交通工程课程设计

华中科技大学土木工程与力学学院交通工程学课程设计专业：交通工程班级：1002学号：U201014991姓名：左康指导教师：高健智日期：2013年3月5日1一、资料整理根据表2007年路口机动车高峰小时流量，计算各路口机动车流量流向比。根据《城市道路设计规范》与《城市道路交通规划设计规范》及相关通知，车辆转换系数如下表：图表1车辆换算系数由上表计算该路口机动车的流量流向，如下表：图表2换算后的路口机动车流量流向（单位：辆/小时）对机动车增长的拟合计算根据已知资料，初步整理整理出所需数据。即可据所得数据绘制出机动车增长曲线。图表3机动车增长车型小汽车出租车大客车中巴小货车摩托车自行车系数1.01.01.51.51.01.00.2进口道方向右转直行左转总计东进口331.6700970.42002西进口305.2817.6114.41237.2南进口1209.6442641715.6北进口230426.6144.8801.4交通工程学课程设计2用线形拟合PHV的时间分布曲线可得到公式xy036.05.2407二、通行能力计算1.机动车通行能力该路口为十字形交叉口，其设计通行能力等于各进口道设计通行能力之和。而进口道设计通行能力等于各车道设计通行能力之和。分析路口现状图，各车道在交叉口处均为双向四车道，可认为各进口道均有一条直左、直右车道，且直左车道中左转车流比例取50%。由《城市道路设计规范》中确定的停车线法，一条直行车道的设计通行能力为：13600[()/1]/ssgiscNtttt式中：ct——信号周期(s)；gt——信号周期内绿灯时间(s)；1t——排队后第一辆车启动并通过停车线的时间(s)；ist——直行或右转车辆通过停车线的平均时间间隔(s)；s——直行车道通行能力折减系数。根据给定的信号周期及绿灯时间，东西向进口道通行能力相同，南北向进口道通行能力相同。1）东西向进口道直右车道：其通行能力srewsNN。由ct=110s,gt=60s,=2.3s,1t=3.26s,s=0.8。代入公式得交通工程学课程设计3485.98/srewsNNpcuh直左车道：其通行能力按公式'(1/2)slewslNN计算。其中，'0.5l。故slewN=367.19pcu/h。2）南北向进口道直右车道：南北向直右车道的绿灯时间为44s，其余和东西向相同。故代入公式得：361.08/srsnsNNpcuh直左车道：代入公式计算得'(1/2)270.81/slsnslNNpcuh。3）对面方向左转车辆的折减根据《城市道路设计规范》，在一个信号周期内，对面到达的左转车超过3~4pcu时，应折减本面各种直行车道（包括直行、直左、直右及直左右等车道）的设计通行能力。东西面进口道：本面进口道左转车的设计通过量183.595leNpcu/h。未折减本面各种直行车道设计通行能力的对面左转车数为：'43600/110131/leNpcuh因'leleNN,故采用公式''()eesleleNNnNN计算折减后的进口道通行能力。式中，本面各种直行车道数2sn，进口道的设计通行能力856.77/eNpcuh。故计算得折减后的进口道通行能力''751.58/eeewNNpcuh。南北面进口道：交通工程学课程设计4同理，对于南北向进口道'43600/110131/135.405/leleNpcuhNpcuh南北面进口道折减后的通行能力''713.36/esenNNpcuh。故该交叉口折减后的通行能力:''''2749.32/veeewesenNNNNNpcuh2.非机动车通行能力经初步验算，该交叉口不同进口道自行车交通不尽相同，西进口自行车量较大，而南进口相对较小。由道路现状图可以看出，该交叉口四个方向的进口道均为双向四车道，两侧为非机动车道，且之间有隔离设施。故根据《规范》，其推荐值为800~1000veh/(h·m)。本文取900/()bNvehhm。该交叉口的非机动车通行能力43600/()uvbNNvehhm三、流量预测及饱和率的确定1.流量预测模型1）机动车流量预测模型将高峰小时流量导入MATLAB进行拟合，发现其随时间呈线性增加趋势，拟合结果如下图所示：图表四高峰小时流量拟合交通工程学课程设计5因此，本文对总量的预测采用时间序列法中的二次指数平滑法。二次指数平滑是对一次指数平滑的修正，即再作二次指数平滑，利用滞后偏差的规律建立直线趋势模型。计算公式为：(1)(1)(1)(2)(2)(1)(1)(1)ttttttSySSSS式中，是一次指数的平滑值，是二次指数的平滑值。当时间序列{}从某时期开始具有直线趋势时，类似趋势移动平移法，可以用直线趋势模型进行预测：^(1)(2)(1)(2),1,2,2()1tttTttttttyabTTaSSbSS取=0.2，初始值取为，用MATLAB计算一次和二次指数的平滑值，以及1995-2007年高峰小时流量的模拟值，如下表所示：图表5PHV模拟值交通工程学课程设计6年份tPHV一次平滑值二次平滑值模拟1994125002500250019952259025272508.125001996327102581.92530.2425541997428002647.332565.372655.71998528902720.132611.82764.421999629802798.092667.682874.92000730402870.662728.582984.392001831302948.462794.543073.642002933103056.932873.263168.3520031035003189.852968.243319.3120041136103315.893072.533506.4420051237303440.133182.813663.5520061338603566.093297.793807.7220071439803690.263415.533949.36计算模拟值与实际值之间的标准差，可得S=39.12由于取值的不同决定模拟结果的接近程度,因此分别取=0.1，0.2，...，0.9进行计算，各次模拟值与实际值之间的标准差列为下表：图表6不同值时实际值与模拟值之间的标准差α0.10.20.30.40.50.60.70.80.9S116.939.1248.4849.7346.8344.0142.6742.9244.4由上表可知，=0.2时计算得到的模拟值与实际值最为符合。因此，由(1)(2)14143960.26,3415.53SS,计算得当t=14时，(1)(2)141414(1)(2)14141423980.1()121.61871aSSbSS于是，我们可以得到t=14时的直线趋势方程，即机动车流量预测模型为：^143980.1121.6187TyT交通工程学课程设计7预测2008年，2009年高峰小时流量为（单位：辆/小时）^^^200815141^^^2009161424101.723980.1121.618714101.724101.723980.1121.618724223.34yyyyyy2）非机动车流量预测非机动车流量的预测采用年增长率的方法建立模型，并取增长率为5%，即：(15%)nnuvNN根据前文非机动车通行能力的计算，初始值取为该交叉口的非机动车通行能力值3600veh/(h·m)。由此预测2008年，2009年的非机动车流量为：2008220093600(15%)3780/()3600(15%)3969/()NvehmhNvehmh2.饱和年的确定在前文的交叉口通行能力的计算中，我们得到该交叉口的机动车通行能力值为2749.32pcu/h。可以认为该值为饱和年的机动车流量。再对照历年机动车高峰小时流量表，即可确定该交叉口在1996年就已经达到饱和。3.机动车流量流向预测因为假设路口机动车流量流向比例不发生变化，根据预测的2008年，2009年，即可得到这两个年份的流量流向分布。计算结果见下表：图表72008年流量流向分布预测值2008年预测进口道方向右转直行左转总计东进口236.289512498.8017442691.48173231426.572988西进口217.4775605582.600437281.51845648881.5964542南进口861.929414314.957672845.60473091222.491818北进口163.8920017303.9840344103.1807037571.0567397总计4101.718交通工程学课程设计8图表82009年流量流向分布预测2009年预测值进口道方向右转直行左转总计东进口243.2956147513.5914666711.98451311468.871594西进口362.3501541599.87483383.93551968907.7362321南进口887.4860543324.29632646.956934091258.739314北进口361.255356312.9973138106.2400634587.988859总计4223.336四、饱和年信号配时1.饱和年流量流向分布预测前文已得出，饱和年为1996年，且假设该路口机动车的流量流向分布比例不变，故可预测饱和年的流量流向分布，结果见下表：图表8饱和年交通流量流向预测饱和年预测（1996）进口道方向右转直行左转总计东进口158.3628783334.3004065463.4358778956.0991626西进口145.7549772390.462874854.63423787590.8520899南进口577.6711025211.086828130.5646086819.3225392北进口109.8415621203.732219269.15242695382.726208327492.饱和年信号配时方案周期长度及红灯、绿灯时间根据交叉口总交通量、两相交道路交通量确定。黄灯时间根据交叉口的大小确定，一般为3~5s。交通工程学课程设计9根据交叉口现状图，比较适宜的配时方案为四相位，如下图：图表9交叉口相位设计前文已预测出饱和年交叉口流量流向分布，但设计资料给出的数据中未包括公交车和货车数量，故只能粗略的计算。1)交叉口等量交通量：首先计算各进口等效交通量，采用以下公式：nLHVVe6.05.0式中eV——等效交通量(pcu/h，直行)；V——交叉口实际交通量(pcu/h)；H——公交车、货车车辆数(pcu/h);L——左转车车辆数(pcu/h);交通工程学课程设计10n——进口道有效车道数。东V=649.36pcu/h,西V=450.26pcu/h东西V=max(东V,西V)=649.36pcu/h南V=234.51pcu/h北V=256.44pcu/h南北V=max(南V,北V)=256.44pcu/h故交叉口等量总交通量为：hVVVe/pcu8.905南北东西2)周期长度计算：周期长度、相位数、等效交通量之间有以下关系：eVPT133313330式中T——周期时间（s）；P——相位数；eV——等效交通量。故计算得周期长度为：T=13330*4/(1333-905.8)=124.8s取周期长度为130s，黄灯时间为4s，则总绿灯时间为：G=T-4*黄灯时间=118s则按照各个相位的等效交通量比例所分配的绿灯时间为：图表10绿灯时间分配相位一（东西直行）二（东西左转）三（南北直行）四（南北左转）绿灯时间（s）5037274交通工程学课程设计11五.分流渠化前文已经计算，每个方向进口道在高峰小时一个信号周期进入交叉口的左转车辆多于4辆，因此每个交叉口均应增设左转车道