交通管理与控制课程设计报告书

1、下载可编辑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：学习态度及平时技术水平与实际能说明书撰写质量（总 分等级成绩（ 30）创新（ 5）45）力（ 20）（ 100）.专业 .整理 .下载可编辑指导教师签名：年月日.专业 .整理 .下载可编辑目录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

2、析. .12 设计交通量确定 .22.1最高 10 分钟流率统计 . .32.2设计小时交通量计算 . .33 车道渠化及信号相位方案设计.43.1渠化方案设计 .43.2相位方案设计 .44 饱和流率估算 .54.1复杂情况下饱和流率计算 . .54.2饱和流率汇总及对比 . .105 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 .15

3、6.2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.21.专业 .整理 .下载可编辑1 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

4、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.专业 .整理 .下载可编辑另外，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

5、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

6、所得。.专业 .整理 .下载可编辑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）左52西进口直227右80左49东进口直198右40左111南进口直95右32左37北进口直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 ）左312西进

7、口直1362右480左294东进口直1188右240左666南进口直570右192左222北进口直562右276.专业 .整理 .下载可编辑3 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

8、。 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，

9、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： qLT =222>200，需要设置左转保护相位西进口： qLT =264>200，需要设置左转保护相位.专业 .整理 .下载可编辑南进口： qLT =307>200，需要设置左转保护相位北进口： qLT =164<200，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（1 ）：为南北方向左转相位相位二（2）：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（3 ）：为南进口直行

10、的延迟相位，同时是北进口的直行相位相位四（4）：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：si s0 ? N ?f i（4-1 ）式中： si 车道组 i 的饱和流率， p

11、cu / h ；s0 进口车道基本饱和流率，pcu / h ，在缺乏实测数据时取值1900 pcu / h ；N 车道组 i 所包含的车道数；f i 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13.0W3.5f w0.4(W0.5)2.5W3.00.05(W16.5)W3.5（4-2 ）.专业 .整理 .下载可编辑式中： fW 车道宽度校正系数；W 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

12、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 fW =1。（ 2）车道纵坡修正系数如式 4-3所示。f g10.5G（4-3 ）式中： f g 车道纵坡校正系数；G 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f g =0。（ 3）大车修正系数如式4-4 所示。1（4-4 ）f HV1 PHV (EHV1)式中： f HV 大车校正系数；PHV 大车在车流中的比例；EHV 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

13、-2 所示。.专业 .整理 .下载可编辑表 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fRpb1.0PRT (1ApbT )(1PRTA)fLpb1.0PLT (1ApbT )(1PLTA )（4-5 ）式中：f Rpb 自行车 / 行人对右转车流影响的校正系数； f Lpb 自行车 / 行人对左转车流影响的校正系数；PRT 车道组中右转车辆所占的比例；PLT 车道组中左转车辆所占的比例；ApbT 非保护相位下自行车/ 行人影响因子；PRTA 保护相位内右转通行时长所占的比例；PLTA 保护相位内左转通行时长

14、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PLTA =1，则f Lpb =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。qpedg q ped (C / g p )（4-6 ）式中： qpedg 行人通行相位内行人的流率，peds/ hg ；q ped 分析时段内的行人交通量，peds/ hg ；C 信号周期时长；g p 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

15、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）.专业 .整理 .下载可编辑直行绿灯50红灯137东西绿灯44左转红灯143直行绿灯47红灯140南北绿灯37左转150红灯所有黄灯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qpedgOCC2000当 qpedg1000 peds/ hg时pedg当1000 peds / hg（4-7 ）0.40 (qpedgqped

16、g 5000 peds/ hg时)10000式中： OCC pedg 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：qbicgqbic (C / gb )（4-8 ）式中： qbicg 自行车通行相位内的流率，bic / hg ；qbic 分析时段内的自行车交通需求量，bic / hg ；gh 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

17、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：.专业 .整理 .下载可编辑OCC bicg 0.02qbicg（ 4-9）2700式中： OCCbicg 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OCCr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。OCC rOCC pedg OCC bicgOCC pe

18、dg gOCC bicg（4-10 ）经计算得，机非冲突区域的总占用率OCC r 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：ApbT1 OCCr , N recNturn(4-11)1 0.60 OCC, NrecNgrturnN式中：rec 左转车或右转车流的出口到数量；Nturn 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

19、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

20、的饱和流率.专业 .整理 .下载可编辑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

21、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.专业 .整理 .下载可编辑由上图可以看出，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。.专业 .整理 .下载可编辑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.专业 .整理 .下载可编辑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-

22、2 所示。Ring1 Ring21q=max （ 307+165），（ 164+170） 2=307+165=47234q4=max132,222=222q =max289,265=28955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=0.571<0.9 ，满足要求，可以进行下一步设计。5.3 计算各个相位黄灯时间、全

23、红时间、绿灯间隔时间应用式 5-1 计算黄灯时长和全红时长。分析时，东西进口车道的车速采用设计车速限制值 45km/h，南北进口车道的车速采用设计车速限制值40km/h 计算。由于各进口道的设计车速相同，故各相位具有相同的黄灯时长，计算结果如下：A tav85（）g5-1219.6式中： A 黄灯信号时长， s；t 驾驶员反应时间， s，一般取值为 1s；v85 85%车速，或合理的速度限制值，m/s；.专业 .整理 .下载可编辑g 坡度，用小数表示；19.6 2 倍重力加速度值， m / s2 。计算结果得，A1,2,3,4 =2.08s 。为计时方便，对黄灯时长取整A1,2,3,4 =3s

24、全红时长与交叉口道路宽度有关，因此，相位一，二，三相同，相位四，五相同。考虑到该交叉口有中等行人过街交通需求，因此，全红时长的确定应考虑人行过街横道的宽度，给予过街行人充分的保护。r max( wL,P)（5-2 ）v15v15式中： r 全红信号时长， s；w 从停车线到远端对向冲突车道的距离， m；L 汽车标准长度，通常取 56m；v15 15%车速， m/s；P 从停车线到远端冲突行人过街横道的距离，m。利用式 5-2 计算全红时长为r 1、 2、 3=2.86s ， r 4 、5 =3.953s 。为计时方便，对全红时长取整，全红 r=4s 。因此，计算得各相位的绿灯间隔时间为：I 1

25、、 2、 3= 6s ，I 4、5 =7s。5.4 计算总损失时间一个周期的信号损失时间由所有相位的启动损失及全红时间组成。实测数据启动损失为 3.13s ，为计时方便，取整为3s。于是各相位的信号损失如下：L1,2 、3 =6sL4、 5=7s一个周期的总信号损失时间为：L=L1+L2 +L3+L4 =26s5.5 计算最佳周期时间1.5L5（ 5-3）COY1式中： C o 最佳信号周期， s；Y 信号总损失时间， s；Y 周期内所有相位的关键车道组的流率比之和利用式 5-3 和上述数据计算最佳信号周期为 Co=102.56s 。为计时、计算方便，对最佳周期进行取整，则取最佳周期时间Co

26、=110s 做为交通信号周期时长。5.6 计算各项配时参数利用下式 5-4 以及 5-5 进行计算各相位的有效绿灯时长，各相位的有效绿灯时长如下表 5-1 所示：.专业 .整理 .下载可编辑g E, i(C L) yi（5-4 ）Y式中： gE ,i i 相位有效绿灯时间， s;C 周期时长， s；L 信号总损失时间， s；yi i 相位流量比；Y 流量比总和。gigE ,i li Ai（5-5 ）表 5-2各相位的有效绿灯时长以及绿灯显示时间相位有效绿灯时长（ s）绿灯显示时间（ s）相位一20.1020相位二6.677相位三14.2714相位四18.6819相位五24.27246 约束条件

27、检验6.1 周期时长检验为避免绿灯显示时间取整过程中产生的误差，对绿灯显示时间、黄灯时间和全红时间进行累加，检验是否与周期长相等。经检验，五个相位绿灯显示时间加黄灯时间和全红时间等于周期时长。检验结果符合要求，进行下一步设计。6.2 行人过街时间检验相位二、相位三和相位五期间，存在行人过街需求，因此，需要对二、相位三和相位五的绿灯显示时间进行检验。 采用下式 6-1 计算满足行人过街要求的最短绿灯显示时间。gmin 7LPI（6-1 ）vP式中：gmin 最短绿灯时间， s；Lvp 行人过街步行速度，m/s；I 绿灯间隔时间， s。其计算结果如下：相位二和相位三行人过街要求的最短绿灯显示时间g

28、min =31s>21s,相位五行人过街要求的最短绿灯显示时间gmin =20.4s<24s 。由计算结果可知： 相位二和相位三的绿灯显示时间不能够满足行人过街要求的最短.专业 .整理 .下载可编辑绿灯显示时间，相位五的绿灯显示时间能够满足行人过街要求的最短绿灯显示时间。由于交通量过大，导致周期时长较长，无法重新规划周期时长，否则该交叉口的延误时间和服务水平无法计算。因此只能采用此信号周期时长，对于不满足行人过街时间的相位二和相位三，只好在相应的人行横道处设置行人过街安全岛。设置行人过街安全岛后行人则可以通过二次过街安全通过交叉口。7 延误与服务水平确定7.1 交叉口各车道组通行能

29、力交叉口各车道组通行能力的计算公式如下式所示：CAPi Si i（7-1 ）式中： CAPi i 车道组通行能力， pcu/h ；Si i 车道组复杂饱和流率，pcu/h ；i i 车道组绿信比。绿信比是指一个信号周期内某信号相位的有效绿灯时长与信号周期时长的比值。gE（7-2 ）C式中：gE 有效绿灯时长， s 。而绿灯有效时间的计算公式如下所示：g E g A l（7-3 ）式中： g 绿灯显示时间， s；A 黄灯时长， s；l 启动损失时间， s。利用上述公式综合计算得到各车道组的绿信比如下表7-1 所示：表 7-1各进口道各车道组绿信比进口方向转向有效绿灯时长（ s）绿信比左190.1

30、73东直360.281右一直放行0.9左190.173西直240.281右一直放行0.9左270.245南直右210.191左270.245北直140.127右一直放行0.9.专业 .整理 .下载可编辑周期110根据以上公式以及数据得到各进口道各车道组通行能力计算过程及结果如下表7-2所示：表 7-2各进口道各车道组通行能力计算过程及结果进口车道组通行能力左转CAP东 / 左 =1748×（ 19/110 ）=302.4pcu/h东进口直行CAP=1748×（ 24/110 ）=381.1pcu/h东 / 直右转CAP东/ 右 =524×（ 0.9 ） =491.

31、6pcu/h左转CAP西 / 左 =1634×（ 19/110 ）=282.7pcu/h西进口直行CAP西 / 直 =1634×（ 24/110 ）=356.2pcu/h右转CAP西 / 右 =850×（ 0.9 ）=765pcu/h南进口左转CAP南 / 左 =1678×（ 27/110 ）=411.1pcu/h直右CAP=1610×（ 21/110 ） =307.5pcu/h南/ 直右左转CAP=1606×（ 27/110 ）=393.5pcu/h北 / 左北进口直行CAP北 / 直 =1691×（ 21/110 ）=2

32、14.8pcu/h右转CAP北 / 右 =820×（ 0.9 ）=738pcu/h7.2 交叉口各车道组饱和度各进口道各车道组饱和度计算过程及结果如下表7-3 所示，计算公式如下式所示：X iQ（7-4 ）CAPi式中： X i i 车道组饱和度；Qi i 车道组设计交通量。表 7-3各进口道各车道组饱和度计算过程及结果进口车道组饱和度左转X 东/ 左 =222/302.4=0.734东进口直行X 东 / 直 =288.7/381.1=0.757右转X 东/ 右 =195/471.6=0.413左转X 西/ 左 =264/282.7=0.934西进口直行X 西/ 直 =264/356

33、.2=0.743右转X 西 / 右 =405/765=0.529南进口左转X 南/ 左 =307/411.1=0.747直右X 南 / 直右 =226/307.5=0.735北进口左转X 北/ 左 =164/393.5=0.417直行X 北/ 直 =165/214.8=0.768.专业 .整理 .下载可编辑右转X 北 / 右 =251/738=0.3407.3 交叉口各车道组均衡延误交叉口各车道组均衡延误计算公式如下所示：di0.5C(1i ) 2（7-5 ）1（，X）min 1ii式中： di i 车道组均衡延误， s/pcu ；C 周期时长， s；X i 所计算车道的饱和度；各进口道各车道

34、组均衡延误计算过程及结果如下表7-4 所示：表 7-4 各进口道各车道组均衡延误计算过程及结果进口车道组均衡延误 s/pcu左转d1=43.09东进口直行d1=36.12右转1d =0.88左转1d =44.87西进口直行d1=35.94右转d1=1.05左转1南进口d =38.37直右d1=41.88左转d1=35.30北进口直行d1=46.48右转d1=0.797.4 交叉口各车道组随机附加延误交叉口各车道组随机附加延误计算公式7-6如下所示：d2 900T ( x 1)(x1) 28ex（7-6 ）QT式中： x 所计算车道的饱和度；Q 所计算车道的通行能力， pcu/h;T 分析时段的持续时长， h, 一段取 0.25h ；e 交叉口信号控制类型校正系数，定时信号取e =0.5 ；感应信号控制下 e0.5 ，且随饱和度的增大而增大。