（交通信息工程及控制专业论文）交叉口交通组织优化方法研究.pdf

摘要 交通是经济生活的命脉，是衡量一个城市文明进步的标志。信号交叉口作为 城市道路网的基本单元，其通行能力的高低直接影响路网的通行能力，对此展开 深入研究具有重大的理论意义和实用价值。 本文对城市交通研究领域里的传统研究对象信号交叉口，采用新的研究 方法，从交通组织优化的高度，同时紧跟国内最新研究成果，结合北京交通发展 研究中心的“北京市i t s 系统规划与实施方案研究”重点科研项目之分课题五信 号交叉口仿真优化设计系统而展开研究。 论文首先介绍交通组织优化国内外研究现状及相关的基础知识，提出了交通 组织优化的思路和优化方案的效果评价方法；其次对信号交叉口交通组织优化从 交叉口放行方法、交叉口渠化方法和交叉口信号设计方法三个层次予以详细阐 述，即进行综合优化设计，力求为信号交叉口的交通组织优化提供一些科学、全 面和实用的理论和方法。在交叉口放行方法研究中，在总结国内最新成果的同时， 提出了一种新的放行方法通行能力匹配放行法；最后利用微观仿真软件 v i s s i m ，结合相关科研项目的实践，对本文提出的信号交叉口交通组织优化方 法进行检验，并得出有益的结论。 关键字交叉1 3 交通组织优化路口渠化信号优化仿真 第1 页 a b s t r a c t t r a n s p o r t a t i o ni st h el i f eo fe c o n o m ya n dl i v i n g , a n dw e i g h st h es y m b o lw h i c ha c i t yc i v i l i z a t i o np r o g r e s s s i g n a l i z e di n t e 巧e c t i o n ，a s t h eb a s i cu n i to fc i t yr o a d n e t w o r k , i t st r a v e l l i n gc a p a b i l i t yd i r e c t l yi n f l u e n c e sr o a dn e t w o r kt r a v e l l i n gc a p a b i l i t y t h er e s e a r c hh a si m p o r t a n tt h e o r ys i g n i f i c a n c ea n dp r a c t i c a lv a l u e t h i s p a p e rl a u n c h e s r e s e a r c ht ot h es i g n a l i z e di n t e r s e c t i o nw h i c hi st h e 仃a d i t i o n a lr e s e a r c ho b j e c to fc i t yt r a n s p o r t a t i o na r e a , u s e sao e wr e s e a r c hm e t h o da n d s t a n d st h ea l t i t u d ef r o mt r a f f i co r g a n i z i n go p t i m a ld e s i g n ，a tt h es a m et i m ef o l l o w s c l o s e l yo nt h ed o m e s t i cn e w e s tr e s e a r c hr e s u l t s ，a n dl i n k sb e i j i n gt r a n s p o r t a t i o n r & dc e n t e r sk e ys c i e n t i f i cr e s e a r c hi t e m b e i j i n gi t ss y s t e mp r o g r a m m i n ga n d i m p l e m e n t a t i o np l a nr e s e a r c h f i f t h d i v i s i o nt o p i c ”s i g n a l i z e dr o a di n t e r s e c t i o n s i m u l a t i o no p t i m i z a t i o nd e s i g ns y s t e m ” f i r s t l y , t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ed o m e s t i ca n df o r e i g np r e s e n tr e s e a r c hs i t u a t i o n a n dc o r r e l a t i v ek n o w l e d g e , p r o p o s e st h em e t h o do ft r a f f i co r g a n i z a t i o no p t i m a la n d p l a ne s t i m a t e ；s e c o n d l y , t h i sp a p e rd e p i c t ss i g n a l i z e di n t e r s e c t i o no r g a n i z a t i o n o p t i m u md e t a i l e df r o mm e t h o do ft r a n s i t ，c h a n n e l i z a t i o nd e s i g na n ds i g n a ld e s i g n ， n a m e l yc a r r i e so nt h es y n t h e s i so p t i m i z a t i o nd e s i g n , m a k e se v e r ye f f o r tt oo p t i m i z e f o rt h es i g n a l i z e di n t e r s e c t i o nt r a f f i co r g a n i z a t i o n p r o v i d e ss o m es c i e n t i f i c ， c o m p r e h e n s i v ea n dp r a c t i c a lt h e o r ya n dm e t h o d i nt h er e s e a r c ho ft r a n s i tm e t h o d ， a u t h o rp r o p o s e san e wm e t h o d t r a n s i tb ym a t c h i n gt r a v e l l i n gc a p a b i l i t y ；f i n a l l y , t h i s p a p e ru s e s m i c r o - s i m u l a t i o n s o f t w a r ev i s s i m ，e s t i m a t e ss i g n a l i z e di n t e r s e c t i o n t r a f f i co p t i m a lo r g a n i z a t i o ng i v e ni nt h ep a p e rb yp r a c t i c e a n dd r a w st h ec o n c l u s i o n k e yw o r d ss i g n a l i z e di n t e r s e c t i o n ，t r a f f i co r g a n i z a t i o no p t i m i z a t i o n ，i n t e r s e c t i o n c h a n n e l i z a t i o n ，s i g n a lo p t i m i z a t i o n ，s i m u l a t i o n 第1 i 页 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 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。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： - 1 讥屏 彦一0 年j 月工堋 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 多1 协峪 巨永绛 州年3 月上胡 ) 棚年乡月2 2 日 第1 章绪论 1 1 研究意义 交通是经济生活的命脉，是衡量一个城市文明进步的标志。随着我国经济 的高速发展和城市化进程的加快，我国机动车拥有量及道路交通量急剧增加，以 北京市为例，北京市机动车正以每年1 2 左右的速度增长，截至2 0 0 4 年底，北 京市机动车拥有量已达到2 2 4 万辆，相对于机动车拥有量的快速增长，道路基础 设施的建设相对滞后，加之城市道路现代化管理水平不高，导致了交通需求与交 通供给之间的尖锐矛盾，致使道路拥挤现象突出，以北京公交车平均运营速度为 例，“五五”期间为1 9 k m l h ，“六五”期间为1 7 1 a n l h ，“七五”期间为1 5 b n h ， “八五”期间为1 3 k m h ，到2 0 0 3 年，公交车的平均出行速度仅为1 0 2 b n l h 左 右。 解决城市交通问题的途径主要有硬件和软件两个方面，硬件方面是指加快 基础道路设施规划建设，健全城市道路网体系；软件方面是指采用先进的科学技 术，对城市交通进行现代化的管理和控制，提高现有道路的通行能力但由于硬 件方面受到道路建设资金和城市土地空间的限制，因此不可能光靠加强硬件方面 来解决城市交通问题，特别是对于像我国这样一个发展中、经济不够发达、城市 交通现代化管理水平较低的国家，软件方面有很大的发展空间，因此交通管理与 控制越来越得到人们的重视。 平面交叉路口是组成城市道路网的基本单元，其功能是把相互独立的道路 连接起来使其构成相互关联的道路网。平面交叉路口绝大多数是信号控制的，我 们把这样的平面交叉路口称为信号交叉口，信号交叉口是路网中通行能力降低的 节点，是城市交通的瓶颈。国外的交通事故统计资料显示，6 0 左右的交通事故 发生在交叉口附近。由于信号交叉口可以供交通流变换方向，同时有一半左右的 绿灯时间供交叉方向上的车流通行，因此在一个流向上，信号交叉口的通行能力 一般要小于路段通行能力的一半左右。对信号交叉口进行研究是交通工程学的重 要研究课题之一，同时也是开展城市交通系统研究的前提和基础，是道路交通组 第l 页 织优化的关键。 基于信号交叉1 ：3 的传统研究主要集中在信号优化、交通仿真和交通流特性 上，国内很多高校的硕博士论文选题都是围绕这些的，但是仅对信号交叉e l 进行 信号优化是不够的，并且通过信号优化提高信号交叉1 3 的通行能力也是很有限度 的。本文基于这一点，在现有研究的基础上，从交通组织优化的高度，对信号交 叉口从路口放行方法的确定、交叉口渠化设计和交叉口信号设计三个方面分别研 究，即进行综合优化设计，力求为信号交叉口的交通组织优化提供一些科学实用 的理论和方法。 1 2 国内外研究现状 围绕信号交叉口，国内外学者和研究人员做了深入的研究，取得了很多研究 成果。下面对国内外研究现状从路口放行方法的确定、交叉1 3 渠化设计和交叉口 信号设计三个方面分别予以介绍。 1 2 1 路口放行方法 所谓路口放行方法的确定，指的是确定路口机动车放行方法与非机动车放行 方法的组合。由于我国是混合交通，路口放行方法的确定应该按照路口几何条件 和机动车、非机动车流量特点以及便于警察控制冲突点的秩序等的要求，来选择 路1 3 机动车放行与非机动车放行的组合形式，以保证路i z l 内冲突简单，便于控制。 由于国外的道路运行情况和国内有着本质的区别，不存在机非混行的情况，交叉 1 3 放行方法相对简单，因此n # i - 在这一方面没有太多的研究，下面仅概括国内的 相关研究情况。 现有的信号路口放行方法可以分为时间分离放行法、空间分离法、时空分离 放行法和综合放行方法等。翟忠民在他的道路交通组织优化“一书中全面概 括了几种路口放行方法，总结了我国国内在路口放行方法理论方面的最新成果， 本文将在此基础上，增加通行能力匹配放行方法，具体内容将在第三章中详细介 绍。 1 2 2 交叉口渠化设计 所谓交叉口的渠化，指的是对同一平面上行驶的各种交通流，采取各种物理 分离的措施，可使不同速度的交通流按所划分的车道“各行其道”，互不干扰， 第2 页 渠化是交通组织优化的重要手段之一渠化的主要目的是规范车辆的行驶，减少 车流的冲突，保护行人和自行车等慢行交通。 国外的交通渠化设计研究很成熟，一般都形成了规范或者手册，值得我们借 鉴。如美国的m u t c d ( m a n u a lo nu n i f o r mt r a f f i cc o n t r o ld e v i c e s ) ，介绍了 各种路口渠化措施及相应设施的尺寸、颜色和使用时注意的问题，该规范已经修 改更新过多次，目前最新的版本是2 0 0 3e d i t i o n ：日本在平面交叉路口的规 范与设计中对交叉口的渠化作了很多的论述，认为渠化是很有效的措施国外所 用的渠化手段主要有交通岛、导流设施、路障、中心圈等“。各种不同形式的交 通岛可以有效的分隔车流、保护行人；导流设施可以使行驶车辆明确行驶路线， 提高安全水平；路障的功能主要是阻隔禁止通行的车辆，让交通设施为特定的交 通对象服务。 在国内，各级专家学者们在借鉴国外的经验的同时，对此也展开了广泛而深 入的研究，取得了一些成果，在一定程度上缓解了我国城市交通拥堵的局面。1 9 8 6 带 年，曾静康对深圳的交叉路口进行了综合控制实验，在考察行人、机动车和自行 车相互之间所有冲突的基础上，以每一交通流通过路口可能遇到的“冲突点串” 。 为单位，提出了“综合模式”的控制方法，其关键是寻求渠化、相位和信号灯三 者的协调优化；1 9 9 1 年，陈洪仁在“道路交叉设计”中提出了交叉口渠化的具 体措施；2 0 0 1 年，上海市出版了我国第一本道路交叉口的建设规范城市 道路平面交叉口规划与设计规程，规范中对平面交叉口的规划与设计作了明确 的规定，规定平面交叉口应采用安全岛、路面标志标线等作为渠化设计的手段。 1 2 3 交叉口信号优化设计 早在十九世纪，国外就开始研究交叉口的信号优化问题。对于交叉口信号优 化设计，世界各国都展开了相当多的研究，其中比较典型的是英国交通与道路研 究所( t r r l ，9 0 年代改名为t r l ) 于1 9 6 6 年开始研究开发的t r a n s y t ( t r a f f i c n e t w o r ks t u d yt 0 0 1 ) 系统；澳大利亚从二十世纪7 0 年代开始开发的s c a t s ( s y d n e yc o o r d i n a t e da d a p t i v et r a f f i cs y s t e m ) 系统；英国t r r l 在t r a n s y t 系统的基础上研制的自适应控制系统s c o o t ( s p l i t ，c y c l ea n do f f s e t o p t i m i z a t i o nt e c h n i q u e ) 系统。鉴于很多相关书籍及文章对这三种系统有过详 细的介绍，本文对于这三种系统的特征等内容不作具体的介绍，读者可以参阅其 第3 页 他文章了解详细的情况。 我国在交通信号控制系统开发与应用方面起步较晚，1 9 7 3 年才开始单点信号 机的研制工作；1 9 8 5 年北京的“前三门大街”实现了城市交通的线控系统；国 家“七五”重大攻关项目智能化交通信号控制系统，由同济大学协助南京市 开发完成，但是由于种种原因，实时自适应配时等一些重要功能没能实现；1 9 8 9 - - 1 9 9 1 年，由天津大学研制开发的城市交通控制系统t i c s ( t r a f f i ci n t e l l i g e n t c o n t r o ls y s t e m ) 首次成功地把自学习智能原理用于交通信号控制系统中；2 0 0 1 年，上海交通大学和上海市公安局交巡警总队共同完成的市重点科技攻关项目 智能交通信号控制系统，具有信号控制、路口信号机、车牌识别、电子警察、 视频监控和交通诱导等功能，能有效提高交通安全系数，减少交通拥堵，提高现 行道路网的通行能力。当前，我国各大城市的交通管理部门纷纷借助当地的高校 开发适合自己的城市交通信号控制系统，例如西安市公安局交通管理支队与长安 大学、上海市公安局交警总队与同济大学以及上海交通大学、北京市公安局交通 管理局与北京工业大学、南京市公安局交通管理局与东南大学等等，但是都没有 像国外那样成熟的产品推向市场，究其原因除了我国在这方面的研究起步较晚和 机非混行的现实造成的控制系统复杂性增加之外，一个很重要的原因是没有有效 地整合有限的资源，造成了资金的浪费和重复性工作。为此，对于城市交通控制 系统的研究开发工作应该由国家一级的主管部门牵头，而不是各个城市各自为 政。 1 3 本文主要研究内容 本文以城市道路网的基本组成单元信号交叉路口为研究对象，主要展开 以下的研究内容： 1 、信号交叉口放行方法研究。在这一章当中，主要介绍信号交叉口放行方 法的分类及各种不同放行方法适用的交叉口特征，同时介绍信号交叉口放行方法 设计的相关内容。 2 、信号交叉口渠化设计方法研究。这一部分主要包括的内容有：信号交叉 口渠化相关的概念；信号交叉口渠化的具体措施和手段；信号交叉口渠化方案设 计。 3 、信号交叉口信号设计方法研究。包括的主要内容有：信号交叉口信号控 第4 页 制方式的种类及其选择方法；信号交叉口信号控制方案设计：信号交叉口各相位 的计算方法：最后，结合实际给出了一个信号交叉口信号设计的实例。 4 、信号交叉口交通组织优化方案分析。在这一章当中，主要结合北京交通 发展研究中心的项目广安门桥下三个路口交通组织优化展开，主要内容有： 项目概况；交通组织优化方案设计，即利用本文前面的优化方法分别从交叉口放 行方法、交叉口渠化方法和交叉口信号配时设计三个方面进行方案的设计；优化 方案的仿真，利用v i s s i m 对优化方案进行仿真，得出仿真结果；仿真结果分析 和优化方案的评价，包括信号交叉口交通组织优化方案评价参数引入，最后根据 评价参数对优化方案进行评价，得出优化方案的优劣。 第5 页 室 第2 章道路交通组织优化基础知识 本章主要介绍和交通组织优化相关的基本概念和基础知识，主要内容有交通 组织优化概念及分类、交通组织优化思路及步骤、交通组织优化的原则等，通过 这些内容的介绍，使读者对交通组织优化有个总体上的了解，为下文展开叙述做 好铺垫。 2 1 道路交通组织优化概念及分类 2 1 1 道路交通组织优化概念 道路交通组织优化是在空间和时间上科学合理地分时、分路、分车种和分流 向使用有限的道路资源，提高道路通行能力和交通参与者的安全性，使道路交通 始终处于有序、高效、安全的运行状态。 随着计算机技术和现代通信技术的迅速发展，现代交通组织更多的体现在利 用交通现代控制技术、监控技术、诱导技术、信息技术和通信技术，制定出科学 的战略战术，进而使技术、业务、管理措施和警力达到高度的统一和协调。 2 1 2 道路交通组织优化分类 道路交通组织按照对象涉及的范围和对象特性的不同分别有以下两种分类 方法： 1 、按其优化对象涉及的范围不同进行分类。分为微观道路交通组织、区域 交通组织和宏观交通组织。其中微观交通组织涉及的对象多集中在单点上，主要 有交叉口交通组织、环岛交通组织和立交桥交通组织等；区域交通组织涉及的对 象多集中在线和面上，例如主干道( 如北京的长安街) 的交通组织、重点区域( 如 奥林匹克公园和中关村) 的交通组织等；而宏观交通组织多是从政策和总体调控 的高度予以控制，如机动车保有量增长的控制、公交优先政策、净化车种和经济 调控等。本文研究的信号交叉口交通组织属于微观交通组织的范畴。 2 、按优化对象的特性不同进行分类。我们把对象随时间变化快的交通组织 称为动态交通组织，如交通流量、车速、事故黑点、乱点和堵点等；相应的我们 把对象随时间变化慢的交通组织称为静态交通组织，主要包括停车泊位、道路设 第6 页 施、路网结构和管理警力等。传统的道路交通组织多是动态交通组织，“头痛医 头，脚痛医脚”，造成的结果是“头脚不痛浑身痛”，而现代的交通组织更加强调 “静动结合，以静制动”的原则，如道路渠化和停车场的规划等。本文的研究就 是基于现代交通组织的思想而展开研究。 2 1 3 道路交通组织优化思路 道路交通组织优化的思路可以概括为：对于宏观交通组织，在时间上要削峰 添谷，在空间上要控密补稀，体现出矛盾分散时空均分的原则：对于微观交通组 织，信号配时上要分秒必争，在道路渠化上要寸土必争，体现出在冲突分离基础 上充分利用空闲时间和空闲面积。 对于静态交通组织，重点解决好通行能力分配和路权分配问题，为动态流量 调控和交通有序打下一个好的基础；对于动态交通组织，重点解决好路网交通负 荷均分问题，防止交通压力过于集中造成道路拥堵。也就是说，现代交通组织优 化，在宏观上要解决好压力均分，在微观上要解决好冲突分离。静态组织是基础， 动态组织是手段，思路是分散矛盾，转移压力，各个击破，追求整体效益，方法 是动、静态结合，重在路网调控能力。 2 2 信号交叉口交通组织优化 2 2 1 信号交叉口交通组织优化设计基本步骤 信号交叉口的交通组织优化设计的基本步骤并不特殊，不管是对新建的信号 交叉口还是对已有的信号交叉口进行交通组织优化设计，其基本步骤都是相同 的，主要包括设计准备阶段、概略设计阶段和详细设计阶段。 设计准备阶段的主要目的是明确规划、设计的基本方针，并对各种资料和数 据进行研究。主要内容有：基础资料、基础数据的收集和研究；用地勘察；分析 明确存在的问题；规划设计条件的整理和基本方针的研究。 概要设计是根据规划、设计的基本方针，决定几何结构的主要要素的数值， 研究交通控制方法和交通处理能力，勾画出设计的轮廓。主要内容有：基本形状 的研究；几何结构的基本数值的决定及概要设计；交通控制方法和交通处理能力 的研究；概要设计方案的比较及详细设计方案的选定。 详细设计是包括所有必要的要素所进行的完善设计，是设计的最终阶段主 第7 页 要内容有：详细设计方案；检查有无问题点；确定最终方案。 2 2 2 收集现场资料以明确现有问题所在 对信号交叉口进行交通组织优化设计时，最重要的一点是要明确交叉口的问 题所在及其产生问题的原因。如果这一点都没搞清楚就对信号交叉口进行交通组 织优化，将无法解决优化前存在的问题，更谈不上优化的效果。 在信号交叉口的交通组织优化中，为了弄清楚优化对象存在的问题( 频繁发 生交通堵塞或者经常发生交通事故等) ，要收集必要的资料和数据。这些资料和 数据包括：交叉口交通量数据和事故数据、交叉口现状图、交叉口交通控制和交 通管理现状、交叉口周边的土地利用状况( 特别是有交通出入的设施的位置) 等。 这里需要明确的是，资料的收集不仅要着眼于优化对象的附近，而且要以优化对 象为中心，尽量收集、比较、研究优化对象周边相关的资料和数据，因为优化交 叉口的问题不一定是由于本身的原因产生的，很可能是附近的交叉口或路段的矛 盾在优化对象上的集合表现。 2 2 3 确定对策，制定改良方案 明确了问题所在及其原因后，下一步的工作主要是针对这些问题及其原因探 讨优化对策、确定优化方案。在确定优化方案时，不能只制定一套方案，而是尽 量制定多套可能的方案，然后按照交叉口的实际条件比较分析哪一个方案具有实 际实施的可行性。在这个过程中，还要注意针对某一问题所采取的对策即使对解 决该问题很有成效，但同时也许会引起新问题的出现。例如，将平面交叉口改为 立体交叉形式，能够解决本交叉口的阻塞问题，但可能会使阻塞现象转移到附近 的其他交叉口。从道路整体来看，并没有全面解决阻塞问题，只是阻塞地点的物 理转移，这样就失去了交叉口交通组织优化的意义。因此，在制定优化方案时， 要注意所采取的优化策略所带来的新的影响，在可能的情况下将这种影响控制在 最小的范围。 2 2 4 优化方案的效果评价 由于信号交叉口的交通组织优化中涉及到道路的物理改造( 如渠化中的路口 拓宽、交通岛、隔离墩和地面标线等) ，一旦调整短期内很难恢复：另外，交叉 口的连接功能决定了一旦优化方案不切实际，势必影响整个道路及周边路网，造 第8 页 成交通的拥堵。所以建议在条件允许的情况下，在优化方案实施前最好利用仿真 对优化方案做一个评估，在确定方案确实可行的情况下再予以实施，以免对道路 交通及周边路网产生负面影响。 对信号交叉口进行交通组织优化，优化方案实施的效果评价是一个很重要的 阶段，一来可以检验方案的实施效果是否达到了当初优化设计的目标；二来可以 及时总结信号交叉口交通组织优化工作的长处和不足，为将来制定其他的优化方 案提供参考经验。 在效果评价中，可以根据优化方案的目标具体制定调查项目。例如以消除或 减轻交通阻塞、减少交通事故为目的的交通组织优化，有以下几项基本的调查项 目： ( 1 ) 交通量、交通流量； ( 2 ) 阻塞排队长度( 高峰时的最大长度或平均长度) ； ( 3 ) 通过优化的信号交叉口所需的时间( 高峰时的旅行时间) ； ( 4 ) 事故发生情况( 事故发生的时间、地点和级别) ； 以效果评价为目的的调查进行的时间，应该在优化方案实施一段时间( 一般 分3 个月和6 个月后两次进行) 之后选定，这主要是因为交通参与者对新的交通 组织方法有一个适应和熟悉的过程，也就是通常说的交通流的动态平衡过程。如 果在方案实施后马上就调查评价，评价结果对方案没有太大的参考价值，只能反 映交通参与者对新的交通组织方式的接受和适应能力，可以为方案实施前的宣传 提供参考。 信号交叉口的交通组织优化，仅仅一次优化很少能解决所有的问题，优化方 案实施后充分进行效果评价，可以明确未解决的问题和新出现的问题，为后面进 一步不断进行交通组织优化提供参考。 2 3 信号交叉口交通组织优化设计的基本原则 开展信号交叉口的交通组织优化工作主要有如下的原则： 1 ，明确交通流的主从关系 要充分观测现场的交通状况，区分主交通流和次交通流，明确交通流的主次 关系。据此来决定与各交通流相匹配的车道分配和信号相位的组合方式。 2 。避免五路以上的多路交叉1 ：2 第9 页 连接五条道路的交叉口，相互交叉的交通流变得复杂多样，所以无论在交通 容量方面，还是在交通安全方面都不理想。要采取一些措施尽量使这样的交叉口 成为十字交叉口，避免多岔交叉。例如，与该交叉口连接的较窄的道路，可以在 交叉口之前与其他道路相连，以及只在交叉口出口方向设单向通行等措施。 3 交叉角度尽量接近直角 相互交叉的交通流成直角交叉最好，两者的相对速度最小，视野最好，对于 斜向交叉形状的交叉口( y 、x 型等) ，应采取改进的措施尽量使交叉角度接近直 角( 角度一般要大于7 5 度) ，改为t 型、十字型交叉口。同样，对于变形交叉， 也应该尽量改成t 型或者十字型交叉口。 4 、交叉口的面积在保证需要的条件下尽量小 面积过大的交叉口，由于交叉口内交通流的通行位置分散不定，对安全方面 不利，且容易造成“你也走我也走大家都走不了”的现象，容易造成交叉口的交 通秩序混乱。另外，交叉口面积过大，交通参与者通过交叉口的时间加长，清理 交叉口内的交通参与者所需的时间更长，造成路口通行能力下降。所以，对于过 于宽阔的交叉口，要充分研究停车线的位置，渠化交叉口内的交通流，使交叉口 的通行面积大小适中。 5 、尽量将左转，右转交通与直行交通分离 左转车由于对向直行车的存在，要在交叉口内停止候驶，并对随后的直行车 构成阻碍，使路口通行能力急剧下降，并容易引发交通事故。右转车只有通行权 而没有先行权，由于行人的存在也有同样的问题。所以，对于宽度允许的交叉口， 新辟左转专用车道和右转专用车道显得十分重要。 6 ，设置明确左转、右转导向车道 在交叉口内要设置导向车道，使右转车、左转车的行走位置形成一定稳定的 轨迹。当交叉口较大时，对右转的导向车道可设置导流岛使其与其它的交通参与 者分离；对于左转导向车道的设置，则应该根据需要在交叉口内增设导流标志。 7 ，充分注意交叉口的几何结构与交通控制方法的匹配 如对于左转车道与左转相位的设置，左转车道长度与信号周期长度的关系等 等，如果这些交叉口的几何结构与控制方法不能很好匹配的话，则不仅无法取得 预期的优化效果，而且也会降低交叉口内通行的安全性。所以在对信号交叉口进 行交通组织优化设计时，要充分注意两者的协调配合。 第1 0 页 8 考察各种交通安全设施 立体过街设施、障碍物表示灯等各种交通安全设施的设置和交通组织优化的 效果有很大的关系，所以要通过考察研究，采用适当数量的安全设施并设置在适 当的位置上。 第1 1 页 第3 章交叉口放行方法研究 所谓路口放行方法，就是指路口机动车放行方法和非机动车放行方法的组 合。由于我国是混合交通，路口放行方法仅选择机动车的两相位或者多相位信号 控制是远远不够的，应该按照路口几何条件和机动车、非机动车流量特点、按照 便于警察控制冲突点秩序的要求来选择路口机动车与非机动车放行的组合形式， 以保证路口内冲突简单，便于控制。路口放行方法是确定路口内冲突的重要环节， 也是信号交叉1 3 交通组织优化的重要内容之一，一般情况现，路口放行方法的确 定在交叉口渠化设计和交叉口信号设计之前进行。 3 1 信号交叉口放行方法分类 在我国，城市道路特别是平面交叉口处机动车、非机动车、行人混行现象严 重，是典型的混合交通流。自行车在整个交通方式中占有很大比例，在交叉口处 与机动车相互干扰特别严重。为了提高交叉口的运行效率，需要综合运用各种手 段和技术，来优化通行方式，有效地协调机非之间的矛盾，首先必须要选择交叉 口的放行方法。 放行方法主要是讨论在交叉口内非机动车采用怎样的模式放行的问题。近年 来，在交通管理实践中，我国许多城市根据自身特点，综合考虑机动车、非机动 车、行人通过交叉口时的特点和要求，对放行方法进行了实践和研究，形成了以 下五种模式： ( 1 ) 时间分离放行法( 非机动车按行人相位放行模式) ： ( 2 ) 空间分离放行法( 非机动车按机动车相位放行模式) ； ( 3 ) 时空分离放行法( 非机动车禁驶区放行模式) ； ( 4 ) 综合放行模式； ( 5 ) 通行能力匹配放行方法。 3 1 1 时间分离放行法 时间分离法实质上是在信号周期时间内拿出一个非机动车专有相位放行行 人和自行车。在此相位中，机动车信号灯为全红灯，自行车和行人信号灯为全绿 第1 2 页 灯，行人和自行车可以从不同方向上迅速通过路口。此放行方法的路口渠化图如 图3 - - 1 所示，路口信号相位图如图3 - - 2 所示。 此方法起源于日本，我国山东威鹰的一些路口采用了这种放行方法，由于适 合威海市的交通流条件，效果明显；而上海市淮海路上的三个路口也曾经实用过 这种放行方法，但是由于在非机动车相位中放不空路口各方向的非机动车，造成 路口秩序混乱，路口通行能力下降2 0 左右；北京市于2 0 0 0 年在月坛北街首汽 路口进行这种方法的实验，由于路口大，非机动车含量高，在非机动车相位中不 同流向的自行车交叉冲突严重，降低了路口通行能力。 由此可以看出，时间分离法适合于没有自行车或者自行车流量很小的小路 口，路口太大，对角线上行人过街时间超过3 0 s 时，会大大减少机动车通行的有 效绿灯时间，降低路口通行能力。 一l = i l ： 钐 l i i 厂 矿 图3 1 时间分离放行法路口渠化图 一厂 行人和自j j 行车相位 f 图3 2 时问分离放行法信号相位图 3 1 2 空间分离放行法 空间分离法实质上是让非机动车按照机动车相位走，在信号周期中不设单独 第1 3 页 的非机动车相位，只设机动车和行人相位。空间分离法要求行人、非机动车严格 按照信号灯走，不在路口停留。 这种方法路口秩序良好，充分利用了每个信号相位中的路口空闲面积，故通 行能力高，同时可以节省警力。在我国的昆明、太原、上海和深圳等城市采用这 种放行方法，效果很好。此放行方法的路口渠化图如图3 - - 3 所示，路口信号相 位图3 4 所示。 通过实践总结得出，此种方法适合于路口面积大、非机动车和机动车流量大 的路口。但是此方法与道路交通安全法中要求的“非机动车在路口左转弯时 要绕路口中心圈左大转弯”想抵触，存在合理不合法的问题。 。一 二j l - + i _ i 一1 l 弼i 、 l 除h i k 二 一 i 一 一 【誓一 图3 3 空间分离放行法路口渠化图 n啦 卜 蟛= 竹 啼 斗j ， 图3 4 空间分离放行法信号相位图 3 1 3 时空分离放行法 时空分离法实质是为了减少左转非机动车对直行机动车通过路口的影响，在 路口中间划定块面积为非机动车禁驶区，左转非机动车需在区外二次停车待 第1 4 页 驶，让直行机动车先行通过。也就是说是通过加长左转非机动车的行驶距离来迟 滞左转非机动车到达冲突点的时间，以利于直行机动车优先通过路口。 时空分离法有以下几种渠化形式，分别见图3 5 、3 6 和3 7 所示。 图3 5 所示的渠化形式在北京市的路口渠化中用的比较多。对于这种非机 动车禁驶区的渠化方式，比较适合用于两相位信号、路口面积较大、且机动车非 机动车流量较大的路口。由于左转非机动车二次停车( 多相位为三次停车) 在路 口候驶，路口秩序较乱，管理难度较大。当左转非机动车流量较大时，路口内候 驶的非机动车密度大，造成直行机动车通过路口阻力加大。特别是在多相位信号 条件下，左转非机动车在路口内候驶时间过长，容易挤占机动车的行驶空间，造 成路口机动车通行能力下降。对于这种渠化方式，实际应用中要注意加强警力进 行管理。 图3 6 所示的渠化形式在成都市和西安市的路1 3 渠化中用的比较多。这种 渠化方式比较适合路口面积较大的两相位信号控制路口。由于遇到放行信号时机 动车照常行驶，而非机动车绕环岛行驶，这就要求左转非机动车流量不宜过大， 以免堵死路1 3 的出口引起路口内交通秩序混乱。此渠化形式的好处是节省警力， 且机非分离效果较好。 月i i 、 l 睦：= = = = 1 4 - - - - - i y 一 图3 5 时空分离放行法路口渠化图形式一 第1 5 页 图3 6 时空分离放行法路口渠化图形式二 图3 7 所示的渠化形式在南京市的路口渠化中用的比较多。这种渠化方式 的实用性较强，适合于各种路1 3 ，但对于多相位信号控制时，同样存在左转非机 动车三次停车的问题，候驶时间较长，路口管理难度较大。 ii ii li ii ii 批。 图3 7 时空分离放行法路口渠化图形式三 第1 6 页 3 1 4 综合放行法 以上三种放行模式，对交叉口线型、几何形状、面积大小及信号相位设置等 均有具体要求，但在实际道路条件中，很少有非常标准和规范的交叉口符合具体 的应用条件。因此可以把几种放行方法综合运用，形成一种放行规则，即综合放 行法。综合放行法的路口渠化图及信号相位图如图3 8 和3 9 所示。 此例为主次干相交道路，次干道方向无法划设专用车道，因此无法设置专用 左转相位。此时在次干道方向上设置非机动车候驶区，信号灯使用圆形交通指挥 灯，非机动车在绿灯时随机动车进入交叉口，左转非机动车在二次停止线外候驶， 让直行机动车先行。而主干道方向设置箭头信号灯指示放行流向，非机动车按车 道信号灯指示分别通过交叉口。综合放行规则为：见到圆形信号灯，左转非机动 车按候驶区规则通行；见到箭头信号灯，左转非机动车按空间分离法通行。 此外对于行人流量特别大的交叉口，也可以按时间分离法加空间分离法的方 式放行。即机动车与非机动车按空间分离法放行，在空间分离法的信号相位中， 专门设置一两个行人专用相位，用于行人通过路口。这种方式多用于机动车流量 不大且行人秩序混乱的交叉口。 q i l $ 一 左左 l k 二二 一 葺i 转转 唳候 l y 一 。十l 啦驶 刈区区 喀i 、厂 _ f 图3 8 综合放行法路口渠化图 第1 7 页 4 - r 善k 卜一 - 萨 i l - + - = = = x 一- 图3 9 综合放行法信号相位图 3 1 5 通行能力匹配放行方法 此放行方法是本人根据北京多个交通组织优化的项目的实践而提出来的一 种新的放行方法。所谓通行能力匹配放行方法，就是根据路口进出口通行能力匹 配的原则，在路口进口的通行能力明显大于出口的通行能力的情况下，采取各种 方法削减直行车道数的放行方法。 本文在后面也会提到，在设计交叉口或对交叉口进行改造时，其中的一个原 则是进口车道数不能大于出口车道数。在实际交叉口设计和改造中，这个原则也 得到了很好的遵循，但是同样存在这样一个问题：有些交叉口由于路口拓宽，看 似符合进口车道数小于等于出口车道数，但当经过拓宽的路口进入正常路段时， 车道数锐减，从而由于车道的并合造成拥堵降低道路通行能力。也就是说这种情 况看似符合了进口车道数不大于出口车道数，但实际还是不符合这个原则。对于 这种情况我们就要通过放行方法来匹配进出路段的通行能力。 需要说明的是，可以通过放行方法来匹配进出路段的通行能力并不是说在实 际道路规划中提倡一条道路不同路段车道数严重不匹配的做法，相反是坚决反对 这样做，在新的道路规划中绝对不允许这样的情况。本文之所以提出通行能力匹 配放行方法，是由于在旧的道路规划中忽视了这一点，造成现状很多道路存在不 同路段通行能力严重不匹配的情况，而这些道路又不可能进行能力匹配的改造， 是一种不得已而为之的方法。特别是在北京，这种情况屡见不鲜，例如西直门内 外大街、阜成门内外大街、东单北大街一崇文门内大街、西直门北大街南北两段 等等。通行能力不匹配对道路通行能力的影响在非饱和交通流的情况下不是很容 易体现，而在饱和交通流的情况下表现的尤为突出。因此提出通行能力匹配放行 方法对于北京这样一个中心城区以饱和交通流为主的城市具有十分重要的意义。 通行能力匹配放行方法概括地说就是“能施划多车道的不施划多车道”，这 以常规的“增加车道提高通行能力”的做法看似矛盾，实际更科学。“增加车道 提高通行能力”只考虑某个路口或者某个路段，通行能力匹配放行方法更多考虑 第1 8 页 的是区域道路的平均通行能力。某个路口或者路段通行能力提高时，有可能区域 道路平均通行能力反而降低：丽某个路口或者路段通行能力降低时，整个区域道 路的平均通行能力却有可能提高。这一点也告诉我们，在进行交通组织优化时， 不能就局限在某一路口或者路段，而应该有一个全局和区域的概念，在对某个优 化方案进行评价时也是一样，要考虑整个区域的通行能力，只有这样才能避免堵 点转移的怪圈，即“旧的堵点消除了，新的堵点又产生了，新的堵点比旧的堵点 还厉害”的现象。 通行能力匹配放行方法在具体实施中可以根据道路的具体特性采用不同的 做法。常用的做法有：施划禁行区、增设掉头车道、增加专左车道、增加专右车 道、增加对向车道、加宽非机动车道和行人步道等。图3 1 0 就是通行能力匹配 放行方法的实例( 长安街东单交叉口) ： 东长安 i | | 速 崇 文 门 内 大 街 建国门内大街 图3 1 0 通行能力匹配放行方法实例图( 长安街东单交叉口) 第1 9 页 3 1 6 信号交叉口机动车左转放行方法研究 在常规的两相位信号放行的交叉口，由于绿灯时直行和左转的机动车都有通 行权，但左转车没有先行权，需要给对向直行车让行。可是在我国大多数城市的 交叉口内缺少路口渠化，左转机动车不能明确自己应该停在什么区域内候驶，造 成交叉口秩序混乱，降低交叉口通行能力。因此有必要对信号交叉口左转待转区 进行渠化，来明确左转机动车在通过路口停止线后的路口内占用权和对向直行机 动车的先行权，使左转机动车在路口内完成二次停车，减少左转车对直行车通过 交叉口的影响。 对于多相位信号控制，由于设置了左转专用相位，交叉口内不存在左转车让 行问题，所以一般可以不施划机动车左转待转区。 左转待转区的作用是用交叉口空闲面积换取机动车通行的有效绿灯时间，对 提高路口通行能力很有帮组。特别是对高架立交桥下的交叉口，可以施划多条左 转待转区，用于提高交叉口的通行能力。如图3 - 1 1 所示。 如果在多相位信号控制时需要加大路口通行能力，可以调整左待转区的放行 规则，规定当直行绿灯亮时，允许左转机动车进入左转待转区。这样左转相位的 信号配时基准已从停止线提高到交叉口内冲突点上，可以大大减少信号绿灯损失 时间，提高有效绿灯时间，从而提高交叉口的通行能力。但是按照这种放行方法 需要注意几点：( 1 ) 放行的相序一定是先放直行后放左转，先放左转时左转待转 区就没有实际意义了；( 2 ) 在左转待转区正对的路1 ：3 出口处一定要设置左转信号 等指示，避免左转车辆提前进入待转区后看不见自己通行的信号灯。 图3 - - 1 1 立交桥下交叉口附加左转待转区渠化图 第2 0 页 3 2 信号交叉口放行方法设计 信号交叉口放行方法设计的流程图如图3 1 2 所示。 r 交 垮 交 交通 通 通信 曦 流 设号 调 施控 调制 查 查调 查 l 山j rj ， 种 錾 信 调 交 查 通号相 分 主周位 析 体期方 阶 流长案 量度 段 大 小 _ _ _ _ _ 一- _ _ - - 一。_ _ _ _ _ 一 方 根据交叉口交通特点进行方案设计i 案 + 设 各设计方案评价 ；+ 器 + 段 确定最佳方案 图3 一1 2 信号交叉口放行方法设计流程图 下面将对流程图中各个阶段的主