交通枢纽信号灯设计

1、课 程 设 计交通枢纽信号灯设计交通枢纽信号灯设计学 院： 交通与车辆工程学院 学生姓名： 朱丽燕 崔玮 崔盈利 指导教师： 刚宪约 2014 年 01 月I目录目录.I一 摘要 .1二 交叉口现状调查与分析.22.1 交叉口区域位置及现状.22.2 交叉口车道情况调查.22.3 交叉口交通量调查.32.4 交叉口现状配时.4三 交叉口信号配时方案设计.53.1 信号相位确定.53.2 信号参数设定.53.3 感应信号控制.83.4 工作原理.8四 南京路人民路交叉口信号配时模型建立 .104.1 基本假设.104.2 基本参数的确定.104.3 模型结果分析.11五 全文总结.13六 附件

2、.13一 摘要1一 摘要交叉口信号控制是根据不同交叉路口、不同相位、不同方向、不同时段的交通流量，合理的配置各路口的信号灯的周期长，以及同一周期内的红、绿、黄信号的响应时间。一般交叉口大多采用固定周期，固定信号比的配时控制方案。在交通流量较小、交通流量波动较大的交叉口, 固定信号配时由于不能根据道路上实时车流量的大小，即时的调整信号配时方案，会降低交叉口的通行能力。应用感应信号控制, 能够有效提高交叉口的运行效益为提高道路服务功能，采用感应控制在一定程度上可以克服固定配时的不足，设计实时优化的配时方案对道路畅通和应急决策管理具有重要意义。本文主要利用半感应信号控制的工作原理，以南京路和人民路为

3、实例，制定相应的感应信号控制方案，以达到交叉口信号配时的感应控制。二 交叉口现状调查分析2二 交叉口现状调查与分析2.1 交叉口区域位置及现状淄博市南京路与人民路交叉口，位于理工大学东北处，附近有瑞贤园，凯瑞碧园等住宅小区，人口密集复杂，机动车集中，人流、交通流量大且交通流复杂，交叉口拥挤、车辆运行混乱，特别在高峰时段车流量大。图 1 南京路与人民路交叉口示意图2.2 交叉口车道情况调查通过对南京路与人民路交叉口的实地测量和观测得到了交叉口车道的组成和实际宽度如下表 1表 1 南京路与人民路交叉口基本情况直行右转左转方向车道数宽度(m)车道数宽度(m)车道数宽度(m)路幅宽度(m)进口33.0

4、 13.0 13.0 东出口43.5 29.0 进口33.0 13.0 13.0 西出口43.5 29.0 进口33.0 13.0 13.0 南出口43.5 29.0 进口33.0 13.0 13.0 北出口43.5 29.0 二 交叉口现状调查分析32.3 交叉口交通量调查通过现场观测，获得交通量数据，了解交通量在时间、空间上的变化和分布规律，为交通规划、道路建设、交通控制与管理等提供必要的数据，调查结果如下表 2。表 2 南京路与人民路各进口道总流量（单位：pcu）时间东进口总流量西进口总流量南进口总流量北进口总流量7:00-8:00627889137712918:00-9:0053561

5、285611049:00-10:0043738977474410:00-11:0039835976561611:00-12:0035139091052412:00-13:0026026260938813:00-14:0041641075960314:00-15:0036841369860915:00-16:00376437105362616:00-17:00420501114761217:00-18:00459687176390618:00-19:004044641274755早晚高峰小时交通流量流向图 2 所示：图 2 早晚高峰小时交通流量流向图由上图可以看出，各个进口的直行车辆都占大部分，

6、尤其是北进口直行车占到 82%。并且可以看出南京路上的车流量明显高于人民路上的车流量。二 交叉口现状调查分析42.4 交叉口现状配时南京路与人民路交叉口信号为四个相位，各相位配时情况如下所示：表 3 南京路与人民路交叉口现状配时方案（单位：秒）信号相位周期长度绿灯时长黄灯时长绿灯时序东西向直行103183321东西向左转1031532439南北向直行1032834270南北向左转10330373103三 交叉口信号配时方案设计5三 交叉口信号配时方案设计交叉口信号控制的目的，是通过为不同流向、不同种类交通流提供通过路口的时间路权，从时间上消除路口内交通流的冲突点。以往的信号控制是采用定时信号控

7、制，对一些车流量小的道路绿灯时间造成了浪费，降低了整个交叉口的绿灯时间利用率。为了提高绿灯时间利用效率，采用交叉口感应信号控制。3.1 信号相位确定通过对早晚高峰交叉口流量流向的统计和分析，确定南京路与人民路交叉口采用四相位交叉口信号控制，分别为：东西直行、东西左转、南北直行、南北左转，各路口右转车辆不受信号灯控制，具体如下图 3 所示： 图 3 十字交叉路口相位设计3.2 信号参数设定计算每车道的饱和流量 S：在这一模型中，要对每个车道计算饱和流量，理想饱和流量一般取直行和左转车道为 1800 pcu/h，右转车道为 1550pcu/h，然后对该值进行修正，修正公式为： （3-LTRTgHV

8、wffffNfSS01）校正后车道组的饱和流量；S每条车道理想条件下的饱和流量；0S车道宽度校正系数；wf重型车校正系数；HVf坡度校正系数；gf三 交叉口信号配时方案设计6左转校正系数；LTf右转校正系数；RTf表 4 南京路与人民路交叉口饱和流量基本饱和流量(pcu/h)车道数量车道宽度校正系数重型车校正系数坡度校正系数左转校正系数右转校正系数校正后的饱和流量进口车道组成0SNwfHVfgfLTfRTfS左转180010.93 0.99 1.00 0.95 1574 直行180030.93 0.96 1.00 4821 东右转155010.93 0.97 1.00 0.97 1356 左转

9、180010.93 0.98 1.00 0.95 1558 直行180030.93 0.99 1.00 4972 西右转155010.93 0.96 1.00 0.97 1342 左转180010.93 0.97 1.00 0.95 1543 直行180030.93 0.96 1.00 4821 南右转155010.93 0.98 1.00 0.97 1370 左转180010.93 0.95 1.00 0.95 1511 直行180030.93 0.97 1.00 4871 北右转155010.93 0.96 1.00 0.97 1384 流量比计算，求出：maxyiiiSqy/ （3-ii

10、iSqy/2）第 i 个实际到达流量（调查得到） ；iq第 i 相位流向的饱和流量； iS （3-niiiyyY1),max(3）第 i 个相位的最大流量比；iy三 交叉口信号配时方案设计7表 5 南京路与人民路交叉口流量比进口车道组成早高峰小时交通量(pcu/h)矫正后的饱和流量(pcu/h)流量比左转19915740.13 直行28248210.06 东右转14613560.11 左转24715580.16 直行58749720.12 西右转5513420.04 左转22815430.15 直行90048210.19 南右转24913700.18 左转19815110.13 直行10624

11、8710.22 北右转3113840.02 采用韦伯斯特信号配时优化公式，得到信号最佳周期为： （3-YLC155 . 104）信号最佳周期；0C表示每个周期的各相位总损失时间，其计算公式为：L （3-0()niiiiLlIA5）车辆启动损失时间，一般取 3 秒；il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，iI全红灯为 24s；黄灯时间，有一般为 3s；iA所设相位数； n确定完最佳周期后，再计算总有效绿灯时间： iALCGe0三 交叉口信号配时方案设计8（3-6）各相位有效绿灯时间由下式确定： （3-YyyGgiiee),max(7）各相位的绿信比，按下式计算： 0Cg

12、e（3-8）根据上述公式和数据，求得交叉口最佳周期为 64.24s，其中黄灯时间为3s，损失时间 L=12s，各相位配时如下表：表 6 南京路人民路交叉口信号配时相位周期(s)有效绿灯时间(s)绿信比直行64.2414.4 0.22 人民路左转64.246.1 0.09 直行64.2426.1 0.41 南京路左转64.245.6 0.09 3.3 感应信号控制感应信号控制是通过车辆检车器测定到达进口道的交通需求，使信号显示时间适应测得交通需求的一种控制方式。根据检测器在交叉口进口道分布位置不同，分为全感应控制和半感应控制两类。本文采用将感应控制器设置在次干路进口道上的半感应控制。3.4 工作

13、原理半感应控制使用于一个方向流量大、变化大，而另一个方向交通量很小的交叉路口，它由半感应自动信号机和车辆检测器组成，次干路优先控制下，平时主路上总是绿灯，次路总是红灯，只有当次路检测到车辆到来满足一定条件时，其灯色才转换为绿色。实际运用中，为避免绿灯时间太短发生交通事故，当次路检测到车辆到达满足给定条件时，必须等待主路设置的最小绿灯时间结束时，才能把绿灯信号转移到次路。首先在主干路直行相位设置最小绿灯时间 g1，当最小绿灯时间结束时，信号机控制器开始判断次干路直行车道计数器是否满足通行条件，若满足条件，则为次干路直行相位分配最小绿灯时间 g2。当次干路直行相位结束时，信号控三 交叉口信号配时方

14、案设计9制器开始第二次判断，对次干路左转车道计数器车辆数是否满足条件，若满足条件，则向次干路左转相位分配最小绿灯时间 g3。当次干路左转相位结束的时，向主干路左转分配最小绿灯时间 g4，直至主干路左转时间结束。若经过两次判断次干路都没有满足通行条件，则主干路直行绿灯时间延长至最大绿灯时间，之后依次将相位分配给主干路左转、次干路直行、次干路左转。具体流程图如下：主干路直行分配最小绿灯灯时间次干路直行通行（计数器清零）次干路左转通行（计数器清零）次干路左转通行（计数器清零）主干路左转通行主干路直行延长至最大绿灯时间主干路左转通行主干路左转通行次干路直行通行（计数器清零）次干路左转通行（计数器清零）

15、次干路直行是否满条件件次干路左转是否满条件件次干路左转是否满条件件对次干路左转车道数量判断是否是是否否主干路左转通行三 交叉口信号配时方案设计10图 4 交叉口感应控制工作原理四 南京路人民路交叉口信号配时模型建立11四 南京路人民路交叉口信号配时模型建立4.1 基本假设(1)假设所有的司机和行人都遵守现行的交通规则，不会出现交通事故；(2)信号灯的转换与车辆的起动的损失时间为定值；(3)右转相位不受信号灯的信号控制，即可以实时放行；(4)假设车辆到达服从泊松分布；(5)通过停比线的车辆遇上黄灯时可继续前行，作为绿灯的特殊情况来处理。4.2 基本参数的确定通过前面对南京路与人民路交叉口的调查和

16、数据的分析，将南京路确定为主干路，人民路确定为次干路，交叉口采用四相位信号控制，由表 5 可以得出各相位的最佳绿灯时间。根据数据分析得出南京路直行车辆比例较大，因此需要对其重新设定一个最大绿灯时间，可以将其的有效绿灯时间乘以一个系数（1.2-1.5）来确定：，其主干路直行方向最短绿灯时间15.395 . 1*1 .26max1zg可由公式确定： （4-IvLgpp 7min1）行人过街长度，本模型采用二次过街的方式，长度为 14.5m；pL行人过街的速度，取；pvsm/2 . 1绿灯间隔时间，取 3s；I求得，其余相位由于流量不是很大，所以采用最佳绿灯时间，sgz1 .16min1分别为主干路

17、左转、次干路直行、次干路左转。sgz6 . 52sgc4 .141sgc1 . 62在次干路距离停车线 40m 出放置感应线圈，用来统计经过线圈的直行和左转车辆，分别用和表示东西方向直行车辆数，用和表示东西方向左etswtselswls转车辆数，并且根据早晚高峰流量统计数据，定义次干路直行和左转的获得通行权的条件分别为、，即只有当车辆数大于限定条件，次干路才会10ts3ls四 南京路人民路交叉口信号配时模型建立12获得通行权。图 5 交叉口感应线圈设置位置示意图4.3 模型结果分析根据感应信号控制的工作原理，编写控制程序，经过逻辑判断可以得到一下四种不同的信号周期。表 7 感应信号控制方案相位

18、一相位二相位三相位四周期时长/单位 s主直次直次左主左方案一16.114.46.15.654.2主直次直主左方案二16.114.45.645.1主直次左主左方案三16.16.15.636.8主直主左次直次左方案四39.25.614.46.177.3四 南京路人民路交叉口信号配时模型建立13图 6 感应信号控制方案方案一表示：相位起初为主干路直行方向设置最小绿灯时间，当相位结束时，信号控制器判断次干路直行方向车流量满足条件，将通行权赋予次干路直行方向。当次干路直行方向相位结束时，信号控制器再次判断次干路左转方向车流量满足条件，于是将通行权赋予次干路左转方向，在该相位结束后，主干路左转方向获得通行

19、权，待左转相位结束后，该交叉口完成一个信号周期。方案二表示：相位起初为主干路直行方向设置最小绿灯时间，当相位结束时，信号控制器判断次干路直行方向车流量满足条件，将通行权赋予次干路直行方向。当次干路直行方向相位结束时，信号控制器再次判断，由于次干路左转方向不满足条件，于是将通行权赋予主干路左转车辆，待左转相位结束后，该交叉口完成一个信号周期。方案三表示：相位起初为主干路直行方向设置最小绿灯时间，当相位结束时，信号控制器判断次干路直行方向车流量不满足条件，于是对次干路左转方向判断满足条件，于是将通行权赋予次干路左转相位，待该相位结束后，将通行权赋予主干路左转方向，待主干路左转相位结束后，该交叉口完

20、成一个信号周期。方案四表示：待初始绿灯时间结束后，次干路直行和左转方向均不满足通行条件，于是主干路直行相位延长至最大绿灯时间，接着依次为主干路左转、次干路直行、次干路左转相位。五 全文总结14五 全文总结本文主要对南京路与人民路交叉口实际情况数据的采集和分析，提出相应的假设，并建立了在次干路放置感应检测器的交叉口半感应信号控制模型，通过过往车流量的多少来给出相应信号相位配时，可以对交叉口实现简单的半感应信号控制。本模型也有很多不足需要进一步完善：比如信号控制判断次数太少，应该在每次相位结束后进行判断；对于次干路以及主干路直行相位的延时应该考虑的更加细致，这样才能更好的发挥模型的作用。六 附件Matlab 程序程序function y=xinhao(c