交叉口的vissim仿真與優(yōu)化本科畢業(yè)論文

山東理工大學畢業(yè)論文摘要隨著經濟的快速發(fā)展和城市化進程的不斷加快，城市交通量急劇增加，引發(fā)了一系列嚴重的交通問題和社會問題。作為交通網絡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，成為整個交通網絡的瓶頸。近年來，淄博市張店區(qū)交通問題日益凸顯，整個城市的交通設施、管控水平急需進一步組織優(yōu)化。因此，本文結合張店交通實際，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。接著從優(yōu)化原則、放行方法、渠化設計和信號優(yōu)化控制等幾個方面，詳細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行優(yōu)化設計，并運用VISSIM仿真軟件進行仿真實驗。仿真結果表明，根據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，提出的優(yōu)化方案具有很強有效性和可行性。關鍵詞：平面信號交叉口，交通組織優(yōu)化，放行方法，渠化，信號控制

AbstractWithrapiddevelopmentofeconomyandtheacceleratingprocessofurbanization,theurbantrafficflowhasbeenincreasedsharply,whichbringsaseriesoftrafficproblemsandsocialproblems.Asanimportantcomponentoftrafficnetwork,theintersectionwithsignalsisalwaysregardedasthefrequentissuesareaoftrafficjams,trafficaccidentsandtrafficdelaysetc.,meanwhile,itwillbethebottleneckfortheentiretransportnetwork.Recently,thetrafficproblemsinZiboCityzhangdiandistricthavebeenemergedup,simultaneously,thetransportationfacilitiesandmanagementsinthiscityneedfurtheroptimizationurgently.Therefore,thereisadeepresearchonoptimizationmethodsoftrafficorganizationforintersectionswithsignalsinZiboCityzhangdiandistrictinthispaper.Itwillhaveimportantsignificanceandpracticalvalueinfuture.Firstly,thecharacteristicsoftrafficflowinintersectionisanalyzedintrafficflowtheoryinthispaper,andthecausesoftrafficproblemsoccurredinintersectionarealsorevealedtosolvesuchproblems.Secondly,thetheoryandmethodsoftrafficorganizationoptimizationforintersectionwithsignalsarediscussedindetailthroughoptimizationprinciples,dischargingmethod,channelizationdesign,signaloptimizationcontrolandsoon.Thesuitableconditions,implementingmethods,andcautionsforoptimizationmethodsoftrafficorganizationhavebeenputforward.Finally,ZhangdianNanJingRoadandNewVillageRoadintersectionisdesignedinthispaperwiththesimulationexperimentsbysoftwareVISSIM.Thesimulationresultsshowthat,theoptimizationtheoryoftrafficorganizationinintersectionwithsignalsprovideswaysandbasistosolvethetrafficproblems.Ithasbeenprovedfeasibleandeffective.Keywords:intersectionwithsignals,trafficorganizingoptimization,dischargingmethod,channelization,signalcontrol

摘要 1Abstract 2第一章引言 51.1研究背景及意義 51.2國內外研究現(xiàn)狀 51.2.1國外研究現(xiàn)狀 51.2.2國內研究現(xiàn)狀 61.3本論文的研究內容及技術思路 71.3.1研究內容 71.3.2本研究的技術路線 8第二章交叉口通行能力和服務水平 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服務水平 142.2.1道路服務水平 142.2.2交叉口服務水平 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)化設計的主要原則 173.2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平面交叉口機動車流特點 203.3平面交叉口渠化設計 263.3.1交通渠化的概述 263.3.2渠化設計的措施 263.3.3交叉口渠化設計流程 273.4交叉口信號控制和相位設計 283.4.1信號相位、階段、基本參數 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 314.1服務水平（效益指標） 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 354.2.1人車分離度 354.2.2交叉口沖突數 364.2.3交叉口安全度 364.3小結 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交叉口的設施情況 405.1.4交叉口的信號配時 425.2交通調查 435.2.1交通量調查方案 435.2.2延誤調查方案 435.3交叉口交通數據分析與仿真 445.3.1交叉口交通量 445.3.2交叉口的延誤調查及服務水平 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)化設計方案的評價 495.5結論 51結論 52參考文獻 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濟的迅速發(fā)展，城市化速度不斷加快，機動車數量不斷增加，城市交通量快速增長，現(xiàn)階段的城市交通問題是社會經濟發(fā)展的必然結果：交通延誤增加、事故頻發(fā)、行車時間增加、環(huán)境污染加重、經濟發(fā)展受到限制。城市交通問題嚴重，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的變革，并以此反過來影響改革開放和社會經濟的健康發(fā)展。對于城市交通，交叉口往往成為道路的關鍵。作為節(jié)點，交叉口成為車輛匯集和分流的所在地，在這里，行駛在道路上的機動車、非機動車、行人等都有直行和轉向的不同需求，相互之間產生干擾，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行分析，找出交叉口存在的問題，提出相應的解決方案，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行了研究，他們以連續(xù)的交通流為前提，提出了左右轉專用車道、渠化交通設施等方法，在交通管理方面采用信號控制與交通規(guī)則相結合的方法，如采用多相位控制、禁左或禁右、優(yōu)先原則等，來提高交通安全與通行能力。發(fā)達國家在信號交叉口方面的研究已經比較成熟，很多專家學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，用事件掃描法對設計方案進行優(yōu)化和評價，并在十字路口進行實驗的方法，研究了交通高峰的擁擠狀態(tài)下，信號協(xié)調控制系統(tǒng)相位差的設計方法;2000年美國南弗羅里達大學HushamN.Abdulsattar對駕駛員在信號交叉口左轉或右轉時給行人讓行的特性進行了研究。在車輛檢測方面，20世紀30年代開始在美國、英國生產了氣動橡皮管式的車輛感應信號控制器，用以檢測交通流量，調整綠燈時間長短，減少車輛在路口的延誤，比定時控制靈活。在計算機應用方面，首先出現(xiàn)了模擬電子計算機，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字計算機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”（trafficnetworkstudytool）。它是一個脫機仿真優(yōu)化的配時程序，應用很廣。1980年英國又提出了SCOOT（splitcycleoffsetoptimizationtechnique）實時自適應交通控制系統(tǒng)，接受進口道上游安裝車輛檢測器所采集到的車輛到達信息，通過聯(lián)機處理形成控制方案，并可實時調整綠信比、周期長度及時差等參數，使之同變化的交通流相適應。1.2.2國內研究現(xiàn)狀改革開放以來，學術界出現(xiàn)百家爭鳴、百花齊放的可喜景象，許多專家學者潛心專研刻苦攻關，在許多的領域取得了領先水平?，F(xiàn)代交通領域正是在這時候發(fā)展起來，國內涌現(xiàn)出一大批學者在城市交通方面取得許多成果。三十多年來，經過努力許多學者在交叉口的設計方面積累了豐富的經驗，產生了許多先進的理論。在信號配時方面，國內的研究成果主要集中在基于不同算法的信號配時方法，根據不同交叉口的不同情況，采用不同的模型對交叉口進行信號配時。2006年王秋平、譚學龍、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、平均停車次數最少為目標，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)化非線性函數模型，用遺傳算法及遺傳模擬退火算法對其進行求解。2008年葛艷新，周宇鵬分析了現(xiàn)行交叉口定時信號配時設計流程中存在的不足，提出了將空間設計和時間設計結合起來的新的信號配時優(yōu)化設計流程，建立了三目標配時優(yōu)化模型，并以此模型為基礎進行了實例分析，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作用。2010年張?zhí)m，雷秀娟，馬千知以城市道路多個單點信號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)化進行研究。通過對路段和干線機動車流進行協(xié)調控制設計，以西安市某兩相鄰交叉口晚高峰時段各進口道的交通量、通行能力、飽和流量以及各交叉口進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。設計了PSO算法的編碼方式，分別采用PSO算法、災變PSO算法和二階振蕩PSO算法對多交叉口交通信號配時進行優(yōu)化計算。在交叉口渠化設計方面，國內的許多研究成果主要集中在車道的設置及功能劃分，交叉口的拓寬設計，標志標線，行人和自行車的組織以及交通島的設置。2007年李添福論述了路口渠化設計的核心與原則:合理約束;路口蓄車能量擴充;時空資源優(yōu)化配置;行車路徑明晰便捷。介紹了依據中山市地方實際而采用的路口車道布設及其幾何構成的設計方法。探討改進有關路口調頭車道、公交停靠站、摩托車道傳統(tǒng)的設計思路。譚智斌，袁華以泰州一典型復合交叉口為例，通過多方案的設計及比選，提出了復合交叉口渠化設計的思路、程序和方法，并對所選擇的設計方案進行了仿真測試，結果表明所選擇的設計方案優(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計提供了一個參考。在道路線形設計和交通組織方面，2009年李小帥以北京交通發(fā)展研究中心項目《北京市道路擁堵調查和緩堵措施研究》為依托，綜合應用了交通工程、系統(tǒng)工程、計算機應用等多門學科的知識，通過理論總結和分析、實地交通調查和數據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、交通管制等進行優(yōu)化來改善交叉口的現(xiàn)狀，并對改善結果進行評價。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，以各交叉口各進口道是否實施禁左交通管理為決策變量，以網絡上車流總的行駛時間最小為目標，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)域網絡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進行求解的方法。數值算例表明，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依據。1.3本論文的研究內容及技術思路對交叉口的研究，實質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：=1\*GB3①根據實測數據，建立速度-流量統(tǒng)計模型，估算通行能力；=2\*GB3②以跟馳理論為基礎，理論推導通行能力；=3\*GB3③構建交通仿真模型，通過設計仿真實驗，估算通行能力，即經驗法、理論法、和計算機模擬法。本研究采用第三種方法，利用vissim對交叉口的交通狀況進行仿真分析，并提出合理的優(yōu)化方案。1.3.1研究內容國內外研究現(xiàn)狀：國內外對交叉口的通行能力、服務水平及其影響因素、國內外學者所取得的成就等進行綜述和評述，借鑒國內外的研究方法及研究成果，確定本研究的研究方法及技術路線。對交叉口通行能力和服務水平進行介紹，通行能力評價用需求流率與通行能力之比（v/c）來表示，服務水平以每輛車平均控制延誤（s/輛）來評價。淺述一下信號交叉口的交通組織優(yōu)化方法。結合實例利用vissim仿真軟件對十字型信號交叉口進行仿真與優(yōu)化。最后為本研究的結論及有待于進一步解決的問題。1.3.2本研究的技術路線確定調查方案確定調查方案幾何參數交通參數信號參數車道組和需求流率飽和流率通行能力性能指標：延誤排隊長度服務水平優(yōu)化方案圖1-1論文的技術路線示意圖

第二章交叉口通行能力和服務水平2.1道路通行能力道路通行能力是道路規(guī)劃、設計及交通管理等方面的基本參數，其具體數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水平從不同的角度反映了道路的性質與功能，通行能力主要反映道路服務數量的多少或能力的大小，服務水平主要反映了道路服務質量的滿意程度。道路通行能力是道路能夠疏導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，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，單位時間內可能通過的最大交通實體（車輛或行人）數，亦稱道路通行能量，車輛多指小汽車，當有其他車輛混入時，均采用等效通行能力的當量小汽車為單位（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：v——行車速度（km/h）；t0——車頭最小時距（Sl0——車頭最小間隔（m）l車——車輛平均長度（ml安——車輛間的安全間距（ml制——車輛的制動距離（ml反——駕駛人在反應時間內車輛行駛的距離（m計算的最大交通量為：Nmax=3600l0=3600l0vl0=l反+l=v3.6t+v2254?+l安+式中：t——駕駛人反應時間（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（常為15min）所能通過的最大車輛數，通常以pcu/h上節(jié)通行能力的定義均系在某種前提或理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：=1\*GB2⑴道路條件：指街道或公路的幾何條件，包括交通設施的種類、性質及其形成的環(huán)境、每個方向的車道數:車道和路肩寬度、側向凈空以及平面縱面線等。=2\*GB2⑵交通條件：指使道路的車輛的交通流特性設計速度、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。=3\*GB2⑶管制條件:指道路管制設施裝備的類型，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鍵性管制條件，其他還有停車讓路標志、車道使用限制、轉彎禁限等措施。=4\*GB2⑷其他條件：有氣候、溫度、地形、風力、心理等因素。其中直接影響通行能力的數值主要有車型寬度及側向凈空、車行道數量、交通組成、駕駛人特性、道路縱坡、橫向干擾與視距等。根據美國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：=1\*GB2⑴車道寬度修正=2\*GB2⑵重型車輛和坡度的修正=3\*GB2⑶停車修正=4\*GB2⑷公共汽車阻擋的修正=5\*GB2⑸地區(qū)類型的修正=6\*GB2⑹車道利用的修正=7\*GB2⑺右轉的修正=8\*GB2⑻左轉修正=9\*GB2⑼行人和自行車修正雖然各個國家根據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很相近，實際通行能力因國情不同，認識不同，選用不同的修正系數。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下面給出我國高速公路通行能力影響因素修正系數表2-1：表2-1我國高速公路通行能力影響因素修正系數表基本通行能力影響系數硬路肩寬度修正系數f車道寬度修正系數f交通組成修正系數f設計速度（km/h）基本通行能力（pcu標準車道）硬路肩寬度（m）修正系數車道寬度（m）修正系數f12022000.751.003.751.00pi——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，可用表2-21002200(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表目別項項別類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貨車載重（噸位）≤1.01～2.52.5～7.07～14>客車（座位數）≤9.010～1920～4950～99.0>折算系數1.03.02.1.3平面交叉口的通行能力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生車流的轉向、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、寬度、幾何線形或物理條件有關，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。無信號管制的交叉口通行能力不設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式中:NN優(yōu)q——N優(yōu)3600（輛α——臨界間隙時間（s）,對于設停車標志指示的交叉口采用6～８s，對于設置讓車標志的交叉口采用5～7s，這一時間數值為次干路橫穿主干路所需的安全時間，實際設計時可以實測若干數據，然后取平均值。β——次干路上車輛間的最小車頭時距，對于停車標志采用5s，對讓路標志采用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25020010010050信號交叉口機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、停止和左右轉彎，隨信號燈色的變換使車輛通行權由一個方向轉移給另一個方向，根據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《城市道路設計規(guī)范》所采用的方法：1條直行車道的通行能力計算公式：C式中：TC——信號周期（stg——信號周期內綠燈時間（st0——綠燈亮后，第一輛起動。通過停車線的時間,可采用2.3sti——平均車頭時距（s/pcuδ——折減系數,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，計算時可采用本地區(qū)調查數據。如無調查數據，直行車隊可參考下列數值去用：小型車組成的車隊，ti=2.5s；大型車組成的車隊，ti=3.5s；拖掛車組成的車隊，ti=7.5s；混合車隊組成的車隊，按表2-4選用。為計算方便表2-4混合車隊的t大：小2:83:74:65:56:47:38:2t2.652.963.123.263.303.343.42直右車道通行能力計算公式：C（3）直左車道通行能力計算的公式：C其中β'一條直左右車道的通行能力計算公式：C專用左轉和專用右轉車道入口引道的通行能力計算公式：C其中：CelrCsβ1βr有專用左轉車道而無專用右轉車道時通行能力計算公式：C其中：CelCsCsr專用左轉車道的通行能力：C有專用右轉車道但無專用左轉車道時的通行能力計算公式如下：C其中：CerCsCsl專用左轉車道的通行能力：C因對面左轉車輛的影響入口引導處折減后的通行能力計算公式：C'其中：C'e——折減后的通行能力CensCleCC'le——不折減時直行車道通行能力的對面左轉車數，交叉口小時為3n，大時為4n2.2服務水平2.2.1道路服務水平服務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成度或服務質量，如可以提供的車行速度、舒適、方便、駕駛人的視野，以及經濟安全等方面所能得到的實際效果與服務的程度。不同的服務水平允許通過的交通量稱為服務流率或服務交通量。服務等級高的道路車輛速度快，延誤少，駕駛人開車的自由度大，更加的舒適與安全，但其相應的服務交通量就要少；反之，允許的服務交通量大，服務水平就低。目前，服務水平大體按照以下指標劃分：=1\*GB2⑴行車的速度與運行時間。=2\*GB2⑵車輛行駛時的自由程度與通暢度。=3\*GB2⑶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等。=4\*GB2⑷行車安全性即事故率和經濟損失等。=5\*GB2⑸行車的舒適性及乘客的滿意程度。=6\*GB2⑹最大密度，每一車道每公里內車輛的最大密度。=7\*GB2⑺經濟性。服務水平的等級各國劃分不一，一般根據每個國家的道路交通的具體條件劃分為3～6個服務等級。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水平劃分標準表和美國2000年版信號交叉口的服務水平表。表2-3我國無信號交叉口服務水平劃分標準表服務水平平均停車延誤（s）交通狀況描述一≤15.0車輛暢通，略有阻力二15.1～30.0車輛運行正常，有一定延誤三30.1～50.0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》信號交叉口的服務水平表服務水平每輛車的停車延誤（s）2000年版2006年版A≤5.0≤10B>5和≤15>10～20C>15和≤25>20～35D>25和≤40>35～55E>40和≤60>55～80F>60.0>80注：此表來源于《交通工程總論》p93美國2000年版《手冊》中信號交叉口服務水平劃分標準與我國無信號管理交叉口的服務水平劃分標準是一樣的，均以通過路口的每輛車的停車延誤時間（s）作為唯一依據。因為在交叉口受信號燈控制或對方道路通車限制，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。2.2.2交叉口服務水平對于平面交叉口，確定服務水平的原理與路段相同，只是作為具體表達的指標與路段不同。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水平。此外，平面交叉口的交通服務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、停車次數和頻率等影響。下面給出專家建議的交叉口服務水平等級。表2-5交叉口服務水平等級等等級指標一二三四五交通負荷系數Z<0.60.6～0.70.7～0.80.8～0.9>0.9效率系數E>0.80.8～0.650.65～0.50.5～0.35<0.35交叉口受阻車輛（%）<1010～1515～2020～30>30延誤時間t（s/輛）<3030～4040～5050～60>60排隊長度L（m）<3030～6060～8080～100>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)化設計的主要原則（1）正確分配主次道路設置相應的“路權分配”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)先通行權利”，對支線道路交通設置交通控制的“?！薄ⅰ白尅毕拗拼胧?。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，應該設置信號燈控制；在交通流量較小時，應該對所有道路入口設置“?！笨刂拼胧?。（2）盡量設置左右轉彎車道視條件設置左右轉彎車道即在進入交叉口前盡量將轉彎的交通流與直行的交通流分開。（3）盡量縮小交叉口通過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）左右轉彎車道在直行車道左右分別拓寬左右轉彎車道應該在保障直行車道成直線的前提下，向左右兩邊分別拓寬，使得左右轉彎的車能夠從直流車流中分離出來，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車道的交叉口，盡量建立分隔右轉車流的三角安全島，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，必須結合交叉口的交通流特點，交叉口是路網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行詳細的研究。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1995年9月開始實施的《城市道路交通規(guī)劃設計規(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，并相應的推薦了各等級道路的規(guī)劃標準。見下表3-1大、中城市路網規(guī)劃指標：表3-1大、中城市路網規(guī)劃指標項目城市規(guī)模人口（萬人）快速路主干路次干路支路機動車設計速度

（km/h）大城市>20080604030≤20060-8040-604030中等城市404030道路網密度

（km/km^2）大城市>2000.4-0.50.8-1.21.2-1.43-4≤2000.3-0.40.8-1.21.2-1.43-4中等城市1.0-1.21.2-1.43-4道路中機動車

道條數（條）大城市>2006-86-84-63-4≤2004-64-64-62中等城市42-42道路寬度（m）大城市>20040-4545-5540-5015-30≤20035-4040-5030-4515-20中等城市35-4530-4015-20道路面積率城市道路用地面積應占城市建設用地面積的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7～15m^2/人此外，國標《城市路交通規(guī)劃設計規(guī)范》還對各類道路提出了規(guī)劃的要求：（1）快速路：快速路應與其它干路構成系統(tǒng)，并與城市對外公路有便捷聯(lián)系；快速路上的機動車道兩側不應設置有非機動車道，機動車道應設置有中央隔離帶；與快速路交匯的道路數量應嚴格控制；快速路兩側不應設置公共建筑出入口；快速路穿過人流集中的地區(qū)，應設置人行天橋或者是地下通道。（2）主干路：主干路上機動車與非機動車應分道行駛，交叉口間分隔機動車與非機動車的分隔帶應該連續(xù)；主干路兩側不應設置公共建筑的出入口；主干路斷面分配應貫徹機非分流的思想，將非機動車逐步引出主干路，實現(xiàn)主干路主要為機動車交通服務功能。（3）次干路：次干路兩側可設置有公共建筑物，并可設置機動車和非機動車的停車場、公共交通站點和出租車服務站等。（4）支路：支路應與次干路和居住區(qū)!工業(yè)區(qū)!市中心區(qū)!市政公用設施用地、交通設施用地等內部道路相連接；支路可與平行快速路的道路相接，但不得與快速路直接相接；支路應滿足公交線路行駛的要求。每一等級的道路都有服務于更高等級的功能，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構復雜，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，就其在路網中的功能地位而言，其主要服務對象應為長距離交通，并且行駛車輛應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平面交叉口機動車流特點車輛交通特性城市道路所服務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做了等效的代換，換算成標準車輛。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，如駕駛人的視線高度、高速行駛時的特征等決定了道路設計的一些指標。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。設計車輛尺寸下面兩圖是參照我國《公路工程技術標準》和《城市道路設計規(guī)范》所規(guī)定的車輛外廓尺寸界線：表3-2《公路工程技術標準》（JTG37-2003）所規(guī)定的設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61.8載貨汽車122.541.56.54鞍式列車162.541.24+8.82表3-3《城市道路設計規(guī)范》（CJJ37-1990）規(guī)定的設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2.71.3普通汽車122.54.0鉸接車182.54.01.75.8及6.73.8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。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=式中：v——汽車制動開始時的速度（km/h）;i——道路縱坡度（%）；φ——輪胎與路面之間的附著系數。機動車流啟動清空特點機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，進入交叉口之后，受不同的車種、不同的流向、不同的速度的機動車流，以及非機動車交通流的干擾，使得機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信號燈轉為綠燈顯示時，原先等候在停車線后面的車流便開始向前運動，車輛魚貫地越過停車線，其流率由零很快增至一個穩(wěn)定的數值，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，車輛從原來的靜止狀態(tài)開始加速，速度逐步由零變?yōu)檎Ｐ旭偹俣取Ｔ诖似陂g，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停止前進了，部分車輛雖未停止但也已經開始減速，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逐漸地降下來。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。在交叉口，由于車輛在此匯集并分流，各個方向的車流產生交織區(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)律進行研究。平面交叉口的沖突特點分析車輛到達、通過平面交叉口的時候，要產生分流與合流，當兩股不同流向的交通流同時通過空間的某點時，就會產生交通沖突，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。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量會隨著相交道路數量的增加而急劇增加，沖突點將嚴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水平，因此合理的控制交叉道路的數量，進行有效的交通流沖突點的控制非常的有必要。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動車流的沖突點，各種平面的交叉口的沖突點數情況如下：表3-4不同無信號控制交叉口沖突點數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：NN式中：NON1N2N——相交道路數。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量的增加而急劇增加，嚴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重影響車速，造成城市道路通行能力的下降，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，機動車是交通強者，行人和非機動車是交通弱者。強者對強者的交通沖突或弱者對弱者的交通沖突，其結果都不如強者對弱者的沖突傷亡慘重。同時，弱者對強者沖突時，所造成的交通延誤又比強者沖突高的多。因此，對于沖突類型的控制，重點是強者對弱者的交通沖突，要想辦法把行人和自行車從機動車隊里分離出去。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：變隨機沖突點為固定沖突點；變交叉沖突點為交織沖突點；減少沖突點個數和沖突點上的沖突次數;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合的方法進行沖突點的控制。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束，到下一相位開始，重復上述過程。通過設置交通信號，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，提高交叉口的服務水平。如果不計入行人和非機動車車流的各類沖突點，信號交叉口的沖突點數目如表3-5和圖3-5：表3-5信號控制交叉口沖突點數目交叉形式沖突點合流點分流點共計三路交叉1225四路交叉2248五路交叉46414圖3-5信號控制交叉口沖突點數目分布圖由此可以看出，采用信號控制，可以有效地減少各類沖突點個數。并且，相位設置越多，沖突點數就越少，進行交通控制也就越容易?？梢哉f，多相位控制為平面交叉口的交通流分離創(chuàng)造了有利的條件。但是，實行多相位控制不能無原則地增加控制相位，因為每增加一個相位，就會在信號配時上帶來相應的綠燈損失時間，造成信號周期的延長，同時也降低了路口的通行能力。所以，信號相位并不是越多越好，應該視路口的具體情況而定。目前，在我國的交通信號控制實際中，由于路口車速較慢，一般只考慮交叉沖突，部分路口可根據情況考慮合流沖突，對于分流沖突一般都通過路口渠化解決。3.3平面交叉口渠化設計3.3.1交通渠化的概述渠化是對交通沖突進行空間分離，在道路上用交通標志、標線或用高出路面的各種島狀構造物，或利用護欄、分隔帶、隔離墩及其他設施和方法，對行人與各種不同車型、不同方向、不同速度及不同運動狀態(tài)的交通流進行引導、隔離和管制，使交通實體像渠內水流一樣順著一定的方向和線路，互不干擾的安全而有序地運行，達到“各行其道，互不干擾”。綜合起來有如下八條原則：簡單易懂、符合規(guī)范、有利安全、方便直接、保證視距、美觀醒目、便于認識、位置合理。3.3.2渠化設計的措施渠化設計的措施主要是利用標線劃分車道、通過人行橫道來規(guī)范行人、通過導流設施指引機動車以及非機動車運行軌跡、利用交通島作為行人和非機動車過街的安全島等。渠化的目的與作用（1）減少了沖突面積，指引汽車行駛方向，減小交通流在交叉口的沖突范圍，減少車輛和行人過街時發(fā)生碰撞的危險性。（2）增大交叉角度，使對向車流以較大角度盡可能成直角交叉減少車輛行駛沖突的面積?？s短交叉時間，為司機提供判斷車輛相對位置和速度的最佳條件。（3）減小匯入角，使交通流以10°～15°的合理角度以最小的速度差進行合流，使匯合車輛可利用最小車頭間距。（4）書窄進口寬度，縮小進口寬度或使進口道路彎曲，使駛入交叉口車輛有明確的方向并能夠降低速度以使干道車輛少受影響。（5）分隔車流，分散交叉口內的交叉與沖突點，使車輛在交叉口的固定區(qū)域內交叉通行，減少沖突碰撞。（6）禁止左轉彎，限制車輛駛入禁區(qū)，防止車輛轉錯車道。（7）布設交通設施，設置分隔島和交通設施便于組織行車。（8）分車道轉彎，減少過多的路面面積，減少鋪裝范圍，降低費用并減輕右轉車輛對直行、左轉車輛的影響。（9）設置左轉候車道，布置渠化島調整交通流,劃分左轉、右轉專用車道，使車輛各行其道，減少相互干擾。（10）設侯駛車道，設置侯駛車道，供轉彎車輛與交叉車輛避車等候或轉向?？渴褂茫鸬椒蛛x交通流、保護轉彎、橫穿道路車輛的作用3.3.3交叉口渠化設計流程 平面信號交叉口設計流程：（1）交通調查階段對于信號交叉口渠化設計的交通調查，主要包括以下幾個方面：①交叉口幾何構造調查包括對相交道路的性質、各進口道的寬度、原有車道的布置、原有的渠化設施等的調查。②交叉口交通狀況調查包括對分專向的非機動車和行人流量、分轉向分車種的機動車流量、交叉口混亂現(xiàn)狀以及周圍土地利用狀況等的調查。③交叉口信號配時調查包括對分時段的信號周期長度、相位方案、相位數、綠燈時間等的調查。（2）渠化設計階段①機動車渠化設計對交叉口機動車渠化設計應根據路口寬度劃分機動車道，并根據左轉、直行、右轉機動車交通量進行合理的車道組合，充分利用交叉口的幾何形狀，對左、右轉車道進行渠化設計。②非機動車渠化設計根據交叉口處非機動車交通量，以及機動車與非機動車存在的沖突類型，選取合適的非機動車渠化方式。③行人渠化設計在交叉口處施劃人行橫道，在道路寬度過大時，在道路上設置安全島。(3)方案確定階段對前面的設計方案是否與信號配時相協(xié)調，并滿足相應的設計原則作出判斷，進行修改，最終達到最佳的渠化設計方案。3.4交叉口信號控制和相位設計平面交叉口的控制方式可分為無信號控制交叉口和有信號控制交叉口，無信號控制交叉口又可分為完全無控制交叉口和停、讓控制交叉口。完全無控制交叉口不設任何導流設施，車輛通過交叉口時為自由通過，其安全性能太差，也僅適用于交通量稀少的城郊或者是低等級的鄉(xiāng)村公路，在城市中基本不會采用。所以，交叉口的控制方式劃分為以下三類：停、讓控制交叉口、信號控制交叉口。在本研究中，主要為城市的大型交叉口，所以主要采用的是信號控制來對交通進行控制，故本章主要介紹一下信號控制和相位的控制。3.4.1信號相位、階段、基本參數信號相位：信號燈色周期地進行更換。在交叉口進口道處，不同的流向按照一定的順序獲得通行權。因此，通行權的每一次更換，就構成了一個信號相位。信號階段：信號相位是周期性交替獲得綠燈顯示的，通過交叉口的通行權是依次輪流分配給各個相位的，通行權的每一次轉換就稱為一個信號階段。一個周期內通行權交接幾次，就是幾個信號階段。周期時長：信號燈各種燈色輪流顯示一周所需的時間，即各種燈色顯示時間之和，或是從某相位的綠燈啟亮開始到下次該綠燈再次啟亮之間的一段時間。用C表示，單位為s。綠信比：指在一個周期內某一相位有效綠燈時間g與信號周期長度c之比，用入表示。相位差：又叫時差，通常用O表示，單位為s。相位差有絕對相位差和相對相位差之分。絕對相位差是指各個信號的綠燈(紅燈)的起點或中點相對于某一個交叉口(一般為關鍵交叉口)信號綠燈(紅燈)的起點或中點的時間之差。相對相位差是指相鄰交叉口同一相位的綠燈（紅燈）的起點或中點的時間之差。相對相位差等于兩個信號絕對相位差之差。在實際應用中，一般多用綠燈的起點或中點作為時差的標點，這種時差稱為綠時差或綠燈起步時距。綠燈間隔時間：指前一個信號相結束放行，后一個信號相開始放行之間的間隔時間。黃燈時間：是指為了將已經進入交叉口并正在前進的車輛從交叉口內予以清除所需要的時間。行人過街時間：行人過街綠燈信號時間可按下式計算：G=R+W+2式中：G——行人過街綠燈信號時間；R——行人反應時間；N——行人過街的排隊人數；W——車行道的寬度。3.4.2信號控制方式的選擇交叉口控制方式的選擇，涉及許多的因素，主要有：相交道路的性質、類型的選擇；交通量和事故情況；不同管理方式、不同等級相交道路，不同形式的交叉口通行能力的不同；行人、自行車多少；設施、營運以及其他。定時自動信號控制交叉口交通信號控制機按事先設定的配時方案運行，稱為定時控制。定時控制一般適用于以下幾種情況：=1\*GB2⑴要聯(lián)結幾個相鄰交通信號或一個信號網絡并進行協(xié)調控制時，采用定時控制可使得信號啟動時間較易同步。（2）定時控制的正常工作，不必通過檢測器對車輛進行檢測。（3）定時控制比感應控制更適用于交通量大!流量均衡的地方。（4）定時信號設施價格低于感應信號，且安裝!維護方便。單個交叉口定時信號控制的優(yōu)化工作主要包括配時時段的劃分、車道渠化方案與信號相位方案的確定、進口道設計交通量的確定、進口道飽和流量的計算以及信號配時參數的計算等幾個步驟等。感應式自動信號控制感應控制是在交叉口入口引道上設置車輛檢測器，信號配時方案由計算機進行計算，可隨檢測器檢測到的車流信息而實時改變的一種控制方式。感應控制又分半感應控制和全感應控制這兩種方式，前者是在部分進口道上設置檢測器(依據檢測器設置的位置不同又可分為主路感應控制和次路感應控制兩種)，后者在所有進口道上都設置檢測器。感應控制主要適用于以下幾種情況:（1）交通量變化大而且不規(guī)則的交叉口，以及必須降低主要干道被干擾的交叉口，用感應控制效益更大。（2）不適宜定時聯(lián)動控制的交叉口，宜用感應控制。（3）感應控制在輕交通量交叉口或輕交通量期間，有其優(yōu)越性，可以避免主要道路上的交通產生不必要的延誤。（4）感應控制在多個流向交通量變化大的復雜交叉口上，可得較大效益。（5）感應控制適用于主次道路相交道路只在次路有車輛和行人時才中斷主路車流的交叉口。

第四章交叉口優(yōu)化方案評價指標評價交叉口的運行情況，主要包括交叉口交通流運行的安全度及服務水平。服務水平通常用飽和度或車輛的平均延誤時間、平均排隊長度來反映，飽和度越低、延誤時間越短、平均排隊隊列越短，則服務水平越高；交叉口的交通安全主要由道路平交口的幾何線形、道路條件、交通條件、控制條件和環(huán)境條件等影響，另外，在微觀層面上影響因素有交叉口縱坡度、相交道路數、交叉角度、水平線型、視距、車道數、車道寬度、車道設置、路肩寬度、轉彎半徑各種交通標志和標線、信號燈、路面平整度、路面摩擦系數、路面類型、路肩質量、照明狀況、機非混行等。安全服務水平通?？捎萌塑嚪蛛x度、交通沖突數、交叉口安全度等反映，交叉口交通沖突數越少、人車分離度越高、交叉口安全度值越大則交通安全性越好，安全服務水平越高。4.1服務水平（效益指標）4.1.1飽和流率損失時間飽和流率是指當整個小時是有效綠燈信號時，車流不間斷，而且沒有大的車頭時距的條件下，每小時每車道通過交叉口的車輛數，可以很好地反映交叉口通行能力。飽和流率取決于車輛駛過交叉口時連續(xù)通過車道組停車線的最小車頭時距，按照為分析建立的每個車道組計算。在平面交叉口，由于交通信號控制設施的存在，導致了交通流周期性的中斷，我們稱這種交通流為間斷交通流。在有交通信號控制的平面交叉口，所有車道上的車輛都要間歇地行駛，它根據交通信號的不同變化來獲得或失去通行權，當交叉口綠燈啟亮車隊離開停車線后，并非所有的車輛都以同一交通速度運行，由于不同駕駛員和車輛的啟動反應和加速度效應不同，車輛間的車頭時距略有不同。下面給出飽和流率計算公式：S=式中：S——飽和流率（輛/h）；H——飽和車頭時距（s）。圖4-1飽和流率和損失時間關系圖4.1.2飽和度信號相位飽和度是反映信號交叉口通行能力的重要參數，交叉口整體飽和度計算方法如下：X其中：C——信號周期長；(v/s)ci——第iL——總損失時間。若交叉口整體的飽和程度比率超過了1.0，則說明有一個或多個車道組過飽和，這時，交叉口渠化設計、配時設計不適合現(xiàn)狀及規(guī)劃要求。若比率小于1.0，某些方面的流量也可能超過通行能力。評價主要應以各車道組的飽和度為準。4.1.3延誤道路交通順暢的制約關鍵在交叉口，延誤是評價交叉口的運行效率和服務水平的重要指標。延誤是指由于交通干擾、交通管理和控制設施等因素引起的車輛運行時間損失。它不僅反映了交叉口交通控制、交通設計的合理性，同時也反映了道路使用者的受阻程度和感受的服務質量，以及能源消耗和環(huán)境污染等。對于停、讓控制交叉口，由于要優(yōu)先保證主路車輛通行，故主路車輛的延誤很小，一般無需停車便可順暢通過，此時的延誤近似為零；支路車輛需要停車觀望，所以延誤較主路大。進入信號控制交叉口的車輛，由于信號燈周期性的放行或中斷某一方向交通流，在一定車道上的車輛只能利用周期內的部分時間通過交叉口，在其他時間內車輛要等候綠燈信號，故車輛在路口排隊等候時會產生一定的延誤。下圖為不同類型交叉口的延誤-流量關系圖：圖4-2不同類型交叉口的延誤-流量關系圖信號交叉口的延誤分析相當復雜，需要考慮信號周期、配時、交通量及隨機因素。目前，用于信號控制交叉口入口到延誤計算的模型主要有英國Webster模型和美國HCN延誤模型：Webster信號交叉口延誤計算模型d=式中：d——每輛車的平均延誤；C——信號周期時長；q——標準化交通量；s——飽和流量；λ——綠信比；x——飽和度。2、美國2000年版HCM信號交叉口延誤模型（1）當無初始車輛排隊時d=（2）當存在初始車輛排隊時d=當x≤1，且t=T時，u=1-T當x≤1.0，且t=min?(T，U=0，Tc=T當x>1.0時，t=T，u=1,T在我國根據具體情況，通常采用下列分析方法：總延誤=總停車數*觀測時間間隔（輛?s）；交叉口入口引道上每輛車的平均延誤=總延誤/引道交通量（s）；每一停駛車輛的平均延誤=總延誤/停駛車輛總數（s）；停駛車輛百分率=停駛車輛總數/引道總交通量*100%（%）；停駛車輛百分率的估計誤差=（1-p4.1.4排隊長度排隊長度是評價交叉口進口道設計長度選定的合理性、交叉口擁擠阻塞狀況等的重要指標。在綠燈開始時各車道的平均排隊長度定義為上一綠燈時間內剩余車輛數和紅燈時間內到達的車輛數縣之和.當車道飽和度X>0.5時：Q不然，Q1Q各車道平均排隊車輛數：Q=其中：Q——總排隊車輛數；Q1Q2CAP——車道通行能力；C——周期時長（s）；X——車道飽和度；λ——綠信比；q——交通量。各車道實際隊長為：l=Q×式中：lj——車輛平均占用長度，通常認為隊列中一輛車所占長度為64.2安全指標4.2.1人車分離度根據實測資料建立理論人車分離度，以計算未分離行人數，再根據交叉口事故與未分離行人的經驗平均關系，預估未來交通事故期望數，可以較好地評價交叉口交通安全狀況。各路口的人車分離度計算公式為：SS式中：SRpmn——交叉口i路口jPij——交叉口i路口jSRI——4.2.2交叉口沖突數交叉口沖突點存在相互干擾、尾撞、刮擦或碰撞的可能性，嚴重影響交叉口行車速度、通行能力和交通安全。其中，以直行與直行、左轉與左轉以及直行與左轉車輛之間所產生的交叉沖突點對交通的干擾和行車的安全影響最大，其次是合流點，再次是分流點。這些沖突點數量越多，對交叉口的交通安全和通行能力影響就越嚴重。所以，交叉口的沖突數是一種有效的評價交叉口的安全度的指標。選擇Gamma概率擬合分布交通沖突：f式中：fcC——觀測的沖突數；α，β——模型的參數，α=E2cVacc，β=VarcE不同的交叉口使用者或其使用的交通工具之間產生的沖突點對交叉口安全服務水平的影響程度是不同的。例如機動車與行人沖突點可能引起發(fā)動機車與行人發(fā)生交通事故，而這種事故往往導致行人死亡，后果嚴重。所以我們在建立安全服務水平模型時需要考慮機動車與機動車、機動車與行人、機動車與非機動車、非機動車與行人不同的交叉沖突點類型。危險與安全是一個相對的概念，因此，引入交通沖突概率分布的α分位點，選擇合適的分位點作為交叉口的評價標準。根據一般的工程可靠性要求，90%以上的可信度足以滿足精度要求，因此取概率分布函數的90%分位值q作為評價標準。也就是說，交叉口的觀測沖突值大于該分位值，則認為該交叉口是危險交叉口。4.2.3交叉口安全度城市交叉口交通條件復雜，簡單的數字模型很難表征道路交叉口的安全度，本文中引入“動態(tài)重力模型法”來評價交叉口的安全度?！皠討B(tài)重力模型法”以下交叉口安全度的計算公式：K式中：KrR、Rp——車輛事故率(交叉口:次百萬輛)，容許車輛事故率；N、Np——事故數和容許事故數；E、Ep——E為事故強度，EPβ——參數。式中的一些參數、指標計算方法見下式：R=N×10/(其中：N——平均每年的事故次數；NVR式中：KRR——同期相似類型道路事故率。N式中：KN——修正系數(1/KN反映事故頻度對安全影響的靈敏度，建議取值N——同期相似道路的事故數。E式中：KE——修正系數，(1/KE反映事故強度對安全影響的靈敏度，建議取值E——同期相似道路的事故強度。在已有的道路、交通條件及交通事故資料的情況下，利用動態(tài)重力模型能較準確而又方便的找出事故多發(fā)點。4.3小結在實際情況下，指標值不可能恰好就與某個等級的標準值相吻合，而是介于兩個或幾個等級之間。評價指標的標準，常常依靠人的經驗來確定。但是，價值分析法評價運行質量比較簡單、可信度高，具有較強的實用性。粗略評估交叉口時，可以采用單項指標以減少工作量。評價總體運行質量時，應采用綜合評價法，使評價更科學、更客觀、更合理、更準確。下面給出單項指標評價體系的評價標準：表4-1各單項指標評價體系等等級指標好較好一般較差差飽和度≤0.650.65-0.750.75-0.850.85-0.95>0.95延誤≤3030-4040-5050-60>60排隊長度<3030-6060-8080-100>100人車分離度>0.90.9-0.80.8-0.70.7-0.6≤0.6交通沖突數≤16371637-19751975-25132513-2943>2943安全度≥1.51.0-1.50.8-1.00.5-0.80-0.5對應價值100-9090-8080-7070-60≤60

第五章實例分析下面我們通過一個具體的例子來分析一下信號交叉口的優(yōu)化。第一章我們敘述了利用vissim軟件來進行信號交叉口的仿真與分析。本章我們通過研究淄博南京路與新村西路的交通狀況發(fā)現(xiàn)問題并提出解決方案，利用vissim軟件進行優(yōu)化的評估。5.1南京路與新村西路交叉口概述5.1.1交叉口附近交通、土地使用情況南京路與新村西路位于淄博張店新城區(qū)，毗鄰張店區(qū)政府，四周有山東理工大學、淄博市實驗中學，交通繁重，地理位置重要，機動車輛較多，而且由于學校多，在放學下班高峰時段，非機動車、人流、機動車混雜行駛，交通復雜、擁堵。該交叉口周邊以學校辦公為主，而且目前在理工大北和西市體育館南建有大片新樓盤，近幾年估計就會是新的居民聚居區(qū)。附近土地使用情況見下圖：圖5-1交叉口附近土地使用情況5.1.2交叉口道路基本情況在交叉口處，南京路是雙向九車道道路，新村西路是雙向十車道道路。南京路與新村路交叉口西進口機動車車道寬33.8m，東進口機動車車道寬33.8m，南