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一,交通信号概述
交通信号一般指在道路上用来传送交通管理信息的光、电波、声音以及动作等。道路交通常用的信号有手势信号和灯光信号。手势信号是由交通管理人员通过手臂动作显示的,灯光信号则是由道路交通信号灯显示的。交通信号的作用是分配给互相冲突的交通流以有效的通行权,使交通流运行安全和延迟最少。历史上第一个交通信号灯于1868年出现在英国的伦敦,它源于铁路信号,是由绿灯与红灯构成的二色信号汽灯,限于夜间使用。1918年美国纽约采用了世界上最早的红黄绿三色信号电气照明灯,后被世界各国普遍采用。
1968年联合国《道路交通和道路标志、信号协定》,对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号,面对绿灯的车辆可以直行、左转弯和右转弯,除非另有一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通过。红灯是禁行信号。因为在可见光中红光的电磁波最长,易于为人们在较远距离外辨认,为保证交通安全,所以采用红灯为禁行信号。面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号,面对黄灯的车辆不能越过停车线,但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时,可以进入交叉路口。
在某种情况下,为了分离各种不同方向的交通流并对其提供独立的通行时间,可以用带箭头的灯来代替普通的绿信号灯。箭头信号灯有两种,一种是单独的绿箭头信号灯,面对这种信号灯的车辆只可沿着绿箭头所指示的方向行驶;另一种是带红灯的绿箭头信号灯,面对这种信号灯的车辆在不妨碍那些合法地在人行横道上行人和正在合法地通过交叉路口的车辆通行的情况下可以沿着箭头指示的方向行驶。
目前,安装在交叉路口的交通信号灯多为自动控制的信号灯,有的是固定周期,有的是变周期。用信号灯控制一个交叉口通的方式叫点控制;将一条道路上几个交叉口的信号灯联系起来,协调运转,这种控制交通的方式叫线控制;用计算机控制几条道路上的若干个交叉口的信号灯,使之协调运转,这种方式叫面控制
交通信号是指在道路上向车辆和行人发出通行或停止的具有法律效力的灯色信息,主要分为指挥灯信号、车道灯信号和人行横道灯信号。交通信号灯是指由红色、黄色、绿色的灯色按顺序排列组合而成的显示交通信号的装置。我国对交通信号灯的具体规定简述如下:
1)指挥灯信号:
①绿灯亮时,准许车辆、行人通行,但转弯车辆须不准妨碍直行的车辆和被放行的行人通行。
②黄灯亮时,不准车辆、行人通行,但已越过停止线的车辆和已进入人行横道的行人可以继续通行,在不妨碍被放行的车辆和行人通行的情况下,右转弯的车辆和T型路口右边无横道的直行车辆可以通行。
③红灯亮时,不准车辆、行人通行,车辆应停在停车线外。右转弯的车辆和T型路口右边无横道的直行车辆,在不妨碍被放行车辆和行人通行的情况下,可以通行。
④绿色箭头灯亮时,准许车辆按箭头所示方向通行。
⑤黄灯闪烁时,车辆、行人须在确保安全的原则下通行;
2)车道灯信号:
车道灯信号是指绿色箭头和红色叉形灯;绿色箭头灯亮时,本车道准许车辆通行;红色叉形灯亮时,本车道禁止车辆通行。
3)人行横道灯信号:
人行横道灯信号包括:绿灯亮、绿灯闪烁和红灯亮。
绿灯亮时,准许行人通过人行横道;绿灯闪烁时,不准行人进入人行横道;红灯亮时,不准行人进入人行横道。
二,交通信号控制理论
交通信号控制(Traffic Signal Control,TSC)是依据路网交通流数据,对交通信号进行初始化配时和控制,同时根据实时交通流状况,实时调整配时方案,实现交通控制的优化。交通控制从被控区域的最小延误时间出发,获得最佳的配时方案,是系统化最优的思想。为获得整个路口交通效益的最大,可采用两种方法:一是采用数学模型对交叉口各个方向的车辆到达作准确的预测,根据运筹学和最优化理论确定各个方向的绿灯时间;二是采用智能控制的方法对交叉口进行控制。由于城市交通系统具有随机性、模糊性、不确定性等特点,很难对其建立数学模型。计算机的出现和广泛应用促成了人工智能研究热潮的掀起,针对传统交通控制系统的固有缺陷和局限性,许多学者把人工智能的实用技术相继推出并应用到交通控制领域。以下内容为交通信号控制领域专业词汇概念与解析:
信号相位
在空间上无法实现分离的地方(主要是在平面交叉口上),为了避免不同方向交通流之间的相互冲突,可以通过在时间上给各个方向交通流分配相应的通行权。例如,为了放行东西向的直行车流且同时避免南北向的直行、左转车流与其发生冲突,可以通过启亮东西向的绿色直行箭头灯将路口的通行权赋予东西向直行车流,启亮南北向的红灯消除南北向直行、左转车流对东西向直行车流通行的影响。
对于一组互不冲突的交通流同时获得通行权所对应的信号显示状态,我们将其称