交通工程学城市道路交通管理与控制

交通工程学城市道路交通管理与控制

第七章 城市道路交通管理与控制 7.1 概述 7.2 交通管理的目的、分类及策略 7.3 道路交通法规、标志、标线 7.4 平面交叉口交通管理 7.5 道路交通行车管理 7.6 道路交通运行组织 7.7 道路交通信号控制 7.8 高速道路的交通控制 7.1 概述 城市交通拥挤问题如何解决 ？ 造路！ ？ 交通 容量 交通 需求 经济发展 交通拥挤 造路 刺激交通增长 交通拥挤 造路 刺激交通增长 ? 仅靠造路能解决交通问题吗 ? 一个城市需要多少道路？ 一个人需要多少金钱？ 当斯定律 (Downs Law) ： 通过造路不能降低交通负荷，只可能刺激被抑制的交通需求量的产生 。 解决交通拥挤的方法 : 平衡交通需求与供给 V C 道路交通建设 ------ 提高交通网络交通容量 交通需求管理 (Traffic Demand Management ， TDM ) 从交通需求的源头着手，做好前期规划，采取合理的措施适当限制、引导需求，从而结合后期管理，使目前的交通系统通畅运转，并使交通系统可持续化发展。 ------ 减少交通出行量 交通系统管理 (Traffic System Management ， TSM ) 通过运营、管理、服务、政策来协调整个城市交通系统，使其整体上取得最大交通效益。 ------ 均匀交通分布，提高交通设施利用效率 Capacity TDM Demand 时空 交通量 时空 交通量 Capacity TSM Demand 时空 交通量 TSM Capacity Demand 西方国家城市交通系统发展历程 建设阶段 管理阶段 开发阶段 发达阶段 1950 年 1960 年 1970 年 1980 年 1990 年 2000 年 解决城市交通问题的手段转变： 以建设为主 建设、管理并重 以管理为主 以前 现在 将来 交通管理的目的 维护交通运行秩序 优化道路时空利用 提高网络运输效率 缓解交通紧张局面 §7-1 交通管理的目的、分类及策略 行政管理 制定、执行交通法规 驾驶员的管理（培训、发证、考核、审验） 车辆的管理（牌证、转户、报废、年检） 道路管理（通行秩序、路边施工、违章占道清除） 交通事故处理（现场勘测、事故认定、处罚） 技术管理 交通需求管理 针对交通源的政策性管理，通过政策影响交通结构、重建交通量的时空分布，缓解交通状况 交通系统管理 针对交通流的技术性管理，通过控制提高服务水平、提高系统的运营效率 §7-2 交通管理的目的、分类及策略 交通需求管理策略 优先发展策略 公交专用道、多乘员车辆优先服务 限制发展策略 限制运输效率低、污染大、能耗高的车辆 禁止出行策略 禁止进入某些区域，交叉口、路段禁行 经济杠杆策略 通过中心区高额停车收费、拥挤收费等来平滑交通量，调节出行方式、出行时间 §7-2 交通管理的目的、分类及策略 交通系统管理策略 节点交通管理策略 交叉口控制方式－无控制、信号控制、环形、立体 交叉口管理方式－进口拓宽、渠化、信号配时优化 交叉口转向限制方式－ 禁止左转 干线交通管理策略 单行线、公交专用线、货运禁行线、自行车专用线、自行车禁行线、 “绿波”线 区域交通管理策略 区域信号控制系统 智能化区域管理系统 §7-2 交通管理的目的、分类及策略 交通法规 道路交通法规是国家在道路交通管理方面制定的文件、章程、条例、法律、规则、规定和技术标准的总称 内容： 各种车辆和驾乘人员的管理 道路交通秩序的管理 对交通违章和肇事人员的处理 重要交通设施的维护与管理 §7-3 道路交通法规、标志、标线 道路交通标志 标志的三要素－颜色、形状、符号 种类 警告标志 禁令标志 指示标志 指路标志 旅游区标志 道路施工安全标志 辅助标志 道路交通标志的尺寸和视认距离 §7-3 道路交通法规、标志、标线 警告标志 黄底、黑边、黑图案，等边三角形，顶角朝上 30 种， 42 图式 禁令标志 白底、红圈、红杠、黑图案，圆形或顶角向下三角形； 36 种， 42 图式 指示标志 蓝底、白图案，圆形、长方形和正方形 17 种， 29 图式 指路标志 一般道路为蓝底，白图案，高速公路为绿底、白图案，一般为长方形和正方形； 59 图式 旅游区标志 棕色底、白色字符，方形为主 道路施工安全标志 辅助标志 与主标志配合使用，起辅助说明作用 白底，黑字，黑边框，长方形 欧洲、美国、中国交通标志比较 警告标志 欧洲、美国、中国交通标志比较 禁令标志 §7-3 道路交通法规、标志、标线 交通标线 分类 指示标线、禁止标线、警告标线 交通标线的标划 白色虚线、白色实线、黄色虚线、黄色实线、双白虚线、双黄实线、黄色虚实线、双白实线 §7-4 平面交叉口交通管理 管理目的 减少冲突点 控制相对速度，减小合流角度 重交通流和公共交通优先 分离冲突点和减小冲突区 选取最佳周期，提高绿灯利用率 §7-4 平面交叉口交通管理 通行能力 信号交叉口 > 环形交叉口 > 无控制交叉口 延误 交通量 车辆平均延误 信号交叉口 环形交叉口 无控制交叉口 全无控制交叉口交通管理 不设控制标志、标线的交叉口 依靠视距判断冲突点的避让 视距三角形 是此类交叉口设计的基本依据 在视距三角形内不得有高于 1.2 米的物体 优先控制交叉口交通管理 优先控制交叉口是全无控制交叉向信号控制的过渡形式 包括 停车标志控制 单向停车控制，次路进口处有停车标志，路面有‘停’ 多向交通控制，各路车辆都要先停车再通过 让路标志控制 进入路口的次路车辆要慢速瞭望，寻找‘空隙’通过 平面交叉口控制方式选择 平面交叉口的设置必须满足 道路功能 、 适应交通流量 及 交通安全 三方面的要求 按照道路类型选择 主 — 主 信号灯控制 主 — 次 信号灯或停车标志 主 — 支 停车标志 …… 按照交通流和交通事故选择 交叉口流量 8000 辆 / 天，碰撞事故 5 次 / 年 §7-5 道路交通行车管理 单向交通管理 变向交通管理 专用车道管理 禁行交通管理 种类 固定式单向交通 定时式单向交通 可逆性单向交通 车种性单向交通 单向交通管理 优点 提高了道路通行能力 减少了道路交通事故 提高了道路行车速度 缺点 增加了车辆绕道行驶距离，给驾驶员增加工作量 给公共车辆乘客带来不便，增加步行距离 容易导致迷路，特别对不熟悉情况的外地驾驶员 增加了为单向管制所需的道路公用设施 单向交通管理 变向车道是指在不同的时间内变换某些车道的行车方向或行车种类，又称“潮汐交通” 按其作用可分为两类： 方向性变向交通 非方向性变向交通 变向交通管理 公共交通车辆专用车道 自行车专用道 专用车道管理 时段禁行 错日禁行 车种禁行 转弯禁行 重量 ( 高度、超速等 ) 禁行 禁行交通管理 §7-6 道路交通运行组织 TDM 、 TSM 中诸多管理措施的综合运用 交通运行组织方案的制定原则 交通分离 交通量控制和调节 按交通性质疏导 §7-6 道路交通运行组织 交通运行组织方案的编制 现有道路状况和交通管理分析评价 目标拟定 路网道路功能划分 拟定宏观路网交通组织 拟定微观交通管理措施 交通管理设施的设置计划 方案的评价 实施方案的经费投资概算 方案实施说明 §7-7 道路交通信号控制 目的   在时间上隔离不同方向的车流 ，控制车流运行秩序，并获得最大的交通安全；  使在平面交叉的道路网络 上人和物的运输达到最高效率 ，其效率往往用通行能力、延误及停车次数三项指标来衡量；  为道路使用者 提供必要的情报 ，帮助他们有效地使用交通设施。 §7-7 道路交通信号控制 按管理范围分为  单点交叉口交通信号控制 （点控） 干道交通信号协调控制 （线控） 区域交通信号系统控制 （面控） 道路交通信号： 凡是在道路上用以传达具有法定意义、指挥交通行、止、左、右的手势、声响、灯光等都是交通信号，目前最普遍、效果最好的是灯光交通信号。 发展历程： （ 1 ） 1886 年，伦敦威斯敏斯特教堂，红绿两色煤气照明灯，标志信号灯的诞生； （ 2 ） 1926 年，伦敦自动交通信号机使用，交通信号控制进入自动控制阶段； （ 3 ） 1963 年，多伦多市第一个完成了以数字计算机为核心的城市交通控制系统。 交通信号（ traffic signals ） 概述 定义和发展历程 交通信号作用： 从时间上将相互冲突的交通流予以分离，使其在不同时间内通过，保证行车安全。同时对于组织、指挥和控制交通流的流向、流量和流速、维护交通秩序的等均有重要的作用。 基本规定： （ 1 ）指挥灯信号； （ 2 ）车道灯信号； （ 3 ）人行横道灯信号。 作用和基本规定 交通信号（ traffic signals ） 概述 交通信号分类： （ 1 ）手动单点信号控制： 100 多年前伦敦开始使用 （ 2 ）定时或定周期自动信号装置： 1914 年美国正式开始使用； （ 3 ）车辆感应式控制装置： 1928 年美国巴尔的摩开始使用； （ 4 ）线控、面控联动信号（绿波系统）： 1917 年美国盐湖城开始使用。 控制装置的方式 交通信号（ traffic signals ） 概述 交通信号主要基础概念与原理 信号周期（ Cycle ） 相位（ Phase ）； 车流释放车头时距（ Discharge Headways ）； 饱和流率（ Saturation Flow Rate ）； 损失时间（ Lost Time ）； 有效绿灯时间（ Effective Green Time ）； 最合适周期长度（ Appropriate Cycle Length ）； 1 信号周期组成（ Components of Signal Cycle ） （ 1 ）周期（ Cycle ）和周期长度 周期是指红、绿、黄信号显示一个循环； 周期长度是指红、绿、黄信号显示一个循环所用的时间，单位为秒，通常用 “ C ” 表示。 最佳周期时间（ C 0 ） 对于一个独立、交通流稳定，各进口流量相等，车辆到达的时间为随机的交叉口，使车辆延误最小的最佳周期时间 。 最佳周期时间（ C 0 ） 对于一个独立、交通流稳定，各进口流量相等，车辆到达的时间为随机的交叉口，使车辆延误最小的最佳周期时间可由下式计算： 式中： L —— 一个周期内总的损失时间（s）； Y —— 路口各相位 y 值的总和： Y = Σ y y —— 流量与饱和流量之比。 对于不同交通流量路口所需周期长度，可用下式计算周期长度： 式中： P — 信号灯的相位数； Ve — 在每一相位中，交通流量负荷最大的单车道引道入口总的车流当量，单位：辆 /h ；对于总流量中有公共汽车和货车 H 辆，左转弯 L 辆的 n 条进口车道应用下式换算成等效流量 最小周期时间（ C m ） 能使到达路口的车流量刚好全部通过路口的周期时间，一般可由下式确定： T = L /(1- Y ) 由于采用最小周期时间，常引起较大的车辆延误，故实际中很少采用。 （ 2 ）绿灯时间（ Green Interval ） 在绿灯时间内，每个流向车流每个周期内都有一个绿灯时间，允许通行的车辆行驶，其它车辆禁行，通常用 Gi 表示。 （ 3 ）黄灯时间（ Yellow Interval ） 又称变化时间，由绿灯信号转变为红灯信号的过渡，目的是为了缓冲不能瞬间停车、保障安全停车，通常用 yi 表示。 一般为 3 ～ 5 秒 （ 4 ）红灯时间（ Red Interval ） 在红灯时间内，每个流向车流每个周期内都有一个红灯时间禁行的车辆停止，其它车辆行驶通过交叉口，通常用 Ri 表示。 （ 5 ）清扫间隔时间（ Clearance Interval ） 即全红时间（ all red ），设置的目的是为了确保在黄灯时间内进入交叉口的车辆在冲突车流释放前安全离开交叉口，通常用 ari 表示。 2 相位（ Phase ） 相位是按照路口车流获得信号显示的时序来划分，有多少种不同显示时序就有多少个信号相位。 最基本的两相位： 四相位 三相位 3 释放车头时距 （ Discharge Headways ） 排队车流启动过程的车头时距分析： 第 1 个：绿灯开始与第一辆车前轮越过停车线的时间差； 第 2 个：第一辆车和第二辆车前轮越过停车线的时间差； 第 3 ， 4 ， ¨¨ ：以此类推计算 思考车头时距在排队车辆启动过程中变化规律？ 3 释放车头时距 （ Discharge Headways ） 假设给定地点观察平均车头时距，将车辆位置与平均车头时距关系绘制如下图所示： △i 3 释放车头时距（ Discharge Headways ） 特征 1 ：第一个车头时距相对较长，因为排队车流第一位司机要经历感知反应过程（ perception-reaction sequence ）和加速启动过程； △i 3 释放车头时距 （ Discharge Headways ） 特征 2 ： 第二个车头时距较第一个车头时距短，因为第二位司机可以重叠部分感知反应时间和加速过程； △i 3 释放车头时距 （ Discharge Headways ） 特征 3 ： 接下来连续的车头时距都较前一个小，最终在第 4 、 5 辆车通过时趋于常值 h ，这时排队车辆完全加速状态通过停车线，队列稳定行驶。 △i 4 饱和车头时距 （ Saturation Headway ） 常值 h 称为饱和车头时距，单位为秒 / 车 5 饱和流率 （ Saturation Flow Rate ） 假设 1 ：每辆车都以 h 秒时间通过交叉口； 假设 2 ：交叉口一直处于绿灯时间状态。 饱和流率为假设 1 、 2 条件下每小时内每条车道通过的车辆数 S ，单位为辆 / 小时 / 车道；表征交叉口最大理想通过能力。 车道组（ Lane group ）饱和流率通过每车道饱和流率乘以单条车道饱和流率得到； 事实上，交叉口信号灯不可能一直绿灯，因此需要采取一定的机理考虑周期性的启动和制动。 6 启动损失时间 （ Start-Up Lost Time ） 释放排队车流 n 所需的绿灯时间模型： 此模型给出饱和车头时距和启动损失时间的关系 绿灯时间内，车辆有（ G- μ1 ）的时间能够通行 引导出 有效绿灯时间 的概念 6 启动损失时间 （ Start-Up Lost Time ） △i 7 清扫损失时间 （ Clearance Lost Time ） 绿灯末停止交叉口车辆行驶时产生损失时间， μ 2 难以实地观测，要求排队车辆足够多，在一个绿灯时间内无法全部释放； 定义： 在上述前提下，排队车辆中最后一辆通过停车线的时间与下一个相位绿灯开始的时间差。 总损失时间 t L = μ 1 + μ 2 8 有效绿灯时间 （ Effective Green Time ） 交通信号配时中本质上只有两种时间类型： 有效 绿灯 时间：车辆处于移动状态的时间； 有效 红灯 时间：车辆严格停止运行的时间。 南北 东西 C o 4 2 4 2 前损失时间 后损失时间 前损失时间 后损失时间 饱和流量 饱和流量 有效绿灯时间 有效绿灯时间 9 交叉口进口车道 / 车道组通行能力 饱和流率反应出假设一直处于绿灯时间条件下交叉口车道 / 车道组的通行能力； 实际中，不可能全处于绿灯时间，有效绿灯时间占一定比例； 绿信比： 有效绿灯时间 / 信号周期总长度（ gi/C ） 根据有效绿灯时间所占全周期的比例计算交叉口进口车道通行能力。 9 交叉口进口车道 / 车道组通行能力 交叉口进口车道 / 车道组通行能力为： 9 交叉口进口车道 / 车道组通行能力 [ 例题 ] ：某信号控制交叉口具有如下特征： 周期 C=60s 绿灯时间 G=27s 黄灯时间 Y=3s 饱和车头时距 h=2.4s/veh 启动损失时间 μ 1 =2.0s 清扫损失时间 μ 2 =1.0s 试计算该信号交叉口的单车道通行能力。 1.9 交叉口进口车道 / 车道组通行能力 [ 例题 ] ：用两种方法求解 解法 1 ： 从通行能力概念出发，假设车辆能以饱和车头时距 h 行驶，找出一小时内该交叉口有多少时间可供车辆通行，则可计算得到通行能力： 总时间 1h ： 3600s ，包含 60 个周期 1h 内红灯时间 : （ 60-27-3 ） × （ 3600/60 ） =1800s 1h 内损失时间：（ 2+1 ） × （ 3600/60 ） =180s 1h 内剩余可供通行时间： 3600-1800-180=1620s 通行能力 c=1620/h=1620/2.4=675veh/h/ln 交叉口进口车道 / 车道组通行能力 [ 例题 ] ：用两种方法求解 解法 2 ： 按照公式求解 饱和流率 S=3600/h=3600/2.4=1500veh/h/ln 有效绿灯时间 g=G+Y-t L =27+3-3=27s 通行能力 c=S*(g/C)=1500 × (27/60)=675veh/h/ln 两种思路解法结果完全一样，加深对公式的理解。 信号相位方案 即信号灯轮流给某些方向的车辆或行人分配通行权的一种顺序安排 多为二相位，当左转交通量比较大时，可采用三相位 单点信号控制－ 固定周期 控制原理 按事先设计好的控制程序，在每个方向上通过红、绿、黄三色灯循环显示，指挥交通流，在时间上实施隔离 单点信号控制－ 固定周期 信号灯基本控制参数 周期长度 单点信号控制－ 固定周期 信号灯基本控制参数 绿灯时间 按相交车流的等效交通量分配给各相位 对绿灯时间能否满足车辆放行要求进行检验 绿信比 一个相位内某一方向有效通行时间与周期长度之比 单点信号控制－ 固定周期 80 交通信号控制例题 例 1 ： 一个两相位信号控制交叉口，一个方向上两个入口的车流量相差不大，各进口的流量与饱和流量见表。该交叉口车辆 的前（启动）损失时间为 3s ，后损失时间为 1s ，绿灯间隔时间为 6s （其中黄灯时间 4s ，全红灯时间 2s ），确定该交叉口信号控制的最佳周期 Co 。 东 西 南 北 流量 （ pcu/h ） 830 790 490 520 饱和流量 （ pcu/h ） 1800 1800 1200 1200 2021/2/16 81 南北 东西 C o 4 2 4 2 前损失时间 后损失时间 前损失时间 后损失时间 饱和流量 饱和流量 有效绿灯时间 有效绿灯时间 由表： y 东 = 830/1800=0.46； y 西 = 790/1800=0.44； 取其值大者 （为什么不取小者？） ，即 y 东西 =0.46 y 南 = 490/1800=0.27； y 北 = 520/1800=0.29 取其值大者，即 y 南北 =0.29 Y = Σ y = y 东西 + y 南北 =0.75 一个周期总时间损失 L 包括东西方向前后损失时间、南北方向前后损失时间和两次全红灯时间。 由图可见： L =3+1+2+3+1+2=12s 该交叉口信号控制的最佳周期 Co =(1.5 L +5)/(1- Y )=92s。 例 2 ：交叉口交通组织与车流量见图，不考虑非机动车及行人过街，选用两相位信号机，试选定信号周期并计算信号配时。 西 : Q =980 辆 /h 大型车 :20% 左转车 :10% 南 : Q =550 辆 /h 大型车 :10% 左转车 :10% 东 : Q =1050 辆 /h 大型车 :15% 左转车 :15% 北 : Q =450 辆 /h 大型车 :20% 左转车 :15% 2021/2/16 84 先计算各个入口引道的等效车流量： Qe 东 =( Q 东 +0.5 H 东 +0.6 L 东 ) / N 东 =1050 × (1+0.5 ×15%+0.6×15% )/2=612 Qe 西 =( Q 西 +0.5 H 西 +0.6 L 西 ) / N 西 =980 × (1+0.5 ×20%+0.6×10% )/2=568 Qe 南 =( Q 南 +0.5 H 南 +0.6 L 南 ) / N 南 = 550 × (1+0.5 ×10%+0.6×10% )/2=305 Qe 北 =( Q 北 +0.5 H 北 +0.6 L 北 ) / N 北 = 450 × (1+0.5 ×20%+0.6×15% )/2=267 Qe = max ( Q 东西 )+max ( Q 南北 )=612+305=917 2/16/2021 85 最佳周期： Co =13330 P /(1333- Qe )=13330 ×2 /(1333-917) =65 （ s ） 按照等效交通量确定两个方向的绿灯时间： G = Co -2 黄灯时间 =65-2*3=59 （ s ） 东西方向： Q 东西 =612 辆 /h ， G = 612/917*59=39s ， 南北方向： Q 南北 =305 辆 /h ， G =305/917*59 ≈20 （ s ） 2/16/2021 86 信号灯配时： 最佳周期： Co =65s 东西方向：绿灯 39s ，黄灯： 3s ，红灯： 23s ； 南北方向：绿灯 20s ，黄灯： 3s ，红灯： 42s ； 由于路口较小，可不设置全红灯时间；见图： 南北 东西 39s 3s 23s 42s 3s 20s 65s 控制原理 在进口均设有车辆到达检测器，一相位起始绿灯，设有一个“初始绿灯时间”，到初始绿灯时间结束时，若在一个预先设定的时间间隔内没有后续车辆到达，则变换相位；否则，绿灯延长一个预设的“单位绿灯延长时间”，只要不断有车到达，绿灯时间可继续延长，直到预设的“最长绿灯时间”时变换相位 单点信号控制－ 感应式 控制参数 初始绿灯时间： 给每个相位预先设置的最短绿灯时间，在此时间内，不管有否来车本相位必须绿灯，初始绿灯时间的长短，取决于检测器的位置及检测器到停车线可停放的车辆数。 单位绿灯延长时间： 它是初始绿灯时间结束后，在一定时间间隔内测得后续车辆时所延长的绿灯时间。 最长绿灯时间： 它是为了保持交叉口信号灯具有较佳的绿信比而设置，一般为 30—60s ，当某相位的初始绿灯时间加上后来增加的多个单位绿灯延长时间达到最长绿灯时间时，信号机会强行改变相位，让另一方向的车辆通行。 将一条干道上一批相邻的交通信号联动起来，加以协调控制，以便提高整个干道的通行能力 分为 定时式 和 感应式 干道信号控制的基本参数   周期长度 ：各个交叉口一致   绿信比 ：不一定统一   相位差 ：绝对差、相对差 绝对相位差： 指各个交叉口信号的绿灯或红灯的起点相对于控制系统中参照交叉口的绿灯或红灯的起点时间差。 相对相位差： 指相邻两交叉口信号的绿灯或红灯起点的时间差。 干道交通信号协调控制 （线控） 应用条件 第一，纳入信号协调控制的交叉口应采用相同的信号周期； 第二，必须具备相同的时间基难 ( 保证相位差的稳定 ) ； 第三，交叉口之间的关联性应较大，这会使控制效果较好；通常相邻交叉口之间的距离应在 800m 以内。 车流沿某条主干道行进过程中，连续遇到一个接一个的绿灯信号，畅通无阻地通过沿途所有交叉口 关键在于相位差，一般只有在单向交通干线上才能实现 干道交通信号协调控制－ 绿波交通 实测各相邻交叉口间车辆平均行驶时间是： T 1 ＝ 160s ， T 2 =158s ， T 3 =254s ， T 4 =201s ， …… Ａ为系统参照交叉口，周期长度为 120s—— 理想的“绿波带” B 交叉口的绝对相位差 =T 1 -120s=40s C 交叉口的绝对相位差 =T 1 +T 2 -240s=78s D 交叉口的绝对相位差 =T 1 +T 2 +T 3 -480s=92s E 交叉口的绝对相位差 =T 1 +T 2 +T 3 +T 4 -720s=53s ， …… 难以实现绿波，当各交叉口间距相等，且车辆行驶时间是周期时长一半的倍数时，可获理想效果 双向交通干道定时式信号控制的方式 同步式协调系统 交互式协调控制 连续通告式协调控制 干道交通信号协调控制－ 双向干道 它把整个区域中所有信号交叉口作为协调控制的对象。控制区内各受控交通信号都受中心控制室的集中控制。对范围较小的区域，可以整区集中控制；范围较大的区域，可以分区分级控制。 分区的结果往往成为一个由几条线控制组成的分级集中控制系统，这时，可以认为各线控制是面控制中的一个单元；有时分区成为一个点、线、面控制的综合性分级控制系统。 分为 定时脱机式控制系统 及 感应式联机控制 系统 区域交通信号控制系统 （面控） 区域交通信号控制系统 （ 1 ）定时脱机式区域交通控制系统 利用交通流历史及现状统计数据，进行脱机优化处理，得出多时段的最优信号配时方案，存入控制器或控制计算机中，对整区交通实施多时段定时控制。 定时控制 简单、可靠、效益费用比高 ，但不能适应交通流的随机变化，特别是交通流量数据过时后，控制效果明显下降。其代表是 TRANSYT 。 TRANSYT （ Traffic Network Study Tool ）： 交通网络研究工具， 1967 年由英国道路与交通研究所提出，该系统主要由 仿真模型 和 优化模型 两部分组成。 区域交通信号控制系统 （ 1 ）定时脱机式区域交通控制系统 建立交通仿真模型 的目的是用数学方法模拟车流在交通网络上的运行状况，研究配时参数的改变对交通流的影响，以便客观地评价任意一组配时方案的优劣。将交通流信息和初始配时参数作为原始数据，通过仿真，得出系统的性能指标 (Performance Index) 作为配时的 优化目标函数 ，用 “ 爬山法 ” 进行优化，产生比初始配时更优越的新配时方案，再把新的信号配时输入到仿真部分，反复叠代，最后得到性能指标值达到最小的系统配时方案 区域交通信号控制系统 （ 2 ）联机感应式区域交通控制系统 由于定时脱机操作系统具有不能适应交通流随机变化的不足，人们进一步研究出 能随交通流变化自动优选配时方案的控制系统 。随着计算机自动控制技术的发展，交通信号网络的自适应控制系统应运而生。英国、美国、澳大利亚、日本等国作了大量的研究实践，用不同的方式各自建立了各有特色的自适应控制系统。归纳起来有 方案选择式与方案形成式 。 方案选择式以 SCATS 为代表，方案形成式以 SCOOT 为代表。 区域交通信号控制系统 （ 2 ）联机感应式区域交通控制系统 SCATS （ Sydney Coordinated Adaptive Traffic System ） , 20 世纪 70 年代开始研究， 80 年代投入使用。控制结构分为 中央监控中心－地区控制中心－信号控制机三层，地区控制中心对信号控制机实行控制 ， 1 ～ 10 个信号机组成一个 “ 子系统 ” ，若干子系统组成一个相对独立的系统，系统之间基本互不相干，而系统内部之间存在一定的协调关系，中央监控中心实施对若干子系统的整体协调控制同时，也允许每个交叉口 “ 各自为政 ” 的实施车辆感应控制，前者为 “ 战略控制 ” ，后者为 “ 战术控制 ” 。 区域交通信号控制系统 （ 2 ）联机感应式区域交通控制系统 SCOOT （ split-Cycle-Offset Optimization Technique ）即 “ 绿信比－周期长－相位优化技术 ” , 是一种对交通信号网实行实时协调控制的自适应控制系统。由英国 TRRL （运输与道路研究所）于 1973 年开始研究开发， 1979 年正式投入使用。 SCOOT 系统是一种对交通信号网实行实时协调控制的自适应控制系统，其模型及优化原理均与 TRANSYT 相似。 SCOOT 城市交通控制系统目前已被全世界 170 多个城市采用。其最新版本已发展到包括 支持公交优先、自动的 SCOOT 交通信息数据库 (ASTRID) 系统、 INGRID 事故检测系统，以及车辆排放物的估算 。 区域交通信号控制系统 （ 3 ）第三代交通控制系统 OPEC （ Optimization Policies for Adaptive Control ） 1983 年由美国提出的较先进的一代智能控制交通系统，并在 90 年代初开始试运行。该系统采用了动态规划原理来优化控制策略及 DYPIC 程序的反传动态编程算法中提出离散时间周期性滚动优化的方法；同时采用分散式控制结构以减少网络通信量、分布并行处理以便将危险分散，并使优化过程可以达到最少的约束条件。 区域交通信号控制系统 （ 4 ）第四代交通控制系统 最新一代智能化交通信号控制系统是将人工智能和知识工程等先进的前沿科学应用于交通信号控制的交通信号控制系统，其研究已取得了一系列重要成果。智能控制主要是指基于专家系统的控制、模糊控制、神经网络控制、基于遗传算法、蚂蚁算法等的控制等。智能控制方法的最大特点是其控制算法是具有强逼近非线性函数的能力，不依赖于精确的数学模型，这对于交通系统这样复杂难以建立较好数学模型的系统是一个有效方法。 区域交通信号控制系统 （ 4 ）第四代交通控制系统 美国和荷兰等国目前正在研究基于智能代理的 UTC ，主要原理是在城市交通网络中的一系列重要节点部署智能代理，用于对所属网络区域实现信号灯控制，他不但具有交通管理专家的经验知识，还具有不断学习的能力，具有本区域的交通流信息；这些智能代理之间通过通信层（规范、内容、协议）进行信息（路由信息、交通流信息、控制信息）交流，解决单智能代理信息的不完整性，并通过协调层进行目标协同，解决交通网络中资源、目标和结果冲突，最终实现交通控制的优化。 区域交通信号控制系统 （ 4 ）第四代交通控制系统 上述系统在巴塞罗那已取得了良好的实验效果，预计在很短时间内就会应用于实际。我国天津大学 1989-1991 年研究开发的城市交通控制系统 TICS （ Traffic Intelligent Control System ）首次成功的把自学习智能原理应用于交通信号控制系统中，其产生也是受到人工智能和知识工程在其他领域成功运用的启发。 §7-8 高速道路的交通控制 7.8.1 高速道路交通控制的特点 7.8.2 高速道路交通控制的重点与方法 7.8.3 高速道路交通的监控系统 7.8.1 高速道路交通控制的特点 控制目的；方案实施的可能性。 （ 1 ）采取控制时应考虑的主要因素 高速道路交通控制的性质在正常情况下和紧急情况下是不同的。在正常情况下是为了预防车流阻塞，称为预先控制；而在紧急情况时则以解除事故阻塞为目标，称为事后控制。 市内高速道路一般采取驶入控制，城市间的高速道路一般采取驶出控制。 （ 2 ）高速道路交通控制的特点 7.8.2 高速道路交通控制的重点与方法 以匝道处的控制为中心，即出入口处的控制 。 （ 1 ）重点 主要是在高峰期间使用设置在匝道上和邻近道路系统上的车辆传感器，将整个立体交叉系统的车辆运行情况，传送到交通管理情报中心，由电子计算机决定不同方向的路口，哪些开放，哪些该关闭，同时对整个系统的出入口发出信号，指示车辆按指定方向运行，这样整个立体交叉系统就能获得车速 · 密度 · 间距的最佳组合。 （ 2 ）方法 7.8.3 高速道路的交通监控系统 干线控制系统： 可变速标志、车道封闭或标志控制。 驶出匝道控制： 其目的是减少高速道路临近出口匝道处严重的车辆交织和出口车辆排队，使高峰时间里交通更为顺畅，是一种保持驶出路段通行能力的措施。 驶入匝道控制： 其目的是减少进入高速干道上的车辆数，达到高效、安全的目的。其实质是将入口交通流在时间上和空间上重新分配。进口匝道控制又可分为四种控制形式：①关闭匝道；②定时调节；③独立的交通感应调节控制；④整体系统的运行调节控制。 （ 1 ）控制系统 7.8.3 高速道路的交通监控系统 出入口控制 干线控制 7.8.3 高速道路的交通监控系统（续） 监视系统的基本目的，就是要尽快发现各处的偶然事故 , 以便采取有效措施 , 迅速消除可能发生的问题，一般采用的方法有：电子监视、工业电视、航空监视、电话系统、援助合作系统、无线电发报机、警察和公路巡逻车等。 电子监视：检测器 →中心计算机 →信息反馈 （ 2 ）监视系统 北京六环路高速动态称重数据采集系统 视频监视系统 7.8.3 高速道路的交通监控系统（续） 即信息系统，是通过一次或多次感觉传递给驾驶员 , 使用最多的是视觉和听觉传递。 常用的情报系统可分为 : 可变情报系统；汽车内显示装置；无线电系统等。 （ 3 ）情报系统 松下的车载电子导航设备 可变情报板 7.8.3 高速道路的交通监控系统（续） 是控制设备的原始交通情报收集和控制指令发送确认的通道 , 系统的类型取决于传输距离 , 信息传输的方法可以分为四类 : 直达电缆；有线电话；无线电；微波方式。 （ 4 ）传输系统 7.8.3 高速道路的交通监控系统（续） 中心控制：大多数自动交通控制系统的心脏（即控制中心）是一台电子计算机。计算机的功能是分析处理检测器的情报 , 控制信号和可变情报标志，为显示和记录设备提供情报数据。 中心显示：一般为一大地图，它可提供系统运行的直观表示，在控制地区的地图上可显示出道路交通情况。 （ 5 ）中央控制与显示系统 7.8.3 高速道路的交通监控系统（续） （ 5 ）中央控制与显示系统 思考题 1 ．叙述道路文通信号控制的目的、类型及意义。 2 ．平面交叉口是否采用信号控制主要应考虑哪些因素？ 3 ．何为 “ 绿波 ” 交通？单行线 “ 绿波 ” 交通的设计关键是什么 ? 4 ．在交叉口信号配时中，为什么要设置黄灯和全红时间？这个时间设计主要考虑哪些因素 ? 一个两相位的交叉口，其信号周期长度的计算包括了几个黄灯 (d4 全红 ) 时间 ? 5 ．夜间交通量很低的情况下，我国许多城市平面交叉口处，采用闪烁交通信号灯的方法提醒驾驶员注意，对这个做法有二种意见： 1) 十字路口的四个方向都闪烁红色信号灯。理由是红色光刺激性强，能引起人的警觉 2) 十字路口四个方向都闪烁黄红色信号灯，理由是黄色光亮度最高，反射光强度最大，能唤起人们的注意 3) 十字路口的四个方向分别闪烁红色和黄色情号灯，譬如：南北方向闪黄灯，东西方向闪红灯、或者相反，南北方向闪红灯，东西方向闪黄灯， 试根据交通信号控制的作用来分析上述意见中哪种更合理？ 6 简述道路交通管理与控制的意义、作用及内容。 7 简述道路交通管理的分类 c 8 简述交通需求管理的目的、内容。 9 简述交通系统管理的目的、内容。 10 简述道路交通标志的分类及作用。 11 简述道路交通标线的分类及作用。 12 简述平面交叉口交通管理的目的及管理类型。 13 简述道路交通行车管理的作用及管理类型。 14 简述城市道路交通运行组织的意义及运行组织方 案制订原则。 15 简述高速道路交通控制的特点及控制内容。 作业（ P171 ）