交通管理与控制课程设计

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1、大连交通大学本科课程设计（论文）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

2、、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45目 录一、交叉口

3、交通数据调查11、交叉口地理区位和使用现状12、交叉口几何线形13、交叉口的调查流量统计24、交叉口的各进口道车道车头时距35、交叉口的饱和流量46、交叉口各车道的初期积余车辆47、交叉口各车道的绿灯期到达量之比48、实测交叉口信号配时5二、信号配时61、信号相位设置依据62、信号相位的确定原则63、信号配时的方法64、信号配时的计算步骤75、信号配时原理8三、中山路与联合路交叉口的信号配时101、相位示意图102、交叉口信号配时11四、信号程序及运行结果12五、配时方案效益分析与评价151、设计交叉口延误估算152、现有交叉口延误估算153、该交叉口设计延误和实测延误174、服务水平分析18

4、六、交叉口存在问题及分析201、车道设置不合理20参考文献21附 录22程序代码22实测数据37一、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

5、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323.414.223中山路西进口323.414.224联合路南进口323.213.223联合路北进口323.213.225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

6、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1071870.5811.5右转13总计2766中山路西进口直行51316307.5右转38总计712.5联合路南进口直行362364.5347.5右转55总计1129联合路北进口直行31929122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

7、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1.772.01.76西进口2.32.32.3南进口1.931.932.07北进口1.902.002.075、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203418002045西进口15

8、6515651565南进口186518651739北进口1895180017396、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123西进口001南进口1010北进口5447、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0.8680.8680.909西进口0.4930.8270.967南进口0.5140.5640.483北进口0.4810.5480.6378、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

9、灯间隔时间（s）北进口121353835南进口35383东进口121763425西进口76342二、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11-6c.有左转专用车道

10、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

11、量比yi之和，即：各相位的最大流量比yi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。

12、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：Si3600/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

13、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：= 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42s3s76s东西直行（实测）35s83s3s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：25s42s东西直行17s50s3s（设计）南

14、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

15、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-)2/(1-min1,x ) d2=900T(x-1)+(x-1)2+8ex/(CAP*T)式中：C设计周

16、期时长（s） 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=diqi/qi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=dAqA/qA式中：D交叉口每车的设计平均信控延误（s/pcu）； qA进口道

17、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)/Tds=0.5*C*(1-)du=0.5*C*(1-) 2 /(1-min1,x*)tu=minT,Qb/CAP*1-min1,xfa=(1-P)/(1-) d2=900T(x-1)+(x-1)2+8ex/(CAP*T) 3600*Qb/CAP-1800T1-min1,x (tu=T) d3= 1800*Qb*tu/T*CAP (tuT) 式中：C实测周期时长（s） 所计算车道的实际绿信比； x所计算车道的实际饱和度；

18、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=diqi/qi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

19、口各进口道实际延误的加权平均数估计：D=dAqA/qA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18.5515.6511.345.4611.857.6931.731.9342.0728.0827.6332.69各进口道设计延误15.499.3835.4729.60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

20、三一二三一二三一二三各车道实际延误12.6210.966.285.465.612.0331.9129.0156.3833.2127.6329.06各进口道实际延误10.214.339.6930.43交叉口实际延误18.94、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

21、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，

22、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)A80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

23、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

24、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交叉口信号配时系统中山路与联合路交叉口信号配时 输入交叉口调查信息 东进口 西进口 南进口 北进口 车道1车道2车道3车道1车道2车道3车道1车道2车道3车道1车道2车道3车道调查流量（pcu/h） 饱和车头时距（s） 第一相位第二相位积余车辆（辆） 到达量之比P 绿灯间隔时间(s) 启动损失时间(s) 黄灯时间(s) 实测周期时间(s) 一相位显示绿时时间(s) 二相位显示绿时时间(s) 222.jsp交叉口信号配时系统中山路与联合路交叉口信号配时 东西直行为第一相位南北直行为第二相位根据您输入

25、的调查数据得到的处理结果为：% String Q1=request.getParameter(q1);String Q2=request.getParameter(q2);String Q3=request.getParameter(q3);String Q4=request.getParameter(q4);String Q5=request.getParameter(q5);String Q6=request.getParameter(q6);String Q7=request.getParameter(q7);String Q8=request.getParameter(q8);Stri

26、ng Q9=request.getParameter(q9);String Q10=request.getParameter(q10);String Q11=request.getParameter(q11);String Q12=request.getParameter(q12);String H1=request.getParameter(h1);String H2=request.getParameter(h2);String H3=request.getParameter(h3);String H4=request.getParameter(h4);String H5=request.

27、getParameter(h5);String H6=request.getParameter(h6);String H7=request.getParameter(h7);String H8=request.getParameter(h8);String H9=request.getParameter(h9);String H10=request.getParameter(h10);String H11=request.getParameter(h11);String H12=request.getParameter(h12);String P1=request.getParameter(p

28、p1);String P2=request.getParameter(pp2);String P3=request.getParameter(pp3);String P4=request.getParameter(pp4);String P5=request.getParameter(pp5);String P6=request.getParameter(pp6);String P7=request.getParameter(pp7);String P8=request.getParameter(pp8);String P9=request.getParameter(pp9);String P

29、10=request.getParameter(pp10);String P11=request.getParameter(pp11);String P12=request.getParameter(pp12);String QB1=request.getParameter(qb1);String QB2=request.getParameter(qb2);String QB3=request.getParameter(qb3);String QB4=request.getParameter(qb4);String QB5=request.getParameter(qb5);String QB

30、6=request.getParameter(qb6);String QB7=request.getParameter(qb7);String QB8=request.getParameter(qb8);String QB9=request.getParameter(qb9);String QB10=request.getParameter(qb10);String QB11=request.getParameter(qb11);String QB12=request.getParameter(qb12);String LV1=request.getParameter(lv1);String

31、LV2=request.getParameter(lv2);String CC=request.getParameter(cc);String lj=request.getParameter(l);String h=request.getParameter(a);String qs=request.getParameter(i);if(Q1=null) Q1=0; if(Q2=null) Q2=0; if(Q3=null) Q3=0; if(Q4=null) Q4=0; if(Q5=null) Q5=0; if(Q6=null) Q6=0; if(Q7=null) Q7=0; if(Q8=null) Q8=0; if(Q9=null) Q9=0; if(Q10=null) Q10=0; if(Q11=null) Q11=0; if(Q12=null) Q12=0; if(lj=null) lj=0; if(h=null) h=0;