交叉口的vissim仿真與優(yōu)化畢業(yè)論文

1、山東理工大學(xué)畢業(yè)論文摘要隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷加快，城市交通量急劇增加，引發(fā)了一系列嚴(yán)重的交通問題和社會問題。作為交通網(wǎng)絡(luò)重要組成部分的交叉口，往往是交通擁堵、交通事故、交通延誤等交通問題的多發(fā)地帶，成為整個交通網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。近年來，淄博市張店區(qū)交通問題日益凸顯，整個城市的交通設(shè)施、管控水平急需進(jìn)一步組織優(yōu)化。因此，本文結(jié)合張店交通實際，深入研究平面信號交叉口的交通組織優(yōu)化方法，具有重要的現(xiàn)實意義和實用價值。本文首先運用交通流理論分析了交叉口處的交通流運行特性，揭示了交叉口交通問題的成因和根源，為解決此類問題找到了切入點和依據(jù)。接著從優(yōu)化原則、放行方法、渠化設(shè)計和信號優(yōu)化控制等幾個

2、方面，詳細(xì)探討了平面信號交叉口交通組織優(yōu)化理論和方法，指出了各種優(yōu)化措施的實施方法、適用條件和注意事項。最后，利用本文所研究的優(yōu)化理論對張店南京路與新村路交叉口進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，并運用VISSIM仿真軟件進(jìn)行仿真實驗。仿真結(jié)果表明，根據(jù)本文研究的交叉口交通組織優(yōu)化理論為解決交叉口交通問題提供了方法和依據(jù)，提出的優(yōu)化方案具有很強(qiáng)有效性和可行性。關(guān)鍵詞：平面信號交叉口，交通組織優(yōu)化，放行方法，渠化，信號控制AbstractWith rapid development of economy and the accelerating process of urbanization, the urban t

3、raffic flow has been increased sharply, which brings a series of traffic problems and social problems. As an important component of traffic network, the intersectionwith signals is always regarded as the frequent issues area of traffic jams, traffic accidents and traffic delays etc.,meanwhile, it wi

4、ll be the bottleneck for the entire transport network. Recently, the traffic problems in ZiboCity zhangdian district have been emerged up, simultaneously, the transportation facilities and managements in this city need further optimization urgently. Therefore, there is a deep research on optimizatio

5、n methods of traffic organization for intersections with signals in Zibo City zhangdian district in this paper. It will have important significance and practical value in future. Firstly, the characteristics of traffic flow in intersection is analyzed in traffic flow theory in this paper, and the ca

6、uses of traffic problems occurred in intersection are also revealed to solve such problems. Secondly, the theory and methods of traffic organization optimization for intersection with signals are discussed in detail through optimization principles, discharging method, channelization design, signal o

7、ptimization control and so on. The suitable conditions, implementing methods, and cautions for optimization methods of traffic organization have been put forward. Finally, Zhangdian NanJing Road and New Village Road intersection is designed in this paper with the simulation experiments by software V

8、ISSIM. The simulation results show that, the optimization theory of traffic organization in intersection with signals provides ways and basis to solve the traffic problems. It has been proved feasible and effective. Keywords: intersection with signals, traffic organizing optimization, discharging me

9、thod, channelization, signal control摘要1ABSTRACT2第一章 引言51.1 研究背景及意義51.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀51.2.1 國外研究現(xiàn)狀51.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀61.3 本論文的研究內(nèi)容及技術(shù)思路71.3.1 研究內(nèi)容71.3.2 本研究的技術(shù)路線8第二章 交叉口通行能力和服務(wù)水平92.1 道路通行能力92.1.1 基本通行能力92.1.2 實際通行能力102.1.3平面交叉口的通行能力122.2 服務(wù)水平142.2.1 道路服務(wù)水平142.2.2 交叉口服務(wù)水平16第三章 平面交叉口的優(yōu)化理論及方法173.1 平面交叉口優(yōu)化設(shè)計的主要原則173

10、.2 平面交叉口交通流運行特性183.2.1 大型交叉口的概念183.2.2 平面交叉口機(jī)動車流特點203.3平面交叉口渠化設(shè)計263.3.1交通渠化的概述263.3.2 渠化設(shè)計的措施263.3.3交叉口渠化設(shè)計流程273.4交叉口信號控制和相位設(shè)計283.4.1 信號相位、階段、基本參數(shù)283.4.2信號控制方式的選擇29第四章 交叉口優(yōu)化方案評價指標(biāo)314.1 服務(wù)水平（效益指標(biāo)）314.1.1 飽和流率損失時間314.1.2 飽和度324.1.3 延誤324.1.4 排隊長度344.2 安全指標(biāo)354.2.1 人車分離度354.2.2 交叉口沖突數(shù)364.2.3 交叉口安全度364.3

11、 小結(jié)37第五章 實例分析395.1 南京路與新村西路交叉口概述395.1.1 交叉口附近交通、土地使用情況395.1.2 交叉口道路基本情況395.1.3 交叉口的設(shè)施情況405.1.4 交叉口的信號配時425.2 交通調(diào)查435.2.1 交通量調(diào)查方案435.2.2 延誤調(diào)查方案435.3 交叉口交通數(shù)據(jù)分析與仿真445.3.1 交叉口交通量445.3.2交叉口的延誤調(diào)查及服務(wù)水平465.4 交叉口優(yōu)化方案及評價495.4.1 交叉口的優(yōu)化方案495.4.2 優(yōu)化設(shè)計方案的評價495.5 結(jié)論51結(jié)論52參考文獻(xiàn)53致謝55第一章 引言1.1 研究背景及意義隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市

12、化速度不斷加快，機(jī)動車數(shù)量不斷增加，城市交通量快速增長，現(xiàn)階段的城市交通問題是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然結(jié)果：交通延誤增加、事故頻發(fā)、行車時間增加、環(huán)境污染加重、經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到限制。城市交通問題嚴(yán)重，解決交通擁堵問題迫在眉睫。新時期，大城市的交通滯后，已經(jīng)不是一個簡單的增量配套問題，而是包含了城市布局和整體交通格局的質(zhì)的變革，并以此反過來影響改革開放和社會經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。對于城市交通，交叉口往往成為道路的關(guān)鍵。作為節(jié)點，交叉口成為車輛匯集和分流的所在地，在這里，行駛在道路上的機(jī)動車、非機(jī)動車、行人等都有直行和轉(zhuǎn)向的不同需求，相互之間產(chǎn)生干擾，引發(fā)交通事故，許多的交通問題正是由于交叉口的問題沒有處理好，導(dǎo)

13、致了道路的擁堵，城市交通問題得不到緩解。因此，對交叉口的運行狀況進(jìn)行分析，找出交叉口存在的問題，提出相應(yīng)的解決方案，減少擁堵、交通事故的發(fā)生，提高交叉口的通行能力，減少車輛在交叉口的行駛時間，減少廢氣排放，改善環(huán)境和城市的交通狀況。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 國外研究現(xiàn)狀早在1868年，英國倫敦Westminster街口出現(xiàn)了最早的交通信號燈，從此誕生了第一個信號交叉口，圍繞著交叉口的研究發(fā)展起來。美國、英國等一些國家率先對此進(jìn)行了研究，他們以連續(xù)的交通流為前提，提出了左右轉(zhuǎn)專用車道、渠化交通設(shè)施等方法，在交通管理方面采用信號控制與交通規(guī)則相結(jié)合的方法，如采用多相位控制、禁左或禁右、優(yōu)先

14、原則等，來提高交通安全與通行能力。發(fā)達(dá)國家在信號交叉口方面的研究已經(jīng)比較成熟，很多專家學(xué)者在交叉口的信號配時、交叉口延誤計算和分析以及交叉口的交通模擬等方面取得豐碩的研究成果。在信號交叉口優(yōu)化方面，1999年日本專家Inoue和Takeshi通過用仿真模型再現(xiàn)交通狀況，用事件掃描法對設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化和評價，并在十字路口進(jìn)行實驗的方法，研究了交通高峰的擁擠狀態(tài)下，信號協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)相位差的設(shè)計方法;2000年美國南弗羅里達(dá)大學(xué)HushamN.Abdulsattar對駕駛員在信號交叉口左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)時給行人讓行的特性進(jìn)行了研究。在車輛檢測方面，20世紀(jì)30年代開始在美國、英國生產(chǎn)了氣動橡皮管式的車輛感應(yīng)

15、信號控制器，用以檢測交通流量，調(diào)整綠燈時間長短，減少車輛在路口的延誤，比定時控制靈活。在計算機(jī)應(yīng)用方面，首先出現(xiàn)了模擬電子計算機(jī)，1952年在美國丹佛市安裝，后稱為“PR”系統(tǒng)。1963年多倫多市第一個完成了以數(shù)字計算機(jī)為核心的城市叫控制系統(tǒng)（UTC系統(tǒng)），接著西歐、北美、日本很快也建立了改進(jìn)式的UTC系統(tǒng)。在軟件開發(fā)方面，1967年英國運輸與道路研究實驗室的專家門研制了“TRANSYT”（traffic network study tool）。它是一個脫機(jī)仿真優(yōu)化的配時程序，應(yīng)用很廣。1980年英國又提出了SCOOT（split cycle offset optimization techn

16、ique）實時自適應(yīng)交通控制系統(tǒng)，接受進(jìn)口道上游安裝車輛檢測器所采集到的車輛到達(dá)信息，通過聯(lián)機(jī)處理形成控制方案，并可實時調(diào)整綠信比、周期長度及時差等參數(shù)，使之同變化的交通流相適應(yīng)。1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀改革開放以來，學(xué)術(shù)界出現(xiàn)百家爭鳴、百花齊放的可喜景象，許多專家學(xué)者潛心專研刻苦攻關(guān)，在許多的領(lǐng)域取得了領(lǐng)先水平?，F(xiàn)代交通領(lǐng)域正是在這時候發(fā)展起來，國內(nèi)涌現(xiàn)出一大批學(xué)者在城市交通方面取得許多成果。三十多年來，經(jīng)過努力許多學(xué)者在交叉口的設(shè)計方面積累了豐富的經(jīng)驗，產(chǎn)生了許多先進(jìn)的理論。在信號配時方面，國內(nèi)的研究成果主要集中在基于不同算法的信號配時方法，根據(jù)不同交叉口的不同情況，采用不同的模型對交叉口

17、進(jìn)行信號配時。2006年王秋平、譚學(xué)龍、張生瑞分析了城市單點交叉口交通流特性與通行能力，建立以平均延誤時間最短、平均停車次數(shù)最少為目標(biāo)，以相位有效綠燈時間、飽和度及周期時長為約束條件的城市單點交叉口信號配時優(yōu)化非線性函數(shù)模型，用遺傳算法及遺傳模擬退火算法對其進(jìn)行求解。2008年葛艷新，周宇鵬分析了現(xiàn)行交叉口定時信號配時設(shè)計流程中存在的不足，提出了將空間設(shè)計和時間設(shè)計結(jié)合起來的新的信號配時優(yōu)化設(shè)計流程，建立了三目標(biāo)配時優(yōu)化模型，并以此模型為基礎(chǔ)進(jìn)行了實例分析，證明該模型優(yōu)于F.Webster模型，對我國城市信號交叉口的信號配時有一定的指導(dǎo)作用。2010年張?zhí)m，雷秀娟，馬千知以城市道路多個單點信號

18、控制交叉口組成的綠波系統(tǒng)為研究對象，對綠波系統(tǒng)的交叉口信號配時優(yōu)化進(jìn)行研究。通過對路段和干線機(jī)動車流進(jìn)行協(xié)調(diào)控制設(shè)計，以西安市某兩相鄰交叉口晚高峰時段各進(jìn)口道的交通量、通行能力、飽和流量以及各交叉口進(jìn)口道的實際車均延誤時間為約束，確定各交叉口的信號周期及各相位有效綠燈時長，使得干線延誤量最小。設(shè)計了PSO算法的編碼方式，分別采用PSO算法、災(zāi)變PSO算法和二階振蕩PSO算法對多交叉口交通信號配時進(jìn)行優(yōu)化計算。在交叉口渠化設(shè)計方面，國內(nèi)的許多研究成果主要集中在車道的設(shè)置及功能劃分，交叉口的拓寬設(shè)計，標(biāo)志標(biāo)線，行人和自行車的組織以及交通島的設(shè)置。2007年李添福論述了路口渠化設(shè)計的核心與原則:合理

19、約束;路口蓄車能量擴(kuò)充;時空資源優(yōu)化配置;行車路徑明晰便捷。介紹了依據(jù)中山市地方實際而采用的路口車道布設(shè)及其幾何構(gòu)成的設(shè)計方法。探討改進(jìn)有關(guān)路口調(diào)頭車道、公交?？空尽⒛ν熊嚨纻鹘y(tǒng)的設(shè)計思路。譚智斌，袁華以泰州一典型復(fù)合交叉口為例，通過多方案的設(shè)計及比選，提出了復(fù)合交叉口渠化設(shè)計的思路、程序和方法，并對所選擇的設(shè)計方案進(jìn)行了仿真測試，結(jié)果表明所選擇的設(shè)計方案優(yōu)于其他備選方案，改善了原有交叉口交通流的紊亂現(xiàn)象。文章所提出的方法對此類交叉口的設(shè)計提供了一個參考。在道路線形設(shè)計和交通組織方面，2009年李小帥以北京交通發(fā)展研究中心項目北京市道路擁堵調(diào)查和緩堵措施研究為依托，綜合應(yīng)用了交通工程、系統(tǒng)工程

20、、計算機(jī)應(yīng)用等多門學(xué)科的知識，通過理論總結(jié)和分析、實地交通調(diào)查和數(shù)據(jù)處理計算以及微觀交通仿真，研究了大型平面交叉口的交通組織優(yōu)化。2009王梅，李文權(quán)針對老城區(qū)交叉口出現(xiàn)的問題及老城區(qū)有限的空間資源，提出對車輛、行人的交通組織、放行方式、交通管制等進(jìn)行優(yōu)化來改善交叉口的現(xiàn)狀，并對改善結(jié)果進(jìn)行評價。2011年龍科軍，陳群分析了禁左后交叉口通行能力與延誤的變化規(guī)律，以各交叉口各進(jìn)口道是否實施禁左交通管理為決策變量，以網(wǎng)絡(luò)上車流總的行駛時間最小為目標(biāo)，并期望通過禁左交通組織管理使得各路段與交叉口的飽和度在擁擠水平以下，建立了一定區(qū)域網(wǎng)絡(luò)上交叉口禁左交通組織優(yōu)化的雙層規(guī)劃模型，探討了以遺傳算法對該模型

21、進(jìn)行求解的方法。數(shù)值算例表明，通過該模型的優(yōu)化可最終確定各交叉口禁左交通組織形式，可以為城市禁左交通管制提供科學(xué)依據(jù)。1.3 本論文的研究內(nèi)容及技術(shù)思路對交叉口的研究，實質(zhì)是對其通行能力的研究。縱觀世界各國交通工程的發(fā)展，在通行能力方面上的研究中，基本都采用了三種方法：根據(jù)實測數(shù)據(jù)，建立速度-流量統(tǒng)計模型，估算通行能力；以跟馳理論為基礎(chǔ)，理論推導(dǎo)通行能力；構(gòu)建交通仿真模型，通過設(shè)計仿真實驗，估算通行能力，即經(jīng)驗法、理論法、和計算機(jī)模擬法。本研究采用第三種方法，利用vissim對交叉口的交通狀況進(jìn)行仿真分析，并提出合理的優(yōu)化方案。1.3.1 研究內(nèi)容1、 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：國內(nèi)外對交叉口的通行能力

22、、服務(wù)水平及其影響因素、國內(nèi)外學(xué)者所取得的成就等進(jìn)行綜述和評述，借鑒國內(nèi)外的研究方法及研究成果，確定本研究的研究方法及技術(shù)路線。2、 對交叉口通行能力和服務(wù)水平進(jìn)行介紹，通行能力評價用需求流率與通行能力之比（v/c）來表示，服務(wù)水平以每輛車平均控制延誤（s/輛）來評價。3、 淺述一下信號交叉口的交通組織優(yōu)化方法。4、 結(jié)合實例利用vissim仿真軟件對十字型信號交叉口進(jìn)行仿真與優(yōu)化。5、 最后為本研究的結(jié)論及有待于進(jìn)一步解決的問題。1.3.2 本研究的技術(shù)路線確定調(diào)查方案幾何參數(shù)交通參數(shù)信號參數(shù)車道組和需求流率飽和流率通行能力性能指標(biāo)：延誤排隊長度服務(wù)水平優(yōu)化方案圖1-1 論文的技術(shù)路線示意圖

23、第二章 交叉口通行能力和服務(wù)水平2.1 道路通行能力道路通行能力是道路規(guī)劃、設(shè)計及交通管理等方面的基本參數(shù)，其具體數(shù)值的變化隨道路等級、線型、路況、交通管理與交通狀況的不同而有顯著的變化。城市道路通行能力實際上主要受交叉口通行能力的制約，如交叉口管理不善致使通行能力不高，路段上通行能力再高也無法發(fā)揮作用。因此，本研究主要研究提高交叉口的通行能力。道路的通行能力和服務(wù)水平從不同的角度反映了道路的性質(zhì)與功能，通行能力主要反映道路服務(wù)數(shù)量的多少或能力的大小，服務(wù)水平主要反映了道路服務(wù)質(zhì)量的滿意程度。道路通行能力是道路能夠疏導(dǎo)或處理交通流的能力。美國曾定義為：“一定的時段和通常的道路、交通與管制條件下

24、，能合情合理的希望人或車輛通過道路或車行道的一點或均勻路段的最大流率，通常以輛/h或人/h表示?！蔽覈鴦t定義為：“道路通行能力是指道路上某一點某一車道或某一斷面處，單位時間內(nèi)可能通過的最大交通實體（車輛或行人）數(shù)，亦稱道路通行能量，車輛多指小汽車，當(dāng)有其他車輛混入時，均采用等效通行能力的當(dāng)量小汽車為單位（pcu）。 2.1.1 基本通行能力基本通行能力指道路與交通處于理想情況下，每條車道（或每一條道路）在單位時間內(nèi)所能夠通過的最大的交通量（N）。下圖為連續(xù)運行車輛前后車頭間隔的示意圖。圖2-1 基本通行能力計算示意圖設(shè)：v行車速度（km/h）； t0車頭最小時距（S）； l0車頭最小間隔（m）

25、; l車車輛平均長度（m）； l安車輛間的安全間距（m）； l制車輛的制動距離（m）； l反駕駛?cè)嗽诜磻?yīng)時間內(nèi)車輛行駛的距離（m）。計算的最大交通量為： Nmax=3600l0=3600l0v3.6=1000vl0 （輛/h） l0=l反+l制+l安+l車 =v3.6t+v2254+l安+l車 （m）式中：t駕駛?cè)朔磻?yīng)時間（s）。2.1.2 實際通行能力實際通行能力（N實）是指已知道路設(shè)施在實際的道路交通與控制條件下，該路的某車道或斷面上的特定時間段內(nèi)（常為15min）所能通過的最大車輛數(shù)，通常以pcu/h表示；在混合交通流的道路上，通行能力以實際車輛數(shù)計。上節(jié)通行能力的定義均系在某種前提或理

26、想條件下的道路通行能力，而實際情況下的交通條件是千差萬別的，影響道路通行能力的因素很多，現(xiàn)歸并為以下4條：道路條件：指街道或公路的幾何條件，包括交通設(shè)施的種類、性質(zhì)及其形成的環(huán)境、每個方向的車道數(shù):車道和路肩寬度、側(cè)向凈空以及平面縱面線等。交通條件：指使道路的車輛的交通流特性設(shè)計速度、客車、貨車、大車、小車、長途短途等交通組成和分布，車道中交通流量、流向及方向的分布等。管制條件:指道路管制設(shè)施裝備的類型，管理體制的層次，交通信號的位置、種類、配時等影響通行能力的關(guān)鍵性管制條件，其他還有停車讓路標(biāo)志、車道使用限制、轉(zhuǎn)彎禁限等措施。其他條件：有氣候、溫度、地形、風(fēng)力、心理等因素。其中直接影響通行能

27、力的數(shù)值主要有車型寬度及側(cè)向凈空、車行道數(shù)量、交通組成、駕駛?cè)颂匦?、道路縱坡、橫向干擾與視距等。根據(jù)美國2000年版書冊中對通行能力的確定方法，主要考慮了以下幾方面：車道寬度修正重型車輛和坡度的修正停車修正公共汽車阻擋的修正地區(qū)類型的修正車道利用的修正右轉(zhuǎn)的修正左轉(zhuǎn)修正行人和自行車修正雖然各個國家根據(jù)自己的國情和交通實況，對不同的等級的道路選用不同的修正項目，但各國所定的基本通行能力指標(biāo)很相近，實際通行能力因國情不同，認(rèn)識不同，選用不同的修正系數(shù)。我國實際通行能力通常采用下列公式：實際通行能力：N實=N寬度修正重車修正縱坡修正下面給出我國高速公路通行能力影響因素修正系數(shù)表2-1：表2-1我國高

28、速公路通行能力影響因素修正系數(shù)表基本通行能力影響系數(shù)硬路肩寬度修正系數(shù)fsw車道寬度修正系數(shù)fw交通組成修正系數(shù)fHV設(shè)計速度（km/h）基本通行能力（pcu標(biāo)準(zhǔn)車道）硬路肩寬度（m）修正系數(shù)車道寬度（m）修正系數(shù)fHV=11+pi(EI-1)12022000.751.003.751.00pi車型i的交通量占總交通量的比重（%）；Ei車型i的小客車換算系數(shù)，可用表2-2中的數(shù)值。1002200(2100)0.500.973.500.96802000(1900)0.250.95601200(1000)表2-2車型分類與車輛換算系數(shù)表目別項項別類一類二類三類四類五類小型車輕型車中型車大型車特大型車

29、貨車載重（噸位）1.012.52.57.071414客車（座位數(shù)）9.0101920495099.0100折算系數(shù)1.01.21.52.03.02.1.3平面交叉口的通行能力2.1.3.1 概述兩條或兩條以上的道路在同一平面相交稱為平面相交，兩條不同方向的車流通過平交路口時產(chǎn)生車流的轉(zhuǎn)向、交匯與交叉，平交路口可能通過此相交車流的最大交通量就是平面交叉口的通行能力。平交路口的通行能力不僅與交叉口所占面積、形狀、入口引道車行道的條數(shù)、寬度、幾何線形或物理條件有關(guān)，而且受相交車流通過交叉口的運行方式、交通管理措施等方面的影響，因此，在確定通行能力時需要確定交叉口的車輛運行方式和交通管理方式。2.1.

30、3.2 無信號管制的交叉口通行能力不設(shè)信號管制的交叉口大致可分為兩類，一是暫時停車方式，二是環(huán)形方式。暫時停車方式的交叉口可分為兩面停車和四面停車兩種。四面停車是用于同等重要的道路相交的路口，不分優(yōu)先于非優(yōu)先，所有車輛行至交叉口均需停車而后通過。兩路停車通常用于主干路與次干路相交，主干路可優(yōu)先通過，次干路上的車輛需等待優(yōu)先通行方向交通車流的間隙方可通過。在十字交叉口通行能力為：N非=N優(yōu)（e-q）1-e-q式中: N非非優(yōu)先的次干路上可以通過的交通量； N優(yōu)主干路優(yōu)先通行的雙向交通量； q N優(yōu)3600（輛/s）； 臨界間隙時間（s）,對于設(shè)停車標(biāo)志指示的交叉口采用6s，對于設(shè)置讓車標(biāo)志的交叉

31、口采用57s，這一時間數(shù)值為次干路橫穿主干路所需的安全時間，實際設(shè)計時可以實測若干數(shù)據(jù)，然后取平均值。 次干路上車輛間的最小車頭時距，對于停車標(biāo)志采用5s，對讓路標(biāo)志采用3s。表2-3 美國規(guī)定的主干路優(yōu)先時支路通行能力的經(jīng)驗值（輛/h）路別主干路為雙車道主干路為四車道主干路400500650100015002500支路25020010010050252.1.3.3信號交叉口機(jī)動車的通行能力交叉口信號是由紅、黃、綠三色信號燈組成，用以指揮車輛的通行、停止和左右轉(zhuǎn)彎，隨信號燈色的變換使車輛通行權(quán)由一個方向轉(zhuǎn)移給另一個方向，根據(jù)信號周期長度及每個時間相位所占時間長短，計算出交叉口的通行能力。以下為

32、城市道路設(shè)計規(guī)范所采用的方法：（1） 1條直行車道的通行能力計算公式：CS=3600TC(tg-t0ti+1)式中： TC信號周期（s）； tg信號周期內(nèi)綠燈時間（s）； t0綠燈亮后，第一輛起動。通過停車線的時間,可采用2.3 s； ti平均車頭時距（s/pcu）； 折減系數(shù),可用0.9。平均車頭時距ti與車輛組成、車輛性能、駕駛員條件有關(guān)，計算時可采用本地區(qū)調(diào)查數(shù)據(jù)。如無調(diào)查數(shù)據(jù)，直行車隊可參考下列數(shù)值去用：小型車組成的車隊 ，ti= 2.5 s；大型車組成的車隊，ti= 3.5 s；拖掛車組成的車隊，ti= 7.5 s；混合車隊組成的車隊，按表2-4選用。為計算方便 ，將拖掛車劃歸大型車

33、。表2-4 混合車隊的ti大：小2:83:74:65:56:47:38:2ti2.652.963.123.263.303.343.42（2） 直右車道通行能力計算公式：Csr=Cs（3）直左車道通行能力計算的公式：Csl=Cs(1-1/2)其中1是直左車道中左轉(zhuǎn)車所占的比例。（3） 一條直左右車道的通行能力計算公式：Cslr=Csl（4） 專用左轉(zhuǎn)和專用右轉(zhuǎn)車道入口引道的通行能力計算公式：Celr=Cs(1-1-r)其中：Celr設(shè)有專用左轉(zhuǎn)和專用右轉(zhuǎn)車道時入口引道的通行能力； Cs入口引道的直行車道通行能力之和； 1左轉(zhuǎn)車占入口引道車輛的比例； r右轉(zhuǎn)車占入口引道車輛的比例。（5） 有專用左

34、轉(zhuǎn)車道而無專用右轉(zhuǎn)車道時通行能力計算公式：Cel=(Cs+Csr)/(1-1)其中：Cel只設(shè)有專用左轉(zhuǎn)車道時，入口引道的通行能力； Cs入口引道直行車道的通行能力之和； Csr入口引道直右車道設(shè)計通行能力。 專用左轉(zhuǎn)車道的通行能力：Cl=Cel1（6） 有專用右轉(zhuǎn)車道但無專用左轉(zhuǎn)車道時的通行能力計算公式如下：Cer=(Cs+Csl)/(1-r)其中：Cer只設(shè)有專用右轉(zhuǎn)車道時，入口引道的通行能力； Cs入口引道直行車道的通行能力之和； Csl入口引道直右車道設(shè)計通行能力。 專用左轉(zhuǎn)車道的通行能力：Cr=Cerr（7） 因?qū)γ孀筠D(zhuǎn)車輛的影響入口引導(dǎo)處折減后的通行能力計算公式：Ce=Ce-ns(

35、Cle-Cle)其中：Ce折減后的通行能力； Ce入口處的通行能力； ns直行車道數(shù)； Cle左轉(zhuǎn)車道的通行能力Cle=Cel Cle不折減時直行車道通行能力的對面左轉(zhuǎn)車數(shù)，交叉口小時為3n，大時為4n。2.2 服務(wù)水平2.2.1 道路服務(wù)水平服務(wù)水平是指道路的使用者從道路狀況、交通與管制條件、道路環(huán)境等方面可能得到的服務(wù)成度或服務(wù)質(zhì)量，如可以提供的車行速度、舒適、方便、駕駛?cè)说囊曇?，以及?jīng)濟(jì)安全等方面所能得到的實際效果與服務(wù)的程度。不同的服務(wù)水平允許通過的交通量稱為服務(wù)流率或服務(wù)交通量。服務(wù)等級高的道路車輛速度快，延誤少，駕駛?cè)碎_車的自由度大，更加的舒適與安全，但其相應(yīng)的服務(wù)交通量就要少；反

36、之，允許的服務(wù)交通量大，服務(wù)水平就低。目前，服務(wù)水平大體按照以下指標(biāo)劃分：行車的速度與運行時間。車輛行駛時的自由程度與通暢度。交通受阻或受干擾的程度以及行程延誤和每公里停車次數(shù)等。行車安全性即事故率和經(jīng)濟(jì)損失等。行車的舒適性及乘客的滿意程度。最大密度，每一車道每公里內(nèi)車輛的最大密度。經(jīng)濟(jì)性。服務(wù)水平的等級各國劃分不一，一般根據(jù)每個國家的道路交通的具體條件劃分為36個服務(wù)等級。日本分為3個等級，前蘇聯(lián)劃分為4個等級，我國為4個等級，美國劃分為6個等級。下面兩幅圖分別為我國無信號交叉口服務(wù)水平劃分標(biāo)準(zhǔn)表和美國2000年版信號交叉口的服務(wù)水平表。表2-3 我國無信號交叉口服務(wù)水平劃分標(biāo)準(zhǔn)表服務(wù)水平平

37、均停車延誤（s）交通狀況描述一15.0車輛暢通，略有阻力二15.130.0車輛運行正常，有一定延誤三30.150.0車輛能正常運行，但延誤較大四50.0車流處于擁擠狀態(tài)，延誤很大注：此圖為攻關(guān)組提出表2-4 美國2000年版道路通行能力手冊信號交叉口的服務(wù)水平表服務(wù)水平每輛車的停車延誤（s）2000年版2006年版A5.010B5和151020C15和252035D25和403555E40和605580F60.080注：此表來源于交通工程總論p93美國2000年版手冊中信號交叉口服務(wù)水平劃分標(biāo)準(zhǔn)與我國無信號管理交叉口的服務(wù)水平劃分標(biāo)準(zhǔn)是一樣的，均以通過路口的每輛車的停車延誤時間（s）作為唯一依

38、據(jù)。因為在交叉口受信號燈控制或?qū)Ψ降缆吠ㄜ囅拗?，感受最大的就是時間延誤。因此，平均延誤時間作為評價指標(biāo)。2.2.2 交叉口服務(wù)水平對于平面交叉口，確定服務(wù)水平的原理與路段相同，只是作為具體表達(dá)的指標(biāo)與路段不同。因為平交各路口的通行能力不能作為交叉口的整體通行能力，只能用各路口的V/C表示各入口引道的服務(wù)水平。此外，平面交叉口的交通服務(wù)水平要受到交通控制，通過交叉口所需時間、延誤時間、停車時間、停車次數(shù)和頻率等影響。下面給出專家建議的交叉口服務(wù)水平等級。表2-5 交叉口服務(wù)水平等級等級指標(biāo)一二三四五交通負(fù)荷系數(shù)Z0.9效率系數(shù)E*0.80.80.650.650.50.50.350.35交叉口受阻

39、車輛（%）30延誤時間t（s/輛）60排隊長度L（m）100第三章 平面交叉口的優(yōu)化理論及方法3.1 平面交叉口優(yōu)化設(shè)計的主要原則（1） 正確分配主次道路設(shè)置相應(yīng)的“路權(quán)分配”措施1） 交叉口在沒有信號控制的情況下，必須區(qū)別主線道路和支線道路，給予主線道路交通“優(yōu)先通行權(quán)利”，對支線道路交通設(shè)置交通控制的“停”、“讓”限制措施。2） 在主線和支線道路的等級分配有困難的情況下，在交通量較大時，應(yīng)該設(shè)置信號燈控制；在交通流量較小時，應(yīng)該對所有道路入口設(shè)置“停”控制措施。（2） 盡量設(shè)置左右轉(zhuǎn)彎車道視條件設(shè)置左右轉(zhuǎn)彎車道即在進(jìn)入交叉口前盡量將轉(zhuǎn)彎的交通流與直行的交通流分開。（3） 盡量縮小交叉口通過

40、距離盡量使得交通流減少通過交叉口沖突地區(qū)的距離。即盡量縮小從停車線到交叉口對方出口間的距離，應(yīng)將停車線盡可能的往前移，對方的出口盡量前靠。使得車流在交叉口通過時能夠受到的干擾最少，通過時間最短，交通信號燈有效率最高。在交叉口位置設(shè)置4個三角形安全島是縮小交叉口通過距離最有效的方法。（4） 保持直線車道直線狀直行車道再進(jìn)入交叉口前和出口處要保持成直線狀，使得一般占主流的直行車在交叉口能夠不改變自己的車道順利的通過交叉口，從而提高主干流的通過率和信號控制的效率。（5） 左右轉(zhuǎn)彎車道在直行車道左右分別拓寬左右轉(zhuǎn)彎車道應(yīng)該在保障直行車道成直線的前提下，向左右兩邊分別拓寬，使得左右轉(zhuǎn)彎的車能夠從直流車流

41、中分離出來，同時也不干擾一般主流的直行車流的暢通行駛。（6） 建立4個弧形角區(qū)的三角形安全島來縮短交叉口的通過距離在具有右轉(zhuǎn)車道的交叉口，盡量建立分隔右轉(zhuǎn)車流的三角安全島，縮短通過交叉口的直行距離和行人過街的距離，提高信號的控制率。信號控制的燈柱一般是設(shè)置在三角形安全島上。3.2 平面交叉口交通流運行特性研究平面交叉口的交通組織優(yōu)化，提出優(yōu)化措施，必須結(jié)合交叉口的交通流特點，交叉口是路網(wǎng)中最基本的組成單元，其交通流特點不同于路段的交通流特點，因此，有必要對平面交叉口交通流的運行特點進(jìn)行詳細(xì)的研究。由于本研究主要研究的是比較大的城市交叉口，所以對大型交叉口做了定義。3.2.1 大型交叉口的概念1

42、995年9月開始實施的城市道路交通規(guī)劃設(shè)計規(guī)范對城市道路作了系統(tǒng)的規(guī)定，是我國城市規(guī)劃和交通規(guī)劃的根本依據(jù)該規(guī)范，將城市道路分為：快速路、主干路、次干路和支路四個等級，并相應(yīng)的推薦了各等級道路的規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)。見下表3-1大、中城市路網(wǎng)規(guī)劃指標(biāo)：表3-1大、中城市路網(wǎng)規(guī)劃指標(biāo)項目城市規(guī)模人口（萬人）快速路主干路次干路支路機(jī)動車設(shè)計速度（km/h）大城市2008060403020060-8040-604030中等城市404030道路網(wǎng)密度（km/km2）大城市2000.4-0.50.8-1.21.2-1.43-42000.3-0.40.8-1.21.2-1.43-4中等城市1.0-1.21.2-1.4

43、3-4道路中機(jī)動車道條數(shù)（條）大城市2006-86-84-63-42004-64-64-62中等城市42-42道路寬度（m）大城市20040-4545-5540-5015-3020035-4040-5030-4515-20中等城市35-4530-4015-20道路面積率城市道路用地面積應(yīng)占城市建設(shè)用地面積的8%15%,對于規(guī)劃人口在200萬以上的大城市，宜為15%20%人均道路面積715m2/人此外，國標(biāo)城市路交通規(guī)劃設(shè)計規(guī)范還對各類道路提出了規(guī)劃的要求：（1） 快速路：快速路應(yīng)與其它干路構(gòu)成系統(tǒng)，并與城市對外公路有便捷聯(lián)系；快速路上的機(jī)動車道兩側(cè)不應(yīng)設(shè)置有非機(jī)動車道，機(jī)動車道應(yīng)設(shè)置有中央隔離

44、帶；與快速路交匯的道路數(shù)量應(yīng)嚴(yán)格控制；快速路兩側(cè)不應(yīng)設(shè)置公共建筑出入口；快速路穿過人流集中的地區(qū)，應(yīng)設(shè)置人行天橋或者是地下通道。（2） 主干路：主干路上機(jī)動車與非機(jī)動車應(yīng)分道行駛，交叉口間分隔機(jī)動車與非機(jī)動車的分隔帶應(yīng)該連續(xù)；主干路兩側(cè)不應(yīng)設(shè)置公共建筑的出入口；主干路斷面分配應(yīng)貫徹機(jī)非分流的思想，將非機(jī)動車逐步引出主干路，實現(xiàn)主干路主要為機(jī)動車交通服務(wù)功能。（3） 次干路：次干路兩側(cè)可設(shè)置有公共建筑物，并可設(shè)置機(jī)動車和非機(jī)動車的停車場、公共交通站點和出租車服務(wù)站等。（4） 支路：支路應(yīng)與次干路和居住區(qū)!工業(yè)區(qū)!市中心區(qū)!市政公用設(shè)施用地、交通設(shè)施用地等內(nèi)部道路相連接；支路可與平行快速路的道路相

45、接，但不得與快速路直接相接；支路應(yīng)滿足公交線路行駛的要求。每一等級的道路都有服務(wù)于更高等級的功能，為更高等級的道路起集聚疏散作用。次干路和支路上交通流的出行距離結(jié)構(gòu)復(fù)雜，既有短距離交通，也有利用其集散作用的長距離交通，而快速路與主干路，就其在路網(wǎng)中的功能地位而言，其主要服務(wù)對象應(yīng)為長距離交通，并且行駛車輛應(yīng)保持較高的行駛速度，尤其是快速路上的交通流要求快速、連續(xù)。綜上所述，本文定義大型平面交叉口為次干路級以上的道路交叉形成的交叉口。由定義可以知道，大型平面交叉口包括主干路與快速路、主干路與主干路、主干路與次干路、次干路與快速路、次干路與次干路五種類型的道路交叉方式。其幾何尺寸范圍如下圖3-1大

46、型平面交叉口幾何尺寸范圍：圖3-1大型平面交叉口幾何尺寸范圍3.2.2 平面交叉口機(jī)動車流特點3.2.2.1 車輛交通特性城市道路所服務(wù)的各種車輛有小汽車、公共汽車、貨車、摩托車、自行車等不同車輛。在交叉口的研究中已經(jīng)做了等效的代換，換算成標(biāo)準(zhǔn)車輛。但是，車輛的交通特性還是需要了解一下，因為小汽車的交通特征，如駕駛?cè)说囊暰€高度、高速行駛時的特征等決定了道路設(shè)計的一些指標(biāo)。公共汽車、貨車的尺寸、重量以及其他一些特征決定了車道的寬度、豎向凈空等。（1） 設(shè)計車輛尺寸下面兩圖是參照我國公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和城市道路設(shè)計規(guī)范所規(guī)定的車輛外廓尺寸界線：表3-2 公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JTG37-2003）所規(guī)定

47、的設(shè)計車輛外廓尺寸車輛類型項目總長總寬總高前懸軸距后懸尺寸（m）小客車61.820.83.81.4載貨汽車122.541.56.54鞍式列車162.541.24+8.82表3-3 城市道路設(shè)計規(guī)范（CJJ37-1990）規(guī)定的設(shè)計車輛外廓尺寸車輛類型項目總長總寬總高前懸軸距后懸尺寸（m）小客車51.81.61.02.71.3普通汽車122.54.01.56.54.0鉸接車182.54.01.75.8及6.73.8（2） 車輛的動力性能汽車動力性能包括：最高車速、加速度、加速時間、最大爬坡能力等。（3） 制動性能汽車制動性能主要體現(xiàn)在只懂得距離和制動減速度上。制動的距離公式為：L=v2254(i

48、)式中：v汽車制動開始時的速度（km/h）; i道路縱坡度（%）； 輪胎與路面之間的附著系數(shù)。3.2.2.2機(jī)動車流啟動清空特點機(jī)動車在道路路段上行駛時，較少受到外界其他因素的干擾，交通保持一種連續(xù)的穩(wěn)定流動狀態(tài)。然而，進(jìn)入交叉口之后，受不同的車種、不同的流向、不同的速度的機(jī)動車流，以及非機(jī)動車交通流的干擾，使得機(jī)動車在交叉口的通行能力下降，延誤增加。信號交叉口車流的運行特性及通行能力，直接取決于信號配時情況，當(dāng)一個交叉口的相位安排確定之后，車流通過交叉口時的基本運動特性如下圖：圖3-2 綠燈期間車輛通過交叉口流率圖示當(dāng)信號燈轉(zhuǎn)為綠燈顯示時，原先等候在停車線后面的車流便開始向前運動，車輛魚貫地

49、越過停車線，其流率由零很快增至一個穩(wěn)定的數(shù)值，即飽和流量S。此后，越過停車線的后續(xù)車流將保持與飽和流量S相等，直到停車線后面積存的車輛全部放行完畢，或者雖未放行完畢但綠燈時間已經(jīng)截止。從圖3-2可以看到，在綠燈啟亮的最初幾秒，流率變化很快，車輛從原來的靜止?fàn)顟B(tài)開始加速，速度逐步由零變?yōu)檎Ｐ旭偹俣?。在此期間，車輛通過交叉口（停車線）的車流量要比飽和流量低些。同樣的道理，在綠燈結(jié)束后的黃燈時間（許多國家的交通法規(guī)允許車輛在黃燈時間越過停車線）或者在綠燈開始閃爍后，由于部分車輛因采取制動措施而己經(jīng)停止前進(jìn)了，部分車輛雖未停止但也已經(jīng)開始減速，因此通過交叉口（停車線）的流量便由原來保持的飽和流量水平

50、逐漸地降下來。3.2.2.3 交叉口的交通流運行規(guī)律交通量Q、行車速度v、車流密度K是表征交通流特性的三個基本參數(shù)。在交叉口，由于車輛在此匯集并分流，各個方向的車流產(chǎn)生交織區(qū)，交通流運行的規(guī)律與路段完全不同。所以要對交叉口的交通流運行規(guī)律進(jìn)行研究。3.2.2.4 平面交叉口的沖突特點分析車輛到達(dá)、通過平面交叉口的時候，要產(chǎn)生分流與合流，當(dāng)兩股不同流向的交通流同時通過空間的某點時，就會產(chǎn)生交通沖突，而該點就稱為沖突點。車輛通過沖突點時，有相互擠、碰、撞的可能性，沖突點越多，對交通安全及通行能力的影響就越大。按交通沖突方式劃分，沖突點可分為交叉沖突點、合流沖突點和分流沖突點，后兩種通稱為交織沖突點

51、。如下圖：圖3-3 交通沖突的三種方式不同的沖突點的層次也是不一樣的，如下圖：平面交叉口交通沖突點的數(shù)量會隨著相交道路數(shù)量的增加而急劇增加，沖突點將嚴(yán)重影響平面交叉口的交通順暢性和安全性，降低交叉口的通行能力和服務(wù)水平，因此合理的控制交叉道路的數(shù)量，進(jìn)行有效的交通流沖突點的控制非常的有必要。1、 無信號控制的交叉口沖突點的分布就算不計入人流和非機(jī)動車流的沖突點，各種平面的交叉口的沖突點數(shù)情況如下：表3-4 不同無信號控制交叉口沖突點數(shù)量交叉口的形式交叉點合流點分流點共計三路交叉3339四路交叉168832五路交叉50151580六路交叉1202424168圖3-4 無信號控制平面交叉口沖突點分

52、布圖在上圖里只畫出了三路和四路交叉的平面交叉交通沖突點分布圖，同樣的方法可得到更多交叉的平面交叉口的交通沖突點分布圖，多路平面交叉交叉口沖突點的計算公式：NO=16n2n-1n-2N1=N2=n(n-2)式中：NO交叉口沖突點總數(shù)；N1交叉口分流點總數(shù)；N2交叉口合流點總數(shù)；N相交道路數(shù)。由此可以看出，無信號控制平面交叉口的沖突點隨著相交道路數(shù)量的增加而急劇增加，嚴(yán)重的影響了平面交叉口交通的順暢和安全。而且，交叉沖突容易造成碰撞事故，因此，需要對交通流沖突進(jìn)行控制合流沖突容易造成追尾、刮蹭事故，這兩種沖突危險程度要比分流沖突危險的多。同時，交叉沖突與合流沖突會嚴(yán)重影響車速，造成城市道路通行能力

53、的下降，交通延誤增加。因此，對于沖突控制而言，重點是交叉沖突與合流沖突點的控制。在各種交通流中，機(jī)動車是交通強(qiáng)者，行人和非機(jī)動車是交通弱者。強(qiáng)者對強(qiáng)者的交通沖突或弱者對弱者的交通沖突，其結(jié)果都不如強(qiáng)者對弱者的沖突傷亡慘重。同時，弱者對強(qiáng)者沖突時，所造成的交通延誤又比強(qiáng)者沖突高的多。因此，對于沖突類型的控制，重點是強(qiáng)者對弱者的交通沖突，要想辦法把行人和自行車從機(jī)動車隊里分離出去。除了采用立交、交通渠化、物理隔離等措施在空間上減少交通沖突外，在平面交叉口設(shè)置交通信號控制，在時間上分離通過交叉口的車流，可以減少甚至消除交通沖突點，從而提高交叉口的通行能力和交通安全性。沖突點控制的原則是：變隨機(jī)沖突點

54、為固定沖突點；變交叉沖突點為交織沖突點；減少沖突點個數(shù)和沖突點上的沖突次數(shù);減少沖突點上的沖突能量;縮小沖突范圍。對于信號交叉口，多采用空間分離和時間分離相結(jié)合的方法進(jìn)行沖突點的控制。2、 信號交叉口沖突點的分布信號交叉口采用交通信號指揮交通，車流在信號控制交叉口遇紅燈而停下車開始排隊，當(dāng)綠燈起亮后，車流以均一的流率連續(xù)通過交叉口，直至排隊的車輛全部通過或者是綠燈信號結(jié)束，到下一相位開始，重復(fù)上述過程。通過設(shè)置交通信號，在時間上分離通過交叉口的車流，可以減少或者消除交通沖突點，從而可以提高交叉口的通行能力和交通安全性，提高交叉口的服務(wù)水平。如果不計入行人和非機(jī)動車車流的各類沖突點，信號交叉口的沖突點數(shù)目如表3-5和圖3-5：表3-5 信號控