交通管理与控制课程设计.doc

河南城建学院交通管理与控制课程设计说明书课 程 名 称: 交通管理与控制 题 目:平顶山建设路-凌云路交叉口定时信号配时设计专 业: 交通工程 学 生 姓 名: 李 鹏 举 学 号: 071413220 指 导 教 师: 刘丽华、张蕾 设 计 教 室: 10#B609、302 开 始 时 间: 2016 年 01 月 04 日完 成 时 间: 2016 年 01 月 08 日课程设计成绩：学习态度及平时成绩（30）技术水平与实际能力（20）创新（5）说明书撰写质量（45）总 分（100）等级指导教师签名： 年 月 日目 录1 交通调查11.1 调查主要内容11.2 本人负责调查部分数据处理及分析12 设计交通量确定32.1 最高10分钟流率统计42.2 设计小时交通量计算43车道渠化及信号相位方案设计53.1 渠化方案设计53.2 相位方案设计54 饱和流率估算64.1 复杂情况下饱和流率计算64.2 饱和流率汇总及对比115 各项配时参数计算125.1 交叉口信号配时设计流程125.2 确定关键车流和流率比135.3 计算各个相位黄灯时间、全红时间、绿灯间隔时间135.4 计算总损失时间145.5 计算最佳周期时间145.6 计算各项配时参数146 约束条件检验156.1 周期时长检验156.2 行人过街时间检验157 延误与服务水平确定167.1 交叉口各车道组通行能力167.2 交叉口各车道组饱和度177.3 交叉口各车道组均衡延误187.4 交叉口各车道组随机附加延误187.5 交叉口各进口车道的的延误197.6 各进口道平均信控延误197.7 整个交叉口的平均信控延误20参考文献211 交通调查1.1 调查主要内容（1）现状交叉口几何尺寸、信号配时、行人及自行车通行规则； （2）机动车转向交通量； （3）非机动车转向交通量； （4）行人过街交通量； （5）分析期初始积余车辆Qb、绿灯期间到达车辆占整个周期到达量之比P。1.2 本人负责调查部分数据处理及分析 在本次调查中，我负责的任务主要是现状交叉口几何尺寸的调查，并且由我绘制现状交叉口以及渠化后的交叉口设计图（图1-1、图1-2）。图1-1 原渠化设计示意图 图1-2 新渠化设计示意图另外，由于1组的人手不够，我又帮他们调查了非机动车道的交通流量（表1-1）。简单分析见图1-3。表1-1平顶山市交叉口非机动车进口交通流量流向调查表 交叉口名称：_凌云_路与_建设_路交叉口 调查位置：西进口观测人员：李鹏举 观测日期：2016.1.4下午4：40-6：10时 段左转直行右转4：40-4：50632544:50-5:00435555：00-5：10382555：10-5：20584625：20-5：305107895：30-5：401173525：40-5：50482635：50-6：00777656：00-6：1067469小计51646564图1-3 非机动车流量由图表可以看出4:40到6:10有明显的高峰，其中左转流量少，以直行为主，右转也很多。2 设计交通量确定设计小时交通量的确定对于单点交叉口定时信号控制设计十分重要，本次设计采用的数据是我们小组的人员在周一下午，在16:3018:10期间，于建设路和凌云路交叉口实际测量所得。2.1 最高10分钟流率统计根据调查对建设路与凌云路交叉口晚高峰交通量的调查数据，整理汇总后取各进口道各转向的最高10分钟流率，如表2-1所示：表2-1 各进口道、各转向最高10分钟流率进口方向转向最高10min流率（pcu）西进口左52直227右80东进口左49直198右40南进口左111直95右32北进口左37直94右462.2 设计小时交通量计算设计交通量等于最高10min流率的6倍，由此可得出各进口道、各转向的设计小时交通量，如表2-2所示：表2-2 各进口道、各转向设计小时交通量进口方向转向流量（pcu/h）西进口左312直1362右480东进口左294直1188右240南进口左666直570右192北进口左222直562右2763车道渠化及信号相位方案设计3.1 渠化方案设计从交叉口的几何构型设计渠化方案如下：建设路西进口为7条车道，分别为2条专用左转车道、4条直行车道、1条专用右转车道；南进口为5条车道，分别为2条左转专用车道、2条直行车道、1条直右合用车道、一条非机动车道;东进口为5条车道，分别为1条专用左转车道、3条直行车道、1条专用右转车道；北进口为5条车道，分别为1条专用左转车道、3条直行车道、1条专用右转车道。设置右转专用车道是考虑到4个进口道交通量和行人流量较大。则左转车道构成1个车道组、直行车道构成1个车道组、右转专用车道构成1个车道组。3.2 相位方案设计建设路与凌云路交叉口原信号周期为190s，为四相位信号控制，现状信号配时记录表如表3-1所示、信号配时如图3-1所示、现状相位图如图3-2所示：表3-1 建设路与凌云路路现状交叉口信号配时表单周期信号相位数：4 单周期时间： 190s相位1相位2相位3相位4绿灯时间(s)50444737黄灯时间(s)3333红灯时间(s)137143140150图3-1 现状信号配时图继而分析是否需要设置左转保护相位，根据交通管理与控制给出的左转保护相位判别条件对各进口逐一进行判断：东进口：=222200，需要设置左转保护相位西进口：=264200，需要设置左转保护相位南进口：=307200，需要设置左转保护相位北进口：=164200，但由于交叉口地形和行人、机动车的影响，也需要设置左转保护相位考虑到南北方向左转车流量相差很大，可以考虑早启迟断式信号相位。于是交叉口的相位方案初步确定如下：相位一（）：为南北方向左转相位相位二（）：为南进口左转相位的延迟相位，同时开启南进口直行相位三（）：为南进口直行的延迟相位，同时是北进口的直行相位相位四（）：东西进口的左转相位相位五（5）：东西方向的直行相位，相位图如图3-2：图3-2 信号相位图4 饱和流率估算4.1 复杂情况下饱和流率计算严格的流率比分析依赖于车道组饱和流率的确定。直行当量法仅是一种粗略的估计方法，不适用于对交叉口信号控制的细致分析。然而，对车道组饱和流率的分析依然是进行交叉口信号控制方案设计的重要环节。故需要进行复杂情况下饱和流率分析。饱和流量用实测平均饱和流量乘以各个影响因素校正系数的方法估算，如式4-1所示。即进口道的估算饱和流量： （4-1）式中：车道组的饱和流率，； 进口车道基本饱和流率，在缺乏实测数据时取值1900； 车道组所包含的车道数； 进口车道各类校正系数。首先需要确定交叉口进口车道各类校正系数：（1）车道宽度校正如式4-2所示 （4-2） 式中：车道宽度校正系数； 车道宽度，m。 根据设计的渠化方案，确定各个进口道的宽度，各个进口道各车道的宽度如下表4-1所示。表4-1各个进口道各车道的宽度进口方向转向车道宽度（m）左3东直9右3左7西直14右3.5左6南直9右3左3北直9右3由于各个进口方向的进口车道的宽度W，都在3.0m到3.5m的范围内，所以车道宽度的修正系数=1。（2）车道纵坡修正系数如式4-3所示。 （4-3）式中：车道纵坡校正系数； 车道纵坡，弧度制。根据道路线性的情况，四个进口车道纵坡为零，因此，各车道的纵坡修正系数=0。（3）大车修正系数如式4-4所示。 （4-4）式中：大车校正系数； 大车在车流中的比例； 大车的小汽车当量，无实测数据时取2.0.利用式4-4计算出各车道的大车修正系数如表4-2所示。表4-2 各方向大车校正系数进口方向大车校正系数东0.92西0.86南0.93北0.89（4）行人和自行车修正系数如式4-5所示 （4-5）式中：自行车/行人对右转车流影响的校正系数； 自行车/行人对左转车流影响的校正系数； 车道组中右转车辆所占的比例； 车道组中左转车辆所占的比例； 非保护相位下自行车/行人影响因子； 保护相位内右转通行时长所占的比例； 保护相位内左转通行时长所占的比例。 由于该交叉口各个进口道都有左转专用车道且设有左转保护相位，所以=1，则=0.下面开始计算行人/自行车对右转车流影响的校正系数。 步骤一：计算绿信号时间内的行人流率。 （4-6） 式中：行人通行相位内行人的流率，； 分析时段内的行人交通量，； 信号周期时长； 行人通行相位时长。由表4-2可知该交叉口高峰小时行人交通量。由实际调查得到现有的交叉口信号配时方案设计如下表4-3所示：表4-3 非机动车与行人高峰小时流量进口方向西东南北非机动车流量535409601645行人流量183162255148表4-4 交叉口原有信号配时道路方向车道方向红、绿灯时间（s）东西直行绿灯50红灯137左转绿灯44红灯143南北直行绿灯47红灯140左转绿灯37红灯150所有黄灯12周期190经计算得各车道组行人通行相位内行人的流率如表4-5所示。表4-5 各车道组行人通行相位内行人的流率方向行人流率方向行人流率东655西740南969北562步骤二：确定机非冲突区的行人占用率 （4-7）式中：机动车与行人冲突区域的行人占用率；根据表4-5中计算得数据，利用式4-7，计算出机动车与行人冲突区域的行人占用率如下：东进口0.327、西进口为0.37、南进口0.48、北进口为0.28。步骤三：计算绿信号时间内的自行车流率及机非冲突区自行车占用率计算公式如下： （4-8）式中：自行车通行相位内的流率，； 分析时段内的自行车交通需求量，； 自行车通行时长。根据表4-5调查所得数据，由公式4-8计算的出自行车通行相位内的流率为：东、西进口1653、2162，南、北进口2283、2135。机非冲突区的自行车占用率按下式4-9确定： （4-9）式中：机动车与自行车冲突区域的自行车占有率。利用自行车通行相位内的流率数据和式4-9计算可得机动车与自行车冲突区域的自行车占有率如下东、西进口：0.820，南、北进口：0.865。 步骤四：确定机非冲突区域的总占用率 对于直行右转相位下机非冲突区域的总占用率的计算，应按照式4-10计算。 （4-10）经计算得，机非冲突区域的总占用率结果如表4-6所示。表4-6 各进口道机非冲突区域总占用率方向机非冲突占用率方向机非冲突占用率东0.632西0.820南0.865北0.810步骤五：确定非保护相位下自行车/行人影响因子ApbT非保护相位下自行车/行人影响因子按下式4-11确定： (4-11)式中：左转车或右转车流的出口到数量； 左转车流或右转车流在进口到的数量。综合以上数据，可以求得非保护相位下自行车/行人影响因子的数值如下:东、西方向为0.621，南、北方向为0.514。据设计的交叉口渠化方式得知右转有专用的车道，所以车道组中右转车辆所占的比例为1。转车一直放行，没有保护相位，所以保护相位内右转通行时长的比例为0。根据以上计算与调查数据，利用式4-6计算得各进口道自行车/行人对右转车流影响的校正系数如表4-7。表4-7 各进口道自行车/行人对右转车流影响的校正系数方向机非对右转影响系数方向机非对右转影响系数东0.912南0.924西0.781北0.900 根据以上校正系数，利用式4-1计算得各车道组复杂情况下的饱和流率，其结果如表4-8示。表4-8 各车道组复杂情况下的饱和流率进口方向西东南北车道数241131231131转向左直右左直右左直右左直右饱和流率1634163485017481748524167816101643160616918204.2 饱和流率汇总及对比进而结合复杂情况下设计饱和流率对比分析，对比统计表如表4-9所示、对比分析图如图3-1所示：表4-9 各类饱和流率汇总表进口车道名称复杂情况计算法（pcu/h）实测值（pcu/h）东进口左转1748东进口直行17481565东进口右转524西进口左转1634西进口直行16341497西进口右转850南进口左转1678南进口直右16431665北进口左转1606北进口直行16911658北进口右转820为了更加直观表达直行当量法计算的设计饱和流率、复杂情况下设计饱和流率以及实际饱和流率之间的关系，由表4-9做对比分析图如图4-1所示：图4-1 设计饱和流率对比分析图由上图可以看出，对于个各进口车道饱和流率总体来看：复杂情况下计算出来的饱和流率比实际测得值大。5 各项配时参数计算5.1 交叉口信号配时设计流程图5-1 WEBSTER法信号配时流程图5.2 确定关键车流和流率比根据设计相位方案以及复杂情况下的饱和流率，绘制关键车流分析示意图，如图5-2所示。q=max（307+165），（164+170） =307+165=472q4=max132,222=222q5=max289,265=289Ring1 Ring212345图5-2关键分析示意图利用图5-2所示的数据以及复杂情况下饱和流率，计算流率比y如下表5-1所示：表5-1 各相位的流率比相位流率比相位流率比相位一0.137相位二0.045相位三0.097相位四0.127相位五0.165各相位的关键流率比之和为Y=y+y4+y5=0.279+0.127+0.156=0.57121s, 相位五行人过街要求的最短绿灯显示时间=20.4s80参照表7-6可知，