间隔时时间绿间隔时间是是保证交叉口口信号控制安全和效率的焦点基本概念：相相互冲突的两两股交通流从从失去通行权权的上一股交交通流绿灯结结束时刻到得得到通行权的的下一股交通通流绿灯开始始之间的时间间隔。简单而言，绿灯间间隔时间包括括黄灯时间和和全红时间。交叉口大量的交通事故发生在相位切切换期间。基本问题（三）：绿间隔时时间绿间隔时间是是保证交叉口口信号控制安全和效率的焦点基本概念：相相互冲突的两两股交通流从从失去通行权权的上一股交交通流绿灯结结束时刻到得得到通行权的的下一股交通通流绿灯开始始之间的时间间隔。简单而言，绿灯间隔时时间包括黄灯时间间和全红时间。交叉口大量的交通事故发生在相位切换期期间。基本问题（三）：绿间隔时间绿间隔时间是交叉叉口信号控制的安全保障1基于机动车的绿灯灯间隔时间设置基本问题（三）：绿间隔时间绿间隔时间是交叉叉口信号控制的安全保障1基于非机动车的绿灯间隔时间设设置基本问题（三）：绿间隔时间绿间隔时间是交叉叉口信号控制的安全保障基本问题（三）：绿间隔时间绿间隔时间是交叉叉口信号控制的安全保障4基本问题（三）：绿间隔时间绿间隔时间是交叉叉口信号控制的安全保障34143基本问题（三）：绿间隔时间绿间隔时间是交叉叉口信号控制的安全保障23231434基本问题（三）：：绿间隔时间35计算方法一般化计算方法精细化计算方法（绿间隔矩阵）全红时间清空距离与进入距离的差值<10m10m~20m20m~30m30m~40m机动车清空机动车进入1s2s3s3s机动车清空非机动车进入1s1s2s3s非机动车清空机动车进入1s3s5s7s非机动车清空非机动车进入1s2s4s6s基本问题（四）：时空一体化时空一体化是交叉叉口信号控制的灵魂36直行机动车左转机动车右转机动车直行、左转非机动动车右转非机动车行人信号相位图信号配时图交叉口空间资源交叉口时间资源3条出口道1直行+1直左+2左+1公交专用基本问题（四）：：时空一体化时空一体化是交叉叉口信号控制的灵魂37基本问题（四）：：时空一体化38比例尺为1：500交叉口平面设计图图上应包含：渠化设计、标志标标线、信号灯个数数和位置。本规范第五章“信信号控制对交叉口口平面设计的要求求”“建立完善交通信信号灯与道路同步步设计、建设、验验收制度。”信号控制的基本问问题与关键问题39基本问题（一）信号灯色与基本设计参数（二）交通冲突（三）绿灯间隔时间（四）时空一体化关键问题（一）信号控制的模式选择（二）相位相序设计与右转车控制策略（三）行人与非机动车信号控制（四）单点感应信号控制（公交优先）（五）干线协调信号控制关键问题（一）：：信号控制的模式式选择40是否需要设置信号控制？选择何种控制模式式？单点控制？干线协调？定时？感应？（公交优先）区域协调？城市道路信号控制制联网联控系统平平台关键问题（一）：：信号控制的模式式选择控制级别编号控制方式控制方案中的配时参数控制策略描述基于时段控制基于交通流检测的控制周期相序相位数绿灯时长配时方案特征共同特征不可变可变不可变可变不可变可变不可变可变A.宏观控制A1√根据B组控制策略选择基于时间段选择控制方案控制方案选择A2√基于交通流量选择控制方案B.微观控制B1根据A组控制策略选择√√√√配时参数不变定时控制B2√√√√绿灯时长调整控制方案调整B3√√√√相序交换B4√√√√请求相位B5√√√√配时参数自由调整控制方案生成控制策略划分感应控制交叉口右转车流冲冲突特征分析与本向左转非机动动车冲突；与对向左转非机动动车冲突。与垂直向直行非机机动车冲突；与停车线前人行横横道处的行人冲突突。1与同向直行同时放行32与同向左转同时放放行与交叉向直行同时时放行关键问题（二）：：右转车控制策略略42我国右转交通流不不受控制，导致大大量的机非冲突和和交通事故！与本向直行非机动动车冲突；与右转车辆出口道道人行横道行人冲冲突。关键问题（二）：：右转车控制策略略右转允许相位右转保护相位禁止/允许相位目前国内右转信号号模式根据右转车与非机机动车和行人的冲冲突度确定右转车车的禁止时间44右转车与非动车和行人的冲突右转车流与冲突交通流时间-空间关系直行机动车和行人同向右转机动车允许通行时间禁止时间关键问题（二）：：右转车控制策略略关键问题（三））：行人与非机机动车控制45行人配时参数的的约束条件行人最小绿灯时间：：应不小于10s行人清空时间：应保证绿灯最后后一秒进入横道道线的行人可完完全通过人行横横道，有安全岛岛的情况下，需需保证行人完全全通过路侧至安安全岛的距离。。行人最大红灯时时间：行人最大红灯时时间不应超过90s；安全岛上行人最最大红灯不应超超过45s，极限情况下不不得超过60s。有无过街安全岛行人过街等待时间生存曲线5个交叉口行人过街等待时间生存曲线N=1700关键问题（三））：行人与非机机动车控制46行人二次过街安全岛上应设置置行人信号灯；根据机动车相位位设置、行人流流量、安全岛大大小选择合理的的二次过街控制方式，尽可能实现““行人绿波”。同步二次过街：适用于安全岛面面积较小的交叉叉口安全岛大小和控控制方式组合不不当会导致行人溢出出，增加安全隐隐患独立二次过街：适用于有左转专专用相位且安全全岛较大的交叉叉口关键问题（三））：行人与非机机动车控制47非机动车专用信信号（或专用相相位）设置条件件两相位交叉口，当左转非机动动车流量较大（（>30辆/周期），宜设置左转转非机动车专用用信号和专用相相位。四相位交叉口，当相位切换期期间非机动车所需的绿灯间隔隔时间比平行方向机动动车超出3s以上时，应设置非机动动车专用信号，，并采取非机动动车信号早断。。三相位交叉口，支路方向参照照两相位交叉口口非机动车左转转专用信号和相相位设置条件；；主路方向参照照四相位交叉口口非机动车专用用信号设置条件件。关键问题（四））：单点感应（（公交优先）感应信号控制的的不同层次不同感应控制策策略的基本原则则、适用条件、、控制策略及检检测器布设方法法。48基于在线检测数据的方案选择绿灯时间延长（车头时距、占有率、拥挤）相序交换相位请求信号控制方案生成关键问题（四））：单点感应（（公交优先）公交优先控制：：有条件的、多多向公交请求区区分优先级。49控制策略控制目标交叉口控制模式时刻表线路和车辆检测器适用公交类型公交检测器社会车辆检测器需要不需要区分不区分检入检出实时常规公交BRT、有轨电车被动优先公交车辆延误最小定时控制√√√主动优先公交车辆延误最小感应控制√√√√√√√实时优先多项性能指标优化，含公交时刻表偏移最小或车头时距偏移最小感应控制√√√√√√关键问题（五）：干干线协调信号控控制50关键问题（五））：干线协调信信号控制51结合我国信号控制现状，，强调了定时干线协调调信号控制重要性性；提出了实用的定时干线协调调信号控制的适用条件和设设计原则；引入了基于交叉口与绿绿波带中心点距距离的相位结构构设计方法；系统分析了干线协调的形式式及其适用性和和优缺点。绿初协调、绿末末协调连续绿波、非连连续绿波同步式绿波、协协调式绿波关键问题（五））：干线协调信信号控制52A绿波带中心点交交点与交叉口中中心重合B绿波带中心点交交点靠近交叉口口中心C绿波带中心点交交点与交叉口中中心有中等距离离D绿波带中心点交交点与交叉口中中心有较远距离离交叉口与绿波带带中心点的距离离和信号相位结结构之间的关系干线协调信号控制中中的基本相位结结构关键问题（五））：干线协调信信号控制协调控制配时流流程53汇报纲要引言信号控制的基本本问题与关键问问题《安徽省城市道路路交叉口信号控制设计规范》典型案例结语54案例一：复杂交交叉口的精细化化设计与控制七岔口边界交叉口精细化设设计案例一：复杂交交叉口的精细化化设计与控制5656中国城市交通规规划2013年年会设置交通岛和导导行线，有效渠渠化交通流，导导流岛也可为行行人提供驻足空空间。畸形交叉口分解成若干个标准交交叉口案例一：复杂交交叉口的精细化化设计与控制57流线分析，确定主要要协调方向案例一：复杂交交叉口的精细化化设计与控制短连线交叉口的处处理权衡行人过街需需求和机动车流流量，牺牲一条条人行横道，增增加蓄车空间案例一：复杂交交叉口的精细化化设计与控制59交通组织的特殊考虑虑59公交停靠站案例一：复杂交交叉口的精细化化设计与控制60案例二：公交优