城市交叉口的道路、交通和控制现状_毕业论文

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目录

1 绪论 (1)

1.1 选题背景与意义 (1)

1.2 国内外研究现状 (1)

1.3 要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径 (3)

1.3.1 拟研究的问题 (3)

1.3.2 拟研究手段和途径 (3)

2 平面交叉口线形设计和控制方法的理论阐述 (3)

2.1 路口渠化 (3)

2.2 信号控制 (5)

2.3 信号配时 (7)

3 荣事达大道与寿春路交叉口的现状分析 (7)

3.1 路口现状交通量调查情况 (7)

3.2 路口机动车行驶速度调查情况 (8)

3.3 路口交通量现状分析 (8)

3.4 路口控制现状分析 (9)

4 荣事达大道与寿春路交叉口机动车通行能力和延误的计算 (10)

4.1 机动车通行能力的计算 (10)

4.2机动车延误的计算 (12)

4.3 交叉口现状服务水平 (17)

5 荣事达大道与寿春路交叉口拥堵原因分析 (18)

5.1 交通规划不足 (18)

5.2 道路发展滞后性 (19)

5.3 交叉口交通组织不合理性 (19)

5.4 其他原因 (20)

6 荣事达大道与寿春路交叉口改造建议 (20)

结论 (21)

致谢 (22)

参考文献 (23)

1 绪论

1．1 选题背景与意义

随着我国经济的迅速发展以及城市化进程的迅速推进，机动车保有量、城市人口，交通量持续大幅度的增加，使得交通需求与道路交通设施之间的矛盾日益突出。特别是在我国的大中城市，私家车和出租车迅速发展，经常出现不同程度的交通拥挤和堵塞现象。这些严重影响了城市的正常运转，造成了居民日常工作效率的降低，城市环境污染的加剧。城市交通的拥挤对于经济发展的坏处是巨大的。它不仅会造成巨额的经济损失，还会导致城市功能的瘫痪。交通拥挤不仅使行车速度降低，交通延误的增大，而且低速行驶会增加耗油量，导致燃料费用的增加，以及汽车尾气的排放增加而造成的环境问题。另外，城市的交通拥挤使得交通事故增多，而交通事故的发生又造成交通拥挤加剧，从而形成恶性循环。

随着城市化建设进程的不断加快，城市道路网的规模在不断扩大。平面交叉口作为城市道路网中最为重要的一个节点，是行人、车辆的汇合、转向、分流的地方，是道路网灵活性的关键所在，但同时由于交叉口处交通量大、冲突点多，是交通事故多发地。我国对国内城市的交通事故抽样统计表明：发生在交叉口的交通事故数约为30%。由此可见，对交叉口进行优化设计，使其发挥最大效能显得尤为重要。

1.2 国内外研究现状

在本世纪五十年代初,一些发达的资本主义国家由于二次世界大战后经济恢复和发展,公路交通进入了“汽车化”的时期。汽车速度迅速提高,因此道路线形不适应汽车的行驶要求，这时需要着重解决线形与车速的矛盾，主要研究如何提高线形设计标准，改进道路的几何线形设计以适应高速行车，从而协调道路与高速汽车之间的相互关系。随后,由于汽车数量不断增加,交通量亦迅速增长,道路上的车流仍难以畅行无阻,公路与城市道路上的交通事故又急剧上升,甚至道路通行能力下降,交通拥挤、堵塞、秩序混乱,而交叉口情况尤为严重，结果造成了人员伤亡和严重的经济损失。为此，各个国家都投入大量人力、物力从事道路交通治理研究。经过几十年的努力,在道路交通规划、设计、管理的理论和建设等各个方面都有了很大的发展。在缓和道路交通拥挤、减少交通事故方面取得了很好的效果。道路交通渠化（Traffic Channelization）措施就是上

述研究成功之一。目前世界各国都认为交通渠化是费用少、收益快、效果好，是便于采用的交通治理措施，正日益受到重视并得到广泛应用和推广。目前国内外对于交叉口通行能力和延误分析的理论研究已经进行了很长的时间，各种理论相对比较成熟。然而对于交叉口渠化，虽然国内外很多学者也进行过很多有关的研究，但是各种理论还未发展成熟，定量化的设计标准不仅很少而且众说不一。尤其是多相位渠化路口，在国内该渠化方式近几年才兴起，因此这方面的资料也相对较少。

国外的交通信号控制起步较早，在19世纪，人们就开始研究交通信号，用它来指挥车辆交通，以及车辆进入交叉口的次序。到 1918 年，美国纽约街头上出现了红、绿、黄三色信号灯。1926年一个英国人在伍尔弗汉，安设了第一座自动交通信号机。直到上个世纪60年代，全世界范围内开始研究范围较大的信号联动协调系统和建立各交叉口交通流状的数学模型，目的是解决信号优化问题。70年代，美国、英国等为代表的发达汽车交通国家，在信号交叉口的建设实践和理论研究中都取得了卓越的成就。近几年，交通工程和系统工程等领域的学者们，对交通管制等问题进行了大量的相关研究，其研究的内容主要体现在以下几个方面:(l)关于交叉口信号控制的研究。信号控制发展的过程是从单点控制到整路协调控制，再到区域协调控制的过程。对于单点控制主要的方法有韦伯斯特卡铂提出的EV法和美国的HCM 法。目前，国外对于信号的研究主要是集中在线控和区域控制方面，研究成果主要是 TRANSYT即绿信比周期一绿时区差优化技术及美国、日本、澳大利亚开发的一些系统。我国对于城市交通控制与管理研究的比较晚，对交叉口优化研究更多是局限于理论方面，国内学者对于城市交通管理控制研究成果有：陆化普《城市交通现代化管理》杨佩昆等、《交通管理与控制》、周晶《城市交通系统分析与优化》等。同时，东南大学、同济大学等，在这一方面作了一系列的研究。如杨锦冬、杨东援建立了城市信号交叉口信号周期时长模型，杨佩昆提出“冲突点”法，东南大学顾怀中提出的交叉口信号相位、相序矩阵上的表示方法等。这些理论结合系统优化等各方面知识，在对城市交通管理控制理论体系进行了全面、综合的研究有着重要的学术意义。但是理论用于实践部分还不够，它不能结合中国城市的实际状况，作出彻底而有效的研究。实际应用中，城市道路的交通问题越来越严重。国家一方面提高城市市中心交通为核心的UISM 技术研究，另一方面引进与开发相结合，建立处了城市道路交通控制系统，如 NUTCS。 NUTCS是我国自行设计建成的第一个适应中国混合交通条件及路网密度低、路口间距悬殊的城市道路交通控制系统。但是这些控制系统在运行

过程中表现仍然不足,首先是非机动车与机动车控制模式还不完善，车流的大量存在限制了系统的效果,其次就是优化目标不能充分提高通行能力,同时,这些软件在实际应用与理论还有着很大的差距。

1.3要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径

1.3.1 拟研究的问题

本文主要利用调查的交通量数据与根据相关规范计算的道路平面交叉口的通行能力对比，交叉口各个进口道的行车速度、以及行车总延误，行人对机动车的干扰、公交车交通对普通机动车交通量的干扰，利用信号交叉口交通组织优化设计理论、交叉口渠化理论等等进行探讨和设计，提出了包括路口渠化、公交专用道和公交优先、左转待行区等改造方案，同时也充分考虑路口的交通需求状况，运用交通需求管理理论在行车高峰时刻考虑限制某些进口道的交通量等措施。最后对改造提出合理建议。

1.3.2 拟研究手段和途径

在本课题中研究与设计主要为以下几个方面：1、利用调查的相关数据分析交叉口现状，找出交叉口拥堵的主要原因2、根据拥堵原因，设计出合理的改造方案 3、对选定的方案提出可行性建议。4、本文各章节的内容如下：第一章为文献综述；第二章对交叉口线性设计方面进行理论阐述；第三章主要对交叉口现状交通进行分析，路口交通现状，路口控制现状，现状服务水平以及交叉口拥堵的原因分析；第四章结合实例进行分析；第五章主要对交叉口提出一些可行性的改造建议。

2 平面交叉口线形设计和控制方法的理论阐述

2．1 路口渠化

交叉口拓宽渠化是最常用的渠化方之一，渠化可以配合专用左转车道，专用右转车道的设置，以保证进口道各向车流的顺畅通过。

车辆进入交叉口的驶入段，车速降低，按车道行驶，因此可以适当缩减车道宽度。在交叉口入口渠化和设置左转车道和/或右转车道的过程中，如果存在宽度限制，可以通过缩减车道宽度增加车道的数量。

车道宽度的设定是以保证交通安全和提高运行效率以及车辆行驶、舒适为原则的。

一般的车道宽度为 2.75～3.50m。当渠化设计时道路宽度有困难，直行车宽度可以缩减为 2.75m（小型车辆）或 3.00m（大型车辆），左、右转车道以 3.00m 为基准，可适当调整，但一般不会小于 2.75m,最小也不得低于 2.50m。在出口段，要充分考虑车辆加速通过路口车道的宽度要比进口段宽，一般与路段车道一样宽。此外，右转车道的曲线段部分还应考虑路面加宽，路面右转车道半径R与加宽值e的关系见下表。

表1路面加宽值与右转车道圆曲线半径关系表

在拓宽渠化设计时，除了对进口进行拓宽外，当存在交通需求，而且用地条件允许时可以对交叉口出口进行拓宽，增设车道。

根据交通需求和路口条件，拓宽和增加进口车道的方式一般有三种：

1、对进口道的右侧进行拓宽，增设右转弯车道。

2、对进口道的左侧进行拓宽，利用中央分隔带偏移道路中心线占用对向的车行道部分宽度，增设左转弯车道。

3、当交通需求非常大，而且路口条件允许时，交叉口进口道左右侧同时拓宽。

（1）右转车道渠化设计

当右转交通量大、右转车辆的速度高，通常应设右转专用道。根据国内的经验，当路段上直行交通量达到了允许通行能力70％以上，而右转车所占比例达到15％以上时也应该设置右转车道。

一般右转车道设置有两种方式：有右转渠化岛的右转专用分离式车道和外加平行车道。

（2）左转车道渠化设计

左转车辆对平面交叉口的转向行驶时对直行的交通有着影响，更容易造成交通事故。因此，除了单向行驶单车道道路，设计速度低于60km/h、交通量低于500辆/h，左转车比例很小的双车道道路，一般情况下应在交叉口进口处设置左转车道。

左转车道的设置长度可以根据交叉口交通量和左转车比例来定，一般可以取40～100m。常见的左转弯车道的设置方式有下面两种：

①车道中心线的移动和车道宽度的减少

交叉口进口道中心线往左移，让出左转车道宽度，实施过程中，可以缩减出口处的宽度和进口处车道宽度。

②中央分隔带去掉

当中央分隔带的宽度和要设置的左转车道所须宽度相差不多时，可以消除中央分隔带来设置左转车道，仅仅消除中央分隔带，还不能完全满足左转车道的宽度时，可以同时减少车道宽度来保证左转车道宽度来保证左转车道宽度。

2．2 信号控制

设置平面交叉口信号控制的目的，是通过为不同种类、不同流向交通流，提供通过路口的时间路权，在时间上消除交叉口内交通流的冲突点。优化信号的配时可以减小市道路网络上，如减少车辆的延迟、降低交通事故、减小环境的污染和燃油方面的消耗，进而有效利用道路设施。在不具备条件的情况下，可对单个交叉口进行优化，其设计内容一般有以下三部分:(1)信号控制方式；(2)信号相位；(3)信号配时。

(1) 信号控制方式

①定周期控制

交叉口交通信号的控制都是遵从事先设定的配时方案，也称为定时控制。一天内仅有一个配时方案称作：单段式定周期控制;一天按照不同的交通量(如早晚高峰、平峰和周末全天等)采用多个配时方案可称作：多段式定周期控制。由于定周期控制所需的设备具有成本较低、维护方便，因而被广泛采用。相比单段式周期控制，多段式可适应不同交通情况，特别是具有明显潮汐特点的交叉口。定周期控制方式需要根据路口交通运行的变化，通过调查，适时重新调整。，定周期控制无法应付突发交通事故和随机事件。

②感应控制

感应控制是在交叉口进口道上安装车辆检测器，随检测器实时检测到的车流信息而实施的一种控制方式。可分为:

(1)半感应式控制:只在交叉口部分进口道上设置检测器的感应控制。

(2)全感应式控制:在交叉口全部进口道上都设置检测器的感应控制。

③智能控制

智能控制基于对人的思维的模仿典型的代表是模糊控制和神经网络控制方法。

(1)模糊控制方式，模糊控制是模拟人的思维、推理和判断的一种控制方法，将人

的经验、常识等用自然语言的形式表达出来，建立一种适用于计算机处理的输入输出的过程模型。

(2)神经网络控制方式神经网络控制是研究和利用人脑某些结构机理以及人的知识和经验对系统进行控制的方法，其显著特点是具有学习功能。

（2）信号相位

相位方案是相位组合方式，设计时从多个组合中，挑选出最佳的相位方案（只针对定周期控制方式）。一般认为，交叉口越复杂相位方案也越复杂；如果相位数增加，引起相位改变时损失的增加，将会造成交叉口的通行能力也相应下降。合理的相位以及相序有助于提高通行能力和道路利用率。

（1)相位方案的设计原则

设计之前务必考虑以下信号控制使用原则:

①机动车信号表示

1)同一个流线上的不能同一时间表示绿、黄、红、黄灯闪、红灯闪信号中有两个以上的信号;

2)绿信号到红信号变化之间必须有黄信号；

3)绿箭头信号到红箭头信号过程原则上应该插入黄信号，但当绿箭头信号短的情况下可以确保交通安全，可以考虑省略黄信号；

4)用绿箭头信号来指示通行权时，不应该产生和另外交通流之间交错；

5)相互交叉两组交通流，不要同一时间表示绿信号、黄灯、黄灯闪等信号

②行人信号表示

1)绿信号到红信号，应该插入绿灯闪信号；

2)从红信号到绿信号，不插入绿灯闪信号；

3)机动车的信号进行闪光控制时，行人信号相应灭灯。

(2)相位方案的设计程序

相位方案的设计应充分考虑交叉口的构造、交通条件及交叉口布局，按照如下程序进行相关设计:

①画出交通流线，相互不交叉、不合流的交通流线的组合，分别当作一个相位对象;

②上述流线组合中，可以允许交织或者合流的合并成一个相位；

③决定相位顺序（相序）；

④进行综合上的检查和必要的修正。

2．3信号配时

信号配时原理：是将交叉口的时间资源，按照各流向交通流量大小成比例分配给各流向。信号配时的重要步骤是确定最佳周期长度。如果信号周期太短，周期损失时间增加，通行能力下降；信号周期过长，周期内相位损失增加，一个小时内车辆被放行的次数减少，无法提高通行能力。可能存在一个最佳周期，在此周期下，周期损失和周期内相位损失大致平衡。

根据具体交叉口的几何线形、交通流量、所在地区类型、交叉口范围内公共汽车站分布等具体条件，每一交叉口都有自己独有的最佳周期，且随着交通流量的改变而改变。

综上理论阐述，本论文只对交叉口的的路口渠化方面进行线性设计，不进行信号的设计。

3 荣事达大道与寿春路交叉口的现状分析

3．1 路口现状交通量调查情况

表2交通量调查表

调查路段:荣事达大道与寿春路交叉口车辆行驶方向:东-西调查人：丁海明

表3荣事达大道与寿春路路口的高峰小时流量流向数据

（调查时间2013.4.12上午8:00—9:00）

3．2 路口机动车行驶速度调查情况

据调查，在交叉口附近因为各种原因要减速行驶，其日平均速度约为14.5 km/h，而对于比较拥堵的寿春路交叉口来说其日平均速度10.2 km/h左右。具体到每一个进口道的行车速度，据我们的观察，北进口道的行车速度最快，大约有15.1 km/h，东西进口道的行车速度次之，大约有12.3 km/h，而南进口道的行车速度最慢，只有10.1 km/h。3．3 路口交通量现状分析

近几年来，随着城市建设的发展，导致了路口的交通量的急剧增长，目前荣事达大道与寿春路交叉路口的机动车交通流量非常大,早高峰小时交通量为4003pcu/h。

从调查的数据可以得到，荣事达大道与寿春路交叉路口的主要流量分布在东西两个进口道，流量均超过了1000pcu/h，其中直行分别占其流量的60%左右，而南北进口道的交通流量也都超过了700pcu/h，主要为左转流量，使得车辆从次干道转向主干道。下面对各个进口道的交通状况进行详细的说明：

东进口道宽度为22m，在路段机动车道为3车道总宽度为11m，在距停车线30m处开始将靠近中心线的那条车道设为专用左转车道，在绿化带左边通过压缩进口道和绿化带宽度设置一条专用右转车道。其在停车线后3米处由4车道开始变为3车道，右转车道

和其他3条车道被交通岛分离而与非机动车道连接到一起。公交车站设置在距路口100m 处的绿化带左边。

西进口道的横断面形式和东进口相似，但是它的公交车站设置在非机动车道的右边，因而其非机动车道实际上是在行使机动车道的功能。

南进口道宽度为11m，进口道为一条直行左和一条专用左转车道，右转车辆主要借用非机动车道行驶。

北进口道宽度为13m，在进口道为一条直行和两条专用左转车道，右转车也是借用非机动车道行驶。

荣事达大道与寿春路交叉口的交通流以公共汽车和小轿车为主，其中合计有28路（含临时3路）约占总流量26%的公共汽车通过这个路口。公共汽车的行驶方向主要集中在东-西和西-南两方向，分别有18路和7路；东-北和西-北两个方向分别只有一路公共汽车通过，而东-南和南-北（临时3路公交）方向没有公共汽车。小轿车主要有私人轿车和出租车构成。约占总交通流量的70%。虽然该交叉口大部分是公共汽车和小轿车，但是车辆组成却较复杂。据调查通过该交叉口的车辆组成如下表。

表4通过荣事达大道与寿春路交叉口的车辆组成

荣事达大道与寿春路路口的机动车交通流量比较大，但其非机动车和行人的交通量相对却较小，据我们的调查，早高峰时段（8—9点）通过该交叉口的行人总量为429人次，原因可能是路口紧邻地方没有如购物广场这种能够吸引大量人群的建筑物，因而对行人交通将只考虑他们通过交叉口的安全问题。

表5通过荣事达大道与寿春路交叉口的行人流量

3．4 路口控制现状分析

荣事达大道与寿春路交叉路口采用了四相位的信号控制，信号周期因时段而有差异，早高峰时期信号周期为121秒,黄灯时间均为3s;东西向直行绿灯36s、左转绿灯18s,

右转绿灯79s;南北向直行绿灯37s 、左转绿灯18s,右转绿灯79s 。

以上分析可知，南进口道的直行和左转交通在同一相位内，而南进口左转车流量为435pcu/h ，直行车流量只有258pcu/h ，当该相位的绿灯时间满足左转车流量时，将会浪费大量直行的绿灯时间。北进口道与此相似。分配给南进口道的绿灯时间有37s 之多，绿灯时间过长，导致其它方向的红灯时间较长，增加了其车辆排队的时间和长度。 4 荣事达大道与寿春路交叉口机动车通行能力和延误的计算

4.1 机动车通行能力的计算

国内外通行能力的计算方法，大多数根据本国交通流的特点而研究出来的，她考虑的方面和依托的原理是不完全相同的，应用最广泛的应是美国饱和流率模型。根据我国的交通流特性、交叉口的基础设施、信号设计条件以及行车道等条件，国内学者提出的许多计算信号交叉口通行能力方法，比较常见的应用方法主要有三种：《城市道路设计规范》中介绍的方法、冲突点法、停车线法。

为了设置左转待行区（冲突线法对左转待行区无效），在本设计中选用停车线法计算路口现状道路、交通、控制条件下的机动车通行能力。停车线法以进口处车道的停车线为基准面，认为凡是通过该面的车辆就已经通过交叉口。

1）一条直行车道的设计通行能力计算公式

在我国现行《城市道路设计规范》以及交通工程参考书中,信号交叉口通行能力按进口车道功能根据停车线法原理可以得到直行车道通行能力的计算公式具体形式如下：

13600(1)g s s s

t t C T t ?-=+ 其中：s C ——直行车道的通行能力，pcu/ h

T —— 信号灯周期，s

g t —— 信号灯每周期绿灯时间，s

1s t —— 绿灯亮后，第1辆直行车启动到通过停车线的时间，s,取2.3

s t —— 直行车辆通过停车线平均时间，s,取2.5

? ——折减系数可以取0.9

2）一条左转车道通行能力计算公式 同样遵照停车线法，我们可以的到类似的左转车道通行能力计算公式：

13600(1)g l l l

t t C T t ?-=+ 其中：l C —— 左转车道的通行能力，pcu/ h

T —— 信号灯周期，s

g t —— 信号灯每周期绿灯时间，s

1l t —— 绿灯亮后，第1辆左转车启动到通过停车线的时间，s ，实地测量

l t —— 左转车辆通过停车线平均时间，s ，实地测量

? ——折减系数一般取0.9

根据实地调查观测，我们得到第一辆左转车启动到通过停车线时间取为3.6s ，左转车辆经过停车线的平均时间取3.0s 。

根据前面介绍的计算通行能力的方法，可计算荣事达大道与寿春路路口现状的通行能力。

（1）东进口通行能力计算 直行的通行能力：h pcu /3889.015.23.2361213600=???

? ??+-? h pcu /7762388=? 左转的通行能力：h pcu /1819.015.26.3181213600=???

? ??+-? 东进口总通行能力：h pcu /957181776=+

（2）南进口通行能力计算 直行的通行能力：h pcu /4259.015.23.2371213600=???

? ??+-? 左转的通行能力：

h pcu /1819.015.26.3181213600=???? ??+-? 南进口总通行能力：h pcu /606181425=+