交通工程信号配时设计课程设计(论文)

摘要
通过对现交叉口早晚高峰交通量的调查、统计与分析，确定设计流量。

通过对车头时距的调查，确定饱和流量。

根据点样本法计算交叉口的延误,发现存在的具体问题。

服务等级为F级，为了提供更加方便的公共交通,十分有必要对该交叉口的信号配时进行一定的调整和优化。

由于东西方向直行和左转的车流很大，确定设立东西方向直行的立交桥进行优化，根据高峰小时交通量，运用交叉口配时的相关理论，即webster法确定信号配时时间，确定交叉口的配时方案，为三相位，并对配时方案进行软件模拟、仿真评价，计算延误。

通过对比分析发现该交叉口优化的结果。

学会vIssim软件制作设计，具有道路模仿功能。

关键词：交通流信号配时软件模拟解决方案
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教
师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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作者签名：日期：年月日
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指导教师评阅书
评阅教师评阅书
教研室（或答辩小组）及教学系意见
目录
第一章交叉口数据的调查 (1)
第二章信号控制设置的必要性 (7)
第三章交叉口配时设计 (8)
3.1原交叉口进口道渠化 (8)
3.2设计交通量 (9)
3.3饱和流量的计算 (10)
3.4现有交叉口信号配时参数及评价 (10)
3.5改进配时方案： (14)
3.6改进后的延误 (18)
3.7服务水平 (19)
第四章其他的问题及解决办法 (20)
4.1行人过街难问题 (20)
4.2交通标志不明显 (20)
第五章vissim软件模拟过程及评价 (21)
5.1延误 (21)
5.2软件模拟 (21)
第六章小结 (28)
参考文献 (29)
附录 (30)
1
第一章交叉口数据的调查
1.1交叉口基本数据
1.11交叉口描述
五一路、西南路交叉口是大连市较为拥堵、车流量较大的交叉口之
一。

该交叉口位于大连市城区的西南部，西南路从南北向连接星海公园黑石礁和周水子咽喉部，五一路从东西向连接市区和高新园区，是西南路、五一路这两条连接居住区和工作区的城市主干道之间的交叉口。

平面图如下所示
:
图1-1交叉口平面图
具体的几何尺寸:
调查方法:通过学生现场观察的方法,运用米尺等工具测量,得出交叉口基本数据如下表1-1所示
1.1.2交通数据的调查
对早高峰的配时要素进行观测和记录，包括交通量的调查、各车道饱和车头时距的调查和调查初始车道内车辆积余量记录，点样本法估测交叉口实际延误情况。

获得的数据如下所示：
1、交通量的调查:
调查方法:每个交叉口入口道安排了两个同学,记录早上高峰时期每隔五min的交通量,具体包括小型汽车,中型汽车,大型汽车。

每个入口道分为直行、左转。

右转。

调查时间为一小时。

具体所得的数据见附录。

总结数据如下表1-2所示(phf=0.75)
2
2、信号灯的数据调查
调查方法：对高峰时期既有信号配时进行掐表观测，得出既有配时的周期时长、绿灯间隔时间、黄灯时间、各相位显示绿灯时间。

交叉口现有信号灯相位图如1-2所示：
图1-2交叉口现有相位图
第四相位
第三相位
第一相位 第二相位
图1-2信号配时图
各信号灯具体的数据如下表1-3所示：
3、车头时距的调查：
调查方法：在早晚高峰时段进行调查，记录调查时的天气状况。

车辆进入引道后，由于红灯信号的作用要在停车线前排队等候，一旦绿灯开始显示，则排队车辆顺次驶过停车线。

以停车线为基准，可以观测到
南北方向直行
南北方向左转
西方向直行左转
东直行左转
第一相位 第二相位 第三相位 第四相位
车辆驶过停车线的时间。

把信号交叉口进口道每车道上绿灯初期连续流中车辆通过停车线的时间分别记录下来，直到所有排队车辆均驶过停车线。

剩余绿灯时间内未经过排队驶过交叉口的车辆不进行记录。

平面示意
图如下1-3所示。

图1-3测量车头时距示意图
测量三次，取其平均值，测得数据如下表1-4所示：原始数据于附录所
示
表1-4交叉口车头时距总结
4、延误的调查：
调查方法：（1）由调查人员用秒表和计数器测定车辆通过交叉口的停好车数量及累计停车时间
（2）定时段测定。

选择测试时段（如15s）由调查人员记录每时段内通过和停车的数量数，然后计算求得延误。

调查数据见附录，总结如下
例如西南路北入口直行的具体数据如下表1-5所示：
表1-5西南路北入口延误数据
第二章信号控制设置的必要性
美国《统一交通控制设施手册》所制定的依据。

第三条依据——高峰小时
(1)在平时的一小时内同时出现以下三种情况：
a.停车标志管制的次路进口道上，单向一条车道的总停车延误
大于或等于4车小时，货单向两车道的停车延误大于或等于5
车小时。

b.在次路上同一进口道上，一条车道的单向流量大于或等于100
辆/小时，或两车道的单向流量大于或等于150辆/小时；
c.在这一小时进入三岔交叉口的总流量大于或等于650辆/小
时，或进入四岔口或多岔交叉口的总流量大于或等于800辆/
小时。

（2）我国于1994年颁布实施国家标准《道路交通信号灯安装规范》（GB 14886——94）。

该规范对我国各道路交叉口和路段上交通信号的安装依据、安装方式和安装要求作出了规定。

该交叉口的每条车道延误都大于4车小时，符合条件一；在次路的同一进口道上，车流量都大于100/小时，符合条件二；总流量都大于800辆/小时；符合条件三；所以有必要在该交叉口设置信号灯。

第三章交叉口配时设计3.1原交叉口进口道渠化
交叉口渠化图3-1和表格3-1下所示
图3-1叉口渠化图
3.2设计交通量
流量应为高峰小时最高15min流率换算的小时交通量。

可按下式估算：
Qd（mn）=Q（15mn）*4 (3-1)
式中：Q15mn——配时时段中，进口道m，流向n的高峰小时最高15min
交通量（pcu/h）
3.3饱和流量的计算
饱和流量S d ，通过实地测量饱和车头时距获得。

3600mn d S h
= （3-2） 式中：S dmn ——配时时段中，进口道m 、流向n 的饱和流量，pcu/h ； h ——实测平均饱和车头时距。

解得如表格3-4所示
表3-3个交叉口的饱和流量
3.4现有交叉口信号配时参数及评价
1现有交叉口流量比 总流量比计算，根据公式
[]11max ,',max ,',0.9j
j
d d j j j j d d j j q q Y y y Y S S ==⎡⎤
⎛⎫⎛⎫==< ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦
∑∑……,且 (3-3) 式中：Y ——组成周期的全部信号相位的各个最大流量比y j 或y ’j 值之和；
j ——一个周期内的相位数；
y j 、y ’j ——第j 相的流量比；
q d ——设计交通量，pcu/h ； S d ——设计饱和交通量，pcu/h ；
带入数据解得综合如表3-4
将Y 的结果与0.9比较大小，如果大于0.9，说明该交叉口设计并不是很合理，因为这样配时出来的信号周期时长太大，导致停车等待的时间太长，延误大，服务水平很低，不能符合人们出行的需求。

需要对原交叉口进行改进，进行进口道设计。

2实际信号灯的参数
信号总损失时间：
()s k k
L L I A =+-∑ =5*4=20s (3-3)
总有效绿灯时间：
0e G C L =- =158-20=138s
各相位显示绿灯时间：
Ge1=30s Ge2=9s Ge3=39s Ge4=60s
各相位绿信比：
0ej j g C λ=
(3-4)
λ1=30/158=0.19 λ2=9/158=0.057 λ3=39/158=0.247 λ4=60/158=0.38
3现有通行能力计算：
道路通行能力表征道路交通设施能够处理交通的能力，即道路交通设施中，在要考察的地点或断面上，单位时间内能够通过的最多交通单元。

这里提到的通行能力，按小车当量单位计；信号交叉口的通行能力（CAP ）是各进口道通行能力之和，进口道通行能力是该进口道中各车道的通行能力之和。

[1,4]
各车道的饱和度是各车道实际到达交通量与该车道通行能力之比。

1）进口道的通行能力：
e i ij ij ij ij j j j j g CAP CAP S S C λ⎛⎫
=== ⎪⎝⎭∑∑∑
(3-5)
CAP 东t=1482*0.247=366
CAP 东l=1218*0.247=301 CAP 东r=1314
CAP 西t=1709*0.38=649 CAP 西l=1392*0.38=529 CAP 西r-1715
CAP 南t=1781*0.19=338 CAP 南l=1412*0.057=85 CAP 南r-1139
CAP 北t-1437*0.19=273 CAP 北l=1376*0.057=79 CAP 北r=1309
式中：CAP i ——第i 个进口道的通行能力，pcu/h ； CAP ij ——第j 条车道的通行能力，pcu/h ； S ij ——第j 条车道的饱和流量，pcu/h ； λij ——第i 条车道所属信号相位的绿信比； g e ——该相位有效绿灯时间，s ； C ——周期时长，s 2）交叉口的通行能力：
i i
CAP CAP =∑
(3-6)
式中：CAP ——交叉口的通行能力，pcu/h 。

3）原交叉口延误：
计算例如西南路北入口延误数据如表1-5所示。

根据公式
总延误=观测停车总量数*观测周期【1】 (3-7)
=1033*15=15495
停止车辆每台平均延误=总延误/停止车辆台数【1】(3-8)
=15495/88=176（s）
驶入交叉口的每台平均延误=总延误/驶入车辆台数【1】 (3-9)
=15495/88=176
停止车辆比例=停止车辆台数/驶入车辆台数【1】 (3-10)
=88/88=100.0%
同理可得其他入口道的平均延误如下表1-6所示：
表1-6所示交叉口平均延误
3.5改进配时方案：
改进方案：架设立交桥，只在东西方向架设直行的立交桥，东西直行的车辆与其他方向的车流没有冲突点，类似无东西直行的平面交叉口，其他不变，其渠化方案相当于如图3-2所示
图3-2渠化图
其相位为三相位相位图如下3-3所示：
第一相位为南北直行。

第二相位为南北左转，第三相位为东西直行。

图3-3优化后的相位图
根据韦伯斯特计算调整后的信号配时
（1）设计交通量
流量应为高峰小时最高15min流率换算的小时交通量。

可按下式估算：
Qd（mn）=Q（15mn）*4 (3-11)
式中：Q15mn——配时时段中，进口道m，流向n的高峰小时最高15min 交通量（pcu/h）
（2）饱和交通量
饱和流量S d，通过实地测量饱和车头时距获得。

3600
mn d S h
=
（3-12） 式中：S dmn ——配时时段中，进口道m 、流向n 的饱和流量，pcu/h ； h ——实测平均饱和车头时距。

解得如表格3-6所示
（3）总流量比计算，根据公式
[]11max ,',max ,',0.9j
j
d d j j j j d d j j q q Y y y Y S S ==⎡⎤
⎛⎫⎛⎫==< ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦
∑∑……
,且 (3-13) 式中：Y ——组成周期的全部信号相位的各个最大流量比y j 或y ’j 值之和；
j ——一个周期内的相位数；
y j 、y ’j ——第j 相的流量比； q d ——设计交通量，pcu/h ； S d ——设计饱和交通量，pcu/h ；
带入数据解得综合如表3-5
表3-5各叉口流量比
（4）信号总损失时间
L=∑-+k
A I Ls ）
（ (3-14) Ls ——启动损失时间，应实测，无实测数据时可取3s
A ——黄灯时长，可定为3s I ——绿灯间隔时间，s k ——一个周期内的绿灯间隔数
解：设绿灯时间间隔为3s ，黄灯时间为3s
L=3*3=9s
（5）信号配时
①最佳周期时长 Y
L
C O -=
1 (3-15) 解：Co=9/（1-0.884）=76s
②总有效绿灯时长 L C G O e -= (3-16) 解： Ge=76-9=67s ③各相位有效绿灯时间 Y
G y g e
i i e *= (3-17) Ge1=Ge0*0.275=67*0.275=17s Ge2=67*0.183=12s Ge3=67*0.426=28s
④各相位的实际显示绿灯时间 g i =g e i －A i ＋l
l i ——第i 相位启动损失时间
解，由于没有全红时间
G1=17s G2=12s G3=28s
⑤各相位绿信比 0ej j g C λ=
解得：λ1=17/67=0.25
λ2=12/67=0.18
λ3=28/67=0.42
⑥最短绿灯时间 g min =7+
I v l p
p
- (3-19) lp ——行人过街道长度，m Vp ——行人过街步速，取1.0m/s I ——绿灯间隔时间，s 解得：G=7+35-3=39
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。

3.6改进后的延误
延误是评价服务水平的指标，也是评价既有配时和利用HCM 法优化后的配时孰优孰劣的依据。

实际的交叉口延误可以通过实测方式得到，而优化后的延误指标则可以通过如下方式计算出来。

[1,4,5] 设计交叉口的延误计算
对于优化配时后的交叉口，为满足服务水平要求，在不饱和的情况下，不应出现排队积余，即不应出现初始排队附加延误。

对于优化配时的交叉口的一条车道，应用如下公式计算延误。

12d d d =+
(3-20)
()[]2
110.51min 1,d C
x λλ-=-⋅
(3-21)
()29001d T x ⎡
=-+
⎢⎣
(3-22)
式中： C ——周期时长,s ；
λ ——所计算车道的绿信比； x ——所计算车道的饱和度；
CAP ——所计算车道的通行能力，pcu/h ；
T——分析时段的持续时长，h，取0.25h；
e——单个交叉口信号控制类型校正系数，定时信号取
e=0.5；感应信号e随绿灯延长时间而变，应查表，
本文不予讨论。

解：将上述计算得的数据带入公式求得d=28s/pcu
3.7服务水平
HCM为评价信号控制交叉口服务水平提供了依据，其服务水平评价的指标是交叉口的平均信控延误。

服务水平的好坏体现了交叉口的运行效率，也直接决定了驾驶人、乘客在途径该交叉口的舒适度，也决定着出行的行程时间。

我们可以通过比较优化配时前后交叉口运行的服务水平，来评价利用HCM法优化配时的质量。

每车平均信控延误数值与信号交叉口服务水平的对应关系如表5所示。

表3-6服务水平表
根据计算所得改进后的服务等级为c级
立交桥的理论优点
五一路是连接高新园区和市区的重要通道，车流量比较大，同时东向南、西向北左转的车流比较大，车流量已接近通行能力极限，因此，单纯的改变一个交叉口的信号配时已经不起作用，并且交叉口附近的全是主干道，改变信号配时会影响上游和下游的通行能力，所以可以考虑设置立体交叉。

交叉口已经达到平面交叉通行能力极限这一，采用建设立体交叉的方式进行改造。

立体交叉可以赋予交叉口更多的通行空间，大幅度提高交叉口通行能力。

第四章其他的问题及解决办法
4.1行人过街难问题
行人过街横道设计原则:应设置在车辆驾驶员容易看清楚的位置，尽可能靠近交叉口，与行人的自然流向一致，并尽量与车行道垂直，以缩短行人过街的步行距离。

当行人过街横道过长（大于15m）时，为缩短行人过街时间，确保过街行人安全，体现以人为本的宗旨，应在过街横道中间设置行人安全岛，其宽度应大于1.5m。

由于没有专门的行人过街相位，行人过街仍存在安全隐患，在交叉口的第三、四相位中，东西方向的行人与左转车流冲突，虽然西南路上有安全岛，但安全性不足，南北方向的行人过街相对来说方便一些，解决办法：设立专用的东西方向行人专用相位，供行人过街
图3-4行人过街图
4.2交通标志不明显
该交叉口没有明显的限速及其他指示标志，造成司机的迷惑，有关部门应该及时整理相关交通标志，健全
第五章vissim软件模拟过程及评价
5.1延误
5.1.1原交叉口的延误
表5-1原交叉口延误
5.1.2改进后的延误
表5-2改进后的延误
5.2软件模拟过程
主要模拟过程如下截图所示
交叉口设计图如下6-1所示，模仿交叉口的平面图，根据交叉口的具体数据，画成的。

设立各个入口道的交通构成，如下所示：
图6-2交通构成
输入车辆后的模拟仿真图像
图6-3交通模拟运行图
信号控制机的信号构成，各个信号灯配时：
图6-4信号控制
图6-5延误配置
图6-6仿真参数设置
图6-7仿真软件仿真结果
图6-8软件模拟延误
第六章小结
信号不是万能的，但是没有交通信号灯是不可想象的，只有通过各种交通组织与管理方式相结合，才可以使道路通行路通行能力最大、经济效益最高、交通事故最少、公害程度最低，当然通过信号灯的配时成本是最低的也是使用最为广泛的，但是在某些交通量接近设计饱和流量的地方可以通过修建下穿式的立交来实现各个流向的交通在空间上的分离，并且充分考虑过街行人，在资金允许的情况下修建行人过街通道，以保证行人的安全，与城市的中长期的发展与规划联系起来。

参考文献
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[2] 美国交通研究委员会. 道路通行能力手册[M]. 任福田,等译. 北京: 中国建筑工业出版社, 1999
[3] 马万经,聂磊,杨晓光. 单点定时信号最优控制模型及仿真分析[J]. 系统仿真学报, 2007,19(19):43-45
[4] 张亚平, 道路通行能力理论[M]. 哈尔滨: 哈尔滨工业出版社, 2007
[5] 王爽,周彤梅. 信号控制的交叉口服务水平的评价方法研究[J]. 中国人民公安大学学报, 2007,53(3):77-79
[6] 黄维通. Visual C++面向对象与可视化程序设计[M]. 北京: 清华大学出版社, 2003
附录
交叉口机动车交通量调查表
交叉口名称：五一路—西南路进口方向：五一路东进口观测人员：行驶方向：左转观测日期：
交叉口机动车交通量调查表
交叉口名称：五一路—西南路进口方向：五一路东进口观测人员行驶方向：右转观测日期：
交叉口机动车交通量调查表
交叉口名称：五一路—西南路进口方向：五一路东进口观测人员：行驶方向：直行观测日期：
交叉口机动车交通量调查表
交叉口名称：五一路—西南路进口方向：西南路北进口观测人员：行驶方向：左转观测日期：
交叉口机动车交通量调查表
交叉口名称：五一路—西南路进口方向：西南路北进口观测人员：行驶方向：右转观测日期：
交叉口机动车交通量调查表
交叉口名称：五一路—西南路进口方向：西南路北进口
观测人员：行驶方向：直行观测日期：
交叉口机动车交通量调查表
交叉口名称：五一路—西南路进口方向：五一路西进口观测人员：行驶方向：左转观测日期：
交叉口机动车交通量调查表
交叉口名称：五一路—西南路进口方向：五一路西进口观测人员：行驶方向：右转观测日期：
交叉口机动车交通量调查表
交叉口名称：五一路—西南路进口方向：五一路西进口观测人员：行驶方向：直行观测日期：
动车交通量调查表
交叉口名称：五一路—西南路进口方向：西南路南进口观测人员：行驶方向：左转观测日期：
交叉口机动车交通量调查表
交叉口名称：五一路—西南路进口方向：西南路南进口观测人员：行驶方向：右转观测日期：
交叉口机动车交通量调查表
交叉口名称：五一路—西南路进口方向：西南路南进口观测人员：行驶方向：直行观测日期：
交叉口几何尺寸调查表
交叉口名称：五一路与西南路交叉口调查员：观测日期：
车头时距调查记录表
进口：五一路东车道：右转调查员：调查日期：
车头时距调查记录表
进口：五一路东车道：直行调查员：调查日期：
车头时距调查记录表
进口：五一路东车道：左转调查员：调查日期：
车头时距调查记录表
进口：西南路北车道：右转调查员：调查日期：
车头时距调查记录表
进口：西南路北车道：直行调查员：调查日期：。