交通管理与控制课设

CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE &

TECHNOLOGY

《交通控制与管理》课程设计题目：长沙市韶山南路-木莲西路

交叉口交通组织优化设计

学生姓名：蒋卓峻

学号： 201406980418

班级: 交工1502班

专业：交通工程

指导教师：曹倩霞况爱武王正武吴立烜

2018 年 6 月

长沙理工大学课程设计任务书交通运输工程学院交通工程专业2015级2 班课程名称交通控制与管理课程设计

题目：长沙市韶山南路-木莲西路交叉口交通组织优化设计

注：1. 此任务书由指导教师填写。如不够填写，可另加页。

2. 此任务书最迟必须在课程设计开始前一周下达给学生。

目录

1.课程设计的目的与背景 (6)

1.1设计目的及意义 (6)

1.2交叉口相关资料简介 (6)

1.2.1交通现状分析 (8)

1.2.2标志标线设置情况 (8)

1.2.3交叉口信号相位及CAD图 (8)

2.交通调查 (10)

2.1交通调查方案及实施 (10)

2.2调查结果 (10)

2.3现状评价 (12)

2.3.1进口道设计通行能力及交叉口服务水平分析 (13)

2.3.2交叉口周边公共交通现状分析 (15)

2.3.3交叉口信号配时现状分析 (15)

3.交叉口交通组织优化 (17)

3.1 信号控制方案优化设计 (17)

3.2交叉口信号相位的重新确定（优化方案） (18)

3.2.1信号配时计算（优化方案） (18)

3.2.2确定信号配时方案 (19)

3.3 延误与服务水平估算（优化方案） (19)

4.结论 (22)

1. 课程设计的目的与背景

1.1 设计目的及意义

本课程设计通过对所研究的交叉口进行实地观测，获取相关路况信息和数据信息，初步判断路段可能存在的问题，利用交通管理与控制课程所学的基础知识，深入分析交叉口道路几何条件、交通设施设置现状、交通参与者的交通特征、路段上各处的交通组织情况及存在的不和谐现象，对研究路段现状进行综合分析和判断，并有针对性地提出改善优化方案，并进行改善后评价或仿真。通过解决真实路段的交通组织问题，巩固课本所学知识，锻炼独立思考、分析和解决实际问题的能力。

1.2 交叉口相关资料简介

交叉口向西为湖南省地质勘察院，向北为中南林业科技大学，向东为长沙建筑工程学校，其中韶山南路是城市主干道，机非分离，机动车双向8车道，由中间向一边分别是两条左转车道、三条条直行车道、一条右转车道，另一边为对称分布，方向相反，中间有植被隔离带，路幅达到60米;木莲西路为东西向主干路，中间没有隔离设施。图1.1为交叉口示意图。

图1.1 交叉口位置示意图

图1.2 交叉口附近道路

韶山南路—木莲西路交叉口在长沙市天心区与雨花区东交界处。

根据踏勘，四个方向进口道实景如下

图1.3 南进口道（韶山路）图1.4 北进口道（韶山路）

图1.5 西进口道（木莲西路）图1.6 东进口道（木莲西路）

1.2．1 交通现状分析

以长沙市韶山南路—木莲西路为背景，并已知机动车交通流量数据，要求以此为基础，用所学的方法进行交叉口交通设计、交通管理与控制的改善。韶山南路—木莲西路十字交叉口，位于城市的中心区域天心区，属交通高负荷区，地处城市南北交通干线，近年来，随着长沙城市交通车辆的快速递增，作为城市南北东西联系的主要交叉口，交通流量更加突出，虽然经过交通信号管理系统的调控，但仍无法承担其交通阻塞的压力，加剧城市拥堵问题。

1.2．2 标志标线设置情况

韶山路作为长沙市重要主干道，对交通设施的设置比较重视，研究路段标志标线的设置较齐全。标线主要是路面标线，包括行人横道线、车道方向箭头、车道分割线、中央分隔线等，标志主要包括高架桥上限高标志、路段禁停限速标志、道路指路标志、人行横道标志、路段沿线支路禁停标志、立交进口标志等。

1.2. 3 交叉口信号相位及CAD图

该交叉口信号分为四相位，第一相位为南北直行右转，第二相位南北左转，第三相位东西直行右转，第四相位东西左转，相位图如下

根据现有的道路交叉口红线CAD图，结合现场踏勘所得到的信息，绘制交叉口现状渠化及车道功能划分图，见下图：

韶山南路在距离停车线50米左右处车道通过渠化展宽为6条进口道和4条出口道。交叉口范围内道路两侧无非机动车道，应该是机动车与非机动车共用车道，对向行驶车道之间有物理隔离设施，韶山南路为中央分隔带，木莲西路为隔离栏。各进出口的车道情况（机动车道）见下表1.8

表1.8 现状渠化情况及车道宽度说明表

2.交通调查

2.1交通调查方案及实施

调查地点：韶山南路—木莲西路交叉口

调查时间：周四上午9:00—10:20。

调查目的：通过对长沙市韶山路交叉口调查，完成交叉口进行适当改进并进行单点信号配时，最终完成交叉口的协调控制设计。

调查对象：道路、行人、车辆。

调查内容：

（1）交叉口高峰小时各流向流量数据调查；

（2）车道使用条件，交叉口渠化现状；

（3）现有交通管理控制现状。现有的标志标线、信号配时；

（4）各向行人交通量；

调查方法：人工计数法、实地勘测法。

调查人员：蒋卓峻

2.2 调查结果

韶山南路与木莲西路交叉口为主干道与次干道相交的十字形交叉口，道路条件满足现有交通需求，均处于机非混行状态。

(1)交叉口交通流数据

交通组成情况: 机动车:小汽车、客车、货车;非机动车:自行车、人力三轮车、电动三轮车;行人。经折算后，将各交通流量流向汇总如表1

表1 高峰小时流量表

（2）交叉口信号配时表情况及配时参数分别如表2、表3。

表2 交叉口信号配时表

表3 信号时间参数表

（3）根据观测所得信号灯数据，画出本交叉口的信号配时图，如图7所示

图7 信号灯配时图

2.3 现状交叉口存在的主要问题

评价指标交通信号控制主要目标是使各类、各向交通有秩序、高效率地通过。信号控制交叉口的信号配时，在一定的交通条件下和一定的道路条件下，确定适当的周期时长，确保每个相位的车辆不要进行二次排队，同时也不会留太多的空余时间，以致车辆有序、安全、高效的离开交叉口，同时又能使停车、油耗、延误等指标达到最小，这样既能降低运行费用又能保证车辆的安全高效通过。

(1)东西方向两侧并没有很多非机动车，非机动车车道并没有很好的发挥作用，被用作路边停车车道。因此，在交通量增大的情况下可以考虑将此车道改为机动车车道，作为进口道拓宽的方式之一。

(2)对于行人的交通组织，东西距离较长，设置了地面人形斑马线，很好的发挥了作用，但是在没有交通协管员的情况下，经常出现行人闯红灯，影响了交通的安全性。行人在地面上没有斑马线的情况下违章过街较严重，增大了安全隐患，同时也制约着通行能力。

(3)南北进口道后面就是公交车站，距离很近，高峰期时占据车道，造成了较大的延误。

(5) 南北进口道交叉口处左转车道经常有车辆在左转绿灯时候掉头，影响了左转车辆的顺利通过，在距离交叉口很近的距离设有调头区域，严重影响了通行能力。

2.3.1 进口道设计通行能力以及交叉口服务水平分析

信号交叉口通行能力以及饱和度计算交叉口通行能力分析中使用的评价

指标是饱和度，也称为交通负荷系数，是V/C 比值，反映了交叉口处交通的繁忙程度。交叉口饱和度可定义为交叉口各机动车进口道的负荷系数加权值反映了交叉口处交通，的繁忙程度。交叉口饱和度可定义为交叉口各机动车进口道的负荷系数加权值。

（1）交叉口通行能力分析

根据前面章节调查的交叉口现状，利用《城市道路设计规范》中道路平面信号交叉口通行能力的推算方法，对韶山南路-木莲西路交叉口现状通行能力给予分析。

南进口道通行能力：（本面进口道设有专用左转车道而未设置专用右转车道）直行车道（3条）：Cs=3600/T((tg-t0)/ti+1)ψ

=3600/110((46-2.3)/2.5+1)×0.9=544pcu/h

直右车道（1条）：Csr=Cs=544pcu/h

左转车道（2条）：Cel=(∑Cs+ Csr)(1-βl)=（544×4+544）/ (1-0.151)=3204pcu/h 左转专用道通行能力：Cl=Cel×βl=3204×0.151=484pcu/h

Cle’=4×3600/110=131pcu/h Cle=Ce×βl=3204×0.151=484pcu/h

因为Cle>Cle’所以应当折减进口道各直行车道（包括直行、直左、直右、直左右车道）的设计通行能力，因此本面进口道折减后的设计通行能力为

Ce’=Ce-ns(Cle-Cle’)=3204-2(484-131)=2497pcu/h

北进口设计通行能力同南进口通行能力

东进口道通行能力：（进口道设有专用左转车道和专用右转车道）

直行车道（1条）：Cs=3600/T((tg-t0)/ti+1)ψ

=3600/110((17-2.3)/2.5+1)×0.9=203pcu/h

Celr=∑ Cs/(1-βl-βr)=(203)/(1-0.231-0.323)=455pcu/h

左转专用道通行能力：Cl=Celr×βl=455×0.231=105pcu/h

右转专用道通行能力：Cr=Celr×βr=455×0.323=147pcu/h

（2）交叉口服务水平分析

城市道路和交叉口交通供需状态是用服务水平来衡量的，所谓服务水平是指道路

使用者根据交通状态，从速度、舒适度、方便、经济、和安全等方面所得到的服务程度。影响服务水平的因素很多，最主要的是负荷度——V/C（实际标准车流量/通行能力），所以通常我们采用负荷度指标作为服务水平的划分依据，服务水平具体划分标准见表4.

表4 信号交叉口服务水平

表5 早高峰交叉口服务水平计算表

表6 交叉口整体服务水平

从以上三个表格可以看出韶山南路—木莲西路交叉口的整体服务水平不高，南进口和北进口的饱和度达到了0.85以上，这说明南北进口的拥堵情况严重，与实际情况是比较吻合的，东西进口排队现象严重，车辆延误较大。

2.3.2 交叉口周边公共交通现状分析

韶山南路—木莲西路交叉口周边有井湾子北，木莲路韶山路口、木莲路林大路口三个公交站。经过井湾子北的公交车有17路、102路、103路、107路、116路、120路、123路、137路、145路、152路、502路、602路、7路、702路、703路、705路、801路、802路、805路、806路

可知通过韶山南路—木莲西路交叉口的公交车数量很多，对交叉口及其周边道路的交通状况影响很大。

2.3.3 交叉口信号配时现状分析

交叉口信号现状相位配时图如下图

相位示意图

韶山南路-木莲西路交叉口是东西都有左转专用相位的信号控制交叉口，该

交叉口面积比较大，行人比较多。从以上服务水平分析中可以得知：韶山南路直行的交通量很大，因此该信号的配时的主要绿灯时间分给了韶山南路的直行。另外交叉口的南进口道即韶山南路的右转交通不受信号灯的影响，可以保持连续的运行。

在早高峰时交叉口南进口道的交通量超过2203辆，其中左转为332辆，每个周期可以通过7-8辆车，其余必须二次排队，特别在高峰时有每周期只有一半的

车辆可以一次通过，延误很大。在高峰时期，汽车的速度很慢，给市民的生产生活带来了不便。由于韶山南路路是贯穿南北且连接桔园立交桥的一条城市主干道，交通量很大，在信号配时不应过分的压缩这条主干道的绿灯时间。整个交叉口机动车、自行车和行人混行现象严重。对交叉口通行能力和行车安全性造成了严重影响。红灯期间排队车流主要以小车为主，车道受行人，非机动车干扰较大，应该加强城市机非混行交通流综合治理，比如组织自行专用道、适当增加自行车道的宽度、增加隔离设施。

3.交叉口交通组织优化设计

本交叉口各向都对进口道进行了拓宽设计，在各个进口道都设计了左转专

用车道，渠化设计合理。本次改善方案主要针对信号相位周期进行重新设置，并对信号配时进行重新设计。另外南北方向韶山路为主干道，公交车线路较多，还可以考虑利用城市公共交通优化等方法将南北进口道后面的公交车站往后挪一

点或者重现设置公交站点，以减少高峰期对南北进口道的占道现象。

3.1 信号控制方案优化设计

(1)根据表7，8，计算表9的各进口的交通量：

表7 车辆折算系数表

表8 各进口道交通流量表

3.2交叉口信号相位的重新确定（优化方案）

表9各个进口道流量比

流量比q

y

s

，式中q-小时流量，s-通行能力。经计算，各进口道的流量比如

表10 韶山南路与木莲西路交叉口各进口道流量比

3.2.1 信号配时计算（优化方案）

(第一相位的流量比取0.235，第二相位的流量比取0.274，第三相位的流量比取0.191，第四相位的流量比取0.188。

总流量比：Y=y1+y2+y3+y4=0.898

已知起动损失时间3s L s =，黄灯时长3A s =，绿灯间隔时间3I s =。 信号周期内总的损失时间1()(333)12n

s k

k k

L L I A ==+-=+-=∑∑s

因此，最佳信号周期 C = ( 1.5 L + 5 ) / ( 1 – Y )= ( 1.5 *12+ 5 ) / ( 1 - 0.898) =209s

计算有效绿灯时间：

一个周期总的有效绿灯时间为: Ge = 197s

第一相位的有效绿灯时间为： Ge * 0.246/ Y =54s 第二相位的有效绿灯时间为： Ge * 0.218/ Y =48s

第三相位的有效绿灯时间为： Ge * 0.302/ Y =67s 第四相位的有效绿灯时间为： Ge * 0.216/ Y =48s

各相位实际显示时间：

第一相位的显示绿灯时间： 54s 第二相位的显示绿灯时间： 48s 第三相位的显示绿灯时间： 67s 第四相位的显示绿灯时间： 48s

各相位绿信比：

第一相位的绿信比：Ge1 / C =0.274 第二相位的绿信比：Ge2 / C =0.243 第三相位的绿信比：Ge3 / C =0.340

第四相位的绿信比：Ge4 / C =0.243

3.2.2确定信号配时方案

表11优化后的信号配时

改善信号配时图

3．3延误与服务水平估算（优化方案）

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。用作交叉口服务水平评价的延误是15min分析期间的平均每辆车信号控制延误。延误的估算方法如下：

1）各车道延误可用下式估算：

3

2

1

d

d

d

d+

+

=

式中：d——各车道每车平均信控延误，pcu

s；

1

d——均匀延误，即车辆均匀到达产生所产生的延误，pcu

s；

2

d——随机附加延误，即车辆随机到达并引起超饱和周期所产生的随机附加延误，pcu

s；

3

d——初始排队附加延误，即在延误分析期初停有一时段留下积余车辆的初始排队使后后续车辆经受的附加延误，pcu

s。

2）对于现有交叉口做延误评价时应考虑初始排队的延误。

对于1d，按下式计算：

T

t

T

d

f

T

t

d

d u

u

a

u

s

-

+

=

1

s

d——饱和延误，pcu

s，可用下式表示：

)

1(

5.0λ

-

=C

d

s

u

d——不饱和延误，pcu

s，可用下式表示：

[]λ

λ

x

C

d

u,1

min

1

2

)^

1(

5.0

-

-

=

u

t——在T中积余车辆的持续时间，h,可用下式表示

[]

[]??

?

?

?

?

-

=

λ

x

CAP

Q

T

t b

u,1

min

1

,

min

b

Q——分析期初始积余车辆，辆，需实测；

a

f——绿灯期车流到达率校正系数，按下式计算：

λ

-

-

=

1

1P

f

a

对于2d，按下式计算：

?

?

?

?

?

?

?

+

-

+

-

=

T

CAP

ex

X

X

T

d

8

2

)^

1

(

)1

(

900

2

对于3

d，按下式计算：

[]

[]

?

?

?

??

?

?

=

-

-

-

<

?

=

T)

(

1

min

1

1800

3600

T)

(

1800

3

u

b

u

u

b

t

x

T

CAP

Q

t

CAP

T

t

Q

d

3）各进口道的平均信控延误，按该进口道中各车道延误的加权平均数估算：

∑

∑

=

i

i

i

i

i

A q

q

d

d