（市政工程专业论文）城市信号控制交叉口通行能力研究.pdf

i i i l 1ll l l li lli l l ii ii y 17 3 0 2 3 0 s t u d y o nt h ec u r r e n tc a p a c i t yo fu r b a n s i g n a l i z e d i n t e r s e c t i o n ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：l iz h i p i n g s u p e r v i s o r ：p r o f z h a n gb i q i n c h a n g a nu n i v e r s i t y , x i a n ，c h i n a 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 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 要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本论文中 未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：冷彳 伊。，年明，口日 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 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申 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 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：苍惑辛 导师签名：多眵翟等 为，年6 月，矿日 2 , o o 年多月1 6 日 摘要 随着我国经济建设的快速发展，城市交通拥挤现象日趋严重，特别是最近几年城市 面积的扩大和城市人口的增长，迫使我们必须对道路规划做出相应的调整，而在调整中 交叉口是最为关键的问题。提高交叉口通行能力，减少交通拥挤一直是学术界的焦点。 交叉口通行能力与信号配时、入口车道数量和交通特性有很大的关系，论文提出了通过 调整信号配时和入口车道的数目提高交叉口的通行能力。 论文从交叉口车流运行特性入手，结合交通条件和车道条件对信号控制交叉口的影 响，得到信号控制交叉口通行能力的折算系数，文章系统的介绍了交叉口通行能力的几 种类型，得出通过渠化和信号控制措施可以减少和消除冲突点。 通过对信号相位的设计方法、设计原则和信号配时计算的研究，归纳出信号控制优 化的三个方面，绿信比优化方法研究、相位差常用优化方法研究和信号时长优化方法研 究。得出合理的信号配置，可以提高交叉口的通行能力和增加通过交叉口的安全性。最 后给出了两相位和多相位的信号控制进行详细的信号配时计算方法。 结合实例对信号控制的十字形交叉口和环形交叉口通行能力进行对比，得出在相同 情况下，十字交叉口的通行能力要比环形交叉口的通行能力要大，但是，当入口交通流 特性发生变化时，通行能力都要下降，特别是在环形交叉口向十字交叉改造的过程中， 左转和右转车流是交叉口的通行能力的很大影响因素，如果信号配时参数不够合理，会 导致通行能力不能满足现有交通的需求。 关键词：城市道路，交叉口，混合交通，折减系数，信号控制，通行能力 a b s t r a c t w i mt h er a p i dd e v e l o p m e n to fc h i n a se c o n o m i cc o n s t r u c t i o n u r b a nt r a f f i cc o n g e s t i o ni s s e r i o u s ，p a r t i c u l a r l yi nr e c e n ty e a r st h ee x p a n s i o no fu r b a na r e aa n du r b a np o p u l a t i o ng r o w t h ， f o r c i n gt h er o a dw em u s ta d j u s tt h ep l a na c c o r d i n g l y , a n di nt h ea d j u s t m e n to f t h ei n t e r s e c t i o n i st h e m o s tc r i t i c a li s s u e t h ei n c r e a s ei n t e r s e c t i o nc a p a c i t ya n dr e d u c et r a f f i cj a m sh a v eb e e n t h ef o c u so fa c a d e m i c ，i n t e r s e c t i o nc a p a c i t ya n ds i g n a lt i m i n g ，n u m b e ro fl a n e sa n dt r a f f i c c h a r a c t e r i s t i c so ft h ee n t r a n c et h e r ei sag r e a tr e l a t i o n s h i p ，p a p e rp r e s e n t e db ya d j u s t i n gt h e s i g n a lt i m i n ga n dt h ee n t r a n c el a n ei n c r e a s et h en u m b e ro fi n t e r s e c t i o nc a p a c i t y p a p e r sf r o mt h ei n t e r s e c t i o nt r a f f i co p e r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ，c o m b i n i n g 而t l lt h et r a f f i c c o n d i t i o n sa n dl a n ec o n d i t i o n so ns i g n a l i z e di n t e r s e c t i o n sa f f e c t e db yt h es i g n a lc o n t r o l l e d i n t e r s e c t i o nc a p a c i t yc o n v e r s i o nc o e f f i c i e n t ，t h ea r t i c l ed e s c r i b e st h es y s t e m sa b i l i t yt of o c u s o ni n t e r s e c t i o nt y p e s ，o b t a i n e db yc a n a l i z e d ，a n ds i g n a lc o n t r o lm e a s u r e sc a nr e d u c ea n d e l i m i n a t ec o n f l i c t s i g n a lp h a s et h r o u g ht h ed e s i g nm e t h o da n dd e s i g np r i n c i p l e ，c a l c u l a t i o no fs i g n a l t i m i n g ，s i g n a lc o n t r o lo p t i m i z a t i o ns u m m a r i z e di nt h r e ea r e a s ，s p l i to p t i m i z a t i o nm e t h o d s ， p h a s eo p t i m i z a t i o nm e t h o du s e da n dt h es i g n a ll e n g t ho p t i m i z a t i o nm e t h o d c o m et oa r e a s o n a b l es i g n a lc o n f i g u r a t i o n ，c a l li m p r o v et h ei n t e r s e c t i o nc a p a c i t ya n di n c r e a s es a f e t y t h r o u g ht h ei n t e r s e c t i o n f i n a l l y , t w op h a s ea n dm o r ed e t a i l e dp h a s eo ft h es i g n a lc o n t r o l s i g n a lt i m i n gc a l c u l a t i o n w i t ha l le x a m p l eo fs i g n a lc o n t r o l l e di n t e r s e c t i o na n dc o m p a r i s o no fc a p a c i t yo f r o u n d a b o u t s ，o b t a i n e du n d e rt h es a m ec i r c u m s t a n c e s ，c r o s st h ei n t e r s e c t i o nc a p a c i t y , t r a f f i c c a p a c i t yt h a nt h er o u n d a b o u tt ob el a r g e ，b u t ，w h e nt h et r a f f i cf l o wa tt h ee n t r a n c ec h a n g e ， c a p a c i t ym u s tb ed e c r e a s e d ，e s p e c i a l l yi nt h er o u n d a b o u tp r o c e s so ft r a n s f o r m a t i o nt ot h e c r o s s e d ，t h el e f ta n dr i g h tt u r nt r a f f i ci st h ei n t e r s e c t i o no fal a r g ec a p a c i t yf a c t o r s ，i ft h es i g n a l t i m i n gp a r a m e t e r sa r en o ts a t i s f a c t o r y , w i l ll e a dt oc a p a c i t yc a nn o tm e e t t h ec u r r e n tt r a f f i c d e m a n d k e y w o r d s ：u r b a nr o a d s ，i n t e r s e c t i o n s ，m i x e dt r a f f i c ，r e d u c t i o nf a c t o r , s i g n a lc o n t r o l ， t r a f f i cc a p a c i t y 目录 第一章绪论1 1 1 研究的背景和意义1 1 1 1 研究的背景1 1 1 2 研究的意义2 1 2 国内外城市道路交叉口的研究状况3 1 2 1 通行能力方面3 1 2 2 交叉口的交通信号设计3 1 2 3 交叉口的行人、非机动车的研究4 1 3 研究的思路与内容。5 l - 3 1 研究思路5 1 3 2 研究内容6 1 4 本文技术路线6 第二章城市信号交叉口分析8 2 1 城市信号交叉口车道组划分8 2 2 信号交叉口处车流运行特性1 0 2 2 1 直行车流的运行特性1 0 2 2 2 左转车流的运行特性1 0 2 2 3 右转车流特性1 0 2 3 车头时距1 1 2 4 启动损失时间1 1 2 5 本章小结1 1 第三章城市道路信号交叉口通行能力的影响因素。1 2 3 1 交通条件影响折减系数12 3 1 1 行人对通行能力的影响。1 2 3 1 2 综合评价1 4 3 1 3 非机动车对通行能力的影响1 4 3 1 4 综合评定1 5 3 2 道路条件影响折减系数1 5 3 3 修正系数前提条件的不足1 7 3 4 信号交叉口服务水平评价1 7 3 5 本章小结18 第四章交叉口信号设计优化1 9 4 1 信号控制的目的l9 4 2 信号控制方式1 9 4 2 1 控制范围划分2 0 4 2 2 控制原理划分2 l 4 3 信号相位的相关概念2 l 4 4 周期时长的优化方法2 4 4 4 1 t r r i ，法2 4 4 4 2 a r r b 法2 5 4 4 3 h c m 法2 6 4 5 绿信比优化方法研究2 6 4 6 相位差常用优化方法研究2 7 4 6 1 图解法2 7 4 6 2 数解法2 7 4 7 信号相位设计的原则和流程2 7 4 8 信号配时计算方法和步骤2 8 4 8 1 信号周期的计算2 9 4 8 2 绿信比3 0 4 9 信号配时的计算步骤3 0 4 10 具体算例。3 2 4 1 0 1 两相位信号配时计算3 2 4 1 0 2 多相位信号配时计算3 3 4 1 1 本章小结3 5 第五章城市道路平面交叉口通行能力计算3 7 5 1 交叉口通行能力的基本概念3 7 5 2 通行能力的计算方法分类3 7 5 3 国外几种通行能力的计算方法3 7 5 3 1 美国h c m ( h i g h w a yc a p a c i t ym a n u a l ) 3 8 5 3 2 英国的h r r l 法4 l 5 4 国内主要的信号交叉口通行能力计算方法4 2 5 4 1 停车线法4 2 5 4 2 冲突点法4 4 5 4 3 城市道路设计规范的计算方法4 4 5 5 信号控制环形交叉口的通行能力4 5 5 5 1 设计通行能力4 5 5 5 2 信号控制的环形交叉口通行能力修正系数4 7 5 5 3 信号控制环形交叉口延误分析4 8 5 5 4 信号控制环形交叉口交通特性分析4 9 5 6 信号控制十字交叉口的通行能力分析5 1 5 6 1 进道口设计通行能力5 2 5 6 2 设计通行能力的折减5 4 5 7 本章小结5 4 第六章基于信号控制的交叉口通行能力分析一5 5 6 1 信号控制的环形交叉口通行能力5 7 6 1 1 一种左转比例下通行能力5 7 6 1 2 二种左转比例下通行能力6 l 6 2 信号控制的十字形交叉口通行能力6 4 6 2 1 一种左转比例下通行能力6 4 6 2 2 二种左转比例下通行能力6 9 6 3 通行能力对比7 2 6 4 定周期下通行能力对照7 3 6 5 两相位向多相位转变7 4 6 6 本章小结7 5 第七章结论与展望7 6 7 1 研究的主要结论7 6 7 2 进一步研究展望7 6 参考文献7 7 致 射8 0 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 社会经济的高速发展，生活水平的不断提高，进而使交通需求尤其是道路交通需求 急剧增加，同时带来了一系列问题，如：拥挤、事故等。显然解决问题的最根本办法是 修建更多的道路、立交桥、高架桥来提高道路的通行能力，缓解交通压力，虽然立交能 够解决平交不能够解决的道路问题，但是这些硬件设施资金突入大，而且受城市空间限 制和对城市景观破坏。由于相交道路的性质、占地、工程投资等限制，我们不可能修建 很多的互通式立交，况且立交修建后，平面交叉口照样存在，不能够解决平交带来的问 题。因此，在我国平面交叉口还是主要的形式。本文将从城市道路信号控制下平面交叉 口进行通行能力分析，进而改善交叉口现状达到缓解交通压力的目的。 1 1 研究的背景和意义 1 1 1 研究的背景 交通是经济发展的命脉，是衡量一个城市文明发展的标志，随着我国经济的快速发 展和城市发展的进程，我国的机动车拥有量和交通量的急剧增加，城市交通拥挤问题已 经越来越严重。 交通问题已经逐渐成为现代社会经济发展的主要瓶颈问题，严重影响社会发展和城 市的运转效率，给我们的工作和生活带来和很多不利的影响，据有关资料显示，2 0 0 0 年美国8 5 个大城市中约有1 3 遭受着不同程度上的交通拥堵，在城市交通高峰期，由于 交通阻塞，每位出行者的年均延误达到4 7 h ，总计造成3 7 亿h 的出行延误；英国交通运 输部在报告中预测，英国很多城市的交通将加剧，其中英格兰西部城市布里斯托的拥堵 程度将提高1 4 ；2 0 0 5 年全美3 9 个主要城市每年因为交通拥堵而造成的经济损失大约 在4 1 0 亿美元左右；欧洲每年因为交通拥挤和交通事故而造成的经济损失大约在5 5 0 0 亿欧元左右。1 9 7 8 年至1 9 9 5 年，我国机动车保有量的增长速度是道路增长速度的8 0 倍，1 9 7 8 年，我国民用汽车保有量仅为1 3 5 8 4 万辆，而2 0 0 1 年则超过1 8 4 5 万辆，机 动车总数达到6 8 5 2 万辆，其中，私人汽车由1 9 8 5 年的2 8 4 5 万辆增加到7 7 0 万辆。北 京城市干道平均车速比十年前降低了5 0 以上，市区1 8 3 个主要交叉口中，严重阻塞的 达到6 0 t 。到2 0 2 0 年底，我国城市化速度将保持在0 9 左右，那么那时我国的城市 化水平将超过5 0 ，我国每年仅由交通拥堵而造成的经济损失就高达数千亿元。 步行和非机动车方面，在我国交通流中，占有很大的比重，是一种健康和可持续发 展的交通方式，越来越受到人们的认可。但是在我国不行和非机动车程度比较高，混合 第一章绪论 交通流致使交通秩序更加的复杂，这将给我们的交通规划、设计和管理工作带来严峻的 挑战【2 1 。 城市信号交叉口是各种交通流汇集、混杂的节点，更多的是给城市道路交通带来不 利影响。不同的交通流相互的干扰，严重的影响交叉口的运行效率和交通安全。这种不 利影响体现在通行能力的下降，交通事故的上升。立足我国的交通混合现状，建立一套 适合我国城市道路交叉口通行能力的计算方法，无论是从规划还是管理的角度，都是十 分必要的。 综上可以看出，由于交通需求和交通供给存在的这些矛盾，使道路交通日益的严峻， 导致交通出行时间延长等一系列的问题，交通需求和道路的矛盾将长期的存在，如何解 决这一矛盾，将是一个难题。交通问题是我们关注和研究的重点，如何加快城市交通前 进的步伐，减少交通堵塞带来的问题，是我们研究的重要任务，我们必须尽快的解决这 些问题。 1 1 2 研究的意义 在复杂的交通环境下研究信号交叉口的通行能力，能够为交通规划和管理、道路的 改扩建提供实施依据和参考，从根本上了解交叉口交通流运行的规律，对城市的长久发 展有很重要的现实意义。纵观全文，归纳本论文的研究意义主要体现在以下几个方面： 1 为城市信号交叉口改扩建提供指导 本论文的立足点是找出切合实际的计算信号交叉口通行能力的计算流程和方法，在 混合交通条件下行人和非机动车对信号交叉口通行能力的影响，找出这种影响产生的折 算系数。 2 提供复杂交通特性的条件下信号交叉口拥堵的理论基础 当前道路交通拥堵已经是制约经济和社会发展的主要问题，导致的结果是交通供给 与需求矛盾，在此情况下，研究道路通行能力，将从根本上缓解复杂交通特性下信号交 叉口的拥堵问题。缓和交通现状，提高交通运输效率。 3 为交通组织与管理提供指导 了解各个交叉口通行能力的情况下，有助于交通管制与组织措施可靠性，为交通组 织和管理提供坚实的理论指导。 4 降低污染程度，节省能源消耗 科学的交通设施和控制，可以减少汽车停车次数，使车流在良好的状态下行驶，减 少尾气排放，降低对大气的污染。 2 长安大学硕士学位论文 1 2 国内外城市道路交叉口的研究状况 交叉口方面，很多国内外学者都做了深入的研究，并且取得了很多研究成果，以下 是各个方面对交叉口研究的介绍。 1 2 1 通行能力方面 美国交通研究理事会( t r a n s p o r t a t i o nr e s e a r c hb o a r d ) 的道路通行能力手册( h i g h w a y c a p a c i t ym a n u a l ) 提供了一系列技术来评价交通设施的通行能力以及服务水平，h c m 从最初的1 9 5 0 年版本，一直到2 0 0 0 年版本，先前的版本侧重对于高速公路通行能力的 研究，后来研究力度侧重于复杂交通设施的通行能力分析。 许多发达的西方国家继美国之后，如英国、法国、德国、加拿大等，也根据本国道 路的实际交通状况，组织交通研究人员开展对道路通行能力的研究，在美国h c m 基础 上，采用、借鉴或者改进，编制了适合本国道路状况的有关道路交叉口通行能力方面的 工具手册或者规范。 随着信息技术的发展，可以对道路交叉口的通行能力进行模拟研究，现在世界上比 较流行的模拟软件为：美国的h c m 系统，与美国的h c m 手册相配套，用于各种交通 设施下的交通运行分析；澳大利亚a r r b 开发的s i d r a 系统，主要适用于各类交叉口 的运行分析；瑞典公路局的c a p c a l 系统和荷兰公路局的p t d e s i g n 软件，分别为交 叉口和环岛的交通模拟模型。 我国在多年的理论研究和工程实践中总结出了很多种信号交叉口通行能力的计算 方法，其中比较有代表性的有停车线法、中国城市道路设计规范、冲突点法等、通 行能力车队有效通过时间的计算方法、环行交叉口的理论通行能力计算方法。 1 2 2 交叉口的交通信号设计 十九世纪，国外就开始对研究交叉口的信号控制开始了研究，1 9 2 6 年，英国在沃尔 佛汉普顿第一次安装和使用自动化的控制器来控制交通信号，标志着城市交通自动控制 信号的开始。之后各国都展开了相当多的研究，从固定周期到可变周期、从定时到变时、 从点控制到面控制1 3 1 。其中比较典型的是英国交通与道路研究所( t r r l ) 于1 9 6 6 年研 发的t r a n s y t 系统；澳大利亚从上世纪7 0 年代开发的s c a t s 系统；英国t r r l 在 t r a n s y t 的基础上研发了自适应系统s c o o t t 4 1 。 三种系统的主要内容如表1 1 所示： 第一章绪论 表1 1 三种系统图特性 系统名称研究单位特征原理 以子系统为研究单位，根据车辆 s c a t s 澳大利亚实时自适应控制 检测的数据对多种方案进行优化 具有实时交通预测模型，根据实 s c o o t英国t r r l 路网实时协调自适应控制测参数，对交叉口作定量的预测，再 确定信号设计方案的路网运行指标 有仿真模型和优化模型组成，仿 t r a n s y t英国t r r l 脱机操作的定时控制真用于评价配时优劣，优化用于优化 配时 国内研究方面，平面交叉口交通信号控制系统的开发和运用这方面我国起步比较 晚，1 9 7 3 年开始单点控制信号机的研究；2 0 0 1 年，上海交通大学和上海市公安局交巡 警总队共同完成了市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、交通诱导和视频监控等作用。能够有效地提高交通安全系 数，提高了道路网的通行能力；2 0 0 6 年2 月，李慧等在f b 法配时理论的基础上，分 别考虑了行人和非机动车的因素，在每个相位的最大流量比之前引入一个与此相关的系 数，建立了适合我国混合交通流下的信号配时模型；2 0 0 6 年5 月，同济大学李克平等翻 译了德国的交通信号控制指南，对控制的基本原则、信号设计方案、信号控制对交 叉口设计的要求、控制策略、绿波控制、混合流下自行车交通的考虑进行了系统的介绍， 这给交通领域提供了一份参考性的资料。 1 2 3 交叉口的行人、非机动车的研究 对交叉口行人和非机动车特性的研究，美国学者j t f r u i t 在其博士论文中行人规 划与设计中详细的介绍了行人的速度、密度和流量。提出了人行道服务水平建议值； 日本学者m o t o h a mh o s t i 等研究了人群中行人的行走特性；国内学者刘灿齐从密度方 面进行研究，提出了车队、车头和车尾散布模型。国内在对我国行人步行特性方面对人 步行速度、步幅、步行所占有空间方面都进行研究；东南大学陆建在行人交通特性分析 基础上，对行人心理、车辆行驶、道路通行能力等分析，提出了行人过街设施合理间距 的确定方法，并根据中国城市交通情况，分别对城市中心商业区和城市一般地区的行人 过街设施合理间隔进行计算，提出了相应的行人过街设施合理间隔的推荐值。非机动车 方面，美国学者a l l e n 等人通过对美国城市自行车的调查，分析了非机动车对信号交叉 4 长安入学硕士学位论文 口通行能力的影响，提出了自行车通过利用率的计算方法；美国的道路通行能力手册 h c m ) ) 也提出了这方面的建议方法【6 】。 1 3 研究的思路与内容 1 3 1 研究思路 论文首先通过论述国内外相关研究，叙述了研究的国内外的背景条件，然后详细介 绍了外在因素对信号控制交叉口通行能力影响系数和信号设计方面各个优化方法，接着 简述了国内外信号控制交叉口通行能力的计算方法，最后对信号控制的环形交叉口和十 字形交叉口的通行能力做了详细的计算和对比，得出了十字形交叉口比环形交叉口通行 能力大的结论。本文的研究思路如图1 1 所示： 图1 1 研究思路 第一章绪论 1 3 2 研究内容 本文立足点是研究城市道路信号控制交叉口实际通行能力，研究通行能力的基本方 法，论文的主要内容分为以下几个方面： 1 对信号控制交叉口交通特性进行了分析，总结了现有的行人和非机动车对信号 交叉口通行能力折算系数的一些方法，以及信号控制交叉口服务水平评价标准； 2 在信号设计方面，分别对周期时长、绿信比和相位差的优化方法做了概括，并 且通过一些具体的实例分析了信号设计优化的重要性，以及信号设计与通行能力的关 系； 3 城市道路平面交叉口通行能力方面，主要对国内外信号控制交叉口通行能力的 计算方法进行了研究和对照，主要有美国的通行能力手册的( h c m ) 法和中国的城市 道路设计规范推荐的方法； 4 在以上理论的基础上，定性和定量的对信号控制的环形和十字型交叉口的通行 能力做了核算，得出十字交叉口通行能力要比环形交叉口通行能力大，交叉口通行能力 受左转和右转车流比例的影响。如果交叉口入口处交通特性比较复杂，特别是左转和右 转车辆所占的比例较大时，产生的延误也比较大，这时间交叉口的通行能力就会急剧的 下降。 1 4 本文技术路线 论文目标是找出切合实际交通需求的通行能力计算方法，论文以影响通行能力的各 个条件为出发点，罗列出行人、非机动车、信号设置参数和道路条件，其中行人、非机 动车和道路条件对通行能力的影响折算系数参照美国交通能力手册中的( h c m ) 法，信 号设置方面对信号控制的各个参数优化进行说明。本文的技术路线如图1 2 所示： 6 长安大学硕士学位论文 图1 2 技术路线 7 第二章城市信号交叉口分析 第二章城市信号交叉口分析 交叉口汇集了不同方向的车流、人流以及非机动车流，在驶入和驶出的过程中会出 现分流点、合流点和冲突点川。这种现象直接影响了交叉口车辆的运行状况，尤其是对 交叉口的通行能力产生了较大的影响，对车辆驾驶者也产生了交通隐患。了解并完善处 理这些交错点，对研究城市信号控制交叉口通行能力具有很重要的意义。一般的情况下， 交叉e l 处车流不是很大的情况下，依靠驾驶者自行调节【引。交叉口通行能力基本满足交 通的需求，随着车流的增加，当达到一定的限度时，依靠车辆使用者来维护交通秩序， 已经无法满足正常的交通秩序，在这样的情况下，必须通过信号灯来加以控制。规范行 车秩序，提高交叉口通行能力【9 1 。 2 1 城市信号交叉口车道组划分 交叉口通行能力是各个入口车道在单位时间内通过交叉口车辆数目的总和，而各个 车道的通行能力是我们研究交叉口通行能力的基础，我们在研究的过程中，根据交叉口 几何特性和交通流的特点，对车道功能进行划分，有利于更好的研究交通能力【1 0 1 。 1 要明确进口车流的特性，就是明确左转车流和右转车流所占入口车流的比例， 明确了这些，就能够合理的划分车道功能。 2 进口左右转存在的情况下，将所有的左转或者右转车道划分在同一个车道组中 进行考虑； 3 进口有左直或者右直车道的情况下，要明确该车道不同车流比例的基础上，才 能确定此车道的功能； 4 当进口车道有专门的左转专用车道或者右转专用车道的情况下，将所有的左转 或者右转专用车道作为独立的一个车道组。 特别是在车道数目比较多的情况下，车道功能的划分不是唯一的，那么车道组的划 分也将随之发生变化。在车道功能一样的2 条以上的车道，在车道组划分时，要将此看 成一个整体，如图2 1 所示【1 1 1 ： 8 长安大学硕士学位论文 车道数车道功能划分图解 l 左右直共用 广。 。 2 左转专用或者右转专 上 用 弋 。 2 r 左直混行、直右混行 弋 3 左转专用、直右混行 广 4 左右转专用车道 7 4 左转专用 j j 右转专用 弋弋 图2 1 常见车道划分图 9 第二章城市信号交叉口分析 2 2 信号交叉口处车流运行特性 要研究交叉口的通行能力，首先要对交叉口处车流进行分析，在信号控制下，进入 交叉口的车流按照要求，在不同的车道上分配通行权，在信号周期的变化过程中，车流 做周期性的行驶。 2 2 1 直行车流的运行特性 在红灯时间，车流排队在停车线等候绿灯，当信号显示绿灯时，驾驶者做出反映， 但是并不是马上通过停车线驶入交叉口，而是要有几秒钟时间的反应，包括了驾驶者自 身的反应和车辆本身的反应，这个时间的车头时距要明显大于后面排队车流的车头时 距，这段时间也被称为启动损失时间。最前面的车辆第一个驶入交叉口，后面的依次驶 入，慢慢的车流进入了一个稳定的行驶状态，直至车流全部通过交叉口，或者绿灯时间 完毕，没有通过的车流在停车线等待下一次绿灯，这个时间出现了黄灯时间，驶入交叉 口的车流，这个时间为清空时间。 2 2 2 左转车流的运行特性 左转车流按照车道功能的不同划分，分为直左混行车流、左转车流和直左右车流， 其中，当设立了专门的左转相位后，无论是在车头时距还是在行车速度上都和直行车流 没有什么不同，只是在行程上要比直行车流行驶的更远些，而在直、左车流和直、左、 右车流当中，因为公用了一条车道，左转车流受到了不同方向车流的阻碍，车头时距要 比一般情况下要大，这样就增加了车流通过交叉口的运行时间，按照信号控制条件的不 同，左转车流可分为保护型和许可型，前面说的是没有进入交叉口的情况下，当进入交 叉口后，保护性左转车流和前面类似，许可型这种情况下，左转的车流和对向直行车流 产生了冲突点，但是在划分车道功能时间，不可能为了避开这种冲突点，都设立保护型 车道和相位，信号设计只是对此进行协调，目的是提高通行效率，提高交叉口的通行能 力。 2 2 3 右转车流特性 右转车流通常情况下，产生的冲突点比较少，在我国交通法规下，右转车流不受信 号控制的制约，可以连续的通行，这只是在设有专门的右转车道的情况下；当和其他车 流公用一个车道的时候，很可能被不同流向的车辆阻碍以致于不能够通行。因此，在右 转车流达到一定的比例情况下，要设计专门的右转车道，否则会影响交叉口的通行能力。 1 0 长安大学硕上学位论文 2 3 车头时距 车头时距是同一个车道上同向行驶的前后车辆通过制定点的时间差，车头时距能够 很好的反应车流运行情况和车流运行特性。车头时距不仅可以分析饱和流率，而且可以 了解车辆受服务的特性。 2 4 启动损失时间 启动损失时间是无法消除的，也是车辆不能够利用的，在制定交叉口信号周期和信 号配时的计算中，启动损失时间为特别重要的因素【1 2 】。通常的情况下，我们所说的启动 损失时间是第一辆车的损失时间，因为后面的车辆加速肯定大于前面的车辆加速度，慢 慢的趋于路段行驶的正常速度。这些车辆的平均车头时距基本一样，启动损失时间为： = ， ( 2 1 ) f 毒l 式中：启动损失时间； 车队中第i 个车辆损失时间。 2 5 本章小结 本章对城市信号交叉口的交通特性做了简单的分析，包括直行车道、左转车道和右 转车道。最后引出了车道组划分、车头时距和启动损失时间这些概念。 第三章城市道路信号交叉口通行能力的影响冈素 第三章城市道路信号交叉口通行能力的影响因素 信号控制的交叉口有其自身的特点，包括车道条件、交通条件和信号控制这些方面， 一般的情况下，信号配时参数已经确定。本章主要阐述在交通条件和道路条件影响下， 信号控制交叉口通行能力的折算系数。 3 1 交通条件影响折减系数 交通条件包括很多方面的因素，例如，交通流的特性、车流比例、行人和非机动车 等，但是在通行能力计算方法中一般都能将车流特性和车流比例严格的考虑在内，而行 人和非机动车对机动车的干扰不能够很好的在通行能力计算方法中体现，因此，下面主 要讨论这些外在因素对信号控制交叉口通行能力的影响【1 3 】。 3 1 1 行人对通行能力的影响 理论上计算的通行能力一般都是没有考虑行人这些因素，但是在实际的交叉口，行 人对通行能力的影响为最大的因素，因此对行人的研究，是研究通行能力的最为重要的 一步，现阶段有下面几种算法。行人折减系数法、基于间隙接受的方法、基于车头时距 的方法和冲突技术方法【1 4 、15 1 。 1 行人折减系数法 这种算法是目前最为广泛的一种方法，其思路是以人车冲突区占有率为基础，估算 冲突区机动车可利用的通行时间，以此来计算机动车通行能力的折算系数。 一些发达的国家在通行能力手册的方法就是这种方法，经典的算法还是美国道路 通行能力手册( h c m ，2 0 0 0 ) 方法。 ( h c m ，2 0 0 0 ) 方法首先将行人流量转换为绿灯小时行人流率，也就是在满绿灯时间 内一个小时时间行人的流量，即： = ( e g p ) ( v m a g 5 5 0 0 0 )( 3 1 ) 式中：c 。信号周期长； g 。亍人有效绿灯时间。 在此基础上，结合行人流率估计冲突点行人占有率为： = ( c 昂) 嚣蹴凝举5 驯， 2 ， 求出机动车可以利用的冲突区通行时间比例为： 1 2 长安大学硕士学位论文 a = 1 1 _ o - o p 6 e d g n r e c = n 。t ) u r f n 。埘 ( 3 3 ) 综合上面的公式，可以得到左转、右转饱和流率的折减系数： 厶= 1 0 一足r ( 1 - a e r ) ( 1 一乓翻) ( 3 4 ) 无= 1 0 一只r ( 1 4 r ) ( 1 一罡喇) ( 3 5 ) 式中： 最r 右转车辆占车道流量的比例； 只r 左转车辆占车道流量的比例； 最列右转专用相位通过的右转车辆比例； 罡掰左转专用相位通过的左转) 车辆比例。 补充说明，当，_ 腑小于2 0 0 p e d h 的时间，交叉口的通行能力不受影响。前提是行人 都是按照交通规范通过交叉口，没有违反交通规定。 2 基于间隙接受的方法 这种方法一般都是以概率论和间隙接受理论为基础，建立的理想的情况下，车流和 人流都是在空隙时间穿过交叉口，以此来计算一个周期内通过的车辆数，从而计算通行 能力。 这种假设是让机动车避让与行人，并将机动车的绿灯时间分为5 个阶段：在第一个 阶段和第三个阶段，行人成群通过，阻碍车流的通过，机动车的通行能力为0 ：在第二 个阶段和第四个阶段，行人群所剩无几，出现较大的空隙，车辆寻找空隙通过，在最后 一个阶段，行人几乎没有，车辆不受阻碍，在满绿灯时间通过，这个时间以饱和流通过， 以此来计算机动车的通行能力，这种算法的特点是过于理想化，当行人过多的时间，按 照前面的规定，机动车让行人，那么通行能力为0 。 为研究行人占用相位的设置条件，同济大学杨晓光等人给出了机动车让行于行人的 计算方法，考虑到行人在冲突区不同时间的限制，将这一时间划分为不同的三个阶段， 第一个阶段，行人没有到达交叉口的冲突区，机动车通行不受影响，以饱和流通过，这 个时段的通过车辆数记为，冲突区较近的行人先到达，冲突区远的行人没有到达，冲突 车辆只能穿过一次人流，这个时段通过的车辆数为编，第三个阶段，两个方向的人流都 全部的进入冲突区，车流只能等待，有间隙的情况下通过，这个时段通过的车辆数为垠， 那个总的通行能力就为： n = n a4 - 玎2 + 传 ( 3 6 ) 第三章城市道路信号交叉口通行能力的影响因素 3 基于车头时距的算法 这种算法是行人通过交叉口时，对直行机动车车头时局和转向机动车车头时局的影 响，按照这种思路，确定在不同行人流下，直行和转向汽车的换算系数，来估算行人影 响下，信号交叉口饱和流率和通行能力。 4 冲突技术方法 冲突技术方法是对间隙接受理论方法的修正，间隙接受理论前提是优先原则，而冲 突技术法提出了二路停车非信号交叉口通行能力分析方法。这种方法主要是来量化行