交通管理與控制課程設(shè)計(jì)

河南城建學(xué)院交通管理與控制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課 程 名 稱: 交通管理與控制 題 目:平頂山建設(shè)路-凌云路交叉口定時(shí)信號(hào)配時(shí)設(shè)計(jì)專(zhuān) 業(yè): 交通工程 學(xué) 生 姓 名: 李 鵬 舉 學(xué) 號(hào): 071413220 指 導(dǎo) 教 師: 劉麗華、張蕾 設(shè) 計(jì) 教 室: 10#B609、302 開(kāi) 始 時(shí) 間: 2016 年 01 月 04 日完 成 時(shí) 間: 2016 年 01 月 08 日課程設(shè)計(jì)成績(jī)：學(xué)習(xí)態(tài)度及平時(shí)成績(jī)（30）技術(shù)水平與實(shí)際能力（20）創(chuàng)新（5）說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)質(zhì)量（45）總 分（100）等級(jí)指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日目 錄1 交通調(diào)查11.1 調(diào)查主要內(nèi)容11.2 本人負(fù)責(zé)調(diào)查部分?jǐn)?shù)據(jù)處理及分析12 設(shè)計(jì)交通量確定32.1 最高10分鐘流率統(tǒng)計(jì)42.2 設(shè)計(jì)小時(shí)交通量計(jì)算43車(chē)道渠化及信號(hào)相位方案設(shè)計(jì)53.1 渠化方案設(shè)計(jì)53.2 相位方案設(shè)計(jì)54 飽和流率估算64.1 復(fù)雜情況下飽和流率計(jì)算64.2 飽和流率匯總及對(duì)比115 各項(xiàng)配時(shí)參數(shù)計(jì)算125.1 交叉口信號(hào)配時(shí)設(shè)計(jì)流程125.2 確定關(guān)鍵車(chē)流和流率比135.3 計(jì)算各個(gè)相位黃燈時(shí)間、全紅時(shí)間、綠燈間隔時(shí)間135.4 計(jì)算總損失時(shí)間145.5 計(jì)算最佳周期時(shí)間145.6 計(jì)算各項(xiàng)配時(shí)參數(shù)146 約束條件檢驗(yàn)156.1 周期時(shí)長(zhǎng)檢驗(yàn)156.2 行人過(guò)街時(shí)間檢驗(yàn)157 延誤與服務(wù)水平確定167.1 交叉口各車(chē)道組通行能力167.2 交叉口各車(chē)道組飽和度177.3 交叉口各車(chē)道組均衡延誤187.4 交叉口各車(chē)道組隨機(jī)附加延誤187.5 交叉口各進(jìn)口車(chē)道的的延誤197.6 各進(jìn)口道平均信控延誤197.7 整個(gè)交叉口的平均信控延誤20參考文獻(xiàn)211 交通調(diào)查1.1 調(diào)查主要內(nèi)容（1）現(xiàn)狀交叉口幾何尺寸、信號(hào)配時(shí)、行人及自行車(chē)通行規(guī)則； （2）機(jī)動(dòng)車(chē)轉(zhuǎn)向交通量； （3）非機(jī)動(dòng)車(chē)轉(zhuǎn)向交通量； （4）行人過(guò)街交通量； （5）分析期初始積余車(chē)輛Qb、綠燈期間到達(dá)車(chē)輛占整個(gè)周期到達(dá)量之比P。1.2 本人負(fù)責(zé)調(diào)查部分?jǐn)?shù)據(jù)處理及分析 在本次調(diào)查中，我負(fù)責(zé)的任務(wù)主要是現(xiàn)狀交叉口幾何尺寸的調(diào)查，并且由我繪制現(xiàn)狀交叉口以及渠化后的交叉口設(shè)計(jì)圖（圖1-1、圖1-2）。圖1-1 原渠化設(shè)計(jì)示意圖 圖1-2 新渠化設(shè)計(jì)示意圖另外，由于1組的人手不夠，我又幫他們調(diào)查了非機(jī)動(dòng)車(chē)道的交通流量（表1-1）。簡(jiǎn)單分析見(jiàn)圖1-3。表1-1平頂山市交叉口非機(jī)動(dòng)車(chē)進(jìn)口交通流量流向調(diào)查表 交叉口名稱：_凌云_路與_建設(shè)_路交叉口 調(diào)查位置：西進(jìn)口觀測(cè)人員：李鵬舉 觀測(cè)日期：2016.1.4下午4：40-6：10時(shí) 段左轉(zhuǎn)直行右轉(zhuǎn)4：40-4：50632544:50-5:00435555：00-5：10382555：10-5：20584625：20-5：305107895：30-5：401173525：40-5：50482635：50-6：00777656：00-6：1067469小計(jì)51646564圖1-3 非機(jī)動(dòng)車(chē)流量由圖表可以看出4:40到6:10有明顯的高峰，其中左轉(zhuǎn)流量少，以直行為主，右轉(zhuǎn)也很多。2 設(shè)計(jì)交通量確定設(shè)計(jì)小時(shí)交通量的確定對(duì)于單點(diǎn)交叉口定時(shí)信號(hào)控制設(shè)計(jì)十分重要，本次設(shè)計(jì)采用的數(shù)據(jù)是我們小組的人員在周一下午，在16:3018:10期間，于建設(shè)路和凌云路交叉口實(shí)際測(cè)量所得。2.1 最高10分鐘流率統(tǒng)計(jì)根據(jù)調(diào)查對(duì)建設(shè)路與凌云路交叉口晚高峰交通量的調(diào)查數(shù)據(jù)，整理匯總后取各進(jìn)口道各轉(zhuǎn)向的最高10分鐘流率，如表2-1所示：表2-1 各進(jìn)口道、各轉(zhuǎn)向最高10分鐘流率進(jìn)口方向轉(zhuǎn)向最高10min流率（pcu）西進(jìn)口左52直227右80東進(jìn)口左49直198右40南進(jìn)口左111直95右32北進(jìn)口左37直94右462.2 設(shè)計(jì)小時(shí)交通量計(jì)算設(shè)計(jì)交通量等于最高10min流率的6倍，由此可得出各進(jìn)口道、各轉(zhuǎn)向的設(shè)計(jì)小時(shí)交通量，如表2-2所示：表2-2 各進(jìn)口道、各轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)小時(shí)交通量進(jìn)口方向轉(zhuǎn)向流量（pcu/h）西進(jìn)口左312直1362右480東進(jìn)口左294直1188右240南進(jìn)口左666直570右192北進(jìn)口左222直562右2763車(chē)道渠化及信號(hào)相位方案設(shè)計(jì)3.1 渠化方案設(shè)計(jì)從交叉口的幾何構(gòu)型設(shè)計(jì)渠化方案如下：建設(shè)路西進(jìn)口為7條車(chē)道，分別為2條專(zhuān)用左轉(zhuǎn)車(chē)道、4條直行車(chē)道、1條專(zhuān)用右轉(zhuǎn)車(chē)道；南進(jìn)口為5條車(chē)道，分別為2條左轉(zhuǎn)專(zhuān)用車(chē)道、2條直行車(chē)道、1條直右合用車(chē)道、一條非機(jī)動(dòng)車(chē)道;東進(jìn)口為5條車(chē)道，分別為1條專(zhuān)用左轉(zhuǎn)車(chē)道、3條直行車(chē)道、1條專(zhuān)用右轉(zhuǎn)車(chē)道；北進(jìn)口為5條車(chē)道，分別為1條專(zhuān)用左轉(zhuǎn)車(chē)道、3條直行車(chē)道、1條專(zhuān)用右轉(zhuǎn)車(chē)道。設(shè)置右轉(zhuǎn)專(zhuān)用車(chē)道是考慮到4個(gè)進(jìn)口道交通量和行人流量較大。則左轉(zhuǎn)車(chē)道構(gòu)成1個(gè)車(chē)道組、直行車(chē)道構(gòu)成1個(gè)車(chē)道組、右轉(zhuǎn)專(zhuān)用車(chē)道構(gòu)成1個(gè)車(chē)道組。3.2 相位方案設(shè)計(jì)建設(shè)路與凌云路交叉口原信號(hào)周期為190s，為四相位信號(hào)控制，現(xiàn)狀信號(hào)配時(shí)記錄表如表3-1所示、信號(hào)配時(shí)如圖3-1所示、現(xiàn)狀相位圖如圖3-2所示：表3-1 建設(shè)路與凌云路路現(xiàn)狀交叉口信號(hào)配時(shí)表單周期信號(hào)相位數(shù)：4 單周期時(shí)間： 190s相位1相位2相位3相位4綠燈時(shí)間(s)50444737黃燈時(shí)間(s)3333紅燈時(shí)間(s)137143140150圖3-1 現(xiàn)狀信號(hào)配時(shí)圖繼而分析是否需要設(shè)置左轉(zhuǎn)保護(hù)相位，根據(jù)交通管理與控制給出的左轉(zhuǎn)保護(hù)相位判別條件對(duì)各進(jìn)口逐一進(jìn)行判斷：東進(jìn)口：=222200，需要設(shè)置左轉(zhuǎn)保護(hù)相位西進(jìn)口：=264200，需要設(shè)置左轉(zhuǎn)保護(hù)相位南進(jìn)口：=307200，需要設(shè)置左轉(zhuǎn)保護(hù)相位北進(jìn)口：=164200，但由于交叉口地形和行人、機(jī)動(dòng)車(chē)的影響，也需要設(shè)置左轉(zhuǎn)保護(hù)相位考慮到南北方向左轉(zhuǎn)車(chē)流量相差很大，可以考慮早啟遲斷式信號(hào)相位。于是交叉口的相位方案初步確定如下：相位一（）：為南北方向左轉(zhuǎn)相位相位二（）：為南進(jìn)口左轉(zhuǎn)相位的延遲相位，同時(shí)開(kāi)啟南進(jìn)口直行相位三（）：為南進(jìn)口直行的延遲相位，同時(shí)是北進(jìn)口的直行相位相位四（）：東西進(jìn)口的左轉(zhuǎn)相位相位五（5）：東西方向的直行相位，相位圖如圖3-2：圖3-2 信號(hào)相位圖4 飽和流率估算4.1 復(fù)雜情況下飽和流率計(jì)算嚴(yán)格的流率比分析依賴于車(chē)道組飽和流率的確定。直行當(dāng)量法僅是一種粗略的估計(jì)方法，不適用于對(duì)交叉口信號(hào)控制的細(xì)致分析。然而，對(duì)車(chē)道組飽和流率的分析依然是進(jìn)行交叉口信號(hào)控制方案設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。故需要進(jìn)行復(fù)雜情況下飽和流率分析。飽和流量用實(shí)測(cè)平均飽和流量乘以各個(gè)影響因素校正系數(shù)的方法估算，如式4-1所示。即進(jìn)口道的估算飽和流量： （4-1）式中：車(chē)道組的飽和流率，； 進(jìn)口車(chē)道基本飽和流率，在缺乏實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)取值1900； 車(chē)道組所包含的車(chē)道數(shù)； 進(jìn)口車(chē)道各類(lèi)校正系數(shù)。首先需要確定交叉口進(jìn)口車(chē)道各類(lèi)校正系數(shù)：（1）車(chē)道寬度校正如式4-2所示 （4-2） 式中：車(chē)道寬度校正系數(shù)； 車(chē)道寬度，m。 根據(jù)設(shè)計(jì)的渠化方案，確定各個(gè)進(jìn)口道的寬度，各個(gè)進(jìn)口道各車(chē)道的寬度如下表4-1所示。表4-1各個(gè)進(jìn)口道各車(chē)道的寬度進(jìn)口方向轉(zhuǎn)向車(chē)道寬度（m）左3東直9右3左7西直14右3.5左6南直9右3左3北直9右3由于各個(gè)進(jìn)口方向的進(jìn)口車(chē)道的寬度W，都在3.0m到3.5m的范圍內(nèi)，所以車(chē)道寬度的修正系數(shù)=1。（2）車(chē)道縱坡修正系數(shù)如式4-3所示。 （4-3）式中：車(chē)道縱坡校正系數(shù)； 車(chē)道縱坡，弧度制。根據(jù)道路線性的情況，四個(gè)進(jìn)口車(chē)道縱坡為零，因此，各車(chē)道的縱坡修正系數(shù)=0。（3）大車(chē)修正系數(shù)如式4-4所示。 （4-4）式中：大車(chē)校正系數(shù)； 大車(chē)在車(chē)流中的比例； 大車(chē)的小汽車(chē)當(dāng)量，無(wú)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)取2.0.利用式4-4計(jì)算出各車(chē)道的大車(chē)修正系數(shù)如表4-2所示。表4-2 各方向大車(chē)校正系數(shù)進(jìn)口方向大車(chē)校正系數(shù)東0.92西0.86南0.93北0.89（4）行人和自行車(chē)修正系數(shù)如式4-5所示 （4-5）式中：自行車(chē)/行人對(duì)右轉(zhuǎn)車(chē)流影響的校正系數(shù)； 自行車(chē)/行人對(duì)左轉(zhuǎn)車(chē)流影響的校正系數(shù)； 車(chē)道組中右轉(zhuǎn)車(chē)輛所占的比例； 車(chē)道組中左轉(zhuǎn)車(chē)輛所占的比例； 非保護(hù)相位下自行車(chē)/行人影響因子； 保護(hù)相位內(nèi)右轉(zhuǎn)通行時(shí)長(zhǎng)所占的比例； 保護(hù)相位內(nèi)左轉(zhuǎn)通行時(shí)長(zhǎng)所占的比例。 由于該交叉口各個(gè)進(jìn)口道都有左轉(zhuǎn)專(zhuān)用車(chē)道且設(shè)有左轉(zhuǎn)保護(hù)相位，所以=1，則=0.下面開(kāi)始計(jì)算行人/自行車(chē)對(duì)右轉(zhuǎn)車(chē)流影響的校正系數(shù)。 步驟一：計(jì)算綠信號(hào)時(shí)間內(nèi)的行人流率。 （4-6） 式中：行人通行相位內(nèi)行人的流率，； 分析時(shí)段內(nèi)的行人交通量，； 信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)； 行人通行相位時(shí)長(zhǎng)。由表4-2可知該交叉口高峰小時(shí)行人交通量。由實(shí)際調(diào)查得到現(xiàn)有的交叉口信號(hào)配時(shí)方案設(shè)計(jì)如下表4-3所示：表4-3 非機(jī)動(dòng)車(chē)與行人高峰小時(shí)流量進(jìn)口方向西東南北非機(jī)動(dòng)車(chē)流量535409601645行人流量183162255148表4-4 交叉口原有信號(hào)配時(shí)道路方向車(chē)道方向紅、綠燈時(shí)間（s）東西直行綠燈50紅燈137左轉(zhuǎn)綠燈44紅燈143南北直行綠燈47紅燈140左轉(zhuǎn)綠燈37紅燈150所有黃燈12周期190經(jīng)計(jì)算得各車(chē)道組行人通行相位內(nèi)行人的流率如表4-5所示。表4-5 各車(chē)道組行人通行相位內(nèi)行人的流率方向行人流率方向行人流率東655西740南969北562步驟二：確定機(jī)非沖突區(qū)的行人占用率 （4-7）式中：機(jī)動(dòng)車(chē)與行人沖突區(qū)域的行人占用率；根據(jù)表4-5中計(jì)算得數(shù)據(jù)，利用式4-7，計(jì)算出機(jī)動(dòng)車(chē)與行人沖突區(qū)域的行人占用率如下：東進(jìn)口0.327、西進(jìn)口為0.37、南進(jìn)口0.48、北進(jìn)口為0.28。步驟三：計(jì)算綠信號(hào)時(shí)間內(nèi)的自行車(chē)流率及機(jī)非沖突區(qū)自行車(chē)占用率計(jì)算公式如下： （4-8）式中：自行車(chē)通行相位內(nèi)的流率，； 分析時(shí)段內(nèi)的自行車(chē)交通需求量，； 自行車(chē)通行時(shí)長(zhǎng)。根據(jù)表4-5調(diào)查所得數(shù)據(jù)，由公式4-8計(jì)算的出自行車(chē)通行相位內(nèi)的流率為：東、西進(jìn)口1653、2162，南、北進(jìn)口2283、2135。機(jī)非沖突區(qū)的自行車(chē)占用率按下式4-9確定： （4-9）式中：機(jī)動(dòng)車(chē)與自行車(chē)沖突區(qū)域的自行車(chē)占有率。利用自行車(chē)通行相位內(nèi)的流率數(shù)據(jù)和式4-9計(jì)算可得機(jī)動(dòng)車(chē)與自行車(chē)沖突區(qū)域的自行車(chē)占有率如下東、西進(jìn)口：0.820，南、北進(jìn)口：0.865。 步驟四：確定機(jī)非沖突區(qū)域的總占用率 對(duì)于直行右轉(zhuǎn)相位下機(jī)非沖突區(qū)域的總占用率的計(jì)算，應(yīng)按照式4-10計(jì)算。 （4-10）經(jīng)計(jì)算得，機(jī)非沖突區(qū)域的總占用率結(jié)果如表4-6所示。表4-6 各進(jìn)口道機(jī)非沖突區(qū)域總占用率方向機(jī)非沖突占用率方向機(jī)非沖突占用率東0.632西0.820南0.865北0.810步驟五：確定非保護(hù)相位下自行車(chē)/行人影響因子ApbT非保護(hù)相位下自行車(chē)/行人影響因子按下式4-11確定： (4-11)式中：左轉(zhuǎn)車(chē)或右轉(zhuǎn)車(chē)流的出口到數(shù)量； 左轉(zhuǎn)車(chē)流或右轉(zhuǎn)車(chē)流在進(jìn)口到的數(shù)量。綜合以上數(shù)據(jù)，可以求得非保護(hù)相位下自行車(chē)/行人影響因子的數(shù)值如下:東、西方向?yàn)?.621，南、北方向?yàn)?.514。據(jù)設(shè)計(jì)的交叉口渠化方式得知右轉(zhuǎn)有專(zhuān)用的車(chē)道，所以車(chē)道組中右轉(zhuǎn)車(chē)輛所占的比例為1。轉(zhuǎn)車(chē)一直放行，沒(méi)有保護(hù)相位，所以保護(hù)相位內(nèi)右轉(zhuǎn)通行時(shí)長(zhǎng)的比例為0。根據(jù)以上計(jì)算與調(diào)查數(shù)據(jù)，利用式4-6計(jì)算得各進(jìn)口道自行車(chē)/行人對(duì)右轉(zhuǎn)車(chē)流影響的校正系數(shù)如表4-7。表4-7 各進(jìn)口道自行車(chē)/行人對(duì)右轉(zhuǎn)車(chē)流影響的校正系數(shù)方向機(jī)非對(duì)右轉(zhuǎn)影響系數(shù)方向機(jī)非對(duì)右轉(zhuǎn)影響系數(shù)東0.912南0.924西0.781北0.900 根據(jù)以上校正系數(shù)，利用式4-1計(jì)算得各車(chē)道組復(fù)雜情況下的飽和流率，其結(jié)果如表4-8示。表4-8 各車(chē)道組復(fù)雜情況下的飽和流率進(jìn)口方向西東南北車(chē)道數(shù)241131231131轉(zhuǎn)向左直右左直右左直右左直右飽和流率1634163485017481748524167816101643160616918204.2 飽和流率匯總及對(duì)比進(jìn)而結(jié)合復(fù)雜情況下設(shè)計(jì)飽和流率對(duì)比分析，對(duì)比統(tǒng)計(jì)表如表4-9所示、對(duì)比分析圖如圖3-1所示：表4-9 各類(lèi)飽和流率匯總表進(jìn)口車(chē)道名稱復(fù)雜情況計(jì)算法（pcu/h）實(shí)測(cè)值（pcu/h）東進(jìn)口左轉(zhuǎn)1748東進(jìn)口直行17481565東進(jìn)口右轉(zhuǎn)524西進(jìn)口左轉(zhuǎn)1634西進(jìn)口直行16341497西進(jìn)口右轉(zhuǎn)850南進(jìn)口左轉(zhuǎn)1678南進(jìn)口直右16431665北進(jìn)口左轉(zhuǎn)1606北進(jìn)口直行16911658北進(jìn)口右轉(zhuǎn)820為了更加直觀表達(dá)直行當(dāng)量法計(jì)算的設(shè)計(jì)飽和流率、復(fù)雜情況下設(shè)計(jì)飽和流率以及實(shí)際飽和流率之間的關(guān)系，由表4-9做對(duì)比分析圖如圖4-1所示：圖4-1 設(shè)計(jì)飽和流率對(duì)比分析圖由上圖可以看出，對(duì)于個(gè)各進(jìn)口車(chē)道飽和流率總體來(lái)看：復(fù)雜情況下計(jì)算出來(lái)的飽和流率比實(shí)際測(cè)得值大。5 各項(xiàng)配時(shí)參數(shù)計(jì)算5.1 交叉口信號(hào)配時(shí)設(shè)計(jì)流程圖5-1 WEBSTER法信號(hào)配時(shí)流程圖5.2 確定關(guān)鍵車(chē)流和流率比根據(jù)設(shè)計(jì)相位方案以及復(fù)雜情況下的飽和流率，繪制關(guān)鍵車(chē)流分析示意圖，如圖5-2所示。q=max（307+165），（164+170） =307+165=472q4=max132,222=222q5=max289,265=289Ring1 Ring212345圖5-2關(guān)鍵分析示意圖利用圖5-2所示的數(shù)據(jù)以及復(fù)雜情況下飽和流率，計(jì)算流率比y如下表5-1所示：表5-1 各相位的流率比相位流率比相位流率比相位一0.137相位二0.045相位三0.097相位四0.127相位五0.165各相位的關(guān)鍵流率比之和為Y=y+y4+y5=0.279+0.127+0.