[教学案例设计]毕业设计交叉口优化设计

2011年 本科毕业论文 城市道路交叉口的优化设计 作者姓名：朱小阳学科专业：交通工程指导老师：朱大阳培养院系：土木工程学院摘要当前科技飞速进步、社会迅猛发展，交通在人们社会生活中的作用也是日益突出。而随着汽车保有量的快速增长，城市交通状况越来越复杂，出现的交通问题也越来越多，尤其表现在交叉口。在城市交通网络中，交叉口是道路网络中通行能力的“滞点”和交通事故频发的主要发源点。国内外交通阻塞主要都发生在交叉口，不仅导致了车流中断、事故剧增、延误严重，还加剧了城市环境的污染。近年来，缓解城市交通拥挤、盘活道路资源已成为现今交通工程学者们的一个重要议题。本文从道路交通渠化设计和信号交叉口的合理配时两方面来对论述如何对交叉口进行优化改善。关于城市道路的信号控制交叉口的信号配时设计，是指在时间上对各方向的车流与人流通行权进行有效的分配，从而消除车辆之间的冲突，减少车辆在交叉口的延误时间，保证交叉口内车辆安全有效地通行。所谓道路交通渠化就是在道路上用交通标志、标线及其他设施和方法，对行人与各种不同车型、不同方向、不同速度及不同运动状态的交通流进行引导、隔离和规则，使交通实体顺着一定的方向和线路，互不干扰地安全有秩序地运行，以达到分离和规制交通渠化的目的。道路交通渠化对于提高道路，尤其是交叉口的通行能力、行车速度、缓和交通阻塞、减少交通事故和降低汽车公害都有着很大的现实意义。目前世界各国都认为交通渠化是费用少、收益快、效果好、便于采用的交通治理措施。关键词：交叉口 交通渠化 信号配时AbstractAs the current rapid progress of science and technology, the rapid development of the community, traffic in peoples social life is increasingly prominent role. With the rapid growth of car ownership,there exist more and more urban traffic complex traffic problems, especially at the intersection. In the urban traffic network, intersection is a major point of origin traffic capacity of road network in the lag point and the frequent traffic accidents. Domestic and international traffic congestion mainly occurred in the intersection, not only led to traffic disruption, dramatic increase in accidents, serious delay, also exacerbated the urban environment pollution. In recent years, urban traffic congestion and revitalize the way resources have become todays traffic engineering scholars an important topic. This article star from the drainage design and traffic signal intersection come to a reasonable allocation of the discussion on how to optimize intersection improvements. Signal control of urban road intersection signal timing design, refers to the time of each traffic flow direction and flow of the effective distribution of right of way, thus eliminating the conflict between vehicles, reducing vehicle delays at the intersection of to ensure the intersection is safe and effective manner within the passage of vehicles. Drainage of the so-called road traffic is the road on a traffic symbols and lines and other facilities and of pedestrians and different models, different directions, different Sudu and the different motion states, isolation and rules, so transport entities along a certain direction and line without disturbing each other safe and orderly manner, in order to achieve separation and regulation of the purpose of the traffic channel. Drainage of road traffic for improving roads, especially intersections, capacity, speed, ease traffic congestion, reduce accidents and reduce automobile pollution all have great practical significance. Currently the world think that the traffic channel is the low cost, quick returns, effective, easy to use traffic control measures. Key words: Intersection Channelization Traffic Signal Timing 目录第一章绪论- 4 -1.1研究背景及意义- 4 -1.2国内外研究概况- 5 -1.3研究内容- 6 -第二章 交叉口信号控制概述- 6 -2.1概述- 6 -2.2交通信号设置的理论基础- 7 -2.3设置交通信号控制的依据- 8 -2.4控制参数的分类与意义- 8 -第三章 混合交通条件下信号交叉口渠化及信号相位设计- 10 -3.1混合交通条件下信号交叉口渠化设计- 10 -第四章 信号控制交叉口配时优化研究- 14 -4.1概述- 14 -4.2定时信号配时的基本方法- 17 -4.3配时优化- 26 -第五章 学院北路与滏河大街交叉口实例分析- 27 -5. 1 基础资料收集整理- 27 -5. 2概略设计- 36 -5. 3详细设计- 41 -5.4 车道展宽段及渐变段的设计- 43 -5. 5设计方案评价- 44 -鸣 谢- 45 -参考文献- 46 -第一章绪论1.1研究背景及意义近年来，随着我国国民经济的迅速发展，城市化进程的加快，城市交通得到了相应的改善。但是，随着我国机动车拥有量及道路交通量的急剧增交通拥挤堵塞以及由此导致的交通事故的增加、环境污染的加剧，己经成为城市尤其是大城市面临的极其严重的“城市病”之一，严重制约国民经济的发展。而城市交叉口正是城市交通网中道路通行能力的“咽喉”，也是城市阻塞和事故的多发地。因此，如何改善路口行车秩序、提高路网通行能力是国内同关注的问题。由于我国是一个非机动车大国，机动车与非机动车之间的混行一直是困扰我国城市交通管理和控制的一大问题和难点。由于混合交通的机动车、非机动车及行人流在交叉口范围内反复进行分流、合流，造成路口秩序混乱，车辆的行驶速度和交通安全性下降，大大地降低了城市交通的运率，尤其是抑制了大量原本具有很大交通容量的道路的利用效率。为了使由机动车流、非机动车流和行人流组成的混合交通流能顺利安全过交叉口，需要对混合交通流进行合理的组织、管理和控制。信号交叉口利通信号从时间上将相互冲突的交通流予以分离，使相互冲突的交通流在不同间段通过交叉口，从而确保各向混合交通流的顺畅和安全。交通渠化的实践也表明交通对于组织、指挥和控制混合交通流的流向、流量、速度以及保证交通秩序均分重要的作用。道路交通渠化对于提高道路，尤其是交叉口的通行能力、行车速度、缓和交通阻塞、减少交通事故和降低汽车公害都有着很大的现实意义。特别是中国城市正处于城市化进程不断加快，由工业时代向信息时代过渡的特殊时期，城市人口不断增加，城市交通拥挤状况不容乐观，而道路交叉口是城市交通系统的卡口和结点，如何解决交叉口的畅通将是一个关键性的课题。目前世界各国都认为交通渠化是费用少、收益快、效果好、便于采用的交通治理措施。1.2国内外研究概况在本世纪五十年代初，一些发达的资本主义国家由于二次世界大战后经济的恢复和发展，公路交通进入了“汽车化”的时期。汽车速度迅速提高，因此道路线形不适应汽车的行驶要求，这时需要着重解决线形与车速的矛盾，主要研究如何提高线形设计标准，改进道路的几何线形设计以适应高速行车，从而协调道路与高速汽车之间的相互关系。随后，由于汽车数量不断增加，交通量亦迅速增长，道路上的车流仍难以畅行无阻，公路与城市道路上的交通事故又急剧上升，甚至道路通行能力下降、交通拥挤、堵塞、秩序混乱，而交叉口情况尤为严重，结果造成了人员伤亡和严重的经济损失。为此，各个国家都投入大量人力、物力从事道路交通治理研究。经过几十年的努力，在道路交通规划、设计、管理的理论和建设等各个方面都有了很大的发展。在缓和道路交通拥挤、减少交通事故方面取得了很好的效果。道路交通渠化（Traffic Channelization）措施就是上述研究成功之一。目前世界各国都认为交通渠化是费用少、收益快、效果好，是便于采用的交通治理措施，正日益受到重视并得到广泛应用和推广。目前国内外对于交叉口通行能力和延误分析的理论研究已经进行了很长的时间，各种理论相对比较成熟。然而对于交叉口渠化，虽然国内外很多学者也进行过很多有关的研究，但是各种理论还未发展成熟，定量化的设计标准不仅很少而且众说不一。尤其是多相位渠化路口，在国内该渠化方式近几年才兴起，因此这方面的资料也相对较少。国外的交通信号控制起步较早，在19世纪，人们就开始研究交通信号，号灯指挥道路上的车辆交通，控制车辆进入交叉口的次序。到1918年，在美约街头出现了红、黄、绿三色信号灯。1926年，英国人在伍尔弗汉(Wolverh田爪pton)安设了第一座自动交通信号机。到上个世纪60年代，世界各始研究控制范围较大的信号联动协调控制系统，建立模拟各交叉口交通流状数学模型，以解决信号配时的优化问题。进入70年代，以美国、英国等发达为代表的汽车交通发达国家在信号交叉口的建设实践和理论研究中都取得了成熟、卓越的成就。近年来，交通工程和系统工程等领域的学者们对交通管制问题进行了大量的研究工作，其研究内容主要体现在以下几个方面:(l)关于交叉口信号控制的研究。信号控制发展的过程是从单点控制到整路协调控制，再到区域协调控制的过程。对于单点控制主要的方法有WebstCobber提出的EV/ebster-B.Cobber法和美国的HCM法。目前，国外对于信号的研究主要是集中在线控和区域控制方面，研究成果主要是TRANSYT(TraNetworkstudyTool卜交通网络研究工具、sCATs(sydneyCoordinatedAd伽ffiesystem)和sCooT(split一C邓一e一offsetOPtimizationTechnique)即绿信比周期一绿时区差优化技术及美国、日本、澳大利亚开发的一些系统。我国对城市交通管理与控制的研究起步较晚，对于交叉口的优化控制研究更多的局限于理论研究方面，国内学者对城市交通管理控制的研究成果有：陆化普城市交通现代化管理、杨佩昆等交通管理与控制以及周晶城市交通系统分析与优化等。同时，同济大学、东南大学等在这一方面开展了一系列的研究，杨佩昆提出了单点信号配时的“冲突点”法，杨锦冬、杨东援建立了城市信号控制交叉口信号周期时长的优化模型，东南大学顾怀中提出的交叉口信号相位、相序的矩阵表示方法等。这些理论结合系统优化等各方面的知识对城市交通管理控制理论体系进行了全面综合的研究，具有重要的学术意义。但理论应用于实践部分有所欠缺，未能结合中国城市交通的实际状况进行彻底有效的研究，存在局限性。在实际应用中，我国城市道路交通控制系统方面的工作起步较晚，八十年代以来，城市道路交通问题越来越严重，国家一方面进行以改善城市市中心交通为核心的UISM技术研究，另一方面采取引进与开发相结合的方针，建立了一些城市道路交通控制系统，如NUTCS。NUTCS是我国完全国产化自行设计建成的第一个适应中国混合交通条件及路网密度低、路口间距悬殊的城市道路条件的城市道路交通控制系统。但这些控制系统在运行中表现不足，首先是机动车与非机动车控制模式尚不完善，车流相互影响仍大量存在，限制了系统效果，再就是优化目标未充分考虑提高通行能力，同时，这些系统软件在实际中的应用与理论有很大差距。1.3研究内容本文对城市道路交叉口的通行能力及延误分析理论和方法进行了一些论述，着重论述了应用于无控交叉口的车队分析法、应用于环型交叉口的间隙接受理论法和应用于信号交叉口的停车线断面法。通过应用这些理论，从而定量化城市道路交叉口的渠化设计标准，并进行相关软件的开发。1. 交叉口进口道车道划分分类；2. 对交叉口各类进口车道的通行能力进行分析；3. 提出四路交叉口渠化典型模型，其中包括44车道、42车道和22车道； 4. 典型渠化模型交叉口通行能力分析，其中包括各典型模型下的信号交叉口、无控交叉口，环形交叉口。5. 各典型渠化模型下的无控交叉口、环型交叉口、信号交叉口延误分析；6. 基于通行能力最大、延误最小的优化模式上提出交通流量典型渠化模式的最佳匹配；7. 结合交通流量典型渠化模式的最佳匹配进行相关的软件开发。城市信号交叉口配时优化主要是对典型城市交叉口现状进行分析，通过种类型的典型交叉口(T型交叉口、十字交叉口)的信号进行合理配时及优化，高交叉口的通行能力、减少延误、降低运行时间和减小交通流之间的冲突，的利用有限的道路资源。研究内容包括：1传统交叉口信号配时优化方法的局限性分析，考虑混合交通的影响下传统信号配时算法进行改进。2在混合交通流条件下，借鉴国内外研究成果，研究信号控制交叉口配化技术，提出符合我国实际国情的信号配时优化模型及优化方法，并和经典号配时理论进行对比分析。3结合以前的科研成果，对交叉口信号控制的总体内容及信号管制条件下的各种延误进行分析和总结，这将对配时优化以及交通质量评价起到支撑和深入的作用。4根据实际调查结果，经过分析和深入，确定出多相位信号控制的条件，研究多相位信号控制相位及相序的设计方法和原则。5综合运用运筹学、系统工程、交通规划与管理学等多学科知识，结合国家攻关项目、国家杰出青年基金项目、“畅通工程”项目，利用数学工具建立模型，研究信号控制交叉口信号配时优化方法及交通质量评价方法。第二章 交叉口信号控制概述2.1概述交通信号控制是城市道路交通系统管理常用的一种措施，同时也是进行交叉口某些行进方向禁止车辆通行、设置单行道等系统管理措施分析的基础。交叉口单点信号控制理论和方法经过近四十年的发展已经相当完善，但仍有不足之处，本文主要研究混合交通条件下多相位信号控制方案设计技术及配时优化方法。信号交叉口的实际通行能力，以及车辆通过交叉口时受阻程度，都直接受配时方案的影响。因此，配时方案的设计，尤其是最优配时方案的选择，是提高交叉口运行效率的关键，也是交叉口车辆安全通行的保障。为了保证城市道路交叉口交通安全、畅通，通常根据交叉口的道路交通情况，利用交通信号、标志标线，在相互有冲突的交通流之间进行合理、有效的分配通行权，在时间上将有冲突的交通流分离。信号控制是最为常用的一种时间分离措施，信号灯按一定的顺序给各个行驶方向的车流和人流分配通行权，车流和人流通行权的时序就称为信号相位。信号配时主要包括两部分：确定信号相位方案和信号基本控制参数。F韦伯斯特-B柯布理论的基本点是：车辆通过交叉口时，以其受阻延误时间作为衡量指标，然后进行信号配时及优化。本文在配时优化过程中，亦采用了相同思路。2.2交通信号设置的理论基础目前，对交叉口进行信号控制主要应考察两个因素：交叉口通行能力和延误。（1）交叉口通行能力当两条主要干道相交时，由于主要干道交通量相对较大，所以一定要设置信号灯；当主次两条干道相交时，次要道路上的车辆必须等主要道路车流间出现足够的可穿越空档时才能通过。因此，主要道路上的交通几乎不受相交道路交通的影响，如忽略左、右转弯车辆的影响，则可认为主要道路在这种交叉口进口道上的通行能力几乎和路段的通行能力一样。因此，计算这种交叉口的通行能力，一般是对应于主要道路交通量，求出相应次要道路进口道可以进入交叉口的最大交通量。即根据计算主要道路车流中可供次要道路车辆穿越的空档数来求出次要道路可以通行的最大交通量。据此原理，假设主要道路车流按泊松分布到达，可建立计算次要道路可通过的最大交通量的公式如下： 式中：次要道路可通过的最大交通量（辆/h）； Q主要道路交通量（辆/h）； qQ/3600； t次要道路可以穿过主路的临界空档时距（s）；h次要道路车辆连续通行时的车头时距（s）。这里关键是要确定计算t、h。影响参数t的因素较多，t随主要道路宽度、主要道路上车型及车速、次要道路车辆的去向、驾驶员的驾驶习惯不同而异。较详细的资料表明：小轿车的临界空档时距，随各种条件，在4.5s10s之间变化。h值按小汽车一般为2s3s。按前述假设，式中得到的计算结果，只是次要道路车辆穿越一条主要道路车流的最大通过量。实际情况，还要考虑主要道路上各向车流及次要道路对向车流对穿越车流的影响，所以是一个十分复杂的问题。（2）延误当次要道路交通量接近最大通过量时，次路交通已严重拥挤，延误大增。次要道路的交通量增大到一定程度时，若将交叉口进行信号控制，则可减少交叉口通行车辆总的延误。交通量与延误是考察交叉口该用什么控制方式的主要定量分析的依据，当然不是唯一的依据，还需根据当地的某些具体条件与特殊因素，进行综合分析与决策。2.3设置交通信号控制的依据设置交通控制信号虽有理论分析的依据，但尚未成为公认的有效分析方法，加上世界各国的交通条件又各有差异，所以各国指定依据的具体数字不尽相同，但原则上大多根据上述理论方法，考虑各自的交通实际情况后制定出各自的依据。2.4控制参数的分类与意义2.4.1信号相位和饱和度2.4.1.1信号相位的确定信号相位是指在一个交叉口某个方向的交通流（或几个交通流的组合）同时得到的通行权或被分配得到这些通行权的时间带。例如，图21所示的十字交叉口的情况下，通常是相位1和相位3轮流显示的两种相位。如果因左转车数量多，需要设置左转相位时再加相位2而成为三个相位。这里，图上实线表示车辆，虚线表示行人。相位1 相位2 相位3确定信号相位时需要考虑以下几点：（1）交通安全交叉口内发生的交通事故中，与转弯车有关的较多。因此确定交叉口相位时要考虑交通状况，特别是穿越人行横道的行人的人数、年龄、行走状态以及左右转弯车交通量、穿越距离和对向车道的分离距离、视觉良好与否等，设置分离的左右转弯车相位和行人相位以及直行车相位。（2）交通效率一般来说增加相位数，减少同一相位中不同方向交通流的数量，可以提高安全性，但是其副作用是降低通行能力和交通效率。这是因为相位数增加不但会减少分配给各交通流的相位时间，同时由于相位交替次数增加而导致黄、全红的交叉口清空时间增加。此外，也增加了绿信号开始车辆启动时引起的损失时间。因此，从交通效率方面来看希望减少相位数。2.4.1.2饱和度的计算以交叉口的一条进口道j为例，我们把相位i时实际进入进口道j的交通量（交通需求）与进口道j的饱和流量（交叉口上游有充分的需求量时，单位绿灯时间的最大通过数）的比值称为该进口道的饱和度，饱和度是交通控制中的一个评价标准。每一个相位i所控制的交叉口各进口道饱和度的最大值称为相位i的饱和度。交叉口所有相位的饱和度之和称为该交叉口的饱和度。例如，图所示的两个相位控制的十字交叉口，相位i的饱和度鹤交叉口饱和度可表示如下：相位1的饱和度： 相位2的饱和度： 交叉口饱和度： 2.4.2信号控制参数单点信号控制中的主要参数为周期长和绿信比，总称为控制参数。（1）周期长周期时长是信号灯各种灯色轮流显示一次所需的时间，即各种灯色显示时间之总和，或是从某主要相位的绿灯启亮开始到下次该绿灯再次启亮之间的一段时间。周期时长是决定定时信号控制交叉口交通效率的关键控制参数，所以是信号配时设计的主要对象。（2）绿信比相位i的有效绿灯时间（有效使用的绿灯时间）除以周期长C所得到的值称为绿信比g。（3）周期长、绿信比、饱和度的关系周期长C、绿信比g、损失时间L之间存在如下关系：此外，为使各相位的处理能力能够满足交通需求，必须令。把此式代入上式，得由此可以得到满足交通需求得最小周期长如下： （22）周期长、绿信比、饱和度是信号控制交叉口相位方案生成及配时过程中的主要参数，在交叉口信号控制中起着举足轻重的作用。 第三章 混合交通条件下信号交叉口渠化及信号相位设计3.1混合交通条件下信号交叉口渠化设计道路交通渠化可以定义为:在道路上用交通标志、标线或用高出路面的各种岛状构造物，或利用路面刷漆成不同颜色、护栏、分隔带、隔离墩及其它设施和方法对行人与各种不同车型、不同方向、不同速度及不同运动状态的交通流进行引导、隔离和规制，使交通实体像渠内水流一样顺着一定的方向和线路，互不干扰地安全而有秩序地运行，以达到分离和规制交通流的目的。采用这样一些措施在道路上组织交通通常称为渠化交通或道路交通渠化。3.1.1交通渠化原则交叉口渠化设计总的要求应有利于交通安全、提高通行能力和行车速度，减少延误和方便行车、行人。综合起来有如下八条原则：(l)简单易懂进行交叉口渠化设计的基本思路是尽量使交叉口简单、明确，使驾驶员及行人等道路使用者容易理解交叉口设计的意图。对于道路的使用者来说，复杂难懂就不能保证其安全顺利地完成自己的交通行为。站在道路使用者的角度，进行交叉口渠化设计，使得方案简单易懂是进行交叉口渠化设计的一个重要原则。(2)符合规范渠化的一切措施，如设岛、划线、建立各种标志，均应按国家有关规范的规定，其位置、颜色、尺寸大小、形状及高度等均应严格依据规范或标准的规定进行，不能随意变更和改动。(3)有利安全不同车种、不同流向、不同速度的交通流应尽可能采用划线或设置隔离墩(柱)或设岛的方法，使其分道行驶，以减少相互干扰或碰撞，以利于行车安全。(4)方便直接渠化时划线、设岛均应尽可能使行人和车辆的路线方便、直接、自然，可以最短时间或最短路程通过。(5)保证视距平面交叉口渠化应充分保证各方向、各车道的车辆和行人视距，交叉口附近的所有绿化植物和街道上的公用市政设施均应以不阻挡视线、不妨碍视线为原则，凡是妨碍视线的建筑或绿化均应拆除或砍伐以确保行车视距要求。(6)美观醒目交通岛的路缘石必须醒目、美观，高度一般不超过12一15cm，因为过高的岛状物对司机会产生心理压力，过低了又没有约束作用，同时还要鲜明清晰，使人有视觉美感。(7)便于认识平面交叉口的渠化方案要尽可能的简单明确，一般采用比较集中的大岛。一般来说在57m2之间，既能一目了然，也不过多占用土地。(8)位置合理各种交通岛的位置应设置在没有车流通过(或者通过比较少)的死点处，既不妨碍交通，又能限制车辆的活动范围，减少冲突区。 3.1.2交通渠化目标(1)通过渠化设计来分配交通流在交叉口的运行线路，分离冲突的交通流，保证不会有超过两条线路在一个点发生交织。(2)保证交通流以正确角度和有利的地点进行合流、分流和交叉。(3)通过缩小交叉口面积和明确交通流运行线路，减少车辆选择线路的迷茫，缩小交通流冲突的区域，避免过大的交叉区域，提高交通流通过交叉口的安全性。(4)通过渠化设计给予各种交通流所分配的路线以清楚明晰的指示。(5)为主交通流提供优先权。(6)为行人或非机动车在交叉口的安全岛提供区域。(7)专用车道可为转弯车辆提供安全避难的场所，保护其他交通流。 3.2机动车的渠化优化l)左转机动车的渠化当行车道宽度不足时，可对交叉口进口道的左侧进行拓宽，利用中央分隔带偏移道路中心线占用对向的车行道部分宽度，增设左转弯车道，拓宽方式如下 (l)车道中心线的移动和车道宽度的减少将交叉口进口道的中心线向左移，腾出左转车道的宽度。在实施过程中，通常要缩小出口处的车道宽度和进口处各车道的宽度。(2)压缩中央分隔带设置左转车道当信号交叉口相交道路有较宽的中央分隔带时，可压缩中央分隔带的宽度辟为左转车道，如图所示： (3)左转弯待转区设置对于先放直行后放左转的多相位信号路口，专用左转车道前端可划设左转弯待转区，如图所示。2)右转机动车的渠化右转车辆是引起机非冲突的主要原因，通过右转车道的设置，不仅可以减少机动车与非机动车的干扰，而且可以减少右转车流对直行交通的干扰，提高直行车道的通行能力。(1)当行车道宽度不足，且右转交通量较小时，可对交叉口进口道的右侧进行拓宽，增设右转弯车道，设置右转车道后，右转车进入交叉口之前即可驶入右转车道，使后续的直行车辆不受右转车的影响，如图所示。(2)当右转交通量较大，或者是相交道路速度差较大时，可以设置右转匝道。右转匝道一般由减速车道、匝道及加速车道组成。如下图所示。3.3非机动车的渠化优化对于机非混行平面交叉口的空间设计，一般通常可采用自行车停车线前移和非机动车左转二次过街的优化设计方法进行改善交叉口各种交通流的运行秩序。(l)停车线前移根据自行车启动快、骑车人急于通过交叉口的特点，可将自行车停车线划在前面，机动车停车线置后。红灯期间自行车在机动车前方待行，绿灯亮时，非机动车先驶入交叉口，可避免自行车主流同机动车同时过街，相互拥挤与干扰。 (2)非机动车二次过街左转非机动车与行人以相同的方式过街，在横向道路非机动车进口道的前面设置左转非机动车候车区。绿灯启亮后左转非机动车随直行非机动车运行至前方左转候车区内，待另一方向的绿灯亮时再前进，即变左转为两次直行。这种方法优点很多，首先设计方法简单，适用性较广，一般交叉口都具备设计条件;消除了左转非机动车与机动车之间的干扰;减少左转非机动车与直行机动车流的冲突点，冲突点位置固定，冲突方向基本垂直，有利于交通安全。(3)非机动车右转弯专用车道利用现有的路面开辟专门用于右转弯的非机动车道。优点是可以缓和交叉口的交通拥挤，有利于交通安全。右转弯专用车道要求交叉口较宽，要求骑车人严格遵守各行其道的原则，在非机动车流量较大的交叉口可以采用这种方法。 3.4行人的渠化优化当交叉口处行人流量较大时，会与机动车、非机动车发生冲突，易引发交通事故，增加行车及行人交通延误。因此，应对行人交通进行合理渠化，具体渠化方法如下:1)设置人行横道在交叉口处设置人行横道应遵循以下原则(l)人行横道应设置在车辆驾驶员容易看清楚的位置，尽可能靠近交叉口，与行人的自然流向一致，并尽量与车行道垂直;(2)人行横道的宽度与过街行人数及信号显示相关，顺延干路的人行横道宽度不宜小于sm，顺延支路的人行横道不宜小于3m，以lm为单位增减;(3)人行横道位置应平行于路段人行道的延长线并适当退后，在右转机动车容易与行人发生冲突的交叉口，该后退距离宜取34m;2)设置安全岛在计算行车速度大于60km/h的道路上，若平面交叉口处横穿的行人较多，且横穿距离较长，则应设置安全岛，以确保行人安全。同时，人行横道的长度如果超过行人在红灯时间所走的距离(一般1520m)，也需要在道路上设置安全岛。第四章 信号控制交叉口配时优化研究4.1概述交通信号控制的目的是为城市道路交叉口（或交通网络）提供安全可靠和有效的交通流，通常最为常用的原则是车辆在交叉口的通过量最大或车辆在交叉口的延误最小。单个交叉口信号配时主要包括两部分：确定信号相位方案和信号基本控制参数。信号相位在前面章节已经进行了详细的探讨，信号基本控制参数主要有两个：周期时长和绿信比。传统的信号配时方法主要是TRRL和ARRB所提出的方法，而对于单个交叉口信号配时设计大多还是采用有名的WEBSTER理论他们所提出的方法（简称FB法），目前定时信号的配时方法还在不断地研究、改进之中。本章主要根据传统的方法在确定的相位方案和相序下，进行常规的信号配时，计算出每辆车的平均延误，之后对周期和绿信比进行定步长的缩放，重新计算信号配时，得到此时的每辆车平均延误，直至每辆车的平均延误最小时则为优化后的信号配时方案。4.1.1混合交通流条件下交叉口相位设计方法研究在进行信号相位设计时，首先应以左转和直行机动车流量确定基本相位，然后根据交叉口的几何特征、分向机动车流量、分向非机动车流量和行人流量按照消除冲突的确定是否需要设置左转专用相位、非机动车专用相位和行人相位。信号相位的设计流程，具体见图。、 1)左转信号相位的设计相位设计过程中非常关键的一步就是对左转交通流(包括机动车流和非机动车流)采取何种方式处理。在设计最优信号相位方案时，左转信号相位的问题是非常重要的，也是相位方案组织的核心和关键所在。一般地，左转信号相位有保护型和许可型两种。许可型左转:左转车流穿过和其相冲突的行人流或对向直行车流时，利用可接受间隙通过交叉口;保护型左转:设置左转专用相位，在本进口左转车(包括机动车和非机动车)运行相位内，不允许与其相冲突的车流运行，提高了左转车的运行效率。通常情况下，当单车道左转车流在100pou/h以上时，考虑设置保护型左转相位。左转相位的设计可以分为三个主要的处理方法:双向左转相位设计、左转与直行混合式相位设计、左转保护与冲突混合相位设计。(l)双向左转相位双向左转相位通常指对向的两个进口左转车流同时利用专用左转保护信号完成左转，通常应用于三相位和四相位方案中。该方案的使用需要满足两个条件:进口左转车流满足设置保护型信号相位的条件;东西、南北双向左转车流量大致相当。(2)左转与直行混合式相位设计左转与直行混合式相位设计是指对某进口的直行和左转车流同时采取保护，禁止与其相冲突的其他交通流通行。这种相位通常用于对向交通流量不均匀且相差较大的情况，因为如果采用双向左转相位会造成交叉口时空资源的浪费。(3)左转保护与冲突混合相位设计保护与冲突混合式左转相位是先给予某进口道的左转车流保护式通行，然后再开放冲突式左转车流通行的相位(也可以先开放冲突式左转车流，再开放保护式左转车流)。这种相位方式主要适用于在高峰时间以外的时段，左转车流流量很大且大于直行车流的情况。如果提供完全的左转保护相位，则有可能导致信号相位时间过长。2)直行信号相位的设计直行相位的设计分为两个过程:设置直行相位的判断规则，如果道路上没有直行交通流，例如为单行线，或者“T”形交叉口时，单行线上的车流对向没有进口交通流，而“T”形交叉口的某一进口仅有左右转车流，均需要删去相应的直行相位;直行相位的车道配置规则，为直行相位分配所有合适的车道，包括左转车道、直行车道、右转车道以及混行车道。3)右转信号相位的设计通常情况下，右转车流是采用冲突式车流运行方式完成右转的，不会与任何进口的机动车流产生冲突，一般不需要进行右转保护型相位设计。在特殊情况下，为了保证右转车流的畅通，仍然需要对右转信号相位进行特别设计，具体如下:(1)当交叉口某一进口方向右转拥有专用进口道，且右转机动车流量300辆/h以上，如果此时垂直进口方向的左转相位中已经提供了保护式左转相位，可相应的设置右转保护式相位。(2)当非机动车超过500辆/h或人行横道上行人超过800/h时，会对右转车流产生很大的影响，此时，需要对右转车流进行保护式相位设计。(3)当人行横道上的行人和非机动车综合流量超过170眺时，将会严重干扰右转机动车的运行。如果此时再为右转机动车设计保护式相位，则会进一步加剧行人和非机动车的拥挤。4)行人及非机动车信号相位的设计我国信号交叉口行人和非机动车的信号是与机动车信号相位是一致的，常常造成行人、非机动车与机动车产生冲突，或者两相邻相位间潜在冲突经常发生，降低交叉口的运行效率。我们经常可以见到这样的现象:当一个相位即将结束前，行人进入人行横道线，随后信号相位切换，下一信号相位下的机动车迅速到达人行横道，行人陷在人行横道内进退两难，而此时经过的机动车不得不放慢速度，以确保行车安全。因此，在对行人和非机动车信号相位的设计时，不仅要对相互影响的机动车流、非机动车车流和行人进行分离，以提高车辆运行速度、增加交叉口通行能力、减少车辆延误;而且还要考虑它们之间的差异，保证非机动车和行人的安全。行人、非机动车按照流向仍然可以分为:左转、直行和右转。由于行人完成这些运动都在人行道内和人行横道线内，因此，只需考虑行人与主控信号的协调，所以在设计机动车相位方案时可以暂不考虑，待机动车与非机动车相位方案确定后，再专门进行行人过街信号的协调设计。信号交叉口右转的非机动车车流对交叉口内机动车的影响几乎为零，在信号相位设计中可以不予考虑。对于直行的非机动车则可以与直行车流共享通行权，在信号相位中要结合机动车流相位考虑，同时要需要考虑直行非机动车对右转机动车产生的冲突，以便协调右转机动车的相位安排。交叉口内，由左转非机动车引起的可能产生的冲突点最多。左转非机动车对交叉口的行车安全、交通秩序和通行能力的影响很大。在机动车多相位信号控制下，我们可以在机动车相位确定以后采用二次过街的非机动车相位方案，但有些二次过街方案可能需要设置专用的非机动车信号以便协调。4.1.2交叉口信号相位设计的基本原则混合交通流信号相位设计原则以分离交叉冲突车流、减少相互干扰、增强交叉口交通安全、提高路口的空间和时间利用率为主要目标。基于我国大多数大中城市自行车出行率高、非机动车流量大、交叉口机动车流与非机动车流有较完善交通隔离等现状，在进行机动车流和非机动车流混合交通的信号相位设计时应重点考虑如下七项基本原则:l)信号相位的设计需要同时考虑机动车与非机动车车流，又要兼顾到这两种车流在交叉口运行特性的差异，并且需要协调好非机动车与机动车之间的关系，以确保交叉口的交通安全与秩序。对于非机动车与机动车协调，在相位设计时，可以从以下几方面加以考虑：(l)同一方向上的机动车流和非机动车流应尽量安排在同一信号相位;(2)当某一方向非机动车流量较小时，可以利用相位信号早断来放行非机动车流，但必须有足够的空间和时间保证该流向的非机动车安全通过交叉口;(3)要尽量避免非机动车流对机动车流的影响。2)在保证最大通行能力或最小延误的前提下，尽可能的减少不同流向交通流之间的冲突，以保证交叉口的安全与秩序。3)对于一个交通流可以使用两个信号相位来处理，但这两个信号相位必须连续。4)在对某一个方向进口的交通流按照流向使用信号相位时，各个方向必须保证有专用的进口道。5)要重视右转机动车车流以及在出口处对其他机动车车流的影响，可以采用对右转车辆的控制将右转车流和直行非机动车车流在时间上进行分离。6)为了使驾驶员、骑车人和行人容易理解，最好采用相位数相对简单的信号相位组合。7)设置行人专用信号，将机动车交通与行人交通完全分离，确保交通安全。行人的信号相位要与机动车、非机动车信号相位相协调。4.2定时信号配时的基本方法4.2.1进口道饱和流量进口道饱和流量是指在一次连续的绿灯时间内，交叉口进口道上车队能够连续通过停车线的折算为标准小汽车的最多车辆数。近年来的研究表明，交叉口进口道经划分车道渠划交通以后，进口道饱和流量随进口道车道数的增加而增加，而车道饱和流量随道路、交通条件不同而有差异。所以必须分别计算各条车道的饱和流量，然后再把各条车道的饱和流量累计成进口道的饱和流量。对饱和流量有显著影响的因素主要有：车道位置（靠边车道；非靠边车道）车辆组成；混合行驶车道中转弯车辆所占比例f；转弯车辆转弯行驶路径的半径r（m）；进口道坡度G%；车道宽度W（m）。4.2.1.1不考虑对向车流影响时的饱和流量1、车道位置的影响进口道一条车道直行车的正常饱和流量随车道所处位置的不同而异。实测统计结果表明，右侧最靠边车道的平均饱和流量为1940pcu/h；其他车道平均饱和流量为2080 pcu/h。2、车辆组成影响各种车型的车辆折算成小汽车车辆数的折算系数不同，因此不同的车辆组成，饱和流量也不同。据实测统计结果，各种车型的小汽车当量换算系数见下表。表71 当量小汽车换算系数车种换算系数自行车0.2二轮摩托车0.4三轮摩托车0.6小客车1.0旅行车1.2大客车2.0铰接客车4.03、转弯交通的影响连续车流临界车头时距，按曲线半径行驶时，一般大于直线行驶。因此，转弯行驶时的饱和流量相应也较小。车流中混有转弯车辆时，转弯车辆对直行车有影响。混有转弯车辆时的饱和流量，受转弯车辆转弯半径r和转弯车辆所占比例f的影响。转弯车流饱和流量根据实测结果按下式计算： 式中：随转弯半径及转弯车辆比例而异的饱和流量（pcu/h）； 表示车道所处的位置； 1用于靠边车道；0用于非靠边车道。4、进口道坡度的影响饱和流量受坡度影响的实测数据显示，上坡坡度增加，饱和流量降低，其关系大致是：上坡坡度增加1%，饱和流量减少2%；下坡坡度对饱和流量没有明显的影响。经验公式为： 式中：受r、f、G影响的饱和流量（pcu/h）； 1时，表示上坡；0时，表示下坡。5、车道宽度的影响车道宽度对饱和流量同样有着很大的影响，根据实测数据，得到如下公式： 式中：校正为直行车流的正常饱和流量（pcu/h）。再把同车道宽度（）回归，求其相关关系是所有观测车道宽度的平均值为3.25。用线性回归模型，得到车道宽度系数是每米100pcu/h。6、结论归纳以上分析结果，在不考虑对向车流影响时，一条车道受各种因素影响的饱和流量计算公式如下：进口道有n条车道时，进口道饱和流量为： 式中：上式中计算得到的各车道饱和流量（pcu/h）。4.2.1.2考虑对向车流影响时的饱和流量在基本的两相位控制方案中，同一通车绿灯时间内，还有本向直行车辆与对向直行车辆与对向左转车辆的冲突，从而使饱和流量也受到影响。主要有以下几点显著的影响因素：（1）本向车道车流的饱和度；（2）左转弯车辆比例；（3）交叉口中可停放左转车的车车位数；（4）每小时信号周期数3600/C。把饱和流量分成两部分：有效率等期间驶离车辆的饱和流量；紧随着有效绿灯末期驶离车辆的饱和流量。考虑对向车流影响后的饱和流量为：+ （76）式中：考虑对向车流影响后的饱和流量（pcu/h）。 式中：T转弯车换算为直行车辆数的换算系数。在车流中j类车辆经折算的小客车数；相应的j类车辆的比例；交叉口中可停放左转车的车位数；饱和度。4.2.2信号交叉口饱和度计算要判断相位方案能否处理设计交通量，必须求出交叉口饱和度，欲求出交叉口饱和度，则需在求出各进口道的饱和交通流量之后，计算出各相位的所需显示率。4.2.2.1所需显示率的计算所需显示率是指该相位完全能够处理该相位期间各进口道的设计交通量所需的最小绿灯时间比率。即：i相位处理的进口道j的设计交通量除以饱和交通流量得到的饱和度就是该进口道的所需显示率，其中的最大值即为相位i的所需显示率（相位的饱和度）。 相位i的j进口道的饱和度；相位i的j进口道的设计交通量（辆/小时）；相位i的j进口道的饱和交通流量（辆/小时绿灯）；i相位的所需显示率（相位饱和度）；ni相位同时处理的进口道交通流数（不同方向的交通流混合起来处理时算作一组交通流）。各进口道没有转弯专用车道时，进口道交通流按各进口道来整理。一般来说右转交通同直行交通同时放行，因此饱和度计算中把两者合并起来考虑。对左转交通原则上设置左转专用车道，即使用一个相位处理也要分开来讨论。同直行车混合在一起行驶的情况下不要同直行交通流一起来讨论。设定左转专用相位时，当其专用相位前的绿灯信号中的左转车会越过停车线进入交叉口的情况下，左转专用相位的所需显示率的计算要用预先从左转设计交通量中去掉实际1小时内相位变化对处理的车辆数K后所得的交通量来计算饱和度。即按下式计算： （710）左转饱和交通流量，且（辆/小时绿灯）；K相位变化时的处理量（23辆/周期）；分别为车道宽度以及大型车混入的修正系数。4.2.2.2交叉口饱和度的计算交叉口的饱和度（）为各相位饱和度（相位的所需显示率）之和，计算如下： 该值表示处理交叉口进口道设计交通量所需的最小有效绿灯时间的比例。因此当该值超过1.0时就不能处理设计交通量，而需要改善交叉口的几何构造、检查交通规则，采用变更交通控制等措施。此外，因为信号变化时刻会产生不能有效地处理交通流的时间（损失时间），而且车辆到达具有随机性，所以如果交叉口的饱和度达0.9以上的话，事实上就很难顺利地处理设计交通量。这种情况下，各进口道就会出现长长的等待车队，交通延误时间将会大大增加。4.2.2.3信号损失时间信号控制的损失时间发生在相位变化时，是不能有效使用的时间。因此该时间长，会降低交叉口的交通处理能力（交通容量）。通常损失时间是处理交叉口内车辆的清场时间和绿灯开后不能立即形成饱和交通流量而产生的启动延误时间之和。1、绿灯间隔时间绿灯间隔时间（清场时间）是为避免下一相位头车同上一相位尾车在交叉口内相撞所设置。按上一相位尾车从停车线到两向车辆冲突点之间的行驶时间计算，即绿灯间隔时间为：I绿灯间隔时间（s）；s从停车线到冲突点的距离（m）；v车辆在进口道上的行驶车速（m/s）；t车辆制动时间（s）。在信号配时上，一般当计算绿灯间隔时间I3s时，取3s黄灯时间外，其余时间一般配以全红，此时，所有相位信号灯全部是红灯，称之为全红时间。2、启动损失时间绿灯启亮后，车辆因起动而实际并未用于通车的一段绿灯时间，为相位绿初损失时间。据英国实测此时间为1.35s。另外，按信号通车规则，黄灯初期尚可有车辆通行，而黄灯后期已不能通车，黄灯末尾的这一段时间，属于相位黄灯末损失时间，据实测为0.13s，绿初损失时间和黄末损失时间合并在一起统称为启动损失时间。4.2.2.4确定信号基本控制参数及信号配时方法1、确定周期时长最佳周期时长是信号控制交叉口能使通车效益指标最佳的交通信号周期时长。以延误作为交通效益指标，用Webster定时信号交叉口延误公式：式中：d每辆车的平均延误（s）； C周期时长（s）； 绿信比；q流量； x饱和度。则总延误为：Dqd若使总延误最小，则： 用近似解法，可得定时信号（近似）最佳周期时长：式中：L每个周期得总损失时间（s）；I绿灯间隔时间（s）；i一个周期内的相位数；Y组成周期的全部信号相位的各个最大y值之和。增大周期时长，可提高通行能力。但一般当周期过长后，通行能力反而提高缓慢甚至减小，而延误却增长很快。同时也存在左转交通处理上的问题，实际上最大周期长以不超过120s为好，也可以比120s更长，但最好不超过180s。周期时长也不宜过短，最短周期时长应考虑两个因素所需的最短绿灯时间，车辆能安全通过交叉口所需的最短时间和行人过街所需最短时间，一般为40s。2、左转专用车道的长度和周期长的关系等待左转的车辆数超过左转专用车道的停留容量时，将妨碍后面车辆的行驶，使实际交通容量下降。在对向直行车多、除左转专用相位以外不能左转的状态下，左转车都在左转专用车道上等待。这时考虑交通随机性，左转交通量取实际的1.5倍，则等待左转的车辆不妨碍后续直行车辆的条件如下式所示： 式中：左转专用车道的停留容量（台）；左转交通量（台/h）； K可在交叉口内等待的车辆数（23台/周期）。因此，周期长要满足下式： 左转车道的停留容量可由左转专用车道长除以停止车辆的平均车头间距的值来求得。停车时车头时距随大型车混入率而不同，但只有小汽车时可取为67m左右。3、过饱和状态下的周期长过饱和状态下的周期长的确定原则是周期长要使处理交通量（交通容量）达到最大，此周期长随各进口道的拥挤状态以及多种交通要素而不同。以下讨论增加周期长时，使处理交通量减少以及增加的因素。（1）周期长增大导致交通量处理能力降低的因素左转车数量和左转车道停留量。当一个信号周期内的左转车交通量超过左转车道停留容量时，左转车的等待行列将堵塞直行车道，降低绿信号时间后半部分交通量的