珠海市凤凰南路线控方案设计.docx

2013/1/11 friday珠海市凤凰南路线控方案设计 学 院：_机械与车辆学院_专 业：_11级交通工程_姓 名：李洁仪 罗美茵 林露露 廖 欢高亿洋 黄宝华 周磊清 温发威 目录珠海市凤凰南路线控方案设计2摘 要2关键词：单点信号控制 协调控制 韦伯斯特法31前言3研究背景及意义3线控方案设计思路41.2.1设计总流程图51.2.2 线控方案设计步骤52 珠海市凤凰南路现状描述52.1 凤凰南路简介62.2 各个交叉口的现有信号配时情况72.3 现状分析123 凤凰南路双向绿波协调控制方案设计133.1 信号配时计算方法133.2 各交叉口单点信号控制设计143.3 双向绿波协调控制方案设计20参考文献24人员安排24珠海市凤凰南路线控方案设计 摘 要 对路网的交叉口进行信号配时协调控制，可以保证车辆能够畅通行驶。本文对珠海市香州区的拥堵路段之一凤凰南路进行晚高峰时段的线控方案设计。通过对凤凰南路的道路环境、晚高峰车流量进行实地调查，根据交通干线协调控制的要求，设计凤凰南路干线协调控制方案。根据调查所得的资料，采用韦伯斯特法对凤凰南路各交叉口进行信号配时；并采用数解法进行双向绿波的干线协调控制方案进行求解，并根据实际情况对方案进行调整以达到最优的运行效果。 关键词：单点信号控制 协调控制 韦伯斯特法1前言 研究背景及意义研究背景及意义 随着城市化速度的加快，机动车日益普及，人们在享受机动车所带来的便利同时，也面临着交通拥挤的困境。交通拥挤严重，将会导致出行者出行时间增加、车辆能源消耗加大、空气污染和噪声污染程度日益加深等诸多问题。 据统计，交通拥挤问题每年给世界各地造成巨大的经济损失，由交通拥挤所带来的问题已成为目前世界各城市交通面临的一个严峻问题。而在城市交通网络中，作为城市交通重要网络节点的交叉口是道路网络中通行能力的“滞点”和交通事故频发的主要发源点。车辆在交通网络中的行为要受到交通信号的控制，信号设施也在一定程度上影响交通运行，相邻交叉口交通信号不协调、未优化是导致拥堵的原因之一。固定周期式或感应式信号控制等既有交通控制模式无法充分发挥道路的通行能力，造成城市道路时空资源的浪费，从交通全局角度对各节点协调控制则能避免这一现象的出现1。城市干线担负繁重的交通负荷，故应保证其运行通畅。近几十年来，世界各国采取了各种各样的对策，但是城市交通问题仍没有得到很好的解决。在长期的实践中，人们认识到，通过修建更多的路桥，以提高路网的通行能力的方式来缓解交通拥挤，无法满足日益增长的交通压力。另外，修建路桥的巨额资金和城市空间的严格限制，使这一方法的有效性大打折扣。因此，在现有道路条件下，提高交通控制和管理水平，合理使用现有的交通设施，充分发挥其能力，是解决交通问题的有效方法之一。 随着近年来我国城市普遍实施“畅通工程”建设，城市道路交通控制的水平有了较大的提高。其中一个明显的标志就是线控技术在我国城市中正在得到越来越广泛的应用。交通干线协调控制是有效提高车辆运行效率的协调控制手段之一并被广泛应用2。交通干线协调控制，就是把一条干道上一批相邻的交通信号连接起来，加以协调控制，为沿干线行驶的车辆提供通过带，以保证干道上的车辆能够畅通，减少干道上的延误和停车率。当干道相邻交叉口距离不是很长时易于为驾驶员所接受，而且它操作简便，相对经济，因此是一种较为普遍的交通控制策略。珠海市凤凰南路位于珠海市香州区的繁华区内，是连接郊区与市中心的一条交通主干道，其通行效率的高低直接影响着香州区的交通环境质量，如何保持凤凰南路这条交通主干道的畅通是非常重要的。目前凤凰南路的交通状况并不理想，该路段的车辆流量大，路网结构属于交叉口数量多而复杂的情况，相邻交叉口之间的交通信号不协调、未优化，容易使车辆通过该路段时干道上的延误和停车率增加，无法充分发挥道路的通行能力，造成城市道路时空资源的浪费。所以对珠海市凤凰南路进行干线交通信号协调优化可以使干道上按规定车速行驶的车辆获得尽可能不停顿的通行权，减少凤凰南路上车流的交通延误和停车率，提高城市道路时空资源的利用率，对改善香州区的交通环境质量具有重大意义。线控方案设计思路 绿波协调设计方案一般为定时多时段方案，常分为 4个方案：早高峰、平峰、晚高峰、低峰。限于篇幅，文中只针对晚高峰的绿波带控制进行具体的设计，其余时段的设计方法不变，可参考晚高峰方案设计进行。设计总流程图1如图1-1所示：1.2.1设计总流程图图 1-11.2.2 线控方案设计步骤（1）对珠海市凤凰南路进行通过交通调查和相关资料收集，并对其数据和资料进行分析。 （2）根据收集所得的资料和交通环境，采用韦伯斯特信号配时方法进行各交叉口的单点信号控制设计。根据各交叉口单点信号控制设计得出的结果，采用数解法进行凤凰南路双向绿波的干线协调控制方案设计。2 珠海市凤凰南路现状描述 2.1 凤凰南路简介通过交通调查和相关资料收集，发现凤凰南路是位于珠海市香州区的繁华区内的南北向交通主干道，该区商家云集，扬名购物广场、湾仔沙电脑城、百货公司等购物中心，毗邻珠海烈士陵园、香山公园、野狸岛以及珠海情侣路等景点，除了商务娱乐设施，该区还包括了学校、辅导中心等教育机构和部分住宅小区。凤凰南路所贯穿的是集住房、餐饮、娱乐、休闲、商务功能为一体的区域，属珠海市香洲区的繁华地段之一。 如图2-1所示凤凰南路北端与朝阳路相交，南端与海滨路相交，全长约 1100m，车道为双向四车道，每车道宽度为3.5m，车辆限速为 40公里/小时，车流主要集中在南北方向。该路段虽为城市主干道，但由于某些原因，道路两侧修建了大量的商业建筑，这无疑会带来大量的过街行人量，为保证主干道的车速和行人的安全，已经在该路段修建了 3 处行人过街设施，减少了行人对机动交通的干扰，保证了车辆行驶车速的稳定。 此外，在这段路上，非机动车交通量比较小，对机动车影响不大。图 2-1该干线协调路线共有 6个交叉口组成，凤凰南路为南北向主干道，海滨路为东西向主干道，朝阳路、先烈路、康宁路、海燕路、东风路为东西向次干道。为了设计方便，将 6个交叉口由北至南依次编号如图2-2所示。在凤凰南路中段有三个 t 型交叉口相连，但连通方向不同，属于错位交叉口路段，而且三个 t型交叉口中只有交叉口 c 是信号交叉口。其中交叉口c、d的距离只有 67 m，是近距离交叉口。如图2-2所示。各交叉口现有的交通信号配时情况如表2-1所示。图 2-2表 2-12.2 各个交叉口的现有信号配时情况（1）交叉口a交叉口a的相交道路是凤凰南路与朝阳路，其中凤凰南路为南北向主干道，朝阳路为东西向次干道；交叉口类型为十字交叉口；现状控制方式为信号灯控制；其中东进口为东往西方向的单行道；人行过街设施为人行天桥。图2-3为该路口的道路情况图，图2-4为该路口高峰小时交通量图，图2-5为该路口现有的配时情况图。图 2-3 图 2-4图 2-5（2）交叉口b 交叉口 b的相交道路是凤凰南路与先烈路，其中凤凰南路为南北向主干道，先烈路为东西向次干道；交叉口类型为 t型交叉口；现状控制方式为无信号交叉口；人行过街设施为斑马线。图2-6为该路口的道路情况图，,图2-7为该路口高峰小时交通量图。（该路口原本就没有设置信号灯）图2-6 图 2-7（3）交叉口c 交叉口 c 的相交道路是凤凰南路与康宁路，其中凤凰南路为南北向主干道，康宁路为东西向主干道；交叉口类型为 t型交叉口；现状控制方式为信号交叉口；人行过街设施为斑马线。以下图2-8为该路口的道路情况图，图2-9为该路口高峰小时交通量图，图2-10为该路口现有的配时情况图。 图2-8 图 2-9图 2-10（4）交叉口d 交叉口d的相交道路是凤凰南路与海燕路，其中凤凰南路为南北向主干道，海燕路为东西向次干道；交叉口类型为 t型交叉口；现状控制方式为无信号交叉口；人行过街设施为人行地下隧道。图2-11为该路口的道路情况图，图2-12为该路口高峰小时交通量图。（该路口原本就没有设置信号灯） 图 2-2 图 2-3（5）交叉口e 交叉口 e的相交道路是凤凰南路与东风路，其中凤凰南路为南北向主干道，东风路为东西向次干道；东风路东段双向各用以车道用作路边停车，故行车车道为一车道；交叉口类型为十字交叉口；现状控制方式为信号灯控制；人行过街设施为人行横道。图2-13为该路口的道路情况图，图2-14为该路口高峰小时交通量图，图2-15为该路口现有的配时情况图。 图2-13 图 2-14图 2-15（6）交叉口f 交叉口f的相交道路是凤凰南路与海滨路，其中凤凰南路为南北向主干道，海滨路为东西向主干道；此处凤凰南路与海滨路相交的北进口道、西进口道为三车道，东进口道为二车道；交叉口类型为 t型交叉口；现状控制方式为信号交叉口；人行过街设施为人行地下隧道。图2-16为该路口的道路情况图，图2-17为该路口高峰小时交通量图，图2-18为该路口现有的配时情况图。 图2-16图 2-17图 2-182.3 现状分析凤凰南路路段为双向四车道，只有在与海滨路相交的进口道处为三车道，其他相交支路中，海滨路西进口为三车道，东风路路段本为双向四车道，但该路段处于湾仔沙电脑城区域内，从凤凰南路至情侣路路段的一车道用于路边停车，东进口为一车道。受地理空间的限制，对道路进行扩宽的可能性小且难度大，故在车道只能设置为混合车道（直左，直右、直左右） 。由于车道的限制，在信号配时时，进口道为二车道的交叉口信号设置应为两相位，进口道为三车道且可以设置左转专用相位的交叉口应设置为三相位。 交叉口a、d、f都建有人行天桥或人行地下隧道的行人过街设施，在信号配时不需要考虑行人相位。而交叉口 b、c、e的行人过街设施为人行横道，由于车道的限制，车道只能设置为混合车道，车辆与行人之间的冲突较大，为保障行人的安全，需要设置行人专用相位。但本文的着重的是对车流的控制，但不能完全忽略行人对车流的影响，故本文将行人设施为人行横道的交叉口的行人专用信号绿灯时间设为行人过街所需的最短绿灯时间。 先烈路东段连接的是凤凰南路和该区域的老旧住宅区，从交叉口 b的晚高峰小时流量图中发现，在晚高峰期间，先烈路东段进入凤凰南路的车流非常小，基本上可以忽略，故交叉口b不需要设置信号控制。同样道理，在晚高峰期间，海燕路东段进入凤凰南路的车流非常小，基本上可以忽略，而且海燕路口与康宁路距离只有67米，故交叉口d也不需要设置信号控制。3 凤凰南路双向绿波协调控制方案设计3.1 信号配时计算方法(1)韦伯斯特法 c0=1.5l+51-y式中：c0信号最佳周期，s； l周期总损失时间，s， y=i=1nli +ii -ai式中： l车辆启动损失时间，一般为 3秒； i绿灯间隔时间，即黄灯时间加全红灯清路口时间，一般黄灯为3s，全红灯为24s；a黄灯时间，一般为 3s； i所设相位数； y=i=1nmax(yi ,y il)式中：y组成周期全部相位的最大流量比之和，yi 第i 个相位的最大流量比；yi =qisi式中：qi第i 个实际到达流量； si第i 相位流向的饱和流量。ge=c0-l式中：ge -总有效绿灯时间gei=geyimaxy式中：gei -每个相位分配的有效绿灯时间gi=gei-ai+li式中：gi -每个相位的显示绿灯时间i=geico式中：i -各相位的绿信比3.2 各交叉口单点信号控制设计（1）凤凰南路与朝阳路十字路口信号配时设计凤凰南路朝阳路现状高峰小时交通量调查数据以及流量比计算数据如表3-1所示：表 3-1确定信号相位如图3-1所示：图 3-1按前面介绍的信号配时方法中的常用方法进行信号配时，具体配时计算过程如下：流量比总和为：y=0.39+0.14=0.53由于未设专用左转相位，左转车辆只能通过插空来通过交叉口，也就是说只有等对向直行排队车辆以饱和流率通过冲突点后，左转车辆才能安全通过交叉口，这无疑增大了左转车的起步损失时间。根据前后车的车头时距的规律可得出每个相位起步损失时间均取12s,不设全红时间，则总延误为：l=12+12=24s最佳周期时长为：c0=1.5l+51-y=1.5*24+51-0.53=87s总有效绿灯时间为：ge=c0-l=87-24=63s每个相位分配的有效绿灯时间：第一相位：ge1=gey1maxy=630.390.53=46s第二相位：ge2=gey2maxy=630.140.53=17s每个相位的显示绿灯时间：第一相位：g1=ge1-a1+l1=46-3+12=55s第二相位：g2=ge2-a2+l2=17-3+12=26s 各相位的绿信比：第一相位：1=ge1co=4687=0.53第二相位：2=ge2co=1787=0.20设计相位图如图3-2所示：图 4（2）凤凰南路先烈路t字路口信号配时设计凤凰南路先烈路现状高峰小时交通量调查数据如下表3-2所示：表 2-2先烈路东段连接的是凤凰南路和该区域的老旧住宅区，从交叉口 b的晚高峰小时流量图中发现，在晚高峰期间，先烈路东段进入凤凰南路的车流非常小，基本上可以忽略，故交叉口b不需要设置信号控制。（3）凤凰南路康宁路t字路口信号配时设计凤凰南路康宁路现状高峰小时交通量调查数据以及流量比计算数据如表3-3所示：表 3-3确定信号相位如图3-3所示：图 3-3按前面介绍的信号配时方法中的常用方法进行信号配时，具体配时计算过程如下：由于2车道基本是每分钟2辆车，所以不设专用左转相位。流量比总和为：y=0.54+0.2=0.74由于未设专用左转相位，左转车辆只能通过插空来通过交叉口，也就是说只有等对向直行排队车辆以饱和流率通过冲突点后，左转车辆才能安全通过交叉口，这无疑增大了左转车的起步损失时间。根据前后车的车头时距的规律可得出每个相位起步损失时间均取3s,不设全红时间，则总延误为：l=2*3=6s最佳周期时长为：c0=1.5l+51-y=1.5*6+51-0.74=54s总有效绿灯时间为：ge=c0-l=54-6=48s每个相位分配的有效绿灯时间：第一相位：ge1=gey1maxy=480.540.74=35s第二相位：ge2=gey2maxy=480.20.74=13s每个相位的显示绿灯时间：第一相位：g1=ge1-a1+l1=35-3+3=35s第二相位：g2=ge2-a2+l2=13-3+3=13s 各相位的绿信比：第一相位：1=ge1co=3554=0.65第二相位：2=ge2co=1354=0.24设计的相位配时图如图3-4所示：图 3-4（4）凤凰南路海燕路t字路口信号配时设计凤凰南路海燕路现状高峰小时交通量调查数据如表5所示：表 3-3从交叉口d的晚高峰小时流量图中发现，在晚高峰期间，海燕路东段进入凤凰南路的车流非常小，基本上可以忽略，而且海燕路口与康宁路距离只有67米，故交叉口d也不需要设置信号控制。（5）凤凰南路-东风路十字路口信号配时设计凤凰南路-东风路现状高峰小时交通量调查数据以及流量比计算数据如表6所示：表 3-4相位确定如图3-5所示：图3-5按前面介绍的信号配时方法中的常用方法进行信号配时，具体配时计算过程如下：y=0.61+0.14=0.75不考虑全红时间，则总损失l=3+3=6s最佳周期时长为：c0=1.5l+51-y=1.5*6+51-0.74=56s总有效绿灯时间为：ge=c0-l=56-6=50s每个相位分配的有效绿灯时间：第一相位：ge1=gey1maxy=500.610.75=41s第二相位：ge2=gey2maxy=500.140.75=9s每个相位的显示绿灯时间：第一相位：g1=ge1-a1+l1=41-3+3=41s第二相位：g2=ge2-a2+l2=9-3+3=9s最小绿灯时间理论生不小于5s，实际应用时一般取15s 。各相位的绿信比：第一相位：1=ge1co=4156=0.73第二相位：2=ge2co=956=0.16g2=15s,第二相位新的绿信比为2=ge2co=1556=0.27设计的新的周期为62s相位配时图如图3-6所示： 图 3-6（6）凤凰南路海滨路t字路口信号配时设计凤凰南路-海滨路现状高峰小时交通量调查数据以及流量比计算数据如表3-5所示：表 3-5相位确定如图3-7所示：图 3-7 按前面介绍的信号配时方法中的常用方法进行信号配时，具体配时计算过程如下：所以流量比总和y=0.44+0.31+0.14=0.89因为行人过街方式是地下人行通道，所以不需要设置全红时间。两相位规定每个相位的起步损失是3s，则ls=9s所以最佳周期：c0=1.5l+51-y=1.5*9+51-0.89=169s最佳周期时长为：c0=1.5l+51-y=1.5*9+51-0.89=169s总有效绿灯时间为：ge=c0-l=169-9=160s每个相位分配的有效绿灯时间：第一相位：ge1=gey1maxy=1600.440.89=79s第二相位：ge2=gey2maxy=1600.310.89=56s第三相位：ge3=gey3maxy=1600.140.89=25s每个相位的显示绿灯时间：第一相位：g1=ge1-a1+l1=79-3+3=79s 第二相位：g2=ge2-a2+l2=56-3+3=56s第三相位：g3=ge3-a3+l3=25-3+3=25s 各相位的绿信比：第一相位：1=ge1co=79169=0.47第二相位：2=ge2co=56169=0.30第三相位：3=ge3co=25169=0.15相位配时图如图3-8所示：图 3-83.3 双向绿波协调控制方案设计双向协调绿波控制系统相邻信号的时差，有图解法和数解法这两种实用的算法。下面采用数解法对系统进行运算求解。 数解法是通过比较各理想交叉口间距的相邻挪移量之差最大值 b，依据b最大原则确定最佳理想交叉口间距的。对于同一个理想交叉口间距 a，b越大则表明实际交叉口位置可以越集中地位于理想交叉口位置附近，其最大“损失绿信比”越小，通过带宽度可能越宽。因此，数解法实质上是通过寻找使得系统中各实际信号距理想信号的最大挪移量最小来获得最优相位差控制方案2。 由上面的计算结果，可知交叉口 f的信号周期最长，根据定时式线控制系统的配时设计方法的要求3，选交叉口 f为关键交叉口，该交叉口的信号周期为线控系统的系统周期,则系统周期为170s。在线控制情况下，各交叉口的周期时长与系统周期时长相等。以各交叉口所需周期时长并根据主次的流量比，计算各交叉口各相位的绿信比及显示绿灯时间，如表3-6所示表 3-6取周期最长的f交叉口为标准交叉口，则线控的周期为170s。带速暂设为40km/h,即11.1m/s。1计算理想间距。由v*c2=11.1*1702=943.5m(取有效数字94)，变动范围9410，即84104。2计算理想信号与实际信号的挪移量。先计算a列各行：以a84的一行为例，a、c交叉口实际间距为46，同理想信号的间距84的差值是-8，意即b点要后移8，才同其理想信号点相合，可以和a、c、e各信号组成交互协调；如不后移，则将同a点组成同步协调，此时c距a的理想信号点为46，记入ac间的一列内。c、e原间距为30，则30+46=76，即c同其理想信号的错移距离为76，将76计入ce间的一列内。以此类推，计算至e、f间的一列。a=84这一行的计算结束。同理计算a=84104各行，同样把计算结果计入相应的位置内。计算b列：仍以a=84一行为例。将实际信号位置与理想信号的挪移量，按顺序排列（从小到大），并计算相邻挪移量之差，将此差值之最大者计入b列。a=84一行的b值为30。如表3-7所示：表 3-7同理，计算a的其他各行，最终得表如表3-8所示：表 3-83.确定理想相位位置表3-8中可知，当a=104时，b=44为最大值。取b为最大值时，对应的a值，即可得af各信号到理想信号的挪移量最小，即当vc/2=1040m时，可以系统协调效率最好。又由表10，f至c同理想信号的挪移量之差最大，则理想信号同f间的挪移量为：（如图3-9所示）104-442=30