交通工程信号配时设计课程设计1.docx
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交通工程信号配时设计课程设计1
交通工程信号配时设计课程设计论文
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
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
4
2
3.5
1
3.5
14
五一路
西进口
4
2
3.5
1
3.5
14
西南路
南进口
5
3
3.5
1
3.5
17
西南路
北进口
5
3
3.5
1
3.5
17
1.1.2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
948
2
365
10
22
左转
397
5
898
29
21
右转
63
25
33
14
16
总计
1408
西进口
直行
1047
833
19
49
左转
901
978
53
16
右转
50
23
9
18
总计
1990
北进口
直行
867
34
6
2
左转
42
697
75
95
右转
937
807
62
68
总计
1846
南进口
直行
1104
697
75
95
左转
156
807
62
68
右转
966
128
14
14
总计
2226
2、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：
图1-2交叉口现有相位图
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
158
30
3
125
5
南北左转
9
3
146
东直行左转
39
3
116
西直行左转
60
3
95
3、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。
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
3.29
2.49
2.44
2.74
直
2.56
2.40
2.33
2.43
左
3.55
2.64
2.68
2.95
五一路西入口
右
2.16
2.14
2.00
2.10
直
2.03
2.33
1.96
2.11
左
2.42
2.69
2.63
2.59
西南路南入口
右
2.74
2.61
2.30
2.55
直
1.94
2.03
2.09
2.02
左
3.87
3.01
2.6
3.16
西南路北入口
右
2.72
2.81
2.71
2.75
直
2.47
2.36
2.73
2.63
左
2.80
2.36
2.73
2.63
4、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
0s
15s
30s
45s
停驶车数
不停驶车数
7：
25
13
19
22
29
0
0
7：
26
32
35
35
39
17
0
7：
27
22
22
22
25
0
0
7：
28
31
35
37
39
0
0
7：
29
41
43
33
11
25
0
7：
30
7
13
15
17
0
0
7：
31
23
25
28
24
6
0
7：
32
24
14
11
13
23
0
7：
33
18
27
33
37
0
0
7：
34
33
32
33
21
17
0
小计
244
265
269
255
88
0
合计
1033
88
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》（GB14886——94）。
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
2
3.5
东
2
7
左
1
3.5
右
1
3.5
西
直
2
3.5
南
2
7
左
1
3.5
右
1
3.5
南
直
3
3.5
西
5
17
左
1
3.5
右
1
3.5
北
直
3
3.5
北
5
17
左
1
3.5
右
1
3.5
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
948
237
左转
397
99
右转
63
16
西进口
直行
1047
261
左转
901
225
右转
50
12.5
北进口
直行
867
217
左转
42
11
右转
937
234
南进口
直行
1104
276
左转
156
39
右转
966
241
3.3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）
1482
1709
1473
1781
左
1218
1392
1371
1412
右
1314
1715
1309
1139
3.4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y’j值之和；
j——一个周期内的相位数；
yj、y’j——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
MaxYi
0.21
0.14
0.64
0.32
Y
1.33
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=30s
Ge2=9s
Ge3=39s
Ge4=60s
各相位绿信比：
（3-4）
λ1=30/158=0.19
λ2=9/158=0.057
λ3=39/158=0.247
λ4=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=366
CAP东l=1218*0.247=301
CAP东r=1314
CAP西t=1709*0.38=649
CAP西l=1392*0.38=529
CAP西r-1715
CAP南t=1781*0.19=338
CAP南l=1412*0.057=85
CAP南r-1139
CAP北t-1437*0.19=273
CAP北l=1376*0.057=79
CAP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；
λij——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
0s
15s
30s
45s
停驶车数
不停驶车数
7：
25
13
19
22
29
0
0
7：
26
32
35
35
39
17
0
7：
27
22
22
22
25
0
0
7：
28
31
35
37
39
0
0
7：
29
41
43
33
11
25
0
7：
30
7
13
15
17
0
0
7：
31
23
25
28
24
6
0
7：
32
24
14
11
13
23
0
7：
33
18
27
33
37
0
0
7：
34
33
32
33
21
17
0
小计
244
265
269
255
88
0
合计
1033
88
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
6030
74
100
左
13875
108
100
西南路南入口
直
4935
77
93.8
左
930
133
85.7
五一路东入口
直
5625
88
100
左
4830
77
100
西南路北入口
直
15795
176
100
左
1545
81
89.5
3.5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
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。
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
397
525
右转
63
84
左转
901
1201
右转
50
67
北进口
直行
867
1156
左转
42
56
右转
937
1249
南进口
直行
1104
1472
左转
156
208
右转
966
1288
（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）
1473
1781
左
1218
1392
1371
1412
右
1314
1715
1309
1139
（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y’j值之和；
j——一个周期内的相位数；
yj、y’j——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
MaxYi
0.275
0.183
0.426
Y
0.884
（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3s
A——黄灯时长，可定为3s
I——绿灯间隔时间，s
k——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3s
L=3*3=9s
（5）信号配时
①最佳周期时长
（3-15）
解：
Co=9/（1-0.884）=76s
②总有效绿灯时长
（3-16）
解：
Ge=76-9=67s
③各相位有效绿灯时间
（3-17）
Ge1=Ge0*0.275=67*0.275=17s
Ge2=67*0.183=12s
Ge3=67*0.426=28s
④各相位的实际显示绿灯时间gi=gei－Ai＋l
li——第i相位启动损失时间
解，由于没有全红时间
G1=17s
G2=12s
G3=28s
⑤各相位绿信比
解得：
λ1=17/67=0.25
λ2=12/67=0.18
λ3=28/67=0.42
⑥最短绿灯时间gmin=7+
（3-19）
lp——行人过街道长度，m
Vp——行人过街步速，取1.0m/s
I——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；
λ——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/pcu
3.7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
≤10
D
36～55
B
11～20
E
55～80
C
21～35
F
＞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
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
5
8.2
6
7.3
5.8
6.3
6.3
5.2
进口道延误
13.2
13.3
12.1
11.5
总延误
50.1
5.1.2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
0
10.2
3.5
4
0
8.6
3.6
5.6
进口道延
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