（交通运输规划与管理专业论文）城市信号交叉口空间优化设计研究.pdf

摘要 城市道路交叉口是城市道路交通网络的关键，也是城市道路交通的瓶颈，其中信号 交叉口是城市交叉口的主要形式。对于用地高度开发的城市来说，如何充分利用信号交 叉口现有空间资源，实现道路交通的高效、安全、有序运行，是一个亟需研究的问题。 论文正是基于此，对城市信号交叉口空间优化设计进行了研究。 论文首先分析了信号交叉口的形式、应用类型、几何构造，对信号交叉口交通冲突 和通行能力进行了具体研究，界定了信号交叉口的研究范围，在此基础上，根据我国城 市道路交通的实际情况，提出了城市信号交叉口空间优化设计的内容、目标、原则和步 骤，分析了城市信号交叉口基本设计参数；其次，在综合考虑进、出口车道数和路段车 道数相互关系基础上，研究了车道功能划分的方法；在此基础上，针对城市不同交通出 行方式，进一步研究了城市信号交叉口具体渠化方法和实施措施，并根据不规则交叉口 的特点，对其渠化改造设计进行了分析；然后，对信号交叉口的时空设计整合优化进行 了分析研究：在第五章中合理选取和量化信号交叉口空间优化设计方案的各项评价指 标，通过加权得出了城市信号交叉口空间优化设计综合评价指标模型；最后，以西安市 明城墙区内的五路口信号交叉口为例，应用论文研究的理论和方法，对其进行了具体的 空间优化设计。 关键词：信号交叉口；空间优化设计：车道功能划分；交叉口渠化 a b s t r a c t 。i 1 1 em t e r s e c t i o n0 fu r b a i lr o a di st 1 1 e 倒c i a le 1 锄e n t o fn l eu r b 如r o a d 妇踊cn e 帆r k 锄d ab o t t l e n e c k “t i l eu 而锄r o a d 舰m ct o o a m o n gm e mm es i g i l a l i z e d 商e r s e c t i o n i sam a i nf 0 加o ft 1 1 eu r b a l l m t e r s e c t i o n t oc i t yl l i g l l l yd e v e l 叩e di 1 1a r e a ，i ti sa p r o b l 锄n e e d i n gb a d l y b e i n gs t u d i e d l a t h o wt 0f i i l l v u t i l i z e 船e ) 【i s t i l l gs p a t i a lr e s o u r c eo f t l l e 啪孤s i g i l a l i z e di i l t e r s e c t i o n ，i 1 1o “l e rt 0r e a l i z e 龇l l i 曲- e m c i 饥t ， s e c u r e ，o r d e r l ym n l l i n go ft h er o a d 昀壤c n et 1 1 e s i se x a c t l yb 私e d0 n “s p r o b l 锄陀s e a r c h e st 0 l es p a t i a l 叩t i r n j z a t i o nd e s i 印o ft 1 1 eu 而卸s i g li ! l t c r s e c t i 伽 m t 1 1 e s i s 锄1 ) ，z e s 恤f o n i l ，a p p l i c a t i o nt ) i p e ，g e o m e t r i cs t r u c 嘶0 fn l es i g n a l i z e di 1 1 觚e c t i o na t 觚t ，蛐cc o n n i c t 孤d 仃a 伍cc a p i t y0 fs i 酬i z e d i n t e 璐e c t i o n 撇c 删e d 锄撇t er e s e 砌t o 锄d m er e 8 e 撒h 砌g eo ft 1 1 es i 印a l i z e d i n t e r s e c t i o ni sd e f i n e d 0 1 1 廿1 i sb a s i s ，a c c o r d 吨t 0 t 1 1 ea c t u a lc o n d i t i o m o ft l l e 砒i 觚r o a d 蛔街c0 fo i i rc o 吼缸x 圮c o n t e n t ，9 0 a l ，p d n c i p l e 姐ds t 印0 f 圮s p a c e 0 p t i m i z a t i o n d e 8 i 印0 ft l l e 砷瑚s i 印a 1 嘲i 1 1 t 粥e c t i 佃a r cp r 叩o s e d ；岫b 嬲i cd e s i 驴p a 啪e t c r0 fm es i g 啦i i z e d 眦娼e c 1 1 s 觚a 1 ) ，z e d s e c o n d l y ，0 nm eb 勰i so fs y n 删c a l l yc o 璐i d e 血gm ef e l 枷b e 眦t 1 1 e a p p r o a c hl 跚，龇e 】【i tl a l l ea n dt l l er o a ds e c t i o nl 觚e ，m em e s i ss n j d i e sm e l 锄ef h n c t i o ns p l i t 勰吐1 0 d o n t i l i 8b 鹊i s ，t 0t l l ed i f r e r e n tt r i pm o d e0 f 雠c i t y ，山et l l e s i sf i l r t l l 盯s t u d i e sm e c o i l c r e t ec l 瑚m e l l i z 咄m e t l l o d 锄dt l l e 即f o r c e m e n tm e 咖r eo ft l l eu r b 孤s i g n a l i z e di m e r s e c t i o n ，1 1 1 e 玛m ec o i n b 砌0 na n do p 蛳盟t i o n 0 f 1 er e s o u r c e so f s p a c e - t i m ea r ea i l a l y z e d 柚d 托s e a r c h e d h l t l l ef i f h lc h 印t e r m et h e s i sm t i o n a l l v c h 0 0 s e s 锄dq u 柚t l z e se v e 9e v a l u a t i o ni 1 1 d c x0 f 1 es p a t i a l 叩妇1 i z a t i o nd e s i 印p l a no fs i 印a l i z e d 血t e r s e c t i o 璐， f o l l o w m gt i l ec o m p r e h e l l s i v ee v a l u a t i o ni i l d e xm o d e li s e l i c i t e d f m a 】l y ，t a 】( i 1 1 9 吐l ew u l u k o us i 辨a l i z e d m e r s e c i o ni i lm ed i s t r i c to f x i 锄m m gd y 玎日s t yc i t ) rw a n 雏孤e x 卸叩l e ，a p p l y i i 唱t l l e l e o r ya n d m e t h o d 8 t u d i e di i it l l i st h e s i s ，w u l u k o ui n t e r s e c t i o ni sc a 币e d0 n c o n c r e t es p a t i a l 叩t i i n i z a t i o nd e s i 鲫 k e yw o r d s ：s i 印a h z e d i n t e r s e c t i o n ；s p a t i a lo p t i m i z a t i o n d e s i 印； l a i l e 缸1 c t i o n s p l i t ； i n t e r s e c t i o nc h 锄e l i z a t i o n 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，均己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：徐以闲、17 伊髟年月夕日 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：徐从网1 铷獬劣阿 日 旧 锣7 捐细 年 年 踢 埸 伤 兀 珈 硼 长安大学硕- j ：学位论文 1 1 研究背景及必要性 第1 章绪论 1 1 1 论文研究的背景 1 城市交通存在的问题 随着我国经济的迅猛发展和城市化进程的快速推进，城市人口、机动车保有量、交 通量持续大幅度增加，导致了交通需求与道路交通设施之间的尖锐矛盾。尤其是在我国 大中城市，常规公共交通萎缩、私家车和出租车迅速发展，出现了不同程度的交通拥挤 和堵塞现象。这严重影响了城市的正常运转，造成城市环境污染的加剧，城市居民日常 工作效率的降低。 城市交通拥挤对经济发展的副作用是不言而喻的。城市交通拥挤的加剧，不仅造成 巨额的经济损失，甚至会导致城市功能的瘫痪。交通拥挤不仅使交通延误增大，行车速 度降低，而且低速行驶增加耗油量，导致燃料费用增加、能源浪费，以及汽车尾气排放 增加而造成环境质量恶化。此外，城市交通拥挤使交通事故增多，而交通事故的发生又 造成交通拥挤加剧，从而形成恶性循环。 2 关于解决城市交通问题的思考 国内外学者对解决城市交通问题的途径都有着大致相同的看法，总的来说主要有以 下几个方面。从城市规划和布局来说，要控制大城市中心区的规模，正确选择城市发展 模式，合理规划和调整城市用地布局，处理好城市交通与对外交通枢纽点的衔接乜1 。从 城市道路交通本身来说，一是要加快城市交通基础设施建设，形成合理路网结构，适应 交通高速增长的需求；二是必须提高城市交通管理水平，采用先进合理的交通控制方法； 三是对部分现状道路进行改造，尤其是道路交叉口的空间优化设计，提高城市交通设施 和道路资源的利用率；四是制定科学合理的交通管理政策和措施。 为缓解交通拥挤及堵塞矛盾，近年来许多城市都在大力完善路网建设，但由于受城 市原有布局和建设资金短缺的影响收效并不理想。随着城市交通流量的持续增加和道路 交通基础设施的逐步完善，我国许多城市的交通管理者也越来越重视通过加强对现有道 路资源的充分利用来提高城市交通系统效率。城市道路交通基础设施的建设投资大、建 设周期长，同时城市道路设施的建设也不是无限制的，特别是在城市道路基础设施比较 完善、主要道路交通量接近饱和的情况下，通过提高现有道路设施的利用率，不仅可以 第1 章绪论 有效缓解城市交通供需矛盾，而且投资少、见效快，更具现实意义。 1 1 2 论文研究的必要性 在路网中，道路纵横交织形成大量交叉。当道路在同一高度相交并有一共同构筑面 时称为平面交叉或平面交叉口。交叉口的主要功能是供相交道路上的不同交通流选择和 变换运行方向，是交通流的集散点，它可以是平面交叉，也可以是立体交叉。立体交叉 虽可以解决因平面交叉而产生的交通流冲突问题，但不可能将所有的交叉口都建成立体 交叉口。这主要有以下几个方面的原因，首先，立体交叉口的工程量大，修建费用高， 占地而积大，修建工期长；其次，由于受相交道路的性质、占地、工程投资等限制，很 难全部建成立体交叉口，而城市中有些不完全互通式立交仍保留了部分平面交叉，平面 交叉问题依然存在，不解决好平面交叉问题，这类立交也不可能很好的发挥其应有的作 用；再次，在城市内修建立交，还会带来分割城区、影响街区日照条件、干扰电波、妨 碍视线、破坏景观、给行人带来不便等问题。立交的修建一般是为了提高交叉口的通行 能力，使路段上的车辆经过交叉口时能顺利通过而不发生拥挤堵塞现象。显然，如果平 面交叉口经过优化设计能达到此目的，就没必要耗费大量的人力物力来修建立交了。 城市道路体系的一个主要特点，是交叉口间距短，横向干扰因素多。这个特点，既 是城市道路交通中的一个不利因素，又是城市道路区别于公路的一个显著特点。城市道 路交叉口是城市道路交通网络的关键，也是城市道路交通的瓶颈。道路交通在平面交叉 口处反复地分流、合流及交叉，使得该处的交通状况尤其复杂；在同样车道数的情况下， 平面交叉口的通行能力总是小于路段的通行能力，这就使得在相交道路路段的交通量还 不十分大的时候，交叉口处的交通负荷就已接近或达到饱和，从而交叉口处交通发生拥 挤；再加上过街行人的穿插交会，更易造成平面交叉口处事故多发。根据资料统计，交 通事故的半数发生在信号交叉口及其周围，而在城市中这一比例高达6 0 以上；半数以 上的行车延误也是由平面交叉引起的口1 。可以说城市道路交叉口的交通运行状态与整个 城市的交通运行状态密切相关，解决城市道路交叉口的问题是解决城市交通问题的关 键。 交叉口交通设计包括时间设计和空间设计。交叉口空间设计是交叉口时间设计的f i 订 提和基础，没有合理的空间设计，时间设计也就无法充分发挥作用：交叉口空间设计将 直接影响到交叉口的通行能力、交通安全、交通秩序和运行效率；而且交叉口空间设计 方案一旦实施，将不易改变。 长安大学硕士学位论文 由于我国城市道路交叉口设计缺乏科学合理、切合实际的理论方法指导，以及受道 路交通改造资金的限制，目前我国大部分城市的交叉口空间设计还比较落后，尤其是一 些中、小型交叉口，只进行了简单的标线施划，存在许多问题，比如交叉口面积过大、 停车线过于靠前或靠后、缺少必要导行线、缺乏行人通行保障措施等，导致交叉口通行 能力不足、交通冲突严重、交通事故频发等问题，而在此基础上的信号控制方案也很难 解决这些问题。 当前，我国城市化进程正在加快，中小城市道路建设规模越来越大，且处于上升阶 段，部分大城市道路建设也处于调节和改善过程中，城市道路交叉口改造频繁，因此， 对城市信号交叉口空间优化设计理论及其评价方法进行研究，从而合理分配交叉口内的 空间资源，实现不同交通流的安全、高效和有序运行，是非常必要，也是非常紧迫的， 这也将成为解决城市交通问题的一项重要措施。 1 2 国内外研究概况 交通设计的概念诞生于2 0 世纪8 0 年代，以交通工程学为基础对交通系统的时空资 源进行最优化组合。交通设计无论在理论上还是其涉及的对象上，都是非常复杂的，目 前的研究成果均侧重于交通设计的方法和技术，因此交通设计理论还是一个需要继续探 讨的问题h 1 。 在国外，如美国、日本、加拿大等经济发达国家，汽车社会化的时代早在五十年代 就开始了，道路交通设计的研究工作也比较早。美国早在五十年代就制定出道路通行 能力手册，随着计算机技术的迅速发展，北美在交通流模拟技术方面也有很大进展， 最近，美国运输研究委员会的研究项目“交叉口改进方案评价指南 ，对交叉口问题诊 断、方案形成、评价方法和决策方法等问题进行了科学研究：日本在平面交叉路口的 规范与设计中对交叉口的设计参数做了详细规定，并提出许多有效的措施、建议；国 外的渠化设计研究也较为成熟，对左转弯车道的设置畸1 、右转弯车道设计、进口道宽度、 进口道车道数等做了大量研究，另外关于交叉口渠化、交叉口交角、交叉口缘石半径也 有相关的研究。 在国内，随着我国经济迅速发展，城市化进程的加快，城市交通尤其是交叉口交通 拥堵问题的突出，各级专家学者们在借鉴国外的经验的同时，对道路交通规划、设计、 管理等方面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 第l 章绪论 交通拥堵的局面。1 9 8 6 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 者的协调优化阳1 ；1 9 9 1 年建设部组织编写了城市道路设计规范( c j j 3 7 9 0 ) ，其中部 分内容曾在1 9 9 8 年做过修改，规范对城市道路交通规划、设计做了一般性规定，内容 包括城市公共交通、自行车交通、步行交通、货运交通、道路系统、交通实施等；2 0 0 1 年，上海市出版了我国第一部专门针对城市平面交叉口的设计规范城市道路平面 交叉口规划与设计规程，规范中对城市新建与改建道路平面交叉口的规划、设计和原 有道路平面交叉口的治理设计作了较为具体的规定；我国在道路交叉口设计方案评价方 面的研究较少，缺乏系统和深入的研究。 一些发达国家的道路交通设计虽然比较完善，但其交通结构比较单一，不适合我国 道路交通结构比较复杂的实际情况，因此，有必要在借鉴国外成功经验的基础上，进一 步研究适合我国城市不同交通状况、道路条件和用地性质的道路交叉口设计理论和方 法。 1 3 研究内容及技术路线 1 3 1 论文研究的内容 空间设计和时间设计是信号交叉口交通设计的主要内容，论文主要研究信号交叉口 空间优化设计的相关理论及其评价方法。 论文首先对城市信号交叉口空间优化设计的基本理论进行了分析研究。其中，分析 了城市信号交叉口的形式、应用类型及其几何构造，研究了信号交叉口固定冲突点的分 布及其控制措施、机动车道和人行横道的通行能力，在此基础上对城市信号交叉口的空 间范围进行了界定，对信号交叉口空间优化设计的内容、目标、原则、步骤以及设计参 数进行了阐述。 第三章在综合考虑进、出口车道数和路段车道数相互关系基础上，引入了车道功能 矩阵理论，研究了车道功能划分的具体方法。 第四章在进行了车道功能划分研究的基础上，针对城市不同交通出行方式的交通特 性，分别提出了信号交叉口具体渠化方法和实施措施，尤其是对公交车辆和慢行交通的 渠化设计：针对不同类型交叉口的特点，进行了渠化设计的补充说明；对信号交叉口的 4 。 长安大学硕士学位论文 时空设计整合优化进行了分析研究。 第五章根据我国城市信号交叉口交通的实际情况，合理选取和量化信号交叉口空间 优化设计方案的各项评价指标，并对各项指标赋予权重，得出了城市信号交叉口空间优 化设计综合评价指标模型。 最后，以西安市明城墙区内的五路口信号交叉口为例，在对其现状进行定性和定量 分析的基础上，应用论文研究的理论和方法，对其进行了具体的空间优化设计。 1 3 2 论文研究的技术路线 图1 1 论文研究的技术路线图 第2 章城市信号交叉口空间优化设计概述 第2 章城市信号交叉口空间优化设计概述 2 1 城市信号交叉口形式和几何构造 2 1 1 信号交叉口形式及其应用类型 1 交叉口的形式 城市道路交叉口的形式，取决于道路网规划、交叉口用地、周围建筑情况、交通量、 交通性质、交通组织、交叉口相交道路条数及其角度等。常见的信号交叉口形式有十字 形、t 形、y 形、x 形、错位交叉和多岔交叉( 五条或五条以上的道路交叉，又称畸形交 叉) 等几种，如下图所示口1 。 j ；l 厂 ( a ) 十字形交叉口 ( d ) y 形交叉口 | 厂 ( b ) t 形交叉口 k ( c ) x 形交叉口 ( e ) 错位交叉口( f ) 多岔交叉口 图2 1 平面交叉口形式 通常应用最多的是十字交叉口。它形式简单，交通组织方便，街角建筑容易处理， 使用范围广，可用于相同或不同道路等级相交的道路交叉。在任何一种形式的道路规划 设计中，它都是最基本的交叉口形式： x 形交叉口是两条道路以锐角或钝角斜交，但当相交的锐角较小时，形成狭长的交 叉口，对车辆行驶和交通组织都很不利。锐角街角的建筑也比较难处理。所以，当两条 道路相交，如果不能采用十字交叉口，应尽量使相交的锐角大些。 t 形交叉口、错位交叉口和y 形交叉口均用于主要道路和次要道路的交叉，主要道 6 长安大学硕士学位论文 路设在直顺方向。在特殊情况下，例如一条尽头式干道和另一条滨河主干道相交，两条 主干道也可设成t 形交叉。一般情况下，要尽量避免y 形交叉和错位交叉，这两种交叉 不利于交通组织，容易发生交通事故。因此，规划时应尽量避免三岔路口，已存在的三 岔路口应加强空间改造或增设交通工程设施。 多岔交叉口是多条道路交汇的地方，容易起到突出中心的效果，但占地多，并给交 通组织带来较大困难，采用时必须慎重考虑。如果交通量小、用地条件允许，可以考虑 改为有中心岛的环形交叉口。 2 交叉口的应用类型 交叉口的应用类型，主要根据相交道路类别确定，如下表所示阳1 ： 表2 1 平面交叉口应用类型 支路 相交道路主干路次干路 i 级i i ( i ) 级 主干路 aaa 、ee 次干路 aaa 、b 、e i 级a 、b 、db 、c 、d 、f 支路 i i ( ) 级 b 、c 、d 、f 附注：a 型交叉口展宽及信号控制交叉口； b 型设有让路标志或停车标志的优先控制交叉口； c 型不设控制交叉口； d 型环形交叉口； e 型干路中心隔离带封闭、支路只准右转通行的交叉口； f 型交叉口不展宽及信号灯交叉口。 2 1 2 信号交叉口几何构造 1 交叉口红线宽度 由于交叉口每个进口道的通行时间约为路段通行时间的半左右，因此，交叉口进 口道单车道的通行能力与路段相比也小的多。为了保障交叉口进口道的通行能力与路段 通行能力相匹配，规划设计时应增加交叉口范围内的红线宽度，为增加进口车道数提供 基础。 信号交叉口进口道的展宽段宽度和长度应根据规划交通需求量和车辆在平面交叉 7 第2 章城市信号交叉l j 空间优化设计概述 口的排队长度确定。在没有交通需求预测数据时，可以参考相关规定中的推荐值。一般 来说，平面交叉口出口道规划红线可增宽3 m ，增宽长度根据道路等级取6 0 8 0 m ，渐变 段取3 0 5 0 m 。 2 交叉口础巨 停车视距是指汽车行驶时驾驶员自看到前方障碍物时起至到达障碍物前安全停车 时止所需要的最短行车距离b 3 。为了保证行车安全，当驾驶员进入交叉口前的一段距离 内，必须能够看清楚相交道路上车辆的行驶情况，以保证双方能够有足够的距离采取制 动措施而在冲突点前安全停车，避免发生碰撞，这一距离必须大于或等于停车视距。 由停车视距组成的三角形称为视距三角形，在视距三角形范围内不得有任何阻碍驾 驶人员视线的障碍物。如图2 4 所示，图中s ( i = 1 ，2 ) 为停车视距。墨的大小可按表 2 2 取值n 0 1 。 表2 2 停车视距参考值 计算行车速度 6 05 04 54 03 53 02 52 01 51 0 ( i ( i i i h ) 停车视距 ( m ) 7 06 04 54 03 53 02 52 01 51 0 ( a ) 十字形交叉口视距三角形( b ) x 形交叉口视距三角形 图2 2 视距三角形示意图 视距三角形应以最不利的情况进行绘制，绘制的方法和步骤如下： ( 1 ) 计算停车视距； ( 2 ) 根据交叉口的具体情况，找出行车最危险的冲突点( 不同形式交叉口的最危 险冲突点的找法不尽相同) ； 长安大学硕上学位论文 ( 3 ) 从最危险冲突点向后沿行车轨迹线( 可取行车道中心线) 各量取停车视距； ( 4 ) 连接末端，构成视距三角形。 3 交叉口缘石半径 对于有路缘石的信号交叉口，为了保证各种右转弯车辆能以一定的速度顺利通过交 叉口，要将相交道路的缘石用曲线连接，此时，曲线半径称为缘石半径，如图2 5 。交 叉口转角处的缘石曲线形式有圆曲线、复曲线、抛物线带有缓和曲线的圆曲线等，实际 中多采用圆曲线。 图2 3 缘石半径不意图 未考虑机动车道加宽以前的交叉口转角缘石半径r 为： 墨= 足一专+ 矿) ( 2 1 ) 其中， 尺： 竺： ( 2 2 ) 1 2 7 ( f ) 式中：尺机动车右转弯车道中心线的圆曲线半径( m ) ； 6 机动车单车道宽度； 形交叉口转弯处非机动车道宽度； y 交叉口右转弯车辆设计车速( 一般情况下，计算时可取路段设计车速的0 6 倍) ： f 交叉口车行道的平均横坡度，一般取0 0 1 5 ，横坡向内侧倾斜时，f 取正值， 反之，取负值； 横向力系数，根据实际经验，该值不宜超过o 1 5 0 2 0 ，在实际使用中建 议采用如下值：当采用推荐半径时，对于大客车= o 1 0 ，对于小汽车 = 0 1 5 ；当采用最小半径时，对于大客车= 0 1 5 ，对于小汽车= 0 2 0 。 9 第2 章城市信号交叉口窄问优化设计概述 在一般的十字形交叉口墨通常采用：主干道2 0 2 5 m ，次干道1 0 1 5 m ，住宅区相 邻道路6 9 m 。缘石半径参考值详见下表n 1 1 ： 表2 3 缘石半径参考值 右转弯计算车速( k m h )3 0 2 52 01 5 无非机动车道道路缘石半径参考值( m ) 3 5 4 02 5 3 0 1 5 2 01 0 1 5 有非机动车道道路缘石半径参考值( m )3 0 3 5 2 0 2 51 0 1 55 1 0 4 交叉口拓宽设计 当相交道路的交通量较大、转弯车辆较多而车速又高时，若交叉口进口道仍然采用 路段上的车道数，会导致转弯车辆和直行车辆受阻，分流、合流困难，且易发生交通事 故。此时，可对进口道的一侧或两侧拓宽车道，即进行交叉口的拓宽设计，以改善交叉 口的通行条件。 拓宽时需要注意的是，由于交叉口附近的人行道将作为横穿道路行人的滞留空间， 所以最好不要缩小人行道。但是，人行道上设置的植物带可以做相当幅度的缩小。 ( 1 ) 交叉口拓宽的车道数、宽度及形式 交叉口拓宽的车道数主要取决于进口道的各向交通量、交通组织方式、和车道的通 行能力等，一般应比路段单向车道数增加一至二条车道。 交叉口进口道车道的宽度，应尽量与路段保持一致。如果受用地条件限制，需要压 缩进口车道宽度时，单车道宽度也不应小于2 7 5 m ，一般在3 3 5 m 之间。 交叉口拓宽的形式一般是向进口道左侧或右侧拓宽。向左侧拓宽时，可利用交叉口 附近道路中央分隔带，或占用部分对向车道宽度等；向右侧拓宽时，可利用行车道右侧 绿化带，占用部分人行道宽度，或拆迁部分建筑物等。 气占 一 1 0 2 = 一 _ _ _ _ _ _ _ - _ - - - _ - _ - 一。- 一_ 一 i = 由_ - 叫严 、 ( a ) 左侧拓宽 ( b ) 右侧拓宽 图2 4 交叉口拓宽形式 ( 2 ) 交叉口拓宽车道的长度计算 由于左转车道长度和右转车道长度计算公式相同，下面只对右转车道长度的计算进 行分析，如下图所示。 l o 长安大学硕士学位论文 图2 5 右转车道长度示意图 下面对拓宽车道长度乞各部分的计算进行详细分析。 渐变段长度乞 渐变段长度乞是车辆从原车道驶入拓宽的相邻右转车道所需要的距离( 沿道路中心 线方向) 。最小渐变段长度可按下表碡3 选用。 表2 4 最小渐变段长度 计算行车速度( j 【m h ) 1 0 08 06 04 03 02 0 最小渐变段长度( m )8 06 04 02 01 01 0 排队车队长度 排队车队长度指专用道上等候转弯的车辆排队的长度，可按下式计算： = s 以 ( 2 3 ) 式中：s 排队车辆的平均车头间距( m ) ，客车为6 m ，大型车为1 2 m ； 聆一个周期的红灯和黄灯时间内到达进口车道的车辆数，即候车数量( 辆) 。 综合以上分析，可以得出拓宽车道长度乞计算公式： 1 4 = l d + l s ( 2 4 ) 上海城市道路平面交叉口规划与设计规程对新建平面交叉口进口道规划红线宽 度增加值和进口道拓宽长度作了如下规定： 表2 5 新建平面交叉口进口道规划红线宽度增加值和长度 进口道规划红线长度( m ) 道路 规划红线宽度增加值( m ) 展宽段长度( m )展宽渐变段长度( m ) 交叉口 主干路次干路支路i主干路次干路 支路i 主干路次干路支路i 主主交叉口 1 0 1 58 0 1 2 03 0 5 0 第2 章城市信号交叉口空间优化设计概述 主一次交义口 5 1 05 1 07 0 1 0 05 0 7 02 0 4 02 0 4 0 主一支交义口 3 53 55 0 7 03 0 4 01 5 3 01 5 3 0 次一次交义口 5 1 05 0 7 01 5 3 0 次一支交叉口 3 53 54 0 6 03 0 4 01 5 3 01 5 3 0 支一支交叉口 3 52 0 4 01 5 3 0 2 2 城市信号交叉口交通特性研究 在路网中，平面交叉口是相交道路的车辆汇集和转向的一个点，交叉口内部存在诸 多交通冲突点，很容易产生交通混乱和事故。在同样车道数的情况下，平面交叉口的通 行能力总是小于路段的通行能力，这就导致在相交道路路段的交通量还不十分大的时 候，交叉口交通负荷就已接近或达到饱和，从而产生拥堵。在加上过街行人的穿插交会， 更容易使平面交叉口出交通事故多发。因此，在处理平面交叉口问题时，无论是采取渠 化措施、改善基础设施，还是加强交通管理，都应以减少交通冲突点和提高交叉口通行 能力为目的。 2 2 1 信号交叉口交通冲突研究 交通冲突是产生交通延误和交通事故的根源。当两股不同流向的交通同时通过空间 某点时，就会产生交通冲突，而该点就称为冲突点。 按交通冲突方式，冲突点一般分为交叉冲突点、合流冲突点和分流冲突点( 如图 2 6 ) ，后两种统称为交织冲突点。按发生地点，又可分为固定冲突点和随机冲突点。固 定冲突点的位置比较固定，如交叉口、人行横道处；随机冲突点的位置难以确定，如违 章横过道路时容易发生随机交叉冲突，自行车挤占机动车道行驶时容易发生随机交织冲 突。 jl 。 卢 7 ( a ) 交叉冲突点( b ) 合流冲突点( c ) 分流冲突点 图2 6 交通冲突方式示意图 不同形式交叉口的冲突点分布不同，不同的信号相位配置的交叉口冲突点个数及分 1 2 长安人学硕上学位论文 布位置也不相同，下面只对信号控制平面交叉口的固定冲突点分布进行研究。 1 信号控制平面交叉口的固定冲突点分布 目前，我国大中城市许多交叉口仍然采用两相位信号控制，也就是说，一个信号周 期内只有两个信号相位方案，即东西绿南北红和东西红南北绿。随着现代交通管理水平 的提高，信号控制正在向多相位发展。 一个两相位信号控制的标准十字交叉口，其各类冲突点( 包括机动车、非机动车、 行人) 分布如下图所示n 6 1 。 图2 7 两相位信号控制十字交叉口机、非、行各类冲突点分布图 一个两相位信号控制的标准十字交叉口，其各类冲突点数( 包括机动车、非机动车、 行人) 见下表。 表2 6 两相位制信号控制十字交叉口机、非、行各类冲突点统计表 冲突类型交叉点 合流点 分流点 小计 机一机 2 428 机一非 1 41 4 机一行 4 4 非一非 242 8 非一行 4 4 小计 2 6843 8 由此可以看出，采用交通信号控制，可以有效地减少各类冲突点个数。而且，一个 交叉口的信号相位设置越多，冲突点数就减少，控制起来也就越容易。 第2 章城市信号交叉口空间优化设计概述 实行多相位控制不能无原则地增加控制相位，因为每增加一个相位，就会在信号配 时上带来相应的绿灯损失时间，同时也会造成信号周期的延长。但是实行多相位可以有 效减少交通延误，改善交叉口交通秩序，减少交通事故隐患，即使减少的交通延误被增 加的绿灯损失时间所抵消，但减少冲突点所带来的安全效益和良好的交叉口秩序，是两 相位控制无法比拟的。 由于我国大多数驾驶员熟悉两相位信号控制，已养成遵守两相位信号控制的习惯， 对改为多相制可能会有一个适应过程，因此在交通信号灯的安装使用上，必须做出一定 的改进，使每个驾驶员只能看到自己这一相位的信号灯，无法看到其他相位的信号灯， 这样才能真正做到多相位控制。另外，加强现代交通科普教育，加强对多相位控制的宣 传，使驾驶员养成只看自己这一相位信号灯的良好习惯，为实行现代化的交通控制打好 管理的基础。 2 交叉口冲突点的控制方法 分析交叉口交通冲突的目的是控制交通冲突、改善交通秩序、减少交通延误和事故 隐患。 冲突点的控制原则是：变随机冲突点为固定冲突点、变交叉冲突点为交织冲突点， 减少冲突点个数，减少冲突点上的冲突次数，减少冲突点上的冲突能量。 交叉冲突容易造成碰撞事故，合流冲突容易造成追尾、刮蹭事故，这两种冲突比分 流冲突危险程度要高得多。同时，交叉冲突和合流冲突能够严重影响车速，造成道路通 行能力下降，交通延误增加。因此，对于冲突的控制，重点是交叉与合流冲突点的控制。 由于路权包括了通行权与先行权，所以可以用空间分离、时间分离和管理控制相结 合的方法进行冲突点控制n 引。 ( 1 ) 冲突点的空间分离 一般常采用交通渠化的方法，把随机冲突点固定下来，利用交叉口的导流带、导向 线、导向车道以及停车线、人行横道等交通标线，缩小交叉口冲突范围，隔离不同车种、 流向的交通流，把空间上冲突点的个数降至最低，为时间分离和让行分离打好基础。 ( 2 ) 冲突点的时间分离 对空间渠化以后仍然无法消除的冲突点，可以采用信号控制的方式，在冲突点的通 过时间上进行分离。从理论上讲，多相位信号控制可以减少或消除冲突点，但相位设置 越多，绿灯损失时间越多，信号周期时间也越长。而且在我国城市交通以混合交通为主 情况下，不仅要分离不同流向的交通流，而且还要分离不同出行方式的交通流，仅靠多 1 4 长安大学硕士学位论文 相位控制有一定的困难，因此，要辅以人员( 如交警、交通协管员) 的管理，对冲突点 上不同出行方式的交通流进行分离，相位设置以满足机动车流向分离要求为主。 ( 3 ) 冲突点的管理控制 依靠交通管理人员的手势或让行标志、标线，对冲突点进行分离。对同一相位不同 车种的交通流通过同一冲突点时，由于速度差影响会引起交通延误，所以在冲突点上应 该按不同车种分开放行。由于交通流己越过停车线，不再受交通信号控制，因此避免在 冲突点上产生冲突，必须解决好优先通行的问题，这就要靠交通管理人员进行冲突点上 车种、流向分离来实现。 2 2 2 信号交叉口通行能力研究 交叉口的通行能力是对每一车道、车道组或进口道规定的，是交叉口空间和时间设 计的基本依据。进口道的通行能力是指在现有的道路、交通和信号设计条件下，某一指 定进口道所能通过交叉口停车线的折算为标准小汽车的最大流量。 道路条件包括：交叉口的基本几何特征，即车道数、车道宽度、坡度和车道功能划 分等。 交通条件包括：交叉口进口道的交通量、交通流向分布、车辆类型，以及交叉口范 围内的公共汽车停靠站和路边停车的影响等。 信号条件包括：信号相位、相序、配时、控制类型等。 城市道路交叉口的通行能力因控制方式的不同而异，下面只对信号控制平面交叉口 的通行能力进行研究。 1 信号控制平面交叉口通行能力 有信号控制平面交叉口通行能力的计算通常采用“停车线断面法”，即已知交叉口 处车道使用规定、信号显示周期及配时，以进口道停车线为基准断面，只要通过断面的 车辆就认为通过了交叉口，据此来计算通过停车线断面上不同行驶方向车道上的小时最 大通过量( 即该车道通行能力) 。各进口车道通行能力之和即为交叉口的可能通行能力， 交叉口停车线断面上不同车道的通行能力按以下公式计算n 7 1 。 ( 1 ) 一条直行车道的通行能力c 。 月y i c 。：型玉( 辆j 、时) ( 2 5 )l c = 一 刑7 j 口1 k 厶o ， 。 c f 。 第2 章城市信号交叉u 空间优化设计概述 式中：c 信号周期( s ) ，一般为6 0 9 0 s ； g 一个周期内的绿灯时间( s ) ； 匕直行车辆通过交叉口的车速( 州s ) ； 口平均加速度( 州s 2 ) ，据观测，小型车为0 6 o 7 1 1 1 s 2 ，中型车为0 5 o 6 州s 2 ， 大型车为0 4 o 5 m s 2 ； t 直行车平均车头时距( s ) ，据观测，车流量大时为2 2 2 3 s ，车流量少时 为2 7 2 8 s ，平均2 5 s 。 ( 2 ) 一条右转车道的通行能力c ， e ：塑( 辆小时) ( 2 6 ) f ， 式中：0 右转车平均车头时距( s ) 。 根据观测，右转车平均车头时距一般为3 0 3 5 s ，即在无行人过街干扰时，e 为 1 0 0 0 1 2 0 0 辆小时，过街行人流量大时降至3 0 0 辆小时，一般情况为5 0 0 6 0 0 辆 小时。 ( 3 ) 一条左转车道的通行能力q 设置左转专用信号相位时 c ：掣噬( 辆，j 、时) ( 2 7 ) r 。 式中：q 一个信号周期内左转绿灯显示时间( s ) ； m 左转车辆通过交叉口的车速( 州s ) ； t 左转车平均车头时距( s ) ，取其为2 5 s 。 无左转专用信号相位时 a 利用绿灯时间 当有左转专用车道而无左转专用信号相位时，左转车辆只能利用直行绿灯时间内直 行车流的可穿越间隙实现左转。根据实际观测，可穿越时距约为8 s ，直行车头时距f ，为 1 6 长安大学硕十学位论文 3 5 4 s ，因此，可穿越时距约为2 f ，。假设平均两个直行车位的空档可供一辆左转车穿 越，则每个周期可穿越的左转车辆数，l 。最多等于一条直行车道一个周期的最大交通量c ： 减去每个周期实际到达的直行车辆c 除以2 ，即 华( 辆周期) ( 2 8 ) g 一旦 式中： c ：= j 超辆周期，其余符号意义同前。 b 利用黄灯时间 黄灯亮时，每个周期可穿越的左转车辆数甩：为： v 一旦 以，：二_ j 壅( 辆周期) ( 2 9 ) f l 式中：y 每周期的黄灯时间( s ) ，其余符号意义同前。 因此，一条左转车道的通行能力为： q ：萼竺( 咒。+ 玎：) ( 辆小时) 。 ( 2 1 0 ) l ( 4 ) 一条直左混行车道的通行能力 在直左混行车道上，车辆因行驶方向不同而相互干扰，甚至会导致后续车辆停车， 因此，直左混行车道通行能力的计算公式中应加一个折减系数；另外，根据观测数据统 计看出，左转车通过时间约为直行车的1 5 倍。综合以上因素，一条直左混行车道的通 行能力计算公式如下： = g ( 1 一去屈) k ( 辆小时) ( 2 1 1 ) 么 式中：届直左车道中左转车所占比例； k 折减系数，一般取o 7 o 9 。 ( 5 ) 一条直右混行车道及一条直、左、右混行车道的通行能力 一条直右混行车道的通行能力等于条直行车道的通行能力。一条直、左、右混行 车道的通行能力等于一条直左混行车道的通行能力。 1 7 第2 章城市信号交叉u 空间优化设计概述 2 人行横道通行能力 ( 1 ) 无行人专用信号灯时人行横道通行能力 理想通行能力 理想通行能力是指过街行人均匀到达，按正常步速行走，不受其他车辆及行人干扰， 每小时穿过人行横道终点断面处的最大行人通过量。 在人行横道上一条人行带在横向车流红灯期间，其理论通行能力e ，按下式计算： = 半( 等+ 汜 式中：z 信号灯周期( s ) ； 尺横向车辆红灯时间( s ) ； 6 人行横道长度( m ) ； 包前后行人间距( m ) ，行人步幅平均为0 6 6 m 左右，考虑到行人之间有一步 半的自由度，以保证行人按正常速度行走，故将6 l 值定为1 m ； v 口行人过街正常速度( m s ) ； 6 ，p 第一位行人过街时间； 包，连续人流中前后行人通过某一断面的时距( s ) ； f 行人损失时间( s ) 。 行人损失时间包括两部分： f l 为在横向车辆绿灯期间等待过街的行人对信号灯变为红灯所需反应时间造成 的损失，因此损失时间很短，可以忽略不计； 厶为红灯末，行人因安全感而使流量未达到饱和所造成的损失，经实测该损失 时间可取2 秒。 实际通行能力 以上计算的行人过街通行能力是在理想道路条件和交通条件下得出的，事实上，行 人在平面交叉口过街时往往受到右转车辆、行人到达不均匀性及对向行人间的干扰影 响，故实际的行人过街通行能力要在理想通行能力基础上予以折减，其计算公式n 们如下： 长安火学硕士学位论文 = 卿q ， ( 2 1 3 ) 式中：人行横道每米宽度的实际通行能力； a 由于右转车辆干扰使通行能力降低的折减系数； 由于行人到达不均匀性的折减系数； y 由于对向行人干扰的折减系数。 下面分别对各项折减系数的计算进行研究。 a 右转车辆干扰的通行能力折减系数口 机动车：如果进口道为单车道，则红灯期间右转车辆受到前面直行车及左转车排队 的影响，无法右转，因此可以认为对行人过街无影响或影响很小。 当交叉口进口道上有右转专用车道时，对人行横道通行能力的影响随着右转车辆的 增加而增加。其折减系数可用下式表达： q = 1 一q ，3 6 0 0 ( 2 1 4 ) 式中：q ，通过人行横道的右转车流量( p c u h ) ； f ，一辆右转车占用一条人行横道的时间( s ) ，可按下式计算： 0 = ( l + 乞) v ( 2 1 5 ) 式中：l 标准车辆长度，可取6 米； 咋右转车辆通过人行横道时的车速，无实测数据时可取2 4 m s ； 乞行人与右