信号交叉口理论 交通系统工程课件.pdfVIP

第九章 信号交叉口理论 信号交叉口交通流理论，主要研究信号交叉口的通行能力以及采用单点控制的交叉口 和协调控制系统中车辆延误与排队长度的计算。信号交叉口的通行能力是分析信号交叉口 交通状况和进行配时设计与评价的基础，延误与排队长度是决定信号交叉口服务水平和计 算燃油消耗与排放的主要因素。目前应用的交叉口延误模型是按照均衡延误和随机延误两 部分来描述的，它反映了交通流的流动特性和随机特性。 交叉口延误模型的均衡延误部分是建立在交通流流体理论的基础上的，该理论要求将 交通的供、求量都视为连续变量，通常用流率来表示，而流率是随时间和空间变化而变化 的；随机延误部分是建立在稳态排队理论的基础上的，该理论定义了交通流到达与排队的 分布。 考虑了均衡延误和随机延误的交通流模型在交通控制领域是非常有用的，它可以应用 于各种不同的信号控制类型，而且形式较简单。这种模型现已受到越来越多的关注，成为 很多国家进行交通分析与控制的工具，并且已经应用到了实际的交叉口控制当中。本章首 先介绍信号交叉口的交通特性，包括通行能力分析以及车流在交叉口的受阻过程，然后介 绍在交通流不同的到达情况下，各种延误模型对延误时间和排队长度这两项控制效果参数 的计算。 第一节 信号交叉口的交通特性 信号交叉口车流的运行特性及其通行能力，直接取决于信号配时的情况。为便于研究， 我们主要分析采用固定式配时的孤立信号交叉口。首先介绍两个概念：相位和绿灯间隔时 间。所谓相位，就是指在一个信号周期内一股或几股车流，不管任何瞬间都获得完全相同 的信号灯色显示，那么就把它们获得不同灯色的连续时序称作一个信号相位。绿灯间隔时 间是指一个相位绿灯结束到下一相位绿灯开始之间的时间，这是为了避免下一相位头车同 上一相位尾车在交叉口内相撞所设，也叫交叉口清车时间，常用 I 表示。 一、信号交叉口车流的运动特性 当一个交叉口的相位安排确定之后，车流通过交叉口时的基本运动特性如图 9—1 所 示。这一基本模式是由克莱顿（Clayton ）于 1940～1941 年提出的，后来沃德洛尔、韦伯 斯特和柯布（Cobbe ）等学者沿用并发展了克莱顿的模式，使之成为今天我们看到的图示。 这一模式一直作为研究信号交叉口车流运行特性的主要依据。 1．饱和流量和有效绿灯时间 图9—1 所示的车流运动图示表明，当信号灯转为绿灯显示时，原先等候在停车线后面 的车流便开始向前运动，车辆鱼贯地越过停车线，其流率由零很快增至一个稳定的数值， 即饱和流量S （或称饱和流率）。此后，越过停车线的后续车流将保持与饱和流量S 相等， 直到停车线后面积存的车辆全部放行完毕，或者虽未放行完毕但绿灯时间已经截止。我们 从图 9—1 可以看到，在绿灯启亮的最初几秒，流率变化很快，车辆从原来的静止状态开始 加速，速度逐步由零变为正常行驶速度。在此期间，车辆通过交叉口（停车线）的车流量 要比饱和流量低些。同样的道理，在绿灯结束后的黄灯时间（许多国家的交通法规允许车 辆在黄灯时间越过停车线）或者在绿灯开始闪烁后，由于部分车辆因采取制动措施而已经 1 停止前进了，部分车辆虽未停止但也已经开始减速，因此通过交叉口（停车线）的流量便 由原来保持的饱和流量水平逐渐地降下来。当然这里主要是指直行车流而言的，左转车流 在黄灯期间通过交叉口的流量反而会变得更大一些，这是因为由于对向直行车的存在，使 得左转车在绿灯期间只能聚集在路口中央等候区待机通行。这样在绿灯结束时便积存下一 些左转车，它们只能利用黄灯时间迅速驶出路口。为了研究问题方便，我们在以后的讨论 中仍采用图9—1 的模式，只是对左转车流另作些特殊考虑。右转车流若不受信号灯控制， 其运动特性也应另作考虑。 率 流 流 起始迟滞 a 有效绿灯时间 g 车 的 行 放 间 期 灯