基于停車線法和沖突點法的交叉口通行能力計算

./+基于停車線法和沖突點法的交叉口通行能力計算基于停車線法和沖突點法的交叉口通行能力計算指導教師：成員：摘要：通過實地調查大慧寺路與高粱橋斜街丁字交叉口,分析信號周期、車流構成、沖突點及交叉口實測通行能力等情況,利用停車線法和沖突點法計算交叉口通行能力,經(jīng)過與實測數(shù)據(jù)對比可知沖突點法更適合計算此交叉口通行能力。通過分析,發(fā)現(xiàn)交叉口存在問題并給出優(yōu)化建議。關鍵詞：交叉口通行能力停車線法沖突點法目錄一、概述41.1交叉口通行能力的基本概念41.2信號交叉口通行能力影響因素41.3交叉口通行能力計算方法介紹5停車線法5沖突點法5二、大慧寺路與高粱橋斜街丁字交叉口基本情況62.1大慧寺路與高粱橋斜街丁字交叉口位置62.2大慧寺路與高粱橋斜街丁字交叉口車流基本情況62.3大慧寺路與高粱橋斜街丁字交叉口信號燈配時情況72.3.1信號周期實測方法7三、交叉口實測通行能力83.1實地觀測83.1.1觀測時間83.1.2觀測方法83.2交叉口各方向車流結構83.3交叉口安全服務水平評價11四、交叉口交叉干擾分析12五、停車線法計算交叉口通行能力145.1理論方法14一條直行車道的通行能力145.1.21條右轉車道的通行能力155.1.31條左轉車道的通行能力155.1.41條直左車道的通行能力155.2交叉口實際通行能力15交叉口南進口通行能力15交叉口北進口通行能力16交叉口西進口通行能力17六、沖突點法計算交叉口通行能力176.1沖突點法算法176.1.1車輛通過交叉口一個沖突點的各類間隔時間的總和176.1.2計算車輛通過一個沖突點的通行能力186.1.3整個交叉口一個周期的通行能力196.1.4計算整個路口的通行能力196.2大柳樹北站交叉口能力計算196.2.1確定各個沖突點的計算參數(shù)196.2.2各個沖突點的每個周期的通過能力計算206.2.3實測交叉口右轉交通量216.2.4交叉口通過能力21七、兩種方法與實測結果對比分析21八、交叉口優(yōu)化建議228.1交叉口問題228.2交叉口優(yōu)化建議22九、附件229.1實測表格數(shù)據(jù)22一、概述1.1交叉口通行能力的基本概念在美國道路通行能力手冊HCM2000中,對于通行能力的定義為：在某一特定時期,在給定的道路幾何條件、交通條件、環(huán)境條件以及控制條件下,通過道路上某一點或某一截面的車輛和行人的最大流率。當兩條或者兩條以上的道路在同一平面相交稱為平面交叉,平面路口在單位時間相交道路可以通過最大的交通流就是平面交叉口的通行能力。對于城市信號交叉口來講,其通行能力主要與道路和交通設置設施的幾何特征、信號配時,以及交叉口的交通特性相關。幾何特征是交通設施的固定特性,從某種意義上講是沒有彈性的。當車輛逐漸增多,可通行的交通量會穩(wěn)定在某一個值,也就是我們通常意義上講的通行能力。若此時的交通控制處于良好的配時狀態(tài)的話,顯著地增加通行能力的辦法只能是增加新的道路和交通設施。但是,并不是說一味地增加交通設施就可以解決所有的交通問題,道路的鋪設會吸引潛在的交通量。而且,就同一條道路來講,當單向車道增加到4條以上的時候,最外圍的車道會因轉向車輛的橫向干擾而顯著降低單條車道的通行能力,此時即使增加更多的車道數(shù),對整體通行能力的提高作用也不大了。與路段的通行能力有所不同,在信號燈交叉口,有關信號配時控制的方面被加入了對通行能力的分析之中。交通信號控制從本質上來講是為了分離在同一時間同一地點可能產生沖突的交通流,給不同的交通流以明確的路權分配。交叉口的信號配時的方式會使交叉口的通行能力產生顯著的影響。若配時不合理,則有可能使交通量遠未到達飽和流量便遭受嚴重的延遲。因此,正確合理的信號配時對于交叉口的通行能力至關重要。分析信號交叉口的通行能力的基本單元是車道組。車道組是一條或者多條到達交叉口的車道的組合,對交叉口通行能力的研究便基于對此的研究。HCM2000認為,信號交叉口整體通行能力的概念毫無意義,因為由于信號分配的緣故,幾乎不可能出現(xiàn)交叉口所有方向的車流同時達到飽和。1.2信號交叉口通行能力影響因素如上所述,信號交叉口通行能力是指在正常的交通條件、道路條件、信號設計條件下所能通過交叉口的最大小時流量。信號交叉口的通行能力首先是對每一引道規(guī)定的,它是在一定的交通、車行道和信號設計條件下,某一指定入口引道單位時間通過的最大流量。我們在計算交叉口的通行能力時,要注意規(guī)劃設計階段,考慮的整個交叉口的通行能力,以使其能夠滿足所有流向的車輛能夠滿足直行和轉換方向的要求。因為,交叉口的通行能力是基于各個引道通行能力之和,各個引道的通行能力也不盡相同,因此在計算中要注意。由此看出,影響信號交叉口通行能力的因素包括:

〔1路口的道路條件,包括車道的數(shù)量;車道寬度;路肩寬度;側向系寬;設計車速;平面線型;縱面線型?！?路口的交通條件,包括車型分布;交通量的大小;車流在不同車道上的分布。〔3信號條件:信號相位、信號配時、控制類型等?！?摩阻,包括道路兩側的商業(yè)活動;道路兩側的停車;道路兩側的行人活動?！?周邊交通環(huán)境,包括相鄰路口間距;相鄰路口的交通控制方式;相鄰路口的交通條件和道路條件;相鄰路口的摩阻?！?其他因素,包括路口交通管理方式;路口的控制方式;交通參與者的交通意識;交通參與者的法律意識;交通流在路口通行時的沖突程度;天氣狀況;路口環(huán)境的愉悅性;交通參與者參與交通的公平性1.3交叉口通行能力計算方法介紹停車線法停車線法是由市政提出的。它以進口處車道的停車線作為基準面,認為凡是通過該面的車輛就已通過交叉口,所以稱為停車線法。停車線法不同于與某一具體的信號配時方法結合在一起的方法<這些配時方法在各自的適用圍,優(yōu)化的控制參數(shù)能使得信號交叉口取得較好的交通效益,相應地信號交叉口通行能力也較采用其他控制參數(shù)時要高一些。這實際上是計算不同交通狀態(tài)下的最佳實際運行通行能力>,它所關心的是信號交叉口在既定的幾何條件和信號控制條件下<控制參數(shù)先確定,但不論該控制參數(shù)設置是否合理>所能達到的通行能力沖突點法由于停車線法是以停車線斷面為考慮的出發(fā)點,研究信號交叉口通行能力的估算。根據(jù)對現(xiàn)有信號控制交叉口實際交通運行狀態(tài)的分析發(fā)現(xiàn),對信號交叉口通行能力真正起作用的地點是在交叉口中的沖突點上,而不是在停車線上?；诖?我國學者根據(jù)對車輛通過信號交叉口實際運行狀態(tài)的分析,提出了計算車輛通過沖突點的信號交叉口通行能力分析方法———沖突點法。沖突點法中一個重要的方面就是確定"可穿越空擋"的次數(shù)。一般的計算方法是根據(jù)直行車流量按空擋的概率分布算得的。由于我國城市道路的車流離散系數(shù)較大,車流呈現(xiàn)的無規(guī)律性強,而影響我國城市道路車流離散規(guī)律的因素又很多,很難用簡單的模型來描述車流的運動規(guī)律,因此,用概率分布求得的"可穿越空擋"次數(shù)只是一個近似值,并不能精確反映實際交通狀況。但這種方法對于我國混合交通環(huán)境下的信號交叉口通行能力計算還是十分有效的。二、大慧寺路與高粱橋斜街丁字交叉口基本情況2.1大慧寺路與高粱橋斜街丁字交叉口位置該交叉口位于市海淀區(qū)北二環(huán)至北三環(huán)西路之間,是大慧寺路,大柳樹路,高粱橋斜街三路的交匯點,屬于典型的T型信號控制交叉口。此交叉口西臨中關村南大街,北接學院南路,南至高粱橋斜街。周圍分布著許多重要的企事業(yè)單位,如交叉口東南邊的交通大學,西北邊的富海大廈和東邊的鐵道科學研究院,西南邊的鋼鐵研究院等。這些單位是交叉口重要的交通發(fā)生和吸引源。通過此交叉口的車輛分為機動車和非機動車輛。通過的機動車又可大致劃分為三種,小型機動車、中型機動車和大型機動車〔主要指公交車。圖1大慧寺路與高粱橋斜街丁字交叉口地圖2.2大慧寺路與高粱橋斜街丁字交叉口車流基本情況此交叉口為丁字交叉,三條進口道的行車方式為：南進口道有六條機動車道,一條左轉調頭車道,一條左轉車道,四條直行車道；北進口道有四條機動車道,一條直行同左調頭車道,兩條直行車道,一條右轉車道；西進口有一條右轉車道。圖2交叉口進口道車流結構圖交叉口南北方向為主路,東西向為支路。交叉口南側的主路為高粱橋斜街,由高粱橋斜街進入交叉口的車輛分為調頭、直行和左轉三種,其部分車輛為直行。交叉口北側為大柳樹路,車輛分為直行,右轉和調頭,調頭地點距離交叉口距離在50米左右,可以看作調頭車輛并未進入交叉口,但通過實地調查發(fā)現(xiàn)調頭車輛會占用高粱橋斜街由南向北直行車道,因此調頭車輛仍然對交叉口通行能力有一定影響。交叉口西側為支路,支路由東向西方向為機動車單車道和非機動車車道,由西向向為機動車和非機動車混行雙車道,交通狀況較為復雜。2.3大慧寺路與高粱橋斜街丁字交叉口信號燈配時情況2.3.1信號周期實測方法經(jīng)初步觀察,信號燈周期為三相位,見圖3。圖3信號燈相位圖實測信號周期由小組兩人完成,連續(xù)測五個周期,一人負責觀察相位變化,一人負責記錄對應時間。最后繪成的相位周期變化圖如下：圖4信號周期圖因此信號燈周期為138s。三、交叉口實測通行能力由于交叉口的通行能力等于各進口道通行能力之和,而進口道的通行能力等于各車道通行能力之和。進口道各車道功能劃分如下表：表3.1進口道各車道功能劃分3.1實地觀測3.1.1觀測時間20XX11月7日16:30-18：003.1.2觀測方法交叉口進口道有南進口道、北進口道和西進口道三個進口道,小組每兩人觀測一個進口道,剩余一人觀測各沖突點形成原因及對沖突地點攝像。觀測進口道時,小組分大中小車型分別記錄車流量,分左轉、左調頭、直行和右轉分別記錄車流量。其中,以信號燈周期為記數(shù)周期,右轉車記數(shù)周期同直行車。實測數(shù)據(jù)見附件1。3.2交叉口各方向車流結構不同的車型需要換算成pcu〔當量交通量表3.2車型換算系數(shù)表編號車輛類型換算系數(shù)1小型車1.02中型車2.03大型車3.0實測數(shù)據(jù)經(jīng)過車型換算,得各方向車流結構如下,表3.3南進口道車流結構南進口道17:00-18:00〔pcu/h左轉大型車30中型車28小型車139左調大型車0中型車0小型車11直行大型車75中型車88小型車1069畫出車流結構的餅狀圖,如圖4。圖5南進口道車流結構圖由上圖可以看出,按行車方向來看,南進口道車流以直行車為主,有少數(shù)左轉車和左轉調頭車；從車型來看,主要以小型車為主,少數(shù)中型車和大型車。表3.4北進口道車流結構北進口道17:00-18:00〔pcu/h右轉大型車60中型車26小型車208直行大型車99中型車110小型車1397左調大型車12中型車32小型車184圖6北進口道車流結構圖由上圖可以看出,按行車方向來看,北進口道車流以直行車為主,占比75%,有少數(shù)左轉車和左轉調頭車；從車型來看,主要以小型車為主,占比93%,少數(shù)中型車和大型車。表3.5西進口道車流結構西進口道17:00-18:00〔pcu/h右轉大型車33中型車20小型車289左轉大型車45中型車14小型車199圖7西進口道車流結構圖同南北進口道車流結構不同,按行車方向來看,西進口道車流左右轉各占一半；從車型來看,主要以小型車為主,占比92%,少數(shù)中型車和大型車。那么,各進口道通行能力如表6.表3.6交叉口各進口道通行能力進口方向通行能力<pcu/h>南進口1440北進口2128西進口600合計4168綜上所述,實測大慧寺路與高粱橋斜街丁字交叉口通行能力為4168pcu/h。3.3交叉口安全服務水平評價影響公路信號平面交叉口安全服務水平的因素有主觀因素和客觀因素。主觀因素主要指與人有關的因素,如駕駛行為、交通安全意識等。客觀因素主要指交叉口幾何特征、道路狀況、交通控制、交通環(huán)境等有關因素,如信號燈、交通標志、交通量等。由于主觀因素變化大,故本文評價方案僅考慮客觀因素。根據(jù)已建立的道路交叉口服務水平分析模型,對信號交叉口安全服務水平影響因素分類,在確定信號交叉口安全服務水平方案時,著重考慮交通沖突點和交通量。首先假設次要影響因素為理想狀況時,從沖突點的個數(shù)、沖突點的類型、沖突點的惡性程度,以及交通量等方面建立信號交叉口安全服務水平的主模型。其次考慮次要影響因素對信號交叉口安全可能造成的影響,建立次要影響因素的修正模型,然后根據(jù)主模型與修正模型建立信號交叉口安全服務水平的總模型。最后通過具體數(shù)據(jù)計算得實際狀況下的安全服務水平。具體分析情況如圖8信號交叉口安全服務水平評價信號交叉口安全服務水平評價安全服務水平影響因素安全服務水平影響因素主要影響因素交通量次要影響因素主要影響因素交通量次要影響因素機動車與非機動車沖突點機動車與機動車沖突點機動車與行人沖突點建立交通量影響模型機動車與非機動車沖突點機動車與機動車沖突點機動車與行人沖突點建立交通量影響模型信號燈照明路面交通標線交通標志幾何特征信號燈照明路面交通標線交通標志幾何特征建立次要影響因素修正模型建立次要影響因素修正模型從沖突點個數(shù)、沖突點類型、惡性程度等建立安全服務水平主模型從沖突點個數(shù)、沖突點類型、惡性程度等建立安全服務水平主模型實際狀況下的安全服務水平安全服務水平總模型實際狀況下的安全服務水平安全服務水平總模型圖8信號交叉口安全服務水平分析流程計算公式如下：式中,R為機動車與機動車沖突點造成的交叉口潛在危險度,r為信號相位；g為r相位的綠燈時間,y為r相位的黃燈時間,T為信號周期,i為機動車與機動車沖突點中沖突點的種類；n為i種類沖突點的個數(shù),s為i種沖突點的惡性程度,k為機動車交通量影響系數(shù)。其中,v為交叉口入口機動車交通量；C為交叉口機動車通行能力。S的取值根據(jù)下表：表3.7沖突點種類與惡性程度關系沖突點種類惡性程度分流沖突點1.0合流沖突點1.5交叉沖突點3.0右轉機動車與自行車沖突點1.0左轉機動車與自行車沖突點1.5直行機動車與自行車沖突點3.0右轉機動車與行人沖突點1.25左轉機動車與行人沖突點1.25直行機動車與行人沖突點3.0本次測量交叉口,情況較為簡單,將K取值為2,不考慮相位,其他條件相同,根據(jù)之前分析的道路沖突點,計算得出最后該道路的潛在危險度為7.2。該模型的計算結果對應分析程度如下表所示：表3.7安全服務水平安全服務水平交叉口危險度感覺ABCDEF≤7≤14≤21≤28≤35>35非常安全安全比較安全較不安全不安全危險因此該交叉口的通行能力情況正常,安全水平為安全。四、交叉口交叉干擾分析由于信號燈為三相位,經(jīng)過實測,得出各相位交叉干擾圖如下。圖9第一相位交叉干擾圖第一相位有兩個沖突點,沖突點2為由西向南右轉車與由北向南直行車沖突,沖突點3由北向北左轉調頭與由南向北直行沖突。圖10第二相位交叉干擾圖第二相位有兩個沖突點,沖突點4為由南向南左轉調頭車與由西向南右轉車沖突,沖突點5由北向南右轉車與由南向西左轉車沖突。圖11第三相位交叉干擾圖第三相位有一個沖突點1,為由西向北左轉車與由西向南右轉車分流沖突點。五、停車線法計算交叉口通行能力5.1理論方法停車線法以進口處車道的停車線為基準面,認為凡是通過該面的車輛就已通過交叉口,針對此交叉口的計算方法如下：一條直行車道的通行能力計算公式：Cs是一條直行車道的通行能力；Tc信號燈的周期；tg是信號周期的綠燈時間；ts是1個信號周期的綠燈損失時間,包括啟動、加速時間,通常在綠前的黃燈時間已經(jīng)做好準備,待綠燈一亮即可開動,故一般只計算加速時間損失。在小汽車車流占絕對比例的城市道路中,加速時間損失通常取2.3s。ti是前后2車輛通過停車線的平均時間,即平均車頭時距,其值參見表9表5.1混合車隊的ti大：小2:83:74:65：56:47:38:2ti2.652.963.123.263.303.343.42對于單純的小汽車車流ti平均為2.5s,大型車平均為3.5s,通道車平均為7.5s5.1.21條右轉車道的通行能力計算公式：Cr是1條右轉車道的通行能力；tr是前后2輛右轉車輛連續(xù)駛過停車線斷面的間隔時間,根據(jù)觀測,大、小車各占一半時,平均值均為4.5s,單純?yōu)樾∑嚂r其均值為3-3.6s。但是此處的計算必須考慮過街行人與自行車對道路通行能力的影響。5.1.31條左轉車道的通行能力計算公式:當設左轉車輛專用信號時1條左轉專用車道的通行能力如上式,式中:Cl是1條左轉專用車道的通行能力；t是1個信號周期左轉顯示的時間；to是左轉車輛連續(xù)通過交叉口的平均車頭時距。5.1.41條直左車道的通行能力計算公式:為該車道中左轉車比例k為折減系數(shù),取5.2交叉口實際通行能力交叉口南進口通行能力〔1直行車道通行能力由于1條直行車道的通行能力信號周期Tc為138s,南進口綠燈時間tg為65s,通常取2.3s,由于通過直行車道的車輛型車：小型車近似為0,所以將車流看成單純的小汽車車流,ti取2.5s。帶入得：則可知南進口四條直行車道通行能力為〔2左轉車道的通行能力t是1個信號周期左轉綠燈顯示的時間,為25s；t0是左轉車輛連續(xù)通過交叉口的平均車頭時距,一般為2.5s237pcu/h〔3左轉調頭車道通行能力左調車道實測值為：11pcu/h交叉口北進口通行能力〔1直行車道通行能力由于北進口左調頭車輛極少,所以將其算進直行車道中。北進口綠燈時間tg為65s,ti取2.5s同南進口計算方法,則可知北進口三條直行車道通行能力為〔2右轉車道的通行能力tr取3sCr=QUOTEpcu/h交叉口西進口通行能力西進口只有一條左右車道,將其看成直左車道。QUOTEk取0.7,tg為39s,取2.3s,ti取2.5s182pcu/h綜上所述,使用停車線法算出交叉口通行能力為C=2616+237+11+1962+1000+182=6008pcu/h六、沖突點法計算交叉口通行能力6.1沖突點法算法6.1.1車輛通過交叉口一個沖突點的各類間隔時間的總和在定時式信號燈的燈色時間都已配定的情況下,各向車輛通過交叉口一個沖突點的各類間隔時間的總和為:式中:ns—緊接運行通過沖突點的直行車nl—緊接運行通過沖突點的左轉車數(shù)nl0—綠燈初期通過的左轉車數(shù)tlh—左轉頭車從停車線行駛到?jīng)_突點所需時間<包括駕駛員反應時間>tst—直行尾車從停車線行駛到?jīng)_突點所需時間<包括駕駛員反應時間>h1—條車流緊接運行通過沖突點時的安全車頭時距〔混合交通的情況下,如用小汽車折算單位計算其流量時,則h1取小汽車的安全車頭時距,如直接用混合交通的流量,則h1取混合交通的計算車頭時距,此時需假設左轉車同直行車在組成比例上相近,左轉車車頭時距同直行車車頭時距相等—直行車流中能穿越左轉車的可穿越空檔的時間長,一般取值4.5~10s左右,1為前檔,2為后檔,本文中取經(jīng)驗值6s。G—綠燈時長g—直行車流中,一個綠燈時長出現(xiàn)的可穿越空檔數(shù)次數(shù)〔可穿越空檔數(shù)g,可根據(jù)直行車的流量,按空檔的概率分布算得由于綠燈初期駛出的直行車輛,均系紅燈時到達。停積在停車線上的待行車輛,這批車輛必以最小安全車頭時距通過沖突點,基本屬于定長分布,所以可穿越空檔必須以綠燈期間到達的車流中求得。因此,應先根據(jù)直行車流量,算出綠燈期間到達的車輛數(shù),然后再按空檔分布從中計算可穿越空檔數(shù)。到達屬泊松分布時,空檔分布按負指數(shù)分布計算;到達分布屬二項分布或廣義泊松分布時,空擋分布按愛爾朗分布計算。6.1.2計算車輛通過一個沖突點的通行能力式中:m是進口道直行車道的條數(shù);am由穿越空檔所致的損失時間,一條直行車道時,am=g<τ-2h1>；2條直行車道時,am=g<2τ-3h1>β為有無專用左轉車道時的得、失時間,無專用左轉車道時,β=Tsh-Tst有專用車道時,β=Tlh-Tst。6.1.3整個交叉口一個周期的通行能力式中:是通過右轉專用車道的右轉車實際到達數(shù)6.1.4計算整個路口的通行能力整個路口的通行能力為Tc為信號周期時長6.2大柳樹北站交叉口能力計算6.2.1確定各個沖突點的計算參數(shù)確定車頭時距hm〔1各沖突點大、小、中型車的比例如下表：表6.1各沖突點大小中型車的比例沖突點12345大0.0340.0250.0320.0090.074中0.0310.0380.0380.0390.067小0.9350.9370.9300.9520.859〔2利用車頭時距的計算公式經(jīng)過計算得到各個沖突點的車頭時距為分別為：表6.2各沖突點的車頭時距沖突點12345車頭時距〔s2.56522.54582.56962.4932.7588各個沖突點的計算參數(shù)各個沖突點的計算參數(shù)見下表。表6.3各個沖突點的計算參數(shù)表沖突12345G3965 652525G21121τ66666Tsh09.29.27.97.9Tst025.925.925.925.9Tlh7.9hm2.56522.54582.56962.4932.7588M124110-16.7-16.7-18-186.2.2各個沖突點的每個周期的通過能力計算將各個計算參數(shù)帶入公式式中:m是進口道直行車道的條數(shù);am由穿越空檔所致的損失時間,一條直行車道時,am=g<τ-2h1>2條直行車道時,am=g<2τ-3h1>β為有