number solutions
&2,447,543篇论文数据，部分数据来源于
本文叙述了家竹箐隧道不用折扣取值而用数解法通过卡斯特纳公式求解塑性区半径的方法。
The paper describes the evaluation method for the radius of plastic region by numerical solving through Kastner formula instead of evaluation by discount.
与普通的试算法、正规方程法、规划求解法等数解法及图解法相比，该算法具有良好的收敛稳定性、方便实用性及较高的计算精度。
By contrast with trial method, normal equation method and plan solution method, present solution has good convergence stability, practicability and higher calculation accuracy.
实证表明所提出的优化方法得到的绿波带和平均延误好于数解法，且对通行能力影响很小。
Finally, the numerical example shows the band and delay per vehicle from this optimization method are better than those of existing algorithm with little impact on the intersection capacity.
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感谢您的反馈，我们会尽快进行适当修改！绿波带：“算”出来的成功
日 15:54:51
来源：解放军报　　作者：孟凡勇 于鹏
　　据报道，今年北京将运用“绿波带”技术，优化调整多处路口、桥区等重要交通节点的信号灯配时。在部分路段的测试中，“绿波带”技术使车流通行速度提升20%以上，交通拥堵状况也有所缓解。
　　所谓“绿波带”，是将空间地理信息系统与即时交通大数据结合，根据限定的车速、路段的距离，对各路口的绿灯起止时间进行深算细算、精确调控，使车流通过每一个路口时，能够“正好”遇到绿灯。从各道路交叉口的灯色来看，绿灯就像波浪一样向前推进，形成一道“绿波”。“绿波”方向上的车流，真正实现了畅通无阻。
　　信号灯作为交通规则的显性标识，深刻影响着人们出行的效率和安全。如果红绿灯的时长设置不科学、时间间隔不合理、倒计时缺乏统一标准，不仅对疏解交通无益，反而会给交通“添堵”。只有把信号灯的相关配时算准、算细、算科学，才能让人们出行时多遇绿灯、少遇红灯。“绿波带”的成功，正是“算”出来的。对部队而言，这一做法值得借鉴。
　　计算，贯穿于联合作战指挥的全过程。在信息时代、大数据时代，搞好作战筹划更需要深算细算。未来战场上，力量多元、空间多维、行动多样、情况多变，传统计算手段根本无法满足作战筹划需要。对于每一个判断结论、每一个决心建议、每一次兵力部署调整，只有进行细致周密的计算，才能让各种作战要素高效流转、通行无阻，各种作战单元密切协同、无缝衔接。
　　然而，从当前部队演训和战法创新实践看，运用传统手段计算多、引入科技手段计算少，单纯计算兵力对比多、深度评估作战能力少，甚至出现“一厢情愿”设计战法、“依靠模板”排兵布阵、“不计成本”使用火力等现象。如果算得不精、不深、不细，就可能使作战指挥产生“中梗阻”，导致协同失调，不仅容易自乱阵脚，甚至可能误击误伤。
　　作战筹划，不妨学一学“绿波带”的理念，向科技创新要战斗力，把精算、深算、细算的手段搞上去、运用好。应当树牢“算”的理念，熟记战术技术标准、敌我武器装备性能和各类效能实验数据，学习掌握算潮汐、算时间、算兵力、算强弱、算效能、算战损、算消耗的筹划方法；应当活用“算”的工具，吸纳云计算、大数据等最新科技成果，实现筹划决策由“拍脑袋”模式向以数据、模型为基础的精确计算模式转变；应当发挥“算”的威力，增强作战计算的科学性、系统性、准确性，使联合作战训练随着“算”出来的“绿波”，不断提速增效，向纵深推进。
（ 网站编辑：王润斌 ）豆丁微信公众号
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绿波带图解法
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绿波带图解法
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3秒自动关闭窗口平面信号交叉口设计优化方法研究
&&&&９７８２８０ 分类号：型垒２：ｅ量！ｑｚ！ｑ＝２鹜！垒ｎ ｕ１ｌ长安大学硕士学位论文壬面信呈童娶目遮ｉ土垡丝立法砑究ｌｉｌｉｉ<b&&&&r />ｉ ｉ ｉ ｌ申请学位级别塑±ｉ ｉ论文提交日期！！！ｉ生ｉ旦论文答辩日期！！！ｉ生§旦！≥旦ｉ ｉ ｉ ｉ ｉ ｉ ｉ ｉ ｉｉｉｉｉ ｌｉ摘要交叉口是城市道路网的瓶颈，很多事故发生在平面交叉口及其附近，多数的 交通拥堵现象也发生在交叉口附近。所以，关于解决城市交通拥堵的问题及提高 路网的总体容量，如何对交叉口设计进行优化改善、提高交叉口的通行能力是极 其重要的。本文以交通流理论为基础，在深刻分析平面信号交叉口交通流运行机理的基 础上，揭示了冲突点的存在是危及交通安全的根源，如何有效进行交通流控制是 提高交叉口通行能力的关键。然后，从渠化及信号控制两方面着手，在对其传统 方法分析的基础上，提出了相应的优化措施。在渠化设计方面，文中借鉴国内外 研究经验，在对交叉口渠化采取一般措施的情况下，总结出适应不同情况下的渠 化优化方法及使用条件；信号控制方面，在对传统方法深入分析的基础上，说明 了调整好信号相位及周期长度是信号控制的关键所在，由此引出了以多相位选择 优化的方法，进而提出确定相位的优化模型；对于信号周期，文中利用ｈｃｍ２０００ 中的延误公式，尝试建立了一个适应于饱和交叉口的优化模型。如何对交叉口优 化方案进行评价，本文构建了交叉口设计优化的综合评价指标体系，并采用加权 的方法建立广义质量价值函数，为交叉口设计优化方案的实施效果提供了科学的 依据。在文章的最后，利用文中所提方法结合ｖｉｓｓｉｍ仿真软件对深圳市一复合交叉 口提出了优化改善，并进行了方案评价。关键词：交叉口；交通流；通行能力；渠化；相位；周期ａｂｓｔｒａｃｔａｓ ｉｓ ｗｅｉｌ ｋｎｏｗｎ，ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｒａ伍ｃ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ ａｎｄａｒｅｔｈｅ ｂｏｎｌｅｎｅｃｋｓ ｏｆｕｒｂａｎ ｒｏａｄ ｎｅｔｗｏｒｋ。ａ ｌｏｔ ｉｓｊａｍｓｏｃｃｕｒａｔ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｅｒｅａｂｏｕｔｓ。ｔｈｕｓ，ｉｔａｂｓｏｌｕｔｅｌｙ ｉｍｐｏｒｔａｌｌｔ ｔｏ ｓｏｌｖｅ仃ａｍｃ ａｎｄ ｒｏａｄ ｎｅｔｗｏｒｋ。 ｂａｓｅｄｏｎｊ啪ｓ，ａｉｌｄ ｔｏｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅｃ印ａｃｉｔｙｏｆ ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎｓｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｔｒａ伍ｃ ｎｏｗ，ａ１１ｄ ｔｈｅ ｃｌｏｓｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｍｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｏｆｏｕｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆａｃｔｏｒ ｉｎｔｒａｍｃ ｎｏｗ ｉｎ ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌｉｚｅｄ ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ，ｍｅ ｔｈｅｓｅｓ ｐｏｉｎｔ ｔｒａ币ｃ ｓａｆｅｔｙ ｉｓ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｏｆ ｃｏｎｎｉｃｔ ｐｏｉｎｔｓ，ｓｏｈｏｗ ｔｏ ｃｏｎｔｍｉ仃ａｆｆｉｃ ｆｌｏｗ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆｅ虢ｃｔｉｖｅｌｙｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｔｗｏ ｓｉｄｅｓ。ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙ。１１１ｕｓ，ｗｉｔｈ ｔｈｅｃｈ籼ｅｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｉｇｎａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｇｉｖｅｎ ｆｒｏｍ ｔｈｅａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅｄ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ａｎｄ ｇｉｏｂａｌ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｉｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｉｔｃｈａｎｎｅｌｉｚａｔｉｏｎ，ｓｕｎｕｎ撕ｚｅｓｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌｍｅｔｈｏｄ ａ１１ｄ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｉｎ ｄｉ行打ｅｎｔ 山ｅ ｐａｐｅｒ ｆｏｃｕｓｅｓｏｎｃｉｒｃｕｍｓｔａｌｌｃｅ。ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｓｉｄｅ ｉｎ ｓｉｇｎａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ， ｓｉｇｎａｌｔｈｅａｄｊｕｓｔｐｈａｓｅ ａｎｄ ｃｙｃ ｊｅ，、ｖ＿ｈｉｃｈｏｎｊｓ ｖｅｒｙ ｊｍｐｏｎａｌｌｔａｌｓｏ。ｎｅｎ，ｔｈｅａｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆｏｐｔｉｍａｌｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄｍｕｌｔ－ｐｈａｓｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｍａｄｅ，ｗｉｔｈｍａｋｉｎｇ ｃｅｒｔａｉｎ ｏｐｔｉｍａｌ ｍｏｄｕｌｅ。ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ａ ｏｐｔｉｍａｌ ｍｏｄｕｌｅ ａｄ印ｔｅｄｕｓｅｔｏ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｉｍｅｒｓｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｗｈｉｃｈｔｈｅ ｆｏｈｎ ｄｅｌａｙ ｏｆ ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｈｃｍ ２０００ ｉｎ ｓｉｇｎａｌ ｃｙｃｌｅ。ｉｎ ｏｒｄｅｒｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅｍｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔ，ａｓｙｓｔｅｍｏｆ ｏｖｅｒａｌｌ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅａｗｅ远ｈｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｇｉｖｅｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ，ｕ，ｈｉｃｈ ａｐｐｌｙｉｎｇｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｂａｓｅｓ ｆｏｒｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔ。ａｔ ｔｈｅ ｅｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｗｉｔｈ ｖｉｓｓｉｍ，ａ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔ００１，ａｎｄ ｈａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆｃｏｍｐｏｕｌｌｄ ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈｅｎｚｈｅｎ， ｈａｖｉｎｇ ｍａｄｅ ｔｈｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ。ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ； ｃｈａｎｎｅｌｉｚａｔｉｏｎ：ｔｒａ街ｃ ｎｏｗ；ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙｐｈａｓｅ； ｓｉｇｎａｌ ｃｙｃｌｅ论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。做作者签名：喜ｒ函社加多年，月『ｚ日论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 （保密的论文在解密后应遵守此规定）论文作者签名：｛ｆ，吃强加／年‘月工日铷撇：ｐ７圳引肿日第一章概述１．１研究背景及意义随着我国经济建设的快速发展，城市化进程不断推进，城市交通量迅速增长， 交通出现了日趋紧张的局面，拥堵经常发生，由此引发了一系列的问题：交通延 误增加、行车时间加长、事故频发、环境污染严重，整个城市的经济发展受到制 约，缓解交通拥堵问题已迫在眉睫。对于城市道路而言，交叉口是城市交通的关 键，作为车辆汇集和转向所在地，交叉口复杂的交通特征使其容易成为交通持续 混乱和事故的多发点，降低了道路网通行能力，成为整个城市道路的瓶颈地带。 可以说交叉口的交通运行状态与整个城市的交通运行状态密切相关，解决了交叉 口的问题就解决了城市交通的关键。 因此，对交叉口的交通运行状况进行分析，找出交叉口拥挤堵塞的原因，正 确地设计交叉口，并合理地组织交通，减少或消除冲突点，保证行车安全，并使 延误尽可能地减少，提高交叉口的通行能力，保证行车畅通，从而提高整个城市 路网通行能力，缓解交通堵塞，这在城市交通的设计与治理中具有很重要的意义。１．２国内外研究概况目前，国内外对平面交叉口的交通特性、车辆行为、信号配时和通行能力计 算均有比较成熟的理论研究，并通过交通模拟来验证理论计算。 １）国外研究成果 早在１８６８年，英国伦敦ｗｅｓｔｍｉｎｓｔｅｒ街口出现了最早的交通信号灯，从此诞 生了第一个信号交叉口，围绕着交叉口的研究不断的深入开展。英国、美国等发 达国家率先对此进行了研究，他们以连续的交通流为前提，提出了左、右转专用 车道、渠化交通设施等方法，在交通管理方面采用信号控制与交通规则相结合的 方法，如采用多相位控制、禁左或禁右等，来提高交通安全与通行能力。 在信号交叉口控制方面，主要集中在交叉口的信号配时、交叉口延误计算分 析，交叉口的交通模拟等。得克萨斯运输学院研究小组对路口也作了做了大量研 究得出了临界车道法的概念，对每个入口的临界车道求出一个同通行能力行能 力，那么，对于整个交叉路口可以求出一个临界车道容量，得出临界车道通行能 力与周期的关系，从关系式可以看出临界车道通行能力与周期成反比关系，同时表明周期相同的条件下，入口数越多临界车道通行能力也相应降低。该研究成果 在某种程度上有助于理解信号周期对交叉口通行能力的影响。ｗｅｂｓｔｅｒ通过计算 机和广泛的现场观测研究出一种确定最佳周期的公式，这个公式是以延误为最小 作为目标．ｗｅｂｓｔｅｒ还推断当周期在（０．７５～１．５）ｃｏ范围变动时，延误没有显 著增加。因此，在选择周期时，同时要考虑到路口的实际情况，还要考虑好交又 口的通行能力，理论上的周期并不一定适合该交叉口。澳大利亚学者阿克塞立科 在ｗｅｂｓｔｅｒ研究的成果基础上，引入了“停车补偿系数”，并将它与车辆延误时 间合在一起，用以评价信号配时方案的优化程度，可认为是对ｔｒｒｌ法的进一步 修正和补充。ｗｅｂｓｔｅｒ与阿克塞立科的计算方法统称为“停车线法”。１９９８年， 美国维吉尼亚工程技术学院ｊｏｓｅｐｈａ．ｂａｌｌ，ｍａｒｔｉｎｇ ｖ．ｄａｙ，ｐｕｓｈｋｉｎ ｋａｃｈｒｏｏ和ｔｕｎｇｓｈｅｎｇ ｙｕ等人，以使排队长度或等待时间最小为目标，针对单个交叉口 和有两个交叉口组成的最简单的网路，提出了反馈控制方法的设计，并讨论了由 两个交叉口组成的最简单的网络的多种模型和问题口”。１９９９年１月，路易斯安娜 州大学土木工程学院教授ｂｒｉａｎ ｗｊｌｓｈｏｎ和密歇根州大学土木工程学院教授ｗｉｌｌｉ锄ｃ．ｔａｙｌｏｒ研究了白适应信号控制对接近延误（印ｐｍａｃｈｄｅｌａｙ）的影响，在文中通过比较ｓｃａｔｓ控制系统和单点控制产生的延误，得出ｓｃａｔｓ系统会给 左转交通多一些绿灯时间。 ２）国内研究成果 在渠化设计方面，国内主要研究成果集中在交叉口的拓宽设计，车道的设置 及功能划分方面，标志标线，以及交通岛的设置，行人和自行车的组织等。 国内许多学者对影响平面交叉口通行能力的因素方面做了很多实质性的探 索，同济大学杨佩昆教授鉴于传统的停车线无法准确地描述路口内左转车对直行 车的全部影响，提出了“冲突点法”，即把考察交通提取交通资料的位置由停车 线改为直行车与左转车在路口内的冲突点。不用通过停车线断面的左直右小时总 量和通过停车线的饱和车头时距而是以左转、直行车的周期流量及通过冲突点的 饱和车头时距作为信号配时与通行能力计算的依据，几乎全部更新了配时计算方 法。２００１年，同济大学杨锦东和杨东媛，研究了信号交叉口非饱和条件下信号周期与相关因素的关系，提出了周期时长的优化模型口】。２００５年，吉林大学硕士研究生王波，提出了拥挤条件下交通流诱导分流策略与交叉口拥挤疏导信号控制策略，并建立了交叉口拥挤疏导信号控制方案的实时选择模型１４”。北京工业大学 硕士研究生李美玲，根据信号交叉口优化设计的特点，提出借鉴专家系统的思想开发信号交叉口交通组织优化专家辅助系统，以辅助进行信号交叉口的优化设计１２】。２００５年，吉林大学硕士研究生姜景玲，根据自行车相对于标准小汽车的换算 系数和基于交通强度的机动车交通流的周期时长优化方法，建立了典型交叉口的 周期时长优化模型ｍ１关宏志曾经对北京一环交下的平面信号交叉口进行过研究， 根据“停车线法”的计算理论提出了信号交叉口的通行能力是黄灯和损失时间的 函数，随着损失时间的增长，路口的通行能力减小。并认为理想状况时损失时间 一般包括一次车辆的起步、加速时间，但是一些入口引道及交叉口内，车辆经常多次受到干扰使车辆运行受阻，而不得不重复减速——（停车）——加速的过程。根据受阻次数和停车线法得出通行能力随受阻次数变化的规律。彭国雄分析了自 行车对信号交叉口通行能力的影响，在《自行车对信号控制交叉口通行能力的影 响》一文中，提出了交叉口进口车道机动车饱和流率和绿初损失时间等表征通行 能力的计算值与自行车交通量的定量关系模型．并采用对比分析法通过计算实例 从定量的角度揭示了自行车交通对典型信号控制交叉口通行能力的影响，在最 后，提出可用于指导信号配时的左转自行车交通量“临界值”的概念。同时提出 几种典型十字交叉口的信号配时方案应用叠加相位的可行性，针对三相位和四相 位分别阐述了叠加相位设计的要点及计算公式，并从时空资源分析对于某些流向 交通量不均衡的交叉口来说是具有一定的效益。顾怀中，王炜提出了交叉口交通 信号配时的模拟退火全局优化算法。该算法选用延误时间、停车次数及通行能力 为优化目标函数，各性能指标的加权系数随交通需求的（一般分平峰和高峰）不同 而变化，以适应不同交通状况下对配时优化的不同要求。尹宏宾等认为信号配时 是影响信号交叉口通行能力的关键。并在《基于知识的信号交叉口配时设计系统》一文中根据专家系统的有关理论和信号交叉口的配时设计原理，研究了一种基于知识的信号交叉口配时设计系统，研究该系统的主要出发点是基于交通流的随机 性和不确定性较强，难以用精确的数学模型加以描述，但是可以根据经验进行适 当的分析。 国内对于交叉口设计优化较为系统的研究主要集中在以下几个方面： 上海市２００１年出版了工程建设规范《城市道路平面交叉口规划与设计规程》，对平面交叉口的规划和设计做出了规定和设计流程，以此来指导上海市平 面交叉口的规划与设计【２５】。 同济大学杨晓光自２００３年编著了《城市道路交通设计指南》一书，书中在 国内尚属首次的从交通设计层面对于平面交叉口的渠化设计、信号配时等总结了 改善设计的方法和技术ⅲ】。 北京工业大学马健明博士的博士论文中提出了一种集几何设计、渠化设计以 及交通组织设计为一体的信号交叉口优化专家系统。该专家系统确定的交叉口交 通组织方案制定的方法是首先对交叉口进行系统调查，对交叉口现状进行分析， 根据交叉口的道路条件，通过对现有交叉流的合理汇集与再分配以及交通仿真分 析方法，制定出能对车流运动状态产生控制作用的、由多种多样的交通管理措施 组成的实施方案１２“。１．３研究评述１．３．１现状研究评述 就目前所掌握的文献来看，国内外都开展了信号交叉口设计优化方面的研 究，这些研究具有以下三个方面的特征： １）在渠化设计方面，国外已形成了规范或手册，如美国的￣ｆｕｔｃｄ，但由于交 通流特性不同，对于我国混合交通流下的渠化方法指导意义不大，国内虽有不少 的观点和提法，但没有形成较为系统深入的理论； ２）在相位设计方面，国内外研究尚少，主要集中在相位对时间的利用研究上， 而对于时间与空间利用的有效结合上，尚未进行深入探讨； ３）在信号配时设计方面，国内外都提了多种信号优化方法，但都只是适用于非饱和交叉口，对于饱和交叉口尚未有成型的计算模型，信号周期很难把握；１．３．２论文研究思路 论文选取平面信号交叉口为研究对象，研究其交通设计优化方法，具体包括 渠化设计优化、信号控制设计优化以及优化方案评价。根据国内外情况的介绍和 评述，确定研究的思路如下：图卜１论文的路线框架１．４本文的研究内容和方法本文以交通流理论为基础，深刻分析了平面交叉口交通运行特征，并以此为 优化依据，提出了渠化设计优化及信号控制优化的方法，最后利用本文提出的优 化方法并结合德国开发的ｖｉｓｓｉｍ微观仿真软件对实例进行了仿真模拟，主要研 究的内容如下： 第二章进行了平面交叉口特征点分析，研究了在信号控制下车流特性，为解 决平面交叉口内部冲突点的空间分离及时间分离提供了有力的理论依据； 第三章通过对一般渠化措施的阐述，总结了机动车、非机动车的渠化优化措 施并提出了在近距离交叉口渠化时应注意的协调设计问题；第四章通过对传统信号控制的研究，提出了相位优化模型和周期优化模型， 确定了信号控制的优化方法。 第五章建立平面信号控制交叉口的指标评价体系，用以检验平面交叉口的设 计优化方案。 第六章是利用论文研究方法结合ｖｉｓｓｉｍ仿真软件进行了实例分析。 第七章为本文的结论及有待于进一步解决的问题。 本文在交叉口体系研究中的位置如图卜２所示，其中虚线框为本文研究内 容。图卜２本研究内容在体系中的位置第二章平面信号交叉口交通流运行特性分析研究信号交叉口设计优化，必须结合信号交叉口的交通特性。交叉口是路 网中最基本的组成单元，其交通特性不同于路段的交通特性。只有对道路信号交 叉口交通特性进行详细的研究，特别是对其交通流运行特性的分析，才能据此对 信号交叉口实施科学合理的优化措施。２．１交通冲突点分析车辆到达、通过平面交叉口时，要产生分流与合流。当两股不同流向的交通流同时通过空间某点时，就会产生交通冲突，而该点就称为冲突点。车辆通过冲 突点时，有相互挤、碰、撞的可能性，冲突点越多，对交通安全及通行能力的影 响就越大。 按交通冲突方式分，冲突点可分为交叉冲突点、合流冲突点和分流冲突点， 后两种通称为交织冲突点。如图２—１所示。“”图２—１交通冲突的三种方式ａ）交叉冲突点；ｂ）台流冲突点；ｃ）分流冲突点平面交叉口交通冲突点的数量随着相交道路数量的增加而急剧增加，冲突点 将严重影响平面交叉口的交通顺畅性和安全性，因此城市道路平面交叉原则上不 能有五条道路以上相交叉。２．１ １无信号控制平面交叉路口冲突点的分布若不计入行人流、非机动车流的各类冲突点，各种平面交叉口的冲突点数以 单车道情况为例如表２—１和图２—２。表２—１ 交叉形式 三枝交叉 四枝交叉 五枝交叉 六枝交叉 无信号控制交叉口冲突点数目 交叉点３ １６ ４９ １２４合流点３ ８ １５ ２４分流点３ ８ １５ ２４其计９ ３２ ７９ １７２一》 起一＼／奄一／＼厂一弋ｌ‘ｆ●ｌ’，图２—２无信号控制平面交叉口冲突点分布图在２—２图里只画出了三路和四路交叉的平面交叉交通特征点分布图，同样的 方法可得到更多路交叉的平面交叉口的交通特征点分布图，并引导出平面交叉口 交通特征点的计算公式：＇ⅳｏ＝｛＂２０一１）∽一２）ｏ（２—１） （２—２）ⅳｌ＝ⅳ２＝ｎ研一２） 其中：ⅳｎ一交叉冲突点总数； ⅳｌ一交叉口分流点总数； ⅳ，一交叉口合流点总数： ”一相交道路数。由公式（２—１）可以看出，无信号控制平面交叉口的冲突点随着相交道路数 量的增加而急剧增加，严重的影响了平面交叉口交通的顺畅和安全。因此，除采 用立交、交通渠化、物理隔离等措施在空间上减少交通冲突外，在平面交叉口设 置交通信号控制，在时间上分离通过交叉口的车流，可以减少甚至消除交通冲突 点，从而提高交叉口的通行能力和交通安全性。冲突点控制的原则是：变随机冲 突点为固定冲突点、变交叉冲突点为交织冲突点；减少冲突点个数，减少冲突点 上的冲突次数，减少冲突点上的冲突能量，缩小冲突范围。对于信号交叉口， 多采用空间分离和时间分离相结合的方法进行冲突点控制。 ２．１．２信号控制平面交叉口冲突点的分布 信号控制交叉口采用交通信号指挥交通，车流在信号控制交叉口遇红灯而停车排队，当绿灯起亮时，车流以均一的流率连续通过交叉口，直至排队车辆全部 通过或绿灯信号结束，下一相位开始，重复上述过程。通过设置交通信号，在时 间上分离通过交叉口的车流，可以减少或消除交通冲突点，从而提高交叉口的通 行能力和交通安全性。 若不计入行人流、非机动车流的各类冲突点，各种信号控制平面交叉口的冲 突点数以单车道情况为例如表２．２和图２．３。表２—２ 交叉形式 三枝交叉 四枝交叉 五枝交叉 信号控制交叉口冲突点数目 交叉点１合流点２分流点２４ ４共计５２ ４２ ６８ １４二：对—萨‘ｅ———————————————ｊ’●‘——————一／’ 一ｙ川一／／１人＼ ＼一……。４ ｉ：：：：图２—３信号控制平面交叉口冲突点分布图由此可以看出，采用信号控制，可以有效地减少各类冲突点个数。并且，相 位设置越多，冲突点数就越少，进行交通控制也就越容易。可以说，多相位控制 为平面交叉口的交通流分离创造了有利的条件。目前，在交通信号控制中，日本 只考虑交叉冲突和合流冲突，而欧美各国都考虑分流冲突，而在我国的交通信号 控制实际中，由于路口车速较慢，一般只考虑交叉冲突，部分路口可根据情况可 考虑合流冲突，对于分流冲突一般都通过路口渠化解决。２．２信号交叉口交通流特性分析２２．１信号交叉口交通流运动特性 信号交叉口车流的运行特性及其通行能力，直接取决于信号配时情况，当一个交叉口的相位安排确定之后，车流通过交叉口时的基本运动特性如图２—４所不ｏｊｉ 静：暑妊 基：募岁始烈滞！．一 一ｌ一、柯效绿灯时间５—，一＿ ｌ量｝ 耋 茸 书 收 垦 墨 ｉ 嚣、丽损失鬯嗣ｌ，／ｒ缣灯ｉｌｉｌ隔ｅ’ 一一、ｒ终ｉ｜：遐｝｝｜｝扫厢掼必时闸ｉ。ｉ、，ｌ批ｊ｛１绦灯 相位ｆ获褂绿灯的时段 红灯ｆｆ‘－相位ｊ失掉通行权的时段ｚ ｌ冲奠艇ｉ全红灯图２—４绿灯期间车流通过交叉口的流量图示当信号灯转为绿灯显示时，原先等候在停车线后面的车流便开始向前运动， 车辆鱼贯地越过停车线，其流率由零很快增至一个稳定的数值，即饱和流量ｓ。 此后，越过停车线的后续车流将保持与饱和流量ｓ相等，直到停车线后面积存 的车辆全部放行完毕，或者虽未放行完毕但绿灯时间已经截止。从图２．４可以看 到，在绿灯启亮的最初几秒，流率变化很快，车辆从原来的静止状态开始加速， 速度逐步由零变为正常行驶速度。在此期间，车辆通过交叉口（停车线）的车流 量要比饱和流量低些。同样的道理，在绿灯结束后的黄灯时间（许多国家的交通 法规允许车辆在黄灯时间越过停车线）或者在绿灯开始闪烁后，由于部分车辆因 采取制动措施而已经停止前进了，部分车辆虽未停止但也已经开始减速，因此通 过交叉口（停车线）的流量便由原来保持的饱和流量水平逐渐地降下来【４３】。 必须注意的是，只有当绿灯期间停车线后面始终保持有连续的车辆排队时， 车流通过停车线的流率才能稳定在饱和流率的水平上。图３．１所示的正是一个完 全饱和的实例，即在绿灯结束之前，始终都有车辆连续不断地通过停车线。 ２．２．２有效绿灯时间和损失时间 从图２—４中，可以求得饱和流率和有效绿灯时间。为便于研究，用虚折线取代图２—４中实曲线所代表的实际流量过程线。虚线与横坐标轴所包围的矩形 面积与实曲线所包围的面积相等。这样矩形的高就代表饱和流率ｓ的值，而矩形的宽则代表有效绿灯时间强。换句话说，矩形的面积％恰好等于一个平均周期内实际通过交叉口的车辆数。 从图２—４中可以看出，绿灯信号的实际显示时段与有效绿灯时段是错开的。 有效绿灯时间的起点滞后于绿灯实际起点。我们将这一段滞后的时间差称为“绿 灯前损失”。同样，有效绿灯时间的终止点也滞后于绿灯实际结束点（这当然指黄 灯期间允许车辆继续通行的情况），将这一段滞后时间差称作“绿灯后补偿”‘１７１。 由此可得到有效绿灯时间的下述计算公式： ｇ＝ｇ＋∥。一ｐｐ’（２—３）式中：ｇ——实际绿灯显示时间； ∥。——绿灯后补偿时间，等于黄灯时间减去后损失时间； ｅｅ’——绿灯前损失时间。有效绿灯的“起始迟滞”时间ａ等于该相位的绿灯间隔时间与绿灯的前损失 时间之和，有效绿灯的“终止迟滞”时间ｂ恰好等于绿灯的后补偿时间，用公 式表示如下：口＝，＋ｐｐ’６＝∥‘（２—４）式中的ｅｐ。、∥。、，含义如图２—４所示。 根据起始迟滞和终止迟滞的概念，我们可以定义相位损失时间。相位损失时间 就是起始迟滞与终止迟滞之差，即，＝口一６ （２—５）由式（２一ｊ）有 ｆ＿，＋ｐｐ。一∥。（２—６）如果假定绿灯的前损失时间恰好等于后补偿时间，那么相位损失时间便等于 绿灯间隔时间，。正是由于绿灯间隔时间包含于损失时间之内，信号交叉口的通 行能力和配时问题就只与车流的运动特性有关了【４钔。 根据绿灯损失时间的定义，可以得出实际绿灯显示时间ｇ与相位有效绿灯时间ｇ之间的如下关系：ｇ＋，＝ｇ＋，（２—７）信号周期时长ｃ可以用有效绿灯时间和相位损失时间来表示：ｃ＝∑（ｇ＋７）（２—８）信号交叉口的信号显示是周期性运行的，在一个信号周期内所有相位都要显 示一次。由于每个相位都有确定的损失时间，那么对于整个交叉口而言，每一信 号周期中都包含一个总的损失时间ｌ。也就是说，在信号周期的这部分时间里， 所有相位均为非绿灯显示，这一部分时间被“浪费”掉了。这里的“浪费”并非 是真正的浪费，因为周期损失时间并非真正无用，它对于信号显示的安全更迭、 确保绿灯阶段通过停车线的尾车真正通过交叉口（潜在冲突点）是必不可少的【“。 信号周期的总损失时间为各关键相位的损失时间之和：上：ｙ，２．２．３饱和流率及其影响因素（２—９）饱和流率指的是在停车线后存在一个连续的排队，绿灯常亮的情况下，单位 时间内，所能放行的最大车辆数。饱和流率ｓ可通过现场实地观测求得，利用车 头时距数据求饱和交通流量的方法是一种常用的方法。 在平面交叉口，由于交通信号控制设施的存在，导致了交通流周期性的中断， 我们称这种交通流为间断交通流。在有交通信号控制的平面交叉口，所有车道上 的车辆都要间歇地行驶，它根据交通信号的不同变化来获得或失去通行权，当交 叉口绿灯启亮车队离开停车线后，并非所有的车辆都以同一交通速度运行，由于 不同驾驶员和车辆的启动反应和加速度效应不同，车辆间的车头时距略有不同。ｊ：头时５‘ｈ车辆数（辆） 图２—５车辆通过信号交叉口车头时距图畔】根据观测，平面交叉口车辆的车头时距在平均车头时距附近随机波动，设波动幅度为仃。即车头时距，，，∈（卜盯，，＋∽则：ｒ．＝，一盯＋２仃×ｒ， （２—１０）式中：；——一定流量下平均车头时距（ｓ）； 盯——车头时距波动振幅（ｓ）；月——随机性（ｏ≤尺≤１）。在理想的情况下，由于增加了用于加速的长度，后一辆车通常比前一辆车的 车头时距要短，在若干辆车后，其起动反应和加速效应己经消失，后续车辆将形 成一组匀速行驶的车队，这些车辆的车头时距基本趋近于一个常数＾（饱和车头 时距）。 如上图２—５所示，很显然，当车辆以稳定的运行车队，通过有信号控制的 平面交叉口，则车头时距波动幅度。趋近于ｏ。，车头时距ｒ，趋近，同时趋近于ｈ，即ｆ．＝，＝＾。则在这种情况下，通过信号控制的交叉口时每个车道的饱和流率ｓ为：㈣ｓ：型向（２—１１）式中：ｓ——饱和流率（辆／绿灯小时）；３６０卜每小时的秒数。＾——饱和车头时距（秒）；由于信号交叉口的交通流是周期性停止的。当信号变为绿灯时，车辆由停止 状态开始运动，前几辆车的车头时距时大于＾，多出～个仃，，因此，对前几辆车， 在饱和车头时距的＾的基础上，应增大其车头时距，从而得到一个增量值，称为 起动损失时间，也即是绿灯前损失时间，用ｅｅ’表示，如上图２—４所示，则ｅｐ’＝∑ｆ，，＝】（２—１２）式中：ｅｐ’——总起动损失时间，也即是绿灯前损失时间；，．——第ｆ辆车的起动损失时间。交通流每次从排队等待状态开始运动，都要把起动损失时间加到每辆车的＾ 上。通过饱和流率和起动损失时间两个假设，即可确定一个车队通过交叉口所需 的时间，并可算出每次使一个交通流停止所造成的额外损失时问。 清尾损失时间也即是图２—４中的后损失时间厂。厂“，从一个方向最后一辆车 进入交叉口的时刻与另一方向变为绿灯的时刻之间的时间差。 饱和流率与损失时间之间的关系是很重要的。对于饱和流率来说，有效绿灯 时间被每辆车以ｈ秒的车头时距利用着。 因为车辆在不同的交通条件和道路几何条件下通过交叉口的车头时距是不 同的，所以影响饱和流率的因素很多，可以划分为两类，一类是几何因素，一类 是交通因素。其中几何因素包括：车道宽度、车道坡度和转弯半径；而交通因素 包括车流构成、转弯车流、行人过街和是否允许车辆停放。在影响饱和流率的诸 多因素中，车道宽度是主要的因素，其次是车道坡度和车流构成。这在美国道路 通行能力手册中有详细的阐述。 另外，除上述诸多因素外，道路交通的需求也对饱和流率有一定的影响。随 着交通需求的增加，车辆之间的车头时距趋于变小，特别是当车辆排队很大时， 排在后面的司机会趋于和前面的车辆保持较小的车头时距，研究人员称这种现象 为“交通压力”。众多研究结合表明，车辆离开交叉口时，每个周期服务的车辆 数为一个重要的影响因素，排队车辆越多，排在后面的车辆越趋于保持较小的车 头时距。这种现象可能是由司机的心理因素引起的，当有很多的车辆排队时，排 在后面的司机急于减少等待时间，就会缩小和其前面的车辆的时距，这种现象称 为“车头时距压缩”。并且，道路通行能力手册则指出绿灯连续显示时间很长， 饱和车头时距趋于变大，从而降低了饱和流率和通行能力。所以交通需求和每个 周期的通行能力对饱和流率都有影响作用【２”。２．２４通行能力与饱和度 交叉口各进口方向的通行能力是交叉口设计当中最重要的因素。平面交叉口的通行能力通常不是一个固定的值，很大程度其取决于交叉口的交通运用和交通控制方式。因此在计算交叉路口的通行能力时，需要先确定交叉路口的交通运行和交通控制方式，如渠化方式，交通组织，信号相位及配时等。交叉口设计方案 应该最优的适合特定的交通水平。这样才能充分发挥交通设施最大效益。对信号交叉口，交叉口的通行能力根据饱和交通流率推出的。 （１）信号相位的通行能力与饱和度 某一信号相位的车流通过交叉口的最大允许能力（即单位时间内该相位能通 过交叉口的车辆总数），取决于这些车流所获得的最大通行流率，即饱和流率ｓ以 及所能获得的有效绿灯时间占整个信号周期的比例ｇ／ｃ，具体公式如下‘４６１： ｑ＝ｓ×（ｇ／ｃ）（２一１３）式中：卜该相位的通行能力（ｐｃｕ／ｈ）；ｇ／ｃ——该相位所能获得的有效绿信比，用ａ表示，即ａ：墨ｃ（２—１４）为了便于比较通行能力和实际交通量，我们将一个相位的实际到达流量即交 通量ｑ与该相位饱和流率ｓ的比值称为流量比ｙ，将ｇ与通行能力ｃ之比称为该 相位的饱和度ｘ，即：＿ｙ＝ｇ／ｓ（２—１５） （２—１６）ｘ：ｑ／ｃ：坐占ｏｇ通常将流量比ｙ看成常量，它反映实际的通行需求量；把绿信比兄看成可控 参数，它代表可提供的通行能力；饱和度ｘ则与这两个反映交叉口通行“供求” 关系的参数相关。为了提供足够的相位通行能力，必须满足下式： ｑ＞ｑ或ｘ＜ｌ 即：（２一１７） （２—１８）％＞ｇｃ或ａ＞ｙ显然只要加大有效绿信比就可以加大该相位的通行能力，或者说降低其饱和 度。虽然这种方式可以使该相位的通行能力得以提高，但是这会使得其冲突相位 的通行能力相应降低。所谓冲突相位，就是指在灯色显示上相反的相位，一个相 位获得通行权的同时，与其冲突的相位正好失去通行权。因此，研究整个交叉口 的总通行能力和饱和度有必要把各个相位作为一个整体来考虑。 （２）交叉口总通行能力与饱和度交叉口总通行能力就是一个交叉口对于各个方向（或相位）全部车流所能提 供的最大允许通过量。如果一个交叉口具有足够的通行能力，那么对于每一个相 位都可以建立一个不等式（２—１８）。将一个交叉口所有关键相位的不等式合并， 就可以得到整个交叉口总通行能力应该满足的关系式：∑ａ，＞∑ｙ。ｊ．１ ，＝１（２—１９）这里ｆ＿１，２，…＂，即第１，２，…ｎ个关键相位。 在上式中，不等式左边即等于交叉口总的有效绿信比，用ａ表示，其具体含 义是全部“关键相位”有效绿灯时间总和与信号周期时长之比：ａ＝∑ａ，ｆ－ｌ（２—２０）不等式右边为整个交叉口总的流量比，用ｙ表示，即全部“关键相位”流量 比的总和：ｊ，＝∑ｍ，＝ｌ（２—２１）由式（２—８）和（２—９）可将式（２—２０）进一步演变为如下形式： ａ＝（ｃ一上）／ｃ（２——２２）这里ｃ一三＝∑ｇ，即全部关键相位的有效绿灯时间总和。交叉口的总饱和度是指饱和程度最高的相位所达到的饱和度值，而并非各相 位饱和度之和。从理论上说，交叉口的饱和度只要小于１就应该能满足各方向 车流的通行要求。然而实践表明，当交叉口的饱和度接近ｌ时，交叉口的实际 通行条件将迅速恶化，更不必说等于或大于１了。因此我们必须规定一个可以接 受的最大饱和度限值，即饱和度的“实用限值”。研究结果表明，反映车辆通过 交叉口时的一些特性参数，如车辆平均延误时间、平均停车次数以及排队长度等 等，均与饱和度实用限值的大小有关。【４３】２．３小结本章在对交叉口冲突点分析的基础上，指出交通冲突点是交叉口秩序紊乱及 危及交通安全的根本原因所在，为下两章节的空间及时间分离交通冲突点提供了依据。然后在研究信号交叉口交通流特性的基础上，深入分析了交叉口信号控制 中的有效绿灯时间和损失时间，探讨了车道饱和流率的计算方法及其诸多因素影 响，继而推出信号交叉口的通行能力。第三章平面信号交叉口渠化设计优化研究渠化是对交通冲突点进行空间分离的方法，通过渠化可使不同方向、不同类 型或不同速度的交通流按所划分的车道“各行其道”，互不干扰，渠化设计的核 心是分离不同性质的交通流及减少冲突点的数目，避免交通流之间的相互干扰、 提高交叉口的通行能力。本章在上一章交通流特性分析的基础上，对平面信号交 叉口渠化设计优化方面进行了研究。３．１渠化设计的一般措施渠化设计的一般措施主要集中在利用标线划分车道、通过人行横道规范行人轨迹、通过导流设施规范机动车以及非机动车的行车轨迹、利用交通岛作为行人 和非机动车过街的安全岛等。 ３．１．１车道功能划分 组织不同标准和不同行使方向的左转、直行和右转车辆在各自的车道上各就 各位、分道行驶。根据车行道的宽度和左、直、右行车辆的不同组成，应作不同 的划分。划分的原则如下： １）当左、直、右车辆组成均匀并都有一定数量，可各设一条专用车道；对于 非机动车交通，可划分快、慢车分道线或设分隔带或分隔墩组织分流行驶： ２）当直行车辆特别多、左转车辆也有一定数量，可分设二条直行车道和一条 左转车道；对向的车道为反对称布置； ３）当左转车多而右转车少，可设一条右转车道，右转与直行车辆合用一条车 道；对向的车道为反对称布置； ４）当左转车少而右转车多，可设一条右转车道，左转与直行车辆合用一条 车道； ５）当左、右转车辆较少，可分别与直行车道合用； ６）当车行道宽度窄，无法划分左、直、右行车道，可仅划分快、慢车分道线； ７）当车行道很窄，无法划分快、慢车分道线，或划分了对车道的相互调剂 使用不利，则可不划分： ３．１．２人行横道 为使行人有序的通过交叉口，应保证交叉口的进口均设置人行横道，通常情况下，可以作为行人和非机动车通过交叉口的车道。人行横道的设计因素主要包 括：位置、方向、宽度和停车线。 人行横道的位置，指人行横道距交叉口中心的距离，间距要适当，如果太远， 会增加交通信号中黄灯时间和红灯的清空时间，降低时间资源的利用，同时加长 了行人与非机动车通过交叉口的距离，增加交通事故发生的可能性；相反，如果 太近，会增加右转车流通过交叉口的难度，同时在车辆为行人让行时，会妨碍到 后面车流的运行，最终降低交叉口的通行能力。其位最应平行于路段人行道的延 长线并适当后退，在右转机动车容易与行人发生冲突的交叉口，为了减少右转机 动车对相邻的两个进口道的行人过街交通的影响，其横道线不应相交，至少应留 有存放一辆右转车的空间，其后退距离宜取３～４米。 人行横道的方向，原则上保证行人和非机动车行驶距离最短，便于缩短信号 绿灯时间，提高时间资源的利用。但当道路斜向交叉时，宜灵活处理，如果设计 垂直道路方向的人行横道，虽然缩短了过街距离，但增加行人和非机动车的绕行， 这会导致某些人不愿绕行而不走人行横道，对行车安全不利；在斜交的交叉口设 置人行横道，结果导致交叉口面积加大，从而增加了信号控制损失的时间，分散 驾驶员的注意力。所以在斜交的交叉口，人行横道的方向设置应平行于相交道路。 图３—１及３—２分别为ｙ型与ｔ型交叉口的人行横道设置。１１４ｊ 人行横道的宽度，与行人、非机动车通过交叉口交通量和绿灯时间有关，一般 顺延干路的人行横道宽度不宜小于５米，顺延支路的人行横道宽度不宜小于３米。图３—１ｙ型交叉口人行横道设置图３—２ｔ型交叉口人行横道设置３．１．３交通岛 交通岛作为行人和非机动车过街的安全岛，可减少机动车的干扰，提高行人 与非机动车通行能力；为设置交通控制设备提供场地；交通岛不但是物理类型的， 也可以是路缘构成的区域或用特殊油漆标志的路面区域。 渠化设计中设置交通岛的目的包括：分隔交通流的冲突点、控制冲突的角度、减少额外的路面面积、调节和指示交通流恰当地利用交叉口、为优先转弯车辆提 供优先服务、保护行人和非机动车、为转弯和交叉的机动车提供安全等候区、安 装交通设备提供用地。 交通岛根据其功用及布置的地位，可分为分车岛（分隔带）、中心岛、方向 岛和安全岛。０３ １）方向岛，起到分隔车流的作用，一般可将右转车流、自行车流分离出去， 减少冲突； ２）安全岛，可作为行人二次过街的驻足地，一般在面积较大的交叉口，可 由设在交叉口的方向岛或分车岛兼此作用； ３）分车岛（分车带），分隔对象车流，也可作安全岛，在有禁限措施的交叉 口可以设置作掉头车道的引道； 交通岛的区分并不绝对，有时一种岛状设施能同时发挥多种作用，即同时兼 有导流、分隔及安全作用的交通岛。 ３．１．４导流线“” 渠化的行驶路线应简单明了，根据各流向车流的安全行驶轨迹设计。当交叉 口空间较大时，各流向的车辆行驶轨迹范围比较大，因此发生冲突的区域相应增 大，不利于交通流的运行与控制。可通过导流线限定各股交通流的行驶轨迹，一 方面利于交通流平顺行驶，同时限制车辆转弯时的任意性。 直行车导流线往往用于进口道拓宽引起的中心线偏移、对向机动车道错位的 情况，而在多相位控制交叉口，左转导流线的设置则尤为必要。如图３—３，为直 行车导流线与左转车导流线的示意图。图３—３交叉口内部导流线示意图３．２渠化设计优化的目标渠化的一般措施仅规范了交通流的行驶轨迹，使各类不同性质的车流“各行 其道”，对空间资源并未充分利用，因此如何有效的利用平面交叉口的空间资源， 同时减少冲突点面积是渠化设计优化的核心和主要内容。 正确的渠化设计会增加交叉口的通行能力，改善交通安全，为交通流通过交 叉口提供最大可能的便捷性；错误的渠化设计起到完全相反的效果，应该避免过 度的渠化设计，因为它会导致交叉口的交通流运行出现混乱和更严重的交通拥挤 现象。渠化设计优化的目标为： 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力的地点进行合流、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；３．３机动车的渠化优化３．３．１交叉口内部拓宽渠化 对有条件下拓宽平面交叉口的几何尺寸以增加车道数是有效利用空间资源，提高交叉口通行能力的优化方法之一， 及右转专用道的设置阐述此方法的应用。 １）左转专用道的设置方法本文从左转专用道、左转待行区以通过对交通冲突点的分析，左转车辆是引起机动车之间冲突的主要因素，在 对向直行车流接近饱和时，每个周期内的到达左转机动车辆数大于３’ｊ辆时，必 须设立左转专用车道。 ●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３．４所示。图３—４压缩中央分隔带设置左转车道●当信号交叉口相交道路有中央分隔带，但宽度不足时，可将入口段车道 线偏移来增设左转车道，如图３—５所示。图３—５移动车道中心线设置左转车道●当信号交叉口相交道路无中央分隔带时，可用拓宽道路入口的方式增设 左转车道。 ●对信号交叉口入口进行渠化，使右转机动车混合交通流提前右转，从而 使直右转车道或右转车道变为直行专用车道，则原直左车道可变为左转专用车 道，见图３—６。图３—６中（ａ）图为未经改善前入口车道分布情况，（ｂ）为渠化 改造后入口车道分布图。（ａ）（ｂ）图３—６信号交叉口入口改造图２）左转待行区的设置方法 左转待行区是在有左转专用车道的前提上提出的渠化优化措施。从时间上分 析，提前进入交叉口的左转车辆不应该影响侧向的交通流，所以左转车辆进入交 叉口的时间应当于侧向车流进入信号交叉口的时间错开。从空间上分析，提前进 入信号交叉口的车辆不应该影响本向和对向的直行车流，所以左转待行区不能与 对向直行车流的轨迹相交。 左转待行区的设置位置见图３—７。在图３—７中，左转车辆提前等待区的停车线不仅进入了信号交叉口，而且还几乎平移了对向左转专用车道宽度的距离。这样使得左转车辆通过信号交叉口的时间变短了，并且使得提前左转的车辆对紧随 在他们身后的左转车辆的影响降低了。车辆提ｃ持区＼ ＼等用车道～谬一唉ｆ图３—７左转待行区设置示意图“１３）右转车道的设置方法 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。 ●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３．８所示。——、ｌ图３—８右转车道设置示意图●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。如图３．９所示。图３—９右转匝道示意图３．３２交叉口外部结合辅助道路渠化 在交叉口无法拓宽或拓宽效果并不理想时，借鉴立体交叉口中左转交通流的处理方式，可在同一平面设计类似立体交叉口匝道的辅助道路设施来解决干线道 路的大流量左转交通与直行交通之间的相互干扰问题，以提高平面交叉口的通行 能力。 左转车流使用辅助道路设施的类型主要包括“壶把式”左转、“环路式”左 转、“蝴蝶结式”左转等啪３。 １）“壶把式”左转设计采用的辅助道路设施是干线道路中同一进口象限中右 转导流路，干线道路的左转交通流利用导流路到在交叉口以外的地方完成左转 见图３一ｌｏ。ｉ／冬厂ｌ飞．。图３—１０ｉ“壶把式”左转设计模式“壶把式”左转设计模式与传统的多相位交叉口相比，优点如下： ●大大减少干线道路直行交通的延误时间和停车次数； ●提高干线道路直行交通的通行能力及运行畅通性； ●减少左转车流对行人、非机动车的冲突及交叉口冲突点的数量２）“环路式”左转设计中来自干线道路的左转车流首先随干线道路的直行车 流～起通过交叉口，然后右转进入环路车道，再次右转进入支线道路，将冲突点 转化为分流点和合流点，见图３一１１。荔ｊ兰ｌ、ｌｉ∥图３—１１“环路式”左转设计模式“环路式”左转设计模式与传统的多相位交叉口相比，优点如下： ●减少干线道路直行交通的停车次数和延误时间： ●提高行人、非机动车通过交叉口的安全性； ●通过使干线道路左转车流两次通过交叉口消除了左转行为； ３）“蝴蝶结式”左转左转设计是受某些立交设计中在立体层面所采取的环岛 交叉口处理交通流的方式启发而形成。所谓“蝴蝶结”是指非传统左转设计模式中采取的辅助道路设施——支线道路的环岛交叉口。与“壶把式’’模式相比，左转车流利用环岛完成左转的方式，见图３—１２。路：型｜：１千垃道路、日。｜，√’一图３—１２“蝴蝶结”式左转设计模式“蝴蝶结式”左转设计模式与传统的多相位交叉口相比，优点是避免了支线 道路左转冲突点。３．４非机动车的渠化优化３．４．１非机动车渠化优化的理念当非机动车流量大，平面交叉口内部矛盾不仅表现为机动车与机动车之间的 冲突，更有机动车与非机动车、行人之间的机非冲突，平面交叉口的设计中应贯 穿非机动车与行人放在同一层面的理念。合理的交叉口混合交通布置布局方案 是：自行车与行人的通行空间在一个层面，设施之间用行道树进行简单隔离，行 道树之间互通；机动车在另一层面单独处理，用绿化与自行车通行空间进行分隔。 这种理念使机动车与自行车在交叉口上的混杂程度大大降低，又使得自行车通行空间和行人通行空间可以相互利用，提高了交通空间的利用率。示意图见图３—１３““。图３—１３自行车与行人一体化示意图３．４．２非机动车的渠化优化方法 对于机非混行平面交叉口的空间设计，～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。 １）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。 这种设计思路是避免绿灯初期驶出停车线的自行车主流与机动车之间有较大的冲突与干扰，可在一定程度上提高交叉口的通行能力和运行秩序。图３一１４ 即为停车线提前的设计示意图。ｎ 严图３—１４ 自行车停车线提前法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。非机动车 运行示意见图３一１５。图３—１５左转自行车二次过街这种方法优点很多，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。３．５近距离交叉口协调设计优化单点交叉口设计对相邻交叉口之间的协调问题考虑不足，往往会产生相邻交 叉口饱和度差异过大的情况，从而造成道路资源的浪费。为保证交叉口的交通顺 畅，饱和度均匀，在渠化和管理控制上应将相邻交叉口统一考虑。３．５．１近距离交叉口展宽后渠化设计优化【１４】当两交叉口距离较近且又都需要偏移中心线、进行拓宽进口道的设计时，两 交叉口的展宽渐变段或展宽段可能会相互重叠或在短距离内出现“二次落差”的 情形，此时，应将两交叉口放在一起做协调设计，并在有条件时，可在渐变段中 央位置设置行人过街横道，如图３～１６所示。图３—１６近交叉口展宽后协调设计３．５２组合交叉口渠化设计优化 城市道路中，布设辅路的干道在与其他道路相交时交叉口形成组合平面交叉口，如图３一１７所示。图３—１ ７组合交叉口形成示意图组合交叉口的特点是相距距离很近，其距离仅为绿化带的宽度。交叉口主、辅路的直行交通仅需通过一个信号交叉口即可；主、辅路的左右转交通则需通过 一个或二个信号交叉口；相交道路的直行交通需通过二个信号交叉口：相交道路 的左、右转交通则需通过一个或二个信号交叉口。 针对组合交叉口的交通特征，其渠化方案可遵循以下原则： ●交叉口渠化和车道布设方案应与交通信号设计相协调和统一： ●尽量增设进口车道数，加大一个信号周期内通过交叉口的车流量，从而提 高整个交叉口的通行能力： ●主路在有条件的地方设置交通渠化岛，设置右转弯进出口专用道，完全释 放右转弯车辆，使其不受信号灯控制： ●拓宽主、辅路交叉口联结处，增加车道数，尽量减小该处的停车长度； 图３—１４所示即为主、辅路组合交叉口的渠化方案示意图。图３—１ ７典型组合交叉口渠化方案３．６平面信号交叉口渠化流程信号交叉口渠化设计是一个比较复杂的过程，需在大量资料调查分析的基 础上，按照一定的步骤进行设计。由前面的研究分析可知，信号交叉口渠化设计 流程如图３一１８：交 通 调 查 阶 段一 一 一交叉口几何构 造调查交叉口交通状况调查‘交叉口信号配时调查问靳４★｝譬对第 １ｕｊ正苎刀１７ｌ—刁＾ｕ’艰０１．。’交叉口渠化设计机动车渠化设计 非机动车渠化设计一～渠化设计阶段～方 案 确 定 阶 段行人渠化设计一一确定渠化设计方案图３—１８信号交叉口渠化设计流程图…３．７小结本章主要研究了信号交叉口渠化设计的方法和理论。在对交叉口渠化采取 一般措施的情况下，总结出适应不同情况下的渠化优化方法及适用条件，并对 近距离交叉口的协调优化进行了阐述，最后给出了交叉口的渠化流程。第四章平面信号交叉口信号控制优化研究对交叉口实行信号控制，可以在时间上将不同流向的交通流进行分离，是减 少交叉口的冲突点、充分利用交叉口时间资源、提高道路通行能力的主要措旌之 一。本章在结合第二章交通流特性分析的基础上，通过对传统信号控制方法的研 究，提出了信号控制优化的方法。４．１传统信号控制方法研究定时信号控制方式主要包括相位及信号配时的确定。４．１１相位的确定 传统的信号控制采取相交道路两个相位的控制方式（图４．１），如南北和东西相位，不存在相序问题，以机动车运行特性为主要依据。图４—１传统十字型交叉口交通流流向分布示意图由图４一ｌ可以看出，传统十字型交叉口的机动车交通流流向有１２个，非机 动车交通流流向有１２个，行人交通流流向有８个，整个交叉口交通流流向有３２ 个。因此，在传统两相位信号控制下，城市道路存在以下交通问题： １）绿灯初期，同一相位中机动车与非机动车冲突严重，导致绿灯开始阶段 机动车流损失时间过大； ２）绿灯中期，左转（包括对向的）非机动车穿越执行机动车流，导致机动车流通行能力的下降，同时难以保证安全性，成为机动车与非机动车之间交通事 故的主要起因； ３）绿灯末期，进入交叉口的非机动车与相交道路绿灯初期驶出的非机动车 形成极为混乱的集团，对相交道路上机动车流的运行干扰极大，严重影响交叉口 的通行能力，容易引发交通事故； ４）行人处于自由行走状态，以“渗透”方式过街，对于机动车和非机动车 运行非常不利； ５）交通秩序混乱，机动车在非机动车和行人的包围中运行，结果导致交通 堵塞，甚至瘫痪； 由以上分析，不难看出，两相位方案的不足主要体现在机非冲突上，对于非 机动车与行人流量大的路口尤其是城市中心区，两相位方案是不可取的。 ４．１．２信号配时计算 信号配时的原理就是把交叉口的时间资源按各流向交通流量的大小成比例 地分配给各流向，所以信号配时的关键在于确定最佳周期长度。 根据相关研究表明信号周期过短，周期损失时间所占比例增加，通行能力下 降，车辆延误增大；信号周期过长，通行能力提高不明显，车辆延误增大。所以 存在一个最佳周期，在此周期下，既保证一定的通行能力，又使车辆延误为最小。 如图４—２所示：通行能力ｐ车辆延误期胤期图４—２通行能力、车辆延误与信号周期关系图最佳周期不宜太短也不宜太长，一般在４０秒和１８０秒之间，并且不推荐长 周期，因为周期过长，不但不能明显提高通行能力，而且车辆延误会随之增加，出行者若停车等待的时间过长，会极大地增加出行者的烦躁感。 周期过长，实在是弊大于利。根据具体交叉口的几何线形、交通流量、所在 地区类型、交叉口范围内公共汽车站分布等具体条件，每一交叉口都有自己独有 的最佳周期，且随着交通流量的改变而改变。确定每一信号交叉口的最佳周期的 关键所在【４７］。 常用的单点固定配时方法韦伯斯特法的基本点是：车辆通过交叉口时，以其 受阻延误时间作为衡量指标，然后对信号配时方案进行优选１４６】。ｗｅｂｓｔｅｒ根据长 期的现场调查及仿真研究，提出了下列计算车辆平均延误的公式：孑＝导惜＋燕－ｏｓｓ∽ｐ割式中：孑——每辆车的平均延误时间（ｓ）； 口——进口道流入交通量； ｘ——交叉口饱和度； ｖ——相位最大流量比。将此关系式对周期ｃ求偏导使延误最小，得出信号最佳周期时间公式加ｍｃ。：堕堕式中：（４一１）三——表示每个周期的各相位总损失时间，其计算式如下￡＝∑（７，＋，，一４，）（４—２）其中：ｌ一车辆启动损失时间，应实测，无时间数据可取３秒，——绿灯间隔时间，即黄灯时间加全红灯清路口时间，一般黄灯为３秒全红灯为２～４秒；爿——黄灯时间，一般为３秒； ｎ——所设相位数； 】，——组成周期全部相位的最大流量比之和，即ｙ＝∑ｍａｘ（ｒ％）（４—３）其中：ｆ——第ｉ个相位的最大流量比，即ｙ＝ｑｊ｜ｓ （４—４）其中：吼——第ｉ相位实际到达流量３ｔ——第ｉ相位流向的饱和流量。一般流量比总和不应大于ｏ．９，若大于０．９，则应重新确定渠化方案及信号相 位方案。确定完最佳周期后，再计算总有效绿灯时间ｇ。： ｇ。＝ｃ０一￡ 各相位有效绿灯时间有下式确定：（４—５）ｇ。，：ｇ。丝型ｇ。，＝ｕ。———■，—ｌｌ４一ｂ ｊ （４—６）在ｗｅｂｓｔｅｒ提出的延误公式中，当饱和度ｚ趋近于１时，ｄ趋近无穷大，即 ｘ越接近于１，算得的延误越不正确，更无法计算超饱和交通情况下的延误。４．２相位设计优化如上所述，传统的两相位方案存在诸多弊端，已越来越不适应当前的交通需 要，多相位的信号控制正是在解决机非冲突的前提下提出的，同时还须考虑尽量 减少信号的周期损失。４．２．１相位信号设计和配时设计的相关关系交通信号相位方案和配时设计是信号控制方案相互依存的两个重要方面，前 者是基础，是对控制方案的定性分析，而后者是基础发展之上的目的，是对控制 方案的定量计算。相位相序选择的原则是安全、畅通以及尽量减少信号的周期损 失。信号相位越多，所需要信号周期则越长，虽然提高了通行能力，但也造成了 更多的车辆延误，所以在满足安全的前提下，还应越少越简单为好。在以前对交 通信号控制研究中，人们往往把重心集中在信号配时设计的研究上，认为只要把交通信号周期和配时设计建立模型取得最优值，信号交叉口的交通流运行就会取得最佳状况、最大的通行能力，而忽略了对相位方案的研究。 如果没有对交叉口的相位进行方案研究，也就是没有对信号交叉口的交通状 况进行定性分析，就进行最佳配时参数求解，结果往往会因为没有选择到合适的相位方案从而得不到信号配时正确的求解范围。相位和配时的关系如图４－３所示图４—３信号相位设计模型和配时模型关系示意图【２０】如果此时相位方案２是合适的方案，但是因为没有正确的相位方案设计研 究，设计者可能会选择其他相位方案。例如信号相位方案ｆ，无论多么先进的配 时模型也只可能得到伪最优解，显然是南辕北辙的。相反，如果在信号设计中进 行了相位方案的科学研究，选择了相位２，然后利用信号配时模型就很容易求解 得到最优信号控制方案，得到真正的最优解。４．２２多相位方案的选择优化 在第二章节对冲突点的分析中，可以看出左转机动车是引起交通冲突的主要原因，因此在信号相位方案设计中，左转相位的问题是最重要的也是相位方案组 织的核心和关键所在。综上分析，本文认为多相位信号控制方式，应由左转交通 流、各相到达流量的均衡性以及放行方法、渠化条件等因素确定。 １）按左转交通流确定相位 一般地，左转信号相位有许可型和保护型两种。 ●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。 根据文献［４０】的研究，当左转车流量与对向直行车流量的乘积大于１０００００～ １５００００、当左转车流与对向直行车流冲突而发生的交通事故次数达到５次／年以 上、或当左转车流对向的直行车流通过交叉口的速度达到６０ｋｍｍ以上时，可以考虑设置保护型左转相位。 常用的保护型左转相位有两种形式，即双向左转相位、左直混行相位ｆ２０】。 （１）双向左转相位 双向左转相位，通常指相对的两个进口左转车流同时利用保护型相位完成左 转，如图４—４所示。 由图４—４可知，相位２和相位４都采用了保护型左转相位，此方案的适用条 件如下：机动车流非机动车流］厂图４—４常规四相位方粟示意图●进口左转车流都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。 当交叉口满足上述条件时，可考虑仅对此道路采用双向左转相位。对另外一 条道路上的左转车流可结合具体情况灵活处理。 （２）左直混行相位 左直混行相位是指对某进口的直行和左转车流同时采用保护型相位，禁止与 之相冲突的其他交通流通行。通常用于交叉口相对向的左转交通量不均衡的情 况，因为若采用双向左转相位，会造成交叉口时、空资源的浪费。左直混行相位 一般有三种方式，具体如图４．５、４—６、４．７（以东西相为例）所示。 方式一：ｋ ｋｊ ｋｊ ：二二二二二二二二二：二＝二二二＝＝＝＝＝＝＝＝之 一一一］厂 一］卜］图４—５左直混行相位方式示意图方式一适用条件： ●相对向的左转车流都满足设置保护型相位的条件 ●相对向的两进口直行车流量很大，但有所差异。 方式二：ｋ ｊ二＝二＝＝＝工｛：二二二二二二二］方式二适用条件：厂］图４—６左直混行相位方式二示意图●相对向的左转车流都满足设置保护型相位的条件 ●相对向的两进口直行交通流不均衡； 方式三：ｋ ｊ＝＿：＝＝＝＝３————．．．———－———————————－－—－｝ｊ厂 ………，’鲁一一一一一一一一一●卜———————————————一ｋ］厂］图４—７左直混行相位方式三示意图方式三适用条件： ●相对向的某个进口左转车流不满足设置保护型相位的条件： ●满足条件的进口直行交通量较大。 ２）进口道车流不均衡的信号相位相序方案【２】 进口道车流不均衡可以分为两种情况：一是进口道内部不同流向的流量比不 均衡，二是进口道各车道之间的流量比不均衡。 对于第一种情况，可以通过设置相位组合方案来解决，即通过某些相位的迟 启或早断来达到相位组合的最优化，充分利用时空资源。以西进口道为例，图 ４—８所示为此种情况下的相位组合方案—，‘一———，‘一１］“ ：ｌｆｊ图４—８进口道内部流量不均衡对应的相位组合方案对于第二种情况，有两种处理方式： （１）相位组合。以东西进口之间流量不均衡为例，组合方案如图４—９所示。——，■—一，—一———，，—一１］图４—９进口道之间流量不均衡对应的相位组合方案（２）各方向轮放方式。对于采用轮放方式放行时，总存在机动车——自行车， 机动车——行人之间的冲突，路口通行能力在流量大时损失较多。但此方法适应性强，做信号绿波协调时可按单向交通方式进行信号相位差组织，绿波带明显宽 于双向放行方式，故此种方法适用于中低峰条件下的信号协调控制。如图４—１０ 所示。——－——、、‘●■－——————一ｒ／一ｉｌｆｒ图４—１ ｏ轮放方式信号相位图３）按照路口放行方法确定信号相序相位方案㈣（１）对于采用自行车按行人相位放行模式的路口，至少要有三个信号相位其 中一相为行人相位。设置此放行模式的相位时，注意不要使行人和骑车人等候的 时间过长，一般行人相位时间间隔宜控制在１００秒以内，否则容易引起路口内秩 序混乱。如图４．１ｌ所示。行人 相位ｉ１行人ｊ１ ］１行人 相位］ｆ行人 相位相位ｌ １１］图４—１１不同的自行车按行人相位放行模式信号相位图（２）对于采用自行车按机动车相位放行模式的路口，可以按照常规四相位设 置，行人相可按直行相位配置，不单设自行车相位。如图４．１２所示。——■，—一ｊｉｆｊ１］图４～１ ２自行车按机动车相位放行模式信号相位设置（３）对于采用自行车禁驶区模式的路口，自行车应单设信号相，一般采用 两相位配置，较少采用多相位配置。对于多相位自行车禁驶区模式，应把自行 车相和直行机动车相组合到一个相位中，机动车左转相位时，自行车不宜通行。 图４—１３和４．１４分别是多相位和两相位的相位配置图示例。ｚ二二二二幺—■，—一ｊ％＿ｌ］图４—１３白行车禁驶区模式多相位配置图——，ｆ—一‰ｊ！ｌ ｆｊｌ１ｌ图４—１４自行车禁驶区模式两相位配置图（４）对于采取综合放行法的路口，按放行方法要求设计信号相位。如图４—１５ 和４一１６所示。ｔ一一——■图４—１，—一行人 相位一一，１’１５自行车按行人相位放行加自行车按机动车相位放行模式相位图／一一—，图４—１ ６，—一一一，‰３自行车按行人相位放行加自行车禁驶区模式相位图４）按照渠化条件确定信号相位相序方案。７（１）左转车导流线设置与相位相序的方案确定 图４．１７为三个不同车流轨迹的交叉口与冲突点示意图。（ａ）是一个标准的 交叉口车流运行轨迹示意图；（ｂ）是左转车流运行轨迹缩短的示意图（如交叉口较大等情况）：（ｃ）是左转车流运行轨迹增长的示意图（如有较宽的中央分隔带等情况）。弹』 。怨 蜉 逛 心 ｊ灶 裂 勘｛ ＞＜兰 ｉ≥＜ 承 、廷 ◇ 、、、、——＿ ｖ ］＼ ｌ僻 ．瓿 卦 ｉ待 抓 卦｛ 僖 《＿＝／ｊ｝ｌｌ业八＝，＿／二／／ｐ广／＼＼ ／…————＼ ／ 正———卫｛ｒ寸、＼ｖ一ｊ／，＝／，：图４—１７交叉口车流轨迹与冲突点示意图以东西向车流为例，研究在图４—１７中（ｂ）和（ｃ）两种车流轨迹条件下 两种放行方式的车流冲突情况。①图４一１７（ｂ）车流轨迹情况●第一种相序安排（先直行后左转） 当直行相位转换为左转相位时，若直行相位的尾车２和８、左转相位的头车 １和７同时驶离停车线，则由于ｊｄ＞ｏｄ． ｐｈ＞ｉｈ直行相位的尾车２和８不能在左转相位头车的１和７之前通过冲突点ｄ、ｈ， 这样直行相位的尾车２和８有可能被阻滞在交叉口内，影响交叉口的运行。故需 要设置较长的绿灯时间间隔来保证直行相位的尾车２和８正常通过交叉口。因此， 这样的交叉口相位连接较差。 ●第二种相序安排（先左转后直行） 当左转相位转换为直行相位时，若左转相位的尾车１和７、直行相位的头车 ２和８同时驶离停车线，则由于ｉｈ＜ｐｈ，０ｄ＜ｊｄ左转相位的尾车１和７能够在直行相位的头车２和８之前通过冲突点ｈ、ｄ， 故只需要设置较短的绿灯时间间隔便可。因此，这样的相位连接较好。 通过以上分析，在图４—１７（ｂ）所示的车流轨迹情况下，先左转后直行的相序安排比较合理。 ②图４．１７（ｃ）车流轨迹情况●第一种相序安排（先直行后左转） 当直行相位转换为左转相位时，若直行相位的尾车２和８、左转相位的头车 ｌ和７同时驶离停车线，则由于 ｊｃ＜ｏｃ，ｐｇ＜ｉｇ直行相位的尾车２和８能够在左转相位头车的１和７之前通过冲突点ｃ、ｇ， 故只需要设置较短的绿灯时间间隔便可。因此，这样的相位连接较好。 ●第二种相序安排（先左转后直行） 当左转相位转换为直行相位时，若左转相位的尾车ｌ和７、直行相位的头车 ２和８同时驶离停车线，则由于ｉｇ＞ｐｇ，ｏｃ＞ｊｃ左转相位的尾车１和７不能在直行相位的头车２和８之前通过冲突点ｇ、ｃ， 这样左转相位的尾车１和７有可能被阻滞在交叉口内，影响交叉口的运行。故需 要设置较长的绿灯时间间隔来保证左转相位的尾车１和７正常通过交叉口。因此， 这样的交叉口相位连接较差。 通过以上分析，在图４一１７（ｃ）所示的车流轨迹情况下，先直行后左转的相 序安排比较合理。 （２）左转车待行区设置与相位相序的方案确定 左转弯待转区的设置目的，是在直行相位末期，可以让左转车辆在待转区等 待通过，这样减少了左转车辆通过交叉口的时间，缩短了左转车辆的行车轨迹。 在一般的四相位方案设有左转 待行区的情况下，应该采用先直行后 左转的相序安排。如果先左转后直 行，为保证上一相邻进口道直行相位 车辆安全通行，本进口左转车辆不允 许进入左转弯待转区；当相位转换至 左转相位时，左转车辆先得到通行 权，不需要进入待转区等待便可直接 通过交叉口，故左转弯待转区根本不 能发挥其作用。因此，只有先直行后 左转，左转弯待转区才能发挥作用。 ４．２．３相位选择的优化模型 交叉口交通事故的主要原因是由于交叉口交通流之间的冲突造成，在信号相 位的优化模型中可采用交通冲突点的数量来代表相位设计对交叉口交通安全的图４—１８左转车待行区影响，冲突点数量越多，信号交叉口为交通流提供的安全性就越差，所以应尽可能减少冲突点的个数，以保证信号交叉口设计中交通安全的原则。 在保证交叉口安全的基础上，信号相位优化模型还应保证相位简单明了、信 号周期损失时间少的原则。信号相位越多，信号相位总的损失时间就越多；相反， 相位越少，则信号损失时间也就越少。信号交叉口的相位优化应充分体现对交叉口信号控制和空间资源的有效结 合上，同时，应保证同一信号相位流入的最大进口车道数应与出口道相匹配的原 则，因此在优化模型中引入时空资源的利用系数。利用系数越大，交叉口的通行 能力则越大。 因而信号相位优化模型中的目标函数应包括：反应了信号相位方案的损失时 间总和：反应交叉口在信号相位方案下交通流之间的安全性：反应了渠化式多相 位信号交叉口时间和空间资源的利用率。 鉴于以上思想，构造具体目标函数如下：ｍｉｎ尸＝ｋ￡∑，，＋ｋ，∑５，一ｋ。∑∑ａ。×（三。／上。）×（三’，／厶）ｊ（４—７）式中：ｐ——相位方案：ｆ——信号相位次序； ，——车流次序；，——第，相位信号损失时问；ｊ．——第ｆ相位信号冲突点个数；九——第ｆ相位第／股车流所在相位的绿信比： 上。——第ｆ相位第，股车流所占用的进口车道数；“——第ｆ相位第，股车流所汇入的出口车道数；三。——第ｆ相位第，股车流的进口道车道数； 厶——第ｆ相位第，股车流所汇入的出口道车道数： ｋ，——信号交叉口损失时间的修正系数； 世。——信号交叉口安全性的修正系数： 丘，——信号交叉口时间和空间资源利用率的修正系数； 在建立了信号相位优化模型后，可以按照以下步骤选择最优的相位方案： ●利用前述的相位选择方法及原则初步选定各种可行相位方案，即目标函 数的可行解范围；●利用信号相位中的交通流量，初步计算每个信号相位方案的信号周期时间和各个相位的绿信比； ●根据交叉口的交通需求，确定相位优化模型的参数： ●利用相位设计优化模型，计算每个相位方案的目标函数；●选择使得目标函数最小的相位方案，作为最优信号相位方案；４．３信号配时的设计优化传统的配时设计多采用ｗｅｂｓｔｅｒ公式，基于本章第一节分析，其适用范围是饱和度低于ｏ．６的非饱和交叉口，但对于饱和或过饱和交叉口，算出来的周期与实际相差比较大，效果不甚理想。对于饱和交叉口，尚未有成型的公式进行计算， 本文将尝试建立一个适用于饱和交叉口的信号配时模型。 ４．３．１效用指标选取 衡量车辆通过信号交叉口的受阻程度，其主要参数是延误时间。美国《通行 能力手册》提供了一个计算交叉口饱和度ｏ．６～１．２的延误公式，其公式如下：ｄ：ｏ．３８ｃ百』‰＋１７３ｚ：ｉｘ一１）＋√ｉｆ：１ｉｒ；丽】（４．８）ｕ一（ｇ，ｃ）（ｘ）ｊ。。”。。式中：ｄ——车道组每辆车平均停车延误，ｓ／辆；ｃ——周期时长（ｓ）； ２／ｃ——车道组的绿信比； ｘ——所计算车道的饱和度，即交通流量与通行能力之比；ｅ一所计算车道的通行能力。式中预示了在假定车辆为随机到达的情况下，各驶入车辆平均每辆车的停车 延误。式中第一项表示均匀延误，即假定车道组的到达时间在时间上是均匀分布 所产生的延误。式中第二项表示超过均匀到达的基础上，随时到达的增量延误以 及由于周期失效引起的附加延误。对于饱和交叉口，此式可得出合理的结果。 ４．３．２信号周期优化模型 在混合交通流条件下，行人、自行车等交通弱势群体的权益应得到充分保障， 在进行信号配时的时候，必须保证每个方向行人能够安全过街。即每个相位的行 人安全过街时间的总和应不小于最短周期时长。参考杨晓光所著《城市道路交通设计指南》，行人过街所需最短绿灯时间按式（４—９）计算：ｇ“。＝７＋｝一，ｒ，（４．９）式中：～——行人过街道长度（ｍ）；％——行人过街步速，取１．２ｌｔｌ／ｓ，——绿灯间隔时间（ｓ）。根据公式ｃ＝∑（ｇ＋，），可得最短周期氏。应满足式（４—１０）：ｃ。．。＝∑矿＋三，＝１（４—１０）能否采用最短信号周期作为交叉口实际应用的周期，下面结合已有的试验数 据来分析，以四进口交叉口，所有进口交通流分布均匀，各个进口车道的饱和流 率取为１ ８００ｐｃｕ／ｈ，相位方案为两相位且绿灯时间相等，假设周期内绿灯总损失 时间为１０秒为例，来研究信号周期长度与车辆延误之间的关系曲线，见图４—１９。 如果采用ｃ。。，理论上车辆总延误时间将会无限大，因为此时交叉口的饱和度为 １。实际中车辆的延误时间不会无限大，但是在很短时间内将达到很高的数值， 因而实际信号周期只可把ｃｍｍ最为下限。：毫 誓葛 蟹ｉ．｜．ｌｔ入变王口的 尊重■，ｖ‘ｈ／ｌ２｝ ＊ 譬茹卜ｐｌ＿●卜’啪∞１．廿３呈．ｉ，ｑ １圭ｃ．八！’：午一，、托ｌ９ ＿＿， ≈●ｊ＿＿＿＿－，＿＿一一∞∞ 蕊∞ １６∞ｉ专ｃ．ｉ‘丁．．岱号届崩‘ｃ，图４—１９信号周期长度对车辆延误时间的影响【２０】同时考虑各相车流的饱和度一般不应大于０．９，由美国《道路通行能力手册》 中的延误公式，引入目标函数：ｍ；ｎ。＝季弘＝孝≯ｓｃ龋＋”ｓ％ｋ，，＋瓜丽］（４—１１）ｓ．ｔ／ｌ．＝一．∑ｇ严＋三≤ｃ≤１８０（ｃ一上）×ｍａｘｙⅱｃ×ｙ（４．１２）ｘ。蔓０．９式中：ｚ。——第ｉ相位第ｊ进口机动车饱和度；九——第ｉ相位绿信比；ｍａｘ％——第ｉ相位第ｊ进口相位机动车关键流量比；三——周期总损失时间： ｙ——组成周期全部相位的最大流量比之和。 ４．４相位差协调控制在城市道路网中，交叉口相距很近，各交叉口分别设置单点信号控制时，车 辆经常遇到红灯，造成行车不畅。为使车辆减少在各个交叉口上的停车时间，可 以将相邻交叉口进行协调控制。 相位差协调控制是在一条干线上，将相邻交叉口信号机以某种方式协调起 来，按照一个既定的方案同步联动的一种控制方式，即所谓的“线控”。 １）相位差协调控制的条件 一般决定是否要实施联动时要考虑以下四个因素： （１）路口间距适当，一般是车辆在这期间的运行时间不超过一个信号周期； （２）路段和路口不受或少受人为因素的干扰； （３）通常干线上的交通量越大，邻近交叉口的信号越需要进行协调控制； （４）干线交叉口的交通流量，在大部分运行过程中都是较均匀的。 ２）相位差协调控制计算步骤 相位差控制配时所需数据有：交叉口间距、干道及相交道的宽度、进口道宽 度及进口道车道数、分方向的交通量及限制车速、实际车速等。 配时计算步骤如下： （１）确定公共周期：分别计算各交叉口的周期时间，把需要周期时间最长的交叉口作为关键交叉口，并把此周期作为系统的公共周期。 （２）确定各交叉口各相位的绿灯时间：先计算关键交叉口各个相位的绿灯 时间。关键交叉口上干道方向上的绿灯时间即为沿线各交叉口上干道车流的最小 绿灯时间，其它交叉口上的最小绿灯时间，根据各交叉口相交道路交通所需的最 小绿灯时间确定； （３）确定相位差：参考干道上原有实际车速，考虑路线特征，各路段的行人干扰情况，根据车速确定相位差。相位差具体算法有两种，～种是时间——距离图来确定配时的图解法，另一种是先确定系统周期速度和公共周期的数解法。其具体算法详见资料㈣［３２】。４．５计算方法流程综上所述，信号配时是一个反复试算的过程，结合本文提出的优化方法，确 定信号配时的工作流程见结构图４—２０。４．６小结本章结合前一章节的渠化优化研究，总结了适应于不同条件下的各种相位 方案，并以此为多相位的选择依据，提出了确定相位的优化模型；通过对传统信 号配时方法的深入研究，结合约束条件，提出了交叉口饱和状况下周期优化模型。 在本章的最后，对近距离交叉口的协调控制进行了简要介绍，给出了信号配时工 作流程图。图４—２０信号配时流程图４８第五章平面信号交叉口设计优化方案评价交叉口设计优化方案的综合评价实质上是对影响道路状况的有关人、车、路 及环境在内的各种交通要素作系统综合效应分析，是对交叉口提出设计优化的必 要前提和最终结果。５．１评价指标标定评价交叉口的运行情况，应包括交叉口交通流运行的安全度及服务水平即交 叉口的效益指标及安全指标。服务水平通常用饱和度或车辆的平均延误时间、平 均排队长度来反映，饱和度越低、延误时间越短、平均排队队列越短，则服务水 平越高；交叉口的交通安全通常可用人车分离度、交通冲突数、交叉口安全度等 反映，交叉口交通冲突数越少、人车分离度越高、交叉口安全度值越大则交通安 全性越好。各指标标定见后面所述。 ５．１．１效益指标 １）饱和度 信号相位饱和度是反映信号交叉口通行能力的重要参数，其计算公式可参照 本文第二章第二节所述，交叉口整体饱和度计算方法如下：ⅳ。＝∑（ｖ／ｓ）。×［ｃ／（ｃ一三）】式中：（５．１）ｃ——信号周期长；（ｖ／ｓ）一第ｉ相位关键流向的流量与饱和流量之比；ｌ——总损失时间。ｘ，反映了交叉口整体的饱和程度，若比率超过了１．ｏ，则说明有一个或多个 车道组过饱和，这时，交叉口渠化设计、配时设计不适合现状及规划要求。若比 率小于１．０，某些方面的流量也可能超过通行能力。评价主要应以各车道组的饱 和度为准。 ２）车辆的平均延误 延误是反映驾驶员不舒适、受阻、油耗和行使时间损失的指标。根据第三章分析，ｗｅｂｓｔｅｒ所提出的延误公式只适用于非饱和交叉口，所以本文采用《道路通行能力手册》中所提的公式作为评价指标的计算公式，见式（４．８）。 式（４－８）是每个车道上车辆的平均停车延误，集合这些值后可得到交叉口 一个引道及整个交叉口的平均延误，常采用加权平均。用车道的校正流量加权平 均计算的车道延误即可表示为【１４】：ｄ。＝∑ｄ，ｇ，／∑ｇ。式中：ｄ。——进口道４的平均信控延误 ｄ。——进口道彳中第ｆ车道的平均信控延误ｑ，——车道组ｉ的校正流量进一步将各引道延误加以平均，可得到交叉口的平均延误ⅲ】：（５—２）ｄ，＝∑ｄ。ｇ。／∑ｇ。式中：ｄ，——交叉口每车的平均信控延误 ｇ一——进口道爿的校正流量３）车辆的平均排队长度（５—３）排队长度是评价交叉口进口道设计长度选定的合理性、交叉口拥挤阻塞状况 等的重要指标。在绿灯开始时各车道的平均排队长度定义为上一绿灯时间内剩余 车辆数ｑｌ和红灯时间内到达的车辆数ｑｚ之和ｍ】。ｑ】按式（５．４）计算，当车道饱和度ｘ＞ｏ．５时：卵毗ｓ一×卜，＋ｆ浮］。，４，ｄ．：ｃ。！二苎。ｊｌ‘否则９１＝ｏｄ２按式（５—５）计算：（５．５）ｉ一九爿３６００各车道平均排队车辆数为： ｑ＝ｑｌ＋ｑ２（５．６）以上各式中：例ｐ——车道通行能力；ｘ——车道饱和度：ｃ——周期时长（ｓ） ａ——绿信比；ｇ——交通量。各车道实际队长为： ｆ＝ｑ×，， 式中：（５－７）ｑ——排队车辆数（ｖｅｈ）；，——车辆平均占用长度（ｍ），通常认为队列中一列车所占长度为６米。５．１２安全指标 １）人车分离度 根据实测资料建立理论人车分离度，以计算未分离行人数，再根据交叉口事故与未分离行人的经验平均关系，预估未来交通事故期望数，可以较好地评价交 叉口交通安全状况。 各路口的人车分离度可由实测资料计算得到：ｓｍ：盐ｐｕ（５—８）式中：只。——交叉口ｆ路口ｊ上未分离行人数；ｐ，——交叉口ｊ路口，上的过街行人总数；则各交叉口的人车分离度ｓ。由各路口人车分离度按过街行人总数加权平均 得到：氏＝瞥ｃｓ－＂２）交叉口冲突数 交通冲突数是一种有效的非事故统计交通安全间接评价法。根据统计资料， 交通冲突的分布是非对称分布，因此选择ｇａｍｍａ概率分布拟合交通冲突。即：他，＝｛南。“盯唧，刚１０限㈣、。‘。。式中：口、ｐ——模型参数，口＝ｅ２（ｃ）／惭（ｃ），ｐ：砌ｒ（ｃ）／￡（ｃ），口＞ｏ，卢＞０；ｅ（ｃ）和砌，（ｃ）分别为总体数学期望和方差５厂（ｃ）——冲突数据的概率分布函数；危险与安全是一个相对的概念，为此，引入交通冲突概率分布的口分位点， 选择合适的分位点作为交叉口的评价标准。根据一般的工程可靠性要求，９０％以上的可信度足以满足精度要求，因此取概率分布函数的９０％分位值ｃ９。作为评价标准。也就是说，交叉口的观测冲突值大于该分位值，则认为该交叉口是危险交城市交叉口交通条件复杂，简单的数字模型很难表征道路交叉口的安全度， 本文中引入“动态重力模型法”来评价交叉口的安全度。弘丽籀式中：世．——安全度，值越大越安全； ｒ、ｒ，——车辆事故率（交叉口：次百万辆），容许车辆事故率；㈣…ｅ、廓——ｅ为事故强度，三，为容许事