（道路与铁道工程专业论文）信号交叉口右转机动车通行能力研究.pdf

摘要 摘要 中国作为一个自行车大国，机非混行现象是我国城市交通的一个重要特点。 随着我国经济的飞速发展，我国城市道路系统的基础设施水平有了很大提高，大 部分城市道路都设置了物理机非隔离带，路段上机非干扰程度已经大幅度的降 低。由于几何构成和车道分配等方面的原因，作为交通流交汇点的交叉口成为了 机非干扰问题的焦点。右转机动车与直行自行车会在信号交叉口处发生冲突，不 但严重影响了信号交叉口的通行能力和运行效率，造成拥堵、秩序混乱，同时也 产生了一系列安全问题，如何解决这些问题是我国城市交通管理部门一直面临的 难题。 本文重点研究的是在直行自行车干扰条件下右转机动车的通行能力。论文结 合北京城市道路系统1 4 个信号交叉口的实地观测数据，定性、定量的分析了自 行车组与右转机动车的交通运行特性，并对右转机动车与自行车的干扰机理、微 观行为和通行能力做了深入研究。本文首先对自行车的交通运行特性进行研究， 借鉴引入自行车组的概念，通过观测数据对自行车组在信号交叉口处的到达规 律、组间间隙分布进行分析，得到了自行车组在信号交叉口处的到达规律和组间 间隙的分布规律。随后，论文通过对右转机动车饱和车头时距数据统计，得出北 京城市道路右转专用车道饱和流率值，同时分析了信号交叉口非机动车道宽度对 右转机动车通行能力的影响，得到了非机动车道宽度对右转机动车通行能力的影 响系数。本文首次对自行车干扰条件下的双右转车道通行能力进行了研究，得出 了双右转车道饱和流率值，对双右转车道机在非干扰条件下的通行能力、运行特 性和机非干扰机理进行了深入研究。论文最后建立了基于车队分析法的右转机动 车穿越直行自行车通行能力模型，该模型可以用来测算直行自行车干扰条件下的 右转专用车道和双右转车道的通行能力值。此外，文中还对北京城市道路系统现 有的非机动车道形式进行了分类，保证了研究的准确性。 关键词信号交叉口；通行能力；机非干扰：右转机动车；双右转车道 北京工业大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t c h i n ai sac o u n t r yw h e r eb i c y c l e sa r ec o m m o n l yu s e d ，w h i c hm e a n sm i x e d t r a f f i cf l o wi sa l li m p o r t a n tc h a r a c t e r i s t i ci nu r b a nt r a v e l w i t ht h ed e v e l o p m e n to f c h i n a se c o n o m y , t h ef a c i l i t yo fu r b a nr o a d w a yh a sg o ti m p r o v e dg m a f l y t h e r ea r e n oc o n f l i c t so nt h el i n ko ft h er o a d w a y sb e t w e e nb i c y c l et r a f f i ca n dv e h i c u l a rt r a f f i c b e c a u s eas i d em e d i a ni su s e dt os e p a r a t et h e s et w of l o w s h o w e v e r , t h e r ea r eh e a v y c o n f l i c t sb e t w e e nb i c y c l et r a f f i ca n dv e h i c u l a rt r a f f i ca ti n t e r s e c t i o n s d u et ot h e l a y o u to fc a r r i a g e w a yf o rv e h i c l e sa n db i c y c l e s ，t h er i g h tt u r nv e h i c l e sw i l lc o n f l i c t 晰t ht h r o u g hb i c y c l e sa ti n t e r s e c t i o n s ，w h i c ha f f e c tt h ec a p a c i t yo fs i g n a l i z e d i n t e r s e c t i o n sa n dm a k es a f e t yi s s u e s h o wt or e s o l v et h e s ep r o b l e m si sab i gc h a l l e n g e f o rt r a f f i cm a n a g e m e n ta d m i n i s t r a t o r s t h ep u r p o s eo ft h i s p a p e ri st os t u d yt h ec a p a c i t yo fr i g h tt u r nv e h i c l e su n d e r m i x e dt r a f f i cc o n d i t i o n sa ts i g n a l i z e di n t e r s e c t i o n s t h ea n a l y s i si sc a r r i e dt h r o u g h u s i n gt h ec o l l e c t e dd a t af r o m1 4s i g n a l i z e di n t e r s e c t i o n si nb e i j i n g t h et r a v e l c h a r a c t e r i s t i c ，c o n f l i c t ，m i c r o c o s m i cb e h a v i o ra n dc a p a c i t yf o rb i c y c l et r a f f i ca n dr i g h t t u r nt r a f f i ca r es t u d i e dq u a l i t a t i v ea n dq u a n t i f i c a t i o n a l w i t hf i e l do b s e r v a t i o n a ld a t a ， t h i sp a p e rs t u d i e st h et r a v e lc h a r a c t e r i s t i co fb i c y c l eg r o u pt r a f f i cf i r s t d i s t r i b u t i o no f a r r i v a lr a t ea n dg a pf o rb i c y c l eg r o u pa r ei n v e s t i g a t e d s a t u r a t e dh e a d w a yd a t aw a s a n a l y z e di no r d e rt og e ts a t u r a t e df l o wr a t ef o rr i g h tt u r nv e h i c l e s t h i sp a p e ra l s o i n v e s t i g a t e sr e v i s i o nt o e m c i e n t so fw i d t ho fb i c y c l el a n e sf o rs a t u r a t e df l o wr a t eo f r i g h tt u r nv e h i c l e s t h i ss t u d yi st h ef i r s te x p l o r a t i o no nt h ec a p a c i t ye s t i m a t i o no f d u a l - r i g h t - t u r nm o v e m e n tu n d e rm i x e dc o n d i t i o n ；c a p a c i t y , t r a v e lc h a r a c t e r i s t i ca n d c o n f l i c ts c e n a r i oa r ea n a l y z e d am o d e lw a sb u i l tu pt oe s t i m a t et h ec a p a c i t yo fr i g h t t u r nm o v e m e ma n dd u a l - r i g h t - t u r nl a n e s i na d d i t i o n ，t h i sp a p e ra l s od i s c u s s e st h e p a t t e r n so fb i k e l a n ei nt h eu r b a na r e ao fb e i ji n g ，a n dc l a s s i f i e s i tb a s e do ni t s c h a r a c t e r i s t i c si nu s e k e y w o r d ss i g n a l i z e di n t e r s e c t i o n s ；c a p a c i t y ；c o n f l i c to fm i x e dt r a j 王i c ；r i g h tt u r n v e h i c l e s ；d u a l - r i g h t - t u r nl a n e s n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导卞进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：咝毯逛日期：幽咀 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 呆留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：蔓鸯趟! ：受导师签名： 第1 章绪论 1 1问题的提出 1 1 1课题来源 第1 章绪论 本论文的支撑课题是2 0 0 8 年北京城市规划设计研究院项目“北京城市道路 信号交叉口通行能力研究”的其中一项研究内容非机动车对右转机动车通行 能力影响研究。该课题的最终目标是从规划设计的角度提出北京城市道路信号交 叉口通行能力分析方法和步骤、信号交叉口服务水平分级指标、信号交叉口通行 能力相关技术参数的使用，为城市规划部门进行道路信号交叉口的交通规划、交 通信号控制与管理、设计以及工程可行性研究提供理论依据。在此基础上，编制 适合北京市道路交通特点的通行能力指南和手册。同时为规划部门进行公路和城 市道路的交通规划、交通控制与管理、设计以及工程可行性研究提供理论依据。 本论文主要完成其中非机动车对右转机动车通行能力影响的研究。 1 1 2 研究背景 交通拥堵是目前世界上大多数大城市普遍面临的问题，我国尤其严重。随着 我国城市化进程的加快，交通增长与既有道路状况之间的矛盾日益严重，基础设 旌薄弱，城市道路尤其是平面交叉口堵塞十分严重，极大地影响到我国城市经济 的发展和人民的生活水平。以北京市为例，仅道路交通拥堵每年造成的经济损失 高达6 0 亿元人民币n 1 。交通堵塞、环境污染、能源消耗和交通事故频发等问题， 不仅威胁着人们的日常生活，并且影响着城市社会经济的可持续发展。交通拥堵 已经成为了阻碍了我国城市社会、经济与环境的健康发展的一个重大问题。 我国城市道路交通的主要特征是大量机动车、非机动车与行人构成的混合交 通流，混合交通是指各种交通工具或者各种交通工具与行人共用同一幅道路的交 通现象，通常分为不同类机动车的混合交通、机动车和非机动车的混合交通以及 机动车、非机动车与行人的混合交通三种情况口引。在针对公路的研究中，混合 交通主要指的是不同种类机动车的混合交通，如大型车、中型车与小型车的混合 运行。而对于城市道路交通系统，所说的混合交通通常是机动车和非机动车或机 动车、非机动车与行人的混合运行情况h 3 ，其中机动车与非机动车的混合交通是 现阶段我国城市交通的主要特征。在我国，非机动车包括自行车、平板三轮车以 北京工业大学工学硕士学位论文 及兽力车等，其中自行车占总数的9 5 以上。因此，机动车与白行车之问的冲突 是我国城市交通运行中冲突的主要矛盾。 目前我国自行车保有量超过5 2 亿辆，约占全球自行车总量的三分之一。2 0 世纪7 0 至9 0 年代我国自行车拥有量增长率约为1 0 h 2 0 ，是增长最快的阶 段。进入2 0 世纪9 0 年代以来增长速度已趋平缓，城市自行车拥有量已近饱和， 适合骑车的居民几乎人均一辆。自行车出行在我国城市居民出行方式中占有较大 比例。据有关资料统计”，在全国2 0 0 万人口以上的大城市中，自行车出行量占 城市总出行量的3 6 ：1 0 0 万2 0 0 万人口的城市中自行车出行量占总出行量的 4 0 左右；不足1 0 0 万人的城市中，自行车出行量占总置的4 0 7 5 。 随着我国经济的持续高速增长，虽然对于城市公共交通的建设和发展采取了 一系列的扶持政策，但是由于重视不够和财力不足等原因，城市公共交通一直滞 后于社会经济和居民生活的需要，目前，我国城市公共交通普遍存在着公交线路 覆盖率低、站点密度低、换乘困难等不足之处，在居民经济水平较低而且公共交 通发展不完善的前提下，使得居民放弃自行车出行是一件不现实的事情。 自行车是我国城市居民短途出行的首选交通工具，如成都、太原、西安、杭 州等城市居民骑自行车出行的比例均在5 0 以上”1 。北京市区面积约为7 3 5 平方 公里，市区人口达到6 8 0 万。据北京市交通委员会2 0 0 6 年针对北京市民出行方 式的调查显示( 见图1 - 1 ) ，自行车承担着北京居民出行总量的3 0 3 ，虽然比 2 0 0 0 年3 8 5 的比例有所下降，但可以看出自行车在居民日常出行中依然占有重 要地位。 其他， 小汽车，2 9 8 ， 下一，”。* f n 公麸变通 圈i 1 北京市2 0 0 6 年各种交通出行方式分担比倒圈 f i g u r e l 1m o d a ls p l i t o f t r a v e l 吨f o rc o r m n u t e r s i n b e i j i n g ( 2 0 0 6 ) 相关研究表明，未来北京各种交通方式在客运交通中所应达到的比例目标大 小顺序是：公共交通、自行车、小汽车、步行。未来北京市整体上公共交通出行 比较合理的比例应在6 0 - - 7 0 2 e 右，自行车出行在2 0 七o 左右。根据国外国际 性太都市综合情况及对北京市部分政府专家的问询调查，北京市较合理的公共交 第1 章绪论 通出行模式远期应为：市中心6 0 8 0 ( 二环以内) 、市区4 0 6 0 ( 二环四环 和某些卫星城中心区、都市区) 。进入2 1 世纪以来，人们越来越关注城市环境的 改造。机动车尾气排放是大气污染的主要来源之一，同时机动车噪声也是不容忽 视的污染。自行车以它特有的人力驱动、无废气排放、噪声小的环保优势，成为 世人所青睐的环保型交通工具。 因此，在未来一段时间内，机动车与自行车组成的混合交通流仍将是我国城 市交通的显著特点。由于自行车和机动车同时行驶于城市道路中，共同利用着道 路资源，不可避免的造成了它们之间的相互干扰，故在研究任何与机动车相关的 课题时，自行车对机动车的影响是较为重要的考虑因素，需要引起研究人员的重 视。机非混行一方面增加了交通事故隐患，另一方面又降低了城市道路路段和交 叉口的通行能力。 城市道路交叉口内由于车流的转向而引起车流之间的冲突、交汇、交织、分 流等车流运行行为，使交叉口的交通特性比较复杂，这就使得交叉口成为城市交 通畅行与否的关键节点。交叉口内机动车、非机动车以及行人交通的干扰问题不 但增加了交通事故隐患，更是造成路口各种交通方式通行速度降低的主要因素， 而交叉口堵塞也直接造成整个路网通行能力下降。平面交叉口，由机动车、自行 车、行人等不同交通方式组成的混合交通，由于各自的驾驶行为、运行速度等基 本特征的不同，造成了平面交叉路口的干扰与冲突增多。机动车和自行车对通行 时空资源的争夺，不可避免的造成了它们在平面交叉口的相互干扰。如何科学的 规划混合交通流系统，提高平面交叉路口的通行能力，改善路口行车秩序，减少 干扰，目前尚无一套全面完善的理论能够解决这些问题。 本论文主要研究信号交叉口右转机动车的通行能力，特别是处于机非混行状 态的右转机动车穿越直行自行车时，右转专用道的通行能力。研究人员和相关交 通管理工作人员从模型参数中找到实际道路上的问题所在，解决问题，提高道路 通行能力，减少机动车行驶延误，大大改善道路运行效率。 目前北京的城市道路大都设有完善的机非隔离带，路段上的机非干扰并不严 重，混合交通流只有在交叉口才会出现交汇。在信号交叉口绿灯相位期间，右转 机动车与直行自行车存在着严重的冲突( 见图1 2 ) 。北京市实施中华人民共和 国道路交通安全法办法( 以下简称办法) 第四十四条规定：机动车进出或 者穿越道路的，应当让在道路上正常行驶的车辆、行人先行。本文所研究的交叉 口为信号交叉口，直行自行车需要等待该方向绿灯开启的时候才允许( 进入) 通 过交叉口，然而右转机动车任何时候均不受信号控制，可以随时右转。根据办 法规定，当某方向绿灯开启后，由于右转机动车需要穿越道路( 自行车道延长 道) 实现右转，应当让本方向自行车道( 延长道) 上正常行驶的自行车先行。但 从实际观察中发现，很多机动车驾驶员并没有严格遵守减速让行的规定，机动车 与自行车凭借经验和感觉行驶，这样不仅造成了交叉口秩序的混乱、交叉口道路 ：! 耋王晋銮：三：圭耋譬兰耋 通行能力的下降和右转车的行车延误，同时也形成了交通事故隐患。 图卜2 信号交叉口右转机动车与自行车冲突现场拍摄照片a f i g u r e l 2 p h o t o w o f c o n f l i c t b e t w e e nr i g h t - r u m v e h i c l e sa n d b i c y c l e s ms i g n d l z e d i n t e r s e c t i o n s 图卜3 信号交叉口右转机动车与自行车冲突现场拍摄照片b f i g u r e l - 3p h o t o bo f c o n f l i c t b m e e nz i g h t - t u m v e h i c l e sa n d b i c y c l e s a ts l g n a i i z e d i n l c r s c c f i o n s 第1 章绪论 1 2 研究目标及研究意义 1 2 1研究目标 本论文的研究目标是探讨信号交叉口右转机动车通行能力，重点研究机非混 合状态下右转专用道的通行能力。论文首先对北京城市道路现有的非机动车道形 式进行分类；通过大量的实地调查观测数据对自行车交通流的运行特性进行分析 研究，建立自行车流运行特征参数模型：通过对右转机动车交通流的分析研究， 得到右转机动车流饱和车头时距，进而得出北京城市道路右转机动车道的饱和流 率和理想通行能力；完善右转机动车通行能力模型研究，并针对非机动车道宽度 对右转机动车通行能力的影响进行量化研究，确定非机动车道宽度对右转机动车 通行能力的修正系数；对双右转车道的通行能力进行深入研究，弥补交通工程研 究领域在相关研究方向的空白。 论文研究所用数据均来自北京市城市道路典型交叉口的实地调查，并进行了 相应的筛选和检验。本文最终希望能为城市规划部门进行道路信号交叉口的交通 规划、交通信号控制与管理、设计以及工程可行性研究提供理论依据。在此基础 上，编制适合北京市道路交通特点的通行能力指南和手册。 1 2 2 研究意义 目前，交通工程领域对机非混合交通流特性研究成果较多，但大都不够深入， 而在机非干扰条件下的右转机动车通行能力研究更是鲜有人问津。我国具有研究 混合交通的最佳试验环境和最佳应用环境，本文通过研究直行自行车对右转机动 车通行能力的影响的大小，从中发现实际存在的问题以及提高通行能力的方法， 进而建议采取一系列措施，如渠化交通、调整信号相位和配时、加强对非机动车 管理等，可以减少直行自行车和右转机动车之间的冲突。这样不仅可以提高城市 交叉口的通行能力，减少车辆的延误，同时还可以有效地减少自行车和右转机动 车之间发生的交通事故，而且对于解决我国城市交通拥挤和提高交通管理效率也 具有重要的现实意义。 1 3国内外研究现状 目前，国内外对机非混合交通流特性都做过一些研究，对行人、自行车交通 流的研究也己经开展，并取得了一些研究成果。国外对混合交通的研究集中在车 辆冲突与交通安全领域，且重点是机动车在混合交通中的行为。而国内关于混合 5 北京工业大学工学硕士学位论文 交通流的研究，多集中在宏观模型方面，对于非机动车、行人的行为以及它们同 机动车流的相互干扰很少涉及。混合交通中的冲突理论和自行车交通流特性的研 究一直是交通工程领域研究的薄弱环节，相关研究成果仍不能满足城市交通管理 对相关理论的需求。因此，研究平面交叉口机动车与非机动车之间的相互干扰和 冲突现象具有理论与实践两方面的意义。 1 3 1国外研究现状 在发达国家，由于交通流以机动车为主，自行车所占比重不大，但随着近年 来人们对交通环境问题的重视，自行车作为一种健康的运输方式，其利用率有所 上升，关于非机动车的研究也受到越来越多的重视。 s m i t h 和o p i e l a 在不同的环境下测定了自行车的行驶速度分布哺1 ；b o t m a 和p a p e n d r e c h t 建立了自行车排队长度与平均速度的关系嘲；r i c e 和r o l a n d 根据 大量试验数据测定了自行车的制动距离和车速、制动片类型、骑车人体重等的关 系n 引；p e i n 测定了不同环境下自行车的加减速度分布和转弯半径等参数n 小心1 。 v i r k l e r 在美国、澳大利亚通过大量实测数据得出自行车平均超车时间是3 3 秒的结论n 引。2 0 0 1 年，k h a n 和r a k s u a t o m 基于美国丹拂尔市的一条3 3 3 m 宽的 自行车专用道路，研究了自行车的超车特性，并指出：在超车过程中两辆自行车 的车速不是稳定的，但两辆自行车的速度差是基本上保持不变的，同时统计并给 出了超车过程中的所需超车距离、超车时间、超车过程中的速度以及超车时的横 向间距大小等基本参数n 劓。 a l i e n n 司等人通过对美国一些城市自行车的调查，分析了自行车对信号交叉 口通行能力的影响，论文提出用自行车通行利用率对能力进行计算。研究结论表 明：考虑自行车流量后，机动车饱和流率( s a t u r a t i o nf l o wr a t e ) 明显低于美国公 路通行能力手册( h c m ) 建议的水平；加拿大有信号交叉口能力指导手册中也 提出了计算饱和流率时的调整系数。 j a m e s a b o r m e s o n n 司研究了平面信号交叉口右转弯机动车延误时间的大小， 分析了影响机动车右转弯的各种因素，建立了机动车右转弯延误时间的预测模 型，但文中并没有考虑到自行车的影响。 美国通行能力手册h c m 对信号交叉口右转机动车通行能力进行了修正，但 是自行车对右转机动车通行能力的影响仅作为众多影响因素的一种，且并没有详 细说明自行车是如何对右转机动车产生影响。根据不同的车道类型和不同的信号 相位，通行能力手册给出了不同情况下自行车对右转机动车修正系数： 6 第1 章绪论 表1 1 受自行车干扰影响的右转机动车饱和流率修正系数1 7 1 t a b l e l 一1m o d i f i e dc o e f f i c i e n to f s a t u r a t ef l o wr a t eo f f i g h t - t u r nv e h i c l eu n d e rt h ei n f l u e n c e 自行车干扰修正系数气无自行车干扰修正系数 右转专用车道，专用右转相位 1 00 8 5 右转专用车道，右转许可相位 1 0 0 f b 0 8 5 右转专用车道， 专用右转相位+ 右转许可相位 1 0 - ( 1 0 一p l r t a ) 0 f b 0 8 5 直右混行车道，专用右转相位 1 o 1 0 0 1 5p r t 直右混行车道，许可右转相位 1 0 一p r to r b 1 0 0 1 5p h 直右混行车道， 专用右转相位+ 右转许可相位 1 0 一p l r t ( 1 0 一p l r t a ) 0 r b 1 0 0 1 5p 蠢 o r b 自行车对冲突区的时间占有率 ，p k r a 专用相位加许可相位中专用信号相位右转机动车所占比例 ：p l r t 直右混行车道中右转机动车比例 考虑了机非冲突的影响后，计算右转机动车饱和流率时先用f r 确定无自行车 干扰情况下右转机动车的饱和流率s ，再利用气修正直行自行车的影响，从而 确定自行车干扰情况下右转机动车饱和流率s 由。 式( 1 1 ) 中： s 啼= s r f 巾 s ，= s o ， e 无自行车干扰修正系数 气自行车干扰修正系数 s ，无自行车干扰情况下右转机动车饱和流率( 辆小时) s 。基本车道饱和流率( m d , 时) s 击自行车干扰情况下右转机动车饱和流率( m d , 时) ( 1 1 ) ( 1 - 2 ) 另据美国道路通行能力手册所载，当毗邻的自行车车道中有自行车行驶时， 交叉口的机动车进口车速大约降低4 k m h 。机非混行使车速下降，城市道路的通 行能力降低，造成交通拥挤更加严重，交通事故更加频繁。路边车道宽度在4 2 7 m 以上的道路自行车对交通流不致发生任何影响。在自行车流量小于5 0 v e h h 的道 路上，除非车道很窄( 3 3 m ) ，也可以忽略自行车的影响。而对中国绝大多数 城市道路来说，这两点都不符。城市道路车道宽一般都在3 5 0 - 3 7 5 m 之间，而 7 北京工业大学工学硕士学位论文 自行车流量也远高于5 0 v e h h 。 但是，上述这些研究的前提条件是符合国外自行车流量的总体水平较低，非 机动车与行人对机动车整体能力构成的影响较小等特点，适合于人口密度较低、 自行车流量较少的市郊或乡村地区，不适合目前中国城市道路高非机动车交通量 的现状。 1 3 2国内研究现状 我国大多数街道上有专门的自行车行驶车道，条件较好的地区还都实现了机 非物理隔离。而西方多数国家道路上自行车车道较窄，甚至没有专门的行驶车道， 更没有机非隔离带。国内外专家均已认识到：在自行车流量较大条件下，现行研 究方法严重地高估了道路平面交叉口的通行能力n 引。 国内对信号控制平交路口混合交通中机非干扰特性的研究，主要有三种方法： 第一种是根据调查的数据，对平交路口中机非干扰进行了定性、定量分析n 训啪1 ，这些成果使人们对混合交通干扰特性有了初步的认识，但却由于各种条件的 限制，调查的数据缺乏普遍性，研究成果的应用范围较窄；第二种是运用交通流 理论，建立系列数学解析模型，求出机非干扰系数口2 2 3 2 4 1 ，这些成果主要从宏 观上描述机非干扰程度，缺乏干扰机理的探讨，建立的模型没有考虑混合交通组 成结构、路口几何特征等影响因素；第三种是运用仿真方法，利用交叉口的道 路面积或者是绿灯时间作为可变项，从宏观层面上模拟混合交通流的干扰，也有 提出通过微观行为模型，建立模拟系统来研究机非干扰问题。但由于所采用的仿 真软件、模型大都是国外已有研究成果，能否用来分析中国特有的机非混合交通 特性还有待商榷。 我国的交通学者在借鉴国外研究成果的基础上结合我国的交通特征，对混合 交通条件下交叉口的交通拥堵问题进行了大量研究，并取得了许多有价值的成 果。北京工业大学的关宏志运用交通波理论和交通动力学理论建立了基本路段机 非混合交通流模型用于分析路段上自行车对机动车的干扰旺叼昭7 1 ；罗晓辉通过分 析自行车在路段和交叉口的行驶特点提出了治理混合交通的一些原则汹1 ；景天然 研究了设置机非隔离设施的效果啪1 ：杨晓光对混合交通信号相位切换进行了评 价，给出了相位变化的确定方法与数学模型啪1 ；孙湘海对信号交叉口自行车通行 能力进行了研究，提出了一些改善混合交通条件下交叉口通行秩序的措施；刘 红提出了一些提高混合交通条件下交叉口通行能力的措施口引。 孙智勇、荣建等选择信号交叉口人行横道处的行人流作为研究对象，利用 l o g i s t i c 模型来描述行人通过机动车流时选择可接受间隙的行为1 ；黄玲以临 界间隙理论建立信号交叉口自行车在穿越机动车流时，骑车者间隙接受行为的概 3 第l 罩绪论 率模型n 9 1 。 吉林大学的景春光在博士论文中对平面交叉口机非冲突机理及其应用进行 了研究m 1 ，他的论文是对我国部分城市信号交叉口机非冲突调查的基础上，研究 了交叉口机非冲突机理和解决方案，其中，他重点研究了自行车对右转机动车通 行能力产生的影响。 吉林大学交通学院的王国华在硕士论文中也对信号控制交叉口混合交通流 特性进行了研究啪1 ，他通过观察发现右转机动车与本向直行自行车之间冲突的影 响因素有很多，自行车流率、两者间相对距离( 距离大时相互干扰小，距离小时 相互干扰大) 、驾驶员性格、自行车车道宽度( 车道宽度越大自行车对机动车影 响越大) 等都是冲突的影响因素。最终得到的结论是当自行车流率小于o 5 辆 秒时右转机动车延误、干扰机动车的自行车数、自行车总延误( 自行车数与平均 每辆自行车被延误时间的乘积) 趋于一个较小的稳定值，当自行车流率大于0 5 辆秒时，右转机动车延误、干扰机动车的自行车数、自行车总延误均随自行车 流率增长皇二次函数增长。 同时，同济大学的张扬、林瑜等人研究了右转专用车道的右转机动车的运行 状态，他们发现右转机动车与顺时针方向相邻进口方向的直行车辆和对向的左 转车辆存在交织和冲突，也与非机动车和行人存在交织和冲突，其中右转机动车 与非机动车的交织和冲入包括与顺时针相邻进口方向的直行非机动车的交织和 冲突以及与对向左转非机动车的交织和冲突。同时，该篇文章也探讨了一系列缓 解冲突的方法，比如可以通过对右转机动车进行信号控制、渠化交通等措施，或 者是利用提前右转等方法减少交叉口内右转机动车和其他车辆的冲突。 北京交通大学黄迪等人对平交口右转机动车穿越直行自行车的行为作了研 究口7 1 。该研究通过摄像法采集平交路口右转机动车与直行自行车的运行数据，对 调查路口右转机动车在有无自行车干扰情况下的通行情况比较，发现由于自行车 的干扰，右转机动车通过干扰区时的平均速度下降了5 9 5 k m h ，通行时间增加了 2 6 5 s 。该研究认为影响机动车穿越行为决策的因素包括：机动车穿越前是否停 车，机动车穿越前自身的速度，机动车进入干扰区时干扰区内自行车的数量，自 行车提供机动车穿越的伺隙，后辆自行车的速度等。 吉林大学王殿海等人在对机动车道通行能力的思考的前提下，对自行车换算 系数作了相关研究引。以往研究认为自行车相对于标准小汽车的换算系数为o 2 ， 该研究认为这个数值用在城市道路路段上已经不够准确。该研究提出了车道有效 宽度的概念，建立了自行车相对于机动车的换算系数模型，并结合模型，利用石 家庄交通调查实测数据，分别得到城市道路路段有、无机非物理隔离设施两种情 况下的自行车换算系数，认为城市道路无机非物理隔离设施路段自行车相对于标 准小汽车的换算系数为o 2 2 ，有机非物理隔离设施的路段自行车相对于标准小汽 车的换算系数为0 2 4 。 9 北京工业大学工学硕士学位论文 1 4 研究内容及研究方法 1 4 1研究内容 1 非机动车道分类 由于目前的各种设计规范中没有对非机动车道的设计提出标准，导致目前北 京城市道路上非机动车道的设计形式各异，为了使本研究更加科学和严谨，研究 成果更加准确和具有实用性，本文在研究之初对北京城市道路现有的非机动车道 形式进行了分类。 2 自行车与自行车组交通特性研究 本文借鉴引入了自行车组的概念，本文的研究将结合自行车组的特点，通过 观测数据对自行车组在信号交叉口处的到达规律、组间间隙分布进行了研究，找 到其分布规律，为下文的研究做出铺垫。 3 右转机动车通行能力研究 本文通过对右转机动车饱和车头时距数据统计，可以得到右转机动车饱和车 头时距相关特征参数，进而推出右转专用车道饱和流率。 4 信号交叉口非机动车道宽度对右转机动车通行能力的影响 目前的国内外相关研究中，大都是右转车道宽度和转弯半径对右转车通行能 力的影响分析，涉及非机动车道对右转车通行能力的影响方面的研究很少。本文 通过大量实测数据，通过分析非机动车道宽度与右转机动车饱和流率之间关系， 得到非机动车道宽度对右转机动车通行能力的影响系数。 5 双右转车道通行能力研究 双右转车道是北京市城市道路信号交叉口近些年来出现的一种新的右转车 道形式，目前国内外交通研究领域对于双右转车道通行能力方面的研究基本上处 于空白状态。本文将对北京城市道路信号交叉口双右转车道通行能力进行全面、 系统的研究，力图弥补该领域的研究空自。具体将从双右转车道的特点、冲突区 的划分、双右转车道的饱和流率、直行自行车干扰下的双右转车道通行能力、以 及双右转车流与自行车流的机非干扰机理等方面展开研究。 右转专用道通行能力模型 1 0 第l 章绪论 目前，针对右转机动车通行能力模型的研究成果很少，专门针对自行车干扰 条件下的右转机动车通行能力模型研究更少。本文提出的通行能力模型将采用更 合理的方法，力图更加贴近于实际的交通运行状况，从而进一步完善关于道路通 行能力模型方面的研究。 1 4 2 研究方法 本文的具体研究思路如下： 北京工业大学工学硕士学位论文 第2 章数据采集与处理 2 1 数据采集方案 研究机非干扰条件下右转机动车通行能力，数据采集工作必不可少。本文利 用视频采集技术对北京市1 4 处典型的平面信号交叉口右转机动车穿越直行自行 车微观行为数据进行了实地采集，在本研究中需要收集的数据包括：非机动车道 宽度、自行车流量、自行车组数量、自行车组间隙、右转机动车流量，以及右转 机动车接受间隙和饱和车头时距。本次观测取得了大量的现场实测数据，将给后 面的分析工作在质量上提供可靠的保证。 2 2 调查地点与调查时间 交通调查只能在有限的地点和有限的时间内，客观的探求与具体对策有关部 分最必需的资料。因此，在作交通调查计划时，明确想了解交通现象中的哪一部 分情况就显得十分重要。人们在选择出行工具时，首先要考虑目标的远近，通常 在出行距离小于6 公里时1 ，人们有可能会选择自行车。北京城市道路交通的特 点是早晚高峰时，学校、换乘站及小区附近自行车密度较大，与机动车冲突较为 严重，然而在城市的主干道、c b d 等地区，自行车的数量则较少，因此原来很 多自行车专用道被改为了路侧停车带或右转机动车车道。本研究在选取待调查的 直行自行车和右转机动车冲突的信号交叉口时，尽量选择地铁站旁以及小区周围 自行车使用较多、与右转机动车冲突较为严重的信号交叉口。 2 2 1调查交叉口的选择 选择所要调查的信号交叉口要尽量满足几个条件： 1 选择直行自行车和右转机动车交通量较大的交叉口 在自行车流量和右转机动车流量都较大时，直行自行车与右转机动车的冲突 就非常突出。同时还要选择信号交叉口，确保直行自行车是影响右转机动车通行 能力的主要因素，得到的数据质量较好，但是所选交叉口自行车的流量不能过大 或者造成拥堵，交叉口秩序过于混乱会影响数据质量。 2 选择有天桥的交叉路口 1 2 第2 章数据采集与处理 选择有天桥的交叉口有两个优点，一是方便架设摄像机，视野开阔；二是直 行通过马路的行人对右转机动车产生的影响较小。 3 选择设置有右转机动车专用道的交叉口 选择这种交叉口，可以减小由于直行机动车和右转机动车混行而对右转机动 车通行能力产生的影响。 4 选择设置有机非隔离带的交叉口 机非分离可以防止在到达交叉口前路段上自行车对右转机动车造成的横向 干扰，保证数据的准确性。 冲突区 图2 1 调查地点与观测位置示意图 f i g u r e 2 一lc o n f i g u r a t i o n so fs u r v e yp o i n t 根据上述条件，研究人员在北京选择了广渠门内大街一西大望路交叉口、朝 阳路一西大望路交叉口、松榆北路一西大望路交叉口、华威桥下、劲松桥下、建 国门外大街一东大桥路交叉口、广渠门内大街一白桥大街交叉口、建国门内大街 一朝阳门南小街交叉口、广渠门内大街一幸福大街交叉口、体育馆路一天坛东路 交叉口、广渠门内大街一天坛东路交叉口、东长安街一东单北大街交叉口、崇文 门西大街一祈年大街交叉口、西长安街三里河东路交叉口等1 4 个信号交叉口， 位置分布见图2 1 。 1 3 j ! 量三兰垒茎三茎至圭茎堡耋三 注：图中空心圆圈标记为设置有职右转车道的交叉口 图2 - 2 调查交叉口位置分布田 f i g u r e 2 - 2 d i s t r i b u t i o no f s t u d y i n t e r s e c t i o n s 2 22 调查时间的选择 考虑到北京城市道路信号交叉口交通运行情况，每个观测点应选有代表性的 工作日进行观测。每次调查应至少包括一个高峰时段，每个调查地点观测记录时 间为2 d 时，尽量选在晚高峰时段进行。因此，课题组根据实际情况，在2 0 0 8 年5 月至1 1 月( 奥运期间除外) 选择工作日周一至周五期间的早高峰7 ：0 0 至1 0 ：0 0 或晚高峰4 ：0 0 至7 ：0 0 期问进行调查，尽量选择晚高峰时段调查便于得到更多 符合要求的数据。 23 数据采集 2 31 数据采集内容 1 自行车流量 因为所调查的路口大多是信号交叉口，而对于信号交叉口直行自行车红灯期 间，右转机动车的通行不受影响，因此在收集数据时，应该尽量收集直绿灯开启 时自行车的流量。 2右转机动车流量 右转机动车流量的收集大体上类似于自行车流量的收集，且右转机动车流量 第2 章数据采集与处理 的收集时段要和自行车流量的收集在计数间隔上相对应。 3 自行车组数量 由于自行车流具有成组的特性，因此还要收集相应时段自行车组的数量，在 自行车道纵向上，把车头和车尾存在相互重合部分的一系列自行车称为一个自行 车组( 定义见3 3 1 节) 。 4 非机动车道宽度 本论文的目标之一就是在右转机动车通行能力研究中考虑非机动车道宽度 的影响，进而得出非机动车道宽度对通行能力的修正系数，所以数据采集时需要 记录所调查交叉口的自行车道宽度。 5 右转机动车接受间隙和随车时距 为分析直行自行车对右转机动车通行能力的影响，需收集右转机动车穿越自 行车组时的接受间隙和随车时距。 6 自行车组间隙 需要得到自行车组到达交叉口冲突区时的间隙数据，用以研究信号交叉口自 行车组间隙的分布特性，为建立右转专用道通行能力模型服务。 7 右转机动车流饱和车头时距 对于信号交叉口车道通行能力的研究可以归结为对信号交叉口饱和流率的 研究。饱和流率作为一个基本和宏观性的交通流指标，反映了信号交叉口车流的 运行特性。饱和流率取决于车辆驶过交叉口时连续通过车道组停车线的理想车头 时距。 2 3 2 数据采集设备 1 录像设备 为了能够对信号交叉口交通运行状态进行反复观察，同时减少室外调查工作 量，本次研究采用摄像法对信号交叉口机动车和非机动车运行情况进行观测。在 有利于拍摄信号交叉口入口引道处架设摄像机，用于记录信号交叉口道路条件、 交通运行状况、机非冲突情况、交通组成等。 2 激光测距仪 仪器型号：l e i c ad i s t o ( 见图2 2 ) 。激光测距仪利用激光器发出极细的短 ：! 圣三些奎茎三耋矍圭茎堡耋圣 脉冲光束，根据短脉冲的飞行时间确定目标的实际距离，用以测量非机动车道宽 度等数据。 图2 - 3 激光测距仪 f i g u r e 2 - 3l a 啦l - i n s t r u m e n t f o r d i s t a n c e 3 数据采集软件 从交叉口现场采集的数据只是一些视频和信息数据，不能够直接用于分析， 必须首先利用相关软件对视频资料进行处理通过编写计算机程序( 见图2 - 3 ) ， 将通过视频摄像方法采集到的每一辆右转机动车或一个自行车组通过指定参考 点的时间逐一记录下来形成电子文件，用以统计分析各类时距、间隙数据。 量：蓁垩篓茎量茎些圣 。一女，女。o 。一一i 二1 l ：譬警嚣篡： “ ：；。：。 圳 皂 i 睫 莹 盏 盏 型 莹 烈 。； ：1 ； 。曼 剖m 2 4 本章小结 圈2 - 4 自编教据处理程序软件 f i g u r e 2 4 c o m p u t e r p r o g r a m f o r d a t a p r o c e s s i n g 为满足本研究对数据的需求和条件，本章介绍了研究过程中数据采集应遵循 的原则和注意事项，从数据采集方法、采集要求、采集项目、采集地点、采集时 间和数据采集使用的相关设备等方面作了相应的介绍和解释。 北京工业大学工学硕士学位论文 第3 章自行车交通特性研究 3 1 自行车交通特点概述 道路上的行人或运行的车辆构成行人流或车流，除了机动车流以外的车流全 部统称为非机动车流，本文研究非机动车流中的自行车交通流