单个交叉口定时信号控制的研究 毕业论文.doc
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1、本科毕业论文单个交叉口定时信号控制的研究学 院:能源与交通工程学院专 业:交通运输姓 名: 学 号: 指导教师: 职 称: 论文提交日期:二一年六月摘 要在城市交通控制中,交叉口信号控制是一个不可缺少的重要组成部分。单个交叉口是整个路网的最基本的被控制对象,并且定时信号控制是交叉口信号控制方法中最基本的控制方式。交通信号定时控制的主要目的就是通过交叉口信号灯的有效控制,调节和引导交通流,以防止或缓和交通拥挤、减少能源消耗,提高运营效率。其目标在于改善交通流的质量,更好的利用现有运输能力,及时为车辆上的有关人员及行人提高交通状况信息,实现交通流的安全性、快速性。本文以定时信号控制为研究对象,在F
2、韦伯斯特模型的基础上,结合我国城市交通的特点,讨论定时信号配时的基本方法。文章最后结合交叉口的实例,通过实际大量的调查数据,根据上述方法进行进行多次试算得到交叉口信号的合理配时,有效地缓解了交叉口的拥堵现象,提高了交叉口的利用率。关键字:配时 单交叉口 信号控制 信号周期;AbstractTraffic signal control of intersection is an indispensable part of the urban traffic control system .Intersection is the most fundamental controlled subjec
3、t of road network and timing signal control is the most basic method of traffic signal control of intersection. To prevent and alleviate traffic congestion, reduce energy consumption and improve operational efficiency, effective control of signal light is applied which can regulate and improve the q
4、uality of traffic flow.By making full use of existing transport capacity and providing information to all concerned and pedestrian, security and rapidity of traffic flow are improved. .Based on the Model F Webster and combined the characteristics of urban traffic, method of timing signal control is
5、researched to discuss basic method of signal timing. An example in this paper is demonstrated to illustrate that the result of signal timing is made after trial calculations according to the survey data. The solution which can alleviate traffic congestion and improve the utilization of intersection
6、is proposed at last.Key words:timing;intersection;signal control;signal period;目 录引言11 单交叉口信号控制方式11.1定时控制12.2感应控制12定时信号控制方案设计22.1定时信号配时设计流程22.2确定信号相位的基本方案22.3确定设计交通量22.4饱和流量42.4.1基本饱和流量42.4.2各类车道通用校正系数42.5配时参数计算52.6 信号交叉口通行能力与饱和度82.7服务水平评估82.7.1延误估算方法92.7.2服务水平103 交叉口信号配时设计算例113.1交叉口现状113.2交叉口调查113.
7、3交叉口原服务水平评估143.4交叉口基本交通条件的计算163.5渠化设计与信号配时17结论25致谢26参考文献27附录28 引言交又口是城市交通的关键,它是整个城市道路的瓶颈地交通是经济、社会发展的基础性产业。随着社会经济的发展,我国城市化进程进入快速发展期,机动车辆迅速增加,城市人口的增长和城市范围的扩大,使城市交通基础设施建设仍处于相对滞后的状态。同时,随着人民生活水平的提高和汽车工业的发展,城市交通机动化趋势迅猛,特别是轿车的增长己显现出强劲的势头。在城市化和机动化的双重压力下,交通需求急剧膨胀,城市交通问题越发突出。单个交叉口定时控制是交叉口信号控制研究中最基本的单元。正确设计、合理
8、设置和运行交通控制信号,不仅可以达到提高交叉口的通行能力、疏散交通的目的,而且能有效改善交通安全。本论文针对城市交通问题的现状,对交通定时信号的控制进行研究。1 单交叉口信号控制方式单路口的交通信号控制是最基本的交通控制形式,其目的是通过合理的信号配时方案,消除或减少各向交通流的冲突点,同时使车辆和行人的总延误最小。单路口的交通信号控制主要分为定时控制方式、感应控制方式、现代控制方式等,其中定时控制和感应控制是基本的交通控制方法,也是传统意义上的信号控制方式。1.1 定时控制路口交通信号控制机均按事先设定的配时方案运行,称为定时控制。一天只用一个配时方案的称为单时段定时控制;一天按不同时段的交
9、通量采用几个配时方案的称为多时段定时控制。定时信号控制方法是以历史数据(车流量饱和流量)为基础的这些数据是通过交通测量、车辆计数获得的。根据交通流的变化设置交通信号,也就是对每个时间段内寻找出能给出最好性能指标的最佳信号设定。在每个时间段末各个方向交通流的随机、过饱和排队长当作下一个时间段内该交通流的初始随机、过饱和排队长。2.2 感应控制感应控制是在交叉口进口道上设置车辆检测器,信号灯配时方案由计算机或智能化信号控制机计算,可根据检测器检测到的车流信息而随时改变的一种控制方式。感应控制从实施方案上可分为两种:一种是全感应控制,是在交叉口的所有入口道上均安装检测器,并根各个进口道的交通量来分配
10、绿灯时间,这种适用于等级相当的道路、其交通量变化大且难于预测的交叉口上;另一种是半感应控制,就是将检测器安装在次要道路上,并给予最小限度的必要的绿灯时间,而把大部分绿灯时间都给主要道路的一种控制。它适用于在主次道路相交并且交通量变化比较大的交叉口。我国设计了一种半感应控制,把检测器设置在主要道路上,只有当检测器在一段时间内测不到车辆时,才换成次要道路的相位通车;当干道上测得车辆到达时,通车相位又换回主要道路。这种控制方式有利于次干道上自行车的通行1。2 定时信号控制方案设计到目前为止,定时信号的配时方法在国际上主要有英国的F韦伯斯特一B柯布理论、澳大利亚的ARRB法、美国的HCM法等。在国有“
11、停车线法”和“冲突点法”等方法。随着研究的不断深入,定时信号的配时方法也在进一步的改进之中。这里,在综合研究英国、澳大利亚和美国等国家以及我国现有的配时方法的基础上,结合我国城市交通的特点,讨论定时信号配时的基本方法。2.1 定时信号配时设计流程单个交叉口定时信号配时设计,要按照不同的流量时段来划分信号配时的时段,在同一时段内确定相应的配时方案。改建、治理交叉口,具有各流向设计交通量的数据时,信号配时设计的流程如图12。2.2 确定信号相位的基本方案在设定交通信号相位时,应遵循以下原则:(1)信号相位必须同交叉口进口道车道渠化(即车道功能划分)方案同时设定;(2)信号相位对应于左、右转弯交通量
12、及其专用车道的布置(即信号相位要与车道相符);(3)有左转专用车道时,根据左转流向设计交通量计算的左转车每周期平均到达3 辆时,宜用左转专用相位;(4)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。2.3 确定设计交通量确定设计交通量时,应按交又口每天交通量的时变规律,分为早高峰时段、下午高峰时段晚高峰时段、早、晚低峰时段、中午低峰时段及一般平峰时段等各时段,然后确定相应的设计交通量。已选定时段的设计交通量,须按该时段内交叉口各进口道不同流向分别确定,其计算公式如下:= (1)式中:配时时段中,进口道m、流向n的设计交通量(pcu/h);配时
13、时段中,进口道m、流向n的高峰小时中最高15min 的流率(pcu/15min)。图1 信号配时设计流程图无最高15min 流率的实测数据时,可按下式估算:= (2)式中:配时时段中,进口道m、流向n的高峰小时交通量(pcu/h);配时时段中,进口道m、流向n的高峰小时系数;主要进口道可取0.75,次要进口道可取0.8。2.4 饱和流量饱和流量的定义是: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车线的最大流量,单位是pcu/绿灯小时。交叉口进口道经划分车道并加渠化以后,进口道饱和流量随进口道车道数及渠化方案而异,所以必须分别计算各条进口车道的饱和流量,然后再把各条车道的饱和
14、流量累计成进口道的饱和流量。饱和流量用实测平均基本饱和流量乘以各影响因素校正系数的方法估算。即:进口车道的估算饱和流量:= (3)式中: 第i 条进口车道基本饱和流量(pcu / h );各类进口车道各类校正系数。2.4.1 基本饱和流量各类进口车道各有其专用相位时的基本饱和流量,可采用下表1: 表1 各类进口车道的基本饱和流量 车道各类进口道基本饱和流量(Pcu / h )直行车道14002000左转车道13001800右转车道15502.4.2 各类车道通用校正系数(1) 车道宽度校正(4)式中: 车道宽度校正系数;车道宽度(m)。(2)坡度及大车校正 (5)式中:坡度及大车校正系数; 道
15、路纵坡,下坡时取0;大车率,这里,不大于0.50。(3)直行车道饱和流量直行车流受同相位绿灯初期左转自行车的影响时,直行车道设计饱和流量除须作通用校正外,尚须作自行车影响校正,自行车影响校正系数按下式计算: (6)式中:自行车影响校正系数;绿初左转自行车数(辆周期)。可用下式估算:(7)式中:自行车流量(辆周期);自行车左转率;周期时长(s),先用初始周期时长计算;有效绿灯时长(s)。直行车道饱和流量:(8)式中:直行车道饱和流量(Pcu / h ) ; 直行车道基本饱和流量(Pcu / h ),见表1(4) 左转专用车道饱和流量 (9)式中:有专用相位时左转专用车道饱和流量(Pcu / h)
16、 ; 左转专用车道有专用相位时的基本饱和流量(Pcu / h ),见表(5)右转专用车道饱和流量(10)式中: 有专用相位时右转专用车道饱和流量(Pcu / h); 右转专用车道基本饱和流量,见表1;转弯半径校正系数,按下式计算:(11)式中:转弯半径(m )。2.5 配时参数计算(1)信号周期时长须选用最佳周期时长,按下式计算: (12)(2)信号总损失时间,按下式计算: (13)式中:应实测,无实测数据时可取3s;黄灯时长,可定为3s;绿灯间隔时间(s); 一个周期内的绿灯间隔数。(3)绿灯间隔时间从失去通行权的上一个相位绿灯结束到下一个相位另一方向绿灯开始的时间称为绿灯间隔时间,如图2所
17、示,假设需要确定在相位A失去通行权到相位B得到通行权的绿灯间隔时间,则需测量从相位A的停车线到潜在冲突点之间的距离,以及相位B的停车线到冲突点之间的距离,是为了避免相位A的最后一辆车与相位B的第一辆车在潜在冲突点发生冲突而确定的行驶距离。绿灯间隔时间必须大于相位A最后一辆车驶过这段距离所需的时间,这样才能保证不发生冲突。下表2是根据不同的冲突距离()而建议采用的绿灯间隔时间3。图2 交叉口的潜在冲突点表2 绿灯间隔时间冲突距离(m)绿灯间隔时间(s)冲突距离(m)绿灯间隔时间(s)直行车9537-46910-18647-541019-27755-641128-36865-7412当计算绿灯间隔
18、时间 3s时,其中3s配以黄灯,其余时间配以红灯,此时所有相位信号全部都是红灯,称为全红时间。(4)流量比总和,按下式计算:(0.9(14)式中:组成周期的全部信号相位的各个最大流量比y 值之和; 一个周期内的相位数; 第 相的流量比;设计交通量(Pcu / h);校正饱和流量(Pcu / h)。计算0.9时,须改进进口道设计或结合信号相位方案,重新设计。(5) 总有效绿灯时间:每周期的总有效绿灯时间按下式计算:=(15)(6)各相位有效绿灯时间:各相位的有效绿灯时间按下式计算:(16)(7)各相位的绿信比按下式计算:(17)(8)各相位的实际显示绿灯时间按下式计算:(18)式中:第相位起动损
19、失时问;第相位的黄灯时间。(9)最短绿灯时间按下式计算:(19)式中:行人过街道长度(m );行人过街步速,取1.2 m /s;绿灯间隔时间(s)。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(以满足最短绿时间为度),重新计算。2.6 信号交叉口通行能力与饱和度(1)通行能力一般表达式道路交通通行能力表征道路交通设施能够处理交通的能力。其通用定义是: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。是交通规划、交通工程设计与交通管理等交通工程有关各领域中必不可少的一个重要指标。信号交叉口通行能力分别按交叉口各进口道估算,一般以小车当量单位计;信号交叉口
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