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荐道路交叉口信号控制优化设计毕业论文论文报告

［荐］道路交叉口信号控制优化设计毕业论文［论文报告］

Jinbindadao与Taichanglu交叉口信号控制

优化设计

TheSignalControlOptimizationoftheIntersection

JinbindadaoandTaichanglu

摘要

城市交通繁忙的平面交叉口一般都设置信号灯管理交通，信号交叉口的通行能力与信号控制设计有密切关系。

选择优化的方案来最大限度地发挥平面交叉口的通行能力，减少延误，以解决交通瓶颈问题。

信号控制交叉口的交通设计方案较为复杂，为了对信号控制交叉口进行快速评价，可以通过实际交通流量调查，得到交叉口饱和度、流量比、车道通行能力、车辆延误等一系列数据，供规划设计人员进行交叉口设计时作为参考。

本文主要对天津XX大道和XX路交叉口进行交通渠化和配时设计，进行优化设计，在理论上解决其交通瓶颈问题。

关键词：

交叉口；交通信号控制；配时设计；通行能力

ABSTRACT

Theurbantrafficbusyintersectionsetlightplanegeneralmanagement,trafficsignalcrossingcapacityandsignalcontroldesignhascloserelationship.Choosetheoptimizationschemetomaximizetheplanecrossingcapacity,reducethedelay,tosolvethetrafficbottleneckproblems.Thetrafficsignalcontrolintersectiondesignschemeisrelativelycomplex,inordertocontroltheintersectionofsignalforarapidassessment,canpasstheactualtrafficflowinvestigation,getintersectionsaturation,theflowoftrafficcapacitythan,lane,vehiclesandsoonaseriesofdata,delayforplanninganddesignpersonnelasareferencewhenintersectiondesign.ThispaperfocusesontheshoreandTaiChangtianjinjinhighwayintersectiontrafficandtiming,highlychannelizingdesignoptimizationdesign,intheorytosolvethetrafficbottleneckproblems.

Keywords：

Intersection；TrafficSignalControl；TimingDesign；Case-basedReasoning

第1章绪论………………………………………………………………………………1

1.1平面交叉口存在的主要问题…………………………………………………………1

1.1.1交叉口信号配时缺乏科学性………………………………………………………1

1.1.2交叉口信号配时不够人性化………………………………………………………2

1.2交通控制的发展方式………………………………………………………………2

1.3交通控制系统的发展趋势…………………………………………………………3

1.3.1交通信号控制的研究方向………………………………………………………4

1.3.2交通信号控制相关系统的研究介绍……………………………………………5

1.4城市交通信号控制的研究意义……………………………………………………6

第2章城市交通信号控制的基本理论…………………………………………………7

2.1信号灯的含义及灯序安排…………………………………………………………7

2.1.1信号灯的含义……………………………………………………………………7

2.1.2各式信号灯的次序安排…………………………………………………………8

2.2交叉口交通信号灯设置依据………………………………………………………9

2.2.1交叉口设置信号控制的利弊……………………………………………………9

2.2.2设置交通信号控制的理论分析方法……………………………………………9

2.2.3设置交通信号控制的依据………………………………………………………9

2.3交通信号控制的基本概念…………………………………………………………10

2.3.1含义………………………………………………………………………………11

2.3.2交通控制的分类…………………………………………………………………11

2.4交通信号控制的主要参数及主要性能指标………………………………………12

2.4.1信号基本控制参数………………………………………………………………13

2.4.2评价信号控制交叉口的交通效益的指标………………………………………14

第3章单交叉口定时信号配时设计…………………………………………………16

3.1定时信号控制配时设计流程………………………………………………………16

3.2信号相位基本方案…………………………………………………………………16

3.2.1信号相位的确定原则……………………………………………………………16

3.2.2信号相位相序设计考虑因素……………………………………………………16

3.2.3相序安排…………………………………………………………………………18

第4章XX大道与XX路交叉口现状评价……………………………………………19

4.1设计对象介绍………………………………………………………………………19

4.2基础数据的收集整理………………………………………………………………22

4.2.1道路几何条件的调查……………………………………………………………22

4.2.2交通量的调查……………………………………………………………………23

4.2.3车头时距的调查…………………………………………………………………37

4.2.4信号控制状况……………………………………………………………………39

4.3交通现状和问题分析………………………………………………………………40

第5章交叉口信号控制概略设计………………………………………………………44

5.1问题对策及概略设计………………………………………………………………44

5.1.1机动车道的设计…………………………………………………………………44

5.1.2非机动车道的设计………………………………………………………………46

5.1.3信号控制方案……………………………………………………………………46

5.2信号配时的初步检验………………………………………………………………46

第6章交叉口信号控制详细设计………………………………………………………55

6.1进出口道空间设计…………………………………………………………………55

6.1.1进出口道设计……………………………………………………………………55

6.1.2行人过街横道设计………………………………………………………………55

6.2信号控制方案的确定………………………………………………………………55

6.3设计方案评价………………………………………………………………………57

致谢………………………………………………………………………………………61

参考文献…………………………………………………………………………………62

英文翻译原文……………………………………………………………………………63

英文翻译…………………………………………………………………………………70

第1章绪论

1.1平面交叉口存在的主要问题

在我国，由于近年来机动车保有量迅速增加，交通设施建设滞后以及管理措施不够完善的原因，致使平面交叉口的交通堵塞现象日趋严重。

从而影响到城市路网通行能力的发挥。

车辆在平面交叉口处反复地分流、合流及交叉，交通状况复杂，平面交叉路口是制约城市道路交通功能的瓶颈。

对于一个大城市，加强城市道路基础设施建设、改善城市快速干道系统是必要的，但做好平面交叉口的规划、设计、改建和管理工作无疑是具有及其重要的意义。

平面交叉口问题主要在于交叉口信号配时缺乏科学性，不够人性化。

1.1.1交叉口信号灯配时缺乏科学性

1、相位放行时间不合理

目前交叉口信号相位放行时间存在一下问题：

一是一些交叉口的相位多采用简单的二相位进行控制，交叉口冲突点较多，存在交通安全隐患；二是某个方向的交通信号绿灯时间设置过短，许多驾驶人还没反应过来，时间就过去了；三是某个方向车道上的车流还在源源不断地驶进路口，同相位相对进口的车道早已车去路空，绿灯时间浪费严重。

2、绿灯间隔时间设置不合理

绿灯间隔时间也叫交叉口清空时间，是上一相位绿灯结束到下一相位绿灯启亮之间的一段时间，一般表现为黄灯时间加全红时间。

它的作用是避免下一相位头车与上一相位尾车在交叉口范围内相撞，故其设置大小的恰当与否与路口的行车安全密切相关。

少数城市为了杜绝闯黄灯现象的发生，干脆将黄灯取消，而用绿灯倒计时或绿闪代替黄灯，一些城市的交叉口虽然设置了绿灯间隔时间，但是并没有根据交叉口的实际情况进行科学设置，反而降低了交叉口的通行能力。

3、路口之间协调性差

交叉口的信号配时缺乏协调性，交警部门在对交叉口信号灯进行配时时，往往只考虑单个交叉口的流量，而没有与相邻的交叉口进行协调控制，结果是该路口交通拥堵问题解决了，流量畅通了，但是却将该交叉口的交通流转移到了上游或者下游的相邻交叉口，交通拥堵问题还是没有解决。

4、信号灯放行顺序不统一

在我国很多城市中，同一条道路的不同交叉口，信号相位的放行顺序经常不一致，有的路口直行信号先放行，有的路口左转弯信号先放行。

这种情况下，对一些不熟悉路况的驾驶人，增加了行车的负担，有的时候由于误判导致闯红灯现象的发生，甚至发生交通事故。

1.1.2交叉口信号配时不够人性化

1、行人过街时间配置不合理

如今新建的道路又宽又平，但市民在通过交叉口时，却感到越来越困难。

很多地方的老百姓反映，由于路口的行人过街时间较短，行人在过马路时，往往只走到一半，就被挡在路中间，进退两难，这不仅影响了正常的交通秩序，也给行人造成了安全隐患。

2、右转信号灯和行人冲突严重

很多城市的路口右转车辆是不受限制的，在右转车辆较多的大交叉口，直行灯亮后行人因抢不过右转机动车而无法通行，只有等少数驾驶人让路或大规模的行人强行前进时才能通过。

这种情况下，机动车和行人经常会发生交通事故，行人过街很不安全。

1.2交通控制的发展历程

先进的城市交通控制系统，投资少、见效快，是改善城市交通运行状况的重要途径之一，同时，它也是城市现代化的重要标志。

早在100多年前，人们就开始了交通信号控制的研究，控制车辆进入交叉口的次序。

1868年，英国伦敦燃气信号灯的问世，标志着城市交通信号的正式使用。

1913年，在美国的俄亥俄州的Cleveland市出现了世界上最早的交通信号控制装置。

1926年，美国的芝加哥采用了交通灯控制方案，在每个交叉口都有唯一的交通灯控制，适应单一的交通流。

从此，交通控制技术和相关控制技术、相关控制算法的发展，逐渐改善了控制的安全性、有效性和对环境的影响。

交通信号机由手动到自动，交通信号周期又固定周期到可变周期，控制系统方式由点控制到线控制再到区域控制，从车辆检测器的出现，交通信号控制经历了将近百年的发展。

1963年，加拿大的多伦多市，建立的一套计算机系统进行集中协调感应控制的交通信号控制系统，引领着城市道路交通信号控制系统进入了一个新的发展阶段。

城市交通信号控制的发展状况如表1-1所示。

表1-1城市交通信号控制的发展状况

形式

时间

国别

城市

名称

控制路口数

信号周期

检测器

控制方式

点控

1868

英国

伦敦

燃气色灯

单

/

/

/

1913

美国

克利夫兰

电力色灯

单

/

/

/

1926

英国

各城市

单点定周期自动信号机

单

定

/

自动

1928

美国

各城市

感应式自动信号机

单

定

气压式

自动

线控

1917

美国

盐湖城

手控干道协调控制

6

定

/

人工

1922

美国

休斯敦

电子计时干道协调控制

12

定

/

电动

1928

美国

各城市

步进式定时干道协调控制

多个

变

/

电动

面控

1952

美国

丹佛

模拟计算机交通信号控制系统

多个（网）

变

气压式

计算机

1963

加拿大

多伦多

数字计算机集中协调感应控制信号系统

多个（网）

变

电磁式

计算机

1968

英国

各城市

TRANSYT系统

路网

变

计算机

70年代末

澳大利亚

悉尼

SCAT系统

路网

变

电磁式

计算机

1980

英国

各城市

SCOOT系统

路网

电磁式

计算机

我国在交通信号控制系统研究方面工作起步较晚，解放前后很长一段时间，只有少数几座发城市有为数不多的单点定周期控制的交叉口。

直到20世纪70年代，有关单位才开始这方面的研究，陆续开始进行了感应式、定周期信号控制。

但是，由于我国的开发能力相对落后，机动车、非机动车混行等因素，导致引进的系统多数只能执行单点多时段控制，很少能够进行干线协调控制。

而检测设备损坏和系统维护工作的滞后，也在一定程度上影响了控制效果。

今年来，为了解决日益突出的城市交通问题，我国出现了一批专业从事交通控制系统研究开发的公司。

他们通过自行研究，或与清华大学、吉林大学、同济大学等高等院校合作，相继研究开发了一些具有自主知识产权的城市交通控制系统，这些产品正逐步在各个城市得到使用。

1.3交通控制系统的发展趋势

城市道路网络上的交通容量依然不断增加着，这表明车辆对道路容量的需求仍然很高，短时期内还不能得到彻底改变。

自从开始使用计算机控制系统以后，不论是在硬件设施取得了什么样的实际进展，交通控制领域的控制逻辑方面始终没有取得重大的成就。

对于减轻交通拥挤机器副作用——特别是对于较大的交通网络而言，仍然缺乏一种真正能够起到作用的交通影响控制策略。

计算机硬件能力与控制软件能力不相符，由此造成的影响是很多交通控制策略不能实现的。

在少数的几个例子中，一些新的控制策略确实能够得以实现，但是它们却不能对早期的控制策略进行改进。

因为缺乏能够提高交通状况，特别是缺乏阻塞网络交通状况实时控制策略，所以说，真正成熟的控制策略仍然是不存在的。

另一方面，对于交通内部工作机理的理解和研究仍然没有很大的突破。

因此，我们没有理由在缺乏更深入的研究的情况下，期待获取更有效果的解决方案。

最后应该指出的是，有效的交通控制策略的建立仍然要依赖于交通动力学的建模。

车流不应该被单纯的看作是哟中普通的物理现象，而是应该将其视作是包括各路段使用者行为相互作用的复杂系统。

未来的交通信号控制仍然将是以点、线、面控制共存的模式存在。

对于中小城市，将更多的仍然是以点、线控制相结合的控制方式存在。

而对于大城市，将更多的采用网络控制的控制方式。

1.3.1交通信号控制的研究方向

具体发展方向可分为一下四点：

（1）城市交通智能化控制集成系统的提出

按照控制思想来划分，城市交通控制系统可以分为被动式控制和主动式控制两种。

目前已有的城市交通控制系统基本上都是属于被动式控制，无论是从集合特性划分的点、线、面控制，还是按照控制原理划分的定时控制、感应式控制和自适应控制，其控制思想都是以在道路上的交通（人和车辆）为主体，通过事先进行人工调查或者进行实时的自动检测的方法，了解道路交通流的变化规律和实时状态，并在此基础上选取适当的控制方案和控制参数，或者联机生成控制方案和控制参数，而实质上，交通信号的设置是依据交通需求的变化而采取动态设置的，也就是说，交通信号是被动式的控制交通流的变化。

从系统设计的根本出发点看来，适应式城市交通控制系统更多的是考虑如何适应交通流的变化方向，体现更多的是被动控制的思想；而主动式智能控制体系体现的却是从系统的主动思维，希望采取几级的主动控制策略来是想控制或者减少不必要的事件和现象发生。

城市交通智能化控制集中系统是以城市交通控制为核心，将诱导系统和预警系统集合而成，从而更好的实现城市交通智能化管理控制的目标。

这个系统主要实现的功能，包括及早发现交通事件以及可能由其客观原因将要发生交通拥堵的路段，并同时与诱导系统和控制系统相结合，提高交通疏导的效率，降低由于交通不畅带来的各种损失。

（2）开放式交通信号控制系统的产生

在传统的城市交通控制领域，交通信号控制通信的封闭性严重阻碍了交通控制系统开放式的实施，也使得城市交通管理部门无法通过竞争机制购置交通信号控制机。

城市交通控制系统对通信宽带的要求其实很低，通信系统的费用在整个系统中所占的比例也应该较低，但是，实际上，大量投资都用在了电缆铺设和通信线路租用费上了。

（3）城市高架与平面交通控制系统的一体化

城市高架道路已经成为解决城市交通问题的一个重要手段和途径，这对于改善城市交通状况的作用已经得到普遍认同。

对于高速干道，在周期性转换交通信号上没有必要关系，因而目前，我国高架道路信号控制的主要工作是车流状况检测和诱导。

平面交通则将交通信号变化作为主要手段，使得某一区域的交通控制做到自适应协调控制。

从表面看来，平面与高架自成系统，相互独立，在信号控制上没有必然直接联系，但是实际上，高架道路一般位于交通繁忙路段上，交通流间的相互制约性很强，特别是对于匝道的影响，直接关系到整个路段的畅通。

尤其是下匝道对相邻路口的影响，更需要交通信号控制系统的辅助，根据各方向的具体交通流进行分流和控制。

（4）基于轨道交通优先的城市交通控制系统

轨道交通优先的交通信号控制系统的设计原则，是为了改善道路通行秩序，提高轨道交通的行驶速度，减少区间内停车次数，提高旅客舒适度。

在保证平面交叉的轨道交通的运行效率不低于高架、地下的或者完全封闭式的轨道交通的运行效率，需要采用基于轨道交通优先的城市交通控制策略，实现优先控制方案，通过合理设计影响轻轨运行的各种参数，例如信号灯红、绿灯开放时间、路口渠化方案、车辆折返点和车站设置点、各站点停车时间、车辆运输间隔时间设定等。

并且对高峰时段，需要实施特殊“绿波”控制，结合路口渠化和车站设计，进一步缩短轨道交通的运行时间，提高轨道交通的运行速度和效率。

目前这种控制模式已经在大连市得到实施。

1.3.2交通信号控制相关系统的研究介绍

交通信号控制不能单独解决城市交通拥挤问题，即使交通信号控制采用绿波方法进行影响交通流分布时，交通管理的失控及其对环境的破坏仍然让人无法接受。

因此，在实践中，我们不断寻求新的方法，与之配合使用。

以下的几种系统与交通信号控制系统配合使用可以获得重大的效益。

（1）自动收费系统

影响出行者出行行为的方法之一是定点、定时在道路使用上进行收费（其中包括停车场收费）。

自动收费系统与交通网络控制系统相连接，在原理上可以获得更高的交通效率和更低的环境影响的改变。

通过收费，出行者会选择旅程的最短行程时间和最低花费的方案，交通拥挤程度和旅行时间的最新信息，这些信息又可用来确定出行者选择路径时所需花费的代价。

（2）动态路径引导

提高交通效率的另一种途径是为出行者提供更多的道路交通状况信息。

动态路径引导系统随时将道路情况向外界传播出去。

每一个交叉口安装控制器监视交叉口及邻近路段的路段行车状态，通过相邻交叉口控制器之间交换信息，将路网中拥挤、交通事故等消息散布出去，引导出行者调整到推荐相对最优路径上。

（3）公交运输的优先权

交通信号控制下的公共交通车辆优先控制是公共交通科学管理的重要手段之一。

在一些西方发达国家，十分重视在信号控制的交叉口给予公交车辆优先权。

这是因为公共交通车辆运输量大，平均载客量大，相对平均给每个乘车人所占用的道路面积小。

大力发挥公共交通运输的特点，提高公共车辆的运行效率，降低公交车辆在交叉口的延误，增加公共交通的使用率，有利于缓解交通拥挤的紧张局势。

1.4城市交通信号控制的研究意义

交通是城市经济活动的命脉，对提高人民生活水平、加快发展城市经济有着十分重要的作用。

20世纪以来，随着汽车工业的迅速发展，汽车已成为人们日常出行的重要工具。

汽车工业给人们带来各种便利的同时，也带来了一些令人困扰的问题，如环境污染、交通拥挤、交通事故频发，给人们的生命财产带来了很大的安全隐患。

城市交通问题是阻碍城市发展、制约城市经济建设的重要因素，人们对交通有效控制的意识越来越强烈。

我国在1988年颁布了“中华人民共和国道路交通管理条例”，其主要内容是对人、车、路、环境四者的管理规则。

它以法律的形式维护基本交通秩序，保障了交通安全、舒适与畅通。

第2章城市交通信号控制的基本理论

世界各国交通管理的经验表示，道路交叉口交通管理的最有效的方式之一就是交通信号控制。

因此，交通信号控制成为道路交叉口最普遍的交通管理方式。

城市交通信号控制主要指城市各个交叉口的交通信号灯控制，通过控制交叉口信号灯灯色、灯时变化，实现合理指挥交通流通行和停止，达到疏散交通流，减少交通拥堵，保证城市道路的畅通，尽可能避免交通事故的发生，减少环境污染。

本章首先介绍信号灯的概念和灯色控制方案。

随后介绍城市交通信号控制系统的一些基本概念，其中包括信号相位、信号周期、绿信比、相位差等。

2.1信号灯的含义及灯序安排

2.1.1信号灯的含义

交通信号灯及其控制技术随着社会的发展而发展着。

交通信号灯灯色早期只有红、绿两种，绿灯亮表示可以通行，红灯亮表示禁止通行。

在交叉口上，通过人工控制，对先来车的道路亮绿灯，指挥来车通过，同时给相交的道路亮红灯，指挥该路上来车暂停，等待绿灯启亮再通行，以维持相冲突车辆先后通过交叉口的秩序。

后来，随着车辆的不断增多，驾驶员为减少出行时间开始争道，于是出现了红、黄、绿三色灯色，绿灯亮表示可以通行，红灯亮表示禁止通行，黄灯色对驾驶员起到预警作用，黄灯亮表示红灯即将亮，车辆应该停止前进。

随着交通事业的不断发展，在交叉口各个方向的车-车冲突、人-车冲突问题越来越严重，于是要求在时间上将车流、人流严格分离。

为适应这种发展要求，信号配时技术的研究也不断进步着，相继出现各种时间分离方法。

同时，电子技术的发展也为设计适合需求的交通信号控制机和车辆检测器提供了有利条件。

机械控制器、电机控制器、电子控制和计算机控制系统相继出现。

相应产生了符合多种时间分离方法的、多样化的现代化信号灯。

除了红、黄、绿三种灯色的信号灯，现在还出现了可以标示方向的箭头灯、闪烁灯和倒计时指示灯等。

随着信号灯种类的不断发展，各国使用信号灯的方法差异也越来越大，赋予给信号灯的含义也各不相同，使国际间交通往来发生很多混乱。

在各方呼吁下，1968年，联合国总和各国对交通信号灯含义的规定，曾讨论颁布过《道路交通标志和交通信号协议》，对各种交通信号的定义，做了一个基本的统一规定。

1974年，欧洲各国交