交通工程信号配时设计课程设计论文.doc

大连交通大学本科课程设计（论文）摘 要通过对现交叉口早晚高峰交通量的调查、统计与分析，确定设计流量。通过对车头时距的调查，确定饱和流量。根据点样本法计算交叉口的延误,发现存在的具体问题。服务等级为F级，为了提供更加方便的公共交通,十分有必要对该交叉口的信号配时进行一定的调整和优化。由于东西方向直行和左转的车流很大，确定设立东西方向直行的立交桥进行优化，根据高峰小时交通量，运用交叉口配时的相关理论，即webster法确定信号配时时间，确定交叉口的配时方案，为三相位，并对配时方案进行软件模拟、仿真评价，计算延误。通过对比分析发现该交叉口优化的结果。学会vIssim软件制作设计，具有道路模仿功能。关键词：交通流 信号配时 软件模拟 解决方案目 录第一章交叉口数据的调查1第二章信号控制设置的必要性7第三章交叉口配时设计73.1原交叉口进口道渠化83.2设计交通量93.3饱和流量的计算103.4现有交叉口信号配时参数及评价103.5改进配时方案：143.6改进后的延误183.7服务水平19第四章其他的问题及解决办法204.1行人过街难问题204.2交通标志不明显20第五章vissim软件模拟过程及评价215.1延误215.2软件模拟22第六章小结28参 考 文 献29附录30第一章交叉口数据的调查1.1交叉口基本数据1.11交叉口描述 五一路、西南路交叉口是大连市较为拥堵、车流量较大的交叉口之一。该交叉口位于大连市城区的西南部，西南路从南北向连接星海公园黑石礁和周水子咽喉部，五一路从东西向连接市区和高新园区，是西南路、五一路这两条连接居住区和工作区的城市主干道之间的交叉口。平面图如下所示:图1-1交叉口平面图具体的几何尺寸:调查方法:通过学生现场观察的方法,运用米尺等工具测量,得出交叉口基本数据如下表1-1所示表1-1交叉口车道尺寸进口道方向车道数（单向）直行车道数直行道宽度(m)右转车道数右转车道宽度(m)道路总宽（m） 五一路 东进口423.513.514 五一路 西进口423.513.514 西南路 南进口533.513.517 西南路 北进口533.513.5171.1.2交通数据的调查 对早高峰的配时要素进行观测和记录，包括交通量的调查、各车道饱和车头时距的调查和调查初始车道内车辆积余量记录，点样本法估测交叉口实际延误情况。获得的数据如下所示：1、交通量的调查: 调查方法:每个交叉口入口道安排了两个同学,记录早上高峰时期每隔五min的交通量,具体包括小型汽车,中型汽车,大型汽车。每个入口道分为直行、左转。右转。调查时间为一小时。具体所得的数据见附录。总结数据如下表1-2所示(phf=0.75)表1-2五一路和西南路交叉口机动车高峰小时交通量进口道Qmn(pch/h)大车率%小型汽车中型汽车大型汽车东进口直行94823651022左转39758982921右转6325331416总计1408西进口直行10478331949左转9019785316右转5023918总计1990北进口直行8673462左转426977595右转9378076268总计1846南进口直行11046977595左转1568076268右转9661281414总计22262、信号灯的数据调查调查方法：对高峰时期既有信号配时进行掐表观测，得出既有配时的周期时长、绿灯间隔时间、黄灯时间、各相位显示绿灯时间。交叉口现有信号灯相位图如1-2所示：第四相位第三相位第一相位第二相位图1-2交叉口现有相位图南北方向直行南北方向左转西方向直行左转东直行左转30s 3s 2s 9s 3s39s 3s 2s60s 3s 2s第一相位 第二相位 第三相位 第四相位图1-2信号配时图各信号灯具体的数据如下表1-3所示：表1-3信号灯的基本数据信号灯显示方向周期时间绿灯显示时间黄灯显示时间红灯显示时间绿灯间隔时间南北直行1583031255南北左转93146东直行左转393116西直行左转603953、车头时距的调查：调查方法：在早晚高峰时段进行调查，记录调查时的天气状况。车辆进入引道后，由于红灯信号的作用要在停车线前排队等候，一旦绿灯开始显示，则排队车辆顺次驶过停车线。以停车线为基准，可以观测到车辆驶过停车线的时间。把信号交叉口进口道每车道上绿灯初期连续流中车辆通过停车线的时间分别记录下来，直到所有排队车辆均驶过停车线。剩余绿灯时间内未经过排队驶过交叉口的车辆不进行记录。平面示意图如下1-3所示。观测线123n图1-3测量车头时距示意图 测量三次，取其平均值，测得数据如下表1-4所示：原始数据于附录所示表1-4交叉口车头时距总结交叉口入口道第一次调查平均值第二次调查平均值第三次调查平均值总评均值五一路东入口右3.292.492.442.74直2.562.402.332.43左3.552.642.682.95五一路西入口右2.162.142.002.10直2.032.331.962.11左2.422.692.632.59西南路南入口右2.742.612.302.55直1.942.032.092.02左3.873.012.63.16西南路北入口右2.722.812.712.75直2.472.362.732.63左2.802.362.732.634、延误的调查：调查方法：（1）由调查人员用秒表和计数器测定车辆通过交叉口的停好车数量及累计停车时间（2）定时段测定。选择测试时段（如15s）由调查人员记录每时段内通过和停车的数量数，然后计算求得延误。调查数据见附录，总结如下例如西南路北入口直行的具体数据如下表1-5所示：表1-5西南路北入口延误数据开始时间在下列时间内在引道内的车辆数引道交通量0s15s30s45s停驶车数不停驶车数 7：25 1319222900 7：26 32353539170 7：272222222500 7：283135373900 7：2941433311250 7：30713151700 7：312325282460 7：3224141113230 7：331827333700 7：3433323321170小计244265269255880合计103388总延误15495 驶入车辆平均延误176 停车比例100.0%第二章信号控制设置的必要性美国统一交通控制设施手册所制定的依据。第三条依据高峰小时(1) 在平时的一小时内同时出现以下三种情况：a. 停车标志管制的次路进口道上，单向一条车道的总停车延误大于或等于4车小时，货单向两车道的停车延误大于或等于5车小时。b. 在次路上同一进口道上，一条车道的单向流量大于或等于100辆/小时，或两车道的单向流量大于或等于150辆/小时；c. 在这一小时进入三岔交叉口的总流量大于或等于650辆/小时，或进入四岔口或多岔交叉口的总流量大于或等于800辆/小时。（2）我国于1994年颁布实施国家标准道路交通信号灯安装规范（GB 1488694）。该规范对我国各道路交叉口和路段上交通信号的安装依据、安装方式和安装要求作出了规定。该交叉口的每条车道延误都大于4车小时，符合条件一；在次路的同一进口道上，车流量都大于100/小时，符合条件二；总流量都大于800辆/小时；符合条件三；所以有必要在该交叉口设置信号灯。第三章交叉口配时设计3.1原交叉口进口道渠化交叉口渠化图3-1和表格3-1下所示表3-1交叉口渠化数据表进口道车道功能车道数渠化方案车道宽度出口道车道数渠化方案车道宽度东直23.5东27左13.5右13.5西直23.5南27左13.5右13.5南直33.5西517左13.5右13.5北直33.5北517左13.5右13.5图3-1叉口渠化图 3.2设计交通量流量应为高峰小时最高15min流率换算的小时交通量。可按下式估算：Qd（mn）=Q（15mn）*4 (3-1)式中：Q15mn配时时段中，进口道m，流向n的高峰小时最高15min交通量（pcu/h）表3-2设计交通量进口道Qd Q15mn(pch/h)东进口直行948237左转39799右转6316西进口直行1047261左转901225右转5012.5北进口直行867217左转4211右转937234南进口直行1104276左转15639右转9662413.3饱和流量的计算饱和流量Sd，通过实地测量饱和车头时距获得。（3-2） 式中：Sdmn配时时段中，进口道m、流向n的饱和流量，pcu/h； h 实测平均饱和车头时距。解得如表格3-4所示表3-3个交叉口的饱和流量五一路东五一路西西南路北西南路南直（单车道）1482170914731781左1218139213711412右13141715130911393.4现有交叉口信号配时参数及评价1现有交叉口流量比总流量比计算，根据公式 (3-3)式中：Y组成周期的全部信号相位的各个最大流量比yj或yj值之和； j一个周期内的相位数；yj、yj第j相的流量比；qd 设计交通量，pcu/h；Sd 设计饱和交通量，pcu/h；带入数据解得综合如表3-4表3-4各叉口流量比相位第一相位第二相位第三相位第四相位MaxYi0.210.140.640.32Y1.33将Y的结果与0.9比较大小，如果大于0.9，说明该交叉口设计并不是很合理，因为这样配时出来的信号周期时长太大，导致停车等待的时间太长，延误大，服务水平很低，不能符合人们出行的需求。需要对原交叉口进行改进，进行进口道设计。2实际信号灯的参数信号总损失时间：=5*4=20s (3-3) 总有效绿灯时间：=158-20=138s 各相位显示绿灯时间： Ge1=30sGe2=9sGe3=39sGe4=60s 各相位绿信比：(3-4) 1=30/158=0.192=9/158=0.0573=39/158=0.2474=60/158=0.38 3现有通行能力计算： 道路通行能力表征道路交通设施能够处理交通的能力，即道路交通设施中，在要考察的地点或断面上，单位时间内能够通过的最多交通单元。这里提到的通行能力，按小车当量单位计；信号交叉口的通行能力（CAP）是各进口道通行能力之和，进口道通行能力是该进口道中各车道的通行能力之和。1,4 各车道的饱和度是各车道实际到达交通量与该车道通行能力之比。 1）进口道的通行能力： (3-5) CAP东t=1482*0.247=366CAP东l=1218*0.247=301CAP东r=1314CAP西t=1709*0.38=649CAP西l=1392*0.38=529CAP西r-1715CAP南t=1781*0.19=338CAP南l=1412*0.057=85CAP南r-1139CAP北t-1437*0.19=273CAP北l=1376*0.057=79CAP北r=1309 式中：CAPi 第i个进口道的通行能力，pcu/h； CAPij第j条车道的通行能力，pcu/h； Sij第j条车道的饱和流量，pcu/h； ij第i条车道所属信号相位的绿信比； ge 该相位有效绿灯时间，s； C 周期时长，s 2）交叉口的通行能力：(3-6) 式中：CAP交叉口的通行能力，pcu/h。3）原交叉口延误：计算例如西南路北入口延误数据如表1-5所示。表1-5西南路北入口延误数据开始时间在下列时间内在引道内的车辆数引道交通量0s15s30s45s停驶车数不停驶车数 7：25 1319222900 7：26 32353539170 7：272222222500 7：283135373900 7：2941433311250 7：30713151700 7：312325282460 7：3224141113230 7：331827333700 7：3433323321170小计244265269255880合计103388总延误15495 驶入车辆平均延误176 停车比例100.0%根据公式 总延误=观测停车总量数*观测周期【1】 (3-7) =1033*15=15495停止车辆每台平均延误=总延误/停止车辆台数【1】(3-8)=15495/88=176（s）驶入交叉口的每台平均延误=总延误/驶入车辆台数【1】 (3-9)=15495/88=176停止车辆比例=停止车辆台数/驶入车辆台数【1】 (3-10)=88/88=100.0%同理可得其他入口道的平均延误如下表1-6所示：表1-6所示交叉口平均延误入口道总延误平均延误停车比例%五一路西入口直603074100左13875108100西南路南入口直49357793.8左93013385.7五一路东入口直562588100左483077100西南路北入口直15795176100左15458189.53.5改进配时方案：改进方案：架设立交桥，只在东西方向架设直行的立交桥，东西直行的车辆与其他方向的车流没有冲突点，类似无东西直行的平面交叉口，其他不变，其渠化方案相当于如图3-2所示五一路西五一路东西南路北西南路南图3-2渠化图其相位为三相位相位图如下3-3所示：第一相位为南北直行 。第二相位为南北左转，第三相位为东西直行。第一相位 第二相位 第三相位图3-3优化后的相位图根据韦伯斯特计算调整后的信号配时（1）设计交通量流量应为高峰小时最高15min流率换算的小时交通量。可按下式估算：Qd（mn）=Q（15mn）*4 (3-11)式中：Q15mn配时时段中，进口道m，流向n的高峰小时最高15min交通量（pcu/h）表3-5设计交通量进口道Q15mn(pch/h)Qd左转397525右转6384左转9011201右转5067北进口直行8671156左转4256右转9371249南进口直行11041472左转156208右转9661288 （2）饱和交通量饱和流量Sd，通过实地测量饱和车头时距获得。（3-12） 式中：Sdmn配时时段中，进口道m、流向n的饱和流量，pcu/h； h 实测平均饱和车头时距。解得如表格3-6所示表3-6个交叉口的饱和流量五一路东五一路西西南路北西南路南直（单车道）14731781左1218139213711412右1314171513091139（3）总流量比计算，根据公式 (3-13)式中：Y组成周期的全部信号相位的各个最大流量比yj或yj值之和； j一个周期内的相位数；yj、yj第j相的流量比；qd 设计交通量，pcu/h；Sd 设计饱和交通量，pcu/h；带入数据解得综合如表3-5表3-5各叉口流量比相位第一相位第二相位第三相位MaxYi0.2750.1830.426Y0.884（4）信号总损失时间 L= (3-14) Ls启动损失时间，应实测，无实测数据时可取3sA黄灯时长，可定为3sI绿灯间隔时间，sk一个周期内的绿灯间隔数解：设绿灯时间间隔为3s，黄灯时间为3sL=3*3=9s（5）信号配时最佳周期时长 (3-15)解：Co=9/（1-0.884）=76s总有效绿灯时长 (3-16)解： Ge=76-9=67s各相位有效绿灯时间 (3-17)Ge1=Ge0*0.275=67*0.275=17sGe2=67*0.183=12sGe3=67*0.426=28s各相位的实际显示绿灯时间 gi=geiAilli第i相位启动损失时间解，由于没有全红时间G1=17sG2=12sG3=28s各相位绿信比 解得：1=17/67=0.252=12/67=0.183=28/67=0.42最短绿灯时间 gmin=7+ (3-19)lp行人过街道长度，mVp行人过街步速，取1.0m/sI绿灯间隔时间，s解得：G=7+35-3=39计算的显示绿灯时间小于相应的最短绿灯时间时，应延长计算周期时长（以满足最短绿灯时间为度），重新计算。3.6改进后的延误延误是评价服务水平的指标，也是评价既有配时和利用HCM法优化后的配时孰优孰劣的依据。实际的交叉口延误可以通过实测方式得到，而优化后的延误指标则可以通过如下方式计算出来。1,4,5 设计交叉口的延误计算 对于优化配时后的交叉口，为满足服务水平要求，在不饱和的情况下，不应出现排队积余，即不应出现初始排队附加延误。对于优化配时的交叉口的一条车道，应用如下公式计算延误。(3-20) (3-21) (3-22) 式中： C 周期时长,s； 所计算车道的绿信比； x 所计算车道的饱和度； CAP 所计算车道的通行能力，pcu/h； T 分析时段的持续时长，h，取0.25h； e 单个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e随绿灯延长时间而变，应查表，本文不予讨论。解：将上述计算得的数据带入公式求得d=28s/pcu3.7服务水平HCM为评价信号控制交叉口服务水平提供了依据，其服务水平评价的指标是交叉口的平均信控延误。服务水平的好坏体现了交叉口的运行效率，也直接决定了驾驶人、乘客在途径该交叉口的舒适度，也决定着出行的行程时间。我们可以通过比较优化配时前后交叉口运行的服务水平，来评价利用HCM法优化配时的质量。每车平均信控延误数值与信号交叉口服务水平的对应关系如表5所示。表3-6服务水平表服务水平每车信控延误（s）服务水平每车信控延误（s）A 10D3655B1120E5580C2135F 80根据计算所得改进后的服务等级为c级立交桥的理论优点五一路是连接高新园区和市区的重要通道，车流量比较大，同时东向南、西向北左转的车流比较大， 车流量已接近通行能力极限，因此，单纯的改变一个交叉口的信号配时已经不起作用，并且交叉口附近的全是主干道，改变信号配时会影响上游和下游的通行能力，所以可以考虑设置立体交叉。交叉口已经达到平面交叉通行能力极限这一，采用建设立体交叉的方式进行改造。立体交叉可以赋予交叉口更多的通行空间，大幅度提高交叉口通行能力。第四章其他的问题及解决办法4.1行人过街难问题 行人过街横道设计原则:应设置在车辆驾驶员容易看清楚的位置，尽可能靠近交叉口，与行人的自然流向一致，并尽量与车行道垂直，以缩短行人过街的步行距离。当行人过街横道过长（大于15m）时，为缩短行人过街时间，确保过街行人安全，体现以人为本的宗旨，应在过街横道中间设置行人安全岛，其宽度应大于1.5m。 由于没有专门的行人过街相位，行人过街仍存在安全隐患，在交叉口的第三、四相位中，东西方向的行人与左转车流冲突，虽然西南路上有安全岛，但安全性不足，南北方向的行人过街相对来说方便一些，解决办法：设立专用的东西方向行人专用相位，供行人过街如下图3-4所示 行人过街待行区 图3-4行人过街图4.2交通标志不明显该交叉口没有明显的限速及其他指示标志，造成司机的迷惑，有关部门应该及时整理相关交通标志，健全第五章vissim软件模拟过程及评价5.1延误5.1.1原交叉口的延误表5-1原交叉口延误交叉口五一路东西南路南五一路西西南路北直左直左直左直左实际延误58.267.35.86.36.35.2进口道延误13.213.3 12.111.5总延误50.15.1.2改进后的延误表5-2改进后的延误交叉口五一路东西南路南五一路西西南路北直左直左直左直左实际延误010.23.5408.63.65.6进口道延误10.27.58.69.2总延误355.2软件模拟过程主要模拟过程如下截图所示交叉口设计图如下6-1所示，模仿交叉口的平面图，根据交叉口的具体数据，画成的。图6-1模仿平面图设立各个入口道的交通构成，如下所示：图6-2交通构成输入车辆后的模拟仿真图像图6-3交通模拟运行图信号控制机的信号构成，各个信号灯配时：图6-4信号控制图6-5延误配置图6-6仿真参数设置图6-7仿真软件仿真结果图6-8软件模拟延误第六章小结 信号不是万能的，但是没有交通信号灯是不可想象的，只有通过各种交通组织与管理方式相结合，才可以使道路通行路通行能力最大、经济效益最高、交通事故最少、公害程度最低，当然通过信号灯的配时成本是最低的也是使用最为广泛的，但是在某些交通量接近设计饱和流量的地方可以通过修建下穿式的立交来实现各个流向的交通在空间上的分离，并且充分考虑过街行人，在资金允许的情况下修建行人过街通道，以保证行人的安全，与城市的中长期的发展与规划联系起来。参 考 文 献1 吴兵,李晔. 交通管理与控制（第四版）M. 北京: 人民交通出版社, 20092 美国交通研究委员会. 道路通行能力手册M. 任福田,等译. 北京: 中国建筑工业出版社, 19993 马万经,聂磊,杨晓光. 单点定时信号最优控制模型及仿真分析J. 系统仿真学报, 2007,19(19):43-454 张亚平, 道路通行能力理论M. 哈尔滨: 哈尔滨工业出版社, 20075 王爽,周彤梅. 信号控制的交叉口服务水平的评价方法研究J. 中国人民公安大学学报, 2007,53(3):77-796 黄维通. Visual C+面向对象与可视化程序设计M. 北京: 清华大学出版社, 2003 附录交叉口机动车交通量调查表交叉口名称：五一路西南路 进口方向：五一路东进口观测人员： 行驶方向：左转 观测日期：调 查 时 段小型汽车中型汽车大型汽车7 : 00 7 : 15114437 : 15 7 : 3079287 : 30 7 : 4585247 : 45 8 : 008527小计3651022交叉口机动车交通量调查表交叉口名称：五一路西南路 进口方向：五一路东进口观测人员 行驶方向：右转 观测日期：调 查 时 段小型汽车中型汽车大型汽车7 : 00 7 : 1514257 : 15 7 : 307377 : 30 7 : 456637 : 45 8 : 00631小计331416交叉口机动车交通量调查表交叉口名称：五一路西南路 进口方向：五一路东进口观测人员： 行驶方向：直行 观测日期：调 查 时 段小型汽车中型汽车大型汽车7 : 00 7 : 15197667 : 15 7 : 30232957 : 30 7 : 45227857 : 45 8 : 0024265小计8982921交叉口机动车交通量调查表交叉口名称：五一路西南路 进口方向：西南路北进口观测人员： 行驶方向：左转 观测日期：调 查 时 段小型汽车中型汽车大型汽车7 : 00 7 : 1512117 : 15 7 : 302307 : 30 7 : 4511117 : 45 8 : 001110小计3462交叉口机动车交通量调查表交叉口名称：五一路西南路 进口方向：西南路北进口观测人员： 行驶方向：右转 观测日期：调 查 时 段小型汽车中型汽车大型汽车7 : 00 7 : 1520413237 : 15 7 : 3019920147 : 30 7 : 4519915167 : 45 8 : 002051415小计8076268交叉口机动车交通量调查表交叉口名称：五一路西南路 进口方向：西南路北进口观测人员： 行驶方向：直行 观测日期：调 查 时 段小型汽车中型汽车大型汽车7 : 00 7 : 1520425277 : 15 7 : 3017614297 : 30 7 : 4514919157 : 45 8 : 001681724小计6977595交叉口机动车交通量调查表交叉口名称：五一路西南路 进口方向：五一路西进口观测人员： 行驶方向：左转 观测日期：调 查 时 段小型汽车中型汽车大型汽车7 : 00 7 : 152356187 : 15 7 : 302045117 : 30 7 : 451964107 : 45 8 : 00198410小计8331949交叉口机动车交通量调查表交叉口名称：五一路西南路 进口方向：五一路西进口观测人员： 行驶方向：右转 观测日期：调 查 时 段小型汽车中型汽车大型汽车7 : 00 7 : 157167 : 15 7 : 305237 : 30 7 : 458417 : 45 8 : 00322小计23918交叉口机动车交通量调查表交叉口名称：五一路西南路 进口方向：五一路西进口观测人员： 行驶方向：直行 观测日期：调 查 时 段小型汽车中型汽车大型汽车7 : 00 7 : 153091857 : 15 7 : 302211437 : 30 7 : 452171257 : 45 8 : 00231113小计9785316动车交通量调查表交叉口名称：五一路西南路 进口方向：西南路南进口观测人员： 行驶方向：左转 观测日期：调 查 时 段小型汽车中型汽车大型汽车7 : 00 7 : 1521327 : 15 7 : 3030567 : 30 7 : 4531517 : 45 8 : 004615小计1281414交叉口机动车交通量调查表交叉口名称：五一路西南路 进口方向：西南路南进口观测人员： 行驶方向：右转 观测日期：调 查 时 段小型汽车中型汽车大型汽车7 : 00 7 : 1519610137 : 15 7 : 3021215197 : 30 7 : 4520414157 : 45 8 : 002421214小计8545161交叉口机动车交通量调查表交叉口名称：五一路西南路 进口方向：西南路南进口观测人员： 行驶方向：直行 观测日期：调 查 时 段小型汽车中型汽车大型汽车7 : 00 7 : 1524427337 : 15 7 : 302208217 : 30 7 : 4525215327 : 45 8 : 002211516小计93765102交叉口几何尺寸调查表