完整版城市道路信号交叉口通行能力与延误毕业设计.docx
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完整版城市道路信号交叉口通行能力与延误毕业设计
毕业论文中文摘要
城市道路信号交叉口是城市道路的重要节点，它把城市道路相互连接起来构成道路网，其通行能力直接影响城市道路的通达，交叉口的交通流密度过大，将会造成路口的拥挤与堵塞，影响城市道路的正常运行，而提高信号交叉口通行能力、减少交叉口停车延误是城市道路交通追求的目标，鉴于此，以信号交叉口为研究对象，通过典型交叉口的调查，探究其通行能力，并分析信号交叉口的运行状况。
对石家庄市体育南大街与槐安路交叉口的通行能力及延误进行交通调查，计算交叉口的通行能力，分析交叉口的运行状况，分析其存在的问题，在此基础上提出提高了信号交叉口通行能力的建议。
关键词城市道路；信号交叉口；通行能力；混合交通流
毕业论文外文摘要
TitleSportsandHuaianRoadSouthStreetintersectionCapacity
Analysis
Abstract
Signalizedintersectionistheimportantcomponentoftheurbanroad.Itconnectsurbanroaduparoadnetwork,anditscapacitydirectlyaffecttherunningefficiencyoftheurbanroad.Urbanroadwillnotworknormallyifthetrafficcongestionorjamhappenedthesignalintersectionwhenthetrafficflowdesityoftheintersectionistoolarge.Toimprovethetrafficcapacityandreduceparkinganddelayingintheintersectionarethegoalsofurbanroadtraffic.Forreasonabove,thesignalintersectionisstudiedasaresearchobject,andthetrafficcapacityofintersectionisexplored.Therunningstatusofthesignalintersectionisanalyzedinthispaper.
SouthStreet,ShijiazhuangCitySportsHuaiAnRoadintersectionwiththetrafficcapacityanddelaytrafficsurveys,calculatedIntersectionabilitytoanalyzetheoperationoftheintersection,andtoanalyzeitsproblems,onthisbasis,proposedtoincreasethesignalcrossingcapacitymouthrecommendations.
KeyWords：
Urbanroad；Signalintersection；Capacity；Mixedtrafficflow
1绪论1
1.1选题的背景与意义1
1.2国内外城市道路交叉口的研究现状2
1.2.1国外研究现状2
1.2.2国内研究概况3
1.3研究的思路与内容4
1.3.1研究思路4
1.3.2研究内容4
2信号交叉口交通流特征分析4
2.1信号交叉口机动车的组成4
2.2信号交叉口处车流运行特征5
2.3通行能力及其影响因素6
2.3.1启动损失时间和清尾损失时间7
2.3.2非机动车对通行能力的影响8
2.3.3通行能力其他影响因素9
3体育南大街—槐安路交叉口的调查与现状10
3.1体育南大街与槐安路交叉口现状10
3.2交叉口调查设计10
3.2.1调查的地点和时间10
3.2.2主要调查内容10
3.2.3调查方法11
3.3交叉口的调查11
4体育南大街与槐安路交叉口的分析与评价13
4.1体育南大街与槐安路交叉口通行能力的计算13
4.2体育南大街与槐安路交叉口延误的计算16
4.3.体育南大街与槐安路交叉口服务水平的评价21
5体育南大街与槐安路交叉口拥堵的原因及解决方法23
5.1通慧桥拥堵的原因分析23
5.2解决建议24
结论26
致谢27
参考文献28
1绪论
1.1选题的背景与意义
近年来，随着我国城市机动车拥有量的急剧增长，交通量的日益增加，城市道路交通状况日趋紧张；同时，道路交通设施不完善、交通结构不合理、混合交通严重等问题，加重了城市道路的交通压力。
如今，交通拥堵已经成为备受关注的世界性问题，几乎所有的城市都不同程度地受这一问题的困扰。
国内外许多研究表明，路段上一般不会发生阻塞和拥堵现象。
路段不会因为通行能力不足而产生堵塞，所以交通拥挤现象的症结主要在交通路口，即城市道路信号交叉口。
城市道路信号交叉口是城市道路的重要节点，是人、车的主要交汇处，也是冲突点多、秩序混乱、交通事故的多发地带，车辆和行人的交织使该处的交通状况尤其复杂，其复杂性使得越来越多的信号交叉口交通量趋于饱和。
大量的事实证明城市道路信号交叉口的拥堵现象严重，资料显示，85%以上的交通延误集中在城市道路信号交叉口，平面交叉口的通行能力不及普通路段的50%，日常交通拥堵大部分是由于平面交叉口的通信能力不足造成的。
近几年省城石家庄交通路口拥堵情况也日益严重，主要原因有：
①、机动车数量增长速度过快，道路车流量日益增大。
②、道路建设在结构和功能上无法满足交通需要。
③、道路交通管理还有很多地方不到位。
其中，交叉口秩序混乱，通行能力低是石家庄交叉口拥堵最主要的原因之一。
通过研究，造成现交通状况的原因有三点：
第一，汽车保有量增长迅速。
据我国国家统计局资料，1949年底，全国民用汽车仅有5万余辆；到1978年底，全国民用汽车达到135.84万辆；到2008年底，全国民用汽车到达5099.61万辆。
至2009年底，我国汽车保有量已达7619.31万辆，与2008年相比，增加了1152.10万辆，增长17.81%。
国家统计局发布的2010年国民经济和社会发展统计显示，2010年末全国民用汽车保有量达到9086万辆，比上年末增长19.3%，其中私人汽车保有量6539万辆，增长25.3%。
第二，城市交通总供给不足。
城市交通用地的不足，引发了一系列城市交通问题。
例如，由于城市路段过于狭窄或交叉口面积太小，本可以通过拓宽道路或改造交叉口就很容易解决的问题，由于再无多余可利用空间，问题就不能很好的解决。
第三，信号交叉口的配时方案不合理。
从2000年在全国开展“畅通工程”检查以来，交叉路口的信号配时合理性成为评价城市道路交通管理设施水平越来越重要的指标。
信号交叉口的信号相位、绿信比等指标均严重影响信号交叉口的实际通行能力。
通过以上的分析可知，在供给不能增加的情况下，需求仍在激增，造成一系列不可避免的交通问题。
这些问题延缓了城市交通的发展，不能很好的满足居民对出行条件的基本要求。
应对交通的各个方面进行改进，以顺应我国的发展。
1.2国内外城市道路交叉口的研究现状
1.2.1国外研究现状
道路通行能力的研究始于美国，从20世纪40年代起，尤其是第二次世界大战结束以后，美国为了加强国防和适应战后经济发展的需要，加速建成了全国公路网。
在建设中，针对公路的规划、设计、修建养护及运营管理中出现的问题，开始了道路通行能力方面的研究，以求使公路建设在合理、科学、规范的基础上进行。
1950年美国交通工程师协会在道路通行能力研究成果基础上，编写出版了《道路通行能力手册》（HighwayCapacityManual）（HCM）第一版，1965年修订出版了第二版，1985年出版了第三版。
第三版详细论述了公路与城市道路的通行能力的同时，又分析了高速公路、自行车道、人行道和无信号交叉口等交通设施通行能力的内容。
1994年修订了第四版，继第四版问世后，一个名为《HCM2000》的新手册已完成。
随着交通运输事业的飞速发展，道路通行能力的标准一直在不断调整，通行能力的指标也在不断提高。
许多国家继美国之后均根据本国实情组织专门研究队伍开展了实地调研，编制出版适合各自国情的通行能力手册。
例如英国的TRRL（TransportandRoadLab）方法：
英国的TRRL法对信号交叉口车辆延误进行了深入的调查、分析和研究，并由韦伯斯特（Webster）建立了延误模型，提出了信号配时和通行能力计算方法、平均延误时间和最佳信号周期的方法。
其方法也是建立在饱和流率模型的基础之上的。
通过观测和实验，得出不准停放车辆的进口车道的饱和流量与车道宽度（不小于5.5米）成正比，比例系数为525，通过饱和流量与绿信比的乘积得出信号交叉口进口车道上的通行能力。
日本于1982年利用修改《道路工程技术标准》的机会，将研究成果编入日《道路通行能力手册》中，从而使日本道路通行能力的计算标准化，其对信号交叉口通行能力的计算，基本原理与美国相同。
日本交通工程研究会编写的《平面路口的规划与设计》在信号管制平面交叉口通行能力的研究的第一节中，以一个拓宽设置右转专用车道的十字交叉口为例，计算了各进道口的通行能力，其中以右转弯车道的基本饱和流量1800辆/绿灯小时为基础，考虑车道宽度及大型车混入率等修正，但其饱和交通量基本值和修正系数均是根据日本的实测结果确定的，而我国的交通特性与国外显著不同。
目前，国外有许多交通工程学者都已从不同的研究角度分析了城市各种类型交叉口的通行能力，并针对不同类型的交叉口提出了相应的通行能力模型。
纵观世界许多国家道路交叉口通行能力的研究过程，大部分是以美国HCM为基础，结合本国的具体情况，进行有针对性的开发和补充，并在一定领域内进行深入研究，取得相应成果。
1.2.2国内研究概况
根据对比研究发现，中国目前的交通状况类似于美国的四五十年代，汽车数量急剧增加，公路建设处于发展状态。
我国现有的通行能力指标研究成果并不能满足现在的交通状况，长期以来由于我国对道路通行能力的研究尚未形成统一的、系统的方法，缺少适合我国国情的参数、模式和通行能力分析体系，我国通行能力的研究一直是一个薄弱环节。
《公路工程技术标准》中所采用的通行能力，基本上沿用了国外的一些研究成果，不能反映我国道路交通的实际运行特征。
与国外长时间持续深入的研究相比，我国由于资金和人力所限，对于通行能力的研究起步较晚，也不够系统。
在八十年代前期，基本上是引用美国的通行能力手册，然而中国的交通坏境、交通组成、管理方式和车辆性能与国外有很大差别，最主要的是混合交通比较普遍。
为此，我国自1983年以来，由交通部牵头，连同一些大专院校，先后对通行能力进行了较大规模的研究，如北京、上海、广东、江西等省市的有关交通科技部门分别开展了混合交通双向双车道公路研究工作。
但这些研究是地方性的、逐步的，并未纳入统一规划的轨道，未能形成通行能力的核心与框架，难以作为修订标准和规范的技术依据。
因此，于1996年，国家计委批准立项“国家主干线集成系统开发与研究”项目，成立了“九五”科技攻关“公路通行能力”课题组，并由交通部公路科研所、交通部规划设计院、东南大学和北京工业大学四家联合河北、河南、北京、新疆、辽宁和广东六省市科研设计单位组成联合攻关课题组进行专题研究。
该项目对我国道路通行能力进行全方位系统的研究，形成了符合我国国情的通行能力研究方法和指标体系，取得了出版《公路通行能力》的最终研究成果。
根据我国的交通情况，各研究机构提出了不少计算信号交叉口通行能力的计算方法，现行的《城市道路设计规范》采纳了两种方法，根据所考察的断面不同，分别称为“停车线法”和“冲突点法”。
1.3研究的思路与内容
1.3.1研究思路
本论文首先通过论述国内外相关研究，叙述了研究的国内外的背景条件，然后详细介绍了外在因素对信号控制交叉口通行能力影响，接着简述了国内外信号控制交叉口通行能力的计算方法，最后根据这些方法对体育南大街与槐安路交叉口信号控制下通行能力进行计算，得出这个路口的通行能力。
根据计算结果找到这个交叉口存在的问题，并提出相应的解决问题的建议。
1.3.2研究内容
本文立足点是研究体育南大街与槐安路信号控制交叉口的实际通行能力，学会研究通行能力的基本方法；论文的主要内容分为以下几个方面：
1.城市道路多相位信号控制交叉口交通流特性。
主要对石家庄市区的交叉口进行了调查，了解国内大中城市交叉口渠化和信号控制现状，分析交叉口道路设施水平、信号控制方法、交通组成、转向比例等影响下的交通流运行特征。
2.信号交叉口各转向车道通行能力的分析。
根据交叉口信号控制方案和道路设施条件，分车道计算其通行能力。
根据调查数据，计算出混合交通流下体育南大街与槐安路交叉口各进口道左转、直行车道的通行能力。
3.根据计算出的交叉口通行能力，找出体育南大街与槐安路交叉口的问题并提出改进建议。
2信号交叉口交通流特征分析
2.1信号交叉口机动车的组成
机动车混合交通流是指由不同车型或不同转向的机动车组成的交通流。
我国城市中机动车种类繁多，性能各不相同，行驶状态也不同。
为了调查及数据处理的方便要尽量简化车型划分，但为了研究的准确性，又需要明确各类型车辆。
本论文根据研究的需要，对机动车混合交通流进行两种分类：
一是按车型分类，二是按车道类型或该车流的转向组成分类。
（1）机动车混合交通流的车型分类
目前我国车辆品种繁多，车种复杂。
有些车辆外形相近，但是性能相差很大。
交叉口处的车队由各种不同类型的车辆组成，车辆组成不同，通行能力就随之不同。
大型车比例越大，穿过路口的时间就越长，反之则短。
因此要研究路口的通行能力，就必须先分析路口车辆的类型。
在交叉口通行能力的研究中，既要区分出不同动力特性和外型尺寸的车型，还要尽可能简化车辆的分类。
本文在参考几种分类的基础上，结合本论文的研究内容将在信号交叉口的机动车混合交通流分为：
小型车、中型车、大型车三类。
因为白天对货车进行管制，因此货车数量很少，实地观测货车数量也很少，所以在车型划分中没有单独考虑货车。
表2-1机动车的车型分类
车型车型说明编号
小型车小轿车、小型面包车、吉普车。
皮卡、微型客车1
中型车小型中巴、中型货车2
大型车公交车、大型客车、大型货车3
（2）机动车混合交通流在信号交叉口的转向组成分类
机动车在交叉口的转向一般可以分为左转、直行和右转三类，只考虑车流转向进行混合交通流的分类并不能反映车道对车流的影响，因此本论文结合车道的分类把信号交叉口处的混合交通流相应的分为六类，见图2-1。
图2-1车道类型分类示意图
2.2信号交叉口处车流运行特征
要研究交叉口的通行能力，首先要对交叉口处车流进行分析，在信号控制下，进入交叉口的车流按照要求，在不同的车道上分配通行权，在信号周期的变化过程中，车流做周期性的行驶。
1直行车流的运行特征
在红灯时间，行车排队在停车线等候绿灯，当信号显示绿灯时，驾驶者做出反映，但并不能马上通过停车线驶入交叉口，而是要有几秒钟反应时间，包括驾驶者自身的反应和车辆本身的反应时间，这个时间的车头时距要明显大于后面排队车流的车头时距，这段时间也被称为启动损失时间。
最前面的车辆第一个驶入交叉口，后面的依次驶入，慢慢的车流进入了一个稳定的行驶状态，直至车流全部通过交叉口，或者绿灯时间完毕，没有通过的车流在停车线等待下一次绿灯，这个时间出现了黄灯时间，驶入交叉口的车流，这个时间为清空时间。
2左转车流的运行特征
左转车流按照车道功能的不同划分，分为直左混行车流、左转车流和直左右车流，其中，当设立了专门的左转相位后，无论是车头时距还是行车速度都和直行车流没有什么不同，只是在路程上要比直行车流行驶的远些，而在直、左车流和直、左、右车流当中，因为公用了一条车道，左转车流受到了其他方向车流的阻碍，车头时距要比一般情况下要大，这样就增加了车流通过交叉口的运行时间。
3右转车流的运行特征
在设有专门的右转车道的情况下；右转车流通常产生的冲突点比较少，在我国交通法规下，右转车流不受信号控制的约束，可以连续的通行；但当和其他车流公用一个车道的时候，右转车辆很可能被不同流向的车辆阻碍以致于不能够通行。
因此，在右转车流达到一定的比例情况下，要设计专门的右转车道，否则会影响交叉口的通行能力。
2.3通行能力及其影响因素
信号交叉口通行能力是对每个引道定义的。
根据定义，所研究引道的通行能力可以定义如下：
式中：
c—通行能力；
S—饱和流率；
g—有效绿灯时间；
C—周期时间。
因此，通行能力和饱和流率有关，也和有效绿灯时间以及信号周期有关。
并且，对上述参数影响的因素自然会影响到通行能力的变化。
2.3.1启动损失时间和清尾损失时间
启动损失时间和清尾损失时间是车辆不能够利用的时间，因此，启动损失和清尾损失时间是影响每个周期通行能力的重要因素，尤其是定时控制信号交叉口，这种影响表现在车辆延误的时间中。
饱和流率是指在整个小时都是有效绿灯信号，并且车流不中断的条件下，每小时每条车道通过交叉口的最大车辆数。
这是假设除整个绿灯小时可以利用外，所有进入交叉口的车辆的平均车头时距是h秒。
现实中一个信号交叉口的实际流量是周期性中断的，每次流量被迫停止，就必须再次启动，并且要经历起动反应和加速损失。
如前所述，前几辆车的车头时距都比h大。
增量称为起动损失时间。
这些车辆的总的启动损失时间是这些增量之和。
即
式中：
—总的启动损失时间（s）；
—车队中第i辆车损失时间（s）。
也可由下式计算损失时间：
式中：
—排在第i位置的车辆平均车头时距；
h—饱和车头时距；
n—为自然数，在上文已观测确定，排在第n位置后的排队车辆车头时距为饱和车头时距。
每次车流被迫停止，还要经历另外一种损失时间。
当一个车流停止时，安全上要求在允许冲突车流进入交叉口之前，要有一些清尾时间。
在此期间，没有车辆使用交叉口，这段时间称为清尾损失时间。
根据此次观测总的起动损失时间在1.5～3．5秒之间，平均起动损失时间为2．1秒；清尾损失时间为2秒左右。
分析整个周期损失时间会发现，影响整个周期损失时间的因素主要有两方面：
第一辆车停车位置和饱和度。
根据观测表明，排在第一位置的车辆的车头时距随机性较大，这不仅和司机反应时间有关，还和车辆停车位置有关，当停车线距离交叉口中心很远时，有的车辆会驶过停车线，而有的车辆则与停车线保持着一定的距离。
排在第一位置的车辆与停车线的距离不总是相同的。
因此，第一辆车对起动损失时问影响较大。
2.3.2非机动车对通行能力的影响
目前，我国城市信号交叉口大多是自行车与机动车共同行驶，这使得信号交叉口的情况变得更加复杂。
自行车与机动车的行驶特性相差很大，与机动车相比。
自行车是一种灵活的、低速的、不稳定的交通工具。
它所形成的交通流不均匀，特别是在信号交叉口，不像机动车那样呈线性跟随并严格保持一定的横向和竖向距离，而是呈现出一种“集团状”的行驶交通流，即成团的向前行驶，与其他交通流容易产生冲突，并形成了一个冲突区，左转自行车与机动车的冲突见图2-2。
在这个冲突区中，任意一点都可能产生冲突。
图2-2信号交叉口自行车与机动车的冲突区示意图
由信号交叉口的观察资料得知，自行车在绿灯信号开启后在0~5秒时段内通过停车线的车辆数占每周期内全部通过车数的18.8%~35%，随后迅速下降，15秒钟后通过率趋于平缓。
原来在停车线后排队的自行车基本上在20秒内可完全通过停车线而进入交叉口内。
图2-3通过停车线的交通量比例随时间变化曲线
图2-4所示曲线是根据两个主要信号交叉口主干道方向观测统计资料所绘制。
在同一张图上，绘有同一时刻所观察到的机动车和自行车通过停车线比例的曲线。
机动车在绿灯开启后，需要一定的反应、加速时间，因而在0—5秒内通过率一般较小，不超过6%；此后通过率趋于稳定。
据调查，对于无左转专用相位的信号交叉口，停留在交叉口内左转弯待转区的自行车，一般等待20-30秒后，即显出急躁情绪，力图尽快寻找机动车之间的间隙而横穿过去。
当直行机动车车流内有6-8秒间隙时，待行的左转自行车立即横穿，导致自行车流阻断，阻断时间持续10秒以上。
对于有左转专用相位的信号交叉口，在左转显示绿灯的同时，停留在交叉口左转弯待转区内的自行车就能迅速起动。
2.3.3通行能力其他影响因素
由以上分析可知，车辆起动损失时间、清尾损失时间和交通需求对每个周期通行能力有着一定的影响。
此外，对每个周期通行能力有影响的因素还有冲突车流：
由于冲突车流的存在，使获得通行权的车辆不能马上起动，延迟了车辆起动时间，使得周期通行能力减小。
行人和自行车流也会造成对机动车流的干扰：
部分路口由于道路条件和控制等因素的影响，绿灯启亮后，部分行人和自行车滞留在交叉口中央，干扰了冲突方向上车辆的起动，尤其是靠近外侧车道的车辆起动滞后时间有时长达八、九秒，这在路口较宽的交叉口特别明显。
司机对道路设施的熟悉程度也会对通行能力产生影响，司机对信号交叉口的设置不熟悉会导致通行能力的下降，但这一指标无法量化。
3体育南大街—槐安路交叉口的调查与现状
3.1体育南大街与槐安路交叉口现状
体育南大街与槐安路交叉口为十字形交叉口，东进口和北进口之间的夹角是90度。
南北向为主干道，路段上为双向10车道，北进口道为三条直行车道、一条专用左转车道、一条专用右转车道，右转车道主要以压缩进口车道和绿化带的宽度来实现。
南进口道为单向5车道，其中三条直行车道、一条专用左转车道、一条右转车道；公共汽车主要利用右转车道进行右转。
东西方向为次干道，路段上双向10车道，东进口道为三条直行车道、一条右转车道和一条专用左转车道；西进口道为两条直行车道、两条专用左转车道和一条右转车道。
四个进口道各有一条右转专用车道，都有非机动车道。
该交叉口东、西、南、北四个方向的进口道路面均为沥青路面，路况还可以。
交叉口四个方向都具有安全岛，作为行人过街时的停留之地。
这个交叉口位于建成区，附近的建筑比较密集，有银行、酒楼、机关、旅馆、住宅区等，紧邻路口造价比较高的建筑有位于交叉口西南角的怀特装饰城，其他的主要为普通商用建筑。
3.2交叉口调查设计
3.2.1调查的地点和时间
交通调查的地点：
石家庄市体育南大街与槐安路交叉口，调查时间:
2013年5月23、5月24工作日、天气晴好的交通高峰与平均时间段。
3.2.2主要调查内容
•信号交叉口几何条件，包括入口车道数、车道种类、车道宽度以及停车线位置等；
•信号控制参数，包括信号控制周期、相位数各相位绿灯、红灯和黄灯时间等；
•车辆通过交叉口的运行速度和运行时间，包括公交车、小汽车和非机动车通过信号交叉口的运行速度和运行时间；
•车辆在交叉口的延误，包括各入口车道车辆的延误。
3.2.3调查方法
调查点根据体育南大街与槐安路交叉口的实际情况进行选取，应在每个路口布置，并按不同车道进行数据采集。
每个路口的调查者应记录好各路口交通流（机动车、行人、自行车）停车、启动、穿越的过程，全面记录交叉口的交通流状况，以便于以后的研究分析。
3.3交叉口的调查
（1）交叉口交通量数据采集
近几年，随着槐安路和其南北平行道路两侧城市建设发展，该交叉口的交通量急剧增长，目前这个交叉口机动车的交通量非常大，早
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