信号交叉口通行能力计算方法探讨

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信号交叉口通行能力计算方法探讨

张桂梅，李国文（长安大学汽车学院，西安 710064）

摘要：介绍目前国内外常用的两种计算信号交叉口通行能力的方法(停车线法、冲突点法)，以某个具有代表性的信号交叉口为例，通过用两种方法分别计算该交叉口的通行能力，并将结果进行比较，分析哪种方法得到的结果较接近于实际的交通情况，找出较适合我国特有的某些交通条件和混合交通流特性的通行能力计算方法。旨在为我国的信号交叉口通行能力的计算提供一个参考的标准。

关键词：信号交叉口；通行能力；交通量饱；流率模型；停车线法；冲突点法

中图分类号：U491

Signalized intersections Calculation Method

Zhang Guimei, Li Guowen

(Chang'an University Automibile college,XiAn 710064)

Abstract: Article describes two common computing signalized intersections method at home and abroad (stop line method, the conflict point method), in the example of a typical signalized intersection , two methods were used to calculate the intersection traffic capacity, and the results were compared, analysis of which methods get results closer to the actual traffic situation, endemic to China to find out some more suitable for the traffic conditions and the mixed traffic flow of traffic capacity calculated. Designed to our calculation of signalized intersections to provide a reference standard. Keywords:Signalized intersection; capacity; traffic saturation; flow model; stop line method; conflicts point method

0 引言

目前国内外计算城市信号交叉口通行能力的方法很多，每种方法的适用范围并不相同。其中，大多数的计算方法是国外引进的，他们是根据自己的交通特点得到的，因此并不适合中国的交通特点。我国的许多学者根据我国混合交通流特征、交叉口基础设施、信号设计条件及车行道条件，提出了信号交叉口通行能力的计算方法，常用的计算方法有停车线法、冲突点法等。

1 基础理论

我国城市的经济发展快速和城市规模不断扩大，带动了城市交通事业的发展。城市内过快增长的机动车数量导致了城市交通的日益拥堵。城市交通拥堵的原因有很多，其中交叉口的设计不合理是原因之一。

城市交通的定义有广义和狭义之分，广义的城市交通是指在城市范围内，人与物之间的流动实现空间的移动，主要是城市道路上的交通；狭义的城市交通是指在城市的内部以及郊区的道路上实现人的出行以及人与物在位移的改变[1]。本文主要是针对狭义交通进行研究。

1.1 相关概念

1）交叉口是指两条或两条以上的道路相交的路段。

作者简介：张桂梅（1983-），女，硕士，交通运输. E-mail: [email protected]

的最大车辆数[2]。 2）通行能力是在一定的道路和交通条件下，道路上某一路段单位时间内通过某一断面

3）交通量是在指定时间内通过道路某地点或某断面的车辆、行人数量。通常指机动车交通量。

4）饱和流率（V/C）是指在一次有效绿灯时间内，进口道或冲突点上连续车队能通过停车线或冲突点的最大流量（单位：veh/h）。

1.2 道路通行能力及信号交叉口通行能力的主要影响因素

道路通行能力的主要因素有道路状况、车辆性能、信号设置、交通管理、交通环境、驾驶技术和天气等。

信号交叉口通行能力的主要影响因素有车道条件及权限分布、交通信号灯周期等。 2 交叉口通行能力计算方法

道路的交叉口是道路的瓶颈，往往决定了道路的通行能力。合理的设计道路交叉口，有效的组织管理是提高道路通行能力和保障交通安全的重要方面，平面交叉口的通行能力实际上只有路段通行能力的23%—45%[3]。

2.1 交叉口分类

道路交叉口分平面交叉口和立体交叉口两类。平面交叉口存在冲突点，这是由于车辆的行驶方向不同，在通过平面交叉口时，相互交叉形成的。冲突点越多，平面交叉口的交通安全和通行能力越低。通常采用交通信号灯组织交通来提高交叉口的通行能力。

本文主要针对的平面交叉口进行研究，不考虑立体交叉口。

2.2 交叉口通行能力分类

交叉口通行能力大体分为三类：基本通行能力、可能通行能力、实际通行能力。

1．基本通行能力

基本通行能力是指道路与交通处于理想情况下，每一条车道(或每一条道路)在单位时间内能够通过的最大交通量。公式如下： Nmax=[1**********]0v== （veh/h） l0t0l0.6)

其中：v—行车速度(km／h)；t0—车头最小时距(S)；l0—车头最小间隔(m)；lc—车辆平均长度(m)；la—车辆间的安全间距(m)； lz—车辆的制动距离(m)；lf—司机在反应时间内车辆行驶的距离(m)。

2．可能通行能力

可能通行能力的计算是在基本通行能力再乘以此修正系数得可能通行能力：

Nk=Nmaxγ1γ2γ3γ4γ5γ6

① 车道宽度修正系数γ1；② 侧向净空的修正系数γ2；③ 纵坡度修正系数γ3；④ 视距不足修正系数γ4；⑤ 沿途条件修正系数γ5；⑥条件修正系数为γ6。

3．实际通行能力

s

路规划和设计的依据。N实际通行能力N可能通行能力乘以给定服务水平的服务交通量与通行能力之比。是道s=Nk×服务交通量÷通行能力(veh/h)

2.3 通行能力的计算方法

国内常用的计算方法是停车线法、冲突点法[4][5]。

方法一：停车线法

停车线法，即以进口处车道的停车线作为标线，通过该断面的车辆就认为已通过交叉口。

1) 一条专用直行车道的通行能力：

Nz=3600tl−ts× Tztj

式中：Tz—信号灯周期时间,tj—前后两车通过停车线的平均间隔时间，tl—每个周期内绿灯时间,ts—一个周期内的绿灯损失时间，包括起动、加速时间，通常只计算加速时间损失t加=v，经验取平均值2.3s；v—直行车辆通过交叉口的平均车速，通常取13～15 2a

km/h；a—平均起动加速度，中小车0.6～0.7，中型车0.5～0.6，大型车0.4～0.5。

2) 一条右转专用车道的通行能力：

Ny=y(veh/h)

式中：ty—前后两右转车辆连续驶过停车线断面的间隔时间。

3) 一条左转车道的通行能力（设左转信号灯）

NL=n×3600(veh/h) Tz

式中： n—在一个周期内允许左弯的车辆数。

4) 直、左混合行驶时一条车道的通行能力

⎛3⎞Nzz=Nz⎜1−βl⎟K(veh/h) ⎝4⎠

式中：βl—该车道中左转车比例；K—折减系数，取0.7～0.9。

5) 直、右混行一条车道的通行能力(Nzy )

右转车时间一般为直行车时间的1.5倍．以ny表示右转车所占百分率，则：

⎛β⎞Nzy=Ny⎜1−r⎟K(veh/h) 2⎠⎝

式中：βr—该车道中右转车比例；K—折减系数，取0.7～0.9。

整个信号交叉口的通行能力为各个进口的直行、左转、右转各项通行能力之和。 方法二: 冲突点法

我国学者根据对车辆通过信号交叉口的实际运行状态的分析，同济大学提出了以冲突点为控制点，计算车辆通过冲突点的信号交叉口通行能力的方法，即为冲突点法。该方法考虑了混合交通的影响。

综合各种情况，统一公式为：

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n=G−αm−β+m hm http://www.paper.edu.cn

β—有无专用左转车道时的得、失时间。有专用左转车道，β=tlh−tst，无专用车道，β=tsh−tst。αm—由穿越空档所致的损失时间，直行车道，αm=α1=g(τ−2h1)；m—进口道直行车道的条数。当相对的2条道路交通情况均相近时，nN=nS,nE=nW；当相对的2条道路交通情况各异时，需分别计算出通过各冲突点的通行能力，最后得到整个交叉口的一个周期的通行能力。

最后，一个交叉口1 h的通行能力为：

N=3600

Tc∑n (veh/h)

2.4 饱和流率修正模型

交叉口的通行能力由每个车道组决定。饱和流率是假定某车道组在全绿灯条件下，所能通过的最大车流量，单位：辆／有效绿灯时间。修正计算公式[6]：

S=S0×N×fw×fHV×fg×fp×fbb×fa×fRT×fLT

式中：

道数； S0—车道组在理想条件下的饱和流率；S—车道组饱和流率；N—车道组中车fHV—交通流中大中型车修正系数；fg—引道坡度修正系数；fp—停车修正系数；fbb—公交车在交叉口范围内阻塞影响作用的修正系数；fa—地区类型修正系数；fRT—车道组右转车辆修正系数；fLT—车道组左转车辆修正系数；

本公式不考虑行人和自行车。

3 信号交叉口交通流分析与计算

3.1 调查研究

每一种方法都有其优缺点，采用多种方法对比应分析，选择最适合的方法。

分析方法：人工观测法；

工具：秒表、调查记录表；

原理：观测并记录单位时间通过路口的车辆数量，观测单位为5秒；

选择对象：固定周期交叉口饱和流率。

3.2 路口的选取

1．选取原则

⑴有信号灯

⑵路口相对重要

⑶记录位置容易选取

2．交通量数据获得观测方法

观测交通量时,计时间隔一个小时，高峰小时的计数时段可变小。信号交叉口流量观测的计数时段宜与信号周期时长相匹配。

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3.3 调查方案 http://www.paper.edu.cn

本文对西安某交叉口，选用两种计算信号交叉口通行能力的计算方法进行分析和比较，能找到一种适合我国交通流特性的方法，在以后的实际工作中准确地计算信号交叉口的通行能力，为以后的道路交叉口的设计规划提供理论依据。

3.4 调查数据分析与计算

通过对一个方向上的交通量通过两种方法的计算，比较计算结果，得出结论。

表1：交叉口信号配时

1）西进口为例——停车线法

第一部分：计算饱和流率和通行能力[7]

表2：西进口饱和流量观测资料汇总

Table2: Western imports Saturation Flow Summary observations

时间/min

79 81.5 105 95.5 99.5 108.5 90 93 97.5 通过停车线车辆/辆

17 17 17 17 17 17 17 17 17 观测饱和间隔数 4.79 6.18 5.62 5.85 6.38 5.29 5.47 5.74 每0.1min的驶出率/%

表3：各时段四个进口的交通流

Table 3: four hours of traffic flow of imports

西 东 南 北 总计

7:35-8:35

由于绿灯初期车辆起动和最后间隔车辆减速等的影响，使这两个间隔有损失时间，故计算饱和流量应去除第一和最后间隔的车辆数和时间。

饱和流量：

S=4.79+ 6.18+ 5.62+ 5.85+ 6.38+ 5.29+ 5.47+ 5.74=5.67 veh/0.1min 8

每小时的饱和流率值为3399 veh/h。

通行能力：

c=s×⎜58+2⎛g⎞=1121 veh/h ⎟=3399×C182⎝⎠

第二部分：交通量修正模型

（1）直行车道组交通量修正：

vp=V/PHF=850=895veh/h 0.95

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（2）确定车道组，设：修正后的车道组需求流率为v，v=vp=895veh/h 第三部分：计算直行道的饱和度v/c：

v/c=895=0.799 1121

第四部分：评价：

饱和度v/c=0.799＜1，理论上是顺畅的。

2）西进口为例——冲突点法

第一部分：

表4：各时段交通量统计表 Table 4: The time traffic tables

7：30-8：：30-12：：00-3：00 高峰时段 5：30-6：30

高峰小时交通量

692 最大交通量

表5：交叉口西进口道直行饱和车流组成及车头时距

Table5: Import Road intersection west traffic flow composed of saturated straight and headway

车辆类型 大 中 小

平均车头时距（s） 饱和车流中的车辆比重

根据表5计算得到混合饱和车流的平均车头时距ht：

ht=4.98×18.26% +3.14×10.85%+1.74×70.89%=2.484s

饱和流率：

s=36003600==1450veh/h 2.484ht

60+2⎛g⎞=562veh/h ⎟=1450×160⎝C⎠通行能力： c=s×⎜

第二部分：交通量校正模型：

（1）直行车道组交通量校正：

vp=V/PHF=692=729veh/h 0.95

（2）确定车道组：西进口道有6个行车道，有2个直行车道，可认为直行车道的使用是均匀的。

（3）设：校正后的车道组需求流率为v，其值的大小与vp相等即：

v=vp=834 veh/h

第三部分：计算直行道的饱和度v/c：

v/c=729=1.297 562

第四部分：评价：

因为 v/c=1.297＞1.00，从结果可知，交叉口西进口直行道存在拥堵情况。

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交通拥堵的情况的。 http://www.paper.edu.cn 一个路口的相同方向采用不同的方法计算，得到的结果相差很大，实际该路口在是存在

4 结论

本文给出了国内常用的两种计算交通通行能力的方法，通过对比分析可知，应用冲突点法比应用停车线法计算出来的结果较接近于实测结果。原因可能是停车线法以停车线为控制断面，经过停车线的车辆并不是都及时通过交叉口，而是在各交叉口的冲突点停滞等待通过，造成车辆延误，降低交叉口的车辆通过率。

比较而言，冲突点法比较适合中国的混合交通流的计算。交通量由交通调查和交通预测确定。交通量调查及预测的准确度与可信度等将直接影响到项目决策的科学性和工程技术设计的合理性。

[参考文献] (References)

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[7] 文国玮.《城市交通与道路系统的规划》[M]. 北京：清华大学出版社，2001. 马跃龙.《交通运输通论》[M]. 交通部. 1996 易生平.《城市交通拥塞的机理分析及平面交叉口的动画仿真程序开发》[D].北京：北京理工大学.2003. 袁晶矜，袁振洲.《信号交叉口通行能力计算方法的比较分析》[J].北京交通大学交通运输学院.2006. 李冬梅，李文权.《道路通行能力的计算方法》[J].江苏:2002. 李家杰, 郑义.《影响城市道路通行能力因素分析》2006. 徐立群，吴聪，杨兆升.《信号交叉口通行能力计算方法》[J]. 吉林: 2001.