過飽和流量下交叉口服務(wù)水平提升方法研究與實(shí)踐

北京理工大學(xué)珠海學(xué)院2016屆本科生畢業(yè)論文ADDINCNKISM.UserStyle過飽和流量下交叉口服務(wù)水平提升方法研究與實(shí)踐摘要隨著國家的發(fā)展、人民生活水平的提高與人均可支配收入的增加，汽車已經(jīng)走入了家家戶戶，一個(gè)家庭有幾輛小汽車已經(jīng)是常事。由于家用小汽車的增加，道路上的汽車也越來越多，道路資源增長跟不上汽車數(shù)量的增長，所以道路壓力也就越來越大。行車問題很大一部分發(fā)生在信號控制交叉口，而過飽和流量的交叉口往往問題更多，所以過飽和流量交叉口的優(yōu)化是道路優(yōu)化的一個(gè)重要組成部分。本文擬通過對過飽和流量下交叉口服務(wù)水平的提升來對目前的交通狀況進(jìn)行改善。本文選取的交叉口經(jīng)過驗(yàn)證后得出的確是過飽和流量的交叉口，接著通過信號配時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)與干線協(xié)調(diào)控制對交叉口進(jìn)行服務(wù)水平的優(yōu)化提升，并最終利用vissim仿真模擬得出優(yōu)化方案的可行與否。在最后還提出了一些本文未經(jīng)驗(yàn)證的服務(wù)水平提升方案與建議給廣大讀者參考，如果有興趣的讀者可以自行研究并驗(yàn)證是否可行。關(guān)鍵詞：交叉口;服務(wù)水平;信號控制;干線協(xié)調(diào);vissim模擬仿真。AbstractWiththedevelopmentofthecountry,theimprovementofpeople'slivingstandardandincreaseindisposableincomepercapita,carshaveenteredeveryfamily,itiscommonforafamilytohaveseveralcars.Sotherearemoreandmoremotorvehiclesinbigcitiesinourcountry,butthegrowthofroadresourcesandparkingresourceslagsbehindseriously,inevitablyleadstothedrivingdifficult,thevehicledifficult,theparkingdifficultcontradictionisincreasinglyprominent.Alargepartofthetrafficproblemoccursatsignal-controlledintersections,theintersectionwithsupersaturatedflowisoftenmoreproblematic,sotheoptimizationofsupersaturatedflowintersectionisanimportantpartofroadoptimization.Thispaperintendstoimprovethecurrenttrafficsituationbyimprovingtheservicelevelattheintersectionundertheconditionofsupersaturatedflow.Theintersectionselectedinthispaperisprovedtobeanintersectionwithsupersaturatedflow,thentheserviceleveloftheintersectionisoptimizedandimprovedbythesignaltimingoptimizationdesignandthecoordinatedcontrolofthetrunkline,finally,theoptimizationschemeisobtainedbyusingvissimsimulation.Finally,someunverifiedservicelevelimprovementschemesandsuggestionsareputforwardforreaders'reference,ifyou'reinterested,youcandoyourownresearchandseeifitworks.Keywords:Intersection;theservicelevel;signalcontrol;arterialcoordination;vissimsimulation.目錄TOC\o"1-3"\h\u22786一、緒論 510612（一）研究背景 531857（二）研究目的與意義 61004（三）國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 6173661.國內(nèi)研究現(xiàn)狀分析 6148432.國外研究現(xiàn)狀分析 719217（四）方法研究內(nèi)容與具體實(shí)踐內(nèi)容 715790（五）研究技術(shù)硬件與軟件支持 8130311.硬件支持 8286682.軟件支持 85807（六）研究與實(shí)踐的關(guān)系 89357（七）本章小結(jié) 820417二、過飽和流量下交叉口服務(wù)水平基本理論 95246（一）信號交叉口飽和流量的定義與測定方法 910664（二）交叉口通行能力分析 10237401.通行能力基本概念 10219452.信號交叉口通行能力 1013891一、國外信號交叉口通行能力計(jì)算方法 10275401、美國的HCM方法 1023167（1）飽和流率模型 1026138（2）修正系數(shù) 1127496（3）通行能力分析模型 1139812.英國TRRL方法 1216801（1）飽和流量的計(jì)算 1224522（2）通行能力的計(jì)算 12307963.澳大利亞ARRB方法 1225919二、國內(nèi)信號交叉口通行能力計(jì)算方法 133245（三）交叉口服務(wù)水平分析 15221441.服務(wù)水平基本概念 15224942.中國與美國服務(wù)水平劃分的異同點(diǎn) 15143753.信號交叉口服務(wù)水平的確定 1523402（四）如何區(qū)分一般交叉口與過飽和流量下交叉口 1510192（五）本章小結(jié) 1528607三、過飽和流量交叉口調(diào)查概況與信號配時(shí)方案優(yōu)化設(shè)計(jì) 1624963（一）目標(biāo)交叉口的現(xiàn)狀 16319231.交叉口的選擇 16128332.交叉口概況 1613197（二）交叉口交通調(diào)查概況 1726134（三）對該交叉口進(jìn)行信號控制配時(shí)方案的優(yōu)化 1756971.相位的分配情況 17107122.信號配時(shí)方案計(jì)算過程 1839093.交叉口信號相位分配與配時(shí)方案表 1926387（四）關(guān)于待優(yōu)化交叉口是否過飽和的判斷 1914534（五）本章小結(jié) 2022199四、對過飽和流量下交叉口進(jìn)行干線協(xié)調(diào)控制 2032250（一）綠波設(shè)計(jì)原則 205727（二）干線協(xié)調(diào)控制交叉口基本概況 2111860（三）綠波協(xié)調(diào)控制數(shù)據(jù)處理 21245741.對非關(guān)鍵交叉口進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 21183262.關(guān)鍵交叉口的數(shù)據(jù)處理 238058（四）進(jìn)行協(xié)調(diào)前后的交叉口信號配時(shí) 237797（五）利用圖解法確定綠波控制方案的成果 2413689（六）本章小結(jié) 2531938五、基于Vissim的優(yōu)化前后過飽和流量下交叉口服務(wù)水平對比 2626974（一）關(guān)于Vissim 2626070（二）Vissim仿真運(yùn)行情況 2619576（三）優(yōu)化前后交叉口情況對比 2823454（四）優(yōu)化前后交叉口指標(biāo)對比 304271（五）其他優(yōu)化方法 315282（六）本章小結(jié) 326217參考文獻(xiàn) 3323619致謝 34緒論（一）研究背景隨著國家的發(fā)展、人民生活水平的提高與人均可支配收入的增加，汽車已經(jīng)走入了家家戶戶，一個(gè)家庭有幾輛小汽車已經(jīng)是常事。由于家用小汽車的增加，道路上的汽車也越來越多，道路資源增長跟不上汽車數(shù)量的增長，所以道路壓力也就越來越大，城市交通擁堵這一問題在一定程度上制約了城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[1]。交通擁堵已經(jīng)成為了全球性的問題，沒有一個(gè)國家能在發(fā)展的路上忽視交通擁堵這一問題。交通擁堵問題的出現(xiàn)是歷史發(fā)展的一個(gè)必然階段。我國現(xiàn)在正在向全面小康邁進(jìn)，社會發(fā)展速度飛快，開始經(jīng)歷邁向發(fā)達(dá)國家必經(jīng)的交通擁堵階段了。而我國的北京、上海等大城市的發(fā)展比其他地方要快不少，所以這些城市首先遇到了這個(gè)問題。車輛增長速度大大超過了交通供給速度，表現(xiàn)在交通上就是秩序亂點(diǎn)、交通堵點(diǎn)和事故黑點(diǎn)的數(shù)目大幅度上升，交通擁堵的成因已逐步由秩序混亂造成通行能力下降轉(zhuǎn)向車多路少導(dǎo)致通行能力不足[2]。而國內(nèi)外大多數(shù)研究表明，交通擁堵除了交通事故等不可控因素外，一般不會發(fā)生在道路路段上。所以道路發(fā)生交通擁堵的發(fā)生地大多都是在城市道路信號控制交叉口。由于要控制延誤，所以信號控制交叉口的相位不能過多，這也導(dǎo)致了在一個(gè)相位內(nèi)必然會有人與車輛的沖突，交叉口也是交通規(guī)則主要的約束地。由于行人，非機(jī)動(dòng)車與機(jī)動(dòng)車的交匯，使交叉口成為交通事故發(fā)生的重災(zāi)區(qū)，同時(shí)也是交通擁堵的重災(zāi)區(qū)。資料表明：85%以上的交通延誤發(fā)生在道路信號控制交叉口，且交叉口內(nèi)的通行能力僅為一般路段的50%[3]。造成交叉口問題出現(xiàn)的原因主要有以下幾個(gè)：第一，我國汽車數(shù)量飛速增長。第二，城市道路資源不足、規(guī)劃不合理，交通供不應(yīng)求。第三，信號控制交叉口信號配時(shí)方案不合理[4]。對過飽和交叉口優(yōu)化則是對交叉口優(yōu)化的重點(diǎn)，在社會還不十分發(fā)達(dá)的現(xiàn)在，無法將所有交叉口都進(jìn)行特定的優(yōu)化，如果要以最少的成本獲得最大的效益，對過飽和交叉口進(jìn)行優(yōu)化就是最好的選擇。所以本文將著重對過飽和流量下交叉口在國家相關(guān)規(guī)范下進(jìn)行優(yōu)化提升，以更好地提升通行能力，順應(yīng)國家的發(fā)展升級改造。（二）研究目的與意義交叉口通行能力在很大程度上影響著道路的通行能力，由于行人，非機(jī)動(dòng)車與機(jī)動(dòng)車的交匯，使交叉口成為交通事故發(fā)生的重災(zāi)區(qū)，同時(shí)也是交通擁堵的重災(zāi)區(qū)。將交叉口通行能力提升就能較好地提升道路通行能力。而交叉口服務(wù)水平與交叉口通行能力息息相關(guān)，服務(wù)等級可以從自由運(yùn)行、高速、舒適、方便、安全滿意的最高等級直到擁擠、受阻、停停開開、難以忍受的最低水平[5]。服務(wù)水平的提高可以使人們的幸福感增加，提升交通水平。本文主要研究的目的是通過減少行車時(shí)間、提高行車速度、減少行車受阻、減少延誤來提升過飽和流量下交叉口的服務(wù)水平。通過提升交叉口服務(wù)水平能使秩序亂點(diǎn)、交通堵點(diǎn)和事故黑點(diǎn)等交通問題得到一定程度上的緩解，減少人們在路上等待的時(shí)間，提高行車安全性，提高道路運(yùn)輸能力。更好地適應(yīng)我國飛速發(fā)展的潮流。（三）國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析1.國內(nèi)研究現(xiàn)狀分析至20世紀(jì)末，我國交通量增長速度大大超過了道路資源增加的速度，交通問題就顯現(xiàn)了出來。并且隨著城市化進(jìn)程的加快，人口大量向城市聚集，小汽車大量進(jìn)入普通老百姓家庭，城市交通問題已經(jīng)從“通行不暢”變成了“嚴(yán)重?fù)矶隆?，并且在向“整體癱瘓”發(fā)展演變，國內(nèi)交通問題十分嚴(yán)峻。根據(jù)對比研究，我國目前的交通狀況如同上個(gè)世紀(jì)高速發(fā)展的美國，汽車數(shù)量快速增長，公路建設(shè)不夠完善，現(xiàn)有的通行能力不能滿足現(xiàn)有交通量的通行。低等級公路仍占大部分，而對已建高速公路的交通管理技術(shù)落后，不能適應(yīng)公路的等級，運(yùn)輸效率還有待提升。為了解決我國交通發(fā)展相對落后的局面，我國發(fā)起了“暢通工程”，該工程主要有以下工作重點(diǎn)，第一：改善道路條件，保障資金投入，盡可能提高道路交通系統(tǒng)的供給能力。第二：優(yōu)化交通結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化交通需求宏觀控制，合理配置交通構(gòu)成，減少道路交通出行需求。第三：強(qiáng)化科學(xué)管理，保障道路交通管理資金投入，合理引導(dǎo)幾交通流，提高現(xiàn)有道路交通系統(tǒng)的通行效率。第四：規(guī)范交通行為，加強(qiáng)交通法規(guī)和交通安全知識的普及教育，營造井然有序的交通運(yùn)行環(huán)境[6]。在高等人才培養(yǎng)方面，各大高校也相繼開始招收、培養(yǎng)交通工程專業(yè)的研究生。在專業(yè)文獻(xiàn)方面，各大出版社也推出了許多與交通有關(guān)的報(bào)刊等，在報(bào)刊的要求上結(jié)合了我國交通組成的特點(diǎn)，形成了具有中國特色的理論體系，出版了各種交通工程相關(guān)刊物以及出臺了相關(guān)規(guī)范。我國交通問題正在逐步向好。2.國外研究現(xiàn)狀分析1930年，交通工程師學(xué)會在美國成立，并標(biāo)志著交通工程學(xué)科的誕生。美國為了加強(qiáng)國防能力和東西岸可達(dá)性，加快建設(shè)了全國公路網(wǎng)。并在道路建設(shè)中發(fā)現(xiàn)了許多交通相關(guān)的問題，便開始了提升道路通行能力的研究，力求公路能在科學(xué)的指導(dǎo)下進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)與管理。1950年美國交通工程師協(xié)會編寫出版了《道路通行能力手冊》（HCM）第一版，并順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展不斷更新?lián)Q代，增加新的內(nèi)容，對不同時(shí)代的道路情況進(jìn)行了觀測，推出符合當(dāng)代的新的規(guī)范內(nèi)容。隨著交通的發(fā)展，道路通行能力的標(biāo)準(zhǔn)也在不斷變化，而該手冊的內(nèi)容也在不斷地更新?lián)Q代。其他國家在美國的啟示下也根據(jù)本國國情派出專家對道路進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研，并制定出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。其中廣為流傳的就是英國的TRRL方法，由韋伯斯特（Webster）建立了一套完整的體系。提出了信號配時(shí)與通行能力計(jì)算方法。1954年，浮動(dòng)車法被人所提出，此法可同時(shí)獲得某一路段的交通量、行駛時(shí)間和行駛車速。而日本關(guān)于道路通行能力計(jì)算的是以1982年將其研究成果編入日本的《道路通行能力手冊》當(dāng)中作為起點(diǎn)的。其對信號交叉口通行能力的計(jì)算也是以美國的HCM為基礎(chǔ)，并結(jié)合日本的實(shí)際進(jìn)行改良得出的一套方法理論。近年來，日本在智能運(yùn)輸系統(tǒng)的研究上頗有收獲，早在1973年，日本國際貿(mào)易和工業(yè)省就發(fā)起了全面的車輛交通控制系統(tǒng)的研究。目前，日本正在實(shí)施智能道路計(jì)劃，目的是創(chuàng)造綜合ITS技術(shù)的高效、安全的通行環(huán)境[7]。（四）方法研究內(nèi)容與具體實(shí)踐內(nèi)容本文信號控制優(yōu)化方案主要通過現(xiàn)有的信號配時(shí)計(jì)算方法對交叉口信號配時(shí)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。對交叉口進(jìn)行單點(diǎn)信號配時(shí)，通過對實(shí)地考察得出的真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出該交叉口的全紅時(shí)間、各相位的總損失時(shí)間、各相位的流量比、信號配時(shí)最佳周期、黃燈時(shí)間、有效綠燈時(shí)間與綠燈顯示時(shí)間這些單點(diǎn)信號配時(shí)要素，并替代原信號配時(shí)方案，使用經(jīng)計(jì)算后得出的最佳信號配時(shí)方案，從而提升交叉口通行能力與服務(wù)水平。對待優(yōu)化交叉口進(jìn)行干線協(xié)調(diào)控制，根據(jù)實(shí)際情況確定關(guān)鍵交叉口與協(xié)調(diào)相位，對關(guān)鍵交叉口與其下游進(jìn)行設(shè)置綠波帶，使該飽和車流能夠快速消散，在干線協(xié)調(diào)控制道路上，調(diào)整各路口的信號燈周期、相位差和綠信比，使各路口信號燈協(xié)調(diào)，盡量使在規(guī)定速度內(nèi)行駛的車輛能少遇紅燈或不遇紅燈，形成綠波。從而減少路段交通燈等待時(shí)長，提升路段車速，提高交叉口服務(wù)水平。最后利用vissim構(gòu)建路網(wǎng)，對待優(yōu)化交叉口進(jìn)行仿真模擬，并對仿真結(jié)果進(jìn)行處理，與現(xiàn)有服務(wù)水平參數(shù)進(jìn)行對比，得出優(yōu)化前后交叉口服務(wù)水平的變化情況，驗(yàn)證優(yōu)化的可行性。（五）研究技術(shù)硬件與軟件支持1.硬件支持測量車速所需的道具，計(jì)時(shí)器，處理數(shù)據(jù)與繪圖所需的電腦。2.軟件支持AutoCad，Vissim，濟(jì)安橫斷面，百度地圖等。（六）研究與實(shí)踐的關(guān)系研究與實(shí)踐不是特定的一個(gè)研究得出的理論只能為一個(gè)實(shí)踐提供理論基礎(chǔ)，而是一個(gè)理論能為許多實(shí)踐提供指導(dǎo)。是一對多的關(guān)系，也是互相驗(yàn)證的關(guān)系。一個(gè)理論研究結(jié)果必然需要實(shí)踐來進(jìn)行驗(yàn)證其科學(xué)性，不然只能是空談。而實(shí)踐可以得出理論所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為理論提供數(shù)據(jù)支撐。一個(gè)好的理論必然要經(jīng)得住多次實(shí)踐的考驗(yàn)，而一個(gè)好的實(shí)踐需要多個(gè)理論為其提供方案，所以研究與實(shí)踐是互相依存，互相驗(yàn)證的。（七）本章小結(jié)本章對文章背景進(jìn)行了敘述，接著通過敘述讓讀者了解目前國內(nèi)外的交通研究情況。再對文章的研究內(nèi)容進(jìn)行了簡介，根據(jù)研究內(nèi)容確定了研究所需的硬件與軟件，最終提出了理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性。二、過飽和流量下交叉口服務(wù)水平基本理論（一）信號交叉口飽和流量的定義與測定方法1.飽和流量飽和流量指的是在一次綠燈時(shí)間內(nèi)，進(jìn)口道或沖突點(diǎn)上連續(xù)車隊(duì)能通過停車線或沖突點(diǎn)的最大流量[8]。2.觀測地點(diǎn)要求選擇的信號交叉口進(jìn)口道需要大于等于二車道，而且交通流量大，車道功能都有明確分工的交叉口進(jìn)口道。3.調(diào)查方法主要調(diào)查紅燈期間到達(dá)或綠燈初期到達(dá)而排隊(duì)隨后連續(xù)地通過停車線或沖突點(diǎn)的車輛。通過測量飽和車流各車輛經(jīng)過進(jìn)口道停車線的時(shí)間與車輛車型，以及各相位長度來求飽和流量。整理以每周期第四輛車以后的車流進(jìn)行計(jì)算，用每種車型平均車頭時(shí)距乘以車型比重再平均，得出飽和混合車流的平均車頭時(shí)距。最后用3600秒除以飽和混合車流的平均車頭時(shí)距即可得出飽和流量。（二）交叉口通行能力分析1.通行能力基本概念通行能力分為三種：基本通行能力、可能通行能力與設(shè)計(jì)通行能力。它們的區(qū)別在于由于環(huán)境條件與運(yùn)行條件的不同而擁有不同的通行能力數(shù)值，其中通行能力最大的一般為基本通行能力。道路通行能力與交通量有所差別，交通量均小于道路通行能力的數(shù)值。而且道路通行能力會隨著交通量的變化而變化，所以道路通行能力在實(shí)際道路上一直是一個(gè)變數(shù)。2.信號交叉口通行能力交叉口通行能力分為無信號交叉口通行能力與信號交叉口通行能力，本文主要討論信號交叉口的通行能力與服務(wù)水平。信號交叉口通行能力具體表現(xiàn)在信號交叉口的進(jìn)口道。信號交叉口通行能力的約束條件有三個(gè)：一是幾何條件；二是交通條件；三是信號設(shè)計(jì)條件。在一定約束條件下，某一進(jìn)口道單位時(shí)間內(nèi)能通過的最大交通量即為信號交叉口通行能力。而交叉口擁堵一般不會全部交叉口都堵，大多都是某一進(jìn)口道擁堵，所以容易擁堵的進(jìn)口道的通行能力設(shè)計(jì)往往是某個(gè)交叉口通行能力設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。下面將對國內(nèi)外的不同方法進(jìn)行介紹：國外信號交叉口通行能力計(jì)算方法美國的HCM方法飽和流率模型飽和流率是以某一進(jìn)口道在全綠燈條件下，所能通過的最大流量。在實(shí)際計(jì)算中，由于實(shí)際道路情況的不同，還要根據(jù)道路實(shí)際情況對飽和流率進(jìn)行修正，其修正公式如下：（式2.1）式中S——車道組的飽和流率，通常條件下，是車道組中所有車道，veh/h——每車道理想條件下的飽和流率，一般取1900veh/（h·ln）；N——車道數(shù)；——車道寬度修正系數(shù)——交通流中的重型車輛修正系數(shù)——進(jìn)口坡度修正系數(shù)——車道組停車與停車次數(shù)修正系數(shù)——公共汽車停在交叉口范圍內(nèi)影響作用修正系數(shù)——地區(qū)類型修正系數(shù)——車道利用修正系數(shù)——車道組中右轉(zhuǎn)車輛的修正系數(shù)——車道組中左轉(zhuǎn)車輛的修正系數(shù)——對于左轉(zhuǎn)流向的行人與自行車修正系數(shù)——對于右轉(zhuǎn)流向的行人與自行車修正系數(shù)修正系數(shù)各修正系數(shù)都有專門的公式進(jìn)行計(jì)算，這里就不一一列出。通行能力分析模型在美國的HCM方法中，計(jì)算信號交叉口的通行能力之前要先根據(jù)飽和流率及其修正公式算出某一進(jìn)口道的通行能力，再對交叉口所有進(jìn)口道的通行能力進(jìn)行求和才能得出整個(gè)交叉口的通行能力。其中一個(gè)進(jìn)口道車道組的通行能力按下式計(jì)算：（式2.2）（式2.3）式中——車道組i或引道i的通行能力，veh/h;——車道組i或引道i的綠信比（有效綠燈時(shí)間/周期時(shí)間）——車道組i或引道i的飽和流率，veh/h。交叉口的實(shí)際通行能力等于每個(gè)進(jìn)口道通行能力之和：（式2.4）式中——整個(gè)交叉口的通行能力，veh/h;n——整個(gè)交叉口所有進(jìn)口道的數(shù)量之和。英國TRRL方法（1）飽和流量的計(jì)算TRRL通過實(shí)地調(diào)研與數(shù)據(jù)分析得出最適合英國本土的禁停路段進(jìn)口道飽和流量計(jì)算公式為：S=525W（pcu/h）W≧5.5m（式2.5）式中W——進(jìn)口道寬度。通行能力的計(jì)算根據(jù)交叉口通行規(guī)則得出以下的公式：（式2.6）澳大利亞ARRB方法由于韋伯斯特延誤公式在飽和度越趨近于1的時(shí)候計(jì)算得出的延誤誤差越大，更無法計(jì)算過飽和流量下的延誤，所以為了更好地適應(yīng)實(shí)際道路條件，公式被更改為：（式2.7）式中D——總延誤，s；——平均溢流排隊(duì)車輛數(shù)，veh;——綠信比；q——進(jìn)口道實(shí)際到達(dá)的交通流量，pcu/s；——周期時(shí)間，s其通行能力計(jì)算公式與英國TRRL方法一樣。國內(nèi)信號交叉口通行能力計(jì)算方法1、根據(jù)車道功能的不同，利用停車線斷面法得出下列不同公式：（1）一條右轉(zhuǎn)車道的通行能力（式2.8）式中——一條右轉(zhuǎn)車道的通行能力，pcu/h——連續(xù)兩輛右轉(zhuǎn)車輛平均車頭時(shí)距，s。（2）一條左轉(zhuǎn)彎車道的通行能力（需要設(shè)有左轉(zhuǎn)彎專用信號）當(dāng)某個(gè)交叉口左轉(zhuǎn)車輛較多時(shí)，為了交叉口能夠穩(wěn)定運(yùn)行，需要專門設(shè)置僅用于左轉(zhuǎn)彎的交通信號。只有在交叉口擁有左轉(zhuǎn)專用信號時(shí)本公式才適用，此時(shí)一條左轉(zhuǎn)車道通行能力計(jì)算公式如下：（式2.9）式中——左轉(zhuǎn)車道的通行能力，pcu/h;——信號周期長度，s;——一個(gè)信號周期內(nèi)左轉(zhuǎn)彎信號時(shí)長，s；——左轉(zhuǎn)彎車輛通過交叉口時(shí)的速度，m/s；——左轉(zhuǎn)彎車輛連續(xù)通過交叉口的平均車頭時(shí)距，s，且一般取2.5s；a——左轉(zhuǎn)彎車輛啟動(dòng)時(shí)的平均加速度，。一條直行車道的通行能力（式2.10）式中——一條直行車道的通行能力，pcu/h;——在一個(gè)周期內(nèi)開放綠燈的時(shí)間，s；——直行車輛通過交叉口的速度，m/s；——直行車輛連續(xù)通過交叉口的平均車頭時(shí)距，s，且一般取2.5s。交叉口某一進(jìn)口的通行能力是左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)與直行車道的通行能力之和。而整個(gè)交叉口的通行能力則是所有進(jìn)口通行能力之和[9]。沖突點(diǎn)法該法相對于停車線斷面法有所改進(jìn)，在只有兩個(gè)相位的信號控制交叉口使用沖突點(diǎn)法計(jì)算通行能力比停車線斷面法要更符合實(shí)際情況?！冻鞘械缆吩O(shè)計(jì)規(guī)范》CJJ37——2012推薦方法該推薦方法主要適用于十字形信號控制交叉口。其中，直行車道的設(shè)計(jì)通行能力計(jì)算方法如下：（式2.11）式中——一條直行車道的設(shè)計(jì)通行能力，pcu/h;——信號燈周期長度，s；——每個(gè)信號周期內(nèi)的綠燈時(shí)長，s；——綠燈亮后，第一輛車通過停車線的時(shí)長，可采用2.3s；——直行車輛通過停車線的平均時(shí)間，s/pcu;——折減系數(shù)，可采用0.9。（三）交叉口服務(wù)水平分析1.服務(wù)水平基本概念服務(wù)水平是交通流中車輛運(yùn)行及駕駛員和乘客所感受的質(zhì)量量度，也就是道路在特定交通條件下所提供運(yùn)行服務(wù)的質(zhì)量水平[10]。2.中國與美國服務(wù)水平劃分的異同點(diǎn)相同點(diǎn)：中國與美國都將服務(wù)水平劃分為了六個(gè)不同的等級，它們都是以交通量的大小作為服務(wù)水平的起始依據(jù)，并根據(jù)車流量大小將車流劃分為自由流、穩(wěn)定流、不穩(wěn)定流與強(qiáng)制流四個(gè)狀態(tài)。根據(jù)服務(wù)水平的不同對車輛行車速度的高低進(jìn)行了判斷，行車自由度也是兩國服務(wù)水平所共同考慮的因素，最后還有最重要的行車舒適性與便利性。不同點(diǎn)：中國的服務(wù)水平劃分相較于美國多了對事故路段處理能力的高低與事故路段的運(yùn)行狀況，與我國人多車多的現(xiàn)實(shí)情況相符合，更有利于我國交通行業(yè)人員對路段服務(wù)水平的綜合研判。3.信號交叉口服務(wù)水平的確定效率度量——指的是為了評價(jià)每種設(shè)施服務(wù)水平而選擇的參數(shù)，表示能最好地描述該類設(shè)施運(yùn)行質(zhì)量的度量[11]。對于信號控制交叉口，最適合的效率度量有三個(gè)，分別是：平均控制延誤（s/veh）、負(fù)荷度、排隊(duì)長度（m）。（四）如何區(qū)分一般交叉口與過飽和流量下交叉口每一個(gè)信號控制交叉口都有其對應(yīng)的飽和流量，信號控制交叉口的定義與飽和流量的測量方法如本文2.1所示，觀測者可以根據(jù)飽和流量計(jì)算方法實(shí)地考察得出相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后即可得到被考察信號控制交叉口的飽和流量。再在該信號控制交叉口進(jìn)行交通量調(diào)查，將調(diào)查得出的交通量與飽和流量進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果就可以知道被調(diào)查信號控制交叉口是否為過飽和流量下的交叉口。（五）本章小結(jié)本章對過飽和流量下交叉口服務(wù)水平的相關(guān)概念與理論知識進(jìn)行了簡述，并對本文是如何進(jìn)行區(qū)別一般交叉口與過飽和流量下交叉口的方法進(jìn)行了描述。三、過飽和流量交叉口調(diào)查概況與信號配時(shí)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)（一）目標(biāo)交叉口的現(xiàn)狀1.交叉口的選擇本文選擇的地點(diǎn)為珠海市香洲區(qū)旅游路與梅界路交叉口，由于我在珠海就讀，所以有開車經(jīng)過此交叉口的經(jīng)歷。在晚高峰時(shí)，此交叉口北進(jìn)口的交通狀況十分糟糕，車輛要經(jīng)過此交叉口的排隊(duì)次數(shù)在三次以上，給駕駛員帶來了十分不愉快的駕駛體驗(yàn)，而且此交叉口是珠海市旅游路的一個(gè)交叉口，旁邊又有奧園廣場這種大型商圈，故對此交叉口進(jìn)行優(yōu)化十分具有現(xiàn)實(shí)意義。所以本文將對此交叉口進(jìn)行服務(wù)水平提升的研究進(jìn)行討論。2.交叉口概況該交叉口為十字形交叉口，交叉口周邊情況、車道數(shù)與車道功能劃分如下圖3.1與圖3.2所示：圖3.1圖3.2（二）交叉口交通調(diào)查概況由于需要測定晚高峰交通數(shù)據(jù)，故調(diào)查時(shí)間為18：00—19：00，對該交叉口進(jìn)行了時(shí)長為一個(gè)小時(shí)的交通調(diào)查。通過實(shí)地交通調(diào)查，測定了該交叉口的小時(shí)交通量、車頭時(shí)距、車流組成、原信號配時(shí)相位與原信號配時(shí)方案。該交叉口的交通調(diào)查數(shù)據(jù)如下表3.1所示：表3.1旅游路與梅界路交叉口交通調(diào)查數(shù)據(jù)匯總進(jìn)口道車道功能車道號一小時(shí)交通量小計(jì)飽和車頭時(shí)距飽和流量y起步損失北進(jìn)口直左160612083.0511800.512S直右26020.51南進(jìn)口直左12375032.1516740.14直右22660.16西進(jìn)口直左12453402.0817300.14直行2950.06東進(jìn)口左轉(zhuǎn)12646012.0517560.15直行22630.15右轉(zhuǎn)3720.04（三）對該交叉口進(jìn)行信號控制配時(shí)方案的優(yōu)化1.相位的分配情況相位圖如下圖3.3所示：圖3.3由于沒有進(jìn)行地點(diǎn)車速的測量，所以全紅時(shí)間取2S，黃燈時(shí)間取3S。信號配時(shí)方案計(jì)算過程（1）計(jì)算各相位的總損失時(shí)間第一相位：第二相位：第三相位：第四相位：（2）計(jì)算各相位關(guān)鍵車道流量比第一相位關(guān)鍵車道流量比：第二相位關(guān)鍵車道流量比：第三相位關(guān)鍵車道流量比：第四相位關(guān)鍵車道流量比：（3）計(jì)算最佳周期由于計(jì)算得出的最佳周期超過了國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，所以周期維持不變，該交叉口的周期仍為200S。（4）計(jì)算有效綠燈時(shí)間（5）計(jì)算綠燈顯示時(shí)間3.交叉口信號相位分配與配時(shí)方案表表3.2相位放行方案周期長度綠燈顯示時(shí)長黃燈顯示時(shí)長紅燈顯示時(shí)長一北進(jìn)口全放200S98S3S99S二西進(jìn)口全放200S26S3S171S三南進(jìn)口全放200S29S3S168S四東進(jìn)口全放200S27S3S170S（四）關(guān)于待優(yōu)化交叉口是否過飽和的判斷本文主要提升目標(biāo)是旅游路與梅界路交叉口北進(jìn)口道的服務(wù)水平。此進(jìn)口道的晚高峰一個(gè)小時(shí)交通量為1208veh/h,而經(jīng)計(jì)算可知該進(jìn)口道的飽和流量為1180veh/h，所以該交叉口進(jìn)口道交通量超過了飽和流量。該過飽和狀態(tài)與本文主題相符合，所以該交叉口適用于過飽和流量下交叉口服務(wù)水平的提升的研究與應(yīng)用。（五）本章小結(jié)本章對目標(biāo)交叉口的基本情況與選擇該交叉口的大致原因進(jìn)行了描述，并將交叉口各進(jìn)口道車道數(shù)與車道功能通過CAD粗略地繪制了出來，以供讀者參考。再將實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)利用表格呈現(xiàn)在本文中，通過對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的分析計(jì)算得出了關(guān)于信號配時(shí)計(jì)算所需的數(shù)據(jù)。接著對目標(biāo)交叉口進(jìn)行相位的劃分與信號配時(shí)方案的優(yōu)化，并用圖表直觀地表現(xiàn)在了文中。最后做出了關(guān)于待優(yōu)化交叉口是否過飽和的判斷，判斷結(jié)果為該交叉口適用于過飽和流量下交叉口服務(wù)水平的提升的研究與應(yīng)用。四、對過飽和流量下交叉口進(jìn)行干線協(xié)調(diào)控制（一）綠波設(shè)計(jì)原則“綠波帶”指的是在指定交通線路上，調(diào)整各路口的信號燈周期、相位差和綠信比，使各路口信號燈協(xié)調(diào)，規(guī)定好車速后，力求行駛在道路上的車輛可以不遇紅燈或少遇紅燈，形成綠波[12]。波帶的設(shè)計(jì)與道路運(yùn)行狀況、實(shí)際路段交通條件和信號控制方案有著密不可分的關(guān)系。在干線協(xié)調(diào)控制設(shè)計(jì)綠波帶時(shí)要注意下列綜合因素：（1）交叉口間距的均勻性；（2）道路寬度、交叉口進(jìn)口道車道功能以及車道數(shù)；（3）在綠波帶中，希望車流量能維持在穩(wěn)定且較高的范圍內(nèi)，有利于提高綠波利用率與提高服務(wù)水平；（4）路段速度限制、路段轉(zhuǎn)彎限制與路段停車限制等；（5）設(shè)計(jì)綠波帶通過速度應(yīng)接近于干道的允許車速，保證車輛在綠波帶時(shí)間內(nèi)通過各信號交叉口[13]。（二）干線協(xié)調(diào)控制交叉口基本概況本文計(jì)劃對旅游路與梅界路交叉口和旅游路與建民路交叉口進(jìn)行干線協(xié)調(diào)控制，并以旅游路與梅界路交叉口作為關(guān)鍵交叉口，以旅游路與梅界路交叉口北進(jìn)口全放這個(gè)相位與旅游路與建民路交叉口北進(jìn)口全放作為協(xié)調(diào)相位，構(gòu)建由旅游路與建民路交叉口北進(jìn)口道開始至旅游路與梅界路交叉口北進(jìn)口道結(jié)束的由北至南的綠波帶。旅游路與建民路交叉口周邊情況、車道數(shù)與車道功能劃分如下圖4.1與圖4.2所示：圖4.1圖4.2經(jīng)過實(shí)地調(diào)查得出，該交叉口未協(xié)調(diào)的相位與信號配時(shí)方案如下表4.1所示：表4.1相位放行方案周期長度綠燈顯示時(shí)長黃燈顯示時(shí)長紅燈顯示時(shí)長一南進(jìn)口全放75S24S3S48S二東進(jìn)口左轉(zhuǎn)75S17S3S55S三北進(jìn)口全放75S19S3S53S（三）綠波協(xié)調(diào)控制數(shù)據(jù)處理1.對非關(guān)鍵交叉口進(jìn)行數(shù)據(jù)處理（式4.1）非協(xié)調(diào)相位：相位一：南進(jìn)口全放相位二：東進(jìn)口左轉(zhuǎn)相位一的計(jì)算：（式4.2）式中：——非關(guān)鍵交叉口非協(xié)調(diào)相位中第n個(gè)相位的最小有效綠燈時(shí)間——非關(guān)鍵交叉口非協(xié)調(diào)相位的飽和度實(shí)用值其中黃燈時(shí)間A取3s，全紅時(shí)間取2s，起步損失取2s=3s相位二的計(jì)算：（式4.3）=3s協(xié)調(diào)相位：相位三：北進(jìn)口全放相位三的計(jì)算：（式4.4）式中：——非關(guān)鍵交叉口協(xié)調(diào)相位的有效綠燈時(shí)間相位三即是本文干線協(xié)調(diào)中唯一的協(xié)調(diào)相位，所以該有效綠燈時(shí)間就是相位三的有效綠燈時(shí)間。=3s2.關(guān)鍵交叉口的數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵交叉口的數(shù)據(jù)就是原本的信號控制數(shù)據(jù)，無需再進(jìn)行特別的處理，原信號配時(shí)方案即為干線協(xié)調(diào)控制配時(shí)方案。配時(shí)方案的確定過程以及配時(shí)方案詳情可參考本文第三章第三小節(jié)。（四）進(jìn)行協(xié)調(diào)前后的交叉口信號配時(shí)旅游路與建民路交叉口（非關(guān)鍵交叉口）協(xié)調(diào)前：表4.2相位放行方案周期長度綠燈顯示時(shí)長黃燈顯示時(shí)長紅燈顯示時(shí)長一南進(jìn)口全放75S24S3S48S二東進(jìn)口左轉(zhuǎn)75S17S3S55S三北進(jìn)口全放75S19S3S53S協(xié)調(diào)后：表4.3相位放行方案周期長度綠燈顯示時(shí)長黃燈顯示時(shí)長紅燈顯示時(shí)長一南進(jìn)口全放200S61S3S136S二東進(jìn)口左轉(zhuǎn)200S37S3S160S三北進(jìn)口全放200S89S3S108S旅游路與梅界路交叉口（關(guān)鍵交叉口）協(xié)調(diào)前：表4.4相位放行方案周期長度綠燈顯示時(shí)長黃燈顯示時(shí)長紅燈顯示時(shí)長一北進(jìn)口全放200S98S3S99S二西進(jìn)口全放200S26S3S171S三南進(jìn)口全放200S29S3S168S四東進(jìn)口全放200S27S3S170S協(xié)調(diào)后：表4.5相位放行方案周期長度綠燈顯示時(shí)長黃燈顯示時(shí)長紅燈顯示時(shí)長一北進(jìn)口全放200S98S3S99S二西進(jìn)口全放200S26S3S171S三南進(jìn)口全放200S29S3S168S四東進(jìn)口全放200S27S3S170S（五）利用圖解法確定綠波控制方案的成果1.綠波控制設(shè)計(jì)方案確定方法綠波控制設(shè)計(jì)有數(shù)解法與圖解法，本文采用圖解法進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖解法通過時(shí)間——空間圖進(jìn)行協(xié)調(diào)，確定時(shí)差并確定綠波帶的帶速、帶寬與周期長度。圖4.3由上圖4.3的百度地圖測距功能可知，兩個(gè)交叉口之間的距離為870米。圖4.4綠波方案：方向：由北至南綠波帶寬：89s綠波占比=89/200=44.5%綠波帶速：8.79m/s，即32km/h，與路段限速40km/h比較接近。預(yù)計(jì)會有比較多的車輛能享受到綠波。由此可知，該協(xié)調(diào)方案較為可行。（六）本章小結(jié)本章首先對綠波設(shè)計(jì)的原則進(jìn)行了說明與解釋，接著對干線協(xié)調(diào)控制的非關(guān)鍵交叉口進(jìn)行了介紹，并將實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)通過表格的形式表現(xiàn)了出來，讓讀者初步了解干線協(xié)調(diào)控制的非關(guān)鍵交叉口的基本情況。之后對兩個(gè)交叉口進(jìn)行干線協(xié)調(diào)控制的數(shù)據(jù)處理，得出兩個(gè)信號控制交叉口協(xié)調(diào)后的信號配時(shí)方案。最后利用圖解法對綠波控制方案進(jìn)行了成果展示。五、基于Vissim的優(yōu)化前后過飽和流量下交叉口服務(wù)水平對比（一）關(guān)于VissimVissim是由德國ptv公司開發(fā)的交通仿真軟件。它是在上個(gè)世紀(jì)90年代由李克平教授引入中國的，Vissim目前在世界上廣為應(yīng)用，也在中國的教學(xué)實(shí)踐中多次驗(yàn)證其可行性，并逐步獲得了業(yè)內(nèi)人士的認(rèn)可與好評。Vissim給我們的交通研究提供了一個(gè)極好的平臺，使我們的理論能更加貼合實(shí)際，通過vissim我們可以將我們的理論研究結(jié)果進(jìn)行仿真驗(yàn)證，提高了理論研究的可操作性與可追溯性[14]。（二）Vissim仿真運(yùn)行情況旅游路與梅界路交叉口運(yùn)行情況如下圖5.1所示：圖5.1旅游路與建民路交叉口運(yùn)行情況如下圖5.2所示：圖5.2圖5.3由上圖5.3可知，旅游路與梅界路交叉口北進(jìn)口在綠燈開始的時(shí)候排隊(duì)車輛只有5輛，其余從上一個(gè)交叉口到達(dá)的車輛都可以享受到綠波。與本文綠波設(shè)計(jì)中大部分車輛能享受到綠波的設(shè)計(jì)思想相符合。（三）優(yōu)化前后交叉口情況對比圖5.4