（交通运输规划与管理专业论文）北京城市道路信号交叉口通行能力研究.pdf

摘要 摘要 信号交叉口是城市道路的重要组成部分，在道路的衔接中起着举足轻重的作 用，其通行能力的大小很大程度上决定或制约着整个城市道路网通行能力的大 小。信号交叉口已经成为制约城市道路交通功能的瓶颈。信号交叉口通行能力分 析研究是路网规划、工程可行性研究、道路设计、道路建设后评估等工作的基础。 因此，交通规划上遇到的问题迫使我们必须开展对北京城市道路信号交叉口通行 能力及交通流特性的研究。 本文首先介绍了国内外信号交叉口通行能力的研究现状。分析了现有的各种 计算信号交叉口通行能力方法的特点和适用范围。在此基础上，确定本论文的研 究方向和研究内容。然后从通行能力研究的角度，根据信号交叉口机动车冲突特 性并结合北京市信号交叉口的特点将其分类。采集并分析北京市标准信号交叉口 的有关数据，利用摄像法对车道组饱和车头时距进行现场观测。然后对信号交叉 口车道组划分目的和方法、车道组饱和流率应用进行分析。通过对饱和车头时距 的统计分析，选择1 5 位饱和车头时距作为计算车道组饱和流率的特征值，在此 基础上得到信号交叉口各类车道组在理想条件下的饱和流率值并建立其与车道 数的关系模型。最后从规划设计应用的角度，提出信号交叉口通行能力新的计算 方法一均衡通行权法。 关键词：信号交叉口；车道组：饱和流率： a b s t r a c t a sak e yc o m p o n e n to ft h eu r b a nr o a d ，s i g n a l i z e di n t e r s e c t i o np l a y sa l li m p o r t a n t r o l ei nh o l d i n gt h eb a l a n c ef o rt l l er o a d w a yn e t w o r k c a p a c i t yo fs i g n a l i z e d i n t e r s e c t i o nd i c t a t e so rc o n s t r a i n st h ew h o l eu r b a nr o a ds y s t e m sc a p a c i t y , t os o m e e x t e n t s i g n a l i z e di n t e r s e c t i o nh a sb e c o m et h eb o t t l e n e c ko ft h ew h o l eu r b a nr o a d ；t e m ，a c i t ya n a l y s i so fs in a l i z e d c t i o ni st h eb a s i so f 1 networksystemc a p a c i t ya n a l y s i so fs i g n a l i z e di n t e r s e c t i o n l st i d ed a s l so ir o a c t p l a n n i n g 、e n g i n e e r i n gf e a s i b i l i t ys t u d y , a n dr o a dd e s i g n t h er e q u i r e m e n t s o n t r a n s p o r t a t i o np l a n n i n gm a k ei tn e c e s s a r yt oc a r r yo u tt h es t u d yo fc a p a c i t ya n a l y s i s a n dt r a f f i cf l o wc h a r a c t e r i s t i c sa ts i g n a l i z e di n t e r s e c t i o n t l l i sp a p e ri n t r o d u c e st h es t u d yb a c k g r o u n do fs i g n a l i z e di n t e r s e c t i o nc a p a c i t ya t h o m ea n da b r o a d t h e ni ta n a l y z e st h ec h a r a c t e r i s t i c sa n ds c o p eo fa p p l i c a t i o no f t h e e x i s t i n gc a l c u l a t i o nm e t h o d s o nt h i sb a s i s ，t h er e s e a r c hd i r e c t i o na n d c o n t e n to ft h i s p a p e ri sc o n f i r m e d 。砀es i g n a l i z e di n t e r s e c t i o ni sd i v i d e di n t ot h r e et y p e sa c c o r d i n g t o t h ev e h i c l ec o n f l i c t s t h er e l e v a n td a t ao fs i g n a l i z e di n t e r s e c t i o n si nb e i j i n gh a v e b e e nc o l l e c t e da n da n a l y z e d d a t ao fs a t u r a t i o nh e a d w a y s w e r eo b s e r v e db y v i d e o t a p i n g t h e n i ta n a l y s e st h eo p e r a t i o nc h a r a c t e r i s t i co ft h ev e h i c l ea ts i g n a l i z e d i n t e r s e c t i o ni n c l u d i n gt h ep u r p o s eo fl a n eg r o u pd i v i d e d 、s a t u r a t i o nf l o wr a t ee t c a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i s o fs a t u r a t i o nh e a d w a y , w ec h o o s et h e15 s a t u r a t i o n h e a d w a yp l a c e sa st h ec h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e r sf o rt 1 1 e s a t u r a t i o nf l o wr a t e o nt h i s b a s i s ，i tg e t st h es a t u r a t i o nf l o wr a t ev a l u ea n de s t a b l i s h e st h em o d e lw i t ht h en u m b e r o fl a n e su n d e ri d e a lc o n d i t i o n sa ts i g n a l i z e di n t e r s e c t i o n f i n a l l y , an e w c a l c u l a t i o n m e t h o do fs i g n a l i z e di n t e r s e c t i o nc a p a c i t yi sp u tf o n a r d - t 1 1 em e t h o do fb a l a n c e p a s s i n gr i g h t k e y w o r d s ：s i g n a l i z e di n t e r s e c t i o n ；l a n eg r o u p ；s a t u r a t i o nf l o w r a t e 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：丛数日期：窒哩垒兰亟乡日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：组数 导师签名： 日期：a 塑每生! 丑丑： 第1 章绪论 1 1 研究背景 第1 章绪论 随着我国国民经济持续快速增长、很多大城市和特大城市中心区逐年扩张、 交通需求也随之迅猛增加。作为首都，北京的城市发展和道路建设也随之迅速 发展起来。北京的高速公路，快速环路系统，对外放射路，以及主、次、支路 形成了北京市城市交通系统的结构，这一路网正在为北京市居民出行与过境车 辆提供着各类的交通服务。 信号交叉口作为城市道路的重要组成部分，在道路的衔接中起着举足轻重 的作用，其通行能力的大小很大程度上决定或制约着整个城市路网通行能力的 大小【l j 。车辆在城市道路信号交叉口处反复地分流、合流及交叉，交通状况复 杂，信号交叉口是制约城市道路交通功能的瓶颈。在信号交叉口处，不同方向 车辆的交叉运行，极易造成信号交叉口处车辆运行效率的下降。加之不尽合理 的几何设计与信号相位设计，使信号交叉口时常处于极其混乱的局面。在日本， 大城市中的机动车在市中心的行车时间约有三分之一用于平面交叉口；而美国 交通事故约有一半以上发生在交叉口i 列。由此可见，对信号交叉口交通问题的 研究有助于充分利用交叉口的时空资源，降低其对道路系统的瓶颈作用。 两条或两条以上的道路在同一平面相交称为平面交叉，两个不同方向的车 流通过交叉口产生车流交叉，平面路口可能通过此相交车流的最大交通量就是 平面交叉口的通行能力【j 】。交叉口通行能力是指各相交道路进口的通行能力之 和，而每个进口处通行能力又分为直行、右转、左转三种情况。作为一项基础 指标，通过对交通需求与交叉口通行能力的适应性分析，可以确定交叉口设施 几何尺寸、制定道路交叉口最优规划和管理模式。因此，道路交叉口通行能力 分析研究是路网规划、工程项目可行性研究、道路设计、道路建设后评估、路 网管理等工作的基础。城市道路交叉口通行能力的研究仍一直是一个薄弱环节， 规划设计部门仍然沿用国外的方法和模型，或是采用经验参数进行通行能力估 算，其结果不能真实反映北京城市道路信号交叉口的真实状况。因此，交通规 划上遇到的问题已经迫使我们必须从系统上全面地开展对北京市信号交叉口通 行能力及其交通流特性的研究。 本论文的课题来源是北京工业大学与北京市城市规划设计研究院合作项目 北京市城市道路信号交叉口通行能力研究，该课题的最终目标是从规划设计 的角度提出北京城市道路信号交叉口通行能力分析方法和步骤、信号交叉口服 务水平分级指标、信号交叉口通行能力相关技术参数的使用。本论文主要介绍 了课题中信号交叉口通行能力计算模型和车道组饱和流率两部分内容。 北京工业大学工学硕士学位论文 1 2 研究意义及目的 由于北京市道路的出行产生、交通组成、交通量的时间和空间分布、道路 使用者特性等多个方面与国外存在明显的差别。另外，北京市的车辆性能和驾 驶员驾车习惯与国外也存在显著差异。所有这些都说明国外的信号交叉口通行 能力分析方法和相关研究成果，都不能直接用于北京城市道路信号交叉口的规 划、设计和运营分析中。因此，需要尽快制定一套适合北京城市道路信号交叉 口交通特点的通行能力指标体系，对于城市道路网规划与评价、具体交叉口类 型选择、交叉口规划与设计等都具有十分重要的意义【4 】。 ( 1 ) 通过对城市交叉口通行能力和设计交通量的具体分析，可以正确地确 定新建交叉口的合理类型、规模、总体结构及合理建设时间。 ( 2 ) 通过对现有交叉口交通量的观测、分析、评定，并与其通行能力对比， 可以发现现有交叉口存在的问题，并针对问题提出改进的方案或措旅，作为交 叉口改建的主要依据。 ( 3 ) 交叉口通行能力是交叉口类型选择、信号灯相位配时的基础。 ( 4 ) 具体类型交叉口通行能力可以作为同类型不同交叉口设计方案比选的 依据。 ( 5 ) 交叉口通行能力可以作为交通管理、交通组织及控制方式确定或方案 选择的依据。 另外，i t s 技术的迅猛发展，也需要对道路交叉口通行能力进一步研究。 一方面，i t s 将大量的信息技术、通讯和控制等多种技术广泛应用于交通的各 个领域，导致道路路段和信号交叉口的交通特性都将发生较大的变化，导致其 通行能力也会发生相应的变化；另一方面，由于i t s 技术强调系统分析，使之 前攻关取 ! 导的针对单个交通设旆的通行能力分析方法已经不能完全适应未来 i t s 环境下，道路、交通条件变化对通行能力造成的影响。 总之，为解决当前城市道路交叉口规划面临的问题，强化通行能力研究的 薄弱环节，适应i t s 环境对通行能力分析的需求，必须借鉴国内外在交叉口通 行能力研究方面取得的成果，对北京城市道路信号交叉口通行能力进行深入、 系统的研究，以指导未来北京城市道路信号交叉口的发展和建设。 本文在借鉴了国内外参考文献研究成果的基础之上，结合大量采集的相关 数据，对信号交叉口的基本通行能力模型及其车道组饱和流率进行了研究。 1 3 国内外研究现状 早在1 9 世纪，人们便开始对交通信号的研究。1 8 6 8 年，英国在伦敦 第l 章绪论 w e s t m i n s t e r 街口安装了世界上第一台交通信号灯【5 l ，揭开了城市交通信号灯控 制的序幕，人类交通从此进入了有序控制的阶段。信号交叉口通行能力的研究 随着交叉口处信号控制的出现引起了越来越多专家学者的注意，许多国家取得 了一些值得推广或借鉴的研究方法及成果。 1 3 1 国外研究现状 ( 1 ) 美国h c m ( h i g h w a yc a p a c i t ym a n u a l ) 方法嘲 美国h c m 方法中对信号交叉口通行能力的研究是建立在饱和流率模型 基础之上的。饱和流率是假定引道在全绿灯条件下，即绿信比g e 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1 9 0 0 辆绿灯小时车道。然后对该值作各种修正，见式( 1 - 1 ) ： i “! 。 s = s q n 1 w f 吖l g lp b h f ，f 孵 旺心心 式中s 车道组的饱和流率，是指再通常条件下，车道组中所有车道； 墨每车道理想条件下的饱和流率，一般取1 9 0 0 辆绿灯小时车道； 车道组中的车道数： 厶车道宽度校正系数； 岛交通流中重型车辆校正系数； 引道坡度修正系数； 兀邻近车道组停车情况及该车道停车次数校正系数； 厶公共汽车停在交叉口范围内阻塞影响作用校正系数； 五地区类型校正系数： 厶r 车道组中右转车校正系数； r 车道组中左转车校正系数。 信号交叉口总通行能力通过对各进口单车道组通行能力求和获得，每一车 道组通行能力依据其车道功能不同分布计算，见式( 1 - 2 ) ： 北京工业大学工学硕士学位论文 c i = 墨五 以= ( g c ) ，( 1 - 2 ) 式中e 车道组i 或引道i 的通行能力； 五绿信比( 有效绿灯时间周期时间) ； 最车道组i 或引道i 的饱和流率，辆绿灯时间。 ( 2 ) 英国t r r l ( t r a n s p o r ta n d r o a dl a b ) 方法【7 】 英国的t r r l 法对信号交叉口车辆延误进行了深入的调查、分析和研究， 并由韦伯斯特( w e b s t e r ) 建立了延误模型，提出了信号配时和通行能力计算方 法、平均延误时间和最佳信号周期的方法。其方法也是建立在饱和流率模型基 础之上的。通过观测和试验，得出不准停放车辆的进口车道的饱和流量与车道 宽度( 不小于5 5 米) 成正比，比例系数为o 5 2 5 ，见式( 1 3 ) ： s = 5 2 5 w 标准车d , 时；w 5 5 m ( 1 - 3 ) 式中s 进口车道饱和流量； 矽进口道宽度( m ) 在信号交叉口，车辆只能在有效绿灯时间内通过信号交叉口，因此信号交 叉口进口道上的通行能力计算方法见式( 1 4 ) ： c：坠=as(1-4) j c 式中，。有效绿灯时间； f 。周期时间； 名绿信比。 ( 3 ) 澳大利亚a r r b ( a u s t r a l i ar o a dr e s e a r c hb o a r d ) 方法【8 】 该方法是由澳大利亚a r r b 的a k c e l i k 对韦伯斯特( w e b s t e r ) 延误公式 进行了改进后提出的。在韦伯斯特( w e b s t e r ) 延误公式中，当车道上的交通量 趋近于饱和状态时，计算得到的延误时间会出现较大的偏差，该方法更无法计 算超饱和交通状况下的延误。在这种情况下，a k c e l i k 在考虑了超饱和交通情 况和停车因素后，提出了计算通行能力、平均延误和最佳信号周期的t r a f f i c s i g n a l s ：c a p a c i t ya n dt i m i n ga n a l y s i s 方法。 第1 章绪论 ( 4 ) 其他国家方法 除上述国家外，许多西方发达国家如法国、德国、瑞典、加拿大、日本等 国，均根据本国实情组织专门研究队伍开展了这方面的实地调研，编制出版各 自的h c m 手册。如1 9 7 7 年，瑞典出版了瑞典通行能力手册；1 9 8 4 年， 加拿大出版了加拿大信号交叉口通行能力规程：1 9 8 6 年，日本出版了道 路通行能力手册；1 9 9 4 年，德国出版了道路通行能力手册( h b s ) 。上世 纪8 0 年代至9 0 年代，一些发展中国家如印度、巴西、印度尼西亚、韩国、 马来西亚等国家也在各自政府的支持下，对道路通行能力进行研究，编制出适 合各自国情的通行能力手册 9 q 3 】。 1 3 2 国内研究现状 ( 1 ) 停车线断面法【1 4 】 该方法以停车线断面为考虑的出发点，研究信号配时及通行能力估算。给 出了直行、右转和左转等每一种车道的通行能力计算方法。其中，一条直行车 道的通行能力计算方法见式( 1 5 ) ： 一 一 1 ， c ，：堑生互 ( 1 5 ) ，ct 。 式中c 。直行车辆通行能力( 辆伽； t 。信号周期( s ) ； ，。在一个周期内绿灯开放时间( s ) ； v 直行车辆通过交叉口行车速度( n 以) ； 口车辆启动时平均加速度( m s 2 ) ； f ，直行车辆连续通过交叉口的平均车头时距( s ) 。 其它车道的通行能力可参照直行车道的通行能力公式推出。需要注意的是， 左转弯车道需分有无左转弯信号显示，若无左转弯信号，其通行能力可根据经 验计算得出。 ( 2 ) 中国城市道路设计规范推荐方法【1 4 j 城市道路设计规范主要针对我国道路的实际情况，介绍了计算信号交叉 口设计通行能力的方法。该方法也以进口道的停车线为控制面，先计算某一方 向进口道的一条直行车道通行能力，然后根据车道类型和转弯车辆比例得出该 进口道的通行能力，进而通过累加各个进口道的通行能力得出整个信号交叉口 北京- y 业大学工学硕士学位论文 的通行能力。 直行车道的设计通行能力： c s ：了3 6 0 0 ( 譬+ 1 ) 瓯( 1 - 6 ) 上c s r i 式中c s 一一条直行车道的设计通行能力( 标准车辆) ； 乃信号灯周期( s ) ； ，g 信号每周期内的绿灯时间( s ) ； f 。绿灯亮后，第一辆车启动、通过停车线的时间( s ) ； o 直行或右行车辆通过停车线的平均时间( s ) ； 万折减系数。 其它车道设计通行能力计算公式在此略去。 ( 3 ) 冲突点法【1 5 】 停车线法和中国城市道路设计规范推荐方法在分析信号交叉口通行能 力时将停车线作为控制面。但在两相位信号的情况下，车辆通过信号交叉口的 实际运行情况是本向直行车和对向左转车在同一绿灯时间内交错通过这两向车 流的冲突点，即对信号交叉口通行能力真正起作用的地点为交叉口中的冲突点， 而非停车线上。因此，停车线断面法在这种情况下不适应。鉴于此，我国学者 根据对车辆通过信号交叉口的实际运行状态的分析，提出了计算通过冲突点的 信号交叉口通行能力的分析方法。 车辆通过一个冲突点的通行能力n 可按下列公式计算： 疗：掣+ 所( 1 - 7 ) 式中g 绿灯时长； 口。由穿越空挡所致的损失时间； 有无专用左转车道时的得、失时间； 进e l 道饱和车头时距； 所进口直行车道的条数； 第1 章绪论 曼曼曼曼詈曼曼! 曼曼曼曼曼鼍鼍曼曼鼍e li i 一 i 一一一i i 曼曼! 曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼皇鲁曼 整个信号交叉口一小时的通行能力为： c 掣以( 1 - 8 ) 工c 式中c 信号交叉口通行能力、 乙信号灯周期时长( s ) 1 3 3 小结 对于信号交叉口通行能力的研究，国外学者已经取得了很多的成果，其中 有不少的研究方法得到了推广和应用。我国学者在这方面也做了大量的工作， 取得了一些十分有意义的成果，提出了不少关于针对我国道路交通情况的信号 交叉口通行能力的计算方法。通过回顾和学习国内外信号交叉口通行能力研究 中所采用的方法和思路，为本论文接下来的数据分析、模型研究工作打下了基 础。通过分析和总结国内外在信号交叉口通行能力方面所做的研究，得出如下 结论： 信号交叉口的通行能力与信号配时相关，不同的配时方案得到不一样的通 行能力值； 所有研究都仅仅观测一条车道的饱和流量值，对于多个车道的饱和流量则 进行修正处理； 信号配时方案是根据各进口方向流量确定； 对于各类修正系数的不恰当使用导致通行能力的低估； 美国h c m 2 0 0 0 有关信号交叉口通行能力研究主要是计算延误和服务水平， 并未给出通行能力的确切定义。 1 4 主要研究内容 本论文主要研究内容包括以下五个部分： ( 1 ) 总结国内外信号交叉口通行能力研究现状，分析各自的特点和适用范 围，借鉴已有研究成果和方法确定本文的研究思路和方法。 ( 2 ) 数据采集与分析处理，从信号交叉口冲突特性的角度对北京市信号交叉 口进行分类；介绍信号交叉口调查地点选择、数据采集方案设计，以及数据分 析处理的过程。 ( 3 ) 车道组饱和流率研究，选取信号交叉口各类车道组( 直行、左转、右转) 北京工业大学工学硕士学位论文 的饱和车头时距进行统计分析，得到标准条件下车道组饱和流率值并建立其与 车道数的关系模型。 ( 4 ) 信号交叉口基本通行能力研究，从规划设计的角度对信号交叉口基本通 行能力进行重新定义并建立数学模型，为规划设计部门进行交通评价、道路设 计提供依据。 ( 5 ) 总结与展望，总结本论文的研究内容和成果，提出以后研究工作方向。 - 8 第2 章数据采集与分析处理 ! i ii 。 i i i 曼鼍曼曼曼曼曼鼍曼! ! 曼曼曼曼曼曼皇曼曼罡! ! 曼! 曼曼曼曼曼皇蔓! 曼皇曼曼曼曼曼! ! ! ! ! 曼量曼! 曼曼皇曼鼍曼量皇! 皇曼皇蔓曼皇曼曼曼! 曼! 曼曼曼 第2 章数据采集与分析处理 信号交叉口通行能力作为一项基础指标，对确定交叉口几何尺寸、选择信 号配时方案和制定交通决策起着非常重要的作用。本章对信号交叉口通行能力 研究所需的数据采集过程进行了详细的描述。首先，通过对北京市信号交叉口 的普查，获得了交叉口的详细信息，确定交叉口的种类及分布：然后选择本次 研究的调查地点，对研究所需的数据采集过程及内容进行描述：最后对采集的 基础数据进行初步的整理与分析。 2 1 信号交叉口分类 信号交叉口的种类形式各异，不同地点、不同种类的信号交叉口运行情况 差异很大。为了能够系统全面地开展对信号交叉口通行能力的研究，针对不同 类型的信号交叉口给出通行能力推荐值，需要对北京市五环内的信号交叉口进 行分类研究。目前，在通行能力研究中对信号交叉口种类的划分没有统一的标 准。以下为三种常用的划分方法：1 ) 按照城市道路性质划分把城市道路分 为主干路、次干路、支路，三种主要道路类型两两相交形成不同种类的信号交 叉口；2 ) 按照信号控制形式划分包括两相位、三相位、四相位等交叉口； 3 ) 按照交通特性划分。 上述各种分类方法在信号交叉口通行能力研究中各有利弊，本次研究通过 对北京市信号交叉口的调查并结合北京市交通特点采用一种新的分类方法一 按照信号交叉口处机动车冲突特性并结合北京市信号交叉口的特点划分为3 类：1 ) 机动车冲突较少的信号交叉口有左转专用相位信号交叉口：2 ) 环 路的辅路与城市主次干道组成的跨线桥下信号交叉口；3 ) 机动车冲突较多的信 号交叉口无左转专用相位信号交叉口。各类信号交叉口如图2 1 2 3 所示： 圈2 - 1 第一类信号交叉口 f i g u r e2 - 1t h e f i r s t t y p eo f s i g n a l i z e f l i n * r s e c t i o n 一，r 图2 - 2 第二类信号交叉口 f i g u r e 2 - 2 t h es e c o n d t y p eo f s i g n a l l z e d i n t e r s e c t i o n 图2 - 3 第三类信号变叉口 f i g u r e 2 - 3t h e t m r d t y p e o f s i g n a l i z e d i n t e r s c c t i o n 按照上述方法进行分类是基于以下几点考虑： 1 ) 从通行能力研究方法方面考虑：通过对国内外文献的阅读，对机动车冲 突特性不同的信号交叉口，通行能力研究方法有所差异。美国h c m ( 饱和流率 法) 、停车线法适用于机动车冲突较少的信号交叉口；冲突点法适用于机动车冲 突较多的信号交叉口。按照冲突特性分类，能够有针对性的对不同类型信号交 叉口采用不同的研究方法，有利于对通行能力的研究。 2 ) 从北京市城市道路信号交叉口的特点考虑：北京市五条环线快速路的辅 路与城市道路形成的跨线桥下的信号交叉口，有很长的专用左转待驶区。这类 信号交叉口的左转车道车辆运行特性、通行能力与传统的信号交叉口存在一定 的差异，并且在北京市普遍存在，因此，有必要作为一种特殊类型的信号交叉 口进行有针对性的研究。 3 ) 从规划应用的方面考虑：由于目前国内对信号交叉口通行能力研究相对 薄弱，没有一套系统完善的方法或指南，规划部门在进行道路规划、评价和信 号交叉口设计时没有可靠的方法作为依据。本次研究通过对北京市信号交叉口 薹：耋茎耋耋耋耋篓堑耋星 的调查，从规划应用的角度对信号交叉口进行分类，对应每类信号交叉口给出 通行能力计算方法和推荐值，为今后信号交叉口设计及路网规划提供数据支持。 2 , 2 信号交叉口普查 为了能够全面了解北京市城市道路信号交叉口的类型、特点及分布，选出 符台调查要求的信号交叉口，车次研究对北京市五环内的所有信号交叉口进行 了全面调查。通过调查。获得各类信号交叉口的详细信息包括：相交道路名 称、信号交叉口种类、交叉口所在位置、信号相位数、干扰程度、有无天桥或 高点、中央分隔带形式、所在地区类型、是否选择等，如下表2 1 所示。将获 得的北京市信号交叉口信息制成数据库，并与g i s 数据库建立连接，为后续进 行的信号交叉口调查和数据采集提供数据支持。 本次信号交叉口普查分为两种调查方式：1 ) 对北京市区内路刚比较密的地 方，调查人员骑自行车逐个交叉口进行调查，记录交叉口主要信息，平均每个 交叉口调查时间为1 5 分钟。2 ) 对北京郊区路网比较疏的地方，调查人员乘坐 出租车进行调查，平均每个交叉口调查时间2 0 分钟。根据调查得到北京城市道 路信号交叉口统计表2 2 ； 刘钟卜n剥jllld状牮巽甘蹬娶匠秘毒毒树暇n叹杈妒犟卜蜷搿数n逍器匠秘毒毒心忙一。剥粼口叹献 叹烈晷潮器晦籁量f状缎墨商陋喇。靴缎陋哦 懈鼗蛰n佰型枣n献_。饭剥捂匿求球七b qu特一qu_。剥称凶霉挂遮 会群翌器nf遥否i笨中n恻乱牲特暴争_。鲻孵摹中。燃 喇 v 羹茫n 陋言 嫩“ 矧 轻 辔叩 求vn 誊帽 副 凿式 萎e nn“ 一 苤 摇q i i 登限 薰可 nnnn 限忙 忙。 魁 趣s 嚣h - e nnnn、n 口 晷兰 塞裂 nnv 、i nc _ 、n、n 窭薹 nnnnnnnn 匿 妪 匣 匿 器 第一类直行车道组：( 1 条直行车道) 1 对信号交叉口第一类直行车道组饱和车头时距观测值使用s p s s 统计分析 软件进行处理，得到统计直方图和经验分布曲线如图3 2 所示： 图3 2 第一类直行车道组饱和车头时距分布图 f i g u r e3 - 2s a t u r a t i o nh e a d w a y sd i s t r i b u t i o no ft h ef i r s tt y p eo ft h et h r o u g hl a n eg r o u p 2 根据饱和车头时距统计分析，得到样本各参数值如表3 2 所示： 表3 2 饱和车头时距样本参数 t a b l e3 - 2s a m p l ep a r a m e t e r so fs a t u r a t i o nh e a d w a y 样本数i 最小值l 最大值l极差l 样本均值l 样本标准差 4 6 7 l1 3 1 2i 2 9 2 3 i 1 6 1 1 l2 1 1 9l0 2 9 7 l l 3 根据统计分析结果，得到第一类直行车道组饱和车头时距累积频率分布 曲线，如图3 3 所示： 第3 章信号交叉口车道组饱和流率模型 曼曼! 曼曼曼詈曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼! 曼! 曼曼鼍曼曼曼曼皇曼曼曼曼量曼曼曼曼曼! 皇! ! ! 曼曼曼! 曼鼍鼍兰皇! 皇曼曼曼量鼍曼鼍曼皇皇曼曼曼曼曼皇曼皇曼i i 量曼璺 是 积 百 瓮 一 图3 - 3 饱和车头时距累积频率分布曲线 f i g u r e3 - 3c u m u l a t i v ed i s t r i b u t i o nc u r v eo fs a t u r a t i o nh e a d w a y 由图3 3 可知1 5 、5 0 、8 5 位饱和车头时距值，如表3 - 3 所示： 表3 - 3 饱和车头时距特征值 t a b l e3 - 3c h a r a c t e r i s t i cv a l u e so fs a t u r a t i o nh e a d w a y 频率分布i1 5 9 6 位饱和车头时距i 5 0 位饱和车头时距l8 5 位饱和车头时距 取值 f 1 7 6 0 f 2 0 9 0 i 2 4 1 2 4 根据1 5 位饱和车头时距作为饱和流率计算的特征值，则第一类直行车道 组的理想饱和流率为： s ：_ 3 6 0 0 ：2 0 4 5 辆d 、时 吩5 第二类直行车道组：( 2 条直行车道) 1 对信号交叉口第二类直行车道组饱和车头时距观测值使用s p s s 统计分析 软件进行处理，得到统计直方图和经验分布曲线如图3 4 所示： 图3 _ 4 第二类直行车道组饱和车头时距分布图 f i g u r e3 - 4s a t u r a t i o nh e a d w a y sd i s t r i b u t i o no f t h es e c o n dt y p eo f t h et h r o u g hl a n eg r o u p 2 7 北京工业大学工学硕士学位论文 2 根据饱和车头时距统计分析，得到样本各参数值如表3 - 4 所示： 表3 4 饱和车头时距样本参数 t a b l e3 - 4s a m p l ep a r a m e t e r so fs a t u r a t i o nh e a d w a y 样本数i 最小值i 最大值i极差l 样本均值l 样本标准差 4 9 8 l 1 3 8 3 i 2 ，9 7 3 j l 。5 9 0 j 2 1 6 1 1 0 3 1 7 8 5 3 根据统计分析结果，得到第二类直行车道组饱和车头时距累积频率分布 曲线，如图3 5 所示： 图3 5 饱和车头时距累计分布曲线 f i g u r e3 5c u m u l a t i v ed i s t r i b u t i o nc u l w eo fs a t u r a t i o nh e a d w a y 由图3 5 可知1 5 、5 0 、8 5 位饱和车头时距值，如表3 - 5 所示： 表3 5 饱和车头时距特征值 t a b l e3 - 5c h a r a c t e r i s t i cv a l u e so fs a t u r a t i o nh e a d w a y 频率分布l1 5 位饱和车头时距l5 0 位饱和车头时距i8 5 位饱和车头时距 取值 i i 8 1 8 l 2 1 4 9 l 2 5 0 2 4 根据1 5 位饱和车头时距作为饱和流率计算的特征值，则第二类直行车道 组的理想饱和流率为： s o ：_ 3 6 0 0 ：1 9 8 0 辆d 、时 馈5 s = 2 s o = 3 9 6 0 辆小时 第三类直行车道组：( 3 条直行车道) 1 对信号交叉口第三类直行车道组饱和车头时距观测值使用s p s s 统计分析 软件进行处理，得到统计直方图和经验分布曲线如图3 6 所示： 第3 章信号交叉口车道组饱和流率模型 争雾 匕 霪 i 薹 _f ； k ! 。 _ _ ，! | 7 ， ，! j一 、 糖 ； ! ? ；： z j ： 州5 ，。 j ， l j o1 o o2 j o3 o d 蠢和事戋吁曩 图3 6 第三类直行车道组饱和车头时距分布图 f i g u r e3 - 6s a t u r a t i o nh e a d w a y sd i s t r i b u t i o no ft h es e c o n dt y p eo ft h et h r o u g hl a n eg r o u p 2 根据饱和车头时距统计分析，得到样本各参数值如表3 - 6 所示： 表3 - 6 饱和车头时距样本参数 t a b l e3 - 6s a m p l ep a r a m e t e r so fs a t u r a t i o nh e a d w a y 样本数l 最小值 l最大值 极差 样本均值样本标准差 4 4 9 l 1 3 7 9 l 3 2 2 51 8 4 62 2 7 l0 3 9 9 8 5 3 根据统计分析结果，得到饱和车头时距累积频率分布曲线，如图3 7 所示 图3 - 7 饱和车头时距累计分布曲线 f i g u r e3 7c u m u l a t i v ed i s t r i b u t i o nc l r v eo fs a t u r a t i o nh e a d w a y 由图3 7 可知1 5 、5 0 、8 5 位饱和车头时距值，如表3 - 7 所示： 表3 7 饱和车头时距特征值 t a b l e3 - 7c h a r a c t e r i s t i cv a l u e so fs a t u r a t i o nh e a d w a y 频率分布1 5 位饱和车头时距5 0 位饱和车头时距8 5 位饱和车头时距 取值 1 。8 6 02 。2 5 22 6 9 4 4 根据1 5 位饱和车头时距作为饱和流率计算的特征值，则第三类直行车道 北京工业大学工学硕士学位论文 组的理想饱和流率为： s o ：3 6 0 _ _ _ 0 0 ：1 9 3 5 辆4 、时 伪5 s = 3xs o = 5 8 0 5 辆, b 时 第四类直行车道组：( 4 条直行车道) 1 对信号交叉口第四类直行车道组饱和车头时距观测值使用s p s s 统计分析 软件进行处理，得到统计直方图和经验分布曲线如图3 8 所示： 一 罨 ； 0 l ； f 。i i7 s t ： 一 r ? ； ， ， 黛 图3 8 第四类直行车道组饱和车头时距分布图 f i g u r e3 - 8s a t u r a t i o nh e a d w a y sd i s t r i b u t i o no ft h ef o u r t ht y p eo f t h et h r o u g hl a n eg r o u p 2 根据饱和车头时距统计分析，得到样本各参数值如表3 8 所示： 表3 8 饱和车头时距样本参数 t a b l e3 8s a m p l ep a r a m e t e r so fs a t u r a t i o nh e a d w a y 样本数l 最小值l 最大值i 极差i 样本均值i 样本标准差 4 7 5 l 1 3 8 0 i 3 1 6 4 l 1 7 8 4 i 2 2 6 2 l 0 3 7 8 8 3 3 根据统计分析结果，得到饱和车头时距累积频率分布曲线，如图3 9 所示： 图3 - 9 饱和车头时距累计分布曲线 f i g u r e3 - 9c u m u l a t i v ed i s t r i b u t i o nc u r v eo fs a t u r a t i o nh e a d w a y 摹爸分比一-_) 由图3 9 可知15 、5 0 、8 5 位饱和车头时距值，如表3 - 9 所示： 表3 - 9 饱和车头时距特征值 t a b l e3 - 9c h a r a c t e r i s t i cv a l u e so fs a t u r a t i o nh e a d w a y 频率分布i 1 5 位车头时距 l 5 0 位车头时距 i 8 5 位车头时距 取值j i 8 9 0 l 2 2 3 9 l 2 7 0 1 4 根据1 5 位饱和车头时距作为饱和流率计算的特征值，则第四类直行车道 组的理想饱和流率为： 墨：罂：1 9 0 5 辆j j 、时 q 5 s = 4 x s o = 7 6 2 0 辆小时 第五类直行车道组：( 5 条直行车道) 1 对信号交叉口第五类直行车道组饱和车头时距观测值使用s p s s 统计分析 软件进行处理，得到统计直方图和经验分布曲线如图3 1 0 所示： 图3 1 0 第五类直行车道组饱和车头时距分布图 f i g u r e3 - 1 0s a t u r a t i o nh e a d w a y sd i s t r i b u t i o no f t h ef i f t ht y p eo f t h et h r o u g hl a n eg r o u p 2 根据饱和车头时距统计分析，得到样本各参数值如表3 - 1 0 所示： 表3 - 1 0 饱和车头时距样本参数 t a b l e3 10s a m p l ep a r a m e t e r so fs a t u r a t i o nh e a d w a y 样本数l 最小值l 最大值l 极差l 样本均值l 样本标准差 4 7 7 l 1 4 1 5 l 3 2 8 1 l 1 8 7 4 i 2 3 0 2 1 0 3 6 1 9 4 3 根据统计分析结果，得到第五类直行车道组饱和车头时距累积频率分布 曲线，如图3 1 l 所示： 北京工业大学工学硕士学位论文 量鼍ii 一曼曼曼曼! 鼍! 曼曼曼鼍曼曼曼曼鼍寰! 曼曼皇曼曼! 曼皇曼! 曼 累 积 - f f 5 0 比 _ 图3 一ll 饱和车头时距累计分布曲线 f i g u r e3 一l1c u m u l a t i v ed i s t r i b u t i o nc u r v eo fs a t u r a t i o nh e a d w a y 由图3 1 1 可知1 5 、5 0 、8 5 位饱和车头时距值，如表3 1 1 所示： 表3 - 11 饱和车头时距特征值 t a b l e3 - 11c h a r a c t e r i s t i cv a l u e so fs a t u r a t i o nh e a d w a y 频率分布l1 5 位饱和车头时距i5 0 位饱和车头时距i8 5 位饱和车头时距 取值 i 1 9 1 0 f 2 3 0 9 i 2 6 9 1 4 根据1 5 位饱和车头时距作为饱和流率计算的特征值，则第五类直行车道 组的理想饱和流率为： s o ：_ 3 6 0 0 ：1 8 8 5 n d 、时 惕5 s = 5 s o = 9 4 2 5 辆d , 时 信号交叉口对应不同车道数的直行车道组理想饱和流率值如表3 1 2 所示： 表3 1 2 不同直行车道组饱和流率值单位：辆d , 时 t a b l e3 1 2s a t u r a t i o nf l o wr a t ev a l u eo f d i f f e