03数车实验.docx

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03数车实验

现代交通控制系统——数车实验

实验报告

学院：

电子信息工程学院

成员：

铁木仁14219004自动化1404

铁木卡14219001自动化1406

欧雨菲14219002自动化1402

欧吉14219003自动化1403

摘要

我国城市交通面临很多问题，为解决城市交通问题，改善交通状况，现代交通控制应运而生，将海量交通综合信息采集、传输、处理、应用并最终实现控制决策及指令执行。

本实验即通过实地考察，了解道路中交叉口的实际情况，通过运用所学知识对交叉口的信号配时等情况进行综合分析，并针对当前信号配时方案给出合理化建议。

关键词：

现代交通控制系统交叉口信号配时

目录

1.实验背景4

2.实验要求4

3.实验目的4

4.实验条件4

4.1时间4

4.2路口位置4

4.3路口主要情况分析5

5.测量结果6

5.1各方向交通量6

5.2实际配时方案7

6.数据分析7

6.1韦伯斯特法7

6.1.1方法简介7

6.1.2具体数据分析8

6.1.3方法分析10

6.2ARRB方法11

6.2.1方法简介11

6.2.2具体数据分析11

6.2.3方法分析13

6.3“上海方法”13

6.3.1方法简介13

6.3.2方法分析13

7.思考建议14

7.1交叉口信号配时整体认知14

7.2信号配时方案设计流程15

7.3信号配时分析16

7.4信号配时建议16

8.实验总结16

附录17

附表1：

原始车流量数据表17

附表2：

人员分工表21

附表3：

实验过程记录21

1.实验背景

随着我国国民经济持续、快速发展，机动车拥有量急剧增加，这为交通运输行业带来了繁荣景象。

但是，大多数城市的交通却处于相当紧张的状态，因此，现代城市交通的智能控制与管理尤为重要。

交叉口是城市路网的节点，也是城市道路的瓶颈，其通行能力是决定道路同行的关键所在。

若对城市交通网络的交叉口信号控制系统进行协调优化控制，可缓解拥堵区域的佳通压力，使交通流量在整个城市范围内的分配趋于合理，降低或消除对道路的瓶颈影响，提高道路的通行能力和服务水平。

所以城市交通控制的核心落实到如何根据交通需求来合理分配交通资源，提高通行效率。

2.实验要求

选择一个学校周边的实际交叉口，观测信号条件以及交通条件，利用实测数据计算信号配时，并给出相应的分析，完成实验报告。

3.实验目的

通过实地数车实验，对车流量、实际信号配时等进行数据采集，初步了解单个交叉路口的交通控制情况，增强对交叉口控制中信号配时重要性的认识，学会利用不同方法进行路口信号配时的计算。

4.实验条件

4.1时间

4月6日13：

00-14：

30

4.2路口位置

学院南路与皂君庙路交叉口

4.3路口主要情况分析

介于北京市北二环路和北三环路之间，南北向沟通了联想桥与西直门；北邻北京理工大学，东临中央财经大学和北京交通大学，西侧是北京大学医学部，处于高校与医院中间，人员密集；此外，该路口是北京市内86路、94路、660路、651路、特15路、运通103路、645路、16路等多条公交干线的枢纽路口，公共交通车辆较多。

综上可知，该路口处于北京市中较为繁华的地带，交通便利，地理位置重要，因此该交叉口车流量较大，对于路网影响较大，其信号配时也显得尤为重要。

5.测量结果

5.1各方向交通量

进口

转向

不同车种类

进口道宽度

小轿车

中型或重型货车

公共汽车

轻型货车

摩托车

自行车

北进口

直行及右转

560

6

18

27

99

53

15

左转

197

5

8

11

20

7

南进口

直行及右转

572

26

27

10

124

47

左转

220

3

5

7

27

9

东进口

直行及右转

577

16

16

21

103

83

12

左转

215

5

12

11

45

26

西进口

直行及右转

552

15

27

20

105

60

左转

205

7

2

6

22

40

记录时间

13：

10-14：

40

交叉口位置

学院南路与皂君庙路交叉口

记录人

小组全体

注：

此表为数据汇总表，共计时间为1小时，每次记录时间为15分钟，原始数据记录表格见附录。

5.2实际配时方案

6.数据分析

6.1韦伯斯特法

6.1.1方法简介

韦伯斯特通过计算机模拟和广泛的现场观测，提出一种很好的研究单个路口运行的方法。

其提出的经典公式为：

简化后得到公式：

其中，L为一个周期内的总损失时间，即

，式中：

L为每个周期的总损失时间，I为绿灯间隔时间，A为黄灯时间，l为每相损失时间。

Y为整个交叉路口中，各个相位的y值得总和，即

，y是流量与饱和流量的比值。

由韦伯斯特法得到的信号配时计算为：

有效绿灯时间：

各相位的实际显示绿灯时间为：

由以上计算公式即可得到信号配时图。

6.1.2具体数据分析

根据上表所示交通流量可以看出，该交叉口有3种主要交通运行方式：

（1）南—北向，直行及右转、左转

（2）东—西向，直行及右转通行

（3）东—西向，左转通行

具体的相位表示如下：

a.计算流率比

对于南北相，南、北方向进口道宽度均为15m，则估算饱和流率为

根据小客车折算方法，小客车、重型货车、公共汽车、轻型货车、摩托车、自行车的比例分别为1.0、1.75、2.25、1.0、0.33、0.2，则求出北向交通流量为

Qn=560*1.0+6*1.75+18*2.25+27*1.0+99*0.33+53*0.2+（197*1.0+5*1.75+8*2.25+11*1.0+20*0.33+7*0.2）*1.75

=1106.0825

同理，南向交通流量为：

Qs=572*1.0+26*1.75+27*2.25+10*1.0+124*0.33+47*0.2+（220*1.0+3*1.75+5*2.25+7*1.0+27*0.33+9*0.2）*1.75

=1183.4375

最大流量比为:

y1=1183/7875=0.15

对于东西相，东、西方向进口道宽度均为12m，则估算饱和流率为

根据小客车折算方法，小客车、重型货车、公共汽车、轻型货车、摩托车、自行车的比例分别为1.0、1.75、2.25、1.0、0.33、0.2，则求出东向交通流量为

Qe=712.59

同理，西向交通流量为：

Qw=705.65pcu/h

最大流量比为:

y2=712.59/6300=0.11

对于东西相左转相位，东、西方向进口道宽度均为12m，则估算饱和流率为

根据小客车折算方法，小客车、重型货车、公共汽车、轻型货车、摩托车、自行车的比例分别为1.0、1.75、2.25、1.0、0.33、0.2，则求出东向左转交通流量为

Q1=281.8pcu/h

同理，西向左转交通流量为：

Q2=275.21pcu/h

最大流量比为:

y3=281.8/6300=0.04

综合可知：

整个交叉口的流量比为：

Y=y1+y2+y3=0.3

b.计算最佳信号周期

测得黄灯时间为3s，而绿灯间隔时间为6s，则绿灯间隔时间内的损失时间为：

因此，总的损失时间为：

（假设启动损失时间l=2s）

根据最佳周期计算方法，可得周期时间为

有效绿灯时长：

40-15=25s

（0.15/0.3）*25=13s

（0.11/0.3）*25=9s

（0.04/0.3）*25=3s

4.显示绿灯时长：

12s

8s

2s

综上可得，其信号配时图为:

6.1.3方法分析

韦伯斯特法能够确定最佳周期时长，同时考虑了车辆延误的主要因素。

是一种很好的研究单个路口运行的方法。

其适用条件为：

（1）用于计算两相位或者多相位信号控制交叉口，用于计算两相位交叉口配时的情况下，有无左转专用车道均可；

（2）在交叉口低饱和度的情况下比较有效，一般饱和度在0.6以下时可以适用此公式；

（3）一般用于计算平峰交通时段的延误；

（4）车辆到达服从泊松分布（车头时距服从负指数分布）

（5）同一相位各进口到的y相差不太大的情况，y值要适中。

韦伯斯特法也存在一些缺陷:

（1）当关键车道的流量比接近于1时，延误将不合理的增加；

（2）当关键车道的流量比大于1时，不适用此公式；

（3）此公式无法计算饱和与超饱和条件下的延误；

（4）主要考虑的路口车流量（关键车流）为机动车，没有考虑非机动车辆对于路口的影响；

（5）没有考虑次要道路的延误，如果同一个相位进口道的流量值相差悬殊，则会造成次要进口绿灯时间的浪费而使其他相位的延误增大，交叉口的利用率降低。

本次实验中，由以上数据计算可以看出，该交叉口饱和率较低，且为两相位交叉口，因此韦伯斯特法基本适用。

但由实际数据可知，该路口还有部分非机动车，且没有考虑次要道路的延误，因此存在相应的误差。

6.2ARRB方法

6.2.1方法简介

ARRB方法是在TRRL的韦伯斯特误差公式的基础上提出来的。

该方法的延误公式为：

其最佳周期时间为：

其中，L为每个周期的总损失时间，Y为整个交叉路口中，各个相位的y值的总和，即

，y是流量与饱和流量的比值（k为停车补偿参数，按不同优化要求取不同的值）。

6.2.2具体数据分析

a.当k=0.4时：

47-15=32s

（0.15/0.3）*32=16s

（0.11/0.3）*32=12s

（0.04/0.3）*32=4s

15s

11s

3s

由此得到信号配时图为：

a.当k=0时：

38-15=23s

（0.15/0.3）*23=12s

（0.11/0.3）*23=8s

（0.04/0.3）*23=3s

11s

7s

2s

由此得到的信号配时为：

b.当k=0.2时：

43-15=28s

（0.15/0.3）*28=14s

（0.11/0.3）*28=10s

（0.04/0.3）*28=4s

13s

9s

3s

由此可得信号配时图为：

6.2.3方法分析

ARRB方法对韦伯斯特方法进行了误差的修正，因此该方法更为全面。

但将该方法得到的信号配时方案与韦伯斯特方式得到的信号配时相比，差别较小，因此可以看出，改交叉口较为符合韦伯斯特法的适用条件。

6.3“上海方法”

6.3.1方法简介

“上海方法”指的是采用上海市工程建设规范《城市道路平面交叉口规划与设计规程》中信号配时参数计算方法。

6.3.2方法分析

由韦伯斯特法及其修正后的结果可以看出，韦伯斯特法得到的信号配时已基本满足该交叉口科学的信号配时，较为准确合理。

因此不采用“上海方法”进行信号配时的计算。

7.思考建议

7.1交叉口信号配时整体认知

任何一个交叉口的配时方案都不是一次完成的，为了使设计结果达到实际应用需要，要进行一个不断反复的过程。

在这一过程中，需要对设计方案进行论证，通过交通调查进行检查和修改。

实际中交通流的变化随机性比较高，方案设计需要适合实际交通情况，因此需要修正的过程。

在信号配时确定后，交叉口的交通流也会随时间的改变而发生改变，因此要定期对各交叉口流量变化情况进行及时的观测和数据的收集，以进行信号配时的更新和优化，使其适应道路交通变化情况，更好的缓解交通压力，提高交叉口运行效率。

同一交叉口在不同时段也会出现交通流变化较大的情况，例如实验地点北京地区，晚高峰车流量迅速增加。

因此在确定信号配时方案时也应考虑到不同时刻的交通流状况，避免固定的信号配时对高峰时段的行车造成更多的延误。

由于道路交通情况复杂，车流量变化较大，因此可以增加交通感应控制，使绿灯时间长度与实际交通状况相适应。

根据交叉口入口交通流的实际分布情况，合理分配绿灯时间到各个相位。

7.2信号配时方案设计流程

7.3信号配时分析

由于本次实验的数据采集时间定在午高峰时段，但据数车数量判定，与比平峰时段相比车流量差别不大，最大的差别在于午高峰时段摩托车、电动车等数量较多，主要原因在于午间时段外卖和快递派送较多，导致这两种车辆数量增加。

此外，午高峰时段与晚高峰时段相比车流量相差巨大，因此实验中计算得到的信号配时有一定的局限性，只适用于平峰阶段，不适用于早、晚高峰等车流量激增的时段。

因此平峰时段应采用周期较短的信号配时，具体配时方案可参考以上计算方法所得到的信号配时结果。

7.4信号配时建议

该交叉口平峰时段车流量相对较少，实际信号配时与计算得到的信号配时相比，周期时间相差很多，因此在平峰时段对于车辆通信造成了更多的延误，不是十分合理。

因此，本小组建议该交叉口可以增加交通感应控制，通过监测实时车流量对信号配时进行相应的调整，使其更为合理，增加交叉口的运行效率，在考虑安全的前提下减少交叉口对于行车的延误时间。

8.实验总结

通过本次实验，小组成员对于现代交通控制系统有了更为深入的了解和认识。

在计算信号配时的过程中，小组成员也对于韦伯斯特法及其修正有了更多的了解。

能够利用不同的计算方法对交叉口信号配时进行相应的分析。

在实地进行车流量数据的测量，使我们感受到了信号配时对于交叉口行车的重要性。

在实地考察的过程中，小组成员不仅进行了车流量统计和实际信号配时的测量，还对车流量变化情况进行了相应的观察和总结。

改交叉口平峰时段车流量较低，而晚高峰时段车流量则会激增。

这给信号配时的确定带来一定的难度。

我们也因此意识到现代交通中感应控制的重要性。

此外，我们还看到了交叉口对于城市交通的重要影响。

交叉口的合理控制可以缓解城市交通压力，改善交通环境。

因此，我们更应该努力学习现代交通控制系统的相关知识，并努力将其运用到实践中，致力于改善城市交通状况。

附录

附表1：

原始车流量数据表

进口

转向

不同车种类

进口道宽度

小轿车

中型或重型货车

公共汽车

轻型货车

摩托车

自行车

北进口

直行及右转

216

1

5

11

40

14

15

左转

72

1

1

2

7

3

南进口

直行及右转

206

12

10

4

45

15

左转

68

1

1

1

9

0

东进口

直行及右转

170

6

5

4

36

20

12

左转

59

1

4

3

12

3

西进口

直行及右转

183

7

8

6

30

18

左转

60

3

1

1

9

20

记录时间

13：

10-13：

25

交叉口位置

学院南路与皂君庙路交叉口

记录人

小组全体

进口

转向

不同车种类

进口道宽度

小轿车

中型或重型货车

公共汽车

轻型货车

摩托车

自行车

北进口

直行及右转

135

1

4

5

30

20

15

左转

29

1

2

6

3

0

南进口

直行及右转

126

2

6

4

42

17

左转

42

0

3

5

6

2

东进口

直行及右转

155

3

5

6

38

48

12

左转

36

2

1

3

8

1

西进口

直行及右转

124

3

7

5

36

19

左转

31

0

0

3

3

0

记录时间

13：

35-13：

40

交叉口位置

学院南路与皂君庙路交叉口

记录人

小组全体

进口

转向

不同车种类

进口道宽度

小轿车

中型或重型货车

公共汽车

轻型货车

摩托车

自行车

北进口

直行及右转

90

3

3

1

6

9

15

左转

32

2

4

0

1

4

南进口

直行及右转

102

4

3

2

7

6

左转

36

1

1

1

3

2

东进口

直行及右转

84

3

2

4

8

5

12

左转

52

1

3

5

10

3

西进口

直行及右转

92

2

3

3

3

4

左转

46

1

1

1

6

0

记录时间

13：

45-14：

00

交叉口位置

学院南路与皂君庙路交叉口

记录人

小组全体

进口

转向

不同车种类

进口道宽度

小轿车

中型或重型货车

公共汽车

轻型货车

摩托车

自行车

北进口

直行及右转

119

1

6

10

23

10

15

左转

64

1

1

3

9

0

南进口

直行及右转

138

8

8

0

30

9

左转

74

1

0

0

9

5

东进口

直行及右转

168

4

4

7

21

10

12

左转

68

1

4

0

15

19

西进口

直行及右转

153

3

9

6

36

19

左转

68

3

0

1

4

20

记录时间

14：

10-14：

25

交叉口位置

学院南路与皂君庙路交叉口

记录人

小组全体

附表2：

人员分工表

小组成员

主要任务

宋雅洁

交叉口实地测量数据

整理完成实验报告

高雪

交叉口实地测量数据

整理实验数据，计算信号配时

高启桐

交叉口实地测量数据

查阅资料

附表3：

实验过程记录

时间

主要工作

3.28—3.31

查阅相关资料，确定需要调查的数据，开始实验

4.3—4.5

实地考察，确定实验地点

4.6

实地调查，收集数据

4.7—4.10

整理实验数据，计算相关配时

4.10—4.15

撰写实验报告

4.15—4.17

修改完善实验报告，结束实验