信号交叉口交通量、饱和流率观测实验指导书2016 (1).doc

实验名称：信号交叉口交通量和饱和流率观测实验（B1205203） 1、实验目的 （1） 通过实验，使学生加深对交通量概念、交叉口交通量分布规律和车型换算等课堂内容的理解。 （2） 通过实验，掌握信号交叉口分方向流量观测的方法和技术，为交通设计和交通管理奠定基础。 （3）通过观测数据的整理分析，锻炼学生分析问题的能力和计算机应用能力。 （4）通过实验，锻炼认识交通现象，解决交通实际问题的能力，培养团队合作、交流。 2、实验仪器 （1）秒表、记录板，机械式计数器，摄像机（手机）、三脚架(手机支架)等，依据实验任务需要配发给每位同学仪器设备。 （2）Excel软件或SPSS统计软件，AutoCAD绘图软件。 3、实验内容 （1）设计调查方案，包括调查时间、调查地点、调查表格、人员和仪器安排； （2）绘制交叉口平面图和调查人员布点图； （3）以小组为单位组织调查实验的实施，包括交通量、饱和流率、信号配时方案； （4）交叉口交通量数据整理与分析，包括交叉口各进口、各方向（直、左、右）机动车流量流向图、非机动车流量流向图、行人流量流向图。 （5）交叉口机动车饱和车头时距数据整理与分析，计算各进口直行、左转车道的平均饱和车头时距和饱和流率。 4、实验原理 （1）交通量观测 交叉口交通量调查比较复杂，可采用有人工观测法(计数)、仪器自动计测法、摄影(象)法等。本实验采用人工观测法或录像观测法，并配以机械计数器。 人工观测法在选定的交叉口，在规定的观测时段，记录通过交叉口每个进口道停车线断面的车辆数，一般要对每个进口道分方向(左转、直行、右转3个方向)、分车型进行观测。人工观测法简单、易行，可分行车方向、车道、车种进行，也可对整个道路的全部车辆进行测量。但需要人力多，长时间易疲劳、不易保持精度。 分方向、分车型进行交叉口交通量进行观测时，一般需要较多的观测人员。如果交通量较大，可在每个进口安排57名观测员，2人记录左转机动车和非机动车数量并报时，23 人记录直行机动车和非机动车数量并报时，2人记录右转机动车和非机动车数量。如果需要保证较高的精度，可适当增加12名观测员。 仪器自动计测法包括气动式、地磁式、电磁式、超声波式、红外线式摄影法等。由于仪器为机械装置，对自然条件、道路交通状况与能源有一定的要求，故使用范围受到一定的限制，还由于仪器购置与安装调试要支出一定的费用。此类仪器一般由检测器、数字处理机与记录显示装置构成。 摄影(录像)法是在拟测定断面处的路面上作标记后，对其作定时摄影，然后对照片进行处理即可得到交通量值。该法成本高，且资料处理工作量大，但实测精度好，且可节省现场实测人数。 （2）饱和流率观测 交叉口饱和流率是指在一次连续的绿灯信号时间内，进口道上一列连续车队能通过进口道停止线的最大流量。饱和流率是计算交叉口通行能力，评价交叉口服务水平以及进行信号配时设计等必不可少的输入参数。对实际饱和流率的观测一般不直接进行，而是通过观测实际饱和车头时距（Saturation headway)进行推算的方法获得，即： 3600S = h 0式中：S车道饱和流率，veh/h，h0饱和车头时距，秒。 交叉口停车线车头时距观测见图1，信号交叉口车头时距相关定义如下： 图1 交叉口停车线车头时距观测示意图 车头时距：同向连续行驶的两辆车通过道路某一断面的时间间隔。 信号交叉口排队车辆车头时距：为信号绿灯开始后，同向连续行驶的两辆车前/后保险杠（前/后车轮）通过交叉口进口停车线的时间间隔。 信号交叉口排队车辆首车车头时距：是从交叉口绿灯信号开始时刻与排队首车前轮或后保险（后轮）杠通过停车线的时间之差。 饱和车头时距：在一次连续的绿灯信号时间内，稳定行驶的连续流的车头时距称为信号交叉口饱和车头时距。 图2起动损失时间和饱和车头时距 由于首车驾驶员最先看到绿灯启亮，然后产生后续的反应和行为，因此车头时距包括驾驶员反应、机动车起动两个阶段的响应时间以及车辆经过停车线的行驶时间，相对于后边的排队车辆首车车头时距比较长。由于第二辆排队车辆的驾驶员对绿灯的反应与第一辆车驾驶员的反应几乎重合，所以第二车头时距的值较小，第三车头时距比第二车头时距更小，第四、第五辆车同理车头时距会更小。当后续排队车辆依次到达停车线时均已充分加速，因此这些车头时距几乎是相等的，理想条件下，后续稳定的交通流车头时距将会达到饱和车头时距的水平，而前几辆车的车头时距是大于饱和车头时距的，图2- 2形象的说明了这个特征。 饱和流率的测量对于观测时间要求非常严格，观测时间内被观测车道的交通必须处于饱合状态。由于一列车队中的前4辆车存在较大的启动损失，因此车队的前4个车头时距不符合饱和条件。严格上的饱和条件的结束应以绿灯亮时，停在停车线后的最后一辆车完全通过停止线的时刻为准；实际观测时，如果经观测者判断车头时距与前面饱和车队的车头时距相似，那么在绿灯启亮后加入车队尾部的车辆亦可纳入计算。因此，饱和流率的观测要求红灯期间车辆的排队长度至少为5辆车，同时要注意记录每个观测周期内车队的最后一辆车。 在调查过程中，通过所录制的视频，采用了“停车线”的方法采集数据。绿灯启亮后，调查人员摁下秒表（记录时间），红灯期间停车线前第一辆车前车轮所通过停车线，调查人员再摁下秒表（记录时间），依次记录下在红灯期间排队等待通行的车辆通过“停车线”的时刻，直到认定的最后一辆车开出“停车线”。在这一步骤中，需两人一组，一人使用秒表读数，而另一人记数。 （3）观测时间 制定交叉口交通管理和信号控制的方案应考虑平峰期间和高峰期间的交叉口交通量，因此调查时间的选择常采用抽样方式： 在全年内选择实测日期，然后对抽样日做全天观测； 当以每天部分时间的实测交通量换算全天交通量时，应选择交通量集中时段； 作16h观测时可选上午6时至晚上22：00时； 作12h观测时可选上午7时至傍晚19：00时； 当进行高峰小时交通量调查时应选择包括高峰小时在内的连续3个3小时。 调查数据记录时至少每隔15min做一次记录，最好每5min记录一次将。 （4） 交通量换算 在实测交通量时，一般分车型计测车辆数，在交通流中不同车型的车辆由于其占有的空间与时间的不同，同一车道的通过数量也不同，而在交通运营中常常需要将其换算成某种单一车型的数量，通称之为交通量换算。获得交叉口交通量数据后，一般需要进行车型换算，得到每个方向和进口的换算交通量（当量交通量）。车型换算标准可参考表1、表2。 表 1 城市道路交通规划设计规范GB 50220-95 中的当量小汽车换算系数 车种 换算系数 车种 换算系数 自行车 0.2 旅行车 1.2 二轮摩托 0.4 大客车或小于 9t 的货车2.0 三轮摩托或微型汽车0.6 915t 货车 3.0 小客车或小于3t的货车 1.0 铰接客车或大平板拖挂货车 4.0 表 2 城市道路设计规范（CJJ37-1990）规定车辆换算系数 车型 小汽车 普通汽车 铰接汽车 路段上换算系数 1 1.5 2 环形交叉口换算系数 1 1.4 2 信号交叉口换算系数 1 1.6 3.5 5. 实验步骤 （1） 确定调查地点 （2）选择调查时间 （3）调查方法 （4）调查表格设计 （5）观测人员安排 （6）实地观测 （7）实验数据分析 （8）交通问题分析 6、数据整理与分析 （1）实验数据记录表格 （2）交叉口交通量计算表 交叉口各进口道各方向的交通量的计算可参照表3进行。 表2交叉口车流量调查表 调查日期 天气_调查员 统计员 验收员 调查地点 路口编号 调查时段 交叉口控制方式 进口_路口类形_ 方向：左行 直行 右行 车型 时间 客车 货车 摩托车 助力车电动车自行车 小型 中型 大型 小型 中型 大型 三轮 二轮 15 610 1115 1620 2125 2630 3135 3640 4145 4650 5155 5660 小计 15 610 1115 1620 2125 2630 3135 3640 4145 4650 5155 5660 小计 表3 张周路与世纪路交叉口北进口左转 8:309:30 交通量计算表 车型 客车 货车 摩托车电动车自行车汽车合计（veh) 汽车合计（pcu)非汽车合计（veh)非汽车合计（pcu)总合计（pcu) 小 中大小中大二三换算系数 1 1.221230.40.60.30.28:308:35 25 3 00300 0 1 4 31 35 5 1 36 8:358:40 23 2 00000 1 6 4 25 25 11 3 28 8:408:45 13 1 00000 0 3 7 14 14 10 2 16 8:458:50 19 2 00001 2 0 2 21 21 5 2 23 8:508:55 20 7 00000 2 4 3 27 28 9 3 31 8:559:00 12 3 00002 0 4 4 15 16 10 3 19 9:009:05 18 3 10002 1 2 6 22 24 11 3 27 9:059:10 5 3 01201 0 5 3 11 14 9 3 17 9:109:15 17 1 00000 1 4 5 18 18 10 3 21 9:159:20 18 2 00004 1 6 1 20 20 12 5 25 9:209:25 10 4 00001 2 1 5 14 15 9 3 18 9:259:30 19 4 00000 2 2 5 23 24 9 2 26 小计 199 35115011123849241 254 110 33 287 （2）交叉口交通量汇总表 为了与历史资料相互比较，交叉口交通量汇总表中需要计算出各进口、各方向的当量交通量，车型换算标准一般按照城市道路交通规划设计规范中的当量小汽车换算系数。交叉口交通量汇总表中一般可按照机动车、非机动车和行人进行换算交通量数据整理分析，见表4。在实际交通流运行中，经常是摩托车和汽车分道行驶，摩托车是和自行车、电动车共同在非机动车道上行驶，这种情况下，交叉口交通量汇总表中可按照汽车、非汽车和行人进行换算交通量数据整理分析，见表5。 交叉口交通量汇总表中一般是对对高峰小时交通量进行分析。如果机动车交通和自行车交通的高峰期间不重叠，可分别汇总机动车和非机动（自行车）的高峰小时流量。如果机动车交通和非机动（自行车）交通的高峰期间基本一致，可汇总交叉口高峰小时总流量。 表4 交叉口高峰小时交通量汇总表 进口 汽车（veh/h） 汽车（pcu/h）非汽车（veh /h）非汽车（pcu /h）合计（pcu/h） 行人 （人/h）东 左转 57 60 169 41 101 - 直行 299 317 306 72 389 - 右转 24 25 62 15 40 - 合计 380 402 537 128 530 - 西 左转 208 212 144 44 256 - 直行 362 374 443 159 533 - 右转 575 588 338 120 708 - 合计 1145 1174 925 323 1497 - 南 左转 172 185 82 19 204 - 直行 631 709 467 113 822 - 右转 98 100 142 33 133 - 合计 901 994 691 165 1159 - 北 左转 89 95 63 19 114 - 直行 772 847 407 127 974 - 右转 178 184 104 28 212 - 合计 1039 1126 574 174 1300 - 表5 交叉口高峰小时交通量汇总表 进口 普通机动车（pcu/h） 摩托车（pcu/h） 机动车合计（pcu/h） 非机动车（veh/h） 行人 （人/h） 东 左转 264 274 144 63 直行 568 586 640 232 右转 408 418 228 81 合计 1240 1278 1012 376 西 左转 308 308 160 58 直行 444 474 492 154 右转 252 260 168 55 合计 1004 1042 820 267 南 左转 239 261 246 72 直行 1098 1177 820 266 右转 215 227 202 46 合计 1552 1665 1268 384 北 左转 253 268 190 93 直行 1122 1135 832 292 右转 232 248 216 65 合计 1607 1651 1238 450 （3）交叉口流量流向图 交叉口交通调查的结果经常采用高峰小时流量流向图来表示，见图1。高峰小时交通量可以采用混合交通量，但为了与历史资料相互比较，最好换算成当量交通量。如果机动车和自行车交通的高峰期间不重叠，可分别绘制机动车和自行车的高峰小时流量流向图。如果机动车和自行车交通的高峰期间基本一致，可绘制交叉口总当量交通量的高峰小时流量流向图。如果没有交叉口高峰小时交通量资料，也可以绘制某个时段的流量流向图，见图2。 图1 交叉口机动车高峰小时流量流向图 图2交叉口非机动车高峰小时（8：309：30）流量流向图 （4）交叉口饱和车头时距观测及分析 表2交叉口饱和车头时距观测表 调查日期 时段 天气_调查员 观测交叉口 进口：东 南 西 北 车道：左转 直行 右转 数据来自：城市交通管理与控制， 袁振洲，魏丽英，谷远利等主编 表中给出了一个交叉口进口车道的实际饱和流率观测案例，这个车道是一个直行车道的饱和车头时距。大型车辆以“H”表示，车队中的最后一辆车用一条下划线作为标志。 要注意，每个观测周期中前4个车头时距是不用的，因为它们反映的是饱和车头时距与启动损失时间之和。此外，最后一辆排队车辆之后的车头时距一般也不用于分析。因此，在第1个周期中，第5辆车至第8辆车的车头时距可以用来反映饱和状况；在第2个周期中，第5辆车至第12辆车的车头时距可用；在第3个周期中，第5辆车至第10辆车的车头时距可用；在第4个周期中，第 5 辆车至第12辆车的车头时距可用；第5个周期中，可用的车头时距是第5至第11辆车的车头时距；在第6个周期中，可用的是第5至第12辆车的车头时距。因此这6个观察周期内饱和车头时距总和为96 s，观测到的饱和车头时距共有41个。 平均饱和车头时距是：h0 = 2.34s 观测到的饱和流率为：S =1538veh/h （5）交叉口信号配时 表6 柳泉路与华光路交叉路口信号配时表 图解 南北左转 南北直行 东西左转 东西直行 早 绿灯时间(s) 47 45 23 30 黄灯时间(s) 3 2 2 3 全红时间(s) 2 2 2 2 周期时长(s) 163 午 绿灯时间(s) 48 43 18 32 黄灯时间(s) 3 2 2 3 全红时间(s) 2 2 2 2 周期时长(s) 159 晚 绿灯时间(s) 47 45 35 37 黄灯时间(s) 2 2 3 3 全红时间(s) 2 2 2 2 周期时长(s) 182 保护转弯 允许转弯 行人 7、实验分析 通过对柳泉路与华光路交叉路口的调查，高峰期阶段无论是哪个方向的进口道，停止车辆的比例均是比较高的，尤其是南进口的左转和西进口的直行，延误时间明显比其他进口要长，这可能与西进口是连接着市中心与老城区之间的