基于复杂路口的交通信号配时方案的设计毕业论文.docx
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基于复杂路口的交通信号配时方案的设计毕业论文
摘要
随着交通需求的增长,全国各个城市交通拥堵问题也越来越严重,交通是否拥堵的决定因素之一便是交叉口的交通状况,而某些原有复杂畸形交叉口已经不适应现有交通需求。
重庆市道路越修越宽,交通流量增大的总体情况,又特别是重庆特殊地形造成某些原有路口复杂且很不规则,导致路口交通运行不顺畅甚至影响整个路网的畅通运行,所以我选择了运用已学过的专业知识来探索设计复杂交叉口的信号配时方案来有效管理控制路口的交通状况。
交叉口尤其是复杂路口(牵涉的路网更宽)控制得当与否不仅关系着保障交通安全、疏导交通、提高现有设施的通车效率,更是从长远考虑减少道路上的汽车交通总量、缓减交通拥挤、保障交通安全与畅通、降低汽车交通对环境污染的影响。
这是为实现交通安全、畅通、高效及其与环境的协调适应所做的必要工作。
关键字:
复杂交叉口,环形交叉口,渠化,信号配时,aaSIDRA,交通软件
ABSTRACT
Withtheincreasingtrafficdemand,trafficcongestioninitscitiesarebecomingincreasinglyserious.Trafficcongestionisoneofthedeterminantsistheintersectionofthetraffic.However,someoftheoriginalcomplexmalformationintersectionnolongermeetthecurrenttrafficdemand.RepairringroadswiderandmoregeneralsituationofincreasedtrafficflowinChongqing,butalsoinparticularthespecialtopographyofChongqingcausesomeverycomplexrulesoftheoriginalintersection,causingtrafficintersectionorrunningdoesnotaffectthesmoothflowoftraffictoruntheentireroadnetwork.SoIchosetousetheexpertisehasbeenstudiedtoexplorethedesignofcomplexintersectionsignaltimingplanstoeffectivelymanagethetrafficjunctions.Especiallythecomplexintersectionintersection(involvingawiderroadnetwork)controlwilldictatenotonlytheprotectionofsafety,easetrafficcongestion,improvetrafficefficiencyofexistingfacilities,butalsoconsiderlong-termreductionofvehiclesonroadandtrafficvolume,alleviatetrafficcongestion,protectthesafetyandsmoothflow,reducingtheimpactofcartrafficontheenvironmentalpollution.Thisistoachievetrafficsafety,smooth,efficientandcoordinatedwiththeenvironmentnecessarytoadapttheworkdone.
Keyword:
complexintersection,drainageofintersection,signaltiming,aaSIDRA,trafficSoftware
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。
作者签名:
日 期:
指导教师签名:
日 期:
使用授权说明
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作者签名:
日 期:
学位论文原创性声明
本人郑重声明:
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:
日期:
年月日
学位论文版权使用授权书
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涉密论文按学校规定处理。
作者签名:
日期:
年月日
导师签名:
日期:
年月日
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性;技术线路的可行性;设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
评阅教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
□优□良□中□及格□不及格
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
□优□良□中□及格□不及格
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩:
□优□良□中□及格□不及格
(在所选等级前的□内画“√”)
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
年月日
教学系意见:
系主任:
(签名)
年月日
前言
随着社会经济的发展、人们认识水平的不断提高,交通设计在市政道路建设发挥着越来越重要的作用,已经由一个辅助手段变成了决定道路建设的重要因素,对交通状况的研究、分析可直接决定着道路建设的可行性及成败。
交叉口作为道路的重要组成部分,尤其是复杂交叉口更是整个交通网的关键环节,是道路交通的汇集、疏散和转换点,也是道路交通的“瓶颈”所在地,一般的交通拥堵大多在交叉口发生,交叉口组织设计的好坏很大程度上决定了交通设计的成功与否。
环形交叉作为一种重要的交通组织形式在早期交通流量不大的情况下曾经发挥过巨大的作用,该种交叉形式具有交通组织简单(一般不需作拓宽设计)、无交通冲突点(无须设置信号灯)、道路景观好(占地面积大,一般为道路景观点缀点)等优点,在许多城市中得到广泛的应用。
环形交叉口,俗称“转盘”、“环岛”,是平面交叉口的一种特殊处理形式,其交通组织原理是利用环道将冲突车流转变为交织车流。
2O世纪早期,用交织理论来解释环形交叉口的运行原理,认为环形交叉口的通行能力取决于交织段长度,交织段越长,通行能力越大。
在该理论指导下,当时建设的环形交叉口环岛直径一般都很大。
在大型环形交叉口上环形车速一般都很高,导致人环车辆难以驶入,从而降低了环形交叉口的通行能力。
因此,在环形交叉口发展的早期制定了入环优先的交通规则,而该规则又导致车辆在环形交叉口“死锁”(环内车辆难以驶出)的现象时常发生。
鉴于此,O.K.Norman等通过计算认为环形交叉口的通行能力上限为3000pcu/h。
在20世纪5O年代,由于交通需求的迅速增长,环形交叉口上时常发生的“死锁”现象已成为英国的首要问题。
针对环形交叉口的“死锁”现象,提出了入环让行的交通规则。
通过实验发现,入环让行规则不仅消除了“死锁”现象,而且增加了环形交叉口的通行能力,减少了平均延误,降低了事故率。
英国于1966年推行人环让行的交通规则。
在其后的2O多年里,环形交叉口的设计理论取得了一系列发展,各种新型环形交叉口在英国、澳大利亚及欧洲的其他国家大量涌现。
在中国,环形交叉口仍是一种重要的交叉口形式,被广泛运用在大城市的多路或
畸形交叉口及中小城市道路交叉口,甚至在环岛中设置雕塑作为城市的标志性地标。
在重庆市主城区,山地城市自由式道路网使环形交叉口广泛分布在一些重要的交通主干路上,其数量和在道路交叉口中所占的比例都远高于同等规模城市。
据统计,重庆市主城区现有环形交叉口55个,主要分布在两山之间的内环以内地区,包括平面环形交叉口36个和含立交匝道的环形交叉口l9个,部分交叉口位于重要交通干道上。
但随着交通量的迅猛增长,道路承受的交通压力越来越大,环形交叉通行能力较小的弊端也越来越明显,就重庆这个地形特殊的城市而言,在交通高峰时期内通过各个路口转盘简直就是举步维艰,对环形交叉口的设计改造已成为目前解决交通拥堵问题的新内容。
第一章绪论
1.1研究内容:
重庆地形起伏不定,各种地形条件的限制对交叉口的交通运行畅通必将造成一定影响,尤其是复杂的交叉口。
多路环形交叉口更是这方面的体现,多进口,多交织,在交通需求急剧上涨的情况下,简单按“按需增供”或者“按需管供”的交通管理策略是远远不够的。
当一条干路的交通接近或已经达到饱和状态时,道路上的环形交叉口必然成为整条道路的“瓶颈”,在高峰时段极易引发交通拥堵。
如重庆市主城区的红旗河沟转盘、上清寺转盘等都是所在道路的“瓶颈”节点,在早晚高峰时期常发生交通拥堵。
通常,交通拥堵是由拥堵点的交通积累速度大于其疏散速度造成交通大量滞留所致。
环形交叉口的拥堵可分为交通疏散能力不足导致的拥堵(又称通行能力不足型拥堵)和交通积累过快导致的拥堵(即结构性拥堵,主要产生原因是路网结构不合理)。
针对环形交叉口交通拥堵产生的原因,环形交叉口总体优化思路是“分流、扩能、有序”。
(1)分流是指通过一定的交通组织措施,分流拥堵环形交叉口的部分交通量,使交通压力发生转移,即转移到通行能力尚有富余的交又口上。
(2)扩能是指通过对拥堵环形交叉口软、硬件设施的改造或实施规划方案,提高环形交叉口的通行能力,缓解交通拥堵。
(3)有序是指对拥堵环形交叉口实施软、硬件改造,并通过增设路口车辆控制信号灯、人行过街信号灯,改善环形交叉口的交通秩序,进而提高交叉口
通行能力,缓解该路口的交通拥堵。
如今解决复杂路口交通拥堵问题主要有以下三方面策略:
(1)分流部分交通量,缓解交叉口拥堵。
对于交通压力过于集中的环形交叉口,可以通过完善路网结构,分流拥堵环形交叉口的流量,均衡区域路网内各路口的交通压力,实现缓解环形交叉口拥堵的目的。
如在重庆嘉华大桥及其南北联络线建成通车后,原本处于严重拥堵状态的上清寺转盘的交通压力得到一定程度缓解。
(2)实施规划方案,提高交叉口通行能力在制订缓解环形交叉口拥堵方案时,要考虑该交叉口是否存在尚未实施的立交匝道或立体人行过街设施等规划方案,如果方案实施对交叉口通行能力提高很大且与路网通行能力相匹配,则可考虑实施。
如针对红旗河沟转盘右转交通量较大的交通特征渠化两个专用的右转车道,缓解了该环形交叉口的交通拥堵;又如在新牌坊转盘实施东西向上跨匝道后,新牌坊转盘的交通拥堵得到了较大缓解。
(3)增设信号灯,将交叉口行车由混乱变成有序。
具体有两种方案:
①拆除环岛,将环形交叉口改造成普通平面交叉口,增加进口道信号灯。
这是目前普通环形交叉口改造处理中最常采用的方法。
通过拆除环岛,增加信号灯,拓宽渠化交叉口进口道,将环形交叉口改造为一般信号控制平面交叉口,可以将原环形交叉口紊乱交通流重新调整为有序交通流,增大交叉口通行能力。
(2)保留环岛,直接在环形交叉口增设信号灯,将环形交又口紊乱交通流调整为有序交通流。
通常有两种做法:
1)对于面积不太大的环形交叉口,在交叉口增加进口道信号灯,对进入交叉口的车辆进行管制,使行车秩序有所好转,可以一定程度地提高交叉口通行能力。
如民安大道和新溉大道环形交叉口增设进口信号灯后行车秩序有所好转,交通有序。
2)对于面积较大或左转流量较大的环形交叉口,在交叉口增设进口信号灯、左转车辆出口信号灯,对环形交叉口重新进行交通组织和信号控制,让进入环岛的左转车等待二次信号通过,避开与直行车辆的交织,实现环岛内各向车辆有序、协调运行,可以较大程度地提升交叉口通行能力。
如红旗河沟转盘增设进口信号灯、左转车辆出口信号灯后,交通秩序大为改观,通行能力显著提高。
1.2研究背景:
基于重庆市道路越修越宽,交通流量增大的总体情况,又特别是重庆特殊地形造成某些路口复杂且很不规则,导致路口交通运行不顺畅甚至影响整个路网的畅通运行,所以我选择了运用已学过的知识来探索设计复杂交叉口的信号配时方案来有效管理控制路口的交通状况。
交叉口尤其是复杂路口(牵涉的路网更宽)控制得当与否不仅关系着保障交通安全、疏导交通、提高现有设施的通车效率,更是从长远考虑减少道路上的汽车交通总量、缓减交通拥挤、保障交通安全与畅通、降低汽车交通对环境污染的影响。
这是为实现交通安全、畅通、高效及其与环境的协调适应所做的必要工作。
本毕业设计是对重庆市某复杂交叉口进行信号配时设计,以达到解决部分交通拥堵问题。
经过老师的指导,我最后选了一个复杂而且特殊的交叉口——上清寺环形交叉口为设计对象。
该交叉口是一个五路环形交叉,其中有全用进、出口道各一条,其余为正常进口道,几何构造比较特殊,而且设有环形人行天桥。
交叉口地处渝中区与江北区要道——嘉陵江大桥进桥端,交通流量比较大,尤其是早晚高峰时段。
在高峰时段,原交叉口已经远远不能满足交通需求,经常出现车辆拥堵排队入环情况。
而且行人过街需求比较大,从现在的人性化设计方面考虑,人行天桥过街为行人带来极大的不方便而且浪费时间,再加上原人行天桥是个环形天桥,结构设计极为不完善,经我实地调查行人在天桥时常感觉到天桥在晃动,存在比较严重的安全隐患。
为解决以上存在的问题,本毕业设计对交叉口进行了部分改造,拆除了环形岛和人行天桥,增设了信号灯和行人过街横道,用澳大利亚的aaSIDRA交通软件对交叉口进行了相位配时设计。
并且参考了大量文献,运用所学知识努力完成设计,但由于自身知识水平有限,所以在设计中难免会出现一些缺点和错误,在此,恳请各位老师给予批评、指正,我会虚心接受所有的意见和建议,并且在今后的学习和工作中不断改正缺点,完善自己,使自己成为一个优秀的交通设计人员。
1.3研究现状:
1.3.1国内研究现状:
国内研究应用的配时模型有停车线模型、冲突点模型等。
在我们国家这个具有特色且处在经济可持续发展的社会而言,公路交通是交通运输业的主要基础设施,在国民经济运行中起着重要的作用,近年来,国家对公路进行大规模的资金投入。
随着城市与经济的发展,城市交通网也越变越复杂,而交叉口对于整个城市交通运行就显得尤为重要,尤其是像重庆这样具有经济发展潜力而地理位置又处在山地地形的大城市对交通畅通要求就更高了,所以对各种交叉口进行有效控制就势在必行了。
交通控制是在交通基础设施完备的情况下对交通秩序的一种管理手段,世界各国交通管理的经验表明,道路交叉口交通管理的最有效的方法之一就是交通信号控制。
现阶段各个城市对比较规则的交叉口基本已经实现了较为有效的交通信号配时控制,但对复杂交叉口的控制还不够成熟。
像重庆这样具有独特地形的城市并不多,就重庆本身而言,提高复杂路口的畅通性是不可回避的。
1.3.2国外研究状况及发展趋势:
国外目前普片采用的配时模型主要有Webster方法、澳大利亚ARRB方法等。
总体上说,国际上在交叉口信号配时方面技术都比较成熟了,比如德国现行的交通信号控制指南就很明确的说明了德国在这方面的领先地位,为此,德国的道路与交通工程研究学会专门成立了信号控制研究小组,而且目前已有一些新的成果,他们相信在这个领域会有更多新发现,多相位信号配时将会是交通控制方面的新的突破点,为最终达到线、面最优奠定了基础。
特别是在现有技术日倾成熟的条件下,运用科学技术实时调节信号的配时达到面最优将是新的发展倾势。
以上方法都仅以延误最小为目标来确定周期时长,进而确定其他参数,但缺点是忽略了对交叉口的行车效率及效益同样重要的排队长度、停车率等指标。
对此,国外许多学者从不同的评价指标出发,采用各种优化算法寻求其他更为合理的配时方法,从而澳大利亚学者在ARRB方法基础上,研究出来实用性和综合性较强的aaSIDRA交通软件,目前在国际上用得比较广泛。
1.3研究方法:
交通信号配时是交通控制的重要组成部分,一般分为两种方法进行配时:
一种是利用已有公式手工计算;一种是利用计算机编程用软件计算。
手工计算比较繁琐且容易出错,而软件配时则操作较为简单且准确度较高,尤其是体现在复杂的相位配时。
交通信号配时是交通控制的重要组成部分,一般分为两种方法进行配时:
一种是利用已有公式手工计算;一种是利用计算机编程用软件计算。
手工计算比较繁琐且容易出错,而软件配时则操作较为简单且准确度较高,尤其是体现在复杂的相位配时。
aaSIDRA软件是澳大利亚设计的一款交通软件,也是当今国际上最为常用的交通软件。
此软件运用的是单点信号控制原理,对多个技术指标综合控制,综合功能强大,最多可以对8路交叉的路口进行相位配时设计,同时能得出总通行能力、通行能力饱和度、运营成本、控制延误、需求流量、服务水平等指标参数,使得相位配时变得更为简单和高效。
并且该软件对同一路口可以同时得出多种相位配时方案,更可以自己输入相位方案,有利于相位的优化与改进,使用者可以从结果中选出最为适合的信号配时方案。
aaSIDRA软件可以为用户提供如下关键功能:
①可获得各种类型交叉口的通行能力和评价参数,如延误、排队长度和停车率,以及油耗、污染指数等运行参数;
②分析不同的几何设计方案、信号相位和配时方案,最终获得交叉口的时间和空间资源的最佳利用;
③对于任何几何形式的交叉口确定最简单和复杂的信号相位方案;
④根据交通量的增长,分析设计方案的有效期;
⑤对于交叉口几何设计优化、评估的目的提供分析参数;
⑥采用特殊的车道-车道分析方法来设计交叉口几何参数,包括各个车道的布置;
⑦设计专用车道长度,包括:
专用转弯车道、上游车流可停车的车道等;
⑧评价重型车辆对交叉口交通流运行效果的影响,分析和研究共用车道或对向转弯车流冲突等复杂的信号交叉口,包括:
冲突式相位、保护式相位以及红灯时右转等;
⑨处理多于4路以上的交叉口;
⑩利用时间相关的延误、停车率和排队长度模型来分析过饱和条件下的交叉口。
1.4论文主要结构:
第二章单点信号控制原理
2.1交通信号控制的主要参数及主要性能指标:
平面交叉口的信号控制的信号配时主要包括以下几个重要参数:
周期、相位(相序、相位数)和绿灯时间(绿信比)等。
交通控制的评价指标有:
通行能力、饱和度、行程时间、延误、停车次数、停车率、燃油消耗、废气排放、交通噪音等。
在道路条件一定的情况下,交通信号控制评价指标与信号配时有直接关系,但指标之间也会存在矛盾。
如交叉口通行能力受信号周期时间的影响,在正常周期时间选择范围内,周期时间越长,通行能力越大,但车辆延误、停车、油耗也会随之增加。
为获得预期的控制效益,就必须选择合适指标并以选定的指标为依据确定信号配时,使得控制达到最佳。
2.1.1周期:
各个行车方向完成一组色等变换所需要的总时间,它等于红灯时间+绿灯时间+黄灯时间,这个总时间我们称之为周期。
一般情况下,我们根据交叉口两相交道路的交通量、交叉口总的交通量来确定红灯、绿灯时间以及周期的长度。
周期是一个非常关键的参数变量,它跟单交叉口控制的交通效益有着密切的关系。
周期时间的制定与城市道路交通流的大小有很大的关系。
一般情况下,交通流越大,周期应该相应地变大;交通流很小时,相应的周期也会随之变短。
其目的是为了车辆在一个周期内顺利地通过交叉口,避免二次等待和拥挤现象
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