（交通运输规划与管理专业论文）城市道路交叉口型式适应性分析方法.pdf

s u p e r v i s e db y p r o f 俭n gw e i p r o f c h e nx u e w u t r a n s p o r t a t i o ns c h o o l s o u t h e a s tu n i v e r s i t y m ar 2 0 10 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下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，也不包含为获得东南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。 研究生签名：；缱杰! 垃 日 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：乏盆杰! 丝一 导师签名： 辞 日期： 摘要 摘 城市道路交叉口型式是空间( 车道数量和功能) 与时间( 通行权及分配) 两大资源的整合， 合理的布局型式是交叉口时空资源高效利用的基础。本文结合文献查阅及城市交通工程项目， 对城市六类交叉口型式的宏观适应性进行了归纳和总结：采用理论分析和仿真模拟相结合的方 法。对城市道路交叉口型式的适应性进行微观研究，建立了相应的分析模型，并给出了典型城 市道路交叉口型式适应性分析示例。 首先从城市道路交叉口的基本特性入手，结合各相关规范，分析了各类型交叉口的相交道 路基本特征及交叉口进出口车道的一般布局方式。 然后建立城市道路交叉口型式适应性分析模型，即基于己定相交道路的道路及交通条件， 分别考虑规划阶段和设计阶段交叉口型式的特点，从静态和动态两个角度分析交叉1 3 型式适应 性。规划阶段城市道路交叉口型式适应性分析是基于交叉口进口道与路段之间的匹配确定交叉 口进口道的车道功能划分。设计阶段城市道路交叉口型式适应性分析是基于交叉口进、出口车 道之间的匹配确定交叉口进、出口车道的合理设置。 最后选取典型交叉口道路及交通条件，对规划阶段的城市道路交叉口及设计阶段的信号控 制交叉口型式适应性进行分析，验证了本文提出城市道路交叉口适应性分析方法的可行性、有 效陛。 关键词；城市道路交义口交叉口型式适应性静态适应性动态适应性静态适应度动态适应 度 b a s e do nt h em o d e lat y p i c a lr o a da n dt r a f f i cc o n d i t i o n ss e l e c t e do nt h eb a s i so ft h ei n t e r s e c t i o n a n da s i g n a l i z e di n t e r s e c t i o nt y p ea d a p t a b i l i t ya n a l y s i sa n da d a p t a b i l i t yo fu r b a nr o a di n t e r s e c t i o n s v a l i d a t i o no fa n a l y t i c a lm e t h o d s k e y w o r d s ：u r b a nr o a di n t e r s e c t i o n ；a d a p t i v eo fu r b a nr o a di n t e r s e c t i o np a t t e r n , s t a t i ca d a p t a b i l i t y d y n a m i ca d a p t a b i l i t y ；d e g r e eo fs t a t i c ；d e g r e eo fd y n a m i c 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 目录i i i 第一章绪论- 1 - 1 1 立题的背景及意义- 1 1 2 国内外研究概况1 - 1 3 本文研究对象3 - 1 3 1 城市道路交叉口型式的定义- 4 1 3 2 城市道路交叉口的分类5 - 1 3 3 城市道路交叉口的研究范围- 6 1 4 研究目标及主要内容- 7 - 1 4 1研究目标- 7 - 1 4 2 主要研究内容7 - 第二章城市道路交叉口型式的宏观适应性分析9 - 2 1 优先控制交叉口的适应性分析- 9 - 东南大学硕上学位论文 型式适应性分析方法- 2 9 静态适应度2 9 动态适应度- 2 9 车道组断面通行能力计算- 3 0 - 车道组交通需求3 0 适应度定量化- 3 1 性的交通控制措施- 3 2 - ：1 3 - 式适应性分析示例- 3 4 - 段适应性分析3 4 - - 3 4 4 6 交叉口型式的适应性分析4 6 阶段适应性分析- 5 1 - 境5 1 - 。5 2 - 。5 3 - 的适应性分析- 5 5 - - 5 6 - 5 7 5 1主要研究成果5 7 5 2 研究展望5 7 - 参考文献5 9 致谢6 2 攻读硕士学位期间的论文6 3 第一章绪论 第一章绪论 1 1 立题的背景及意义 城市交通是城市社会经济活动的纽带，是一个城市文明进步的标志之一，对城市经发展和 人民生活水平的提高具有重要意义。改革开放以来，我国社会经济快速发展，城市化进程不断 加快，城市人口快速增长，居民出行总量不断增加。与我国社会经济的快速发展相对应，近几 年来我国的机动车尤其是私家车的保有量也在逐年猛增，城市交通普遍面临交通拥挤、道路堵 塞、事故频发和环境污染加剧等诸多交通问题。造成上述诸多交通问题的原因主要有两个方面： 一是由于城市道路资源空间有限，城市道路基础设施的建设速度赶不上交通需求的增长速度： 二是由于交通管理水平不高，交通管理设施和技术落后，造成城市道路通行能力没有得到充分 发挥。在城市道路交叉口处，不合理的空间布局和控制方式降低了交叉1 2 1 以及整个路网的通行 能力。 城市道路网由众多的路段和交叉1 2 1 组成，交叉口作为城市道路网的节点，不同流向、不同 行驶特性的机动车流、非机动车流和行人流在此反复地分流、合流、交叉，使交叉口处的冲突 点增多，交通运行状况极其复杂，城市道路交叉1 2 1 成为制约路网功能发挥的瓶颈。研究表明： 在通常条件下，平面交叉口通行能力不足路段的5 0 t 卜钉，车辆通过平面交叉口所消耗的时间 约占全程时间的4 0 ，而交叉口延误更占了全程延误的9 0 左右；美国平面交叉口事故数占事 故总数的3 6 左右，而我国城市道路交通事故5 0 8 0 发生在道路交叉口及其邻近地段i6 1 。 更为严重的是，发生在交叉口的局部问题( 比如拥堵和事故) 能借助路网的开放性，以非线性 模式朝周围迅速扩散和积累，若处理不当往往造成路网和交通系统功能的大范围长时间受损甚 至完全瘫痪。可见，城市道路交叉口是城市交通系统“矛盾的主要集中地、问题的主要发生源”， 对城市道路交叉1 3 型式适应性进行研究是提升城市道路交叉口、路网乃至整个综合交通系统功 能的根本。 城市道路交叉口型式适应性是城市道路交叉口规划设计及功能评价、城市道路系统通行能 力分析及交通系统评价的基础，是制定交叉1 2 1 管理方案、改造方案的重要依据。主要表现在： ( i ) 通过对城市道路交叉口型式适应性进行分析，可以正确确定新建交叉口的控制方式、用 地面积和空间布局；( 2 ) 通过对城市道路交叉口型式适应性进行分析，可以结合近期、中期及 远期交通需求变化确定交叉口型式变化；( 3 ) 城市道路交叉口型式适应性可以度量交叉口型式 的合理性：( 4 ) 城市道路交叉口型式适应性分析可以作为交叉口不同设计方案比选的依据。 本文以“十一五”国家科技支撑计划城市综合交通系统功能提升与设施建设关键技术 的课题：城市交叉口功能提升与设计关键技术( 2 0 0 6 b a j l 8 8 0 7 ) 为依托，通过对城市道路交 叉口型式及其适应性进行研究，为城市道路交叉口的规划设计及功能评价提供科学理论基础。 1 2 国内外研究概况 对城市道路交叉1 3 3 的型式及其适应性的研究涉及到的研究范围较广，下面从城市道路交叉1 2 1 的 东南大学硕士学位论文 型式选择方面对交叉口国内外研究状况进行论述。 城市道路交叉口规划与设计规程拍1 和城市道路交叉1 3 规划设计规范h 1 根据城市道路网规 划的相交道路类别确定交叉口的型式： 表卜1规划交叉i = i 应用类型 相交道路土十路次十路支路 i 级i i ( i i i ) 级 主干路 aa a 、e e 次干路 aaa 、b 、e 支路i 级 a 、b 、db 、c 、d 、f i i ( i i i ) 级b 、c 、d 、f 注： 应避免l i ( i i i ) 级支路与主干路相交，确实无法避免时可按e 型交叉口规划。 丁字交叉口不应设置环形交叉口。 其中a 型一交叉口展宽及信号控制交叉口； b 型一设有让路标志或停车标志的优先控制交叉口； c 型一不设控制交叉口； d 型一环形交叉口； e 型一于路中心隔离带封闭、支路只准右转通行的交叉口； f 型一交叉口不展宽及信号灯交叉口。 美国联邦公路局( f e d e r a h i g h w a ya d m i n i s t r a t i o n ，f h w a ) 制定的统一交通控制设施手册 ( m a n u a to nu n i f o r mt r a f f i cc o n t r o td e v i c e s ，m u t c d ) 1 0 】根据道路条件和交通条件来选择交叉口 的控制方式。 1 按照道路分类选择 美国一般将道路分成三类：主干道、次干道和支道，然后根据相交条路的分类，按表1 - 2 选择 交叉口及其控制方式。 表1 2 按交叉道路类型选择交通控制方式 交叉u 类型建议的控制方式交叉口类型建议的控制方式 主干道与主干道 信号灯次干道与次干道信号灯、多向停车、单向停车或让路 主干道与次干道信号灯、多向停车或单次干道与支道 向停车 主干道与支道单向停车支道与支道单向停车或让路停车、让路或不设管制 2 按照交通量和交通事故选择 根据调查交叉口各相交道路交通量、发生交通事故次数、行人稠密程度以及今后的发展趋势等 资料，按表1 3 选择。 表1 3 按交通量和交通事故次数选择交通控制方式 2 第一章绪论 不设控制让路 单向停车全向停车信号灯 交主要道路( 辆h )3 0 06 0 0 通 次要道路( 辆h )2 0 02 0 0 量 合计( 辆h ) 1 0 0 1 0 0 3 0 0 5 0 08 0 0 3 0 0 ( 辆h )1 0 0 0 3 0 0 0 3 0 0 0 5 0 0 08 0 0 0 每年直角碰撞事故次数 行： 玎? = ，： ( 2 1 ) ( 2 2 ) 式中， 栉4 一一交叉口进口车道数； 刀：交叉口上游路段的车道数； 刀罗一一交叉口进口直行车道数。 设计阶段交叉口车道功能划分原则 城市道路交叉口进、出口车道的匹配性研究区域应为交叉口内部，应属于具体设计阶段。 可以将进口道看成交通发生源，出口道为吸引源，出口道必须提供足够的通行能力满足进口道 车辆的排放。考虑到不同进口不同流向的交通流同时排放，出口道应提供足够的交汇区以容纳 同时驶入的所有车流。 研究建议，连接到主干道的次路的进口道，至少应有2 条进口车道f 3 1 】，可以用作直行和转 向的任意组合。当出口车道只有2 条时，不宜减少出口车道，需要通过拓宽交叉口来增加左转 车道。如果次路只有l 条车道，将引起信号周期时间在主路和次路之间分配的不平衡，这种不 平衡在主路实施协调控制的时候，会引起破坏性的结果。 刀8 2 ( 2 - 3 ) 式中， ，l 。交叉口出口道车道数。 从上文的各类型交叉口的车道一般布局方式以及车道功能划分原则可以看出对于城市道 路交叉口车道功能划分已经有了理论依据，但从规范和文献中可以发现主要是从定性角度分 析，进口车道与路段车道、进口车道与出口车道的匹配性分析方法需定性与定量相结合，本文 主要对交叉口型式中的空间布局型式进口道与路段与进口道、进口道与出口道之间的匹配性进行定量分 析。 2 6 本章小结 根据已有的研究文献及规范确定交叉口型式时依据基本都为道路等级、交通需求等，总结各型式交叉 口基本特性、相交道路特性及空间布局特性等。并对城市道路信号控制交叉口车道功能划分方法进行分析， 确定本文主要对信号控制交叉口规划阶段进口道与路段、设计阶段进口道与出口道之间的匹配性进行定量 分析。 1 8 第三章城市道路交叉口型式适应性模型建屯 第三章城市道路交叉口型式适应性模型建立 本章主要是建立城市道路交叉口型式适应性分析模型和体系，即基于已定相交道路的道路及交通条 件，从静态和动态两个角度分析交叉口型式适应性。规划阶段城市道路交叉口型式适应性分析是基 于交叉口进口道与路段之间的匹配确定交叉口进口道的车道功能划分。设计阶段城市道路交叉口型 式适应性分析是基于交叉口进、出口车道之间的匹配确定交叉口进、出口车道的合理设置。 3 1 城市道路交叉口型式适应性定义 城市道路交叉口是否顺畅对交通网络至关重要。交叉口型式包括交通控制方式和空间布局型式，交通 控制方式是使得机动车能从道路路段顺利过渡到道路交叉口的通行权转换，交叉口布局型式是空间( 车道 数量及功能) 和时间( 优先通行权或者相位组合及相位时长) 两大资源的整合，合理的交叉口型式是交叉 口能够与相接道路的等级、功能及横断面型式相适应及其时空资源能够被高效利用的基础。 适应性是指事物对相关联事物所具有的一致性或配套程度。由于交通需求弹性可变，它与相对刚性的 交叉口之间很难有确定的匹配值，而交叉口与路网之匹配研究亦因路网复杂i 生研究的现状所致难以展开， 因此这里的交叉口型式适应性概念仅限于狭义范围内交叉口是道路间的交叉点和连接点。交叉口是道路的 衍生物，其功能应当与道路的性能相匹配。最理想的情况就是二者之间的完全匹配，但由于技术、经济、 环境等因素的制约，交叉口和道路之间往往很难完全匹配，否则也就不会出现交叉口瓶颈之说了。 城市道路不同型式的交叉口对交通需求及周围环境只是一定程度上的适应，而不是绝对的、完全的适 应，由于交叉口和道路都属于刚性结构，其性能在一定期间内具有相对稳定性，因此二者间的匹配具有确 定的度值。但交通需求的动态变化对交叉口型式的适应性有很大影响，但是如何度量这个变化过程呢? 就交叉口型式适应度指标而言，有静态和动态之分。静态交叉口型式适应度泛指交叉口型式与各相关 刚性要素之间的匹配程度，它包括交叉口型式适应城市路网密度、连接道路所承担交通功能、道路横断面 型式的程度，而动态交叉口型式适应度仅指交叉口型式适应动态道路交通流变化的程度，包括交叉口型式 所能容纳的最大服务交通量及每研究时段下的交叉口服务交通量。由于交叉口时空资源的不可累积性，在 交叉口需要改善或者新建时，须综合交叉口型式静态适应性和动态适应性。 3 2 城市道路交叉口规划阶段型式适应性分析方法 3 2 1 城市道路交叉口型式静态适应性 城市道路交叉口型式静态适应性泛指交叉口型式与各相关刚性要素之间的匹配程度，它包括交叉口型 式与城市交通规划、路网密度、连接道路所承担交通功能、道路横断面形式的适应程度。 从工程技术角度米看静态适应性主要考虑的是交叉口与道路连接处的刚性道路特性的适应程度。城市 各等级道路的不同特性主要反映在其承担的交通功能有所不同，而交通功能有可以进一步反应在通行能力 上，所以静态适应度可通过通行能力匹配度来反映。度值愈高，二者的匹配性越好，交叉口的适应性就越 强。 道路通行能力是城市道路交通的一项重要指标，是城市路网交通承载能力的决定性因素之一。由于城 市道路通行能力的发挥受瓶颈部位交叉口的通行能力所制约，致使道路的服务流量难以达到路段的通行能 力，从而导致路网容量的降低，因此如何提高交叉口的通行能力，以使其更好地与城市道路的通行能力相 匹配，最大化道路的使用效率，便成为城市道路交叉口规划设计中的一项重要任务。 1 9 - 第三章城市道路交叉口型式适应性模型建立 通行能力不是对所有的交叉口都同等重要，但每一个交叉口都存在通行能力的匹配问题：或者与道路 的通行能力，或者与道路的交通流量，而当交叉口的通行能力与道路的通行能力相等时则达到了二者之间 的完全匹配，只有此时才能称得上交叉口的通行能力可以适应道路上的任何交通流量。城市道路与交叉口 通行能力之间的匹配关系可由下式表达： ，1 f = 。r ( 3 - 1 ) 式中：f c 通行能力适应度，无量纲 c i 交叉口设计通行能力，p c u h ，1 。r 路段设计通行能力，p c u h 对于四肢交叉口而言，如果无控制交叉口或全停控制交叉口的路权规则要求车辆只能单辆通过交叉 口，则其匹配度小于1 1 4 = 两相位信号控制交叉口约为1 2 ，四相位信号控制交叉口约为1 4 ：环行交叉 口的通行能力与车流性质的相关性较人，且受交通秩序的影响，其值的变化范同也较大。所以很难有确定 的匹西己度，一般为1 4 - 1 2 ；一般情况而言，道路的通行能力具有比较稳定的量值，而交叉口的通行能力 则受交通控制方式的影响较大。以上主要是对机动车道通行能力匹配度的分析，非机动车道及人行道路段 和交叉口处的通行能力匹配度除了信号控制交叉口处，其他型式的道路交叉口连接处匹配度基本为1 2 。 表3 1 通行能力匹配度范围 无控制交叉口 标志控制交叉口信号控制交叉u信号控制展宽式交叉口 2 相位4 相位2 相位4 相位 通行能力匹配度 3 5 ( 3 9 ) 式中：w 一车道宽度( 朋) 。 通过对南京市进行调查，在现有的信号交叉口中，由于受道路条件的限制，车道宽度最窄的有2 4 m 。 因此，本文通过调查，补充了2 4 m - - , 2 7 m 的车道宽度校正系数，最后得到各车道宽度的校正系数如下式 所示： 厶= lw = 3 0 3 5 0 4 ( w o 5 ) 2 7 w 3 0 0 3 5 ( w 一0 1 9 ) 2 4 w 3 5 ( 3 1 0 ) 2 ) 坡度及大车校正 道路纵坡和大车比例对进口车道的饱和流率有一定的影响。随着进口道上坡坡度的增加以及犬车比例 的提高，进口车道的饱和利率会有所折减。坡度及大车校正系数为【仃】： = 1 一( g + ) 式中： ( 3 - 1 1 ) g 一道路纵坡，下坡时取0 ； h v 一大车率。 3 ) 地区类型校正 地区类型校正系数主要说明不同地区类型对交叉口通行能力的影响。由于交叉口所处的地理位置不 同，车辆通过交叉口时所受到的影响不同，驾驶员通过交叉口时的驾驶心理也不相同，因此对于具有完全 相同特征的同类型车道其饱和流率会有所不同。记地区类型校正系数为，a ，由第5 章统计分析，可得非 中心商业区的地区类型校正系数为： 无= s n c n o s c n o = t c n o t u c n d2 104(3-12) 2 6 - 东南大学硕士学位论文 式中： s k 肋一非中心商业区一条车道的饱和流率( p c “办) ： & 8 d 一中心商业区一条车道的饱和流率( p c “ ) ： ，( 加一中心商业区一条车道的饱和车头时距( s ) ； t n c b d 一非中心商业区一条车道的饱和车头时距o ) 。 为了使公式便于统_ 应用，取中心商业区的地区类型校正系数为1 ，则实际计算时不同地区类型的校 正系数取信如表4 1 9 所示： 表3 5 地区类型校正系数值 l 地区类型 中心商业区 非中心商业区 l_ l 厂口值 1 1 0 4 l _l 上面分析了各类车道的通刚校正系数。对于城市信号交义口来说，由于车道布局状况较为复杂，再结 合交叉口的信号相位设置状况，会出现多种组合，对于同样的车道布局在不同的相位状况下其交通流冲突 状况也会有所不同。因此本文将结合交叉口的信号相位设置状况，对交叉口的各类车道进行分类，在此基 础上，对各类车道的通行能力进行研究。 3 2 4 城市道路交叉口型式动态适应性分析v l s s l m 仿真步骤 进行交叉e l 动态适应性分析时所用到的v i s s i m 模拟的基本步骤如下l z 7 j ： 1 ) 根据城市道路的横断面及交叉口的缘石半径研究画出交叉口平面布局图。 2 ) 根据与交叉口连接道路的行车要求添加或编辑行车路线( d e f i n e e d i tr o u t i n g ) ，必要情况下定 义方向选择( d i r e c t i o nd e c i s i o n ) ，但路径选择比方向选择更为有效。 3 ) 添加或编辑车辆类型( v e c h i l et y p e ) 。相当于定义车辆功能的物理i 生能，包括车型、几何尺寸、 颜色、期望速度及加减速性能等，期望速度可以在交通组合中编辑。模拟过程中车辆类型选取10 0 的标 准小汽车，实际应用时可根据大车混入率进行一定的折减。期望速度根据城市道路路段设计车速及各服务 水平下的车速折减确定。 4 ) 添加或编辑车辆类别( v e c h i l ec l a s s ) ，一种或几种车辆类型可组成一个车辆类别，速度、评价、 路径选择行为和其它交通网络元素都是直接针对车辆类别而言的。缺省| 睛况下，一种车辆类别指向同名的 一种车辆类型。多种车辆类型只有它们具有相似驾驶行为，仅仅是特性不同才能组成同一个车辆类别，例 如b u s 因为其有不同的长度冈而将它们分为不同的类型，但因为其有相同的驾驶行为而组成同一个车辆类 别。 5 ) 定义交通流组成( t r a f f i cc q m p o s i t | o n ) ，它定义每一进入交通网络交通流的车辆组成( 类别、 混合比及流量等) ，值得注意的是，公交车辆的流量将在公交车路径里单独定义而不能包括在此流量中。 6 ) 定义进入交通网络的交通流量，交通流量可因路段或时间段的不同而不同。 7 ) 对信号控制交叉口，建立信号控制( s i n g n a l c o n t r o l e r ) 和信号组( s i n g n a l g r o u p s ) ，并在 同交叉口相连接的车道上( l a n e ) 设立交通控制灯( s l n g n a lh e a d ) 。对标志控制交叉口，在交叉口相连 接的车道上( l a n e ) 设立停车线和标志，并设置通行的优先规则。 2 7 第三章城市道路交叉口型式适应性模型建立 8 ) 选定要输出的统计文件( 如延误和排队长度的文件) 并调整有关模拟参数对整个交通网络进行仿 真模拟。 3 2 5 城市道路交叉口服务水平及评价指标选取 服务水平是描述交通流的运行条件及驾驶员与乘客对其感受质量的标准。一般用下列因素来描述：速 度和行驶时间、驾驶自由度、交通延误、间断舒适、方便、安全等。对每种交通设施，最能说明其运行质 量的是一个或几个参数。这种为确定交通设施服务水平而选择的参数，称为评价指标，用它们可以很好地 描述该类型设施服务质量。 3 2 5 1信号控制交叉口服务水平评价指标选择 对于城市道路来说，衡量交通服务质量的最主要指标为路段、交叉口的拥挤程度( u pv c ) ，其次是 车速( 路段) 或延误( 交叉口) 。由于车速、延误与v c 有关，若v c 增大，则必有车速降低，延误增加： 若v c 减小，则必有车速增加，延误降低，故只有v c 具有独立性。为了方便研究，可以采用v c 作为 城市道路与交叉口的服务水平划分依据【z 刀。 由上述分析可见，衡量交叉口服务水平的评价指标有多种，由于各评价指标之间具有相关性，因此大 部分评价方法都是选取其中最主要的- n 两个指标作为评价标准，并且人部分都是围绕延误和饱和度v c 展开研究。美国19 9 4 年在对第三版道路通行能力手册的修订中，提出运用平均停车延误作为服务水 平的评价指标。在美国第四版的道路通行能力手册( h c m 2 0 0 0 ) 以及德国的道路通行能力手册 ( h b s 2 0 0 1 ) 中选取了交叉口次路交通流的平均控制延误作为评价指标。 基于上述分析，本文借鉴相关文献的服务水平评价标准以及本文的研究目的，主要选取平均延误作为 城市道路交叉口的服务水平评价指标。平均延误是指经过标志控制交叉口的车辆不能以期望速度运行而产 生的时间损失，即实际运行时间与理想条件下运行时间的差值。由于标志控制交叉口处假设主路交通流的 运行不受影响，因此，标志控制交叉口的平均延误主要指的是次路车辆的延误。饱和度即次路入口交通量 与实际通行能力的比值。 3 2 5 2 信号控制交叉口服务水平划分 和无信号控制交叉口的分析相同，可选用每车平均信控延误和饱和度作为城市信号控制交叉口的服务 水平评价指标。由于驾驶员对于无信号控制交叉口和信号控制交叉口的期望值不同，信号控制交叉口的设 计目的是为了输送更多的交通量，因此对于同样的服务水平，信号控制交叉口的延误值可能大于无信号控 制交叉口【硼。基于每车平均信控延误和饱和度的服务水平划分标准如表3 - 3 所示： 表3 6 我国城市道路信号控制交叉口服务水平划分标准 淤芝 abcdef 评价指标 每车信控延误( s v e h ) l o1 1 2 02 卜3 53 6 5 55 6 8 0 8 0 v c 1 0 各级服务水平的交通状况为：a 一畅行车流，基本上无延误：b 一稳定车流，有少量延误；c 一稳定车 流，有一定的延误，但司机可以接受：d 一接近不稳定车流，有较大延误，但司机还能忍受；e 一不稳定车 流，交通拥挤，延误很大，司机无法忍受：f 一强制车流，交通严重阻塞，车辆时停时开。 2 8 - 东南人学硕士学位论文 3 3 城市道路交叉口设计阶段型式适应性分析方法 在由于交叉口时空资源的不可累积性，须在确定信号交叉口布局型式满足静态适应性的基础上再分析 加载交通量后的动态适应性。为使交叉口的布局型式适应交通需求、达到资源高效利用的目的，须以交叉 口空间设计为背景，不断进行空间与时间的交互优化设计网。 城市道路交叉口对交通需求及周围环境只是一定程度上的适应，而不是绝对的、完全的适应，交通条 件的动态变化对交叉口布局型式的适应性有很大影响。本文采用静态、动态适应度分别评价交叉口布局型 式的普遍和相对适应性。分析各种道路交叉口型式，信号控制交叉口相对于其他型式交叉口而言具有较差 的内部自组织能力，而且本文主要是分析主干路与主干路相交的信号控制交叉口，综以上原因所以本文主 要对信号控制交叉口型式的适应性。 设计阶段城市道路交义口型式适应性分析主要是建立对交叉口内部区域进、出口车道的空间布局设置 合理性分析模型。 3 3 1 城市道路交叉口型式静态适应度 城市道路信号控制交叉口静态适应度是指在一定的道路、交通条件下，为保证每相位下交叉口功能区 畅通，某信号相位下交叉口进口车道断面的设计通行能力( 需求) 与出口车道断面的设计通行能力( 供给) 相协调的程度。静态适应度主要取决于空间( 车道数量及功能划分) 和时间( 相位组合及相位时长) 等条 件及其相互协调设置。 根据城市道路信号控制交叉口的通行规律，红灯时到达交叉口停车等待的机动车在绿灯初期会以饱和 车流形式通过交叉口。因此，要求同一相位下相匹配的出口车道断面设计通行能力与进口车道断面的设计 通行能力相适应。若交叉口的相位数为0 5 ，则在相位下进口车道断面设计通行能力c f 与出口车道断 面设计通行能力凹鲫之比即为相位下交叉口布局型式的静态适应度召f ，即 彰= 磊 纠， ( 3 1 3 ) 3 3 2 城市道路交叉口型式动态适应度 城市道路信号交叉口动态适应度是指在一定的道路、交通条件下，各信号相位下交叉口进口车道组的 交通量与出口车道断面的设计通行能力相协调的程度。动态适应度主要取决于信号交叉口在相位变换过程 中相位间及各相位内的进口车道组交通量与出口车道断面设计通行能力之间的协调。 若交叉口的相位数为口，在相位下进口车道组的交通量为v 户，出e l 车道断面设计通行能力为 c ，设群为夕相位下的动态适应度，则 啦若 脚棚 ( 3 - 1 4 ) 设高峰小时内观测周期数为i ，交叉口相位数为口，在相位下编号为j 进口车道所有周期中的最 大交通量是甲，进口车道组的交通量为矿刚，则 2 9 第三章城市道路交叉u 型式适应性模型建市 y 儿 - ， m a x 彤= l 0 式中：j 进口车道的交通量为相位下不同转向的各种车型换算后的当量交通量f 7 l 。 3 3 3 城市道路交叉口出口车道组断面通行能力计算 从物理性质来看信号交叉口出口车道的通行能力接近于路段上的通行能力c d ，考虑到交叉口特有的 交通环境，对路段通行能力进行折减，得到的是出i = 1 道在特定交通环境下的通行能力乙m 【2 9 】。 c m = c ox ( 3 1 6 ) y m = y m l xy m 2 y m 3xy m 4 ( 3 - 1 7 ) 其中，内侧车道c 0 取1 5 5 0 p c u l h ，外侧车道c o 取1 4 5 0r x ：u l h 。- 为交叉口转弯半径折减系数；： 为车道宽度折减系数：，为出口道坡度折减系数；，嘲为非机动车和行人影响的折减系数。 结合交叉1 ：3 不同于路段的交通运行特点，需考虑合流冲突点及绿灯损失时间对通行能力的影响。以机 动车为标准设定合流冲突区，长度及宽度分别加上一段安全距离( 本文取值0 6 米，可根据实际情况确定) ， 合流冲突点对机动车的直接影响结果是以较缓慢的速度通过冲突区以降低冲突强度，提高安全性。绿灯期 间冲突区被机动车占据的时间越长，能够通过的机动车数量就越少，因此通过计算机动车对冲突区的占据 时间就可以确定合流冲突点对出口道历实际通行能力c | ：i 的影响。 = c m 品 v 7 j - - ( 3 - 1 8 ) 交叉口的相位数为a ，在相位下n 个出口道组成此相位下的出口道车道组，m 出口道的实际 通行能力c ；，车道组数的通行能力总和为c ，即 c 户= g = 1 ，口) ( 3 - 1 9 ) 3 3 4 城市道路交叉口进口车道组交通需求 由于城市道路交通流存在潮汐性等时间特性，所以交叉口进口车道数交通需求需取全天中交通量最高 值，而不能单单以某一高峰时段的交通量来确定。选取高峰小时内每相位时间内交叉口进口车道组的交通 量计算进口车道组的交通需求。 设高峰小时内观测的周期数为i ，交叉口的相位数为a ，在相1 1 i ) = 下编号为j 进口道的所有周期中 交通晕最大的是e ，车道组的交通茸总和为y 夕，即 f、 v k m a x v ；j = 1 ，n ( 3 - 2 0 ) 3 0 - 东南大学硕士学位论文 对于新建交叉口可以采用短期预测交通量或者对进口道车道组通行能力取8 5 位值进行计算。 3 3 5 城市道路交叉口型式适应度定量化 利用v i s s i m 软件对南京市3 个典型主、次干路相交十字型信号交叉口进行仿真，模拟并观测高峰时 段交叉口各相位下机动车的运行状态及流量，将计算得到的适应度指标值与每车平均信控延误( 通过 v i s s i m 仿真可以得到) 及进口车道的饱和度进行对比分析，得出交叉口型式的适应性定量范围。 分析信号交叉口是否满足静态适应性时，对各车道输入与相当于设计通行能力值的交通量参数，得到 出1 3 车道满足进1 ：3 车道交通量的静态适应度群【o 8 0 ，1 0 5 】，此范围内交叉口的布局型式处于静态适应 状态，出口车道断面设计通行能力与进口车道断面设计通行能力相适应。具有这种布局型式的交叉口对交 通量的动态变化有较强的适应性，甚至当进口车道交通量达到设计通行能力时，也能保证交叉口功能区顺 畅。即获得通行权期间。进口车道的交通晕不会因为出口车道的供给不足而滞留交叉口内部，影响下一相 位放行的交通流。 分析信号交叉口是否满足动态布局型式时，根据城市道路平面交叉口规划与设计规程中要求交叉口的 服务水平必须达到c 级以上，即饱和度必须小于等于0 7 s f i 杓要求确定加载交通量参数的范围从零到c 级 上限服务交通量值之间，得到动态适应度、每车平均信控延误及v c 比等3 个指标值。分析3 个指标的相 关性( 见图3 2 ) ，结果是动态适应度与每车信控延误的相关系数r z = 0 9 4 1 、与v c 的相关系数r 2 = 0 9 1 7 ， 因此三个指标之间具有较好的相关性。 3 1 号交叉口的布 局型式达到c 级以上服务水平，且车流处于稳定状态，虽然有延误但还可接受，交叉口的时空资源得到有 效利用且满足交通需求： 当b f o 9 0 时，每车信控延误大于3 5s ，v c 大于o 7 0 ，交叉口的布局型式具有较弱的适应性，交 叉口时空资源的利用率高，但已不能满足交通需求，亟需优化。 3 4 城市道路交叉口具有时变性的交通控制措施 规划设计中的城市道路交叉口一般根据预测交通量确定选型，规范明确提出设计标准是在规划阶段交 叉口必须满足b 或c 级服务水平，所以在交通需求近、中远远期的动态变化情况下，可根据不同交叉口型 式所能提供的通行能力大小以及其特征与周围环境的相匹配程度决定当下及远期交叉口可选用的型式。对 于已建成的城市道路交叉口进行优化设计时可以采用从高级到低级的可时变的交叉口型式，这种具有时变 性的控制措施在南京部分交叉口已有采用。譬如从交通控制角度信号控制交叉口在交通条件允许的情况下 ( 学校周同交通运行有明显时间特征的t 型交叉口) 可以由红绿灯改为黄闪降为减速让行控制，或者关掉 信号灯降为全无管制控制以避免无意义的时空资源浪费；从空间布局型式角度交叉口展宽及信号控制交叉 口在进行进口车道功能划分时可以在平峰时段改变进口车道为停车带等，在高峰时段再恢复道路功能。而 反之短时或者可时变的对交义i ：1 进行升级处理在大部分情况下是不可行的，这就要求我们必须有长远的战 略规划，为交叉i ：1 的用地控制和管道线路的预埋控制。 规范l z j 中的7 4 1 1 条规定，“在原有道路网改造规划中，当交义口的交通量达到其最大通行能力 的8 0 时，应首先改善道路网，调低其交通量，然后在该处设置立体交叉1 3 ”。该规定似乎有些欠妥，不 仅未考虑不同型式的交叉口通行能力是不同的，而且也夸大了立体交叉i ：1 适用性，由于立体交叉口对用地 3 2 - 东南大学硕士学位论文 面积、道路条件等要求较高。所以实际情况是中、大城市中9 5 的交叉口都是交叉口。小城市的比例更是 商达9 9 。本