交通管理与控制课程设计.docx

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交通管理与控制课程设计

摘要

城市道路交叉口是城市道路系统的重要组成部分,是城市道路上各类交通汇合、转换、通过的地点,是管理、组织道路各类交通的控制点。

在整个道路网中,交叉口成为通行能力与交通安全上的瓶颈。

据统计,在交叉口上发生的交通事故占总交通事故的20%左右,有些国家甚至高达40%,其原因是多方面的，比如交叉口的进口道设置不合理,缺乏恰当的交通渠化设施，信号配置不合理。

城市主干道沿线的大型交叉口，合理配置信号配时尤为重要。

该设计调查的交叉口为中山路与联合路交叉口，中山路是大连各大主干道之一，为双向六车道，联合路为双向六车道，是一个重要的交叉口。

本次设计实地调查了车道宽度、交通流量、车头时距、初期积余车辆、行人数，信号灯周期等数据，通过交叉口的道路、交通和控制现状，主要是对其机动车通行能力，行车延误，信号周期，高峰小时流量和交叉口服务水平等进行了定量的分析，以得到该交叉口的信号配时方案。

到目前为止，定时信号的配时方法在国际上主要有英国的WEBSTER法，澳大利亚ARRB法及美国HCM法等。

我国有停车线法和冲突点法等方法。

随着研究不断深入，定时信号的配时方法也在进一步的改进。

本设计采用的方法以英国的WEBSTER法为主。

针对本次调查特性，选用了JSP语言来编写交叉口信号配时系统。

关键词：

交叉口流量饱和车头时距饱和流量初期积余车辆延误信号周期

一、交叉口交通数据调查

1、交叉口地理区位和使用现状

根据实地观察测量和分析讨论，本组对中山路和联合路的交叉口形状、车道划分与交通流运行轨迹进行了绘制，如下图所示。

图1中山路和联合路交叉口平面图

中山路是大连市区的交通动脉，中山路与联合路交叉口是交通流量较大的平面交叉口。

东西方向为主干道，机动车道为双向6车道，东进口道为两条直行车道、一条直行加右转车道，没有左转车道，西进口道也为两条直行车道、一条直行加右转车道，没有左转车道。

公交车主要都是直行，东西方向没有公交车右转。

南北向为联合路，是次要交通方向，路段机动车道为双向6车道，南北进口道均为两条直行车道、一条直行加右转车道、没有左转车道。

2、交叉口几何线形

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

直右车道宽度（m）

道路总宽（m）

中山路

东进口

3

2

3.4

1

4.2

23

中山路

西进口

3

2

3.4

1

4.2

24

联合路

南进口

3

2

3.2

1

3.2

23

联合路

北进口

3

2

3.2

1

3.2

25

表1交叉口几何尺寸调查表

3、交叉口的调查流量统计

本组通过实际观测的方法测得了道路交叉口的交通流量等信息。

调查方法为：

对各进口各车道分配人员进行定时调查车种及车辆流向数量以获得交通流量，按五分钟一个周期，从晚上17:

00-18:

30分90分钟的时间，分为18个周期，统计每个周期所调查的车辆计算每五分钟通过的流量，最后按每12个周期流量相加得到7组高峰小时流量，取最大值作为没车道的高峰小时流量。

再按各进口道的车道高峰小时流量相加得到各进口道的高峰小时流量。

整理后的高峰小时流量见下表。

表2交叉口各流向高峰小时流量

进口道

流向

车道及交通量（pcu/h）

中山路

东进口

直行

1071

870.5

811.5

右转

——

——

13

总计

2766

中山路

西进口

直行

51

316

307.5

右转

——

——

38

总计

712.5

联合路

南进口

直行

362

364.5

347.5

右转

——

——

55

总计

1129

联合路

北进口

直行

319

291

22

右转

——

——

319.5

总计

951.5

从调查的数据可以看出，中山路主干道上流量主要分布在东进口道，西进口道相对通过的车辆较少。

联合路上流量分布南北较为平均，北进口道的右转车辆较多。

4、交叉口的各进口道车道车头时距

通过调查各个进口道各车道的饱和车头时距数据如下表：

表3交叉口各车道饱和车头时距h（s）

进口车道

一车道

二车道

三车道

东进口

1.77

2.0

1.76

西进口

2.3

2.3

2.3

南进口

1.93

1.93

2.07

北进口

1.90

2.00

2.07

5、交叉口的饱和流量

利用公式：

Qi=3600/hi

Qi----各车道饱和流量hi----各车道饱和车头时距

可得出各车道的饱和流量如下表（单位pcu/h）：

表4交叉口各车道饱和流量Q（pcu/h）

进口车道

一车道

二车道

三车道

东进口

2034

1800

2045

西进口

1565

1565

1565

南进口

1865

1865

1739

北进口

1895

1800

1739

6、交叉口各车道的初期积余车辆

表5交叉口各车道初期积余车辆

进口车道

一车道

二车道

三车道

东进口

1

2

3

西进口

0

0

1

南进口

1

0

10

北进口

5

4

4

7、交叉口各车道的绿灯期到达量之比

表6交叉口各车道绿灯期到达量之比

进口车道

一车道

二车道

三车道

东进口

0.868

0.868

0.909

西进口

0.493

0.827

0.967

南进口

0.514

0.564

0.483

北进口

0.481

0.548

0.637

8、实测交叉口信号配时

交叉口名称（编号）：

中山路-联合路

信号灯显示方向

周期

时间（s）

绿灯显示时间（s）

黄灯显示时间（s）

红灯显示时间（s）

绿灯间隔时间（s）

北进口

121

35

3

83

5

南进口

35

3

83

东进口

121

76

3

42

5

西进口

76

3

42

二、信号配时

1、信号相位设置依据

到目前为止，定时信号控制的配时方法在国际上主要有英国的TRRL法（也称为Webster法）、澳大利亚的ARRB法和美国的HCM法等。

我国有停车线法和冲突点法。

交通信号配时中，需要确定一些控制参数，其中最基本的两个控制参数是周期时长和绿信比。

2、信号相位的确定原则

a.信号相位必须同交叉口进口道车道渠化（车道功能划分）方案同时设定，有专用转弯相位必须相应地设置专用车道；

b.信号相位对应于左右转弯交通量及其专用车道的布置，常用基本方案见课本图11-6

c.有左转专用车道时，根据左转流向设计交通量计算的左转周期平均到达3辆时用左转专用相位。

d.同一相位各相关进口道左转车每周期平均到达量相近时，宜用双向左转专用相位，否则宜用单向左转专用相位。

3、信号配时的方法

本组实验我选用的是配时方法是TRRL法。

TRRL法也叫韦伯斯特（Webster）法，是以车辆延误时间最小为目标来计算信号配时的一种方法，因此其核心内容是车辆延误和最佳周期时长的计算。

F·韦伯斯特（Webster）根据稳态理论所建立的延误时间计算公式为：

通过对周期长度求偏导，结合等价代换和近似计算，最终得出如下最佳周期计算公式：

在该式中k1、k2系数分别取值1.5和5

交叉口总交通流量比Y′为各关键相位的最大流量比y’i之和，即：

各相位的最大流量比y′i等于该相位的实际到达的最大交通量和饱和流量之比。

设qi表示第i个相位实际到达的最大流量；Si是指第i个相位的饱和流率。

4、信号配时的计算步骤

1、估算交叉口每个进口道的（设计）车流量和（设计）饱和流量（假设交通流相对稳定，接近平均值）；

2、求每个进口道的流量比，并为每个相位选择最大值；

3、将各相位的流量比值相加得到整个交叉口的总交通流量比值；

4、确定绿灯间隔时间和总损失时间；

5、利用周期计算公式计算周期时间；

6、用周期时间减去总损失时间得到可利用的有效绿灯时间，并将这一时间按各流量值的比例分配给各个相位；

7、利用有效绿灯时间得到实际绿灯时间。

5、信号配时原理

首先计算每车道的饱和流量Si，使用下式进行计算：

Si＝3600/hi

式中：

hi——各车道饱和车头时距

总流量比计算，求出Y：

式中：

——第i个车道实际到达流量（调查得到）；

——第i车道流向的饱和流量（调查得到）

yi=max（y1,y2,y3…）

式中：

——第i个相位的最大流量比

y1,y2,y3…——第i个相位的各车道流量比

式中：

——第i个相位的最大流量比

Y――交叉口总流量比

我国一般采用韦伯斯特信号配时优化公式，得到信号最佳周期为：

式中：

－信号最佳周期

L－表示各相位总损失时间，其计算如下式：

式中：

－车辆启动损失时间，应实测

I－绿灯间隔时间，即黄灯时间加全红灯清路口时间

A－黄灯时间

n－所设相位

确定完最佳周期后，再计算总有效绿灯时间

：

各相位有效绿灯时间由下式确定：

各相位的绿信比，按下式计算：

λ=gei/

各相位实际显示绿灯时间：

三、中山路与联合路交叉口的信号配时

1、相位示意图

第

第一相位是中山路东西直行第二项位是联合路南北直行

2、交叉口信号配时

42s

3s

76s

东西直行（实测）

南北直行（实测）

实测该交叉口高峰时段的周期时长为121秒

第一相位的显示绿灯时间为76秒；第二相位的显示绿灯时间为35秒

两相位的黄灯时间均为3秒；启动损失时间为2秒；全红时间为2秒

根据对交叉口各进口道的高峰小时流量，利用韦伯斯特算法可算出该交叉口的设计周期时长和各相位的显示绿灯时间：

25s

42s

东西直行

（设计）

南北直行（设计）

该交叉口高峰时段的设计周期时长为70秒

第一相位的设计显示绿灯时间为42秒；第二相位的设计显示绿灯时间为17秒

四、信号程序及运行结果

针对本次调查特性，选用了JSP语言来编写此次试验的数据分析程序。

原因是JSP的方法实现便捷，生成的页面简洁明了。

程序实现的功能有：

根据输入数据，即各车道调查高峰小时流量，各车道饱和车头时距，各车道的积余车辆和到达量之比，启动损失时间，绿灯间隔时间，黄灯时间和实测得到的交叉口周期时长，一、二相位的绿灯显示时间，进行数据处理的计算工作，最终输出数据为设计交叉口的总损失时间，周期时长，绿信比，显示绿灯时间，设计交叉口延误和现有交叉口延误，并判断设计交叉口和现有交叉口的服务水平。

程序主要分为以下两个页面：

数据输入页面，介绍系统及供使用者输入数据以便处理；结果页面，输出数据的处理结果。

打开初始页面，中山路与联合路交叉口信号配时，提示输入交叉口各车道流量及饱和车头时距等信息，输入完成后点击“提交”，转到结果输出页面，输错可重置。

结果页面显示各种结果信息，重新输入可点击“返回重新输入”进行重新输入数据。

程序界面如下：

程序结果如下：

五、配时方案效益分析与评价

1、设计交叉口延误估算

交叉口各车道设计延误用下式估算：

d=d1+d2

d1=0.5C（1-λ）2/（1-min[1,x]λ）

d2=900T[（x-1）+√[（x-1）2+8ex/（CAP*T）]

式中：

C—设计周期时长（s）

λ—所计算车道的设计绿信比；x—所计算车道的设计饱和度；

CAP—所计算车道的设计通行能力；T—分析时段的持续时长取0.25h；

e—定时信号取0.5；

各进口道的设计平均信控延误

按该进口道中的各车道设计延误的加权平均数估算：

dA=Σdiqi/Σqi

式中：

dA—进口道A的设计平均信控延误（s/pcu）；

di—进口道A中第i车道的设计平均信控延误（s/pcu）；

qi—进口道A中第i车道的小时交通量换算为高峰15min的交通流量（辆/15min）;

整个交叉口的设计平均信控延误

按交叉口各进口道设计延误的加权平均数估计：

D=ΣdAqA/ΣqA

式中：

D—交叉口每车的设计平均信控延误（s/pcu）；

qA—进口道A的高峰15min交通流率（辆/15min）；

2、现有交叉口延误估算

交叉口各车道实际延误用下式估算：

d=d1+d2+d3

d1=ds*tu/T+fa*du*（T-tu）/T

ds=0.5*C*（1-λ）

du=0.5*C*（1-λ）2/（1-min[1,x]*λ）

tu=min{T,Qb/CAP*[1-min[1,x]]}

fa=（1-P）/（1-λ）

d2=900T[（x-1）+√[（x-1）2+8ex/（CAP*T）]

3600*Qb/CAP-1800T[1-min[1,x]]（tu=T）

d3=

1800*Qb*tu/T*CAP（tu

式中：

C—实测周期时长（s）

λ—所计算车道的实际绿信比；x—所计算车道的实际饱和度；

CAP—所计算车道的实际通行能力；T—分析时段的持续时长取0.25h；

ds—饱和延误s/pcu；ds—不饱和延误s/pcu；tu—在T中积余车辆的持续时间；Qb—分析期初始积余车辆（实测）；P—绿灯期到达车辆占整周期到达量之比；fa—绿灯期车流到达率校正系数；

e—定时信号取0.5；

各进口道的实测平均信控延误

按该进口道中的各车道实际延误的加权平均数估算：

dA=Σdiqi/Σqi

式中：

dA—进口道A的实际平均信控延误（s/pcu）；

di—进口道A中第i车道的实际平均信控延误（s/pcu）；

qi—进口道A中第i车道的小时交通量换算为高峰15min的交通流量（辆/15min）;

整个交叉口的实际平均信控延误

按交叉口各进口道实际延误的加权平均数估计：

D=ΣdAqA/ΣqA

式中：

D—交叉口每车的实际平均信控延误（s/pcu）；

qA—进口道A的高峰15min交通流率（辆/15min）；

3、该交叉口设计延误和实测延误

设计交叉口的延误情况如下表：

表5设计交叉口延误s/pcu

东进口

西进口

南进口

北进口

车道

一

二

三

一

二

三

一

二

三

一

二

三

各车道设计延误

18.55

15.65

11.34

5.46

11.85

7.69

31.7

31.93

42.07

28.08

27.63

32.69

各进口道设计延误

15.49

9.38

35.47

29.60

交叉口设计延误

21.18

现有交叉口的延误情况如下表：

表6现有交叉口延误s/pcu

东进口

西进口

南进口

北进口

车道

一

二

三

一

二

三

一

二

三

一

二

三

各车道实际延误

12.62

10.96

6.28

5.46

5.61

2.03

31.91

29.01

56.38

33.21

27.63

29.06

各进口道实际延误

10.21

4.3

39.69

30.43

交叉口实际延误

18.9

4、服务水平分析

信号交叉口设计与交通信号配时的服务水平，根据计算的平均信号控制延误确定。

信号交叉口延误时反映车辆在交叉口受阻、行驶时间损失的评价指标。

其受影响因素较多，能综合反映交叉口的几何设计与信号配时优劣的评价指标。

由于我国的道路服务水平仍在调查研究之中，按《城市道路规划与设计》中借鉴美国的规定，把服务水平分为六个等级。

　　A级——畅行车流。

特征为交通量少、车速高、交通密度低，驾驶员在客观许可的条件下可按自己的意愿控制车速而无任何干扰和延误。

每信控延误小于等于10.

　　B级——稳定车流。

特征为车速开始受到交通条件的限制而有所降低，但驾驶员仍能较为自由地选择合理的车速。

每信控延误范围11-20。

　　C级——稳定车流。

特征为车速开始受到较大交通量的影响，驾驶员已不能自行决定车速，但还能得到较满意的车速。

每信控延误范围21-35。

　　D级——接近不稳定车流。

特征为车速受到相当大的影响，能勉强维持所需要的车速，行车性和舒适性变得较差。

每信控延误范围36-55。

　　E级——不稳定车流。

特征为行车不畅，车速很低，处于时开时停状态，交通量接近于道路的通行能力。

每信控延误范围56-80。

F级——强制车流。

特征为能勉强行驶，车速极低，道路通行能力低于实际交通量。

出现排队甚至完全堵塞现象。

每信控延误大于80.

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

56~80

C

21~35

F

>80

根据测得的设计交叉口延误和现有交叉口延误判断服务水平为：

设计交叉口

现有交叉口

服务水平等级

C级

B级

实际的配时方案与设计的配时服务水平情况大致接近，说明实际情况和理论分析基本吻合，说明配时方案可行。

数据采集时，由于车流量，车头时距等数据的计时和计数操作是靠人眼完成，难免造成遗漏，所以会产生一定的误差，导致数据不够精准。

六、交叉口存在问题及分析

1、车道设置不合理

经过本小组的调查，中山路在高峰小时的交通流较大，主要集中在东进口道，由调查的数据可以看出东进口道高峰小时流量达到2700pcu/h，而西进口只有700pcu/h，且在西进口的第一车道很少有车行驶，主要原因是东进口的交通量过大，导致东进口使出交叉口后会占用西进口一车道进行逆向行驶。

在高峰时段会有交警来指挥交通，所以西进口道上的占道现象时长发生。

但是如果长期占道行驶可能会因为抢道而引起交通事故，所以应该对该交叉口的进口道车道重新分配。

可以改为西进口2车道，东进口4车道，这样会减少占道抢道现象发生，避免发生交通事故。

参考文献

[1]吴兵，李晔.交通管理与控制[M].人民交通出版社.2009年第四版.

[2]段里仁.城市交通概论[M].北京：

北京出版社，1984.

[3]中华人民共和国道路交通安全法[S].2004.

[4]陈宽民，严宝杰.道路通行能力分析[M].人民交通出版社.2011年第二版.

附录

程序代码

hp.jsp

<%@pagecontentType="text/html;charset=GB2312"%>

中山路与联合路交叉口信号配时

输入交叉口调查信息