（模式识别与智能系统专业论文）主线分离式平面交叉通行能力研究.pdf

摘要 立体交叉作为城市道路的重要组成部分，在进行路网交通压力均分方面，在影响道 路的运营效率和平衡道路的通行能力方面起着主导作用。在城市环路与快速路上的定向 式和互通式立交，因为不具备交通信号控制条件，导致交通流量在上下游交叉口快速积 累，引起相邻交叉口的交通堵塞。 城市外围路网越畅通，市区的交通压力就越大。因此在对城市外围路网进行改造时， 应多建对交通流量有调节能力的立交桥。主线分离式平面交叉是在菱形立交的基础上发 展而来的一种部分互通式立体交叉，因为次要道路上的平面交叉采用信号灯控制，可以 起到外围截流和环内路网压力均分的作用，所以在大城市或特大城市中有很广阔的应用 前景。 本文首先对国内外主线分离式平面交叉的研究进行了总结和评述，由于主线分离式 平面交叉中存在信号交叉口，而通行能力和服务水平是用于信号交叉口分析的两个相对 独立的概念，在对主线分离式平面交叉进行整体运行状况建模分析时，两个参数都是必 须有的。然后将其分为无辅道式和有辅道式，结合城市道路设计规范及现有文献提 出的有关道路交叉口通行能力计算模型和方法，给出典型的车道布置类型，分别进行通 行能力的计算。 对于主线分离式无信号交叉口，因为交叉口范围比较大，选取公路无信号交叉口的 临界间隙值和随车时距进行了通行能力分析。最后通过对上海两座主线分离式平面交叉 设计实例通行能力的分析，验证了论文中计算的车头时距和计算模型的正确性。 关键词：主线分离式平面交叉流量调节通行能力计算模型 a b s t r a c t a st h ei m p o r t a n tc o m p o n e n to ft h eu r b a nr o a d ，i n t e r c h a n g e sp l a y sar o l ei ne q u i p a r t i t i o n u r b a nr o a dn e t w o r kt r a f f i cp r e s s u r e ，a n di ne f f e c t i o no fr o a do p e r a t i o n a le f f i c i e n c y , a n di n h o l d i n gt h eb a l a n c eo fc a p a c i t y t h er i n gr o a da n dt h ee x p r e s s w a yi nc i t yh a v ed i r e c t i o n a l i n t e r c h a n g e sa n di n t e r c h a n g e s ，t h e ya r ei n c a p a b l eo fs i g n a lc o n t r o l ，s ot h et r a f f i cf l o wq u i c k l y a c c u m u l a t e di nt h ei n t e r s e c t i o no fu p s t r e a mo rd o w n s t r e a m ，w h i c hr e s u l ti nt r a f f i cj 锄i nt h e a d ja c e n ti n t e r s e c t i o n s t h em o r el i g h to nt h eo u e s i d eu r b a nr o a dn e t w o r k ，t h em o r et r a f f i cp r e s s u r ei nt h e i n t e r n a lr o a dn e t w o r k w h e nt r a n s f o r mt h eo u t s i d er o a dn e t w o r k ，i ti si m p o r t a n tt oc o n s t r u c t e d i n t e r c h a n g e sw h i c hh a st h ec a p a b l eo ff l o wc o n t r 0 1 i n t e r s e c t i o nw i t hm a i n l i n es e p a r a t e di sa p a r t l yi n t e r c h a n g ew h i c h c a l t l ef r o mad i a m o n di n t e r c h a n g e b e c a u s et h eg r a d ec r o s s i n go n t h es e c o n d a r yr o a di saa t g r a d es i g n a l c o n t r o l l e dj u n c t i o n ，i tc a np l a yar o l ei ne q u i p a r t i t i o n t r a f f i cp r e s s u r et h a tl i ei nt h ei n t e r n a lu r b a n ，a n di ns h i e l d i n gt h et r a f f i cf l o wi nt h eo u t s i d e s o t h ei n t e r s e c t i o nw i t hm a i n l i n es e p a r a t e dh a sae x t e n s i v ep r o s p e c ti nt h el a r g ec i t yo r m e g a l o p o l i s t h et e x ts u m m a r i z e sa n dc o m m e n t so nt h es t u d yo fi n t e r s e c t i o nw i t hm a i n l i n es e p a r a t e d i n t e m a la n do v e r s e a sf i r s t l y b e c a u s ei th a sa t g r a d es i g n a l c o n t r o l l e dj u n c t i o n ， c a p a c i t ya n d l e v e lo fs e r v i c eo fi n t e r s e c t i o na r er e s p e c t i v e l yc o n c e p tt oa n a l y s i si t w h e ne s t a b l i s hm o d e lo f i n t e r s e c t i o nw i t hm a i n l i n es e p a r a t e do p e r a t i o n a l ，i ti sn e c e s s a r yt oh a v et h et w op a r a m e t e r a n dt h e n ，i tw a sc l a s s i f i e dt w ot y p e s o n eh a sf r o n t a g er o a d s ，t h eo t h e rn of r o n t a g er o a d s s p e c i f i c a t i o n s f o rd e s i g nu r b a nr o a dc o m b i n e dt h el i t e r a t u r e sw h i c hh a v et h ec a p a c i t y c a l c u l a t i o nm o d e la n dm e t h o d s ，c a l c u l a t et h et y p i c a ll a n el a y o u t sc a p a c i t yr e s p e c t i v e l y b e c a u s et h er a n g eo ft h ei n t e r s e c t i o nw i t h m a i n l i n es e p a r a t e dw a sb i g g e rt h a n n o m a l ，w h e ni th a s n ts i n g a lc o n t r o l ，a d o p tt h ec r i t i c a lg a pa n dt h ef o l l o w i n gu pt i m eo ft h e h i g h w a yt oc a l c u l a t et r a f f i cc a p a c i t yo fi n t e r s e c t i o nw i t l lm a i n l i n es e p a r a t e dw i t h o u ts i n g a l c i n t r 0 1 a tl a s t ，t h et e x t a n a l y s i s t h ec a p a c i t yo ft h et w od e s i g n e de x a m p l e sf r o m s h a n g h a i ，c h e c ka n a l y s i st h ep r e s u m ec a l c u l a t eh e a d w a yf r o mt h et r a f f i cs t r e a ma n dt h e m o d e l k e y w o r d s i n t e r s e c t i o nw i t hm a i n l i n es e p a r a t e d ：f l o wc o n t r o l ：c a p a c i t y ：m o d e l i l 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： 陌丑如产多月2 r 日 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o 锯逮 彩七、讳 砷年s 只返e t 少7 年厂月万日 长安人学硕士学位论文 1 1 研究背景与意义 第一章绪论 城市道路是城市交通的主要基础设施，立体交叉作为城市道路的重要组成部分，其 通行能力的大小很大程度上决定或制约着整个城市路网通行能力的大小，成为路网规 划、建设、改造和交通治理的重点。国内近十年来大力发展城市快速路和环路的建设， 而快速路网的建设打乱了市区路网通行能力的匹配关系，导致出现新的问题【l 】。快速路 和环路较好的通行条件，可以使其网络上的每个节点都做到交通流量的快速积累，而与 快速路或环路节点相交的道路通行能力远不及快速路和环路那样高，交通流量消散速度 很慢。一旦发生交通饱和，节点上的积累速度大于消散速度，其结果就是发生交通拥堵。 道路发生交通拥堵、频发的交通事故以及交通环境污染等问题日益突出，严重影响着我 国经济建设和运行效率。 目前国家正在下大气力进行城市基础设施建设，城市基础设计建设主要是指城市道 路和桥梁建设，而城市立交在影响道路的运营效率和平衡道路的通行能力方面起主导作 用。许多立交建成之初，虽然缓解了该交通枢纽点上的交通阻塞，但运行一段时间后， 很快又成为交通瓶颈，车辆经常受阻。如北京二环路上的官园、积水潭菱形立交；三环 上的四通、洋桥、双井菱形立交，这些在饱和交通流下的菱形立交，已经严重影响了快 速路系统的整体交通容量【2 】。环路不仅应当疏导过境交通，而且还应有屏蔽外围交通、 避免进城流量快速集中的功能。环路上使用过多的互通式立交和定向式立交，把城市外 围的车流以连续流形式直接放进了市区，加剧了市区的拥堵。如果这些立交桥都采用主 线分离式平面交叉，则桥下的交通信号控制就可以起到层层截流的作用，减缓市区进城 流量的积累速度，进而缓解市区的交通拥堵。 由于主线分离式平面交叉在城市路网建设中的具有以上作用和很强的交通适应性， 本文希望通过对主线分离式平面交叉设计通行能力的分析和合理比较，为城市道路规划 设计人员在大城市或特大城市中推广主线分离式平面交叉提供理论依据。对采用新型的 立交桥型式和对过时的立交进行结构整形或修缮；对增大城市快速路系统的整体交通容 量；对解决城市中心地区的交通紧张状况；对城市高架路下的平面交叉的布局和交通组 织都具有重要意义。 第一章绪论 1 2 国内外研究现状 1 2 1国外研究现状 国外从上世纪2 0 年代初，开始构思并修建城市立体交叉。从最初的分离式立交到 苜蓿叶形立交，从半定向式到定向式立交，以及喇叭式、环形立交等等，出现了各种各 样的立交形式。 1 9 7 4 年，美国佛罗里达州c l e a r w a t e r 修建了世界上第一座主线分离式平面交叉，1 9 7 5 年，在伊利诺伊州m o l i n e 修建了第二座主线分离式平面交叉。1 9 7 5 年，德国在科隆 ( c o l o g n e ) 莱茵河附近修建了本国的第一座主线分离式平面交叉，同年加拿大在a l b e r t a 省，埃德蒙顿( e d m o r t o n ) 城修建了几座主线分离式平面交叉。主线分离式平面交叉在 国外经历了快速的发展，目前美国全国大约有3 0 0 座主线分离式平面交叉【3 】。 综上所述，国外城市中的立交发展过程由简易立交到形式复杂的互通式立交再回归 到简易的立交型式，对于立交形式的认识和作用正在发生不断的变化。 随着各种形式立交的修建，发达国家立交的规划、设计理论也日趋成熟，对于立交 设计中的交通量预测，匝道通行能力分析等交通条件都作了大量的研究工作，并形成了 相对完整的理论体系【4 】。美国的道路通行能力研究，已经对道路通行能力手册 ( “h i g h w a yc a p a c i t ym a n u a l ”简称h c m ) 相继出了四个版本，h c m 2 0 0 0 新手册的 编制工作已经完成。对立交匝道端部的通行能力分析方法作了大幅度的修正，成为国际 上公认的一本有关道路通行能力与服务水平分析的权威性手册。对新的立交设计和施工 提供了指导性意见。 美国1 9 9 0 年a a s h t o ( 美国州际公路与运输协会) 的道路设计绿皮书中没有主线分 离式平面交叉部分，但是在随后的补充研究及运营经验的基础上，1 9 9 1 年就对绿皮书进 行了完善。国外对于主线分离式平面交叉的研究重点已经放在安全评价和计算机模拟分 析方面，主线分离式平面交叉通常适用于用地受限的城市发达地区，由于空间上的约束， 它的设计指标可能采用最低设计标准或指南比较多。g i b b sm a r g a r e t 等人通过几何线形 限制、视距受限、平面交叉区域以及行人和非机动过街等方面对其进行安全评价并提出 了具体的改进措施【5 】。 j s e l i n g e r 和h s h a r p 通过计算机模拟具体分析了主线分离式平面交叉运营中的信号 相位、饱和流率、清车间隔、最大排队长度以及与邻近交叉口信号控制的联动性等问题， 为具体的立交形式选择提供了参考【6 】。 2 长安大学硕士学位论文 j o eb a r e d 和a l v i np o w e l l 等人对主线分离式平面交叉和菱形立交的事故率进行了比 较，认为二者的事故率没有太大的差别，但是主线分离式平面交叉比传统的菱形立交更 安全1 7 1 。 1 2 2 国内研究现状 我国修建立体交叉起步较晚，最初是从解决城市道路交叉口的交通问题开始的。从 上世纪5 0 年代中期开始修建，到8 0 年代后，随着我国经济的快速增长，全国各地纷纷 修建快速路和环城高速道路。北京、天津、广州、沈阳、南京、上海、西安等城市，为 了改善城市交通，修建了许多全互通立交或部分互通立交的环城高速道路；同时为了改 善一些交通量大、阻塞严重交叉口的交通向题，也都修建了立体交叉。例如，天津市中 环路全长3 4 4 9 k m ，设置了8 座立体交叉；南京市2 0 0 1 年修建的新庄立交( 半定向) 、 2 0 0 3 年修建的赛虹桥立交( 半定向) 和2 0 0 4 年修建的双桥门立交( 全定向) ，上海市 2 0 0 3 年规划设计的内环线上的主线分离式平面交叉等，都是我国立体交叉高水平发展的 典范。 由于国民经济的迅速发展，城市中心交通的日益饱和，设计者也开始注意到主线分 离式平面交叉，应用于实际工程的现象开始出现。华中科技大学吴瑞麟老师对主线分离 式平面交叉及其变形后的通行能力进行了前瞻性的研究隅1 1 9 1 ，基于主线分离式平面交叉 的思想，将环形立交中环形转向车道上连续、交织运行的车流变形为灯控平面交叉模式 下的分时间段车流，并对其通行能力进行了理论分析和计算。 上海市政工程设计研究院的朱剑豪等人在主线分离式平面交叉的实际应用上给出 了详细的分析【1 0 】。采取交通工程设计方法，综合城市建设、运营、管理和可持续发展的 理念，分析了主线分离式平面交叉的交通适应性。 由于经济的跨越式发展，城市规划造成的交通需求也进入了高速发展阶段，早期修 建的城市立交，已经不能完全适应发展的需要，在饱和交通条件下产生了秩序乱点、交 通堵点、事故黑点。对于立交的改造和修缮研究成为重点，国内有关单位和学者在此方 面也开展了不少工作，如陈永德在提高菱形立交通行能力提出了具体的改进措施【2 】，王 宝辉对快速路上的菱形立交改进型式进行了研究，结合上海市外环线菱形立交，分析了 快速路与主次干路相交的菱形立交存在的交通问题，提出了改进方法【l l 】。胡景祥对单主 线分离式平面交叉和菱形立交的几何特征、运营状况、占地、桥梁设计、服务水平、改 扩建的灵活性等方面进行了合理比较【12 1 。抚顺市和平桥南立交改造【1 3 】，是主线分离式平 3 第一章绪论 面交叉应用于改造工程的又一实例，满足了城市建设发展的需要。 我国立体交叉发展几十年的历程，立交的规划与设计理论取得了相当多的研究成 果，并积累了一定的实践经验。但是，目前立交的规划与设计主要参考国外资料和技术 标准，在立交设计中对匝道的通行能力评估尚未引起必要的重视，反映最大通行能力的 交通量观测资料也基本处于空白，所以我国有关匝道通行能力的一些量化指标也还停留 在理论阶段，而且我国目前用来评估匝道通行能力的方法主要是参考美国的h c m ，适 合我国目前机动车辆特点的分析方法指南还没有出版，立交交通量预测中的一些关键参 数还有待改进。 1 3 研究内容与技术路线 1 3 1 研究内容 本论文主要的研究内容包括以下五个部分： ( 1 ) 国内外研究综述：对国内外主线分离式平面交叉的研究进行总结和评述，并 借鉴相应的研究方法与研究成果，确定本论文的主要研究思路。 ( 2 ) 通行能力和服务水平：对路段、信号交叉口、无信号交叉口以及匝道的通行 能力和服务水平进行介绍，为后续章节的通行能力计算提供理论支持。 ( 3 ) 主线分离式平面交叉通行能力分析：介绍了主线分离式平面交叉的基本概念 和分类，结合无辅道式和有辅道式主线分离式平面交叉的典型车道布置类型，对主线分 离式平面交叉信号交叉口的设计通行能力进行计算。 ( 4 ) 主线分离式无信号交叉口的设计通行能力分析：结合参考文献的临界间隙值 和随车时距值，应用间隙接受理论对其进行了设计通行能力计算。 ( 5 ) 主线分离式平面交叉设计实例通行能力分析：介绍了主线分离式信号交叉口 的基本概念和设计通行能力的计算方法。通过对上海两座主线分离式平面交叉的设计通 行能力进行分析，验证了模型计算中的车头时距和模型建立的正确性。 1 3 2 技术路线 ( 1 ) 以理论分析为指导，借鉴国内外相关的研究成果，计算出平均车头时距用以 分析主线分离式平面交叉的设计通行能力。 ( 2 ) 主线分离式平面交叉信号交叉口设计通行能力计算采用“停车线”法结合其 典型的车道布置型式，进行建模分析计算。 4 长安大学硕上学位论文 ( 3 ) 以间隙接受理论为依据，采用推荐的临界间隙值和随车时距值，对主线分离 式无信号交叉口的设计通行能力进行计算。 ( 4 ) 使用h c m 法和国内的“停车线”法以及城市道路设计规范的推荐方法， 对主线分离式信号交叉口设计实例的通行能力进行比较分析，验证了模型中的车头时距 计算数据和模型的可靠性。 5 第二章通行能力与服务水平 2 1 通行能力概述 第二章通伊 t 酏f l 匕力与服务水平 通行能力是道路规划、设计及交通管理等方面的重要参数【1 4 】，它是度量道路在单位 时间内可能通过车辆( 或行人) 的能力，与交通量的含义不尽相同。交通量是指道路在 某一定时段内实际通过的车辆( 或行人) 数；而通行能力是道路在一定条件下单位时间 内所能通过的车辆的极限数量，是道路所具有的一种车辆通过“能力 。道路设计的一 个基本原则是“设计交通量”5 “设计通行能力”。当道路上的交通量接近或等于设计通 行能力时，就会出现交通拥挤或阻塞停滞现象。研究道路通行能力，对于现有道路功能 的评价、确定道路修建方案、改进交通管理和控制方式、规划新建道路及选择交叉口形 式等都具有重要意义。 2 1 1 定义及影响因素 我国的“通行能力 定义为：在现行通常的道路、交通和管制条件下，在已知周期 ( 通常为1 5 m i n ) 中车辆或行人能合理地期望通过一条车道或道路的一点或均匀路段所 能达到的最大小时流率。日本对于道路通行能力的定义为：在一定时间内能通过道路某 截面的最大车辆数【15 1 。 通行能力所定义的“通常的道路、交通和管制条件应理解为通行能力对被分析的 交通设施的任何断面都是适用的。这些通常条件的任何变动都会导致这项交通设施通行 能力的变化。通行能力的定义还假定道路所处地区具有良好的气候条件。 通行能力定义的道路条件指的是道路的几何线形特征，如交通设施的种类及其环 境、车道数、车道及路肩宽度、侧向净空、设计速度、平纵线形和路面品质。 交通条件指的是交通流特征，即车辆种类的组合、车道分布、交通量的变化以及交 通流的方向分布。 管制条件指的是交通控制设施的种类和设计以及交通管理规划。交通信号的位置、 种类和配时是影响通行能力的关键管制条件；其他重要控制包括有停车标志和让路标 志、车道使用限制、转弯限制等措施。 通行能力的单位为：当量标准车辆数单位时间( 行人数单位时间) 。机动车道通行 能力多以小客车为标准车型，其他车型的车辆数按规定的车型换算系数折算为当量小客 车p c u ( p a s s e n g e r c a ru n i t ) 数。当然，如果道路上通行的主要是某一其它车型的车辆， 6 长安大学硕士学位论文 也可以该车型车辆作为标准车型；非机动车道多以自行车为标准车型，其他非机动车按 其与自行车的车型换算关系折算为当量自行车数。单位时间一般均以小时表示。表2 1 是我国城市道路规划设计规范c j j 9 0 给出的不同标准车型的换算系数n 6 j 。总之，道 路通行能力不是一个一成不变的定值，是受其影响因素变化而变动的疏解交通的能力。 表2 1 当量小汽车换算系数 车种换算系数车种换算系数 自行车 0 2 旅行车 1 2 二轮摩托车o 4 大客车或小于9 t 的货车 2 o 三轮摩托车或微型汽车 0 6 9 1 s t 货车 3 0 小客车和小于3 t 的货车 1 0 铰接客车或大平板拖挂货车 4 0 2 1 2 通行能力的意义 道路通行能力是道路交通特征的一个重要方面，也是一项重要指标。确定道路通行 能力是道路规划、设计、管理和养护的需要，也是道路交通工程技术经济管理人员的一 项重要任务，还是解决以下几个课题的基础和依据： ( 1 ) 通过道路通行能力和设计交通量的具体分析，可以确定新建道路的等级、性 质、主要技术指标和几何线形要素。 ( 2 ) 通过对现有道路通行能力的观测、分析和评定，并与实际交通量对比，可以 确定现有道路系统或某一路段存在的问题。针对问题提出改进方案或措施，可以作为旧 路改建的主要依据。 ( 3 ) 道路通行能力可以作为城市街道网规划和方案比选的依据。 ( 4 ) 道路通行能力可以为交通管理、运营、行车组织及控制方式确定依据。 2 2 服务水平概述 服务水平是一种衡量出行质量和效益的指标，它表示可以提供给道路使用者快速、 舒适、便利和经济等指标水平的满意程度。因此，客观评价道路的服务质量在道路网规 划及道路使用的后期评价中起着非常重要的作用。例如，确定新建或扩建交通设施的车 道宽度和车道数；评价道路改建后的交通运行特征和服务水平，进而为确定道路使用者 的费用、油耗、以及受空气、噪声污染等因素的影响提供基本参数值。 7 第二章通行能力与服务水平 2 2 1 定义及评价指标 1 、定义 服务水平亦称服务等级，是指道路使用者从道路状况、交通条件、道路环境等方面 能得到的服务程度或服务质量。例如，可提供的行驶速度、舒适、方便、司机的视野以 及经济、安全等方面所能得到的实际效果。 服务交通量是指在通常的道路条件、交通条件和管制条件下，在己知周期( 通常为 1 5 m i n ) 中，当能保持规定的服务水平时，道路的某一断面或均匀路段在单位时间内所 能通过的最大小时交通量。在不同的服务水平下，服务交通量是不同的，服务水平高的 道路行车速度快，驾驶自由度大，舒适与安全性好，但其相应的服务交通量就小；反之， 允许的服务交通量大，则服务水平低。值得注意的是，服务交通量不是一系列连续值， 而是不同的服务水平条件允许通过的最大值。服务交通量规定了不同服务水平之间的流 量界限。 2 、评价指标 ( 1 ) 道路通行能力与其通行时运行质量要求有关，只有将这些要求用服务水平来 衡量时，才能进行通行能力分析。因此，为了清楚地表述服务水平的概念，对每种道路 设施需要采用最能说明其运行质量的一项或几项运行参数来确定服务水平。在实际交通 工程工作中，道路通行能力和服务水平分析起着至关重要的作用。当新建或扩建交通设 施时，确定车道路面宽度或车道数、评价改建后的运行质量和服务水平，以及确定新的 规划方案时，都需要进行设施的通行能力和服务水平分析。另外，通过运营状况评价为 确定使用者费用、油耗、以及尾气、噪声污染等因素的影响分析提供基础数据。因此， 不同设施必须用反映其交通流特征的衡量指标进行服务水平的评价分析。不同道路设施 根据其运行质量要求所对应的服务水平评价指标见表2 2 表2 2 不同设施服务水平的评价指标 设施类型服务水平评价指标 无信号交叉口 平均延误( s 辆) 信号交叉口 平均每辆车停车延误( s 辆) 城市干道 平均行程车速( k i n h ) 或饱和度 公共交通 负载系数( 客座、人h 、p c u h ) 行人交通 空间( m 2 行人) 8 长安大学硕士学位论文 城市道路采用饱和度指标来表达道路服务水平，能够很好的反映道路设计车速、车 流、延误以及几何参数之间的关系，一般按高峰小时交通流量与道路设计通行能力之比 得到，饱和度指标不大于1 0 ，说明达到设计通行能力的服务水平。 2 2 2 服务水平等级 服务水平是用来供车辆驾驶者对道路上的车流情况作出判断的一个定性的尺度，它 表述的范围从驾驶者可自由地操纵车辆以他所需车速行驶的最高水平，到道路上出现拥 塞现象，驾驶者不得不停车的最低水平。虽然车辆驾驶者一般缺乏有关道路交通流的知 识，但他能感觉和意识到道路上交通量的变化会影响车辆行驶的速度以及舒适、方便、 安全的程度。因此，评价服务水平的高低应包括下列各项因素： ( 1 ) 行车速度和行使时间； ( 2 ) 车辆行驶时的自由程度； ( 3 ) 行车受阻或受限制的情况，以每公里停车次数和车辆延误时间来衡量； ( 4 ) 行车的安全性，以事故率和所造成的经济损失衡量； ( 5 ) 行车的舒适性和乘客满意的程度； ( 6 ) 经济性，以行驶费用衡量。 上述因素有些是难以量化的，故仅以其中的行车速度、服务交通量与通行能力的比 值( v c ) 作为评定服务等级的主要影响因素。由于这两项指标比较容易测算，又与其 他因素有关，所以取此二者作为评价指标是适宜的。 我国按照道路设施提供服务程度的不同，将服务水平划分为四级。各级服务水平的 交通流状况描述如下： 一级：交通量小、行驶车辆速度高、驾驶员能自由或较自由的选择行车速度，行驶 车辆不受或基本不受交通流中其他车辆的影响，交通流处于自由流状态，被动延误少， 为驾驶员和乘客提供舒适便利程度高。 二级：行驶车辆受别的车辆或行人的干扰大，驾驶员选择速度的自由度受到一定限 制，交通流状态处于稳定流的中间范围，有拥挤感。n - - 级下限时，车辆间的相互干扰 较大，开始出现车队，被动延误增加，为使用者提供的舒适便利程度下降。 三级：驾驶员选择车辆运行速度的自由度受到很大限制，行驶车辆受别的车辆或行 人的干扰很大，交通流处于稳定流的下半部分，并已接近不稳定流范围，流量稍有增长， 就会出现交通拥挤，服务水平显著下降。到三级下限时所受的限制己到驾驶员所允许的 9 第二章通行能力与服务水平 最低限度，但可通行的交通量尚未达到最大值。 四级：行驶车辆受别的车辆或行人的干扰非常大，交通流处于不稳定流状态，靠近 下限时每小时可通行的交通量达到最大值，驾驶员已无自由选择速度的余地，车速降的 相对较低但均匀的数值。这时交通量稍有增加或交通流出现小的扰动，就会出现交通拥 挤，服务水平显著下降。交通流变成强制流，能通过的交通量很不稳定，交通量与速度 同时由大变小，直到零为止，而交通密度则随交通量的减小而增大。我国城市快速路的 服务水平分级标准见表2 3 表2 3 中国快速路服务水平分级标准表 服务 v c ( 交通量道路容量) 比率 水平交通运行特征车速( k r n h ) 等级 1 0 08 06 05 03 0 4 0 a 自由流，行车自由度大 o 3o 3 20 3 40 3 50 3 6 b 自由流，行车自由度适中 0 50 5 4o 5 70 5 90 6 1 c接近自由流，车速为设计车速o 7o 7 50 80 8 3 0 8 5 d 行车自由度受限，车速有所下降 0 8 40 8 70 8 90 9 10 9 2 e 饱和车流，行车没有自由度 1l11l f 拥塞状态，强制车流 以上服务水平的划分的描述主要是针对非中断性交通流的道路设施的，作为道路设 施重要组成部分的立交，其作用就是代替平面交叉使间断流变为连续流，因此，立交的 服务水平可按以上标准。在一般情况下，人们最感兴趣的是车流正常运行条件下的服务 通行能力，因此立交原则上采用一级以上服务水平，即使在用地特别紧张、流量大的环 城高速公路上一般也不能低于二级。如果立交服务水平过低，会波及相交道路，降低路 网的服务水平。 2 3 路段机动车道通行能力 城市道路网中有许多交叉口，当交叉口间距较大时，两交叉口之间路段上的交通流 不受交叉口影响，可视为连续流( h c m 认为，一般当信号交叉口距离超过1 英里，在 两信号间的路段上存在连续流，即不受交叉口影响) 。若两交叉口间距较小，则路段通 行能力将受交叉口影响，路段上的交通流出现周期性间断，即为间断流。因此，路段交 叉口通行能力可分为不受交叉口影响和受交叉口影响两种情况讨论。 1 0 长安大学硕士学位论文 2 3 1 不受交叉口影响的路段通行能力 目前我国城币道路设计规范是技军头时距方法计算遭路通行能力的o1 阪设一条道路 上的连续车流各车之间均以最小安全车头间距匀速行驶时，则相邻各车通过道路某一断 面时的车头时距为t ( s ) ，则理论上一条车道的可能通行能力为： p = 了3 6 0 0 ( p c u 1 1 ) ( 2 1 ) 六：三：f + 刍皇( s )( 2 2 ) 坼2 t 3 6 0 02 砸3 6 0 0 ( p c u h ) ( 2 3 ) 式中：p 一条车道的可能通行能力( p c u h ) ； 相邻两车通过道路某一断面时的车头时距( s ) ； f 驾驶员反应时间( s ) ，一般可取1 2 s ； 汽车的制动距离，由2 瑟右丽计算，9 为汽车轮胎与路面间的纵向 摩擦系数，见表2 4 ：i 为道路纵坡，上坡为“+ ”，下坡为“ ； ，车身长度( m ) ，小客车为5 m ，载重汽车为1 2 m ，铰接车为1 8 m ； v 车速( i i l s ) ，如车速为v ( k m h ) ，换算公式为：v = 磊v ； 乇两车停下以后，后车车头与前车车尾间的安全距离，可取3 - 一5 m 。 由上式( 2 3 ) 可知， 六：h 当刍lf + 么遮竺主塑：! ! ：!( 2 4 ) 表2 4 轮胎与路面间的纵向摩擦系数舻值 路面状况 q 值路面状况q 值路面状况q 值 干燥、清洁 o 5 o 7 潮湿、泥泞 0 3 0 4 结冰 o 1 0 2 根据式( 2 4 ) ，i 玟t = 1 2 s ，o = 5 m ，f = 5 m ，在不同速度下计算可知：达到可能通行 第二章通行能力与服务水平 能力时相应的最小平均车头时距。 表2 5 车速v = 3 0 k m h 最小平均车头时距t 计算表 o o l0o o l0 0 20 0 30 0 4 o 32 5 l2 5 12 5 12 5 02 5 02 5 0 v = 3 0 k m h o 42 4 82 4 82 4 82 4 82 4 82 4 7 o 52 4 72 4 72 4 62 4 62 4 62 4 6 o 6 2 4 62 4 52 4 52 4 5 2 4 52 4 5 0 72 4 52 4 52 4 52 4 52 4 42 4 4 表2 6 车速v = 4 0 k m h 最小平均车头时距t 计算表 o 0 100 0 10 0 2o 0 30 0 4 0 32 2 52 2 52 2 42 2 42 2 32 2 3 v = 4 0 k m h 0 42 2 l2 2 1 2 2 12 2 02 2 0 2 2 0 0 52 1 92 1 92 1 92 1 82 1 82 1 8 0 62 1 72 1 72 1 7 2 1 7 2 1 72 1 7 o 72 1 62 1 62 1 62 1 62 1 62 1 6 表2 7 车速v = 5 0 k m h 最小平均车头时距六计算表 o o loo 0 1o 0 2o 0 30 0 4 0 32 1 l2 1 02 1 02 0 92 0 92 0 8 v = 5 0 k m h 0 42 0 62 0 62 0 52 0 52 0 52 0 4 0 52 0 32 0 32 0 32 0 32 0 22 0 2 0 62 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 1 0 72 0 02 0 02 0 02 0 01 9 91 9 9 表2 8 车速v = 6 0 k m h 最小平均车头时距t 计算表 o 0 1 0 0 0 10 0 2 0 0 30 0 4 0 32 0 32 0 22 0 12 0 l2 0 01 9 9 v = 6 0 k m ho 4 1 9 71 9 61 9 61 9 61 9 51 9 5 o 51 9 31 9 31 9 31 9 31 9 21 9 2 0 61 9 l1 9 11 9 11 9 11 9 01 9 0 0 71 9 01 8 91 8 91 8 91 8 91 8 9 1 2 长安人学硕士学位论文 表2 9 车速v = 8 0 k m h 最小平均车头时距t 计算表 - 0 0 loo 0 10 0 20 0 30 0 4 0 31 9 51 9 41 9 31 9 21 9 21 9 l v = 8 0 k m ho 41 8 7 1 8 7 1 8 6 1 8 61 8 51 8 5 0 51 8 31 8 21 8 21 8 21 8 21 8 1 0 61 8 01 8 01 7 9 1 7 91 7 9 1 7 9 0 71 7 8 1 7 71 7 71 7 71 7 71 7 7 城市道路设计规范( c j j 3 7 ) 中，不包括l o o k m h 级别，不能适应城市快速路发 展的需要。建设部已经立项编制快速路设计规程。 表2 1 0 车速v = l o o k m h 最小平均车头时距t 计算表 o 0 1oo 0 10 0 20 0 30 0 4 o 3 1 9 41 9 21 9 11 9 01 8 91 8 8 v = io o k m h o 41 8 41 8 31 8 31 8 21 8 11 8 l 0 5 1 7 81 7 81 7 71 7 71 7 71 7 6 0 61 7 51 7 41 7 41 7 41 7 31 7 3 0 7 1 7 21 7 21 7 l1 7 11 7 11 7 1 由表( 2 6 2 1 1 ) 可以看出速度和纵向摩擦系数一定时，坡度对车头时距的影响很 小( s l ) 可以忽略不计。取q 一定时车头时距的平均值，可知： v l u m 营 水 卅 娶 释 法 秣 e 、 i 、。 叫 ： 02 04 06 08 01 0 01 2 0 车速( k 功h ) 图2 1 车头时距与速度关系图 但是若按可能通行能力进行道路设计，则将来道路上将始终处于繁忙紧张的交通状 态，这对于道路使用和管理是很不利的。对不同类别和等级的道路，应当有不同的服务 水平要求，如对于低等级的城市支路，主要应满足大容量的交通需求，而对于高等级的 1 3 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 l 第二章通行能力与服务水平 城市快速路，其使用者追求的主要是快速，对容量不能作过高要求。因此考虑用“道路 分类系数 对可能通行能力加以修正，得到一条机动车道的路段设计通行能力为： m = p a 。( p c u h ) ( 2 5 ) a ，综合修正系数或服务水平系数( v c ) ，与道路类别等级及其他交通条件有 关； 当同一方向道路断面上车道数不止一条时，不同位置车道上的车辆所受的纵横向干 扰是不一样的( 如路边障碍、非机动车交通、超车、公共汽车进出站等) 。一般来说， 靠近道路中线的车道所受的影响最小，而靠近道路边缘的车道所受到的影响最大。这种 由于车道位置不同导致通行能力上的差异可用一个“车道序号修正系数 a ；反映，车道 序号从靠近道路中线的车道向道路边缘依次为1 、2 、3 、0 0 0 。a ，的值见表2 1 1 。 表2 1 l 车道序号修正系数 车道序号 1 o2 03 04 05 0 1 00 8 0 o 8 9 0 6 5 0 6 80 5 0 0 6 50 4 0 o 5 0 仅： 则不受平交口影响的路段( 一个方向) 设计通行能力为： m = 口。以( p c u h ) ( 2 6 ) 式中n 为规划设计的道路一个方向车道条数，从表2 1 1 可以看出，当一个方向车道 数达到4 - - 5 条时，通行能力将折减5 0 以上。因此，一条道路设计过多的车道对提高 通行能力的效果并不明显，且对于交通组织管理和提高投资效益都是不利的。对于一般 道路，车道数以不超过4 - 6 条( 双向) 为宜。如仍不能满足交通需求，则应从调整交 通组织、修建平行道路及改善道路路网结构等方面加以解决，以减轻该道路的交通负荷。 对于全封闭的高等级道路( 如城市快速路) ，行驶车辆所受的纵、横向干扰明显少于一 般道路，则根据交通需求，车道数可适当增加。 2 3 2 受交叉口影响的路段通行能力 由于城市道路上存在的诸多平交口，使得路段通行能力受到很大影响，特别是当平 面交叉间距较小时，其影响更为显著( 据观测统计分析，在城市道路上的车辆出行总耗 时中，受平面交叉影响的延误时间占3 0 左右) 。在有交通管制的平交路口，车辆遇到 红灯要减速、停车，然后再启动、加速；即使碰巧是绿灯或是无交通管制的路口，车辆 1 4 长安大学硕士学位论文 也妥撅速遗过。凼此，由于半父遁口的影啊，军衲在路段上的买际仃栏时1 日j 妥比、役有半 交i s l 的路段行程时间多，其实际平均车速也大为降低，通行能力也会受影响。平面交叉 对路段通行能力的影响可用平交道口通行能力影响系数a 交表示： 平交口之间无阻的行程时间 ，叭 a 交2 平翥霸孺读砾而鬲虱而 “) 当平交口有信号灯管制时a 交2 i 赤 “ 钆+ t 、+ t ，j 卜 一 k a + + + ，8 ( 2 8 ) 式中：l 两平交口间的距离( m ) ； v 一路段行车速度( m s ) ； a 车辆启动平均加速度( 1 t i s 2 ) ；小型车可取0 6 0 - - 0 6 7 ( m s 2 ) ，中型车可取 0 4 9 - - 0 5 3 ( r n s 2 ) ，大型车可取0 4 2 , - 一0 4 6 ( m s 2 ) ，铰接公交车0 4 3 - - - 0 4 9 ( m s 2 )