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信号交叉口信号交叉口-通行能力分析通行能力分析10交通工程教研室交通工程教研室.基本内容基本内容n信号交叉口n交通流特征n通行能力及其影响因素n国外通行能力计算方法n国内通行能力计算方法n服务水平n算例.信号交叉口信号交叉口n利用信号对交通流进行时间分离从而有效控制交通流的运行的交叉口n定周期n半感应n感应n单点n协调.2 2相相位位方方案案2 2相相位位配配时时图图.多相位信号控制.交叉口交通流特性n信号交叉口是最典型的间断流设施，其最主要的特点是交通流受到信号控制的周期性干扰，使得某些流向的车辆周期性的停驶。n每次停驶车辆都要经历减速和加速过程，造成运行时间的损失。n 流向变化较多，存在转向。交叉口强调是通达性和畅通性，而非机动性。.信号交叉口通行能力信号交叉口通行能力n信号交叉口的通行能力n交叉口的通行能力是对每一引道规定的。它是在一定的交通、车行道和信号设计条件下，某一指定引道所能通过交叉口的最大流率。n交叉口总的通行能力是所有进口道的通行能力之和。.交叉口通行能力的影响因素n影响交叉口通行能力的因素，主要有几何线型条件和交通条件，还包括信号条件。.1、车行道条件、车行道条件n交叉口区域类型：商业与非商业n交叉口形式：十字、T形、X形、Y形、错位、多路、畸形n车道及渠化：入口断面的车道数、各个方向的专用车道数n入口车道宽度和坡度.2、交通信号设计条件、交通信号设计条件n信号周期 过长会导致停车延误增加，过短又会导致一周期内的车辆不能完全通过，形成二次停车的恶性循环，两者都会使交叉口的实际通行能力。n信号周期长，绿灯时间、绿信比、行人最小绿灯时间、相位等。.3、交通条件、交通条件n（1）引道交通量n（2）流向车辆的分布n（3）流向内的车型分布n（4）交叉口范围内公共汽车停靠的位置和交叉口范围内停放车的情况n（5）行人流量.国外的通行能力计算方法国外的通行能力计算方法n1、美国HCM方法n（1）饱和流率模型n（2）通行能力分析模型n2、英国TRRL方法n3、澳大利亚ARRB方法.饱和流率模型饱和流率模型饱和流率是假定引道在全绿灯条件下，即绿信比g/c为1.0的情况下，所能通过的最大流量。在实际计算中，选用理想的饱和流率，一般取1800辆/绿灯小时，然后进行修正。.S=S0fwfHVfgfpfbbfafRTfLTfLpbfRpb式中：S 所讨论车道组的饱和流率，它表示为在通常条件下，车道组中所有车道的饱和流率的总和。以辆/绿灯小时计。N 车道组中的车道数fw 车道宽度校正系数fw=1+(w-3.6)/9.fHV 交通流中重型车校正系数。fg 引道坡度校正系数fg=1-G/2fp 临近车道组停车情况及该停车次数的校正系数。说明了停车车道对附近车道的摩阻影响Fbb 地方公共汽车停在交叉口范围内阻塞影响作用校正，公共汽车阻塞影响校正系数。.nfa 地区类型的校正系数，商业为0.90nfRT 车道组中右转车校正系数nfLT 车道组中左转车校正系数nfLpb、fRpb：行人、自行车左转和右转阻塞系数，没有人行道为1.（2）通行能力分析模型）通行能力分析模型n信号交叉口的通行能力是以饱和流量和饱和流率的概念为基础的，饱和流率的定义为在通常的道路和交通条件下，能通过交叉口指定的引道或车道组的最大流率。饱和流率的符号为S，其单位用有效绿灯小时通过车辆数表示（辆/绿灯小时），指定的车道或引道的通行能力可表示为：.n式中Ci 车道组或引道的通行能力。辆hni 车道组或引道的饱和流率。辆绿灯小时（g/T）车道组I或引道I的绿信比。交叉口总通行能力：.交叉口饱和度交叉口饱和度n在交叉口分析中，指定交通流率与通行能力之比（vc）为X，称该值为饱和度。.nVi 车道组或引道的实际流率。辆nSi 车道组或引道的饱和流率。辆绿灯小时ngi 车道组或引道的有效绿灯时间。.n信号交叉口分析中使用的另一个通行能力的概念是V/C的极限比值Xc，这个指整个交叉口的V/C比。nT 周期长。nL 每周期总损失时间。.2、英国的TRRL方法（1）饱和流量：S TRRL通过观测和试验得到不准停放车辆的进口道的饱和流量为：S=525w（标准车）/h w 进口宽度.（2）韦伯斯特延误（webster）与到达流量、周期、饱和度、绿信比有关系。nT 信号周期时长（s）nq 入口处到达交通量nx 饱和度n 绿信比.（3）、通行能力）、通行能力n在信号交叉口，车辆只能在有效绿灯时间内通过交叉口，因此信号交叉口进口道上的通行能力为 nTg-有效绿灯时间nT-周期时长.3、澳大利亚ARRB方法n在韦伯斯特延误公式中，当饱和度时，延误，即X愈趋近于1，计算得到的延误愈不准确，更无法计算超饱和交通情况下的延误。.通行能力通行能力n在信号交叉口，车辆只能在有效绿灯时间内通过交叉口，因此信号交叉口进口道上的通行能力为 nTg-有效绿灯时间nT-周期时长.国内的计算方法国内的计算方法n1、停车线断面法n2、冲突点法n3、城市道路设计规范推荐方法.停车线断面法.停车线法n一条专用直行车道的通行能力 一条右转专用车道的通行能力一条左转专用车道的通行能力 不设专用左转信号时一条左转车道的通行能力 直、左混合行驶时一条车道的通行能力(N直左)直、右混行一条车道的通行能力(N直右).1一条专用直行车道的通行能力：信号交叉口的通行能力.t损个周期内的绿灯损失时间（s）这里只计算加速时间损失，不计算起步反应时间损失。.其中：V直行车辆通过交叉口的车速，一般交叉口采用15m/s；a平均加速度（m/s2）：小汽车：a=0.60.7（m/s2）；中型车：a=0.50.6（m/s2）；大型车：a=0.40.5（m/s2）。.t间前后两辆车通过停车线的平均间隔时间，小汽车平均为2.5s，大型车平均为3.5s，特大型车（铰接车、半挂车）平均为7.5s；对于不不同混合比的车辆 t间可按表确定。.2一条右转专用车道的通行能力 原则上可按直行方法计算，将直行的通过时间换成右转的通过时间，一般采用下式 C右3600/t右 （辆/h）.注：t右为前后两右转车辆连续驶过停车线断面的间隔时间，大小车各半时为4.5s，全为小车时为33.6s，一般一条右转弯车道流量为10001200辆/h，如果有行人过街、自行车影响应将行人过街、自行车的时间减去用上式计算。.3设置左转信号时一条左转专用车道的通行能力 a 左转车的平均加速度（m/s2）;ht左左转车通过停车线的车头时距（s）。.式中：n在一个周期内允许左转弯的车辆数；t绿左一个周期内专门用于通过左专车黄绿灯的时间（s）;V左左转车辆的行驶速度（m/s）；.4不设专用左转信号时一条左转车道的通行能力根据我国交通安全的法律规定，绿灯时容许车辆直行或右转，在不妨碍直行车行驶的条件下准许车辆左转。黄灯亮时就不准许车辆左转等，但已越过停车线的车辆可以继续前进。不设专用左转信号时实现左转有以下三种情况：.利用初绿时间通过 左转车超前驶过与对向直行车冲突的地点，其条件为左转车至冲突点处应较对向直行车到冲突点处为近，使左转车有可能超前通过该点而不致碰撞，如每周期内利用此时间通过n1辆车，则每小时可通过左转车为n1 3600/T周辆。.利用对向直行车的可插车间间隙通过 在对向直行车交通量不大的情况下，左转车利用其可插车间隙通过，其允许通过的车辆数视对向执行车可能提供的可插车间隙数。如每周期可通过n2辆、则n2按以下方法确定：信号交叉口的通行能力.根据实测左转车穿越直行车所需的可插车间隙为78s左右。直行车头时距约为3.54s，故可插车的间隙约为直行车车头时距的2倍，则每个周期可能通过的左转车辆n2最多等于一条直行车道一个周期的直行通行能力C直减去每个周期实际到达的直行车 并除以2，即：.式中：t绿一个周期内的绿灯时间（s）；V直行车辆的车速（m/s）；a直行车辆的平均加速度（m/s2）数值如前;ht直直行车辆的车头时距（s）。.利用黄灯时间通过 左转车辆至冲突点前排队等候，待黄灯出现，左转车迅速启动，则每周期可能通过的左转车由下式决定。则总共可通过的左转车流量为：信号交叉口的通行能力.5直、左混合行驶时一条车道的通行能力 对于同一条车道上有直、左混行时，因去向各异相互干扰，甚至引起停车，因此应乘以适当的折减系数J。同时，由于左转车通过时间往往大于直行车通过时间，一般约为直行车通过时间的1.75倍，故应将左转车的所占比例乘以1.75倍，设r左为左转车辆所占百分比，则 信号交叉口的通行能力.。系数J一般为0.70.9，也可通过观测确定.6直、右混行一条车道的通行能力 原理同前，但右转车所占时间一般为直行车的1.5倍（J=1.5）。r右表示右转车所占百分比则：.l整个信号交叉口的总通行能力为交叉口各个进口的直行、左转、右转各项通行能力之和。.冲突点法冲突点法.城市道路设计规范推荐方法n一、十字形交叉口的设计通行能力n十字形交叉口设计通行能力等于各进道口设计通行能力之和。进口道设计通行能力等于各车道设计通行能力之和。.十字形交叉口设计通行能力等于十字形交叉口设计通行能力等于各进各进口道设计通行能力之和口道设计通行能力之和；进口道设计通行能力等于进口道设计通行能力等于各车道设计各车道设计通行能力之和；通行能力之和；十字交叉口的设计通行能力.直行道的设计通行能力直行道的设计通行能力C Cs s一条直行车道的设计通行能力一条直行车道的设计通行能力(pcu(pcuh)h)T T信号灯周期信号灯周期(s)(s)t tg g信号每周期内的绿灯时间信号每周期内的绿灯时间(s)(s)t t0 0绿灯亮后，第一辆车启动、通过停车线的时间绿灯亮后，第一辆车启动、通过停车线的时间(s)(s)，如无本地实例数据，可采用如无本地实例数据，可采用2.3s2.3s；t ti i直行或右行车辆过停车线的平均时间直行或右行车辆过停车线的平均时间(s(spcu)pcu)；折减系数，可用折减系数，可用0.90.9。.n车辆平均通过停车线的时间与车辆组成、车辆性能、驾驶员条件有关。混合车队直行车队的建议值：n2:8-2.65；3:7-2.95；4:6-3.12n5:5-3.26；6:4-3.30；7:3-3.34n8:2-3.42.直右车道通行能力直右车道通行能力直左车道设计通行能力直左车道设计通行能力直左右车道设计通行能力直左右车道设计通行能力直左车道中左转车所占比例直左车道中左转车所占比例.设专用左转专用右转车道时设专用左转专用右转车道时只设专用左转车道时只设专用左转车道时只设专用右转车道时只设专用右转车道时进口道的设计通行能力进口道的设计通行能力.在一个信号周期内，对面到达的左转车超过在一个信号周期内，对面到达的左转车超过34pcu34pcu时，时，左转车通过交叉口将影响本面直行车。因此，应折减本左转车通过交叉口将影响本面直行车。因此，应折减本面各直行车道面各直行车道(包括直行、直左、直右、直左右车道包括直行、直左、直右、直左右车道)的的设计通行能力。设计通行能力。C Ce e进口道的设计通行能力进口道的设计通行能力(pcu/h)(pcu/h)；n ns s各种直行车道数；各种直行车道数；C C1e1e进口道左转车的设计通过量进口道左转车的设计通过量(pcu/h)(pcu/h)，等于，等于C Ce el l C C1e1e不折减本面各种直行车道设计通行能力不折减本面各种直行车道设计通行能力的对面左转车数的对面左转车数(pcu/h)(pcu/h)；当交叉口小时为；当交叉口小时为3n3n，大时为，大时为4n4n，n n为每小时信号周期数。为每小时信号周期数。直行车道通行能力折减直行车道通行能力折减.T型交叉口的设计通行能力ABCACB计算图示一计算图示一计算图示二计算图示二.ABC计算图示一计算图示一该交叉口的设计通行能力为该交叉口的设计通行能力为A A、B B、C C各进口道设计通行各进口道设计通行能力之和，应验算能力之和，应验算C C进口道左转车对进口道左转车对B B进口道通行能力进口道通行能力的折减。具体计算如下：的折减。具体计算如下：A A进口道的设计通行能力：进口道的设计通行能力：B B进口道的设计通行能力：进口道的设计通行能力：C C进口道的设计通行能力：进口道的设计通行能力：当当C C进口道每个信号周期的左转车超过进口道每个信号周期的左转车超过3 34PCU4PCU时，折减时，折减B B进口道的通行能力为：进口道的通行能力为：.A A进口道的设计通行能力：进口道的设计通行能力：B B进口道的设计通行能力为设专用右转进口道的设计通行能力为设专用右转车道而未设专用左转车道，车道而未设专用左转车道，C C进口道的设计通行能力为设专用左转进口道的设计通行能力为设专用左转车道而未设专用右转车道，车道而未设专用右转车道，当当C C进口道每个信号周期的左转车超过进口道每个信号周期的左转车超过3 34PCU4PCU时，折减时，折减B B进口道的通行能力为：进口道的通行能力为：该交叉口的设计通行能力为该交叉口的设计通行能力为A A、B B、C C各进口道设计通行各进口道设计通行能力之和，应验算能力之和，应验算C C进口道左转车对进口道左转车对B B进口道通行能力进口道通行能力的折减。具体计算如下：的折减。具体计算如下：ACB计算图示二计算图示二.已知某交叉口设计如图所示。东已知某交叉口设计如图所示。东西干道一个方向有三条车道，南西干道一个方向有三条车道，南北支路一个方向有一条车道。信北支路一个方向有一条车道。信号灯管制交通。信号配时：周期号灯管制交通。信号配时：周期T=120sT=120s，绿灯，绿灯t tg g=52s=52s。车种比例。车种比例大车：小车为大车：小车为2 2：8 8，东西方向左，东西方向左转车占该进口交通量的转车占该进口交通量的15%15%，右，右转车占该进口交通量的转车占该进口交通量的10%10%。南。南北方向左右转车占该进口交通量北方向左右转车占该进口交通量的的15%15%。求交叉口的设计通行能。求交叉口的设计通行能力。力。.解 先计算东西方向干道。东进口有三条车道，区分为专用左转、直行和直右三种车道。(1)计算直行车道的设计通行能力取 据车种比例为2:8，得ti=2.65(2)计算直右车道的设计通行能力.(3)东进口属于设有专用左转车道而未设右转专用车道类型(4)该进口专用左转车道的设计通行能力(5)验算是否需要折减当 时，应当折减。.不影响对面直行车辆行驶的左转交通量 等于4n，n为1h内周期个数，因为T=120s所以 有进口设计左转交通量C1e=C1=188pcu/h。(6)西进口设计通行能力同东进口.(7)南进口设计通行能力该进口只有直、左、右混行车道，其设计通行能力计算(8)验算南进口的左转车是否影响对面直行车，因为南北进口车道划分相同，即验算北进口左转是否影响南进口车的直行设计左转交通量C1=4930.15=74pcu/h。设计左转交通量 ，不需要折减。(9)交叉口的设计通行能力交叉口设计通行能力等于四个进口设计通行能力之和。东进口折减后的设计通行能力为1118pcu/h；西进口折减后的设计通行能力为493pcu/h。n故该交叉口的设计通行能力为.信号交叉口的服务水平l平面交叉口的服务水平要受到交通控制，通过交叉口所需时间、延误时间、停车时间、停车次数和频率等影响，可采用下表的服务水平等级。.相当于美国服相当于美国服务水平务水平信号交叉口平信号交叉口平均延误均延误s高峰小时延误高峰小时延误s色灯信号周期色灯信号周期长度长度s一A-C303070二D-E30-18030-36070-100三F180360100.HCM服务水平服务水平每车平均停车延每车平均停车延误误s服务水平服务水平每车平均停车延每车平均停车延误误sA10D35-55B10-20E55-80C20-35F80.北京市政设计院建议北京市政设计院建议服务水平服务水平一一二二三三四四v/c0.50.6-0.80.8-1.01车平均延误时间s3030-4040-5050红灯平均阻车长度50100150150感受舒适畅通接近饱和常呈混乱阻塞.*E是车辆在交叉口处的行车速度与路段上车辆行驶速度之比。等级指标 一二三四五交通负荷系数Z0.9效率系数*E0.80.80.650.650.50.50.350.35交叉口受阻车辆30延误时间T（s/辆）60排队长度L（m）100.延误模型延误模型n车辆到达交叉口是随机到达的，但总有一部分车辆因红灯而阻滞，减速停车。因此交叉口延误包括停车延误和“减速-加速延误”n稳态模型n定数模型.稳态模型稳态模型n假设：定周期，初始排队为0；n车辆到达率在所取时间内是稳定不变的；n车辆受信号阻滞所产生的延误时间与车辆到达率的相关关系在所取时间内是不变的；n交叉口进口断面的性能力在所研究时间内为常数，到达率不超过通行能力；n整个时段内到达和离去是平衡的。.定数模型定数模型n假设：车辆到达率在一定时间内恒定，大于通行能力；n绿灯初始排队为0；n固定信号配时，通行能力为一定值n过饱和排队长度随时间的增长而直线增加nd=Cr/2q+Q0/qnQ0=(q-C)t/2.HCM公式公式.重点内容重点内容n交通特征n通行能力影响因素n通行能力的计算方法（国内的设计规范法和美国的饱和流率折减法）n服务水平指标和评级n稳态延误和定数延误的假设条件.