城市道路信号交叉口通行能力分析

摘 要

城市道路信号交叉口是城市道路的重要节点，它把城市道路相互连接起来构成道路网，其通行能力直接影响城市道路的通达，交叉口的交通流密度过大，将会造成路口的拥挤与堵塞，影响城市道路的正常运行，而提高信号交叉口通行能力、减少交叉口停车与延误是城市道路交通追求的目标，鉴于此，本文以信号交叉口为研究对象，通过典型交叉口的调查，探究其通行能力，并分析信号交叉口的运行状况。

论文共分为五个部分，第一部分概述研究背景、研究意义及国内外通行能力研究概况；第二部分概括信号交叉口分类、服务水平分析、运行分析、通行能力研究方法以及影响信号交叉口通行能力的因素；第三部分以**市某信号交叉口为例，进行交通调查，计算交叉口的通行能力，分析交叉口的运行状况；第四部分针对目前我国城市信号交叉口的总体特性，分析提高信号交叉口通行能力的对策；第五部分总结全文。

关键词：城市道路；信号交叉口；通行能力

Abstract

Signalized intersection is the important component of the urban road. It connects urban road up a road network, and its capacity directly affect the running efficiency of the urban road. Urban road will not work normally if the traffic congestion or jam happened to the signal intersection when the traffic flow desity of the intersection is too large. To improve the traffic capacity and reduce parking and delaying in the intersection are the goals of urban road traffic. For reason above, the signal intersection is studied as a research object, and the traffic capacity of intersection is explored. The running status of the signal intersectionis analyzed in this paper.

This paper is divided into five parts. The first part summarizes the research background, the research significance and the domestic and foreign general capacity; The second part summarizes signal intersection classification, the service level analysis, operation analysis, capacity and influence factors of the Signalized intersection traffic capacity; The third part takes a signal intersection in Jinzhou. As an example, surveys the volume of traffic, calculates the capacity of signal intersection, analysis the status of the intersection; On the basis of the general characteristics of the urban road intersection, a number of countermeasures to improve signal intersection traffic capacity are analyzed in the forth part of paper; The fifth part summarizes the whole reserchers of the paper.

Key words：Urban road；Signal intersection；Capacity

目 录

第1章 绪 论 .......................................................................................................... 1

1.1 研究背景 ................................................................................................... 1

1.2 研究意义 ................................................................................................... 2

1.3 国内外研究现状 ....................................................................................... 3

1.3.1 国外研究现状 ................................................................................ 3

1.3.2 国内研究现状 ................................................................................ 4

第2章 城市道路信号交叉口通行能力分析 ........................................................ 6

2.1 信号交叉口分类 ....................................................................................... 6

2.2 信号交叉口的服务水平分析 ................................................................... 7

2.2.1 影响信号交叉口服务水平的因素 ................................................ 7

2.2.2 信号控制交叉口服务水平的评价方法 ........................................ 7

2.2.3 信号交叉口的评价指标 ................................................................ 8

2.2.4 信号交叉口服务水平标准 .......................................................... 10

2.3 信号交叉口运行特性分析 ..................................................................... 10

2.4 信号交叉口通行能力研究方法 ............................................................. 11

2.4.1 停车线法 ...................................................................................... 12

2.4.2 冲突点法 ...................................................................................... 14

2.4.3 《城市道路设计规范》计算方法 .............................................. 15

2.4.4 我国公路通行能力手册方法 ...................................................... 16

2.4.5 美国HCM运行分析法 ............................................................... 16

2.4.6 现有方法评价 .............................................................................. 18

2.5 影响信号交叉口通行能力的因素 ......................................................... 19

第3章 锦州市信号交叉口通行能力实例及分析 .............................................. 20

3.1 交通调查 ................................................................................................. 20

3.1.1 调查对象及要求 .......................................................................... 20

3.1.2 调查内容 ...................................................................................... 21

3.1.3 数据采集 ...................................................................................... 22

3.2 实例分析 ................................................................................................. 24

3.2.1 实例计算 ...................................................................................... 24

3.2.2 提高信号交叉口通行能力的改进措施 ...................................... 28

第4章 提高城市道路信号交叉口通行能力的对策分析 .................................. 31

4.1 我国城市道路信号交叉口总体特性 ..................................................... 31

4.2 提高信号交叉口通行能力的对策 ......................................................... 32

4.3 提高信号交叉口通行能力的总体原则 ................................................ 34

第5章 结论 .......................................................................................................... 35

参考文献 ................................................................................................................ 36

致 谢 ...................................................................................................................... 37

附 录 ...................................................................................................................... 38

第1章 绪 论

1.1 研究背景

近年来，我国城市机动车拥有量急剧增长，交通量的日益增加，使城市道路交通状况日趋紧张；同时，道路交通设施不完善、交通结构不合理、混合交通严重等原因，加重了城市道路的交通压力。如今，交通拥堵已经成为备受关注的世界性问题，几乎所有的城市都在不同程度地受这一问题的困扰[1]。

国内外许多研究表明，路段上一般不会发生阻塞和拥挤现象。路段不会因为通行能力不足而产生堵塞，于是交通拥挤现象的症结主要在交通路口，即城市道路信号交叉口。城市道路信号交叉口是城市道路的重要节点，是人、车的主要交汇处，也是冲突点多、秩序混乱、交通事故的多发地带，车辆和行人的交织使该处的交通状况尤其复杂，其复杂性使得越来越多的信号交叉口交通量趋于饱和[2]。大量的事实证明城市道路信号交叉口的拥挤现象严重，资料显示，80%以上的交通延误集中在城市道路信号交叉口，平面交叉口的通行能力不足普通路段的50%，日常交通拥堵大部分是由于平面交叉口的通行能力不足造成的。

通过研究，造成现交通状况的原因有三点：第一，汽车保有量增长迅速。据我国国家统计局资料，1949年底，全国拥有民用汽车仅5万余辆。1978年底，全国民用汽车达到135.84万辆，到2008年底，全国民用汽车达到5099.61万辆。至2009年底，我国汽车保有量已达7619.31万辆，与2008年相比，增加1152.10万辆，增长17.81%。国家统计局发布的2010年国民经济和社会发展统计公报显示，2010年末全国民用汽车保有量达到9086万辆，比上年末增长19.3%，其中私人汽车保有量6539万辆，增长25.3%。第二，城市交通总供给不足。城市交通用地的不足，引发了一系列城市交通问题。例如，由于城市路段过于狭窄或交叉口面积太小，本可以通过拓宽道路或改造交叉口就很容易解决的问题，由于再无多余可利用空间，问题就不能很好的解决。第三，信号交叉口的配时方案不合理。从2000年在全国开展“畅通工程”检查以来，交叉路口的信号配时合理性成为评价城市道路交通管理设施水平越来越重要的指标。信号交叉口的信号相位、绿信比等指标均严重影响信号交叉口的实际通行能力。

通过以上的分析可知，在供给不能增加的情况下，需求仍在激增，造成一系列不可避免的交通问题，这些问题延缓了城市交通的发展，不能很好的满足居民对出行条件的基本要求。应对交通的各个方面进行改进，以顺应我国的发展。

1.2 研究意义

城市道路信号交叉口作为城市道路网络中通行能力和交通安全的瓶颈，在道路衔接中起着举足轻重的作用，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的通行能力，影响着城市交通网络的运输能力。平面交叉口处反复地分流、合流、交叉，使其交通状况尤其复杂。

日常的交通拥堵大部分都是由于交叉口的通行能力不足造成的，因此信号交叉口成为路网规划、建设、改造和交通治理的重点。提高交叉口的通行能力，减少交叉口延误是城市道路交通追求的目标，也是改善城市道路整体状况的最有效的方法。

我国大多数城市道路信号交叉口采用多相位信号控制，基于我国城市信号交叉口的交通流现状越来越多的信号交叉口设置了左、右转专用车道，以改善交通拥堵的状况。随着我国城市交通压力日趋增大，信号交叉口的管理方法也有了很大的改进[3]。

论文通过对城市信号交叉口交通量的调查研究，讨论交叉口配时的合理性，分析信号交叉口的通行能力，优化信号交叉口的运行状态，进而达到减少交叉口的行车延误，提高车辆运行速度的目的，这对于缓解城市交通拥堵具有实际研究意义，同时对于改善整个社会的交通状况、城市道路网规划与评价、具体信号交叉口类型选择、交叉口的规划与设计的都具有十分重要的意义。

但是对交叉口通行能力指标的确定，无论是采用实际观测方法还是理论计算方法都存在较大的困难。这首先是由于通行能力指标为一极限值，通常需要多次的观测才能近似确定。此外，道路条件和交通条件的各种组合对道路交叉口设施通行能力的影响严重，以及交通流本身的高度复杂性，各种理论计算模型的描述能力往往都是较为有限的。

国内外有许多交通工程学者都已经从不同的研究角度分析了城市各种类型交叉口的通行能力，也针对各种形式的交叉口提出了相应的通行能力模型，甚至利用计算机模拟来更准确的反映交叉口通行能力。但在针对于城市路网的建设规划与管理规划的实际应用过程中，并不需要十分精确，我们只需对是否存在问题，存在问题严重与否、能否满足预设的服务通行能力水平等情况有大致了解就可以。如需要分析某个城市所有交叉口的运行情况，就不可能每个交叉口都去采集大量的数据进行研究，再给出解决方案，而应先利用某些比较实用的方法分析问题，找到存在问题较大的交叉口，然后具体问题具体分析，用更精确的模型，实地采集更多的数据，从而得到较为理想的解决问题的方案。因此，城市交叉口通行能力的实用分析方法就是希望能以较少的人力、财力和物力投入，快速地得到相对

较为全面、准确的城市道路交叉口通行能力，能够大致把握城市道路交叉口的运行情况和质量。

本论文是关于信号交叉口通行能力的分析。在道路设施、信号控制方法以及交通量数据的基础上，按入口车道类型，信号控制方法分类分别研究各转向车道通行能力，并分析了车道数、非机动车影响等因素与通行能力的关系，为信号交叉口的设置提供了理论依据。本文对城市交叉口通行能力的具体分析，可以正确的确定新建交叉口的合理类型、规模、总体结构；可以改善交叉口信号相位配时方案；可以作为交通管理、交通组织及控制方式确定和方案选择的依据；可以发现城市道路信号交叉口存在的不足之处，针对问题提出改进方案和改善措施。

1.3 国内外研究现状

1.3.1 国外研究现状

道路通行能力研究始于美国，从20世纪40年代起，尤其是第二次世界大战结束以后，美国为了加强国防和适应战后经济发展的需要，加速建成了全国公路网。在建设中，针对公路的规划、设计、修建养护及营运管理中出现的问题，开始了道路通行能力方面的研究，以求使公路建设在合理、科学、规范的基础上进行。1950年美国交通工程师协会在道路通行能力研究成果基础上，编写出版了《道路通行能力手册》（Highway Capacity Manual）(HCM)第一版，1965年修订出版了第二版，1985年出版了第三版。第三版详细论述了公路与城市道路的通行能力的同时，又分析了高速公路、自行车道、人行道和无信号交叉口等交通设施通行能力的内容。1994年修订了第四版，继第四版问世后，一个名为《HCM2000》的新手册已完成[4]。随着交通运输事业的飞速发展，道路通行能力的标准一致在不断调整，通行能力的指标也在不断提高。

许多国家继美国之后均根据本国实情组织专门研究队伍开展了实地调研，编制出版适合各自国情的通行能力手册。例如英国的TRRL(Transport and Road Lab)方法：英国的TRRL法对信号交叉口车辆延误进行了深入的调查、分析和研究，并由韦伯斯特(Webster)建立了延误模型，提出了信号配时和通行能力计算方法、平均延误时间和最佳信号周期的方法。其方法也是建立在饱和流率模型基础之上的。通过观测和试验，得出不准停放车辆的进口车道的饱和流量与车道宽度(不小于

5.5米)成正比，比例系数为525，通过饱和流量与绿信比的乘积得出信号交叉口进口车道上的通行能力[5]。澳大利亚的ARRB(Australia Road Research Board)方法，该方法是由澳大利亚ARRB的Akcelik对韦伯斯特(Webster)延误公式进行了改进后提出的。在韦伯斯特延误公式中，当车道上的交通量趋近于饱和状态时，计算得

到的延误时间会出现较大的偏差，该方法更无法计算超饱和交通状况下的延误。在这种情况下，Akcelik在考虑了超饱和交通情况和停车因素后，提出了计算通行能力、平均延误和最佳信号周期的Traffic Signals：Capacity and Timing Analysis方法。

日本于1982年利用修改《道路工程技术标准》的机会，将研究成果编入日《道路通行能力手册》中，从而使日本道路通行能力的计算标准化，其对信号交叉口通行能力的计算，基本原理与美国相同。日本交通工程研究会编写的《平面路口的规划与设计》在信号管制平面交叉口通行能力的研究一节中，以一个拓宽设置右转专用车道的十字交叉口为例，计算了各进口道的通行能力，其中以右转弯车道的基本饱和流量1800辆／绿灯小时为基础，考虑车道宽度及大型车混入率等修正，但其饱和交通量基本值和修正系数均是根据日本的实测结果确定的，而我国的交通特性与国外显著不同。

目前，国外有许多交通工程学者都已从不同的研究角度分析了城市各种类型交叉口的通行能力，并针对不同类型的交叉口提出了相应的通行能力模型[6]。

纵观世界许多国家道路交叉口通行能力研究过程，大部分都是以美国HCM为基础，结合本国的具体情况，进行有针对性的开发和补充，并在一定领域内进行深入研究，取得相应成果。

1.3.2 国内研究现状

根据对比研究发现，中国目前的交通状况类似于美国的四五十年代，汽车数量急剧增加，公路建设处于发展状态。我国现有的通行能力指标研究成果并不能满足现在的交通状况，长期以来由于我国对道路通行能力的研究尚未形成统一的、系统的方法，缺少适合我国国情的参数、模式和通行能力分析体系，我国通行能力的研究一直是一个薄弱环节。《公路工程技术标准》中所采用的通行能力，基本上沿用了国外的一些研究成果，不能反映我国道路交通的实际运行特性。

与国外长时间持续深入的研究相比，我国由于资金和人力所限，对于通行能力的研究起步较晚，也不够系统。在八十年代前期，基本上是引用美国的通行能力手册，然而中国的交通环境、交通组成、管理方式和车辆性能与国外有很大差别，最主要的是混合交通比较普遍。为此，我国自1983年以来，由交通部牵头，连同一些大专院校，先后对通行能力进行了较大规模的研究，如北京、上海、广东、江西等省市的有关交通科研部门分别开展了混合交通双向双车道公路研究工作。但这些研究是地方性的、逐步的，并未纳入统一规划的轨道，未能形成通行能力的核心与框架，难以作为修订标准和规范的技术依据。因此，于1996年，国家计委批准立项“国道主干线十几集成系统开发与研究”项目，成立了“九五”

科技攻关“公路通行能力”课题组，并由交通部公路科研所、交通部规划设计院、东南大学和北京工业大学四家联合河北、河南、北京、新疆、辽宁和广东六省市科研设计单位组成联合攻关课题组进行专题研究。该项目对我国道路通行能力进行全方面系统的研究，形成了符合我国国情的通行能力研究方法和指标体系，取得了出版《公路通行能力》的最终研究成果。吉林省交通科研所联合哈尔滨工业大学交通科学与工程学院开展“高等级公路通行能力与运营管理研究”，并于2001年11月通过专家鉴定，其取得的研究成果已部分应用于交通运营与管理实践中，成效显著。

根据我国的交通情况，各研究机构提出了不少计算信号交叉口通行能力的计算方法，现行的《城市道路设计规范》采纳了两种方法，根据所考察的断面不同，分别称为“停车线法”和“冲突点法”。

第2章 城市道路信号交叉口通行能力分析

2.1 信号交叉口分类

信号交叉口的种类形式各异，不同地点、不同种类的信号交叉口运行情况差异很大。为了能够系统全面地开展对信号交叉口通行能力的研究，针对不同类型的信号交叉口给出通行能力推荐值，需要对信号交叉口进行分类研究[7]。目前，在通行能力研究中对信号交叉口种类的划分没有统一的标准。以下为三种常用的划分方法：1)按照城市道路性质划分——把城市道路分为主干路、次干路、支路，三种主要道路类型两两相交形成不同种类的信号交叉口；2)按照信号控制形式划分——包括两相位、三相位、四相位等交叉口；3)按照交通特性划分。4)按交通组织的形式划分，平面交叉口可分为一般交叉口、渠化交叉口及多相位信号交叉口三类。一般交叉口已难以适应城市交叉口机非混行严重、交通流量大的情况；渠化交叉口通过扩宽路口、对路口进行渠化，配合一定的交通管理条件，能够较为合理地解决各方向交通流的相互干扰和冲突，从而提高交叉口通行能力；多相位信号交叉口通过拓宽入口段的驶入车道、增加入口车道数量、设置交通岛、交通标志和在路面上划标线，可在平面几何构造上对路口进行改良。在交通组织管理上采用多相位交通信号灯控制车辆和行人通行，可实现人车分流引导不同流向的车辆和行人各行其道。

上述各种分类方法在信号交叉口通行能力研究中各有利弊，本次研究通过对锦州市信号交叉口的调查并结合锦州市交通特点采用一种新的分类方法：按照信号交叉口处机动车冲突特性并结合信号交叉口的特点划分为两类：

1)机动车冲突较少的信号交叉口——有左转专用相位信号交叉口；

2)机动车冲突较多的信号交叉口——无左转专用相位信号交叉口。

按照上述方法进行分类是基于以下几点考虑：

从通行能力研究方法方面考虑：通过对国内外文献的阅读，对机动车冲突特性不同的信号交叉口，通行能力研究方法有所差异。美国HCM(饱和流率法)、停车线法适用于机动车冲突较少的信号交叉口；冲突点法适用于机动车冲突较多的信号交叉口。按照冲突特性分类，能够有针对性的对不同类型信号交叉口采用不同的研究方法，有利于对通行能力的研究[8]。

从规划应用的方面考虑：由于目前国内对信号交叉口通行能力研究相对薄弱，没有一套系统完善的方法或指南，规划部门在进行道路规划、评价和信号交叉口

设计时没有可靠的方法作为依据。本次研究通过对信号交叉口的调查，从规划应用的角度对信号交叉口进行分类，对应每类信号交叉口给出通行能力计算方法和推荐值，为今后信号交叉口设计及路网规划提供数据支持。

2.2 信号交叉口的服务水平分析

2.2.1 影响信号交叉口服务水平的因素

服务水平是指道路使用者从道路状况、交通条件、道路环境等方面可能得到的服务程度或服务质量，如可以提供的行驶速度、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与服务程度。服务水平的实质是描述交通流内部的运行条件及其对驾驶员与乘客感觉的一种度量标准，对道路服务水平的评价是对道路综合运输能力进行整体评价的主要方面。

影响信号交叉口服务水平的因素错综复杂通常包括运行时间、交通设施、运行状况、安全环境状况等方面的诸多因素。具体包括：车辆在交叉口的等待时间、交叉口信号配时设计、交叉口车道设置、非机动车及行人的交通组织、交叉口交通秩序、交通事故率、环境及噪声、交警指挥水平等。

2.2.2 信号控制交叉口服务水平的评价方法

国外关于信号控制交叉口服务水平的研究成果主要有：美国采用控制延误作为信号交叉口服务水平的评价标准；日本规定以车流量与通行能力的比值(v/C)来划分服务水平等级等。由于国情的不同，美国的延误模型并不完全适用于我国，模型中的一些参数值的设定需要考虑我国交通的自身特性。我国信号交叉口服务水平基本上均处于美国等级划分中的C、D、E三个等级[9]。日本的评价方法主要是出自经济方面的考虑，注重投资效益，并不是从道路使用者的角度出发对道路服务水平进行的评价。这种评价方法不全面也不尽合理，不适用于我国的信号交叉口服务水平评价。

近几年来，国内学者也对相关问题进行了一定的研究，研究成果体现出了综合评价的思想。服务水平的影响因素错综复杂，有的因素可以用数字和公式来描述，而大量的因素都是无法准确度量的[10]。评价指标的作用是对所要评价的对象进行科学、准确、全面和客观的描述时又要求所选取的指标具有实用的价值，便于应用。我们认为在进行指标选取时，应遵循以下原则：使用综合指标、定性与定量相结合、具有可行性、便于计算与分析。目前，国内外常用来评价信号控制交叉口服务水平的指标包括：饱和度、速度比、红灯平均阻车长度、延误、交叉口条件、交通管理水平、安全度、环境条件、乘客及驾驶员在交叉处的感受等。

考虑到我国信号控制交叉口的交通运行特征，在本文提出的服务水平等级评价体系中，采用六级（即 I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ六个等级)评价标准，应用了权重的思想，通过加权平均确定某个信号控制交叉口的服务水平等级[11]。选取饱和度、延误、驾驶员和乘客通过交叉口时的满意程度为评价指标。

通行能力和服务水平的概念是交叉口分析的中心内容。对于信号交叉口，通行能力和服务水平是分别加以分析，而不是仅仅简单地彼此相关。评价信号交叉口的总体运行，必须对通行能力和服务水平二者同时充分考虑。

国内交叉口通行能力定义为相关关键车道通行能力之和，是整个交叉口的通行能力。国内提出以实测法给出交叉口的通行能力，即测其饱和车头时距T，由公式3600/T(单位：辆/小时)得出一个车道的通行能力。这种方法精确简单，但是只能在交叉口修建好后，给出此时的通行能力，不具有先期评估与预测未来的能力

[12]。

对于平面交叉口，其服务水平同路段一样也是考察交叉口为用路者提供的服务质量，其服务水平与交叉口的交通控制方式，车辆通过交叉口所需要时间、延误时间、停车时间等都有相当大的关系，衡量交叉口服务水平的具体指标与路段不同。因平面交叉口某个进口的通行能力不能作为交叉口的整体通行能力，只能用各进口的交通流状态指标来衡量各进口引道的服务水平。

2.2.3 信号交叉口的评价指标

在一个平面交叉口进行交通信号控制，控制效果如何，以及对交通运行产生了什么样的影响便是其交通效益。具体的评价指标有：通行能力、饱和度、行驶时间、延误、停车次数、停车率、排队长度、燃油消耗、环境污染等[13]。主要有以下几方面：

(1)排队长度

一条车道的最大排队长度一般是指该车道在对应相位由红灯变为绿灯时的车辆排队长度。

(2)平均停车次数

平均停车次数是指所有车辆在行驶过程中由于控制信号或前方车辆影响而停车的平均次数。

(3)通行能力

信号控制交叉口的通行能力是在一定的交通、车行道和信号设计条件下，某一进口车道上单位时间内所能通过的最大交通流量。

NSge/CS （2-1）

式中：N——交叉口某个进口车道的通行能力；

S——该进口车道的饱和流量；

ge——有效绿灯时间；

C——周期时间；

——有效绿灯时间与周期时间的比值。

整个交叉口的通行能力为各个进口车道通行能力的总和。

(4)饱和度

某个交叉口进口的车流量与可从该进口通过交叉口的最大流量的比值，即实际到达交通量与通行能力之比，就是该进口的饱和度。

xq/S （2-2） 式中：q——进道口的车流量；

——相应相位有效绿灯时间与周期时间的比值；

S——进道口的饱和流量。

(5)延误

交通延误是运行车辆不能以期望速度行驶而产生的时间损失。Webster根据理论研究和数值模拟的方法，最早建立了信号控制交叉口车辆延误的近似模型，并被广泛应用。

总延误为：

DFd2 （2-3） dd1×

20.3C8(1gC/)ed11(geC/)min(X , 1. 0 ) （2-4）

d2173X2[(X1) （2-5） 式中：d1——均匀延误（s/辆）；

d2——附加延误（s/辆）；

DF——信号联动或控制类型延误修正系数；

X——车道组矫正流率和通行能力比；

C'——车道组通行能力；

C——信号周期时长；

ge——有效绿灯时间；

m——车辆到达形式和排队长度的附加延误修正量。

各评价指标之间以及它们与控制方案之间都有着密切的联系。比如：通行能力受控制信号周期长度的影响，在一定条件下，周期越长则通行能力越大，但车辆延误、耗油以及随之带来的环境污染都相应增加；当饱和度很小时，说明通行

能力远远大于实际的交通需求，这时就要适当缩短控制信号周期，在满足行车需求的情况下尽可能减少车辆延误等[14]。

2.2.4 信号交叉口服务水平标准

信号交叉口服务水平变准用15min分析期间（有时也用5min分析期间）内每辆车的平均停车延误来表示。下表给出了信号交叉口服务水平标准。

表2.1信号交叉口服务水平标准

2.3 信号交叉口运行特性分析

城市信号交叉口处车辆的运行特性是研究通行能力，建立模型的基础。信号交叉口是城市道路中一种常见的交通设施。在城市道路信号交叉口中，交通参与者较多，交通转向行为集中，控制方案也随之较多[15]。信号灯在时间上周期性地为不同的车道组分配通行权，使各车道组的交通流周期性地停驶。在各周期中，不同流向的交通流具有不同的运行特性。

（1）直行车流运行特性

当信号显示为绿灯时，经过短暂的反应时间后，红灯期间内积累的排队车辆依次起动，鱼贯通过停车线。流率很快地由零增加到一个相对稳定的值(饱和流率)；车头时距达到相对的稳定(饱和车头时距)。此后，车辆以饱和流率通过停车线直至停车线后积存的车辆全部放行完毕，或者虽未放完，但绿灯时间已结束。在红灯刚刚转换为绿灯后，车辆并不是马上就起动越过停车线，而是要有几秒的迟滞，起动后的车辆从起动到其达到期望车速也需要一段时间，在这段时间内，车头时距明显的要比后面排队车辆之间的车头时距大，因此，这段时间没有被充分利用，有运行时间损失，称为起动损失时间。最初几秒，车辆从原来静止的状态逐步加速到正常行驶状态，交通流的流率变化很快；之后，车队速度保持正常

行驶状态，交通流则保持以饱和流率通过停车线。在绿灯结束后的黄灯时间内或者是绿灯闪烁期间，由于部分车辆采取了制动措施，通过交叉口的流量由饱和流率逐渐下降。红灯期间，达到停车线的车辆停车等候绿灯，随后达到的车辆则在车队末尾排队等候[16]。

（2）左转车流运行特性

按照车道功能不同，左转车流可分为左直混行、左转专用和左直右混行车流。其中，左转专用车流除了在交叉口中需要运行更长的距离外，其他运行特性类似于直行车流；不管是左直混行还是左直右混行，这样的车道功能划分都将使左转车流受到同向直行车的干扰。由于共用一条车道，各流向交通流在通过停车线时，其平均车头时距大于只有单一交通流的车道。此时，如果信号相位还为不同流向交通流分配了不同的通行时间，将导致有效通行时间的减少。如在左直混行车道中，左转车流处于红灯，停车线前停驶的左转车其后的直行车也不能通过。按照信号控制条件的不同，左转车流可分为许可型和保护型左转车流[17]。许可型左转车流只能在绿灯期间出现以下情况之一时才能通过：1)对向直行车未到达冲突点之前；2)在冲突点附近等待对向直行车流中出现允许穿越的车头时距；3)信号相位转换间隔。当左转交通需求较大时，个别左转车辆可能会贸然插入对向直行车流。可见，许可型左转车流可能受对向直行车流的干扰；而保护型左转车流，通常配合以专用的左转车道，此时，保护型左转车流的运行特性类似于直行车道。如果左转车流仍然使用共用车道，保护型左转车流也可能受到直行车辆甚至右转车辆的干扰。事实上，基于以上运行特性，信号交叉口的设计中往往将车道功能的划分和信号控制条件进行协调设计，以保证各车道组交通流的高效运行。

（3）右转车流运行特性

当右转交通量较小时，通常不控制右转车辆的通行，可以在右转车道上连续通行；如果与其他流向车流共用车道，则可能被直行车辆甚至左转车辆阻挡而不能通过。当右转交通量达到一定程度时，应考虑设置右转专用道和信号相位，给右转车辆分配通行时间和空间，否则它将对其它方向上的车流产生一定的影响。

2.4 信号交叉口通行能力研究方法

国外的通行能力计算方法大多是根据本国交通流特点研究出来的，所考虑的方面和所依托的原理大不相同，应用最广泛的是美国的饱和流率模型。根据我国交通流特性、交叉口基础设施、信号设计条件及车行道条件，国内学者提出许多计算信号交叉口通行能力的方法[18]。较为普遍应用的方法主要有五种：冲突点法；停车线法；《城市道路设计规范》中介绍的方法；我国公路通行能力手册方法；美

国HCM方法。

利用前两种方法，需要得到交叉口车辆运行速度、跟车时距、可穿插间隙等实地观测数据。而对交叉口的观测，以摄像为主，同时在各进出口道辅以交通数据采集仪收集流量、速度等交通流数据。摄像机分别对交叉口中央地带和各进口道进行连续摄像，通过室内录像机回放确定每种车型的流量、流向和延误；室内观测人员用与数据采集仪相连的手提键盘进行数据整理工作，对通过选定观测点的车型特征、通过时间以及进口道上排队车辆数分别进行记录，在进口和出口处分别对车辆进行辨认，从而计算出每种代表车型的延误和通行时间。可见，数据采集比较麻烦，采集仪要求精度高，数据处理人员处理技术要求高，整体费用很大。而美国HCM手册中通行能力研究方法，只需要交叉口几何线形，交通量和交通条件以及交通信号等必要的数据，数据采集仅靠人工记录的方式即可获得[19]。数据采集过程简单，花费小，数据采集人员技术要求不高，数据处理简单。

2.4.1 停车线法

该方法是北京市政设计院提出的。它以进口道的停车线为控制面，车辆只要通过该断面就被认为通过交叉口。采用停车线法计算信号交叉口通行能力时，需先假定信号周期及其配时。一般情况下，根据交通量的大小，周期长度可以在45秒至120秒之间进行选择，当周期长度未达到上限时，若计算的通行能力不能满足交通量，可延长周期后再进行计算。为避免信号交叉口延误过大，周期长度不可大于180秒。

停车线法中，各车道的通行能力计算公式如下所述。

（一）直行车道的通行能力 3600tgt损CsTtic （2-6）

式中：CS——一条直行车道通行能力（pcu/h）；

TC——信号灯周期(s)；

tg——信号每周期内的绿灯时间(s)；

t损——一个周期内绿灯的损失时间，包括启动、加速时间，通常在绿灯前

的黄灯时间已经做好准备，待绿灯一亮即可开动，故一般只计算加速时

间损失。而加速时间损失平均取2.3s；

tiv——直行车辆通过交叉口的平均车速(m/s)，一般采用13km/h； ——前后两车辆通过停车线的平均时间 (s)。

其中，直行或右行车辆通过停车线的平均时间ti，与车辆组成、车辆性能、驾驶员条件有关，设计时可采用本地区的调查数据。

（二）右转车道通行能力 Cr3600

tr （2-7）

式中：Cr——一条右转车道的通行能力(pcu/h)；

tr——前后两右转车辆驶过停车线断面的间隔时间(s)。

（三）左转车道通行能力

(1)设左转车道有专用信号时，一条左转专用车道

当进入交叉口的左转弯车辆较多时，为保证交叉口具有较大的通行能力，一般需要设置左转专用信号显示，此时一条左转车道通行能力为： Cl3600tlvl/2aTct0 （2-8）

式中：Cl——一条左转专用车道的通行能力；

Tc——信号灯周期(s)；

tl——一个信号周期内左转显示的时间(s)；

vl——左转车辆通过交叉口的行车速度(m/s)；(与直行车的类似，vl/2a

可取同一数值)；

a——平均启动加速度(m/s)；

t0——左转车辆连续通过交叉口的平均车头时距(s)(可以进行实际观察测

量)。

(2)不设专用信号时一条左转车道的通行能力

根据我国交通规则，绿灯时允许车辆直行或右转，不妨碍直行车辆行驶的条件下准许车辆左转。黄灯亮时不允许车辆左转、掉头或右转，但已越过停车线的车辆可以继续前进。因此实现左转有三种可能：

①利用初绿时间通过

左转车超前驶过与直行车冲突的地点，其条件为左转车至冲突点处较对向直行车到冲突点处为近，是左转车有可能超前通过该点而不致碰撞，如每周期内利用时间通过n1辆车，则每小时可通过左转车为n1×3600/Tc辆。

②利用对向直行车的可插车间隙通过

在对向直行车交通量不大的情况下，左转车利用其可插间隙通过，其允许通过的车辆数对向直行车可提供的插车间隙数。 CsCs'n22 （2-9）

式中：s——一条直行车道一个周期的直行通行能力；

Cs'——每个周期实际到达的直行车。

③利用黄灯时间通过

左转车辆至冲突点前排队等候，待黄灯出现，左转车迅速启动，则每周期可能通过的左转车由下式决定： n3tyt损

t0 （2-10）

式中：t损——一个周期内绿灯的损失时间，包括启动、加速时间，通常在绿灯前

的黄灯时间已经做好准备，待绿灯一亮即可开动，故一般只计算加

速时间损失。而加速时间损失平均取2．3s，t损=V/2a；

ty——一个周期内开放的黄灯时间(s)；

t0——左转车辆连续通过交叉口的车头时距；

a——机动车平均起动加速度。

则总共可通过的左转车流量为：

C13600×(n1+n2+n3)Tc （2-11）

交叉口某一个入口的通行能力，应是左转、右转和直行车道的通行能力之和，它必须大于交通量的需求。整个交叉口的通行能力则为各个入口通行能力的总和。采用停车线法计算信号交叉口的通行能力，需要先假定信号周期及配时。一般情况下，根据交通量的大小，周期长可在45～120s之间选择，当周期长未达到上限时，若计算的通行能力不能满足交通量，可延长周期后再进行计算。为避免交叉口延误过大，周期长不可大于180s。

2.4.2 冲突点法

停车线法和中国《城市道路设计规范》推荐方法在分析信号交叉口通行能力时将停车线作为控制面，根据对信号交叉口实际交通运行状态的分析，对信号交叉口通行能力真正起作用的地点为交叉口中的冲突点，而非停车线上。特别是在两相位的信号控制交叉口中。所以我国学者根据对车辆通过信号交叉口实际运行状态的分析，提出了利用冲突点计算信号交叉口通行能力的方法——冲突点法。

该方法以冲突点为控制点，只有通过冲突点的车辆才认为通过了交叉口。该方法是由同济大学提出的，考虑到了混合交通的特点。

虽然“冲突点法”效果很好，但并非完美。以进口道有两条直行车道的情况为例，在冲突点处直行车队除有安全间隙供左转车穿越外，其他时间均以最小安

全车头时距到达冲突点。然而当有直左混行车道时．左转车占据了该车流中直行车的位置．“冲突点法”在计算通过冲突点的直行车通行能力时，对此的处理是直接扣除这部分左转车的实际到达数。但是，这种算法是不符合实际情况的。我们把一条直-混车队看作一个系统．当左转车在分流点从直行车队中分流后，系统原有的平衡被打破，系统中各元素将改变其原有状态．系统能量从高处向低处流动，整条车队向一个新的平衡状态发展，即左转车留下的空位会逐渐被后面的直行车所占据，因此“冲突点法”对此的处理是有失考虑的。另外由于冲突点法的研究对象是冲突点处通过的车辆，则其对行人和自行车交通在停车线处对机动车流的干扰的研究深度尚显不足。

N

式中：t绿——绿灯时长； t绿mm hm （2-12）

m——进口直行车道的条数；

m——由穿越空挡所致的损失时间；

——有无专用左转车道时的得、失时间；

hm——进口道饱和车头时距。

整个信号交叉口一小时的通行能力为：

C'360NTc （2-13）

式中：Tc——信号交叉口通行能力；

N——信号灯周期时长(S)。

2.4.3 《城市道路设计规范》计算方法

《城市道路设计规范》主要针对我国道路的实际情况，介绍了计算信号交叉口设计通行能力的方法。该方法也以进口道的停车线为控制面，先计算某方向进口道的一条直行车道通行能力，然后根据车道类型和转弯车辆比例得出该进口道的通行能力，进而通过累加各个进口道的通行能力得出整个信号交叉口的通行能力。

交叉口的通行能力等于各进口道通行能力之和，而进口道的通行能力等于各车道通行能力之和。具体计算方法如下：

直行车道的设计通行能力：

Cs3600tgtl (1)sTctsri （2-14）

式中：Cs——一条直行车道的设计通行能力(标准车辆)；

Tc——信号灯周期(s)；

tg——信号每周期内的绿灯时间(s)；

tl——绿灯亮后，第一辆车启动、通过停车线的时间(s)；

tsri——直行或右行车辆通过停车线的平均时间(s)；

s——折减系数。

2.4.4 我国公路通行能力手册方法

交通部公路科学研究院、北京工业大学等科研院所编制的我国公路通行能力手册覆盖了通行能力的全部研究领域，提供了各种公路设施的通行能力分析方法，为公路规划、设计与管理提供了基本依据。该手册中信号交叉口处的通行能力计算方法与美国HCM方法相似，分析方法建立在饱和流率模型基础之上。在实际计算中，选用理想的饱和流率，一般取1800veh/小时，然后根据多个修正系数对该值做各种修正。根据绿信比得出每一个车道组通行能力值，进而获得整个信号交叉口的总通行能力。

2.4.5 美国HCM运行分析法

美国HCM方法中对信号交叉口通行能力的研究是建立在饱和流率模型基础之上的。饱和流率是假定引道在全绿灯条件下，即绿信比为1.0的情况下，所能通过的最大流量。在实际计算中，选用理想的饱和流率，一般取1900veh/小时，然后根据多个修正系数对该值做各种修正。根据绿信比得出每一个车道组通行能力值，信号交叉口总通行能力通过对各个进口车道组通行能力求和获得。

美国HCM运行分析法中提到两种通行能力计算的方法，一是通过实地饱和车头时距的测量来推算本地的交叉口通行能力；二是在获得交叉口的几何条件、道路条件以及交通信号条件等数据的前提下，通过给出的各项指标的修正系数的方式，对理想饱和流率进行修正，从而获得具体交叉口的通行能力值。

该方法在计算机动车到的饱和流率是，涉及到了“车道组”这一概念，它将交叉口的各车道根据交叉口的集合形状、几个方向流量的分配将所有车道分成几组。

对信号交叉口进行通行能力计算需进行交叉口的运行分析。运行分析是为了确定每个车道组、进口道及整个交叉口的通行能力和服务水平。由于信号交叉口运行分析的复杂性，信号交叉口通行能力计算包括五种不同的模型。

（1）输入模型

输入计算机需要的所有数据，包括交叉口几何尺寸，交通条件和信号条件。

几何条件包括的参数有：区域类型、车道数、车道宽、坡度、专用左转或右转车道、左转或右转停车道长度和停车条件；交通条件包括的参数有：流向交通量、高峰小时系数、重型车百分比、冲突的行人流率、在交叉口停驻的公共汽车数、停车效率以及到达类型；信号条件包括的参数有：周期长、绿灯时间、感应式或定周期式、行人按钮、行人最小绿灯时间和相位图表。 （2）交通量校正模型

确定车道组，将需求的高峰小时交通量换算为15min高峰小时流率，并计算车道分布的影响。包括三个主要分析步骤。

①运行交通量的校正 ②确定供分析的车道组 ③车道流量分布的校正 （3）饱和流率模型

在这一模型中，要对每个车道组计算其饱和流率。饱和流率是假定进道口在全绿灯（绿信比g/c为1.0）的条件下，所能通过的最大流量（辆/h）。在实际计算中，先选用理想饱和流率，一般取1900辆/绿灯小时（我国一般取1500辆/绿灯小时），然后对该值做各种修正。即从“理想”饱和流率出发，按照实际条件进行修正，计算所有车道组实际的饱和流率。

修正计算公式如下：

SS0NfwfHVfgfpfbbfafRTfLT

（2-15）

式中：S——校正后车道组的饱和流率，它表示车道组中所有车道饱和流率的总

和（辆/绿灯小时）；

S0——每车道理想条件下的饱和流率；

N——车道组中的车道数；

fw——车道宽度校正系数，标准车道宽为12英尺（约3.65m）； fHV——交通流中重型车校正系数； fg

——进口道坡度校正系数；

fp

——邻近车道组停车情况及该车道停车次数的校正系数；

fbb——公共汽车停在交叉口范围内阻塞影响的校正系数； fa——地区类型的校正系数； fRT——车道组中右转车的校正系数； fLT——车道组中左转车的校正系数。

（4）通行能力分析模型

在通行能力分析中，前几个模型的计算结果可用来计算关键的通行能力变量，包括：每个车道组的v/S比值、每个车道组的通行能力、每个车道组的v/C比值和

整个交叉口的v/C极限比值。

由流量校正模型得到的校正需求流率，饱和流率模型得到的校正宝盒流率，计算v/S比值。

每个车道组的通行能力计算公式：

CiSi(g/c)i （2-16）

式中：Ci——车道组i或进口道i的通行能力；

Si——车道组i或进口道i的饱和流率； (g/c)i——车道组i或进口道i的绿信比。

若信号配时未知，则必须估计配时方案或暂行假定，以便进行计算。 每个车道组的v/C比值由校正流率以上面计算出的通行能力直接得到。

Xivi/Ci （2-17） 交叉口最终通行能力参数是v/C极限比值Xc

Xcc(v/S)ci/(cL)

（2-18）

式中：Xc——交叉口v/C的极限比值；

c——周期长；

(v/S)

ci

——所有关键车道组i或进口道i(v/S)比的总和；

L——每周期总损失时间。

该比率表示在关键车道组中车辆所能利用的有效通行能力。若该比率超过1.00，则说明有一个或多个关键车道组过饱和。这表明，交叉口的设计、周期长、相位设计和信号配时不适合现状和规划的要求。若比率小于1.00，则说明交叉口的设计、周期长、相位设计和信号配时足以适应所有临界交通流而没有超过通行能力的限度。同时，也说明所假定的时间的分配是合理的。若信号配时不当，即使临界的v/C小于1.00，某些方向上的流率也可能超过通行能力。 （5）服务水平模型

在服务水平模型中，对每个车道组估算每辆车的平均停车延误，并估计各进口道和整个交叉口每辆车的平均停车延误。

2.4.6 现有方法评价

综合分析国内外现有计算交叉口通行能力的方法可见，交叉口通行能力目前有两个基准：停车线断面和冲突点。以停车线断面为基准的方法认为车辆只要通

过停车线就可认为通过了交叉口。而以冲突点为基准的分析方法认为只有当车辆通过了冲突点才认为通过了交叉口，该方法以通过冲突点的车辆数来计算交叉口通行能力。前面介绍过的停车线法和HCM法都是以停车线断面为基准。冲突点法顾名思义是以冲突点为基准。

停车线法考虑到了车辆通过停车线时的状态，而没有考虑到车辆在穿越交叉口过程中与对向车流的相互影响。在无左转专用相位的情况下，直行车会与对向左转车发生冲突；左转车与对向直行车会发生冲突，还会与对向右转车发生合流。所以停车线法不适用于没有左转专用相位的交叉口。同时停车线法以停车线为控制断面，凡通过停车线的都认为通过了交叉口，事实上，这些车辆有可能在冲突点前受阻滞而未能通过交叉口，造成其他车辆延误，降低了信号交叉口的通行能力。所以，停车线法比实际的通行能力偏高。

冲突点法对信号交叉口通行能力真正起作用的地点是在交叉口的冲突点上，特别是在两相位信号控制的交叉口上，基于此，冲突点法应该是一种比较精确的方法。但是由于冲突点法一般应用在车流量小的两相位交叉口，所以直接套用它的公式和原理应用在车流量较大且相位不是处处存在冲突点的交叉口上，并不太适合。因此，在车流量小的两相位交叉口，可以优先选用冲突点法计算交叉口的通行能力。同时冲突点法考虑到了在有对向车流存在的情况下车辆在穿越交叉口过程中的相互作用，但没有考虑到右转车流。所以用冲突点法计算右转交通量比较大的入口的通行能力时会产生较大的误差。

停车线法和冲突点法都没有考虑过街行人交通量及在没有行人专用相位的情况下，右转车辆对过街行人的影响。这五种方法各有利弊，本文从我国信号交叉口的实际情况出发，根据实际调查的数据，计算各类型交叉口车道通行能力，并与实测通行能力进行对比，得出不同类型信号交叉口适用的通行能力计算方法。

2.5 影响信号交叉口通行能力的因素

信号交叉口通行能力是指在正常交通条件、道路条件、信号设计条件下所能通过交叉口的最大小时流量。由此看出，影响信号交叉口通行能力的因素包括： （1）交通条件 交叉口每条进口道的交通量、流向分布、车型组成等； （2）道路条件 交叉口形式、车道数、车道宽度、车道坡度以及车道功能划分等； （3）信号条件 信号相位、信号配时、控制类型等。

这些影响因素中任一因素发生变化都将导致通行能力的变化。

第3章 某市信号交叉口通行能力实例及分析

3.1 交通调查

交通调查是指为了找出交通现象的特征性趋向，在道路系统的选定点或路段，收集和掌握车辆或行人运行状况的实际数据所进行的调查分析工作。信号交叉口通行能力作为一项基础指标，对确定交叉口几何尺寸、选择信号配时方案和制定交通决策起着非常重要的作用[20]。本章对信号交叉口通行能力研究所需的数据采集过程进行了详细的描述。首先，通过对某市信号交叉口的调查，获得了交叉口的详细信息，确定交叉口的种类及分布：然后选择本次研究的调查地点，对研究所需的数据采集过程及内容进行描述：最后对采集的基础数据进行初步的整理与分析。

3.1.1 调查对象及要求

调查时间：2011年某工作日、天气晴好的交通高峰时段，本次的调查时间为早7:10-8:10。

调查对象是城市道路信号交叉口，选择的都是十字交叉口，因为对于T行交叉口或畸形交叉口也能用十字交叉口的调查数据进行修正得到需要的通行能力等相关系数。调查对象是城市道路信号交叉口，选择的是典型信号控制交叉口。调查对象为三相位的信号交叉口，调查对象为个流向的各类型机动车，还包括部分非机动车。

数据采集是城市信号交叉口通行能力研究的基础和关键，数据采集的质量直接关系到后期通行能力的研究，因此无论是采集前的准备工作，还是采集过程中的现场工作以及采集后的数据整理工作，都必须认真，否则会使得后期分析研究后所得的成果与实际情况产生较大的误差。本次论文研究内容所涉及的调查数据均符合论文研究内容，具有较高的代表性，为下面的数据分析与相应研究成果的适用性奠定了基础。

正确选择调查地点的主要目的在于能够得到正确反映信号交叉口交通流特性的数据。数据的准确和“正常"与否直接关系到分析结果的偏差程度，为了能客观地获得信号交叉口的通行能力和服务水平评价标准，调查地点的选择必须以数据后期分析要求为依据。这样既可以减少观测时间，又可以降低由于调查地点选择不当而导致分析重复和失败的可能性，节省了宝贵的人力、物力和财力。所选择

的信号交叉口应具有代表性，典型性。

调查信号交叉口选取步骤主要有： (1)实地查勘； (2)列出可能的观测点； (3)详细查勘备选观测点； (4)确定调查点。

确定待调查的信号交叉口是开展交通调查最重要的准备工作，在锦州市区充分调研的基础上，从信号交叉口的典型性、普遍性、开展调查工作的方便性、经济性考虑，选择了某市某交叉口。

3.1.2 调查内容

交通调查是交通工程学科中一个非常重要的组成部分，交通工程学的发展在一定程度上依靠的是交通调查工作的开展和数据资料的积累与利用口引。目前，国内外研究道路通行能力的三种主要方法中均要有一定的实地观测数据作为分析依据。信号交叉口通行能力的研究更是如此。现场数据的调查是后期分析工作的第一手资料，现场调查数据的准确和“正常”与否直接关系到分析结果的偏差程度。因此，正确的数据调查与处理方法将给后面的分析建模工作在质量上提供可靠的保证。

影响信号交叉口通行能力的因素较多，大致包括道路几何条件、交通条件和信号控制条件三类。道路几何条件影响信号交叉口的交通运行特性，很多因素都将发挥作用，从而改变交通流中车辆的特性，影响饱和流中最小的车头间距，从而影响通行能力。如车道功能划分将决定不同流向的车流如何使用各车道、有无专用的右转或左转车道将对交通流的运行规律产生影响等；交通条件的影响也是不可忽视的，如交叉口每一引道每一流向的交通量和交通组成将直接决定交叉口的信号控制条件，而每一引道中大型车数量则分别会对相关的左、右转车流产生影响，从而改变该引道的实际饱和流率；信号控制条件确定了信号交叉口内交通流在时间上的运行规则。周期长度和信号配时方案将直接影响各流向交通流的通行时间。信号相位设计则与道路条件配合，决定交叉口交通运行的效率。本文从这三大类影响因素出发，确定了数据采集的内容，包括：

本次交通调查的主要内容为：

（1）信号交叉口几何条件，包括入口车道数、车道种类、车道宽度以及停车线位置等；

（2）信号交叉口控制参数，包括信号控制周期、相位数、信号周期、绿信比等； （3）通过信号交叉口进道口车辆类别、数目；

（4）车辆在交叉口的延误，包括各入口车道车辆的延误；

3.1.3 数据采集

以某市某交叉口为例，选择早高峰时期，对交叉口进行调查，得出调查数据如表3.1至3.4所示。

表3.1西进口调查数据

表3.3南进口调查数据

3.2 实例分析

根据现有方法的对比分析，应运用美国HCM方法计算信号交叉口的通行能力，其余四种方法对数据的调查条件要求严格，需测量数据繁琐。

3.2.1 实例计算

根据美国HCM中的运行分析法，计算过程如下：

坡度：+表示上坡，-表示下坡；NB：公共汽车停靠车站次／h；最小配时：人行横道最短绿灯时间；重型s车：多于4个轮的车；PHF：高峰小时系数；Nm：停放车次／h；干扰行人流：相冲突的行人／h；到达类型：类型1-5

表3.6相位

表3.7交通量校正

表3.8饱和流量校正

周期长c= 134s

Y(v/S)C0.859

i

每周期损失时间 L=12s

xC

(v

i

/SC)C

0.9435

CL

表3.10服务水平分析

在车道组的划分中，由于不存在重叠相，只要找出每一相最大流量比的查到组作为临界车道组。因此，南北向为南进口左转和北进口直行有最大流量比，东西向为东进口左转和直行有最大流量比。所以，最大关键流量比之和为0.150+0.205+0.138+0.366=0.859。而整个交叉口的极限比v/C=0.9435。

通过计算结果可以看出：锦州解放路-士英街交叉口的极限v/C比小于1.0，说明整个信号和几何线形设计对现状的流量有足够的通行能力。但某个车道组v/C大于1.0，需进行改进，以提高信号交叉口的通行能力[21]。

3.2.2 提高信号交叉口通行能力的改进措施

针对某市某交叉口的实际情况和通行能力计算，得出交叉口某个车道组对流量没有足够的通行能力，需进行改进，保证交通的顺畅。

根据计算分析，路口的改进措施可以只考虑调整周期长度和重新分配绿灯时间。

改进后信号周期为：

C

1.5L5

1631Y （3-1）

根据计算，信号周期为163s，将信号周期长调整为160s，四个相位的实际绿灯时间计算为，第一相南北左转27s，第二相南北直行66s，第三相东西左转29s，第四相东西直行38s，运用上述方法重新分析各个车道组的通行能力，计算数据如下：

表3.12调整后服务水平分析

根据计算数据可知，交叉口北进口执行车道组v/C比由1.337降到0.930，整个交叉口的极限比v/C等于0.9286（小于1.0），得出结论，该提高信号交叉口通行能力的改进措施有效。

第4章 提高城市道路信号交叉口通行能力的对策分析

道路与道路在同一平面相交的路口称为平面交叉口进入平面交叉口的车辆，由于行驶方向的不同，彼此产生的交错方式也有所不同。同一行驶方向的车辆向不同方向分开行驶的地点称为分流点；不同行驶方向的车辆以较小的角度向同一方向汇合行驶的地点称为合流点；不同行驶方向的车辆以较大的角度相互交叉的地点称为冲突点。上述三种不同类型交错点的存在直接影响了交叉口车辆运行的状况，对交叉口处车辆运行的速度、流量以及交通事故的产生都有着重要的意义。当交叉口处交通流量不大时，交叉口的秩序可以由通过车辆本身进行维护，但是当交通流量达到一定限度时，交叉口处运行车辆的通行秩序将无法继续维持，可以通过设置外在的交通信号加以控制，使得交叉口处车辆的运行恢复正常。使用信号机控制交通流的交叉口称为交通信号控制口。交通信号控制的目的是通过交通信号机不同颜色灯光的周期显示，对交叉口相互交错的的交通流分配通行权，以形成畅通且有秩序的交通流，从而减少干扰以提高交叉口的通行能力和车辆通过时的安全条件[22]。

研究城市信号交叉口通行能力，必须要先对信号交叉口及其交通流运行特性有所了解。

4.1 我国城市道路信号交叉口总体特性

我国城市交叉口的通行能力普遍较低。这是由诸多原因综合而成的，其中较为突出的几点是：

（1）非机动车对机动车干扰情况严重

如今我国城市居民的出行方式中，自行车、步行等非机动车出行方式占了很大的比重。城市交叉口本身就是多路交通流的汇集地，再加上非机动车的干扰，使交叉口处的交通状况更显复杂，当然也会影响到城市交叉口的车辆运行效率，影响到整个交叉口的通行能力。 （2）车辆性能较差

和发达国家车辆相比，我国车辆的整体性能较差，车况也不理想。车辆在交叉口处的启动加速、制动等性能直接影响到交叉口处车辆之间的跟车时距，从而降低了交叉口的通行能力。 （3）机动车驾驶员因素

包括其反应时间及职业素质。反应时间越长，延误就会增加，交叉口通行能力降低。另外，机动车驾驶员是否遵守交通规则，对整个交叉口的通行能力有着较大的影响，尤其是无信号灯控制交叉口。 （4）行人等因素的影响

受我国城市单一中心城区传统模式的影响，许多城市的中心城区内交通压力巨大，中心城区内的交叉口处行人流量也大得惊人，此现象在我国诸多中、小城市尤为明显。如果行人流量达到一定程度，而交叉口上又没有行人过街天桥或地下人行通道等交通设施，行人在交叉口又不遵守交通规则，那么行人就会严重影响机动车流的运行，将会使整个交叉口的通行能力显著下降。

4.2 提高信号交叉口通行能力的对策

解决交叉口现存在的问题可通过平面交叉口交通组织优化设计这种方法，平面交叉口的交通组织优化设计就是要确定交叉口各种交通流的合理通行空间、通行权及其通行规则，使交叉口内各交通流安全有序地运行，同时交叉口的时间和空间资源得到充分的利用。

根据平面交叉口各种交通组织优化组织方法所采取措施的应用层面不同，可以将其分为宏观交通组织和微观交通组织两个层面。 （1）平面交叉口宏观交通组织方法

交叉口宏观交通组织主要是通过政策法规等措施对进入交叉口的交通量进行控制。当交通量达到饱和与过饱和的情况下，只通过微观交通组织无法解决交叉口交通拥堵的问题，必须对交通量进行宏观交通组织，才能改变交叉口的交通压力。宏观交通组织主要通过限制交通量的流向和交叉口的交通总量对交叉口进行控制的。

根据交通特性的分析，可以利用优化方法以减少甚至消灭冲突点，即进行冲突点控制。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，减少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。 ①冲突点的空间分离

一般常采用交通渠化的方法，即对于同一平面上行驶的各种交通流，采取各种分离的措施，可使不同方向、不同类型或不同速度的交通流按所划分的车道“各行其道”，互不干扰。

通过此方法，可以把随机冲突点固定下来，利用路口的导流带、导向线、导

向车道以及停车线、人行横道等交通标线，缩小路口冲突范围，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。通过时间分离冲突点可大大改善交叉口的通行秩序，提高其安全水平。

（2）平面交叉口微观交通组织方法

平面交叉口微观交通组织，也就是通常所说的交叉口交通渠化。交叉口的交通渠化是指在交叉口范围内，通过布设交通岛、交通标志和在路面上标线等方法，引导或强制不同流向的车辆和行人各行其道，将错综复杂的交通流引入指定的交通路经，这种交通分离措施称为交叉口的渠化。通过交叉口的渠化可以使交叉口的使用空间通行权的划分更加明确，减少各种类型的交通方式在交叉口的冲突，从而降低交叉口的事故率，提高了交叉口运行的安全性。

一般信号交叉口的交通渠化主要从以下几个方面进行考虑： ①合理渠化左转弯导向车道

根据各流向流量数据设置相应得导向车道，当左转交通量大于该进口方向总的交通流量15%时，应设置专用左转导向车道。在设置左转专用导向车道的同时应该根据交叉口条件合理调整中心护栏的位置，避免直行车道对着中心护栏的现象发生。

两相位信号交叉口，对左转专用车道和直左混行车道应划分左转弯车辆的待驶区；多相位信号交叉口，对左转弯的车辆应通过设置导流线来规范行驶轨迹；对于先放直行车辆后放左转车辆的多相位信号交叉口，专用左转车道的前端可设置左弯待转区。

②合理渠化右转弯导向车道

在交叉口线型宽度允许条件下，一般应设置右转专用车道，并根据右转弯车辆行驶轨迹，设置右转弯车辆的导流线，规范右转车辆的行驶路线。对于主要道路与次要道路相交的交叉口，应尽可能利用次要道路(不小于6m)开辟右转弯导流车道。

③根据交叉口非机动车流量及行驶秩序，渠化非机动车禁驶区和非机动车右转弯停止线；在交叉口非机动车流量较大时，经常会占用机动车的右转车道，严重干扰右转弯机动车行驶时，为了规范行驶秩序，可在进口方向设置非机动车隔离设施。

④合理规划公交停靠站的位置，尽量在交叉口的出口处50m以外设置港湾式停靠站，减小公交停靠及行人的上下车对交叉口的交通秩序的影响。

⑤完善各种指路、指示、禁令标志。

4.3 提高信号交叉口通行能力的总体原则

以减轻、缓解交叉口拥挤为主要目的的交叉口优化，首先要知道该交叉口的交通容量。交通容量因道路的幅宽、车道的使用方法、信号控制方法等而不同，如果到达交叉口的交通量超过交通容量，这发生交通拥挤现象。因此要从各个角度探讨研究在现有条件下增大交通容量的方法： (1)交叉口的面积在保证需求的条件下尽量小。 (2)将左、右转交通和直行交通分离。

(3)注意交叉口的几何结构与交通控制方法的匹配。 (4)注意相位数不可增加过多。

(5)进口道的车道数一般应小于或等于出口道的车道数。

(6)在交叉口进口道有左转交通，要尽可能设置左转专用相位和左转专用车道。 (7)信号周期长度不要设计过长。

(8)在设计信号相位方案时，要考虑到确保交通流的连续性，并且使驾驶员容易看懂。

(9)人行横道尽量与车道成直角设置。 (10)设置与车道分离的人行道。

第5章 结论

本论文在分析通行能力研究现状的基础上，对城市道路信号交叉口通行能力进行了分析研究，对比五种通行能力研究方法，总结其利弊，本文主要针对某市典型信号交叉口，进行了数据采集和分析，计算信号交叉口通行能力。主要成果如下：

(1)分析了国内外道路通行能力的研究现状和成果。

(2)介绍了五种传统的通行能力计算方法：停车线法、冲突点法、《城市道路设计规范》中介绍的方法、我国公路通行能力手册方法、美国HCM运行分析法。 (3)对某市典型信号交叉口进行数据采集，调查路口的道路条件和相位设计情况，并对调查数据进行交通量校正，计算相关内容，包括饱和流量校正、通行能力分析、服务水平分析，根据计算结果分析该信号交叉口设计、配时方案等是否合理，根据本次调查研究，对该信号交叉口的配时方案进行调整，调整后，其极限比在要求范围内（极限比v/C小于1.0），通行能力能够满足交通量需求。

(4)针对我国城市道路信号交叉口总体特性，找出存在问题，提出提高信号交叉口通行能力的对策。

参考文献

[1] 杨小宝, 王文凯. 道路通行能力研究现状及展望. 中外公路, 2006, 8, 26(4):217 [2] 陈德望, 汤淑明, 宫晓燕, 刘小明. 城市交叉口交通信号控制研究的发展与展

望. 自动化博览, 2002(0l): 50.

[5] 徐立群, 吴聪, 杨兆升. 信号交叉口通行能力计算方法[J]. 交通运输工程学

报, 2001, 1, 1(1):83-85.

[6] 杨峰. 城市平面信号交叉口评价体系研究. 北京工业大学硕士学位论文[D],

2001.

[9] 马健霄, 吕志英, 王大明. 城市道路通行能力分析与改善技术[J]. 南京林业

大学学报(自然科学版), 2001, 2, 25(2):71-73. [10] 周商吾. 交通工程. 上海: 同济大学出版社, 1987.

[12] 史忠科, 黄辉先, 曲仕茹, 陈小峰. 交通控制系统导论[M]|. 北京: 科学出版

社, 2003, 6.

[13] 段里仁. 道路交通自动控制[M]. 北京: 中国人民公安大学出版社, 1991. [14] 杨佩昆, 吴兵. 交通管理与控制(第二版) [M]. 北京: 人民交通出版社, 2002,

7.

[15] 任福田等译. 美国交通研究委员会专题报告209号: 道路通行能力手册. 北京:

中国建筑工业出版社, 1991.

[16] 张起森, 张亚平. 道路通行能力分析[M]. 北京: 人民交通出版社, 2002. [17] 王运玲. 信号交叉121通行能力及系统仿真基础研究[D]. 长安大学, 2005. [18] 陈宽民, 严宝杰. 道路通行能力分析[M]. 北京: 人民交通山版社, 2003, l0.

致 谢

本论文是在老师亲切关怀和悉心指导下完成的。老师严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深的感染和激励着我。从论文的选题到开题报告，从写作提纲到论文的最终完成，老师始终给予了我细心的指导和不懈的支持。

在论文的写作过程中，老师不厌其烦的为我指出论文稿中的错误，严格把关，循循善诱，指导我们做数据的实地调查，讲解论文中疑难问题。陈老师深厚的理论基础、丰富的实践经验、严谨求实的治学态度，让我受益非浅。

在论文完成之际，首先，我要感谢陈老师，老师作为我的导师和《交通工程学》课程老师，给予了我很多帮助和支持，老师，您辛苦了！

再次，我还要感谢我所有的大学老师，不积跬步无以至千里，这次论文能够顺利完成，归功于各位老师的认真负责，是我能很好的正握专业知识，并在毕业论文中得以体现。谢谢老师们的辛勤栽培！

最后，感谢我的同学，感谢我的亲人们！

在此，谨向两年来给予我关心的良师益友和亲人们致以最诚挚的谢意!

附 录