道路交叉口信号控制优化设计毕业设计

Jinbindadao与Taichanglu交叉口信号控制

优化设计

The Signal Control Optimization of the Intersection

Jinbindadao and Taichanglu

摘要

城市交通繁忙的平面交叉口一般都设置信号灯管理交通， 信号交叉口的通行能力与信号控制设计有密切关系。选择优化的方案来最大限度地发挥平面交叉口的通行能力，减少延误，以解决交通瓶颈问题。信号控制交叉口的交通设计方案较为复杂，为了对信号控制交叉口进行快速评价，可以通过实际交通流量调查，得到交叉口饱和度、流量比、车道通行能力、车辆延误等一系列数据，供规划设计人员进行交叉口设计时作为参考。本文主要对天津XX大道和XX路交叉口进行交通渠化和配时设计，进行优化设计，在理论上解决其交通瓶颈问题。

关键词：交叉口；交通信号控制；配时设计；通行能力

ABSTRACT

The urban traffic busy intersection set light plane general management, traffic signal crossing capacity and signal control design has close relationship. Choose the optimization scheme to maximize the plane crossing capacity, reduce the delay, to solve the traffic bottleneck problems. The traffic signal control intersection design scheme is relatively complex, in order to control the intersection of signal for a rapid assessment, can pass the actual traffic flow investigation, get intersection saturation, the flow of traffic capacity than, lane, vehicles and so on a series of data, delay for planning and design personnel as a reference when intersection design. This paper focuses on the shore and TaiChang tianjin jin highway intersection traffic and timing, highly channelizing design optimization design, in theory to solve the traffic bottleneck problems.

Key words：Intersection；Traffic Signal Control；Timing Design；Case-based Reasoning

目录

第1章 绪论………………………………………………………………………………1 1.1 平面交叉口存在的主要问题??????????????????????1 1.1.1 交叉口信号配时缺乏科学性?????????????????????1 1.1.2 交叉口信号配时不够人性化?????????????????????2

1.2 交通控制的发展方式????????????????????????2 1.3 交通控制系统的发展趋势??????????????????????3 1.3.1 交通信号控制的研究方向?????????????????????4 1.3.2 交通信号控制相关系统的研究介绍?????????????????5 1.4 城市交通信号控制的研究意义????????????????????6 第2章 城市交通信号控制的基本理论???????????????????7 2.1 信号灯的含义及灯序安排??????????????????????7 2.1.1 信号灯的含义??????????????????????????7 2.1.2 各式信号灯的次序安排??????????????????????8 2.2 交叉口交通信号灯设置依据?????????????????????9 2.2.1 交叉口设置信号控制的利弊????????????????????9 2.2.2 设置交通信号控制的理论分析方法?????????????????9 2.2.3 设置交通信号控制的依据?????????????????????9 2.3 交通信号控制的基本概念??????????????????????10 2.3.1 含义??????????????????????????????11 2.3.2 交通控制的分类?????????????????????????11 2.4 交通信号控制的主要参数及主要性能指标???????????????12

2.4.1 信号基本控制参数????????????????????????13 2.4.2 评价信号控制交叉口的交通效益的指标???????????????14 第3章 单交叉口定时信号配时设计???????????????????16 3.1 定时信号控制配时设计流程?????????????????????16 3.2 信号相位基本方案?????????????????????????16 3.2.1 信号相位的确定原则???????????????????????16 3.2.2 信号相位相序设计考虑因素????????????????????16 3.2.3 相序安排????????????????????????????18 第4章 XX大道与XX路交叉口现状评价?????????????????19 4.1 设计对象介绍???????????????????????????19 4.2 基础数据的收集整理????????????????????????22 4.2.1 道路几何条件的调查???????????????????????22 4.2.2 交通量的调查??????????????????????????23 4.2.3 车头时距的调查?????????????????????????37 4.2.4 信号控制状况??????????????????????????39 4.3 交通现状和问题分析????????????????????????40 第5章 交叉口信号控制概略设计?????????????????????44

5.1 问题对策及概略设计????????????????????????44 5.1.1 机动车道的设计?????????????????????????44 5.1.2 非机动车道的设计????????????????????????46 5.1.3 信号控制方案??????????????????????????46 5.2 信号配时的初步检验????????????????????????46 第6章 交叉口信号控制详细设计?????????????????????55 6.1 进出口道空间设计?????????????????????????55 6.1.1 进出口道设计??????????????????????????55 6.1.2 行人过街横道设计????????????????????????55 6.2 信号控制方案的确定????????????????????????55 6.3 设计方案评价???????????????????????????57 致谢?????????????????????????????????61 参考文献???????????????????????????????62 英文翻译原文?????????????????????????????63 英文翻译???????????????????????????????70

第1章 绪论

1.1平面交叉口存在的主要问题

在我国，由于近年来机动车保有量迅速增加，交通设施建设滞后以及管理措施不够完善的原因，致使平面交叉口的交通堵塞现象日趋严重。从而影响到城市路网通行能力的发挥。车辆在平面交叉口处反复地分流、合流及交叉，交通状况复杂，平面交叉路口是制约城市道路交通功能的瓶颈。对于一个大城市，加强城市道路基础设施建设、改善城市快速干道系统是必要的，但做好平面交叉口的规划、设计、改建和管理工作无疑是具有及其重要的意义。平面交叉口问题主要在于交叉口信号配时缺乏科学性，不够人性化。

1.1.1 交叉口信号灯配时缺乏科学性

1、相位放行时间不合理

目前交叉口信号相位放行时间存在一下问题：一是一些交叉口的相位多采用简单的二相位进行控制，交叉口冲突点较多，存在交通安全隐患；二是某个方向的交通信号绿灯时间设置过短，许多驾驶人还没反应过来，时间就过去了；三是某个方向车道上的车流还在源源不断地驶进路口，同相位相对进口的车道早已车去路空，绿灯时间浪费严重。 2、绿灯间隔时间设置不合理

绿灯间隔时间也叫交叉口清空时间，是上一相位绿灯结束到下一相位绿灯启亮之间的一段时间，一般表现为黄灯时间加全红时间。它的作用是避免下一相位头车与上一相位尾车在交叉口范围内相撞，故其设置大小的恰当与否与路口的行车安全密切相关。少数城市为了杜绝闯黄灯现象的发生，干脆将黄灯取消，而用绿灯倒计时或绿闪代替黄灯，一些城市的交叉口虽然设置了绿灯间隔时间，但是并没有根据交叉口的实际情况进行科学设置，反而降低了交叉口的通行能力。

3、路口之间协调性差

交叉口的信号配时缺乏协调性，交警部门在对交叉口信号灯进行配时时，往往只考虑单个交叉口的流量，而没有与相邻的交叉口进行协调控制，结果是该路口交通拥堵问题解决了，流量畅通了，但是却将该交叉口的交通流转移到了上游或者下游的相邻交叉口，交通拥堵问题还是没有解决。 4、信号灯放行顺序不统一

在我国很多城市中，同一条道路的不同交叉口，信号相位的放行顺序经常不一致，有的路口直行信号先放行，有的路口左转弯信号先放行。这种情况下，对一些不熟悉路况的驾驶人，增加了行车的负担，有的时候由于误判导致闯红灯现象的发生，甚至发生交通事故。

1.1.2交叉口信号配时不够人性化

1、行人过街时间配置不合理

如今新建的道路又宽又平，但市民在通过交叉口时，却感到越来越困难。很多地方的老百姓反映，由于路口的行人过街时间较短，行人在过马路时，往往只走到一半，就被挡在路中间，进退两难，这不仅影响了正常的交通秩序，也给行人造成了安全隐患。 2、右转信号灯和行人冲突严重

很多城市的路口右转车辆是不受限制的，在右转车辆较多的大交叉口，直行灯亮后行人因抢不过右转机动车而无法通行，只有等少数驾驶人让路或大规模的行人强行前进时才能通过。这种情况下，机动车和行人经常会发生交通事故，行人过街很不安全。

1.2交通控制的发展历程

先进的城市交通控制系统，投资少、见效快，是改善城市交通运行状况的重要途径之一，同时，它也是城市现代化的重要标志。早在100多年前，人们就开始了交通信号控制的研究，控制车辆进入交叉口的次序。1868年，英国伦敦燃气信号灯的问世，标志着城市交通信号的正式使用。1913年，在美国的俄亥俄州的 Cleveland市出现了世界上最早的交通信号控制装置。1926年，美国的芝加哥采用了交通灯控制方案，在每个交叉口都有唯一的交通灯控制，适应单一的交通流。从此，交通控制技术和相关控制技术、相关控制算法的发展，逐渐改善了控制的安全性、有效性和对环境的影响。交通信号机由手动到自动，交通信号周期又固定周期到可变周期，控制系统方式由点控制到线控制再到区域控制，从车辆检测器的出现，交通信号控制经历了将近百年的发展。1963年，加拿大的多伦多市，建立的一套计算机系统进行集中协调感应控制的交通信号控制系统，引领着城市道路交通信号控制系统进入了一个新的发展阶段。城市交通信号控制的发展状况如表1-1所示。

表1-1 城市交通信号控制的发展状况

形时间 国别 城市 式 1868 英国 伦敦 1913 美国 克利夫兰 名称 燃气色灯 电力色灯 单点定周期自动信号机 控制路口数 单 单 单 检信号测周期 器 / / 定 / / / 气压式 控制方式 / / 自动 点各城1926 英国 控 市 各城1928 美国 市 感应式自动信号机 单 定 自动

1917 美国 盐湖城 手控干道协调控制 电子计时干道协调控制 步进式定时干道协调控制 6 12 多个 多个（网） 多个（网） 路网 定 定 变 / / / 气压式 电磁式 电磁式 电磁式 人工 电动 电动 线休斯1922 美国 控 敦 1928 美国 各城市 模拟计算机交通信号控制系1952 美国 丹佛 统 加拿1963 大 多伦多 数字计算机集中协调感应控制信号系统 TRANSYT系统 变 计算机 变 计算机 面各城1968 英国 控 市 70年澳大悉尼 代末 利亚 各城1980 英国 市 变 计算机 SCAT系统 路网 变 计算机 SCOOT系统 路网 计算机

我国在交通信号控制系统研究方面工作起步较晚，解放前后很长一段时间，只有少数几座发城市有为数不多的单点定周期控制的交叉口。直到20世纪70年代，有关单位才开始这方面的研究，陆续开始进行了感应式、定周期信号控制。但是，由于我国的开发能力相对落后，机动车、非机动车混行等因素，导致引进的系统多数只能执行单点多时段控制，很少能够进行干线协调控制。而检测设备损坏和系统维护工作的滞后，也在一定程度上影响了控制效果。今年来，为了解决日益突出的城市交通问题，我国出现了一批专业从事交通控制系统研究开发的公司。他们通过自行研究，或与清华大学、吉林大学、同济大学等高等院校合作，相继研究开发了一些具有自主知识产权的城市交通控制系统，这些产品正逐步在各个城市得到使用。

1.3 交通控制系统的发展趋势

城市道路网络上的交通容量依然不断增加着，这表明车辆对道路容量的需求仍然很高，短时期内还不能得到彻底改变。自从开始使用计算机控制系统以后，不论是在硬件设施取得了什么样的实际进展，交通控制领域的控制逻辑方面始终没有取得重大的成就。对于减轻交通拥挤机器副作用——特别是对于较大的交通网络而言，仍然缺乏一种真正能够起到作用的交通影响控制策略。计算机硬件能力与控制软件能力不相符，由此造成的影响是很多交通控制策略不能实现的。在少数的几个例子中，一些新的控制策略确实能够得以实现，但是

它们却不能对早期的控制策略进行改进。因为缺乏能够提高交通状况，特别是缺乏阻塞网络交通状况实时控制策略，所以说，真正成熟的控制策略仍然是不存在的。另一方面，对于交通内部工作机理的理解和研究仍然没有很大的突破。因此，我们没有理由在缺乏更深入的研究的情况下，期待获取更有效果的解决方案。最后应该指出的是，有效的交通控制策略的建立仍然要依赖于交通动力学的建模。车流不应该被单纯的看作是哟中普通的物理现象，而是应该将其视作是包括各路段使用者行为相互作用的复杂系统。未来的交通信号控制仍然将是以点、线、面控制共存的模式存在。对于中小城市，将更多的仍然是以点、线控制相结合的控制方式存在。而对于大城市，将更多的采用网络控制的控制方式。

1.3.1 交通信号控制的研究方向

具体发展方向可分为一下四点：

（1）城市交通智能化控制集成系统的提出

按照控制思想来划分，城市交通控制系统可以分为被动式控制和主动式控制两种。目前已有的城市交通控制系统基本上都是属于被动式控制，无论是从集合特性划分的点、线、面控制，还是按照控制原理划分的定时控制、感应式控制和自适应控制，其控制思想都是以在道路上的交通（人和车辆）为主体，通过事先进行人工调查或者进行实时的自动检测的方法，了解道路交通流的变化规律和实时状态，并在此基础上选取适当的控制方案和控制参数，或者联机生成控制方案和控制参数，而实质上，交通信号的设置是依据交通需求的变化而采取动态设置的，也就是说，交通信号是被动式的控制交通流的变化。从系统设计的根本出发点看来，适应式城市交通控制系统更多的是考虑如何适应交通流的变化方向，体现更多的是被动控制的思想；而主动式智能控制体系体现的却是从系统的主动思维，希望采取几级的主动控制策略来是想控制或者减少不必要的事件和现象发生。城市交通智能化控制集中系统是以城市交通控制为核心，将诱导系统和预警系统集合而成，从而更好的实现城市交通智能化管理控制的目标。这个系统主要实现的功能，包括及早发现交通事件以及可能由其客观原因将要发生交通拥堵的路段，并同时与诱导系统和控制系统相结合，提高交通疏导的效率，降低由于交通不畅带来的各种损失。

（2）开放式交通信号控制系统的产生

在传统的城市交通控制领域，交通信号控制通信的封闭性严重阻碍了交通控制系统开放式的实施，也使得城市交通管理部门无法通过竞争机制购置交通信号控制机。城市交通控制系统对通信宽带的要求其实很低，通信系统的费用在整个系统中所占的比例也应该较低，但是，实际上，大量投资都用在了电缆铺设和通信线路租用费上了。

（3）城市高架与平面交通控制系统的一体化

城市高架道路已经成为解决城市交通问题的一个重要手段和途径，这对于改善城市交通状况的作用已经得到普遍认同。对于高速干道，在周期性转换交通信号上没有必要关系，因而目前，我国高架道路信号控制的主要工作是车流状况检测和诱导。平面交通则将交通信号变化作为主要手段，使得某一区域的交通控制做到自适应协调控制。从表面看来，平面与高架自成系统，相互独立，在信号控制上没有必然直接联系，但是实际上，高架道路一般位于交通繁忙路段上，交通流间的相互制约性很强，特别是对于匝道的影响，直接关系到整个路段的畅通。尤其是下匝道对相邻路口的影响，更需要交通信号控制系统的辅助，根据各方向的具体交通流进行分流和控制。

（4）基于轨道交通优先的城市交通控制系统

轨道交通优先的交通信号控制系统的设计原则，是为了改善道路通行秩序，提高轨道交通的行驶速度，减少区间内停车次数，提高旅客舒适度。在保证平面交叉的轨道交通的运行效率不低于高架、地下的或者完全封闭式的轨道交通的运行效率，需要采用基于轨道交通优先的城市交通控制策略，实现优先控制方案，通过合理设计影响轻轨运行的各种参数，例如信号灯红、绿灯开放时间、路口渠化方案、车辆折返点和车站设置点、各站点停车时间、车辆运输间隔时间设定等。并且对高峰时段，需要实施特殊“绿波”控制，结合路口渠化和车站设计，进一步缩短轨道交通的运行时间，提高轨道交通的运行速度和效率。目前这种控制模式已经在大连市得到实施。

1.3.2 交通信号控制相关系统的研究介绍

交通信号控制不能单独解决城市交通拥挤问题，即使交通信号控制采用绿波方法进行影响交通流分布时，交通管理的失控及其对环境的破坏仍然让人无法接受。因此，在实践中，我们不断寻求新的方法，与之配合使用。以下的几种系统与交通信号控制系统配合使用可以获得重大的效益。 （1）自动收费系统

影响出行者出行行为的方法之一是定点、定时在道路使用上进行收费(其中包括停车场收费)。自动收费系统与交通网络控制系统相连接，在原理上可以获得更高的交通效率和更低的环境影响的改变。通过收费，出行者会选择旅程的最短行程时间和最低花费的方案，交通拥挤程度和旅行时间的最新信息，这些信息又可用来确定出行者选择路径时所需花费的代价。 （2）动态路径引导

提高交通效率的另一种途径是为出行者提供更多的道路交通状况信息。动态路径引导系统随时将道路情况向外界传播出去。每一个交叉口安装控制器监视交叉口及邻近路段的路段行车状态，通过相邻交叉口控制器之间交换信息，

将路网中拥挤、交通事故等消息散布出去，引导出行者调整到推荐相对最优路径上。

（3）公交运输的优先权

交通信号控制下的公共交通车辆优先控制是公共交通科学管理的重要手段之一。在一些西方发达国家，十分重视在信号控制的交叉口给予公交车辆优先权。这是因为公共交通车辆运输量大，平均载客量大，相对平均给每个乘车人所占用的道路面积小。大力发挥公共交通运输的特点，提高公共车辆的运行效率，降低公交车辆在交叉口的延误，增加公共交通的使用率，有利于缓解交通拥挤的紧张局势。

1.4 城市交通信号控制的研究意义

交通是城市经济活动的命脉，对提高人民生活水平、加快发展城市经济有着十分重要的作用。20世纪以来，随着汽车工业的迅速发展，汽车已成为人们日常出行的重要工具。汽车工业给人们带来各种便利的同时，也带来了一些令人困扰的问题，如环境污染、交通拥挤、交通事故频发，给人们的生命财产带来了很大的安全隐患。城市交通问题是阻碍城市发展、制约城市经济建设的重要因素，人们对交通有效控制的意识越来越强烈。我国在1988年颁布了“中华人民共和国道路交通管理条例”，其主要内容是对人、车、路、环境四者的管理规则。它以法律的形式维护基本交通秩序，保障了交通安全、舒适与畅通。

第2章 城市交通信号控制的基本理论

世界各国交通管理的经验表示，道路交叉口交通管理的最有效的方式之一就是交通信号控制。因此，交通信号控制成为道路交叉口最普遍的交通管理方式。城市交通信号控制主要指城市各个交叉口的交通信号灯控制，通过控制交叉口信号灯灯色、灯时变化，实现合理指挥交通流通行和停止，达到疏散交通流，减少交通拥堵，保证城市道路的畅通，尽可能避免交通事故的发生，减少环境污染。本章首先介绍信号灯的概念和灯色控制方案。随后介绍城市交通信号控制系统的一些基本概念，其中包括信号相位、信号周期、绿信比、相位差等。

2.1 信号灯的含义及灯序安排

2.1.1 信号灯的含义

交通信号灯及其控制技术随着社会的发展而发展着。交通信号灯灯色早期只有红、绿两种，绿灯亮表示可以通行，红灯亮表示禁止通行。在交叉口上，通过人工控制，对先来车的道路亮绿灯，指挥来车通过，同时给相交的道路亮红灯，指挥该路上来车暂停，等待绿灯启亮再通行，以维持相冲突车辆先后通过交叉口的秩序。后来，随着车辆的不断增多，驾驶员为减少出行时间开始争道，于是出现了红、黄、绿三色灯色，绿灯亮表示可以通行，红灯亮表示禁止通行，黄灯色对驾驶员起到预警作用，黄灯亮表示红灯即将亮，车辆应该停止前进。随着交通事业的不断发展，在交叉口各个方向的车-车冲突、人-车冲突问题越来越严重，于是要求在时间上将车流、人流严格分离。为适应这种发展要求，信号配时技术的研究也不断进步着，相继出现各种时间分离方法。同时，电子技术的发展也为设计适合需求的交通信号控制机和车辆检测器提供了有利条件。机械控制器、电机控制器、电子控制和计算机控制系统相继出现。相应产生了符合多种时间分离方法的、多样化的现代化信号灯。除了红、黄、绿三种灯色的信号灯，现在还出现了可以标示方向的箭头灯、闪烁灯和倒计时指示灯等。

随着信号灯种类的不断发展，各国使用信号灯的方法差异也越来越大，赋予给信号灯的含义也各不相同，使国际间交通往来发生很多混乱。在各方呼吁下，1968年，联合国总和各国对交通信号灯含义的规定，曾讨论颁布过《道路交通标志和交通信号协议》，对各种交通信号的定义，做了一个基本的统一规定。1974年，欧洲各国交通部长联席会议又协定商定了《欧洲道路交通标志和信号协定》。协定将信号灯含义摘要如下: （1）非闪灯

绿灯:表示车辆可通行。在平面交叉口，面对绿灯的车辆可以直行、左转或

右转，左右转弯车辆必须让合法通行的其他车辆和人行横道线内的行人先行。但是如果在该绿灯所允许通行的方向上，交通非常拥堵，以至进入路口的车辆，在灯色改变之后，还是通不过，这时，即使亮绿灯，车辆也不得通行。

红灯:表示不许车辆通行，面对红灯的车辆不能超过停车线。

黄灯:表示即将亮红灯，车辆应该停止。除非黄灯刚亮时，已经接近停止线、无法安全制动的车辆，可以开出停止线。 （2）闪灯

闪红灯:警告车辆不许通行。

闪黄灯或两个黄灯交替闪亮:表示车辆可通行，但必须特别小心。 （3）箭头灯

绿色箭头灯:表示车辆只允许沿箭头所指的方向通行。

红色或黄色箭头灯:表示仅对箭头所指的方向起红灯或黄灯的作用。 （4）专用于自行车的信号灯

应在信号灯上加有自行车的图案。 （5）专用于行人的信号灯

应在信号灯上加有人的图案。

我国对信号灯含义的规定在《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》中做了详细规定，基本上与国际规定一致，仅对黄灯的含义与国际略有差别。

交通控制信号设置的主要目的在于使各方向、各种类的交通流有秩序、高效率的通过交叉口。当一个交叉口的车流量较小时，通过设置停车或者让路标志就可以解决交通分离问题。若当一个交叉口的交通量接近其设计通行能力时，就必须设置交通信号灯进行交通控制，否则车流的不畅通会大大增加车辆的停车次数和延误时间。因而，正确设计、合理设置交通控制信号，是提高交叉口通行能力、有效疏散交通、保证交通畅通、保证道路安全的有效方法。

2.1.2 各式信号灯的次序安排

各种信号灯的装置次序也有统一规定，以便于驾驶人分辨。次序安排的原则是将重要的灯色放在重要的位置。信号灯的次序安排分为竖式和横式两种。 1）竖式

（1）普通的信号灯的次序，国际规定，自上而下为红、黄、绿灯。

（2）带有箭头灯时，安排次序如下：

单排式：自上而下，一般为红箭头灯、黄箭头灯、绿箭头灯、直行箭头灯、左转箭头灯和右转箭头灯，中间可省略不必要的箭头灯。当同时装有直行、左转、右转三个箭头灯时，可省掉普通绿箭头灯。

双排式：一般在普通信号灯的靠近道路边缘一侧加装左转箭头灯，或左转箭头和右转箭头灯，或左转、直行、右右三个箭头灯。 2）横式

（1）普通信号灯的次序，国际规定，自靠近路中心线向路边缘依次为红、黄、绿灯。

（2）带有箭头灯时的安排次序为：

单排式：自靠近路中心线向路边缘，一般分为红、黄、左箭头、直箭头、右箭头灯；或红、黄、左箭头、绿灯；或红、黄、绿、右箭头灯。、

双排式：一般在普通灯下，自靠近路中心线向路边缘，为左箭头灯、直箭头灯和右箭头灯，中间可省略掉不必要的箭头灯。

横排时，左、右箭头灯所处位置，原则上同左、右车道的位置一致。

2.2交叉口交通信号灯设置依据

2.2.1交叉口设置信号控制的利弊

一般来说，当交通量增加到接近停车或让路标志交叉口所能处理的能力时，考虑在这种交叉口上加设交通信号控制。由于设有停车标志和上路标志的交叉口各有利弊，各有其使用条件，因此，合理设置信号灯，才能够更好的发挥信号灯的交通效益；当设置不当时，不但浪费设备和安装的费用，而且会对交通造成不良的后果。

合理设置信号控制系统的交叉口，其所能提供的通行能力比设有停车或让路标志的交叉口大。当设有停车或让路标志的交叉口的实际交通量接近其通行能力时，车流就不能畅通的通过交叉口，大大增加了车辆的停车次数和延误，次要道路上的车辆的停车次数和延误更加严重。这时，将设有停车标志和让路标志的交叉口改为信号控制，可改善道路上的通车状况，尤其是可减少次要道路上的停车和延误现象。但是，不可避免会出现次要道路上没有车辆通过却亮绿灯，主要道路上车辆却在排队等待绿灯，这种主路车辆的被动停车导致了无谓的能源消耗和运行费用的浪费。

交通信号是在道路空间上无法实现分离原则的地方，主要是在平面交叉口上，用来在时间上给交通流分配通行权的一种交通指挥手段，。交通信号灯用轮流显示不同的灯色来指挥交通的通行或停止。但是在实际应用中，交通信号控制经常被视作是道路交叉口的主要安全设施，为了解决道路交通安全问题而被盲目的设置在交叉口。虽然交通安全是交通管理中的一个重要目标，但是它并不是交通控制的主要目标。交通信号控制的主要目标是使各类、各向交通有秩序、高效率的运行。

2.2.2设置交通信号控制的理论分析方法

将停车、让路标志控制交叉口改为信号控制交叉口，主要考虑的两个因素是停车、让路标志控制交叉口的通行能力和延误。 1.停车、让路标志控制交叉口的通行能力

根据停车、让路标志控制交叉口的通车规则，次要道路上的车辆必须等主

要道路车流间出现足够的可穿越空当时，才能通过。因此，主要道路上的交通几乎不受相交道路交通的影响，如忽略左、右转弯车 辆的影响，则可以认为主要道路在这种交叉口进口道上的通行能力几乎和路段的通行能力一样。据经济合作和发展组织（OECD）的报告，认为目前计算停车、让路标志控制交叉口通行能力最简便而又较可靠的方法是德国所采用的方法。 2.停车、让路标志控制交叉口的延误

次要道路交通量增长到一定程度时，车辆延误增加非常快。此时，若改为信号控制交叉口，将可以有效地降低次要道路车辆的延误，但主要道路车辆的延误却不可避免的要增加。因此可以通过对比改用信号控制前后主次道路上车辆总延误的大小，来决定是否实行信号控制。

确定停车、让路标志控制交叉口的延误十分困难，这方面的研究成果虽然不少，但能真正实用的似乎还没有，主要研究方法是通过理论分析、计算机仿真或两者相结合进行。

交通量与延误是考察交叉口该使用何种控制方式的主要定量分析依据，但却不是唯一的依据，在实际工作中还需根据当地的具体条件进行综合分析才能得出正确的决策。

2.2.3设置交通信号控制的依据

设置交通控制信号虽有理论分析的依据，但尚未成为公认的有效方法。加上世界各国的交通条件又各有差异，所以制定具体依据数字不尽相同，但原则上是在理论分析基础上，考虑各自的实际交通状况后制定出各自的依据。

美国《统一交通控制设施手册》所制定的依据较为详细，下面主要介绍该手册所定的依据。

1、设置交通信号须做的调查工作

在考虑要把某个标志控制的交叉口改为信号控制交叉口之前，必须做好下列调查工作：

（1）车辆与行人的交通流量； （2）进口道上的车辆行驶速度； （3）交叉口的平面布置图； （4）交通事故及冲突记录图； （5）可穿越临界空当； （6）延误。

2、设置交通控制信号的依据

（1）机动车流量依据。交叉口任意若干小时（4h，8h，或12h）中主要道路进口道车流量，次要道路进口道车流量，交叉口总流量，以及未来几年机动车流量。

（2）停车延误依据。主要是高峰小时次路进口道车辆总停车延误的大小。 （3）行人（或学童）交通量依据。穿越交叉口主路的行人交通流量（或过街学童的批数和人数），及可供穿越的空档大小及数量。

（4）协调控制依据。考虑相邻交叉口协调控制的需要。

（5）交通事故依据。一年中发生人身伤害或财产损失的交通事故次数，并综合考虑信号控制对车流连续通行的影响，交叉口车流量和行人流量，以及提高交通安全的程度。

我国于1994年颁布实施的国家标准《道路交通信号灯安装规范》（GB 14886—1994），对我国各道路交叉口和路段上交通信号灯的安装依据、安装方式和安装要求作出了规定。其中，对于信号灯的安装规定了如下的依据：

（1）当进入同一交叉口高峰小时及12h交通流量超过表2－1所列数值及有特别要求的交叉口可设置机动车信号灯。

（2）设置机动车道信号灯的交叉口，当道路具有机动车、非机动车分道线且道路宽度大于15m时，应设置非机动车道信号灯。

（3）设置机动车道信号灯的交叉口，当通过行人横道的行人高峰小时流量超过500人次时，应设置人行横道信号灯。

（4）实行分道控制的交叉口应设置车道信号灯。

（5）在交叉口间距大于500m、高峰小时流量超过750辆以及12h流量超过8000辆的路段上，当通过人行横道的行人高峰小时流量超过500人次时，可设置人行横道信号灯及相应的机动车道信号灯。

表2－1交叉口设置信号灯的交通流量标准

主要道路宽度（m） 主道路交通流量（辆/h） 高峰小时 12h 支道路交通流量（辆/h） 高峰小时 12h 750 小于10 8000 9000 13000 10000 12000 15000 20000 350 270 190 390 300 210 150 3800 2100 2000 4100 2800 2200 1500 800 1200 900 1000 1400 1800 大于10

2.3 交通信号控制的基本概念

2.3.1 定义

交通信号是在道路空间上无法实现分离原则的地方，主要是在平面交叉口上，用来在时间上给交通流分配通行权的一种交通指挥措施。作用是将空间上

相互冲突的交通流进行时间分离，使车辆能安全、迅速地通过交叉口。交通信号控制参数分为时间参数和交通流参数，时间参数有信号周期、相位、绿信比，交通流参数有饱和流量、通行能力和饱和度。

2.3.2 交通控制的分类

1、按控制范围分类

（1）单个交叉口的交通控制（点控，Isolated Intersection Control） 每个交叉口的交通信号控制只按照该交叉口的交通状况独立运行， 不与其相邻交叉口的控制信号有任何关系，成为单个交叉口交通控制，也称单点信号控制，俗称“点控制”。是交叉口交通信号控制中最基本的形式。

（2）干道交叉口信号联动控制（线控，Arterial Intersection Control） 把干道上若干连续交叉口的交通信号通过一定的方式联结起来，同时对各个交叉口进行一些相互协调的配时设计方案，让各个交叉口的配时信号灯按此协调方案联合运行，使车辆通过这些交叉口时不经常遇到红灯，减少停车次数，称为干道信号联动控制，也叫“绿波”信号控制，俗称“线控制”。

这种控制的原始思路是：希望使车辆通过第一个交叉口后，按一定的车速行驶， 到达以后的交叉口时就不再遇见红灯。但是，实际上，由于各车在道路上行驶的车速不尽相同，且随时变化，交叉口同时受左、右转车辆进出的干扰，所以很难碰到一路都是绿灯的巧遇，但是，确实能够使车辆少遇几次红灯，减少大量车辆的停车次数与延误。

根据相邻交叉口间信号灯连结方法的不同，线控制可分为：

A、有电缆线控：由主控制机或计算机通过传输线路操纵各信号灯间的协调作用。

B、无电缆线控：通过电源频率及控制机内的计时装置来操纵各信号灯按时协调运行。

（3）区域交通信号控制系统（面控，Areawide Control）

以某个区域中所有信号控制交叉口作为协调控制的对象，称为区域交通信号控制系统，俗称“面控制”。

控制区内受控交通信号都受交通控制中心的集中控制。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。分区的结果往往使面控制成为一个由几条线控制组成的分级集中控制系统，这时，可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。

2、按控制方法分类 （1）定时控制

交叉口交通信号控制机均按事先设定好的配时方案运行，也称定周期控制。一天只用一种配时方案的称为单段式定时控制；一天按不同时段的交通量采用几个配时方案称为多段式定时控制。

（2）感应控制

感应控制是在交叉口进口到上设置车辆检测器，信号灯配时方案由计算机或智能化信号控制机计算，可随检测器检测到的车流信息而随时改变的一种控制方式。感应控制的基本方式是单个交叉口的感应控制，简称单点感应控制。单点感应控制又分为：半感应控制和全感应控制。

（3）自适应控制

把交通系统作为一个不确定系统，能够连续测量其状态，如车流量，、停车次数、延误时间、排队长度等，逐渐了解和掌握对象，把它们与希望的动态特性进行比较，并利用差值以改变系统的可调参数或产生一个控制，从而保证不论环境如何变化，均可使控制效果达到最优或次最优的一种控制方式。

分类情况如下图2-1所示。

图2-1 交通控制系统的分类

图2-1 交通信号控制的分类

2.4 交通信号控制的主要参数及主要性能指标

2.4.1信号基本控制参数

平面交叉口的信号控制的配时基本参数包括：周期时长、相位（相序、相位数）、绿信比等。 1）周期时长

周期时长是对应于某一进口道信号灯各种灯色轮流显示一次所需的时间，即各种灯色显示时间之和；或是某主要相位的绿灯启亮开始到下次该绿灯再次启亮之间的一段时间，见图2-2。用C表示，单位为秒（s）。一般信号灯的最短周期时长不少于36s，否则就不能保证几个方向的车辆顺利通过交叉口。最长周期时长一般不超过120s，否则，可能引起等待的司机烦躁或误以为灯色控制已经失灵。 2）相位差

在信号控制交叉口，其每一种控制状态（一种通行权），即对各进口道不同方向所显示的不同灯色的组合，称为一个信号相位。所有这些信号相位及其顺序统称为相位。对于一个多方向交通流而言，一组互不冲突的交通流即可称为一个相位。相位差则是相邻路口同一相位绿灯或红灯起始时间之差。

周期时长绿黄红绿灯间隔时间绿红黄绿灯间隔时间第一相位时间时间第二相位时间图2-2 两相位信号配时图

3）绿信比

绿信比是一个信号相位的有效绿灯时长和周期时长之比，一般用 表示：

式中：——绿信比； ——周期时长（s）； ——有效绿灯时长（s）。

2.4.2评价信号控制交叉口的交通效益的指标

交通效益的评价指标一般有一下几个：通行能力或饱和度（实际到达交通量与通行能力之比）、行程时间、延误、停车次数、停车率、排队长度、燃油消耗、废气排放、交通噪音等。在一定的道路条件下，信号控制交叉口的通行能力受信号周期时长的影响。在正常的周期时长范围内，周期时长越长，通行能力越大，但是车辆延误和油耗等也随之增长。信号交叉口当延长周期时长所提高的通行能力远大于交通需求时，即饱和度相当小时，对通车状况并没有太大好处，却会增加无谓的车辆延误和油耗。所以，这种情况下，通行能力过大，对信号控制的交叉口的交通效益并没有太大意义。因而，为获得预期的交通效益，必须选择合适指标并以选定的指标为依据确定信号配时，使得交通效益达到最佳。 1、通行能力

在现有的交通条件、道路条件以及信号控制条件下，在一定时间内通过进口道停车线的最大车辆数叫做路口通行能力，它是信号控制效果的重要评价指标之一。路口通行能力的计算可以表示为饱和流量与对应绿信比的乘积，它是

在饱和流量的基础上进行计算的。交通量一定，通行能力与饱和度成反比，二者对于信号控制路口的评价有相同的效应。 2、延误时间

车辆在交叉口入口引道处被阻碍下行走所需时间和无阻碍行走所需时间之差叫做延误时间，它有平均延误和总延误两个评价尺度。 3、饱和度

进口道饱和度是指某个交叉口进口道的车流量与可从该进口通过交叉口的最大流量的比值，即实际到达交通量与通行能力之比。 4、停车率

停车率指每个周期停驶的车辆数占整个周期所到达车辆数的比例。停车率的大小反映了交叉口的服务水平，而且也从车辆耗油、环境及出行费用等几方面反映了信号控制的合理性。总有一部分车辆在信号交叉口行驶时，在到达停车线之前会由于红灯或排队，而不得不减速甚至停车。 5、平均排队长度

在信号一个周期内各条车道排队最长的长度平均值叫做平均排队长度。各条车道最长排队长度一般是指该车道的绿灯相位起始时的长度。

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