（交通运输规划与管理专业论文）环形交叉口延误研究.pdf

江苏大学硕士学位论文 摘要 随着经济的发展，交通问题同益突出。主要表现在道路系统布局不合理、道 路偏窄、功能不全等方面。交叉口是城市、公路道路网的“瓶颈 ，很多事故和 交通堵塞现象都发生在交叉口或其附近。环形交叉口作为交叉口的一种重要类 型，目前，仍然在许多地方使用。但由于交通量的迅速增长，很多环形交叉口都 已不能满足正常运行的需要。因此，为了解环形交叉口的运行状况，对已有的环 形交叉口进行延误研究是很有必要的。 在道路网络中，环形交叉口的应用是很广泛的。环形交叉口适用于多路或转 弯交通量较大的交叉口。它既可作为解决公路多路交叉或畸形交叉的一种交叉口 形式，也可以作为规划拟建立体交叉的过渡。 本文首先对环形交叉口的研究进行回顾，对环形交叉口的发展、种类、优缺 点和适用场合进行总结，接着根据环形交叉口的特征，讨论环形交叉口的交通组 织情况和交通流简化模型；然后，研究与环形交叉口车流运行相关的排队论、跟 驰模型、车头时距模型和问隙接受理论等多个交通流模型理论，提出评价环形 交叉口服务水平的指标一厦行能力及其模型；其次，提出环形交叉口延误的概 念及利用环形交叉口延误作为评价服务水平的划分标准，结合已有的环形交叉口 延误模型，提出多车型混合车流延误模型；再次，采集镇江市环形交叉口的交通 数据，来分析环形交叉口的延误影响因素，得出相关结论；最后，选取典型环形 交叉口对本文的研究成果多车型混合车流延误模型进行实例验证，并应用通 行能力模型和实际调查延误值对提出的延误模型进行评价，验证本文研究成果的 正确性和工程可行性。 关键词：环形交叉口，交通组织，交通流模型，通行能力模型，多车型混合车流， 延误模型 江苏大学硕士学位论文 ab s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m i c ，t r a f f i cp r o b l e m sh a v eb e c o m ei n c r e a s i n g l y p r o m i n e n t t h e ya r em a i n l yp e r f o r m e do nt h ei n a t i o n a lr o a ds y s t e m s ，n a r r o wr o a d s ， i n c o m p l e t ef u n c t i o n s ，a n ds oo n t h ei n t e r s e c t i o n sa r et h eu r b a nr o a d sa n dh i g h w a y n e t w o r k s ”b o t t l e n e c k s ”，a n dm a n ya c c i d e n t sa n dc o n g e s t i o np h e n o m e n o no c c u r r e di n o rn e a rt h e m r o u n d a b o u ti so n ei m p o r t a n tk i n do ft h ei n t e r s e c t i o n s a tp r e s e n t ，i ti s s t i l lu s e di nm a n yp l a c e s b u tm a n yr o u n d a b o u t sc a n n o ts a t i s f yw i t ht h en o r m a l r u n n i n gb e c a u s eo ft h er a p i di n c r e a s eo ft r a f f i cv o l u m e t h e r e f o r e ，i no r d e rt of i n do u t t h er u n n i n go fr o u n d a b o u t ，i ti s n e c e s s a r yt o r e s e a r c ht h ed e l a yo ft h ee x i s t i n g r o u n d a b o u t s r o u n d a b o u t sa p p l yt oa r t e r i a lh i g h w a yb r o a d l y t h e ya r ea p p l i c a b l et om u l t i l e g a n dl a r g et u m i n gt r a f f i cv o l u m ei n t e r s e c t i o n s t h e yc a nn o to n l yb et h ef o r m so ft h e m u l t i - l e ga n ds k e wi n t e r s e c t i o n s b u ta l s oc a nb el d st r a n s i t i o no fi n t e r c h a n g e s f i r s t l y , t h ep a p e rr e v i e w e dt h ep r e s e n tr e s e a r c ho fr o u n d a b o u t sa n ds u m m a r i z e d t h ed e v e l o p m e n t ，t y p e s ，t h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e sa n ds u i t a b l e p l a c e so f r o u n d a b o u t s ；a n dt h e na c c o r d i n gt ot h ec h a r a ct e r i s t i c so fr o u n d a b o u t s ，t h et r a f f i c o r g a n i z a t i o na n ds i m p l i f i e dm o d e lo ft r a f f i cf l o wa r ed i s c u s s e d s e c o n d l y , b a s e do n t h et r a f f i cf l o wt h e o r ym o d e l sw h i c ha r er e l a t e dt ot h er u n n i n go ft r a f f i ct k , wo f r o u n d a b o u t s ，s u c ha sq u e u ea s s o c i a t ew i t ht h ef o l l o w i n gm o d e l ，h e a d w a ym o d e l s ，g a p a c c e p t a n c et h e o r y , t h ee v a l u a t i o no fs e r v i c es t a n d a r df o rt h er o u n d a b o u t s - - c a p a c i t y a n dc a p a c i t ym o d e la r es e tu p t h i r d l y , t h ec o n c e p to fd e l a ya n dt h ed e l a yc r i t e r i o n e v a l u a t i o ns e r v i c el e v e l so fr o u n d a b o u t sa r eg i v e n ，t h e nt h em u l t i - v e h i c l e - t y p em i x e d t r a f f i c d e l a ym o d e l i ss e t u pw h i c hi s b a s e do nt h ee x i s t i n g d e l a ym o d e l o f r o u n d a b o u t s f o u r t h l y , b a s e do nal o to fa n a l y s i sa n dd i s p o s a lf o ri n v e s t i g a t i n gt r a f f i c d a t ao fr o u n d a b o u t si nz h e n j i a n gc i t y , s o m ec o n c l u s i o n sa r eo b t a i n e d f i n a l l y , c h o o s e a t y p i c a lh i g h w a y r o u n d a b o u tt ot e s tt h i sa r t i c l e sr e s e a r c hr e s u l t s - - - t h e m u l t i v e h i c l e - t y p em i x e dt r a f f i cd e l a ym o d e l ，t h e nt h ec a p a c i t ym o d e la n dt h ea c t u a l i n v e s t i g a t i n gd e l a ya r eu s e dt o e v a l u a t et h ep r o p o s e dd e l a ym o d e l ，w h i c hh a v e v e r i f i e dv a l i d i t ya n dp r o j e c tf e a s i b i l i t yo ft h er e s e a r c hr e s u l t so ft h i sp a p e n k e yw o r d s ：r o u n d a b o u t ，t r a f f i co r g a n i z a t i o n ，t r a f f i cf l o wm o d e l ，c a p a c i t ym o d e l ， m u l t i v e h i c l e - t y p em i x e dt r a f f i c ，d e l a ym o d e l 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论 文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文 的酽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 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：刎d 年6 月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密 学位论文作者躲干6 | 胁 f 晖e 只f 碹 虢啷1 计 们l ，o 年七月( 明 江苏大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 长期以来，城市交通拥堵、交通秩序混乱一直是困扰城市国民经济和社会发 展的一个难题。交通供需矛盾的长期性和城市空间、建设资金的有限性决定了不 能通过无限制的增加交通基础设施供给来解决这一问题，这就需要通过提高交通 管理水平，充分发掘现有交通设施的潜力，保证城市交通的安全、畅通、快捷、 低污染。道路交叉口是公路网络或城市道路网络的基本节点，也是网络交通流的 瓶颈。交叉口作为道路网上的节点，是道路交通系统的咽喉，交通拥堵多发生在 交叉口，尤其在平面交叉口上，有多股相互交叉的交通流利用同一平面完成分流、 交汇和冲突等交通行为，由此交叉口成为道路网中道路通行能力的“碍路”和交 通事故的“多发源”。据统计，有8 0 的延误发生在交叉口。交叉口的拥堵也会 造成局部交通拥堵范围的扩散，进而影响整个网络的路网的畅通。因此，对交叉 口进行行车延误分析，可以准确地掌握交叉口的通行能力，为进一步评价城市道 路以至整个路网的运行质量提供可靠的定量依据。 环形交叉口是路网中的一类常见路口。环形交叉口由于进环车流与出环车流 存在相互交织，使得交通堵塞主要发生在交叉口的进口处，即受进环最大车流量 或交叉口进口通行能力的影响。环形交叉口中不同方向的交通流进入交叉口后， 均按照逆时针方向绕中心岛作单向行驶，并以较低的速度依靠车流自由调节连续 进行合流与交织。环形交叉口受中心岛环形车道上交织段的影响，各进口道的直 行车与左转车都要在环道上交织行驶。当环形交叉口的通行能力满足交通流需求 时，在交叉口行驶的车辆能连续行驶，平均延误小；当路口交通负担增大，交叉 口通行能力不能满足交通流需求时，车辆在交织段行驶时间长，增加延误。 为了描述和评价交叉口的运行特性，交通研究人员提出了许多指标，包括控 制延误、停车延误、引道延误、停车百分比和排队长度等。然而，用于评价交叉 口运行效率和服务水平的重要度量是车辆在交叉口的延误，它不仅反映了司机的 舒适性、受阻、油耗和行驶时间损失，还反映了交叉口规划、设计的合理性。延 误是由于交通干扰、交通管理和控制设施等因素引起的车辆运行时间损失。根据 1 江苏大学硕士学位论文 延误发生的原因可分为固定延误、运行延误、停车延误、行程时间延误、排队延 误、引道延误和控制延误等。许多国家如美国、加拿大等把延误作为评价交叉口 运行效率的度量。因此，延误分析对评价环形交又口的服务水平有着很大的意义。 寻求精确的延误估计和评价方法是上述问题的关键。 1 2 研究对象的特征和意义 1 2 1 研究对象的特征 在对镇江市的环形交叉口现状进行观测后发现，环形交叉口具有如下特征： ( 1 ) 环岛直径多在5 0 7 0 米之间，城区内的环形交叉口渠化程度较高；而在郊 区和过境公路上，环岛的渠化程度较低。 ( 2 ) 对于环形交叉口，进环车辆与环道上的环行车辆主要发生三种行为，即自 由通过、穿插( 或强行穿插) 、合流。当交通量较大时，穿插( 或强行穿插) 与 合流行为占9 0 ；而对渠化程度较高的大型交叉口，则以交织行为为主。 ( 3 ) 每一环行车道上的车辆一般不会出现超车行为。 ( 4 ) 大交通量时，进环车辆会出现列队进入交叉口的现象。 ( 5 ) 交通阻塞主要发生在环形交叉口的进口处。 ( 6 ) 交通组成复杂，除小汽车及各种型号的货车以外，还有摩托车、电动车等 机动车，而且同型号的车相互之间的机动性能相差也很大。 ( 7 ) 行人和非机动车对交叉口车辆的运行产生较大的干扰【1 1 。 1 2 2 研究的意义 环形交叉口延误分析，有助于以下几个问题的解决： ( 1 ) 合理评价环形交叉口运行效率和服务水平，评价道路服务质量； ( 2 ) 分析影响延误因素及其与延误的关系，为环形交叉口的合理规划、设计和 管理提供依据； ( 3 ) 合理评价现有方案，或评价交通设施改善措施的成效； ( 4 ) 改建道路或交叉口的依据，也可作为交通规划的依据； ( 5 ) 有助于标定车辆在环形交叉口的阻抗，为相关研究打下基础。 2 江苏大学硕士学位论文 通过对环形交叉口的车辆延误研究，可以改善交叉口运行状况，提高交叉i s l 通行能力。 1 3 国内外研究概况 1 3 1 国外研究概况 自上世纪五、六十年代以来，交叉口延误分析一直是交通研究人员关注的话 题，他们给出了许多延误分析模型和评价方法。延误直接影响到车辆行驶效率、 油耗等运行成本及尾气排放等环境污染，同时也是衡量服务水平的重要指标。因 此，交叉口车流延误的研究成为交叉口通行能力研究的一个重要课题，引起众多 学者的关注。1 9 6 2 年t a n n e r l 2 】研究了低交通量状态下的延误，他研究的基础是可 穿插间隙和交通流服从泊松分布，提出了无信号交叉口的延误公式；随后 h a r d e r s 3 】提出一种平均延误公式。1 9 8 8 年b r i l o n 4 发展了这种计算公式，但这些 公式均为无信号交叉口的延误模型。1 9 9 8 年a k c e l i k l 5 】等人提出了环形交叉口的 延误模型，这些在h c m 9 4 6 1 、h c m 9 7 7 1 及i i c m 2 0 0 0 i s 中都有反映。2 0 0 1 年w u g 对a k c e l i k 等人的结果进行扩展。由于环形交叉口的特殊性，美国列专题进行研 究，研究结果反映在l e er o d e q e r d t s l l o 】的报告中。 在a k c e l i k 的著作( 1 9 9 7 ) 中，信号和非信号控制交叉口设计和研究软件 ( s i d r a ) 对传统的可穿插间隙和排队论进行了引申，并用于环形交叉口通行能 力和服务特性的分析。佛罗里达环形交叉口设计指南( f d o t1 9 9 5 ) 和环形 交叉口设计指南都推荐s i d r a 软件用于环形交叉口的延误研究【1 1 】。 佛罗里达环形交叉口设计指南还把单车道和双车道环形交叉口与相同进 口道且有专用左转车道的信号交叉口进行了比较，比较的结果是：尽管环形交叉 口在低进口流量条件下有较少的延误，但是在高进口流量下，信号交叉口的服务 特性优于环形交叉口。a k c e l i k ( 1 9 9 7 ) 指出由于该指南只考虑了车道数而不是 车道宽，所以车道拓宽的影响因素未加以考虑。 美国通行能力手册的老版本( u s h c m ) 和公路通行能力软件( h c s ) 都局限于不能对环形交叉口进行详尽的分析。h c m 2 0 0 0 版本试图通过加入环形 交叉口的研究程序来弥补这一缺憾。 3 江苏大学硕士学位论文 1 3 2 国内研究概况 我国对此也有研究，只是较为零碎，且大多都是针对城市环形交叉口。而相 对于城市交通，对高速公路和干线公路的交叉研究较少。从2 0 世纪8 0 年代开始， 我国交通部公路科学研究所、公路规划设计院、东南大学、同济大学、北京工业 大学等有关科研单位在学习国外有关通行能力研究方法及内容的同时，对其相应 的成果也做了适合国情的引进，并运用交织理论和排队论对环形交叉口的通行能 力进行了深入的研究。北京工业大学曾于1 9 9 1 年主持翻译了美国道路通行能 力手册，完成了“北京市道路通行能力及公共汽车交通线路的通行能力”的研 究，提出了城市中心区路网通行能力计算方法，开展了交叉口交通模拟和高速公 路交通模拟的探索性研究。2 0 0 0 年，东南大学的王炜、高海龙、李文权等著的 公路交叉口通行能力分析方法【1 2 】一书对环形交叉口的通行能力分析的间隙 接受理论模型、延误模型、运行质量做了详细的介绍；东南大学的项乔君【1 3 】、 薄春宇【1 4 】等也对环形交叉口的延误做了一定的研究。 1 4 主要研究内容 本文在总结现有研究成果的基础上，以江苏省干线公路改造为研究背景，以 公路环形交叉口为研究对象，主要进行以下几方面的研究： 1 环形交叉口概述及交通组织研究 本章将对环形交叉口的研究进行回顾，首先将介绍环形交叉口的发展；其次 对环形交叉口的种类、适用场合和优缺点进行总结；接着根据环形交叉口的特征， 对环形交叉口的交通组织情况做了介绍，最后讨论环形交叉口的交通流特征。 2 环形交叉口通行能力模型 本章首先将研究与环形交叉口车流运行相关的排队论、跟驰模型、车头时距 模型和可接受间隙理论等多个交通流模型理论，然后提出评价环形交叉口服务水 平的指标通行能力，最后提出通行能力模型。 3 环形交叉口延误及其模型 本章首先提出环形交叉口延误的概念；然后提出利用环形交叉口延误作为评 价服务水平的划分标准；最后结合已有的环形交叉口延误模型，提出多车型混合 4 江苏大学硕士学位论文 车流的延误模型。 4 环形交叉口交通数据采集分析 本章将重点分析镇江市几个环形交叉口的交通数据，这些环形交叉口中有干 线公路上的交叉口，如$ 2 4 1 与s 3 3 8 环形交叉口，戴家门环形交叉口；还有城 市环形交叉口，如青年广场环形交叉口，梦溪广场环形交叉口。通过调查各环形 交叉口的交通数据：交通量、车型组成及其比例、车速、车头时距等，来分析环 形交叉口的延误影响因素，最后得出相关结论。 5 环形交叉口延误模型实例应用 本章将应用环形交叉口多车型混合车流的延误模型。选取典型公路环形交叉 口对本文的研究成果多车型混合车流延误模型进行实例验证，并通过通行能 力模型和实际调查延误值对提出的多车型混合车流延误模型进行评价，以检验该 模型的可行性。 s 江苏大学硕士学位论文 第二章环形交叉口概述及交通组织研究 环形交叉口是交叉口设计和控制的一种形式，它调节车流沿一个方向绕着中 心岛运行，在入口处采取让行规则，让环道内的车辆优先通行。图2 1 说明了环 形交叉口的基本几何元素。 图2 1 环形交叉口基本几伺要素 f i g 2 1b a s i cg e o m e t r i ce l e m e n t so fr o u n d a b o u t s 以往的很多交叉口中心也设置了交通岛，形状不一，但如果不具备环形交义 口的一些基本特征，就不能称其为环形交叉口，也就是说不是所有中心设置环岛 的交叉口都可以叫做环形交叉口。表2 1 列出了环形交叉口与一般设置交通岛的 交叉口的特征区别。 表2 1 环形交叉口与一般交通岛的特征区别 t a b l e2 1t h ed i f f e r e n c e so fc h a r a c t e r i s t i c sb e t w e e nr o u n d a b o u t sa n dg e n e r a lt r a f f i ci s l a n d s 1 环形交叉口交通岛 入口控制入口让行停车控制、信号或土路优先 在交织区域允许车流解决运行冲突 运行特征 环道内车辆要比入口车辆有优先权 问题 利用偏转来控制通过环交的车辆低一些大型交通岛对需要高速行驶的 偏转 速运行主路车辆提供直接通过的路径 停车在环道内不允许停车一些人型交通岛在环道内允许停车 较大交通岛的中心岛行人可以穿行 行人穿行在中心岛上没有行人活动 并提供活动场所 所有车辆围绕中心岛沿同一固定方在小型交通岛左转车辆可以从中心 转弯运行 向运行岛左边通过 分隔岛必须设置选择设置 6 江苏大学硕士学位论交 2 1 环形交叉口历史 环形交叉口的历史几乎和信号交叉口的历史一样长。首先由一个叫尤金的人 在1 9 0 3 年提出了在交叉口车辆旋转运行的概念，它要求所有的车辆都必须围绕 同一方向运行( 见图2 2 ) 。这种环形系统最早投入实践是c o l u m b u sc i r c l e ，它是 1 9 0 5 年由威廉在纽约设置的。1 9 2 5 1 9 2 6 年，环形交叉口被引进英国伦敦【1 5 】。第 一本有关环形交叉口的工程设计指南是在1 9 2 9 年由英国交通署出版的，并在 1 9 5 7 年引进有关设计公式。 图2 2 尤金建议的车辆旋转运行交叉口 f i g 2 2e u g e n ep r o p o s e dv e h i c l er o t a t i o nr u n n i n gr o u n d a b o u t s 1 9 4 2 年美国第一本关于环形交叉口的设计指南由美国交通工程师协会 ( a a s h o ) 出版，该书中定义某交叉口中所有的交通流汇合并绕着一个中心岛 形成一条单独的路线行进的交叉口为环形交叉口，在该交叉口中，由于中心岛半 径较大，所以为车辆提供了较长的交织区域，使得车辆可以以较高的速度行进， 同时也提高了交叉口的通行能力。 在早期的设计和运行中，环形交叉口是作为交织部分运行的。而环形交叉口 的驾驶员行为没有相应的规则来约束，并且特殊的交通流也没有给予专门的车 道。为了解决这个问题，于是提出了右转优：屯原则。但采用这种原则后，反而使 得环形交叉口内堵塞情况更严重了。 大约从1 9 5 0 年开始，环形交叉口内的堵塞和交通事故数字不断增长，虽然 主要原因是司机违反交通规则，但仍然使得，们对环形交叉口作为一种有效的交 7 江苏大学硕士学位论文 叉口控制形式失去了信心。交通信号技术的进步以及同步信号网络的发明都使得 环形交叉口不再那么优越，因而许多被取代了。美国的格子路网适合使用并列的 交通信号。在德国，环形交叉口的失败是因为对通行能力缺乏适当的估计，而高 事故发生率和堵塞是因为对优先通行规则的曲解【1 6 1 。 1 9 6 6 年，英国幸存的环形交叉口由于采用优先通行规则【1 7 】( 环道内车辆有 优先通行权) 和入口让路运行( 进口车辆给环道内车辆让行) 而使得其通行能力 提高。采用这个通行规则后，入口被进口道的司机控制，当他们观测到环道车流 有足够的空隙时就进入环道。这样进口道的车辆很容易在任意合适的间隙进入环 道，同样环道内车辆到达他们期望的出口时也很容易分流出去。这样就防止了入 口车辆在没有间隙时混入环道车流，避免了堵塞问题。而且，环形交叉口的通行 能力不再取决于车辆的交织运行，而是可利用的间隙。这使得环形交叉口的通行 能力和安全性都提高了。基于优先原则的提出和安全性的持续进步发展出更加完 善的环形交叉口。 我国对环形交叉口的研究起步较晚，在7 0 年代末和8 0 年代初，一些科研单 位和学者对环形交叉口通行能力进行了研究，并取得了一系列研究成果。8 0 年 代后国内对于该方面的研究较少。近年来，由于经济的大发展，道路及车辆的条 件与8 0 年代有很大的差别，因此有必要对环形交叉口做进一步的研究，建立适 合我国道路和交通条件的理论体系。 2 2 环形交叉口的类型 环形交叉口一般可分为六种类型。 ( 1 ) 普通( 常规) 环形交叉口：具有单向环行车道，一条循环路线，可满 足交织长度要求，中心岛直径大于2 5 m ( 见图2 3 ) ： 8 江苏大学硕士学位论文 图2 3 普通环形交叉口 f i g 2 3c o m m o nr o u n d a b o u t ( 2 ) 小型或微型环形交叉口：具有单向环形车道，中心岛直径约小于2 5 m ， 车流围绕着一个灌木或一些直径在2 5 米以下的凸起的环形岛运行( 见图2 4 ) ； 图2 4 小型或微型环形交叉口 f i g 2 4s m a l lo rm i c r o r o u n d a b o u t ( 3 ) 双中心岛环形交叉口：一个单独的交叉口有两个常规的或小型的环形 交叉口组成，它们要么邻近，要么由一条中心连接路连接( 见图2 5 ) ； 图2 5 双中心岛环形交叉口 f i g 2 5d o u b l ec e n t e ri s l a n d sr o u n d a b o u t 9 斛 江苏大学硕士学位论文 ( 4 ) 环状交叉口：通过外部辐状路连接的有2 条环状循环路线的交叉口， 一般用于3 路交叉的环形交叉口或t 形交叉口( 见图2 6 ) 。 图2 6 环状环形交叉口 f i g 。2 6r i n gr o u n d a b o u t ( 5 ) 环形立交：由一个或更多的环形交叉口构成的立交。最普通的应用是 有高速公路通过的地区或者是由匝道和十字路的大型环形交叉口以及在十字路 有匝道交叉的环形交叉口( 见图2 7 ) 。 图2 7 环形立交 f i g 2 7r o u n d a b o u ti n t e r c h a n g e ( 6 ) 信控环形交叉口：在一个或更多的入口采用交通信号规则的环形交叉 口( 见图2 8 ) 。 江苏大学硕士学位论文 图2 8 信控环形交叉口 f i g 2 8s i g n a lr o u n d a b o u t 2 3 环形交叉口优点和缺点 根据环形交叉口的运行及交通组织，其优缺点总结如下： 1 优点： ( 1 ) 各交汇道路上的车辆进入环形交叉口后，不论左、右转弯或直行的车 辆，基本上都不需要停车，可以待机通过，而能有秩序地连续不断的行驶，并且， 车辆在环道上行驶的方向一致，有利于连续通过交叉口。 ( 2 ) 左转与直行的车辆行驶时，没有垂直交叉，而是以较小的交织角作同 一方向的交错行驶，从而顺利地完成左转弯或直行，保证了行车的安全，避免了 大角度的交叉冲突。 ( 3 ) 右转弯交通顺畅，而其它方向的行车虽然增加一些行驶距离，但因行 驶较顺利，且不受红灯限制，故通过时间仍较一般平交路口少。 ( 4 ) 车辆行至路口时，一般不需要制动停车等候，而只需要减速行驶，故 发动机不致空转磨耗机械，能节省时间和汽油，并减少尾气污染。 ( 5 ) 交通组织简便，不会发生因辨认交通信号灯光的错误而造成交通事故。 对于五条或五条以上的道路交叉口，环形交叉口更显示出比交通信号灯管理的交 江苏大学硕士学位论文 叉口简便的优越性。 ( 6 ) 不需要设置一整套交通信号灯管理的设施和交通管理人员，节约了经 常性的交通管理费用。 ( 7 ) 环形交叉口可结合城市绿化，在不影响交通安全的条件下，根据中心 岛形状进行绿化布置，既可增加街景的美观，又有利于环境的保护。 2 缺点： ( 1 ) 占地面积大，一般为0 5 到1 0 公顷。对于城市市区建筑密度大的旧城 改建，则拆迁量太大而不易实现。 ( 2 ) 车辆需要绕岛环形。中心岛越大则车辆绕行距离越长，即会增加行人 的步行距离，也会增加车辆的运营费用。 ( 3 ) 环形交叉口的通行能力有一定限制，一般环形交叉口总的交通量不大 于2 0 0 0 辆h 。 ( 4 ) 当非机动车交通量较大，或行人很多的情况下，由于机动车与非机动 车的混行或行人穿越路口频繁，都会影响到车辆通行的连续性，以及车辆的速度 和交通安全。 ( 5 ) 对于相交道路行车速度相差较大时，因速差大进出交织时不易协调， 容易造成超车，甚至影响安全驾驶。 ( 6 ) 不易实行分期修建。环形交叉口面积较大，修建费用比一般路口要多。 与最常见的信号交叉口相比，环形交叉口的优缺点列于表2 2 中。 江苏大学硕士学位论文 表2 2 环形交叉口优缺点 1 8 1 类 别优点 缺点 宰与无控制交叉口相比降低了冲 突点的数量 掌让行规则使车辆进入交叉口速 度降低从而使交通事故的严重对于发生紧急情况的车辆信号 安全性 性和数量降低交叉口比较容易控制 由于交义口的几何形状使得车 辆通过交叉口的速度减慢而使 交通事故减少 交通让行还是停车取决于可接 受最小间隙在使用同步信号的道路网，信号 对于孤立的交叉口，由于信号交交叉口会全面的提高整个道路 通行能力 叉口损失大量的时间( 红黄等待 网的通行能力，一系列信号交叉 时间) 环形交叉口能提供更高的口中插入环形交叉口会降低整 通行能力或车道数个道路网的通行能力 宰比同等交通量的信号交叉口的迫使司机因为要绕行而产生的 全部延误可能要低( 但这歹i 表示 几何延误 它有较高的服务水平)当排队车辆增多时，入口司机趋 延误在非高峰期，信号交叉口歹能重向于迫使他们在较小的1 日j 隙进 新配时，对于可以获得间隙通过入环道内车流。这就可能增加其 的车流造成了不必要的停车延他路口的延误和交通事故的数 误量 宰一般，很少要求有右转专用道 信号交叉口的维护费用包括：电 费、线路维护费、信号灯头维护 在一些位置，环形交叉口可能需 费、控制器和计时器的费片j 等 要更多的照明会增加花费 费用 ( 环形交叉口的费用只有景观 建设费用可能会比较高 维护、照明和临时标志置换) 宰由于事故数量和严重性较低事 故损失也较低 宰分隔岛为行人提供专门的通道幸分隔岛可能会增加轮椅使用者 提高安全性的困难 在低速和低交通量时，环形交叉宰环形交叉口严格的尺寸使骑自 口为骑自行车的人提供较岛的行车的人有不舒适的感觉 行人和自行车 安全性 枣增加了直行和左转的行人和骑 自行车的人的通行距离 当行人寻找可接受间隙过马路 时环形交叉口可能会增加延误 江苏大学硕士学位论文 2 4 环形交叉口的适用场合 根据以上总结的环形交叉口的优缺点，本文提出了适宜建立和不适宜建立环 形交叉口的场合。 2 4 1 适宜建环形交叉口的场合 在下面的这些交叉口中，适合修建环形交叉口： ( 1 ) 主要道路交通量导致次要道路车辆停车或让行的十字交叉口，以及对次 要道路交通造成不能接受延误的t 型交叉口。在这些情况下，环形交叉口可以 减少次要道路交通的延误，但是会增加主路的交通延误。 ( 2 ) 信号控制比环形交叉口产生更多延误的交叉口。很多情况下环形交叉口 的通行能力与信号控制交叉口是类似的，但是它运转产生的延误更小，而且且安 全性更高，特别是在交通的非高峰期。 ( 3 ) 左转车比例较高的交叉口。不同于其他大部分交叉口的处理，环形交叉 口能在高左转车流量时仍有效运行。当然，这些左转车辆像图2 9 中示例的一样 有助于环形交叉口的正常运行。 图2 9 环形交叉口左转车辆运动路线 f i g 2 9l e f tt u r n i n gv e h i c l em o t i o na t r o u n d a b o u t ( 4 ) 超过四路交叉的交叉口。如果一条或更多的道路不能被关闭或重新部署， 或者禁止一些转向，环形交叉口能提供便利和有效的处理。如果设置多相位信号 灯，信号控制未必也有效。 】4 江苏大学硕士学位论文 ( 5 ) 不成比例的高事故发生率的小区内或集散道路交叉口。在交叉口交通流 直行或转弯运动都有可能发生事故时，停车或让行标志对提高安全性几乎没有作 用，而且由于低交通量采用交通信号可能不合适，这时就可以采用环形交叉口。 同时已经证明了在小区内或集散道路交叉口采用环形交叉口的形式是可以降低 事故伤亡率的。 ( 6 ) 在预期交通量增长很快，以及将来交通类型不确定或会改变的位置，可 以采用环形交叉口作为立体交叉口的过渡。 2 4 2 不适合设置环形交叉口的位置 环形交叉口不适用于以下情况： ( 1 ) 由于空间不足或地形不宜或造价太高不能接受，包括所有权获得，维修 等而不能进行安全几何设计的地方。 ( 2 ) 在一条或几条道路交通流量较高，车流不平衡而且一些车辆会经历长时 间延误的地方。 ( 3 ) 主次道路明显的交叉口以及环形交叉 会使得主要道路产生不能接受的 延误的地方。环形交叉口会引起所有道路上车辆的交通延误，而停车标志或让行 标志或t 型交叉口的主路优先控制规则的地方只会引起次要道路产生交通延误。 ( 4 ) 在有相当多的行人活动或由于大交通流量引起行人穿行任何道路都很困 难的地方。( 这可以通过在环形交叉口每一条相交道路上设置行人穿行设施来克 服。) ( 5 ) 在一系列交通信号网中的一个孤立交叉口。在这个情况下，信号交叉口 连接一般会提供较好的服务水平。 ( 6 ) 要求在高峰时段有可变向车道的地方。 ( 7 ) 大型拖挂车或大型车辆逐渐增多的交叉口，或对要求的几何设计不能提 供足够空间的地方。 2 5 环形交叉口交通组织 环形交叉口交通组织是微观道路交通组织的内容。微观交通组织是整体交通 组织的基础，包括路口交通组织、路段交通组织、路口路段一体化交通组织。环 1 5 江苏大学硕士学位论文 形交叉口是平交路口的一种特殊形式，它是以改变冲突形式来进行冲突分离的。 在各种冲突形式中，对交通影响最大的是交叉冲突，我们设法将交叉冲突变成交 织冲突。根据研究【1 9 1 ，在每小时2 0 k m 以下车速条件下，完成一次交织的最短距 离不应小于7 0 m 。见图2 1 0 ： 咱酚一 交叉冲突 穿插冲突 交织冲突 图2 1 0 交叉冲突转化为交织冲突示意图 f i g 2 1 0c r o s s - c u t t i n gc o n f l i c ti n t oc o n f l i c td i a g r a m 环岛的作用就是把交叉冲突的形式通过延长交织段距离转化成一次合流与 一次分流的交织冲突，但是按照一次交织段最短为7 0 m 的要求，环岛的面积应 该很大，其直径不应低于1 5 0 m 。而在我国国内，稚少见到这么大的环岛，就是 在国外也不多见。环岛的通行能力比较低，在小时流量小于2 0 0 0 辆时，一般不 会堵车，但如果超过这个数值，很快就会引起交通拥堵，甚至交通瘫痪。所以说 环岛仅是非饱和交通的产物，不适合用于饱和交通条件。 2 6 环形交叉口交通特征及交通问题分析 环形交叉口是在交叉口中央设置中心岛组织渠化交通的一种交叉形式。其交 通特点是进入交叉口的不同方向交通流，均按照逆时针方向( 有些国家或地区按 顺时针方向) 绕中心岛作单向行驶，并以较低的速度连续进行合流与交织，直至 所要去的路口分流驶出，一般无信号控制。环形交叉口同一般平面交叉口相比， 一方面没有冲突点，提高了车辆行驶的安全性，因而在一定程度上提高了交叉口 的通行能力；另一方面，进入环道的车辆可以不用接受信号管制，以一定速度连 续通过环道，这样避免了一般交叉口内信号控制产生的周期性交通阻滞，因而提 高了交叉口的运行效率。但由于受中心岛环形车道上交织段的影响，不论环形交 叉口各进口道有多少条车道，其直行车与左转车都要在环道上交织行驶，当交织 段长度小于2 倍的最小允许交织段长度时，其通过量实际上只相当于1 条车道的 1 6 江苏大学硕士学位论文 通过量，故其通行能力只能达到1 条车道的最大理论值，当交织段长度大于2 倍的最小允许交织段长度时，其通行能力通常会有所增加，但增加的幅度不会太 大，因而其允许通过量仍不会很高。 2 7 环形交叉口的车流特征 为论述方便，假设环形交叉口各交织段中交通流的运行状况是一致的。因 此，将研究对象确定为四分之一个环形交叉口，包括入口的2 条车道，与入口相 连的交织段( 包括内侧环道与外侧环道) 以及与交织段相连的2 条出口车道( 如图 2 1 1 所示) 【冽。 图2 1 1 环形交叉口简化示意图 f i g 2 1 1s c h e m a t i cd i a g r a mo fs i m p l i f i e dr o u n d a b o u t s 典型的常规环形交叉口中的交通流具有以下特点： ( 1 ) 在环形交叉口入1 2 1 的右侧车道中，绝大部分车辆右转进入出口的右侧车 道：少数入环车辆则与出环车流相交，穿插进入环行车道。 ( 2 ) 在环形交叉口入口的左侧车道中，右转车辆是经过环形交叉口的外侧车 道而最终进入出口的右侧车道，而入环车辆则与出环车流相交，穿插进入环行车 道。 ( 3 ) 在环形交叉口的外侧环道上，绝大部分车辆为出环车辆，它们与入环车流 冲突，穿插进入出口的右侧车道。 ( 4 ) 在环形交叉口的内侧环道上，多数车辆绕环行驶；而小部分车辆与入环 车流发生冲突，等待入环车流中的可穿插间隙，进入出口的右侧车道。 ( 5 ) 出环车流和入环车流要发生冲突，但它们之间不存在优先权。所有车辆 】7 江苏大学硕士学位论文 在通过环形交叉口时，总是选择最便捷的路线行驶，两个冲突车流可交替通过冲 突点。 ( 6 ) 通过冲突点的入环车流和原环行车流将在冲突点后重新分布到两个环行 车道上，对下一个四分之一环形交叉口而言的绕环车辆将进入到内侧环道，而出 环车辆将进入外侧环道。 基于以上结果，将四分之一环形交叉口中所有车流简化为4 个流向的车流， 如图2 1 2 所示。其中： ( 1 ) 将环形交叉口两个环行车道的出环车流综合考虑为一个出环车流a ： ( 2 ) 将环形交叉口环行车道的所有绕环行驶的车流综合考虑为一个绕环车流 d ； ( 3 ) 将环形交叉口入口处两个车道中的右转车流综合考虑为一个右转车流 c ： ( 4 ) 将环形交叉口入口处两个车道中的入环车流综合考虑为一个入环车流 b 。 | | 图2 1 2 环形交叉口交通流简化示意图 f i g 2 1 2s i m p l i f i e dd i a g r a mo fr o u nr t a b o u tt r a f f i cf l o w 在交通流量较小的情况下，进环车流和出环车流的车头时距较大，车辆通过 环形交叉口时几乎不受冲突车流的影响，可以自庄通过冲突点。但是随着入环流 量和出环流量的增加，进环车辆和出环车辆都只能寻找冲突车流中的可穿插间 隙，交替通过冲突点。若冲突车流不存在可插入间隙，则到达车辆在冲突点前等 待，直到出现所需间隙才通过冲突点。值得注意的是，入环车流、出环车流以及 1 8 江苏大学硕士学位论文 右转车流实际上共同占用了环形交叉口的外侧环道。 2 8 本章小结 本章对环形交叉口的研究进行了回顾，首先介绍了环形交叉口的发展；其次 对环形交叉口的种类、适用场合和优缺点进行了总结；接着根据环形交叉口的特 征，对环形交叉口的交通组织情况做了介绍，最后讨论了环形交叉口的交通流特 征。 江苏大学硕士学位论文 第三章环形交叉口通行能力模型 本章首先将研究与环形交叉口车流运行相关的排队论、跟驰模型、车头时距 模型和间隙接受理论等多个交通流模型理论，然后提出评价环形交叉口服务水 平的指标i 臣行能力，最后提出通行能力模型。 3 1 相关交通流模型研究 3 1 1 排队论 排队论又称随机服务系统理论【2 1 1 ，是研究系统由于随机因素的干扰而出现 排队( 或堵塞) 现象规律性的一门学科。排队论源子2 0 世纪初的电话服务理论研 究，第二次世界大战以后，排队论在很多领域内被采用。在交通工程中，排队论 被广泛用于车辆延误、通行能力、信号灯配时以及停车场、收费亭、加油站等交 通设施的设计与管理等方面的研究中。在中国，大多数的环形交叉口环岛内的交 织段较短，形不成交织，存在的只是穿插冲突。环形交叉口具有很明显的主支路 特征，当环内车流与进环车流相交时，环内车流有先行权，而进环的车辆必须排 队等待，只有当环内的车流出现较大间隙时，进环的车辆才能进入交叉口。 3 1 2 车辆跟驰模型 车辆跟驰模型是刺激反应方程的一种形式，反应就是交通流