本科交通工程專業(yè)交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)

NUM-第五章學(xué)院北路與滏河大街交叉口實(shí)例分析5.1基礎(chǔ)資料收集整理5.1.1道路幾何條件調(diào)查該路口為不規(guī)則的十字形交叉口，北進(jìn)口道與西進(jìn)口道為三塊板，有機(jī)非分隔帶。南進(jìn)口道與東進(jìn)口道為一塊板板，為機(jī)非混行模式。交叉口現(xiàn)狀圖：交叉口幾何條件調(diào)查表：交叉口道路幾何條件表5-1交叉口幾何調(diào)查表交叉口幾何調(diào)查表路幅寬度車道數(shù)單車道寬車道功能劃分非機(jī)動車道寬人行道寬mmmm東進(jìn)口進(jìn)口道2013直右25出口道13西進(jìn)口進(jìn)口道3223直左、直右45出口道23南進(jìn)口進(jìn)口道3833左、直、右45出口道33北進(jìn)口進(jìn)口道3833左、直、右45出口道335.1.2道路交通條件調(diào)查交通量調(diào)查高峰小時(shí)流量表進(jìn)口進(jìn)口機(jī)動車(pcu/h)非機(jī)動車(輛/h)東左54489直552右162西左174251直330右150南左168403直912右96北左96442直786右198合計(jì)平峰小時(shí)流量表進(jìn)口平峰小時(shí)流量表進(jìn)口機(jī)動車(pcu/h)非機(jī)動車(輛/h)東左44256直452右92西左84151直230右100南左88213直612右56北左56142直486右98合計(jì)交叉口交通條件控制狀況調(diào)查該交叉口為2相位信號控制，信號周期為134秒，相序如圖所示。滏河大街滏河大街 現(xiàn)場踏勘通過現(xiàn)場踏勘，發(fā)現(xiàn)如下的問題：左轉(zhuǎn)機(jī)動車與橫向直行的自行車發(fā)生沖突。高峰期間東西向直行機(jī)動車排隊(duì)較長，有時(shí)甚至出現(xiàn)二次排隊(duì)現(xiàn)象。(3)右轉(zhuǎn)機(jī)動車與自行車的沖突與干擾在每一項(xiàng)綠燈初期比較嚴(yán)重過。路口行人過街缺乏無障礙通道。路口空間較大，左轉(zhuǎn)車軌跡不明確。4）現(xiàn)狀評價(jià)分析采用《城市道路平面交叉口規(guī)劃與設(shè)計(jì)課程》提供的方法，交叉口的現(xiàn)狀評價(jià)結(jié)果見下表。十字形交叉口的通行能力為各進(jìn)口道設(shè)計(jì)通行能力之和，每一進(jìn)口道設(shè)計(jì)通行能力等于各車道通行能力之和，因此，應(yīng)從各車道的通行能力開始計(jì)算分析。①一條直行道的通行能力按下式計(jì)算：Ctgt0ti13600T式中：t——信號每周期內(nèi)的綠燈時(shí)間；g——綠燈亮后，第一輛車啟動并通過停車線時(shí)間，可采用2.3s；0t——直行或直右車輛連續(xù)通過停車線的平均間隔時(shí)間，根據(jù)觀察，全部為小型車it2.5s，故城市交叉口采用2.3s；iT——信號周期（ｓ）——折減系數(shù)，根據(jù)車輛通行的不均勻性及非機(jī)動車、行人以及農(nóng)用拖拉機(jī)對汽車的干擾程度，城市可取0.9-0.86。一條直右合用車道的通行能力按下式計(jì)算：CCsrs一條直左合用車道的通行能力按下式計(jì)算：CC1'/2 sl s l式中：'——直左車道中左轉(zhuǎn)車所占比例。一條直左合用車道的通行能力按下式計(jì)算：CC②當(dāng)進(jìn)口設(shè)有專用左轉(zhuǎn)與專用右轉(zhuǎn)車道時(shí)，進(jìn)道通能力按下式計(jì)算：CC/1 elr s l r式中：C本面直行車道設(shè)計(jì)通行能力之和；s、分別為左、右轉(zhuǎn)車占本面進(jìn)口道車輛的比例。l r專用左轉(zhuǎn)車道的通行能力按下式計(jì)算：CC l elr l專用右轉(zhuǎn)車道的通行能力按下式計(jì)算：CC r elr r③當(dāng)進(jìn)口道設(shè)有專用右轉(zhuǎn)車道而未設(shè)專用左轉(zhuǎn)車道時(shí)，進(jìn)口道的通行能力按下式計(jì)算：CCC/1 er S sl r式中：C直行車道設(shè)計(jì)通行能力之和；C直左車道設(shè)計(jì)通行能力。 s sl專用右轉(zhuǎn)車道通行能力計(jì)算：CC r er r滏河-學(xué)院北路交叉口進(jìn)口道各流向車道通行能力計(jì)算如下：①東西進(jìn)口通行能力：東、西進(jìn)口：C3600ti 36000.9510.232.51639tgt0 1 s T 108 54 10.13/2597CC597東進(jìn)口：'0.13C639 l54368 sl slr sl 174 10.44/2498CC498西進(jìn)口：'0.44C639 l174220 sl slr sl②南、北進(jìn)口通行能力 tt 南、北進(jìn)口：C3600g 0ti136000.9480.232.51603s T 108C60321206s168 96南進(jìn)口：0.140.081l16891296 r16891296C1206/10.140.0811548elrC15480.14216C15480.08112596 198北進(jìn)口：0.0890.18l96786198 r96786198 l rC1206/10.0890.181650C16500.089147C16500.18297elr l r在交叉口分析中，飽和度為設(shè)計(jì)交通量與通行能力之比。飽和度計(jì)算公式：XqiiC滏河-學(xué)院北路交叉口各流向車道飽和度計(jì)算如下： q q 東進(jìn)口:直左X 423/5970.71直右X 530/4981.06 C C slr slr q q 西進(jìn)口：直左X 423/5970.71直右X 530/4981.06 C C slr slr q q 南進(jìn)口：左X168/2160.78 直X912/15480.59C Cl sq右X96/1250.768Cr q q 北進(jìn)口：左X96/1470.65 直X768/16500.47C Cl sq右X198/2970.67C r 排隊(duì)長度是評價(jià)交叉口進(jìn)口道設(shè)計(jì)長度選定的合理性、交叉口擁擠阻塞狀況等的重要性。在綠燈開始時(shí)各車道的平均排隊(duì)長度定義為上一個(gè)綠燈時(shí)間內(nèi)剩余的車輛數(shù)Q和紅燈時(shí)間內(nèi)到達(dá)的車輛數(shù)1Q之和。2當(dāng)車道飽和度x>0.5時(shí)：Q按下式計(jì)算：1Q0.25CAPx1x128x0.5否則Q0。 1 CAP 1 1 q Q按下式計(jì)算：QT 2 2 1x3600各車道平均排隊(duì)長度：Q=Q+Q 1 2式中：CAP——車道通行能力；——車道飽和度；T——周期時(shí)長s；——綠信比；q——設(shè)計(jì)或需求交通量。滏河大街與學(xué)院北路交叉口各流向車道排隊(duì)長度計(jì)算如下：（飽和度均大于0.5）東進(jìn)口：直左：Q0.255970.7110.711280.710.535.101 597 10.47 597Q108 14.32 10.470.713600車道平均排隊(duì)長度為：QQQ35.11.4036.50 1 2直右：Q0.254981.0611.061281.060.527.461 498 10.47 4982 10.470.713600Q108 11.9西進(jìn)口：直左：Q0.254551.3011.301281.300.538.81 1 455 Q1.952車道平均排隊(duì)長度為：QQQ38.811.9540.76 1 2 10.41 729 直右：Q132 1.952 10.411.303600南進(jìn)口：左：Q0.251670.6110.611280.610.50.28 1 167 10.15 242.33 Q132 0.392 10.150.613600車道平均排隊(duì)長度為:QQQ0.280.390.67 1 2直：Q0.256111.1811.181281.180.539.99 1 611 10.47 724 Q132 1.832 10.471.183600車道平均排隊(duì)長度為：QQQ39.991.8341.82 1 2右：Q0.251270.610.61280.60.50.24 1 127 10.47 76 Q132 0.272 10.470.63600車道平均排隊(duì)長度為：QQQ0.240.270.51 1 2北進(jìn)口：左：Q0.252400.5310.531280.530.50.05 1 240 10.15 126 Q132 0.552 10.150.533600車道平均排隊(duì)長度為：QQQ0.050.550.6 1 2直：Q0.256111.0911.091281.090.532.09 1 611 10.47 664 Q132 1.652 10.471.093600車道平均排隊(duì)長度為：QQQ32.091.6533.74 1 2右：Q0.251380.5410.541280.540.50.08 1 138 10.47 74 Q132 0.24 2 10.470.543600車道平均排隊(duì)長度為：QQQ0.080.240.32 1 2交叉口延誤指標(biāo)：置信度95%查得23.84,按d0.1計(jì)算：最小樣本容量按式(1p)2(10.49)3.84N400輛pd20.490.12即要求調(diào)查的引道交通輛至少為400東進(jìn)口延誤數(shù)據(jù)東進(jìn)口東進(jìn)口停在入口的車輛數(shù)入口交通量+0s+15s+30s+45s停駛數(shù)不停駛數(shù)小計(jì)179178160154376220合計(jì)671597總延誤：總停車數(shù)觀測時(shí)間間隔10751516125（輛/s），總延誤 16125每一停駛車輛的平均延誤： 26.47783s，停駛車輛總數(shù) 609 總延誤 16125交叉口入口引道每輛車的平均延誤： 17.17252s。引道總交通量 939西進(jìn)口延誤數(shù)據(jù)西進(jìn)口西進(jìn)口停在入口的車輛數(shù)入口交通量+0s+15s+30s+45s停駛數(shù)不停駛數(shù)小計(jì)208196209204533333合計(jì)964866總延誤：總停車數(shù)觀測時(shí)間間隔9641514460（輛/s），總延誤 14460每一停駛車輛的平均延誤： 27.12946s，停駛車輛總數(shù) 533總延誤 14460引道總交通量 866 交叉口入口引道每輛車的平均延誤： 16.69746s。南進(jìn)口延誤數(shù)據(jù)南進(jìn)口南進(jìn)口停在入口的車輛數(shù)入口交通量+0s+15s+30s+45s停駛數(shù)不停駛數(shù)小計(jì)小計(jì)208301360416645404合計(jì)12851049總延誤：總停車數(shù)觀測時(shí)間間隔12851519275（輛/s）， 總延誤 19275每一停駛車輛的平均延誤： 29.88372s，停駛車輛總數(shù) 645總延誤 19275引道總交通量 1049 交叉口入口引道上每輛車的平均延誤： 18.37464s。北進(jìn)口延誤數(shù)據(jù)北進(jìn)口北進(jìn)口停在入口的車輛數(shù)入口交通量+0s+15s+30s+45s停駛數(shù)不停駛數(shù)小計(jì)229309366416662404合計(jì)13201066總延誤：總停車數(shù)觀測時(shí)間間隔13201519800（輛/s）， 總延誤 19800每一停駛車輛的平均延誤： 29.90937s，停駛車輛總數(shù) 662總延誤 19800引道總交通量 1066 交叉口入口引道每輛車的平均延誤： 18.57411s。從上面的初步計(jì)算可以得出延誤符合D級水平，東西進(jìn)口道車道數(shù)少而窄，非機(jī)動車道也比較窄，排隊(duì)長度超過入口引道的長度，造成資源配置不合理。故需要做一些改善和調(diào)整。中華大街與農(nóng)林路交叉口現(xiàn)狀定量評價(jià)進(jìn)口進(jìn)口飽和流量通行能力飽和度Q1Q2延誤排隊(duì)長度東直左12545670.6435.114.31736.5直右12185910.9127.4611.939.3西直左12415860.6738.811.951710.8直右12285800.6426.431.8437.9南左12401451.160.280.39180.67直26409290.9839.991.8341.8右8633041.320.240.270.51北北左12641490.550.050.55190.60直24609240.8532.091.6533.7右8532160.660.080.240.32合計(jì)/均值18——5.1.3交叉口問題分析結(jié)合現(xiàn)狀踏勘與定量評價(jià)，交叉口存在的主要問題是：信號周期時(shí)長及綠燈時(shí)間分布不合理，導(dǎo)致飽和度不均。交叉口內(nèi)及車道內(nèi)變化處缺少必要的導(dǎo)行線，導(dǎo)致左轉(zhuǎn)自行車和機(jī)動車的行車軌跡不明確。路口行人過街通道上缺乏無障礙處理，為考慮殘疾人，老人等交通弱者的需求。在部分進(jìn)口道上，直行車道無法滿足高峰時(shí)段的交通需求，高峰期間直行車隊(duì)排隊(duì)較長。5.2概略設(shè)計(jì)5.2.1問題對策及概略設(shè)計(jì)針對上述需要解決的問題，提出如下的概略設(shè)計(jì)方案：(1)機(jī)動車道設(shè)計(jì)在東進(jìn)口和南進(jìn)口道路段可采用機(jī)非分隔帶。在南北向進(jìn)口道可采用漸變段形式來改進(jìn)，將進(jìn)口道機(jī)動車道數(shù)增加為4條。車道功能劃分見圖：非機(jī)動車道設(shè)計(jì)非機(jī)動車道按機(jī)動車相位分流向通過交叉口，同時(shí)對右轉(zhuǎn)機(jī)動車實(shí)行控制，避免在相位綠燈初期與自行車的沖突與干擾。信號控制方案依據(jù)機(jī)動車與非機(jī)動車概略設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方案，采用三相位的信號控制方案;結(jié)合上述問題分析，相位，相序設(shè)置如圖;5.2.2信號配時(shí)及初步檢驗(yàn)信號配時(shí)初步檢驗(yàn)通過流量比來檢驗(yàn)概略設(shè)計(jì)方案。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范和調(diào)查實(shí)際流量，取基本飽和流量。學(xué)院北路：S1550pcu/h,S1500pcu/h,S1550pcu/hbT bL bR滏河南大街：S1600pcu/h,S1500pcu/h,S1550pcu/hbT bL bR由于該路口為城市近市中心交叉口，禁止大型車輛駛?cè)?，機(jī)動車以小汽車和公交車為主，根據(jù)觀測，統(tǒng)一取大車率=2%，則大車校正系數(shù)f1(GHV),取f0.98。 g g學(xué)院北路：東、西進(jìn)口道平均寬度為3米，f0.4(w0.5)1。w滏河大街：南、北進(jìn)口道平均寬度為3米，f1。w①直行車道通行能力：直行車流受同相位綠燈初期左轉(zhuǎn)自行車的影響時(shí)，直行車道設(shè)計(jì)飽和流量除須作通用校正外，尚須作自行車影響校正，自行車影響校正系數(shù)按下式計(jì)算：1bf1Lb ge式中：f——自行車影響校正系數(shù)；b——綠初左轉(zhuǎn)自行車數(shù)（輛/周期）。 b Lb應(yīng)用實(shí)測數(shù)據(jù)，無實(shí)測數(shù)據(jù)時(shí)，可用下式估算：LB(Cg)bbe L C式中：B——自行車流量（輛/周期）；b——自行車左轉(zhuǎn)率；C——周期是長（s），先用初始周期時(shí)長計(jì)算；Gg——有效綠燈時(shí)長（s），無信號配時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)，按下式粗略確定：gee e j式中：j——周期內(nèi)的相位數(shù)。直行車道飽和流量：SSfff T bT w g b式中：S——直行車道飽和流量（pcu/h）；S——直行車道基本飽和流量（pcu/h）。 T bT②左轉(zhuǎn)車道通行能力： q左轉(zhuǎn)校正系數(shù)f按下式計(jì)算：fexp0.001T00.1 L L式中：S'——無專用相位時(shí)左轉(zhuǎn)專用車道飽和流量（pcu/h）；Lq——對向直行車流量（pcu/h）；——對向直行道數(shù)的影響系數(shù)；T0G——綠信比，缺信號配時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)，按下式粗略估算：ejC左轉(zhuǎn)專用車道無專用相位時(shí)的飽和流量：S'Sfff L bL w g L③右轉(zhuǎn)車道通行能力：f行人或自行車影響校正系數(shù)f：周期時(shí)長為116/124s，行人≥20人/周期，從表中故取p取pb0.37fminf,f0.37 pb p b(1p)ggg行人影響校正系數(shù)f：f f p eR pp p C式中：p——右轉(zhuǎn)綠燈時(shí)間中，因過街行人干擾，右轉(zhuǎn)車降低率；fg——右轉(zhuǎn)相位有效綠燈時(shí)間（s）；g——過街行人消耗綠燈時(shí)間（s）； eR pC——信號周期時(shí)長（s）。右轉(zhuǎn)專用車道無右轉(zhuǎn)專用相位時(shí)的飽和流量S'：S'Sffff R R bR w g r pb fqq/q' q'Kqq KS/S'直左合流校正系數(shù)按下式計(jì)算：TL T L TT LL TL T R式中：S——直左合用車道飽和流量（pcu/h）；f——直左合流校正系數(shù)； TL TLq——合用車道中直行車交通量（pcu/h）；q——合用車道中左轉(zhuǎn)車交通量（pcu/h）； L Tq'——合用車道的直行當(dāng)量（pcu/h）；K——合用車道的左轉(zhuǎn)系數(shù)。 T L直右合流校正系數(shù)fTR：fTR(qRqT)/qT'qT'KRqRqTKRST/SR'式中：S——直右合流校正系數(shù)；f——直左合用車道飽和流量（pcu/h）； TR TRq——合用車道中直行車交通量（pcu/h）；q——合用車道中右轉(zhuǎn)車交通量（pcu/h）； T Rq'——合用車道的直行當(dāng)量（pcu/h）；K——合用車道右轉(zhuǎn)系數(shù)。 T R5.2.3信號配時(shí)流量比計(jì)算①東進(jìn)口：f1f0.8f0.65 w g L按式：SSfff165010.811320 T bT w g bSSfff155010.80.65682 L bL w g LSSffff155010.80.861066 R bR w g r pb g 51S'1252S'1218CAPλSeS=1218567 TR TL TL TL CTL108CAP=591pcu/hTR②西進(jìn)口： 0.321301163600(11654) 117.07 直行車道：b11.01f1 0.67 L2 116 b2 54S'Sfff150010.980.55802.32pcu/h L2 bL w g L254CAPS'802.32373.49pcu/h L2 L2 2 116 g 54 左轉(zhuǎn)車道：1,q451,e 0.47 T0 2 c 116q按式，左轉(zhuǎn)校正系數(shù)fexp(0.001ξT0)0.55 L2 λS'Sfff150010.980.55802.32pcu/h L bL W g L54CAPS'802.32373.49pcu/h L2 L2 2 116右轉(zhuǎn)車道：S'Sffff155010.9810.37562.03pcu/h R bR W g r pb g 54CAPλSeS562.03261.63pcu/h R RCR116③南進(jìn)口：1190.92按式：K0.81，q'0.8177276338.38pcu/h L1470.00 T77276f0.99，SSf1190.920.991242.37pcu/h按式：K1.68，q'=1.6896523684.27pcu/h96523f0.9，SSf944.130.9854.08pcu/h TL 338.38 TL T TL R562.03 T TR 684.27 TR T TR④北進(jìn)口：直左車道：K0.81，q'0.8178307370.14pcu/h78307f1.04，SSf1189.951.041237.72pcu/h L1470.0 T TL 370.14 TL T TL1010.62直右車道：K1.8，q'1.868451573.28pcu/h L562.03 T68451f0.91，SSf1010.620.91914.94pcu/h TL 573.28 TL T TL5.2.4流量匯總通過對四個(gè)進(jìn)口各流向車道飽和流量得計(jì)算，該交叉口設(shè)計(jì)流量比見表流量比（中華—農(nóng)林）計(jì)算表表3-1進(jìn)口道進(jìn)口道東西南北y直左直右直左直右左直右左直右車道數(shù)1111121121設(shè)計(jì)交通量480463510476174713124169766109飽和流量12181252124112281240264086312402640863流流量比相位10.390.370.410.380.41相位20.140.130.14相位30.270.140.290.130.29注：Y0.410.290.140.9，可以認(rèn)為概略設(shè)計(jì)方案滿足交通需求，進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。5.3詳細(xì)設(shè)計(jì)5.3.1進(jìn)出口道設(shè)計(jì)兩條街車道寬度設(shè)計(jì)如下：學(xué)院北路現(xiàn)狀交叉口范圍內(nèi)東西向的行車道路幅寬15m,自行車道寬3m,通過擴(kuò)寬道路壓縮非機(jī)動車道增加一條機(jī)動車道，東西向增加2條車道，設(shè)計(jì)機(jī)動車道單車道寬3.5m，靠近分隔帶的車道有0.25m的安全距離，非機(jī)動車道寬3.3m；中華大街車道寬度可維持原狀。5.3.2信號控制方案的確定5.3.2.1綠燈間隔時(shí)間IzItu sa式中：z——停車線到?jīng)_突點(diǎn)距離（m）；u——車輛在進(jìn)口道上的行駛車速(m/s)；at——車輛制動時(shí)間（s）。s當(dāng)即算綠燈間隔時(shí)間I<3s時(shí)，配以黃燈時(shí)間3s；I<3s時(shí)，其中3s配以黃燈，其余時(shí)間配以紅燈。車輛在進(jìn)口道上的行駛車速v取15m/s，此時(shí)對應(yīng)的車道制動時(shí)間t取2s。根據(jù)相位的排序，從s停車線到?jīng)_突點(diǎn)距離z取20m,綠燈間隔時(shí)間： z 20It=23.3s，取I=3sus15a5.3.2.2信號總損失時(shí)間L啟動損失時(shí)間L可取3s，黃燈時(shí)間長A為3s，一個(gè)周期內(nèi)的綠燈間隔數(shù)為3，則信號總損失時(shí)s間L：LLIA k s k式中：L——啟動損失時(shí)間，應(yīng)實(shí)測，無實(shí)際數(shù)據(jù)時(shí)可取3s；A——黃燈時(shí)長，可定為3s；sI——綠燈間隔時(shí)間（s）；k——一個(gè)周期內(nèi)的綠燈間隔數(shù)。則：L3(333)9s。5.3.2.3信號最佳周期時(shí)長C1.5L5Co 1Y由滏河—學(xué)院交叉口流量比計(jì)算表可知流量比總和Y=0.84，則：1.595C119s 0 10.84考慮到行人過街及相位銜接的最短時(shí)間要求，取為初始設(shè)定時(shí)間。C=119s。05.3.2.4信號配時(shí)G11933110se1100.41e 0.841100.29e 0.841100.14相位1有效綠燈時(shí)間G54s相位2有效綠燈時(shí)間G38s相位3有效綠燈時(shí)間G18se 0.84各相位顯示綠燈時(shí)間為：ggAl j ej j j式中：l——第j相位啟動損失時(shí)間。則：相位1：68s相位2：48s相位3：24sj5.3.2.5信號配時(shí)圖以上信號配時(shí)設(shè)計(jì)結(jié)果，可用信號配時(shí)圖集中表達(dá)，見圖。5.4車道展寬段及漸變段的設(shè)計(jì)5.4.1車道展寬段設(shè)計(jì)車道展寬段長度l根據(jù)各進(jìn)口道排隊(duì)車輛數(shù)N來確定，計(jì)算公式如下：l10Ns s取N=5，則確定出展寬段長度為50m。5.4.2漸變段設(shè)計(jì)vw漸變段長度l按下式計(jì)算：ld d 3式中，進(jìn)口道設(shè)計(jì)行車速度v取35km/h,橫向偏移動量w取3.25m，代入計(jì)算，得：353.25l40md 3漸變段設(shè)計(jì)如圖。漸變段設(shè)計(jì)示意圖5.5設(shè)計(jì)方案評價(jià)交通設(shè)計(jì)方案評價(jià)是從定性和定量兩個(gè)方面對設(shè)計(jì)方案的投入和產(chǎn)出效益作出評判的過程，是方案優(yōu)化的基礎(chǔ)。交通設(shè)計(jì)內(nèi)容龐雜，所產(chǎn)生的效益廣泛,如何正確對其加以系統(tǒng)的評價(jià)尚有諸多需要深入研究的課題。如：方案的影響分析；方案效益的綜合計(jì)算與分析；網(wǎng)絡(luò)交通設(shè)計(jì)的評價(jià)等。在此主要以