交通运输交通控制设计

交通控制设计题目济南市交通组织设计系(部)交通与物流工程系专业交通工程班级交通091学生姓名乔强强学号09051110412月3日至12月15日共2周指导教师(签字)系主任(签字)2012年12月15日目录11TOC\o"1-3"\h\u1概述 图2-10通行能力典型计算图式一图2-11通行能力典型计算图式二该交叉口的设计通行能力为A、B、C各进口道通行能力之和应验算Ｃ进口道左转车对Ｂ进口道通行能力的折减。具体计算如下：①Ａ进口道的设计通行能力，用式9-19计算；②B进口道的设计通行能力，用式9-20计算；③Ｃ为进口道为直左车道，其设计通过能力用式9-21计算。当Ｃ进口道每个信号周期的左转车超过3～4pcu时，用式9-30折减Ｂ进口道的设计通行能力。⑵图9-11所示Ｔ形交叉口的设计通行能力该交叉口的设计通行能力等于A、B、C各进口道设计通行能力和。应验算对Ｃ进口道左转车对Ｂ进口道设计通行能力的折减。具体计算如下：①Ａ进口道的设计通行能力，用式9-19计算。②Ｂ进口道的车道布置为设专用右转车道，而未设专用左转，其设计通行能力可用式9-28计算，式中分子只有Ｃ。③当Ｃ进口道每个信号周期的左转车超过3～4pcu时。左转车对Ｂ进口的直行车有影响，应用式9-30折减Ｂ进口道的设计通行能力。2．停车线法介绍该计算方法由北京市政设计院提出。它是以进口处车道的停车线作为基准面，认为凡是通过该面的车辆就已通过交叉口，所以称为停车线法。其计算方法如下：1）一条直行车道的通行能力ＣＳ＝(2-14)式中：ＣＳ——一条直行车道通行能力（pcu/h）；Tc——信号灯周期（s）；tg——信号每周期内的绿灯时间（s）；t损——一个周期内的绿灯损失时间，包括启动，加速时间，通常在绿灯前的黄灯时间已经做好准备，待绿灯一亮即可开动，故一般只计算加速时间损失。而加速时间损失可用计算，平均取2.3s；V——直行车辆通过交叉口的平均车速（m/s），一般采用13km/h；a——平均起动加速度（m/s2）；ti——前后两车辆通过停车线的平均时间（s/pcu）。2）一条右转车道的通行能力（pcu/h）(2-15)式中：——一条右转车道的通行能力（pcu/h）；——前后两右转车辆连续驶过停车线断面的间隔时间（s/pcu）。根据观测，大、小车各占一半时，平均值均为4.5s，单纯为小汽车时其均值为3～3.6s，在没有过街行人和自行车阻滞情况下一条右转车道的通行能力达1000～1200pcu/h，实际上由于过街行人﹑自行车的影响变化很大，一般视具体情况进行分析。３）一条左转车道的通行能力⑴设左转车辆专用信号时，一条左转专用车道当进入交叉口的左转弯车辆较多时，为保证交叉口具有较大的通行能力，一般需要设置左转专用信号显示，此时一条左转车道通行能力为（2-16）式中——一条左转专用车道的通行能力（pcu/h）；——一个信号周期内左转显示的时间（s）；——左转车辆通过交叉口的行车速度（m/s）；——左转车辆连续通过交叉口的平均车头时距（s）；⑵不设专用车辆信号时一条左转车道的通行能力根据我国交通规则，绿灯时允许车辆直行或右转，不妨碍直行车行驶的条件下准许车辆左转。黄灯亮时就不允许车辆左转、掉头或右转，但已越过停车线的车辆可以继续前进。因此实现左转有三条可能：①利用初绿时间通过左转车超前驶过与直行车冲突的地点，其条件为左转车至冲突点处较对向直行车到冲突点处为近，使左转车有可能超前通过该点而不致碰撞，如每周期内利用时间通过n1辆车，则每小时可通过左转车为辆。②利用对向直行车的可插车间隙通过在对向直行车交通量不大的情况下，左转车利用其可插车间隙通过，其允许通过的车辆数视对向直行车可提供的插车间隙数。如每周期可通过n2辆。n2按下列方法确定，根据实测，左转车穿越直行车所需的可插车间隙为８s左右,直行车头时距约为3.5～4s，故可插车的间隙为直行车车头时距的２倍，则每个周期可能通过的左转车辆n2最多等于一条直行车道一个周期的直行通行能力Ｃs减去每个周期实际到达的直行车并除以２，即：(2-17)③利用黄灯时间通过左转车辆至冲突点前排队等候，待黄灯出现，左转车迅速起动，则每周期可能通过的左转车由下式决定：(2-18)式中：t损=V/2a，意义同前；ty——一个周期内开放的黄灯时间(s)；t0——左转车辆连续通过交叉口的车头时距；a——机动车平均起动加速度。则总共可通过的左转车流量为:Cl=(n1+n2+n3)(2-19)交叉口某一个入口的通行能力,应是左转、右转和直行车道的通行能力之和，它必须大于交通量的需求。整个交叉口的通行能力则为各个入口通行能力的总和。采用停车线法计算信号交叉口的通行能力，需先假定信号周期及配时。一般情况下，根据交通量的大小，周期长可在45～120s之间选择，当周期长未达上限时，若计算的通行能力不能满足交通量，可延长周期后再进行计算。为避免交叉口延误过大，周期长不可大于180s。3．冲突点法介绍上述停车线法是以停车线断面为考虑的出发点，研究信号配时及通行能力的估算。根据对有信号控制交叉口实际交通运行状态的分析，可以发现，对信号交叉口通行能力真正起作用的地点是在交叉口中的冲突点上，而不是在停车线上，特别是在两相位信号控制的交叉口上。所以，我国学者根据对车辆通过信号交叉口的实际运行状态的分析，提出了计算车辆通过冲突点的信号交叉口通行能力分析的方法——冲突点法。在定时式信号灯的灯色时间都已配定的情况下，各向车辆通过交叉口一个冲突点的各类间隔时间的总和：(2-20)式中：ns、nl——分别为紧接运行通过冲突点的直行车、左转车数；nl0——绿灯初期通过的左转车数；、——分别为左转头车、直行尾车从停车线行驶到冲突点所需时间（包括驾驶员反应时间）；h1——一条车流紧接运行通过冲突点时的安全车头时距。混合交通的情况下，如用小汽车折算单位计算其流量时，则h1取小汽车的安全车头时距；如直接用混合交通的流量，则h1取混合交通的计算车头时距，此时需假设左转车同直行车在组成比例上相近，左转车车头时距同直行车车头时距相等；τ=τ1+τ2——直行车流中能穿越左转车的“可穿越空档”的时间长，τ1为前档，τ2为后档；G——绿灯时长；g——直行车流中，一个绿灯时长内出现的“可穿越空档”的次数。可穿越空档数g，可根据直行车的流量，按空档的概率分布算得。由于绿灯初期驶出的直行车辆，均系红灯时到达。停积在停车线上的特征车辆，这批车辆必以最小安全车头时距通过冲突点，基本上属于定长分布，所以可穿越空档必须从绿灯期间到达的车流中求得。因此，应先根据直行车流量，算出绿灯期间到达的车辆数，然后在按空档分布从中计算可穿越空档数。对向进口道有专用左转车道时，车辆通过一个冲突点的通行能力按下式计算：（2-21）设τ2=h1，则上式可近似地简化为：（2-22）对向进口道没有专用左转车道时，各向车辆通过交叉口一个冲突点的各类间隔时间总和变为：（2-23）式中：tsh——直行车从停车线驶到冲突点所需时间（包括驾驶员反应时间）。对向进口道没有专用车右转车道时，车辆通过一个冲突点的通过能力计算公式：（2-24）进口道有两条直行车道时，停车线上就有两条并排的直行车流驶出，对向左转穿越两条直行车流所需时距更长。设在两条直行车流中能穿越左转车的穿越时距，相当于在一条直行车流中穿越时距的两倍，则此时车辆通过交叉口一个冲突点的通行能力为：对向进口车道有专用左转车道时：（2-25）对向进口车道没有专用左转车道时：（2-26）式中h2——有两条并排直行车流时，相当于一条车流的等价车头时距。上述9-40、42、43、44四式。可统一成如下形式：（2-27）式中m——进口道直行车道的条数；αm——由穿越空挡所致的损失时间，一条直行车道时αm=α1=g(τ－2h1)；二条直行车道时，αm=α2=g(2τ－3h2)；β——有、无专用左转车道时的得、失时间，有专用左转车道时，β=tlh－tst；无专用左转车道时，β=tsh－tst。当相对两肢的道路于交通情况均相近时，当相对两肢的道路于交通情况各异时，则需分别计算出通过各冲突点的通行能力，然后计算整个交叉口一个周期的通行能力。在未设有左转专用车道的进口道上，左转车混在直行车中占据了该车流中直行车的位置，用式9-44算得通过冲突点的直行车通过能力中，尚应扣除这部分左转车的实际到达数（或设计到达数）。在右转专用车道的进口道上，用上述公式算得直行车及左转车的通行能力，尚应加计该部分右转车的实际到达数（或设计到达数）。整个交叉口一个周期的通行能力：（2-28）式中——通过右转专用车道的右转车实际到达数（或设计到达数）。整个交叉口一小时的通行能力：（2-29）式中Tc——周期长（s）。2.5交通控制调查交通管制方式调查主要是指调查区域内道路交通组织状况及交叉口管制方式，通过现场观测得出主要信号交叉口的信号配时方案见表表2-12经四纬六信号配时方案相位序号所含车流绿灯时间红灯时间黄灯时间周期1东西729531702南北92753170表2-13经四纬三交叉口信号配时方案相位序号所含车流绿灯时间红灯时间黄灯时间周期1东西32253602南北2235360

表2-14经四纬二交叉口信号配时方案相位序号所含车流绿灯时间红灯时间黄灯时间周期1南北直行857231602南北左转2313431603东西直行3012731604东西左转1014731602.6叉口交通负荷分析根据现状调查数据和交通需求分析，计算施工期间和项目建成期间关键交叉口进口道的饱和程度。其中，交叉口通行能力CAP由式（2-1）确定，交叉口饱和度x由式（2-2）确定。（2-30）式中：—第i条进口车道的通行能力（pcu/h）；—第i条进口车道的饱和流量（pcu/h）；—第i条进口车道信号相位的绿信比。（2-31）式中：q—交叉口实际达到交通量；CAP—交叉口通行能力。

表2-15路段、交叉口服务水平划分标准服务水平ABCDEFV/C<0.400.4-0.60.6-0.750.75-0.90.9-1.0>1.0车流状况畅行车流稳定车流接近不稳定车流不稳定车流强制车流延误状况基本无延误有少量延误有延误、但司机可以接受有较大延误、司机能够承受交通拥挤延误很大司机不能接受交通严重堵塞、车辆时停时开表2-16交叉口饱和度交叉口名称CV现状V/C经四纬六512432280.63经四纬四--1020--经四纬三343817880.52经四纬二847675440.89表2-17交叉口负荷水平交叉口名称现状延迟状况经四纬六C有延误、但司机可以接受经四纬三B有少量延误经四纬二D有较大延误、司机能够承受

表2-18我国无信号交叉口服务水平划分标准服务水平平均停车延误（s)交通状况描述一>=15.0车流畅行，略有阻力二15.1-30.0车流运行正常，有一定延误三30.1-50.0车流能正常运行，但延误较大四>50车流处于拥挤，延误很大经四纬四属于无信号交叉口，经调查，其平均停车延误时间为25秒，属于二级服务水平，车流运行正常，有一定延误。3交叉口渠化后的交通3.1渠化后的交通状况图图3-1经四纬六路图3-2经四纬四交叉口图3-3经四纬三交叉口图3-4经四纬二交叉口

3.2渠化后的信号配时3.2.1交通信号灯的设置依据1、通行能力判别法当无信号控制（全无，停车让行和减速让行）时交叉口的通行能力不能满足交通需求时，应该考虑使用信号控制。2、交叉口平均延误判别法当无信号控制时交叉口的平均延误大于交通信号控制时，应该考虑使用信号控制。3.2.2信号相位的概念和设计原理1、定义：把每一种控制状态，对各进口道不同方向所显示的不同灯色的组合，称为一个信号相位。信号相位是一种时间控制连续状态。不同信号相位的区别在于不同灯色组合。信号相位目的在于对各进口道不同方向的放行进行了时间划分。2、信号相位方案在一个信号周期内，安排了若干种控制状态，并合理的安排了这些控制状态的显示次序。针对的是每个信号周期。包括若干个信号相位。同时包括他们的显示顺序，即相序一、交通流参数1、15分钟交通流量（q）：要求高峰小时分方向分时段流量。2、饱和流量（s）：饱和流量是指单位时间内通过交叉口停车线的最大流量。绿信比无关。3、通行能力：等于饱和流量与绿信比之积。(Q)4、车道交通流量比(y)——实际交通流量与饱和流量之间的比值。——反映了车道的拥挤程度，也反映了通过停车线所需要的最小时间在周期中的比例。5、相位交通流量比（ymax）某信号周期内某个相位中车道交通流量比最大者。也就是关键车流的交通流量比。——交叉口总的交通流量比决定信号周期，相位交通流量比决定各相位的绿灯时间。6、饱和度(x)——实际流量与通行能力之间的比值。——饱和度反映了交通口的运行状况，一般处于0.8-0.9时比较良好，交叉口总的饱和度是指最高的一个相位饱和度。二、时间参数1、信号周期(C)信号周期是指信号灯按照设定的相位顺序显示一周所需要的时间。周期越长，通行能力越大，延误也越大，一般情况下，两相位不超过120秒，多相位不超过180秒。2、有效绿灯时间有效绿灯时间是指某个相位能够利用的通行时间。图3-5有效绿灯时间3、绿信比绿信比等于有效绿灯时间与周期之间的比值。最短绿灯显示时间：为了保证行车安全和行人过街时间，各信号相位的最低绿灯时间：（3-1）式中：Lp—行人过街道长度(m)；vp—行人过街步速，取1.2m／s；I—绿灯间隔时间(s)。如果计算的显示绿灯时间小于相应的最短绿灯时间时，应延长计算周期时长（以满足最短绿灯时间为度），重新计算。5、绿灯间隔时间(I)——信号配时核心参数绿灯间隔时间是指一个相位结束到下一个相位开始的中间间隔。也称相位过渡时间，为黄灯时间与全红时间之间的和。计算方法：绿灯间隔时间等于基本间隔时间和路口腾空时间。基本间隔时间是指首末车辆通过的时间，一般可取2-3秒，路口腾空时间是根据最先冲突车流的冲突点到停车线之间的时间差。6、黄灯时间和全红时间如果绿灯间隔时间小于3秒则黄灯为3秒，否则黄灯仍未3秒，剩余为全红时间。7、损失时间绿灯显示时间与绿灯间隔时间之和减去绿灯有效时间，也等于绿灯间隔时间减去后补偿再加上前损失，也等于启动损失时间与全红时间之和。三、周期计算（重点前两个推导，计算后两个）1、最短信号周期时长周期越长，通行能力越大，最短周期时长就是保证通行能力要求。即满足饱和度为1的关键车流的通行能力。最短周期时长就是关键车流饱和度为1时的总损失时间与有效绿灯时间之和。（3-2）L：关键车流总的损失时间；Y：总的车道交通流量比2、实际信号周期时长保证通行能力满足饱和度为最高限的最短周期时长。（3-3）L——关键车流总的损失时间U——关键车流总的绿信比3、韦氏公式基本原理：对韦伯斯延误公式进行求导，求关键车流最小时的周期。（3-4）近似计算公式，也是最常用的公式，约等于2倍的最小周期。4、阿氏公式基本原理：和韦氏公式的原理基本相同，不同之处在于将停车次数和延误一起作为综合评判指标。（3-5）其中，k为停车补偿系数，燃油消耗量最小时为0.4，运营费用最小时为0.2，关键车流总延误最小时为0，排队最小时为0.3。3.2.3关键车流的判断方法1、定义关键车流是指那些能够对整个交叉口的通行能力和信号配时设计起决定作用的车流。若满足关键车流的通行能力和信号配时则可以说满足所有车流。2、实质最不易通过的，时间最长的，影响全局的，交通流量比最大者，竹筒理论。3、判断方法①给定周期初始时间。②计算各车流最小通行时间。考虑两个方面：满足通行能力为有效绿灯时间加上损失时间，满足安全行驶为最短绿灯时间加上损失时间。计算公式如下（3-6）③绘制信号相位与车流关系图三个代表：以圆圈代表每个相位的起始时刻，以带箭头的流线代表车流，以线段的长度代表最小通行时间，画出相位车流关系图。图3-6车流关系图④化简信号相位与车流关系图去掉相同端点中最小通行时间较小的车流线。⑤确定关键车流计算一个信号周期内最小通行时间之和最长的车流路径，即为关键车流。图3-7关键车流3.2.4出信号配时方案图1、相位绿灯时间计算相位绿灯时间的基本原理是使得关键车流的饱和度基本一致。即相位的绿信比和相位的交通流量比基本一致。2、绿灯显示时间计算最后由此计算绿灯显示时间，绿灯显示时间为有效绿灯时间加上前损失时间再减去后补偿时间。

表3-1经四纬六交叉口信号配时方案（单位：S）相位序号所含车流绿灯时间红灯时间黄灯时间周期1东西直行、右转906731602东西左转2013731603南北直行、右转411163160表3-2经四纬三交叉口信号配时方案（单位：S）相位序号所含车流绿灯时间红灯时间黄灯时间周期1东西30233562南北2033356表3-3经四纬二交叉口信号配时方案（单位：S）相位序号所含车流绿灯时间红灯时间黄灯时间周期1东西直行3012731602东西左转1014731603南北直行857231604南北左转231343160图3-8经四路和纬六路交叉口信号配时方案图图3-9经四路和纬三路交叉口信号配时方案图图3-10经四路和纬二路交叉口信号配时方案图4线控的基本依据、基本步骤和基本原理4.1线控设置依据①当车流以脉冲式连续到达时，采用线控效果比较好。②次要干道交通对主干交通流量的影响较大时，慎重考虑布设。虽然可以采用调整通过带的宽度来解决，但是通过带相差过大则会导致延误过大，反而起到不好的作用。③转弯车辆的影响。转弯车辆比较多时，也会影响通过带宽度，应权衡利弊④信号交叉口距离。信号交叉口距离越近，控制效果越好。一般情况下不宜超过600米。⑤车流速度差异性。⑦交通流的时间波动性。⑧单向干道优先考虑布设线控系统。⑨相位分配和顺序。⑩其他特殊车流影响。4.2基本步骤一、数据准备1、交叉口间距：按照停车线计算。2、街道及交叉口的布局主要是指相交道路等级，车道数，车道宽度。3、交通量：各交叉口的时空分布。4、交通管制：交通管制措施等。5、车速和延误二、配时设计1、公用周期时长的计算（4-1）2、各交叉口绿灯时间计算①计算关键交叉口的绿信比：单点控制计算方法一样。②确定线性协调控制系统的最小绿灯时间为了保证车流能够通过，协调相位的最小绿灯时间就是关键交叉口的绿灯时间。③确定非关键交叉口非协调相位的最小有效绿灯时间④确定非关键交叉口协调相位有效绿灯时间为了保证足够大的通过带宽度，非关键交叉口协调相位的有效绿灯时间为信号总的有效绿灯时间减去交叉口所有非协调相位的绿灯时间之和。（4-2）⑤计算各相位的绿灯显示时间三、相位差计算1、图解法——画出距离时间图——初定信号周期时长，以带速引线，根据交点位置判断下一交叉口的协调方式。从原点到上一相位确定好的绿灯开始时刻连线，确定下一相位绿灯开始时刻。依次做成交互式协调控制方式或者同步式协调控制。——保持红灯或者绿灯时刻中心不变，向两侧延长协调相位绿灯时间。2、数解法通过寻找使得系统中各实际信号位置距理想信号位置的最大挪移量最小来获得最优相位控制方案。4.3基本原理1、单点感应控制基本原理相位起始绿灯，感应信号控制器内预设有一个“初期绿灯时间”(Gmin)，到初期绿灯结束后，如果在一个预置的时间间隔内，无后续车辆到达，则可更换相位；如果检测器测到有后续车辆到达，则每测得一辆车，绿灯延长一个预置的“单位绿灯延长时间”(G0)，即只要在这个预置的时间间隔内，车辆中断，即换相；连续有车，则绿灯连续延长。绿灯一直延长到一个预置的“极限延长时间”(Gmax)时，即使检测到后面仍有来车，也中断这个相位的通车权。实际绿灯时间(G)大于初期绿灯时间(Gmin)而小于绿灯极限延长时间(Gmax)。图4-1绿灯时间2、基本全感应控制（1）定义干道信号协调控制的基本原理：使得干道车流能够连续通过若干交叉口而不遇到红灯，或者遇到红灯的次数最少。3、实质系统最优原理和干道先行原理。（1)、公用周期时长在线性控制里面，为了使得各交通信号取得协调，各交叉口的周期时长应该相等。初始值计算方法：取交叉口周期时长最大者为公用周期时长，对于接近周期时长一半的交叉口也可以取为一半，这种交叉口成为双周期交叉口。但是设置双周期交叉口的效果如何，要使实际情况而定。(2)绿信比在线性控制里面，绿信比根据各交叉口各方向交通流大小决定，所以绿信比比不一定一致。(3)相位差相位差又称时差或者绿时差，通常用o表示，相位差有绝对相位差和相对相位差之分。是信号协调控制一致的关键参数。决定了系统运行的有效性。(4)系统时间-距离图通过带的宽度表示可供车辆使用已通过交叉口的时间，其余切为通过（5）单向干道协调控制单向协调控制比较简单，只需要考虑一个方向的协调，其相位差的计算为停车距离时间与周期时长倍数之间的余数。（6）双向干道协调控制①同步式连接在系统的所有信号在同一个时间显示同一信号，主干道车流可以类似于通过一个交叉口一样通过干道交叉口。适用条件：a\相邻相位差为零时；b\另外交叉口相邻比较近，一般情况下小于200米，而且干道交通量远大于次路时,考虑使用同步式。c\或者当干道交通流量特别大，几乎接近通行能力时，也可以考虑同步式。②交互式交互式与同步式正好相反，即相邻信号在同一时刻显示不同的灯色。适用条件为相位差是为半倍信号周期的奇数倍时。③续进式根据相邻交叉口的停车距离确定合适的相位差，使得车辆到达交叉口时正好赶上绿灯开始。5仿真评价5.1VISSIM仿真软件简介交通流仿真是再现交通流运行规律，对交通系统进行管理、控制和优化的重要实验手段和工具。运用VISSIM仿真软件对城市道路网进行交通仿真设计，能分析在车道类型、交通组成、交通信号控制、停让控制等众多条件下的交通运行情况，具有分析、评价、优化交通网络、设计方案比较等功能，是分析许多交通问题的有效工具，可以及时、方便、准确的发现路网中所存在的问题。通过交通仿真，可以通过描述交通流状态的变量随时间与空间的变化、分布的规律及其与交通控制变量之间关系