（系统工程专业论文）城市大型平面交叉口交通组织优化研究.pdf

中文摘要 摘要：城市道路交通拥挤很大一部分是由于平面交叉口通行能力不足造成的，平 面交叉口是城市道路网中最常见的交通瓶颈之一。特别是对于一些大型的平面交 叉口，如何提高其交通容量和通行能力，降低车辆在交叉口的延误，对路段交通 疏堵具有重要意义。大型平面交叉口是由城市次干路级以上的道路交叉而成，其 交叉口布局已基本定型。在这种情况下，采用交通组织优化方法最大限度地挖掘 交叉口本身固有的能力，具有尤为重要的意义。 本文以北京交通发展研究中心项目北京市道路拥堵调查和缓堵措施研究 为依托，综合应用了交通工程、系统工程、计算机应用等多f - j q ：科的知识，通过 理论总结和分析、实地交通调查和数据处理计算以及微观交通仿真，研究了大型 平面交叉口的交通组织优化，主要包括以下几个方面： ( 1 ) 依据国标城市路交通规划设计规范，定义大型平面交叉口。并从机动车 流、非机动车车流和行人流三个方面分析其交通流特点。 ( 2 ) 探讨了大型平面交叉口的交通组织优化措施，根据其交通流特点，对于机 动车流，提出了设置左弯待转区和直行待行区两种方式，以提高交叉口的通行能 力；对于非机动车流，提出了停车线前移和自行车二次过街方式，以减少机非冲 突，提高交叉口的通行能力；对于行人流，提出了行人二次过街方式，并分析其 过街信号的设置，以保证路口行人过街安全。 ( 3 ) 设计具体的交通调查方案，采集官园桥下大型平面交叉口的实际交通特征 数据，结合交叉口渠化及信号设置现状，重点讨论了提高机动车通行能力的优化 方案一设置机动车左弯待转区和直行待行区，并计算优化方案对通行能力的影响。 最后，借助微观交通仿真工具v i s s i m ，论证方案在该大型平面交叉口的合理性与 可行性。 关键词：大型平面交叉口：交通流；通行能力；左弯待转区；直行待行区 分类号：u 4 9 1 2 3 4 a bs t r a c t a b s t r a c t ：a l a r g ep a r to fu r b a nr o a dt r a f f i cj a m s i sd u et oi n a d e q u a t ec a p a c i t y o ff l a ti n t e r s e c t i o n s ，w h i c ha r eo n eo ft h em o s tf r e q u e n t l yt r a f f i cb o t t l e n e c k so fu r b a n r o a dn e t w o r k e s p e c i a l l yf o rs o m em a j o rf l a ti n t e r s e c t i o n s ，i ti si m p o r t a n tf o rb l o c k i n g t r a f f i cj a m st h a th o wt oi n c r e a s en l e i ri n t e r s e c t i o nc a p a c i t ya n dt r a f f i cc a p a c i t y , r e d u c e t r a f f i cd e l a y si nt h ei n t e r s e c t i o n t h em a j o rf l a ti n t e r s e c t i o nc r o s s e db yu r b a ns e c o n d a r y r o a do rh i g h o r , i t sl a y o u th a sb e e ns t e r e o t y p e d i nt h i sc a s e ，i ti 。ss i g n i f i c a n tt h a ta d o p t i n g t r a n s p o r to r g a n i z a t i o n a lo p t i m i z a t i o n m e t h o d st o d e v e l o p i n t e r s e c t i o ni n h e r e n t c a p a b i l i t ym o s t l yd e g r e e t h ep a p e rb a s e do n s t u d yo nr o a dt r a f f i cj a m si n v e s t i g a t i o na n db l o c k i n gm e a s u r e i nb e i j i n g ，w h i c hi st h eb e i j i n gt r a f f i cd e v e l o p m e n tr e s e a r c hc e n t e rp r o j c c t i ta p p l y m u l t i d i s c i p l i n ek n o w l e d g ec o m p r e h e n s i v e l y , s u c h a st r a f f i ce n g i n e e r i n g ，s y s t e m s e n g i n e e r i n g ，c o m p e e ra p p l i c a t i o n ，t h r o u g ht h e o r e t i c a ls u m m a r ya n da n a l y s i s ，f i e l d t r a f f i cs u r v e y s ，d a t a - p r o c e s sc o m p u t i n ga n dm i c r o - t r a f f i cs i m u l a t i o nt os t u d yo nt r a f f i c o r g a n i z e do p t i m i z a t i o no fm a j o rf l a ti n t e r s e c t i o n , i n c l u d i n gm a i n l yt h ef o l l o w i n g a s p e c t s ： i nt h eb e g i n n i n g ，t h ep a p e rd e f i n e st h em a j o rf l a ti n t e r s e c t i o nb a s e do ng b - u r b a n r o a dt r a f f i cp l a n n i n ga n dd e s i g ns t a n d a r d s i ta n a l y z e st h ec h a r a c t e r i s t i c so fm a j o r i n t e r s e c t i o nt r a f f i cf l o wt h o u g ht h r e ea s p e c t ：v e h i c l ef l o w , n o n - v e h i c l ef l o wa n d p e d e s t r i a nf l o w s e c o n d l y , t h ep a p e rd i s c u s s e st r a f f i co r g a n i z e do p t i m i z a t i o nm e a s u r e so fm a j o r f l a ti n t e r s e c t i o n , a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fi t st r a f f i cf l o w , i tp r o v i d e st h e m e t h o d ss e t t i n gu pv e h i c l ea r e at ob ed r i v i n gt u r n - l e f to rs t r a i g h tt oi m p r o v et h et r a f f i c c a p a c i t yf o r v e h i c l ef l o w ；f o rn o n v e h i c l ef l o w , i tp r o v i d e st h em e t h o d ss e t t i n ga f o r w a r ds t o pl i n ea n db i c y c l ea c r o s st h es t r e e tt w i c ec r o s s i n gt or e d u c ec o n f l i c t sw i t h v e h i c l ea n di m p r o v et h et r a f f i cc a p a c i t y ；f o rp e d e s t r i a nf l o w , i tp r o v i d e sp e d e s t r i a n t w i c ec r o s s i n gt ot h es t r e e t ，a n da n a l y z e si t ss i g n a ls e t t i n gt om a k es u r ep e d e s t r i a ns a f e t y a tr o a dj u n c t i o n s t h i r d l y , t h ep a p e rd e s i g nc o n c r e t et r a f f i cs u r v e yp r o g r a m sa n dc o l l e c td a t ao ft h e a c t u a lt r a f f i cc h a r a c t e r i s t i c su n d e rg u a n y u a nb r i d g em a j o rf l a ti n t e r s e c t i o n ，c o m b i n e d 谢mc h a n n e l i z e di n t e r s e c t i o na n dt h es t a t u ss i g n a l ，i tf o c u so no p t i m i z a t i o np r o g r a mo f i m p r o v i n gv e h i c l et r a f f i ce a p a c i t y q e tu pv e h i c l ea r e at ob ed r i v i n gt u r n - l e f to rs 仃a i g h t ， t h e nc a l c u l a t i n gt h ep r o g r a mi m p a c t i o nt ot r a f f i cc a p a c i t y f i n a l l y , i ta r g u e st h e r a t i o n a l i t ya n df e a s i b i l i t yo fo p t i m i z a t i o np r o g r a mi nt h em a j o r f l a ti n t e r s e c t i o nb yu s i n g m i c r o t r a 伍cs i m u l a t i o nt o o lv i s s i m k e y w o r d s = m a j o r f i a ti n t e r s e c t i o n = t r a 伍cf l o w ；t r a f f i cc a p a c i t y ；a r e at ob ed r i v i n ! l e f t - t u r n ；a r e at ob ed r i v i n gs t r a i g h t c i a s s n o ：i 4 9 1 2 3 4 v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他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。 学位论文作者签名：签字日期：年月日 7 5 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名李小叶 签字日期：讼。严多月i - 1 日 。 导师签名： 钕手 签锢期：砌7 年撕7 日 致谢 在本论文撰写、修改和定稿的整个过程中，我得到了许多老师、同学和朋友 的帮助。首先我要感谢我的导师贾顺平老师，在论文的整个写作过程中，贾老师 给予了我精心而耐心的指导，提出了许多宝贵的意见。在本人攻读硕士学位的两 年时间里，贾老师严谨的治学态度和认真的工作品德，为我树立了今后做人、做 事、做学问的榜样。在此谨向贾老师致以崇高的敬意和衷心的感谢! 同时，在论文写作期间，得到了季全刚、薛晶晶等同学的帮助，在此一并向 他们表示诚挚的感谢。最后，向我的家人及亲人表示衷心的谢意，感谢他们在我 漫长求学生涯中给予的理解、支持与鼓励。 1 1 研究背景和意义 l 绪论 近年来，伴随着社会经济的发展和人们生活水平的普遍提高，整个社会对交 通运输的需求日益增加，交通出现了日趋紧张的局面，拥堵时常发生，伴随而来 的是一系列的交通问题：道路拥堵、车辆秩序混乱、事故频发、污染严重等等。 整个城市的经济发展受到了制约，缓解交通拥堵问题迫在眉睫。对于城市道路而 言，交叉口是城市交通的关键，相对与道路路段而言，交叉口内由于不同流向车 流的转向而引起的各种车流之间的交叉、交织、分流以及合流等行为，使得交叉 口的交通特性比较复杂，也正是由于其复杂的交通特性，使得交叉口成为交通持 续混乱和事故的多发点，降低了道路网通行能力，成为整个城市道路的瓶颈地带。 尤其是对于一些大型的平面信号交叉口来说，由于其自身的交通特性更为复杂， 它的交通运行状态与整个城市道路的交通运行状态密切相关，能否提高大型平面 信号交叉口的通行能力，将成为解决城市交通问题的重要举措。 本学位论文的研究是在参加了导师项目，北京市交通委员会：北京市交通发 展研究中心项目一 北京市道路拥堵调查和缓堵措施研究的基础上撰写的。 本论文将系统分析大型平面交叉口交通流特性及交通组织优化措施，并通过 具体的交叉口来分析优化措施的可行性。为交通管理部门提供可靠的分析数据， 改善城市道路的运行状态，节约出行时间，缓解交通拥堵，提高行车速度，保证 道路畅通。 1 2 研究现状综述 围绕平面交叉口，国内外学者和研究人员做了深入的研究，取得了很多研究 成果。下面对国内外研究现状从交叉口交通冲突、渠化设计、信号控制和交叉口 组织优化四个方面分别予以介绍。 1 2 1 国外平面交叉口研究现状 早在1 9 世纪，人们就开始研究交通信号，用信号灯来指挥道路上的车辆交通， 控制车辆进入交叉口的次序。1 8 6 8 年，在英国伦敦w e s t m i n s t e r 街口出现了最早的 交通信号灯，诞生了世界上第一个信号控制交叉口。从此，围绕着交叉口的研究 不断地深入开展。英国、美国等发达国家率先对此进行了研究，他们以连续的交 通流为前提，提出了左、右转专用车道、渠化交通设施等方法，在交通管理方面 采用信号控制与交通规则想结合的方法，如采用多相位控制、禁左或禁右等，来 提高交通安全与通行能力。 ( 1 ) 在交叉口交通冲突方面，1 9 9 9 年，m i k k or a s a n e n 等人认为交通规则的优 先权不同设置在引发冲突的因素中对机动车与自行车的行为起决定作用【1 1 。平面交 叉口由于多个方向的交通流汇入，致使交通量大幅度增加，而且各方向行驶的车 辆存在许多可能导致事故发生地潜在冲突点。交叉口由于交通量大、冲突点多及 视线盲区大，所发生的交通事故也多【2 1 。因此，国外多将交通冲突作为一种非事故 统计的安全评价方法，已被世界各国广泛应用到交叉口的交通安全研究中，并已 取得了许多成果。但由于各国交通政策、交通现状存在差别，并且由于研究项目 的范围和遵循的原则不同，交通冲突技术研究和应用程序相差很大【3 】【4 】。 ( 2 ) 在渠化设计方面，国外的渠化设计研究较为成熟，对左转弯车道的设置【5 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。目前，渠化设计在国外一 般都形成了规范或手册。如美国的m u t c d 手册【6 】，介绍了各种渠化措施以及设施 的尺寸、颜色以及使用时需要注意的问题。日本的平面交叉路口的规划与设计 中对交叉口的渠化作了很多论述，认为渠化对解决交通拥堵非常有效【7 】。其中，渠 化的定义是：“为了减轻、改善平面交叉路口处交通流的交错数量及性质，在正常 交通流不利用的位置设置适当的岛，规定车辆的行驶位置，诱导车辆按正常方 向行驶，为行人提供避车场所，以整顿交通流为目的，这就叫平面交叉路口的渠 化。 ( 3 ) 在信号控制方面，2 0 世纪8 0 年代以前，单点交叉口信号控制配时设计大多 采用e v w e b s t e r - b m c o b b e ( f b ) 的理论与方法。这一理论的基本点是：车辆通过 交叉口时，以其受阻延误时间为唯一的衡量指标，然后对信号配时方案进行优化。 之后，更多地学者进行了相关研究。1 9 9 4 年，美国o a kr i d g e 国家实验室交通研 究中心i t s 研究室r e k h a s p i l l a i 和a j a yk r a t h i 提出了如何在有限支路和有限范 围的交通系统中得到最大线控的带宽，并介绍了获得最大带宽的一种启发式的方 法m i l p ( m i x e di n t e g e rl i n e a rp r o g r a m m i n g ) 的形成和发展过程，以及基于m i l p 的 m a x b a n d 线控软件的优、缺点，并提出了改进方法【引。1 9 9 9 年，日本学者i n o u e 和t a k e s h i 通过仿真模型再现交通状况，用事件扫描法对设计方案进行评价，并在 十字路口进行试验的方法，研究了在交通高峰时段的拥挤状态下，信号协调控制 系统相位差的设计方法【9 】。2 0 0 1 年，美国普渡大学土木工程系a b b a s 和m o n i a s i r 2 提出了一种交通信号相位差的转换运算法则，这种方法的独特之处在于优化过程 同时考虑了交通量和占有率的影响，并且这种方法与传统的信号协调控制系统有 较好的兼容性【l o 】。 ( 4 ) 在交叉口组织优化方面，19 7 4 年，a 1 s f l m a n , s a l t c rrj 对信号交叉口右转 机动车组织方法进行了研究。提出了红灯期间右转方式下，右转车流的通行能力 及其延误计算模型以及不同的右转车道结构形式对交叉口安全效率的影响【1 1 】。 1 9 9 5 年，s h e b e 圮b ，o u s a m a 研究了道路左转专用车道的设置依据及其安全和效率的 评价，指明设置左转专用车道可以有效地对进入交叉口的左转车流进行组织【1 2 】。 1 9 9 7 年，s u v r 旬e e ts e n 和k l a r r yh e a d 提出一种用于交叉口实时信号控制的通用 算法，这种方法基于动态规划，能够对交叉口的各种性能指标进行优化，如延迟、 停止和排队长度【1 3 1 。 1 2 2 国内平面交叉口研究现状 我国在平面交叉口方面的研究起步较晚，最早有北京工业大学、同济大学、 北京市政设计研究院等单位对信号交叉口进行了研究。1 9 8 5 年，北京工业大学针 对灯控平交路口混合交通的通行能力进行了研究。之后，我国交通工作者借鉴国 外先进的交通研究理论与经验，结合我国的交通特征，对信号交叉口进行了大量 研究。 ( 1 ) 在交叉口交通冲突方面，2 0 0 4 年，王海星等人针对我国交通冲突技术发展 尚处于起步阶段，交通冲突数据统计尚不充分的现状，研究了交通量和交通事故、 交通冲突的密切关系，尝试建立以交通量为基础的交通冲突数学模型，力求更加 准确地对平面交叉口进行安全评价，克服传统的基于事故统计的安全评价方法的 不足【1 4 1 。吉林大学交通学院景春光、王殿海研究了混合交通环境下机动车、自行 车和行人的冲突情况对交叉口通行能力的影响。提出设置左转自行车相位和自行 车、行人相位提前截止等解决方案。并建立了左转自行车相位设置流量临界值的 概念和自行车、行人提前截止时间的计算模型，这些理论成果可用于解决混合交 通环境下机动车、自行车和行人的冲突问题【1 5 】。2 0 0 6 年，北京交通大学钱大琳等 人运用概率统计、混沌时间序列中小样本数据方法，分析了干扰对混合交通流速 度的影响，结果表明干扰不影响混合交通速度的随机性，但是会降低混合交通的 速度，而自行车群的干扰对机动车运行速度的影响大于单辆自行车，并且机动车 车头时距在自行车周期性干扰下，其运行特性将由随机性变为混沌特性，接着从 微观角度提出了干扰的计算方法【1 6 1 。北京交通大学学生张志远，对非机动车交通 流的特征、交叉口非机动车交通与机动车交通相互干扰的状况进行了调查分析， 3 提出了非机动车在较大交叉口应尽量采用设置左转专用相位的设计方法【1 7 1 。2 0 0 7 年，单晋，罗崴针对我国城市道路交叉口存在的非机动车交通问题，分析了交叉 口区域左转、直行、右转非机动车流的各类交通冲突，以及常见的交叉口非机动 车违章行为所引起的交通冲突，并从设施设计、信号相位组织、交通管理等角度 提出了相应的对策，对于指导我国城市道路交叉口交通规划设计有现实意义【1 8 】。 ( 2 ) 在渠化设计方面，2 0 0 5 年，佟炳勋针对“饱和、超饱和 状态下运行的城 市道路网中，为充分利用平交路口交通空间、灯时设置，在疏导交通缓解平交路 口交通阻塞时，传统的路口渠化设计方法，已部分不能适应当前城市道路交通量 骤增的形势，对路口渠化长度和拓宽车道渐变段长度的确定，提出了新的补充意 见【垤j 。2 0 0 6 年，北京交通大学赵伟等人在参考国内外设计经验的基础上，从左转 车道设置的原则、设置左转车道的常用方式、左转车道的长度和宽度等角度对左 转车道的设计问题进行了探讨，提出对左转车道进行合理偏移可有助于提高驾驶 员的视距【2 0 j 。2 0 0 7 年，窦瑞军从理论上分析了交叉口处产生交通阻塞的原因，并 结合具体工程提出在交叉口范围内采取渠化交通管理措施，讨论了渠化交通的适 用原则、技术要求和应用方法。实现了引导车流按一定路径行驶，从根本上消除 或减少冲突点、分流点和合流点，提高交叉口的通行能力，真正实现人车分流【2 1 1 。 ( 3 ) 在信号控制方面，国内基本上依据英国w e b s t e r 公式来计算信号周期，由于 该公式的应用具有一定的使用范围，对较低饱和度的交叉口才有达到优化的目的。 1 9 9 8 年，顾怀中与王炜针对我国城市道路交叉口的交通流特性，提出了交叉口交 通信号配时的模拟退火全局优化算法。该算法选用延误时间、停车次数及通行能 力为优化目标函数，各性能指标的加权系数随交通需求的不同而变化，以适应不 同交通状况下对配时优化的不同要求 2 2 1 。2 0 0 3 年，葛亮等人针对我国城市交通的 固有特色，研究了在不同配时方案条件下，直行与转向车流的延误计算方法。在 现有定性化信号相位设计基本原则的基础上，深入研究了混合通行情况下的相位 设计方案，提出了多相位控制适用的定量条件，结合传统的经验公式，经过深化 与标定，提出了信号配时的优化方法【2 3 1 。中国科学院自动化研究所高海军、陈德 望、陈龙对f 韦伯斯特b 柯布信号配时公式进行了改进，提出适合中国国情的交 通路1 3 信号配时计算公式 2 4 1 。2 0 0 5 年，吉林大学杨兆升与王爽阐述了平面交叉1 3 单点信号控制配时设计的具体方法和过程，以及各种交通信号配时参数的确定方 法、标准及依据，并将其应用于长春市一个极具代表性的5 路交叉口，在现有的 配时方案基础上，设计了多个不同时段的新方案，并利用仿真软件v i s s i m 对其进 行模拟，从模拟结果中选取适当参数加以综合比较，评选出最优方案【2 5 1 。2 0 0 7 年， 北京交通大学邵春福、陈晓明阐述了行人定时信号控制研究的方法、技术和主要 成果，给出行人信号配时设计步骤，在此基础上，展望行人信号控制研究发展动 4 向【2 6 】。 ( 4 ) 在交叉口组织优化方面，2 0 0 1 年，北京工业大学马建明等人以独立信号交叉 口为研究对象，采用信号配时、交通工程和交通管理等措施，利用微观仿真模型， 提出了信号交叉口交通组织优化的设计方法，讨论了交通组织优化的评价方法、 交通仿真机制和模型框架等关键问趔2 7 1 。2 0 0 2 年，四川交通职业技术学院刘德武， 通过对平面交叉口的交通特性进行研究，提出了道路平面交叉口的交通组织与管 制的具体方法和措施【2 羽。2 0 0 7 年，长安大学南春丽从逼近性较好和易于计算机实 现两个角度，对城市交通组织优化仿真模型中参数估计方法进行了研究，给出了 极大似然估计法、范数理论的数据拟合以及三次b 样条拟合方法，并对3 种方法 的特点和适用条件进行了比较【2 9 】。 国内对于交叉口设计优化较为系统的研究主要集中在以下文献著作中，上海 市2 0 0 1 年出版了工程建设规范城市道路平面交叉口规划与设计规程，对平面 交叉口的规划和设计做出了规定和设计流程，以此来指导上海市平面交叉口的规 划与设计；同济大学杨晓光于2 0 0 3 年编著了城市道路交通设计指南一书，书 中在国内尚属首次从交通设计层面对于平面交叉口的渠化设计、信号配时等总结 了改善设计的方法和技术；北京工业大学马建明博士的博士论文中提出了一种集 几何设计、渠化设计以及交通组织设计为一体的信号交叉口优化专家系统。该专 家系统确定的交叉口交通组织方案制定的方法是首先对交叉口进行系统调查，对 交叉口现状进行分析，根据交叉口的道路条件，通过对现有交叉流的合理汇集与 再分配以及交通仿真分析方法，制定出能对车流运动状态产生控制作用的、由多 种多样的交通管理措施组成的实施方案【3 0 1 。 1 3 研究内容和论文结构 针对研究现状综述，目前来说，还没有文献将大型平面交叉口作为一类特定 的交叉口展开分析与论述。本文结合平面交叉口的理论研究成果，深刻分析了大 型平面交叉口交通流运行特点，并以此为优化依据，提出了大型平面交叉口的交 通优化措施，最后利用本文提出的措施并结合微观交通仿真软件对实例进行了仿 真模拟。 各章内容的安排如下： 第一章：绪论。明确论文研究的背景和意义，通过国内外研究综述，确定本 文的研究方向。 第二章：平面交叉口交通组织优化基础。介绍道路交通组织优化的概念、思 路和组织原则，分析平面交叉口的交通冲突特性，讨论了平面交叉口的交通渠化 5 和信号控制的相关基础知识。 第三章：大型平面交叉口的交通流特点分析。本章给出了大型平面交叉口的 定义，并从机动车流、非机动车流和行人流三个方面分析大型平面交叉口的交通 流特点。 第四章：大型平面交叉口交通组织优化措施。重点分析了机动车待行信号的 设置，分析其可行性及对通行能力的影响，探讨了对交叉口内非机动车的处理和 行人二次过街信号相位的设置。 第五章：实例应用研究及优化方案评价。利用论文研究方法结合v i s s i m 仿真 软件进行了实例分析。 第六章：总结与展望。本文的结论及有待于进一步解决的问题。 6 2 平面交叉口交通组织优化基础 2 1 道路交通组织优化概述 2 1 1 道路交通组织优化概念 长期以来，我们在认识和处理城市交通问题时，往往偏重于对交通供给即交 通设施容量的扩张，而忽视了对交通组织优化与管理措施和手段的改善。另一方 面，随着城市经济的发展和机动车数量的高速增长，城市道路交通系统所面临的 压力越来越大。其结果，一方面城市交通设施总容量的扩张远远赶不上交通需求 的增长，供需之间的矛盾不断恶化；另一方面，现有交通设施的利用率低下，交 通组织管理水平还需要提高。如何从系统管理的角度，采用科学的方法，优化交 通组织，使己有的交通设施发挥最大的效益，是当前我国城市交通管理科学亟待 解决的问题。 道路交通组织优化是在有限的道路空间上，科学合理地分时、分路、分车种、 分流向使用道路，使道路交通始终处于有序、高效运行状态【3 l 】。 2 1 2 道路交通组织优化思路 发达国家的历史经验表明，在经济高速发展进程中，车辆发展的速度远远超 过道路发展的速度，经济发展所刺激的交通需求远远大于道路资源、管理资源所 能提供的交通供给，交通供需矛盾日益激化，表现在交通上就是秩序乱点、交通 堵点和事故黑点的数目大幅度上升，交通拥堵的成因已逐步由秩序混乱造成通行 能力下降转向车多路少导致通行能力不足。 随着科技发展和社会进步，今后一个时期交通组织优化的思路，可用几句话 概括，即：对于宏观交通组织，在时间上要削峰填谷，在空间上要控密补稀，体 现出矛盾分散时空均分的原则；对于微观交通组织，信号配时上要分秒必争，在 车道渠化上要寸土必争，体现出在冲突分离基础上充分利用空闲时间和面积【3 1 1 。 对于静态交通组织，重点解决好通行能力分配和路权分配问题，为动态流量 调控和交通有序打下一个好的基础；对于动态交通组织，重点解决好路网交通负 荷均分问题，防止交通压力过于集中造成拥堵。换言之，现代道路交通组织优化， 在宏观上要解决好压力均分，在微观上要解决好冲突分离。静态组织是基础，动 7 态组织是手段：思路是分散矛盾，转移压力，各个击破，追求整体效益，方法是 动、静态结合，重在路网调控能力。 2 1 3 道路交通组织原则 道路交通组织优化是对“交通工程 技术的具体运用，具体来讲是由交通工 程技术和交通组织思想方法两大层面来组成的【3 1 1 。 ( 1 ) 交通工程技术原则 交通分离原则 不同流向、不同种类的交通流应在交通空间、时间上分离，避免发生交通冲 突。 从形式上讲有法规分离和物体分离两类。从内涵上讲，有时间分离和空间分 离两种形式。空间分离靠交通标志、标线来实现，时间分离靠信号相位来完成。 交通连续原则 交通连续原则即保证大多数人在交通活动过程中，在时间、空间、交通方式 上不产生间断。例如在交通渠化方面，路段上的行车道要对应着路口直行导向车 道，以保证直行车流不变换方向；路口进口导向车道要对应出口车道，以保证车 流通过路口连续；信号灯实现绿波带，以保证车流通过整条道路时间上连续；公 交站与地铁站建在一起，以保证换乘连续等等。连续搞得好，行人流量可以减少， 车流行驶可以有序，这是搞好秩序管理的基本保证。 交通负荷均分原则 交通负荷均分指通过对交通流进行科学的调节、疏导，达到路网各点交通压 力逐步趋于大体一致，不至于由于某一点压力过于集中而造成交通拥堵，这也是 交通优化所追求的目标。交通优化过程实质上也是交通压力转移的过程。把路网 中拥堵路口的交通压力转移一部分给非拥堵路口，即为交通负荷均分，关键在于 转移多少交通压力( 即程度) 和转移到哪里去合适( 即作用点) ，这也是优化工作 的重点。 交通总量削减 也叫交通总量控制。当一个路网总体交通负荷接近于饱和时，已没有交通压 力转移的余地，可以采取总体禁限部分车种行驶，来削减该路网的总流量。也可 以采取供需互动关系来调整路网总体负荷，如停车与行车以静制动的关系。或采 用道路划分功能( 即过境路、集散路等) 、交通流划分性质( 即公务流、过境流、 生成流、到达流等) ，分别分配道路流量。 置右原则 按照车道分布，从左至右交通流速度依次降低来分配车道，即层流，按照交 通流层流动态规律分配车道，层间行驶阻力最小，发生冲突的机会最少，并且层 间速度差也最小。反之则易产生大量的并线变道，频繁的合流、分流冲突引起交 通紊流，造成拥堵和事故。 优先原则 优先是指对某一种车给予特殊待遇，有车种优先及流向优先，如小轿车专用 道、公交车专用道( 优先道) 、直行车流优先、主路( 或环岛内) 车流优先等等。 ( 2 ) 交通组织思想方法原则 换位思维原则 交通组织调整，特别是单行、禁左、禁限措施的调整，在方案实施前，首先 要站在禁限对象的角度查找是否有时空出路，你能找到的出路，禁限对象同样也 能找到。大家都找到相同的时空出路、交通压力就会向该时间段或空间点转移， 此时应考虑该点的承受能力以及有可能引发的问题，来调整完善交通组织方案。 因此说换位思维是交通组织的基本思想方法，掌握了这个思想方法，就掌握了禁 限组织和交通压力转移的内在联系，也就掌握了交通组织调整的主动权。 以人为本，方便出行原则 交通组织不应以方便管理为出发点，而应以方便大多数人出行为准则。 在交通供需倒置的条件下，不同种类交通流在使用同一路面时都对通行条件 提出需求，而这些需求又都是相互矛盾的，要求我们按行人、非机动车、机动车 通行时的规律特点进行交通组织，即混合交通组织，而不应只考虑机动车交通组 织，忽略行人非机动车交通组织。首先应以弱势群体的安全为基点，按照行人、 骑车人、司机的心理和行为特点，在尽可能照顾行人、骑车人的前提下，进行混 合交通的综合交通组织。要对交通组织方案进行换位思维，分别站在行人、骑车 人、司机的角度查找各自的路权是否完善，还有哪些不便之处，并及时进行调整。 通行能力资源配置原则 这是道路交通组织的基础，源于管理学中的“木桶原理，即长短不齐的木 片箍成水桶，桶内盛水的多少取决于最短木片。长短木片代表道路不同路口的通 行能力、桶内盛水代表道路所能通过的最大车流量。即对一条道路进行交通组织， 要以该条道路上通行能力最小的路e l 为基准，其他路口通向该路口流向上的通行 能力，不得超过该路口相关方向的最大通行能力，否则必将因积累快消散慢发生 交通拥堵。通行能力资源配置的核心是上下游相同流向通行能力匹配问题，也就 是上游路口最大通行能力应取决于下游路口所能提供的最大通行调控能力。整条 道路的车道配置，不应该出现“瓶颈 。 路权分配原则 9 通行能力分配的实质是路权分配。路权分配不仅是要为管理者创造执法条件， 更重要的是要让不同的交通行为人看懂各自的时间路权和空间路权。让交通行为 人看懂路权是改善道路交通秩序的基础。没有一个完善的路权分配方案和路权表 现方式，群众的交通素质就不可能有大的提高。设施是路权的表现形式，法规是 路权的划分手段。路权分配得清楚，表现得简单明了，民警执法才不会出现纠纷， 交通秩序才会有根本性好转。 动静态交通组织相结合原则 在路网静态通行能力资源配置基础上，根据路网各节点流量负荷，进行流量 流向的动态调整，即通过不同节点的交通压力转移来达到路网交通压力均分的目 的，减少交通拥堵发生的机会。越是拥堵的道路，越应该加强路网的动态调控能 力。单纯静态的交通组织方式，已不适应社会经济动态发展的需要。 渐变原则 交通组织调整应按调整作用力度大小循序渐进，切不可“杀鸡用牛刀 。选取 调整方式的顺序依次为调信号配时，调渠化车道、调禁限流向、调禁限车种。调 整的标准应为“通而不畅 。对于实行禁限措施或进行流向调整的措施，实施前应 广泛宣传，减轻实施的社会压力。 2 2 平面交叉口交通冲突分析 车辆到达、通过平面交叉口时，要产生分流与合流。当两股不同流向的交通 流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。车辆通过冲 突点时，有相互挤、碰、撞的可能性，冲突点越多，对交通安全及通行能力的影 响就越大。 按交通冲突方式划分，冲突点可分为交叉冲突点、合流冲突点和分流冲突点， 后两种通称为交织冲突点。如图2 1 所示【3 l 】。 ji ， ( a ) 交叉冲突点( b ) 合流冲突点( c ) 分流冲突点 图2 _ l 交通冲突的三种方式 f i g u r e 2 - 1t r a f f i cc o n f l i c t si nt h r e ew a y s 1 0 平面交叉口交通冲突点的数量随着相交道路数量的增加而急剧增加，冲突点 将严重影响平面交叉口的交通顺畅性和安全性，因此城市道路平面交叉原则上不 能有五条道路以上相交叉。 2 2 1 无信号控制平面交叉口冲突点的分布 若不计入行人流、非机动车流的各类冲突点，各种平面交叉口的冲突点数以 单车道情况为例，如表2 _ 1 和图2 - 2 。 表2 - l无信号控制交叉口冲突点数目 交叉的形式交叉点合流点分流点共计 3 枝交叉 3 33 9 4 枝交叉1 6883 2 5 枝交叉 5 0 1 51 58 0 6 枝交叉 1 2 0 2 42 41 6 8 1 j - l i 心 lj 一、一 - 一 一一一照一一 一邓 兀 候羹嘉凳 r 图2 _ 2 无信号控制平面交叉口冲突点分布图 f i g u r e 2 - 2d i s t r i b u t i o nd i a g r a mo fc o n f l i c tp o i n t si ni n t e r s e c t i o nw i t h o u ts i g n a lc o n t r o l 在图2 _ 2 里只画出了三路和四路交叉的平面交叉交通冲突点分布图，同样的 方法可得到更多交叉的平面交叉口的交通冲突点分布图，并引导出平面交叉口冲 突点的计算公式【3 2 】： o = 圭靠2 g 一1 x n 一2 ) ( 2 1 ) l = 2 = 刀协一2 j ( 心) 其中：破叉口冲突点总数； l 一交叉口分流点总数； 肛交叉口合流点总数； ，卜相交道路数。 由公式2 - 1 可以看出，无信号控制平面交叉口的冲突点随着相交道路数量的 增加而急剧增加，严重的影响了平面交叉口交通的顺畅和安全。因此，除了采用 立交、交通渠化、物理隔离等措施在空间上减少交通冲突外，在平面交叉口设置 交通信号控制，在时间上分离通过交叉口的车流，可以减少甚至消除交通冲突点， 从而提高交叉口的通行能力和交通安全性。冲突点控制的原则是：变随机冲突点 为固定冲突点、变交叉冲突点为交织冲突点；减少冲突点个数和冲突点上的冲突 次数：减少冲突点上的冲突能量；缩小冲突范围。对于信号交叉口，多采用空间 分离和时间分离相结合的方法进行冲突点控制。 2 2 2 信号控制平面交叉口冲突点的分布 信号控制交叉口采用交通信号指挥交通，车流在信号控制交叉口遇红灯而停 车排队，当绿灯起亮时，车流以均一的流率连续通过交叉口，直至排队车辆全部 通过或者绿灯信号结束，下一相位开始，重复上述过程。通过设置交通信号，在 时间上分离通过交叉口的车流，可以减少或消除交通冲突点，从而提高交叉口的 通行能力和交通安全性。 若不记入行人流、非机动车流的各类冲突点，各种信号相位控制平面交叉口 的冲突点数目如表2 _ 2 和图2 3 。 表2 _ 2信号相位控制交叉口冲突点数目 交叉形式冲突点合流点分流点共计 三枝交叉 1225 四枝交叉22 48 五枝交叉 4641 4 1 2 i 上 l， j j ，- ：，、一| | 一- - 一 一、厂 7 、i l 厂 ：t o 交叉冲突点 合流冲突点 1分流冲突点 图2 _ 3 信号相位交叉口冲突点数目示意图 f i g u r e 2 - 3t h en u m b e ro fc o n f l i c tp o i n t sd i a g r a mi ns i g n a lp h a s ei n t e r s e c t i o n 由此可以看出，采用信号控制，可以有效地减少各类冲突点个数。并且，相 位设置越多，冲突点数就越少，进行交通控制也就越容易。可以说，多相位控制 为平面交叉口的交通流分离创造了有利的条件。但是，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，造成信号周期的延长，同时也降低了路口的通行能力。所以，信号相位 并不是越多越好，应该视路口的具体情况而定。目前，在我国的交通信号控制实 际中，由于路口车速较慢，一般只考虑交叉冲突，部分路口可根据情况考虑合流 冲突，对于分流冲突一般都通过路口渠化解决。 2 3 平面交叉口渠化设计 2 3 1 交通渠化概述 交通渠化就是在道路上用交通标志、标线或用高出路面的各种岛状构造物， 或利用路面漆刷成不同颜色，或利用护栏、分隔带、隔离墩及其他设施和方法， 对行人与各种不同车型、不同方向、不同速度及不同运动状态的交通流进行引导、 隔离和管制，使交通实体像渠内水流一样顺着一定的方向和线路，互不干扰的安 全而有序地运行，以达到分离和控制交通流的目的【3 3 1 。 交叉口渠化设计总的要求应有利于交通安全、提高通行能力和行车速度，减 少延误和方便行车、行人。综合起来有如下八条原n t 3 4 】： ( 1 ) 简单易懂 1 3 进行交叉1 2 1 渠化设计的基本思路是尽量使交叉口简单、明确，使驾驶员及行 人等道路使用者容易理解交叉口设计的意图。对于道路的使用者来说，复杂难懂 就不能保证其安全顺利地完成自己的交通行为。站在道路使用者的角度，进行交 叉口渠化设计，使得方案简单易懂是进行交叉口渠化设计的一个重要原则。 ( 2 ) 符合规范 渠化的一切措施，如设岛、划线、建立各种标志，均应按国家有关规范的规 定，其位置、颜色、尺寸大小、形状及高度等均应严格依据规范或标准的规定进 行，不能随意变更和改动。 ( 3 ) 有利安全 不同车种、不同流向、不同速度的交通流应尽可能采用划线或设置隔离墩( 柱) 或设岛的方法，使其分道行驶，以减少相互干扰或碰撞，以利于行车安全。 ( 4 ) 方便直接 渠化时划线