智能交通系统2-6

1 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 1 智能交通系统 上官伟 北京交通大学电子信息工程学院 Tel: 51687111 Office: SY1008 Email: wshgbjtu.edu.cn 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 2 课程内容 概论 交通控制系统基础 ITS的概念和核心技术 体系结构、研究领域 系统举例、标准化 综合智能交通系统（铁路、水运、航空） 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 3 第二章 交通控制系统基础 交通系统主要组成 交通流的特性 信号控制系统的分类 信号控制的基本参数 点、线、面控制系统 高速公路交通控制系统 交通控制系统的基本评价指标 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 4 一、交通系统主要组成 交通系统主要组成部分：（要素） 人：驾驶员、乘务员、维修人员、管理人员、乘客、 行人、其他有关人员。 车辆：公共汽车、电车、出租车、货车、摩托车、 自行车、地铁、其它车辆。 路：快速干道、主干道、次干道、支路。 管理与控制系统：车辆检测器、计算机、交通信号 灯、路旁显示板、广播、闭路电视等。 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 5 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 6 2 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 7 二、交通流的特性(交通流参数) 宏观：将交通流作为一个整体。 交通量(Traffic Flow, Traffic Volume) 在一定时间间隔内，通过一条公路或一条给定车道或方向的 某一点的车辆总数。单位为辆数或辆/单位时间。 可分为：到达率、离开率 车速Speed (and Travel time) 车流密度Density：D=F/S 占用一个给定公路或车道的车辆总数。单位为车辆数/公里 或车辆数/公里/车道。 常用时间占有率Occupancy来表示。 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 8 交通量(Traffic Flow, Traffic Volume) 最重要、最容易测量。 流量：q NT N:通过断面AA的车辆数; T:测量时间 设hi为第i辆车的车头时距，有 hhNhN TNqNiiNii1 1111 h：平均车头时距 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 9 车速Speed (and Travel time) 在特定的观测地点、沿特定路线上的，交通运 行状况的重要计量。 时间平均速度（地点速度） 区间平均速度 1212 120)(limttxxttitdtdxvi2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 10 车道占有率(Occupancy) 车道上，车辆占用时间与总观测时间之比。 %1001 Ttnii ：车道占有率 %； it：第i辆车的检测器占用时间； T：观测时间； 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 11 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 12 二、交通流的特性（续） 微观：交通流中的单个车辆的行为 间距和间隔 (Spacing and Headway) 间距：车道上连续车辆间的距离。 间隔：连续车辆通过车道上某点的时间 3 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 13 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 14 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 15 三、信号控制系统分类 按控制范围分： 单个交叉口的交通控制 也称单点信号控制，“点控制”。 干道交叉口信号协调控制 也称“绿波”信号控制，“线控制”。 区域交通信号控制系统 “面控制”。 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 16 三、信号控制系统分类（续） 按控制方法分： 定时控制：交叉口信号控制机均按事先设定的配时方案运行， 称定周期控制。(Pretimed Control) 有单段式定时控制和多段式定时控制 有单个交叉口的定时控制、静态线控系统和静态面控系统。 感应控制：是在交叉口进口道上设置车辆检测器，信号灯配 时方案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。(Traffic Actuated Control) 可分为：半感应控制和全感应控制。 (Actuated & Semi-Actuated Control) 用感应控制方式的线控制、面控制也称为动态线控系统和动态面控系 统。 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 17 四、信号控制的基本参数 用以给相互冲突的交通流以先后通过的通行权， 即在时间上将相互冲突的交通流进行分离，以 便它们安全地通过交叉路口。 相位：信号化的交叉路口，给予车辆及行人以通行 权的时序叫信号的相位，简称相。(Phase) 通常用的是两相控制信号，如图。 另外有三相、四相、八相的控制方式，如图。 信号的相位数根据路口的需要选择，相位越多，交通越安 全，但交叉路口的利用率就越小。 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 18 两相控制信号 4 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 19 三相控制信号 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 20 四相控制信号 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 21 四、信号控制的基本参数(续) 三个基本控制参数： 周期长度 绿信比 相位差 信号控制系统的功能就是最佳地确定各路口在各车 流方向上的这些控制参数，并付诸实施。 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 22 四、信号控制的基本参数(续) 周期长度：(Cycle length) 信号灯运行一个循环所需的时间，等于绿灯、黄灯、红灯时间之 和。 The sum of all traffic phases is equal to the cycle length. 一般信号灯最短周期不小于36s；最长周期不超过2min。 适当的周期长度对路口处交通流的疏散和减少车辆等待时间具有 重要意义。 又具体分为：（英国运输与道路研究所TRRL的结果） 最佳周期（Co） 最小周期（Cm） 实际应用的周期（Cp） 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 23 四、信号控制的基本参数(续) 最佳周期（Co）： 最小周期（Cm）： 实际应用的周期（Cp）： 式中：L - 一个周期内的总损失时间； Y - 整个交叉路口中，各个相位的y值的总和，即Y=y，y是流 量与饱和流量的比值。（即繁忙度） 周期与延误的关系如下图：（Cp应略大于Co，取90%的饱和量） YLCO155 . 1YLCm1YLCp9 . 0 9 . 02012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 24 5 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 25 四、信号控制的基本参数(续) 绿信比： (Split) 一个周期中，绿灯时间与周期长度之比称为绿信比。 绿信比：S = G / C； G-绿灯时间，C-周期 绿信比的大小对于疏通交通流和减少路口总等待时间有着举足轻 重的作用。 通过合理地分配各车流方向的绿灯时间（绿信比），可使各方向 上阻车次数、等待时间减至最少。 应该注意：单个路口信号的最优配时并不等于对于整个交通网络 （线控或面控系统）也是最优的。对于多路口联合控制，需统筹 考虑各路口的周期、绿信比，而且要妥善地确定不同路口信号之 间的相位差。 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 26 车流通过信号路口的时间-距离图 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 27 四、信号控制的基本参数(续) 相位差： (Offset) 也称时差，是应用于信号系统联动协调控制的一个参数。有绝对 相位差和相对相位差之分。 绝对相位差是指各个信号的绿灯或红灯的起点或中点相对于某一 个标准信号（相位差为零）的绿灯或红灯的起点或中点的时间之 差。 相对相位差是指相邻两信号的绿灯或红灯的起点或中点之间的时 间之差。相对相位差等于两个信号绝对相位差之差。 在信号协调控制系统中，选择正确的相位差对车流的协调和“绿 波”的形成具有重要意义。 两个相邻路口的相位差：O = t + 10 (秒) t 为平均旅行时间，10s为一路口清车队时间。 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 28 其它参数 绿灯间隔时间（R）： 从失去通行权的相位的绿灯结束到得到通行权的相位的绿灯 开始所用的时间。 最小绿灯时间（gmin）： 是对相位的绿灯显示时间规定的最低限值。>5s 饱和流量（S） 在有车队存在的某段绿灯时间内，并且忽略车流释放率在增 大或减小的绿灯时间的前几秒及后几秒时间段，车辆通过 停止线的平均流率。 有效绿灯时间（ge）： 即某一相位的绿灯时间与黄灯时间的和减去损失时间。>5s 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 29 其它参数（续） 损失时间（l） 即在周期时间内，由于安全及车流运动特性等原因，在某 段时间内没有交通流运动或未被充分利用的时间。 车流量系数（y） 饱和度（X） 延误（D） 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 30 车流通过信号路口的流量图示 （信号灯交叉口车流运动特性） 6 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 31 五、单个交叉路口的交通控制 单个交叉路口的交通控制也称“点控” 控制方式： 定时控制 交通感应控制 优化感应控制 定时控制与感应控制的选择 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 32 5.1 定时控制 全部控制参数（主要是周期、绿信比、相的数量和 顺序）都根据历史交通数据预先确定，保持常数。 必须对每相的时间（绿信号时间加上黄信号时间） 和总的周期时间确定要求的数值。 基本的考虑因素： 车辆延误 交叉路口的容量 有许多算法。如韦伯斯特法（Webster）、ARRB法、 “冲突点”法等。 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 33 信号配时图 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 34 5.2 交通感应控制 目的是使绿灯时间长度与实际交通状况相适应。有全感应控制和半感应控制两类。 常用的有两种形式： 基于到达车辆车头距的控制 基于排队长度的控制 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 35 交通感应控制的基本工作原理 如图所示，一相位起始绿灯，感应信号控制器内预设有一个 “初期绿灯时间” (Gmin) ，到初期绿灯结束时， 如在一个预置的时间间隔内，无后续车辆到达，则可更换相位； 如检测器检测到有后续车辆到达，则每测得一辆车，绿灯延长一预置的 “单位绿灯延长时间” (G0) 。即只要在这个预置的时间间隔内，车辆中 断，即换相；连续有车，则绿灯连续延长，直到绿灯一个预置的“极限 延长时间”(Gmax)时，即使检测到后面仍有来车，也中断这个相位的通车 权。 maxminGGG2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 36 7 2012-10-18 北京交通大学电子信息工程学院 上官伟 37 5.3 定时控制和感应控制的选择 能降低延误和减少停车的控制方式，既有较好 的交通效益又有较高的经济效益。