交叉口的vissim仿真与优化毕业论文1

1、山东理工大学毕业论文摘要随着经济的快速发展和城市化进程的不断加快，城市交通量急剧增加，引发了一系列严重的交通问题和社会问题。作为交通网络重要组成部分的交叉口，往往是交通拥堵、交通事故、交通延误等交通问题的多发地带，成为整个交通网络的瓶颈。近年来，淄博市张店区交通问题日益凸显，整个城市的交通设施、管控水平急需进一步组织优化。因此，本文结合张店交通实际，深入研究平面信号交叉口的交通组织优化方法，具有重要的现实意义和实用价值。本文首先运用交通流理论分析了交叉口处的交通流运行特性，揭示了交叉口交通问题的成因和根源，为解决此类问题找到了切入点和依据。接着从优化原则、放行方法、渠化设计和信号优化控制等几个

2、方面，详细探讨了平面信号交叉口交通组织优化理论和方法，指出了各种优化措施的实施方法、适用条件和注意事项。最后，利用本文所研究的优化理论对张店南京路与新村路交叉口进行优化设计，并运用VISSIM仿真软件进行仿真实验。仿真结果表明，根据本文研究的交叉口交通组织优化理论为解决交叉口交通问题提供了方法和依据，提出的优化方案具有很强有效性和可行性。关键词：平面信号交叉口，交通组织优化，放行方法，渠化，信号控制AbstractWith rapid development of economy and the accelerating process of urbanization, the urban t

3、raffic flow has been increased sharply, which brings a series of traffic problems and social problems. As an important component of traffic network, the intersectionwith signals is always regarded as the frequent issues area of traffic jams, traffic accidents and traffic delays etc.,meanwhile, it wi

4、ll be the bottleneck for the entire transport network. Recently, the traffic problems in ZiboCity zhangdian district have been emerged up, simultaneously, the transportation facilities and managements in this city need further optimization urgently. Therefore, there is a deep research on optimizatio

5、n methods of traffic organization for intersections with signals in Zibo City zhangdian district in this paper. It will have important significance and practical value in future. Firstly, the characteristics of traffic flow in intersection is analyzed in traffic flow theory in this paper, and the ca

6、uses of traffic problems occurred in intersection are also revealed to solve such problems. Secondly, the theory and methods of traffic organization optimization for intersection with signals are discussed in detail through optimization principles, discharging method, channelization design, signal o

7、ptimization control and so on. The suitable conditions, implementing methods, and cautions for optimization methods of traffic organization have been put forward. Finally, Zhangdian NanJing Road and New Village Road intersection is designed in this paper with the simulation experiments by software V

8、ISSIM. The simulation results show that, the optimization theory of traffic organization in intersection with signals provides ways and basis to solve the traffic problems. It has been proved feasible and effective. Keywords: intersection with signals, traffic organizing optimization, discharging me

9、thod, channelization, signal control摘要1ABSTRACT2第一章 引言51.1 研究背景及意义51.2 国内外研究现状51.2.1 国外研究现状51.2.2 国内研究现状61.3 本论文的研究内容及技术思路71.3.1 研究内容71.3.2 本研究的技术路线8第二章 交叉口通行能力和服务水平92.1 道路通行能力92.1.1 基本通行能力92.1.2 实际通行能力102.1.3平面交叉口的通行能力122.2 服务水平142.2.1 道路服务水平142.2.2 交叉口服务水平16第三章 平面交叉口的优化理论及方法173.1 平面交叉口优化设计的主要原则173

10、.2 平面交叉口交通流运行特性183.2.1 大型交叉口的概念183.2.2 平面交叉口机动车流特点203.3平面交叉口渠化设计263.3.1交通渠化的概述263.3.2 渠化设计的措施263.3.3交叉口渠化设计流程273.4交叉口信号控制和相位设计283.4.1 信号相位、阶段、基本参数283.4.2信号控制方式的选择29第四章 交叉口优化方案评价指标314.1 服务水平（效益指标）314.1.1 饱和流率损失时间314.1.2 饱和度324.1.3 延误324.1.4 排队长度344.2 安全指标354.2.1 人车分离度354.2.2 交叉口冲突数364.2.3 交叉口安全度364.3

11、 小结37第五章 实例分析395.1 南京路与新村西路交叉口概述395.1.1 交叉口附近交通、土地使用情况395.1.2 交叉口道路基本情况395.1.3 交叉口的设施情况405.1.4 交叉口的信号配时425.2 交通调查435.2.1 交通量调查方案435.2.2 延误调查方案435.3 交叉口交通数据分析与仿真445.3.1 交叉口交通量445.3.2交叉口的延误调查及服务水平465.4 交叉口优化方案及评价495.4.1 交叉口的优化方案495.4.2 优化设计方案的评价495.5 结论51结论52参考文献53致谢55第一章 引言1.1 研究背景及意义随着我国国民经济的迅速发展，城市

12、化速度不断加快，机动车数量不断增加，城市交通量快速增长，现阶段的城市交通问题是社会经济发展的必然结果：交通延误增加、事故频发、行车时间增加、环境污染加重、经济发展受到限制。城市交通问题严重，解决交通拥堵问题迫在眉睫。新时期，大城市的交通滞后，已经不是一个简单的增量配套问题，而是包含了城市布局和整体交通格局的质的变革，并以此反过来影响改革开放和社会经济的健康发展。对于城市交通，交叉口往往成为道路的关键。作为节点，交叉口成为车辆汇集和分流的所在地，在这里，行驶在道路上的机动车、非机动车、行人等都有直行和转向的不同需求，相互之间产生干扰，引发交通事故，许多的交通问题正是由于交叉口的问题没有处理好，导

13、致了道路的拥堵，城市交通问题得不到缓解。因此，对交叉口的运行状况进行分析，找出交叉口存在的问题，提出相应的解决方案，减少拥堵、交通事故的发生，提高交叉口的通行能力，减少车辆在交叉口的行驶时间，减少废气排放，改善环境和城市的交通状况。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状早在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发展起来。美国、英国等一些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、优先

14、原则等，来提高交通安全与通行能力。发达国家在信号交叉口方面的研究已经比较成熟，很多专家学者在交叉口的信号配时、交叉口延误计算和分析以及交叉口的交通模拟等方面取得丰硕的研究成果。在信号交叉口优化方面，1999年日本专家Inoue和Takeshi通过用仿真模型再现交通状况，用事件扫描法对设计方案进行优化和评价，并在十字路口进行实验的方法，研究了交通高峰的拥挤状态下，信号协调控制系统相位差的设计方法;2000年美国南弗罗里达大学HushamN.Abdulsattar对驾驶员在信号交叉口左转或右转时给行人让行的特性进行了研究。在车辆检测方面，20世纪30年代开始在美国、英国生产了气动橡皮管式的车辆感应

15、信号控制器，用以检测交通流量，调整绿灯时间长短，减少车辆在路口的延误，比定时控制灵活。在计算机应用方面，首先出现了模拟电子计算机，1952年在美国丹佛市安装，后称为“PR”系统。1963年多伦多市第一个完成了以数字计算机为核心的城市叫控制系统（UTC系统），接着西欧、北美、日本很快也建立了改进式的UTC系统。在软件开发方面，1967年英国运输与道路研究实验室的专家门研制了“TRANSYT”（traffic network study tool）。它是一个脱机仿真优化的配时程序，应用很广。1980年英国又提出了SCOOT（split cycle offset optimization techn

16、ique）实时自适应交通控制系统，接受进口道上游安装车辆检测器所采集到的车辆到达信息，通过联机处理形成控制方案，并可实时调整绿信比、周期长度及时差等参数，使之同变化的交通流相适应。1.2.2 国内研究现状改革开放以来，学术界出现百家争鸣、百花齐放的可喜景象，许多专家学者潜心专研刻苦攻关，在许多的领域取得了领先水平。现代交通领域正是在这时候发展起来，国内涌现出一大批学者在城市交通方面取得许多成果。三十多年来，经过努力许多学者在交叉口的设计方面积累了丰富的经验，产生了许多先进的理论。在信号配时方面，国内的研究成果主要集中在基于不同算法的信号配时方法，根据不同交叉口的不同情况，采用不同的模型对交叉口

17、进行信号配时。2006年王秋平、谭学龙、张生瑞分析了城市单点交叉口交通流特性与通行能力，建立以平均延误时间最短、平均停车次数最少为目标，以相位有效绿灯时间、饱和度及周期时长为约束条件的城市单点交叉口信号配时优化非线性函数模型，用遗传算法及遗传模拟退火算法对其进行求解。2008年葛艳新，周宇鹏分析了现行交叉口定时信号配时设计流程中存在的不足，提出了将空间设计和时间设计结合起来的新的信号配时优化设计流程，建立了三目标配时优化模型，并以此模型为基础进行了实例分析，证明该模型优于F.Webster模型，对我国城市信号交叉口的信号配时有一定的指导作用。2010年张兰，雷秀娟，马千知以城市道路多个单点信号

18、控制交叉口组成的绿波系统为研究对象，对绿波系统的交叉口信号配时优化进行研究。通过对路段和干线机动车流进行协调控制设计，以西安市某两相邻交叉口晚高峰时段各进口道的交通量、通行能力、饱和流量以及各交叉口进口道的实际车均延误时间为约束，确定各交叉口的信号周期及各相位有效绿灯时长，使得干线延误量最小。设计了PSO算法的编码方式，分别采用PSO算法、灾变PSO算法和二阶振荡PSO算法对多交叉口交通信号配时进行优化计算。在交叉口渠化设计方面，国内的许多研究成果主要集中在车道的设置及功能划分，交叉口的拓宽设计，标志标线，行人和自行车的组织以及交通岛的设置。2007年李添福论述了路口渠化设计的核心与原则:合理

19、约束;路口蓄车能量扩充;时空资源优化配置;行车路径明晰便捷。介绍了依据中山市地方实际而采用的路口车道布设及其几何构成的设计方法。探讨改进有关路口调头车道、公交停靠站、摩托车道传统的设计思路。谭智斌，袁华以泰州一典型复合交叉口为例，通过多方案的设计及比选，提出了复合交叉口渠化设计的思路、程序和方法，并对所选择的设计方案进行了仿真测试，结果表明所选择的设计方案优于其他备选方案，改善了原有交叉口交通流的紊乱现象。文章所提出的方法对此类交叉口的设计提供了一个参考。在道路线形设计和交通组织方面，2009年李小帅以北京交通发展研究中心项目北京市道路拥堵调查和缓堵措施研究为依托，综合应用了交通工程、系统工程

20、、计算机应用等多门学科的知识，通过理论总结和分析、实地交通调查和数据处理计算以及微观交通仿真，研究了大型平面交叉口的交通组织优化。2009王梅，李文权针对老城区交叉口出现的问题及老城区有限的空间资源，提出对车辆、行人的交通组织、放行方式、交通管制等进行优化来改善交叉口的现状，并对改善结果进行评价。2011年龙科军，陈群分析了禁左后交叉口通行能力与延误的变化规律，以各交叉口各进口道是否实施禁左交通管理为决策变量，以网络上车流总的行驶时间最小为目标，并期望通过禁左交通组织管理使得各路段与交叉口的饱和度在拥挤水平以下，建立了一定区域网络上交叉口禁左交通组织优化的双层规划模型，探讨了以遗传算法对该模型

21、进行求解的方法。数值算例表明，通过该模型的优化可最终确定各交叉口禁左交通组织形式，可以为城市禁左交通管制提供科学依据。1.3 本论文的研究内容及技术思路对交叉口的研究，实质是对其通行能力的研究。纵观世界各国交通工程的发展，在通行能力方面上的研究中，基本都采用了三种方法：根据实测数据，建立速度-流量统计模型，估算通行能力；以跟驰理论为基础，理论推导通行能力；构建交通仿真模型，通过设计仿真实验，估算通行能力，即经验法、理论法、和计算机模拟法。本研究采用第三种方法，利用vissim对交叉口的交通状况进行仿真分析，并提出合理的优化方案。1.3.1 研究内容1、 国内外研究现状：国内外对交叉口的通行能力

22、、服务水平及其影响因素、国内外学者所取得的成就等进行综述和评述，借鉴国内外的研究方法及研究成果，确定本研究的研究方法及技术路线。2、 对交叉口通行能力和服务水平进行介绍，通行能力评价用需求流率与通行能力之比（v/c）来表示，服务水平以每辆车平均控制延误（s/辆）来评价。3、 浅述一下信号交叉口的交通组织优化方法。4、 结合实例利用vissim仿真软件对十字型信号交叉口进行仿真与优化。5、 最后为本研究的结论及有待于进一步解决的问题。1.3.2 本研究的技术路线确定调查方案几何参数交通参数信号参数车道组和需求流率饱和流率通行能力性能指标：延误排队长度服务水平优化方案图1-1 论文的技术路线示意图

23、第二章 交叉口通行能力和服务水平2.1 道路通行能力道路通行能力是道路规划、设计及交通管理等方面的基本参数，其具体数值的变化随道路等级、线型、路况、交通管理与交通状况的不同而有显著的变化。城市道路通行能力实际上主要受交叉口通行能力的制约，如交叉口管理不善致使通行能力不高，路段上通行能力再高也无法发挥作用。因此，本研究主要研究提高交叉口的通行能力。道路的通行能力和服务水平从不同的角度反映了道路的性质与功能，通行能力主要反映道路服务数量的多少或能力的大小，服务水平主要反映了道路服务质量的满意程度。道路通行能力是道路能够疏导或处理交通流的能力。美国曾定义为：“一定的时段和通常的道路、交通与管制条件下

24、，能合情合理的希望人或车辆通过道路或车行道的一点或均匀路段的最大流率，通常以辆/h或人/h表示。”我国则定义为：“道路通行能力是指道路上某一点某一车道或某一断面处，单位时间内可能通过的最大交通实体（车辆或行人）数，亦称道路通行能量，车辆多指小汽车，当有其他车辆混入时，均采用等效通行能力的当量小汽车为单位（pcu）。 2.1.1 基本通行能力基本通行能力指道路与交通处于理想情况下，每条车道（或每一条道路）在单位时间内所能够通过的最大的交通量（N）。下图为连续运行车辆前后车头间隔的示意图。图2-1 基本通行能力计算示意图设：v行车速度（km/h）； t0车头最小时距（S）； l0车头最小间隔（m）

25、; l车车辆平均长度（m）； l安车辆间的安全间距（m）； l制车辆的制动距离（m）； l反驾驶人在反应时间内车辆行驶的距离（m）。计算的最大交通量为： Nmax=3600l0=3600l0v3.6=1000vl0 （辆/h） l0=l反+l制+l安+l车 =v3.6t+v2254+l安+l车 （m）式中：t驾驶人反应时间（s）。2.1.2 实际通行能力实际通行能力（N实）是指已知道路设施在实际的道路交通与控制条件下，该路的某车道或断面上的特定时间段内（常为15min）所能通过的最大车辆数，通常以pcu/h表示；在混合交通流的道路上，通行能力以实际车辆数计。上节通行能力的定义均系在某种前提或理

26、想条件下的道路通行能力，而实际情况下的交通条件是千差万别的，影响道路通行能力的因素很多，现归并为以下4条：道路条件：指街道或公路的几何条件，包括交通设施的种类、性质及其形成的环境、每个方向的车道数:车道和路肩宽度、侧向净空以及平面纵面线等。交通条件：指使道路的车辆的交通流特性设计速度、客车、货车、大车、小车、长途短途等交通组成和分布，车道中交通流量、流向及方向的分布等。管制条件:指道路管制设施装备的类型，管理体制的层次，交通信号的位置、种类、配时等影响通行能力的关键性管制条件，其他还有停车让路标志、车道使用限制、转弯禁限等措施。其他条件：有气候、温度、地形、风力、心理等因素。其中直接影响通行能

27、力的数值主要有车型宽度及侧向净空、车行道数量、交通组成、驾驶人特性、道路纵坡、横向干扰与视距等。根据美国2000年版书册中对通行能力的确定方法，主要考虑了以下几方面：车道宽度修正重型车辆和坡度的修正停车修正公共汽车阻挡的修正地区类型的修正车道利用的修正右转的修正左转修正行人和自行车修正虽然各个国家根据自己的国情和交通实况，对不同的等级的道路选用不同的修正项目，但各国所定的基本通行能力指标很相近，实际通行能力因国情不同，认识不同，选用不同的修正系数。我国实际通行能力通常采用下列公式：实际通行能力：N实=N×宽度修正×重车修正×纵坡修正下面给出我国高速公路通行能力影响

28、因素修正系数表2-1：表2-1我国高速公路通行能力影响因素修正系数表基本通行能力影响系数硬路肩宽度修正系数fsw车道宽度修正系数fw交通组成修正系数fHV设计速度（km/h）基本通行能力（pcu标准车道）硬路肩宽度（m）修正系数车道宽度（m）修正系数fHV=11+pi(EI-1)12022000.751.003.751.00pi车型i的交通量占总交通量的比重（%）；Ei车型i的小客车换算系数，可用表2-2中的数值。1002200(2100)0.500.973.500.96802000(1900)0.250.95601200(1000)表2-2车型分类与车辆换算系数表目别项项别类一类二类三类四类

29、五类小型车轻型车中型车大型车特大型车货车载重（吨位）1.012.52.57.0714>14客车（座位数）9.0101920495099.0>100折算系数1.01.21.52.03.02.1.3平面交叉口的通行能力2.1.3.1 概述两条或两条以上的道路在同一平面相交称为平面相交，两条不同方向的车流通过平交路口时产生车流的转向、交汇与交叉，平交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。平交路口的通行能力不仅与交叉口所占面积、形状、入口引道车行道的条数、宽度、几何线形或物理条件有关，而且受相交车流通过交叉口的运行方式、交通管理措施等方面的影响，因此，在确定通行能力时

30、需要确定交叉口的车辆运行方式和交通管理方式。2.1.3.2 无信号管制的交叉口通行能力不设信号管制的交叉口大致可分为两类，一是暂时停车方式，二是环形方式。暂时停车方式的交叉口可分为两面停车和四面停车两种。四面停车是用于同等重要的道路相交的路口，不分优先于非优先，所有车辆行至交叉口均需停车而后通过。两路停车通常用于主干路与次干路相交，主干路可优先通过，次干路上的车辆需等待优先通行方向交通车流的间隙方可通过。在十字交叉口通行能力为：N非=N优（e-q）1-e-q式中: N非非优先的次干路上可以通过的交通量； N优主干路优先通行的双向交通量； q N优3600（辆/s）； 临界间隙时间（s）,对于设

31、停车标志指示的交叉口采用6s，对于设置让车标志的交叉口采用57s，这一时间数值为次干路横穿主干路所需的安全时间，实际设计时可以实测若干数据，然后取平均值。 次干路上车辆间的最小车头时距，对于停车标志采用5s，对让路标志采用3s。表2-3 美国规定的主干路优先时支路通行能力的经验值（辆/h）路别主干路为双车道主干路为四车道主干路400500650100015002500支路25020010010050252.1.3.3信号交叉口机动车的通行能力交叉口信号是由红、黄、绿三色信号灯组成，用以指挥车辆的通行、停止和左右转弯，随信号灯色的变换使车辆通行权由一个方向转移给另一个方向，根据信号周期长度及每个

32、时间相位所占时间长短，计算出交叉口的通行能力。以下为城市道路设计规范所采用的方法：（1） 1条直行车道的通行能力计算公式：CS=3600TC(tg-t0ti+1)式中： TC信号周期（s）； tg信号周期内绿灯时间（s）； t0绿灯亮后，第一辆起动。通过停车线的时间,可采用2.3 s； ti平均车头时距（s/pcu）； 折减系数,可用0.9。平均车头时距ti与车辆组成、车辆性能、驾驶员条件有关，计算时可采用本地区调查数据。如无调查数据，直行车队可参考下列数值去用：小型车组成的车队 ，ti= 2.5 s；大型车组成的车队，ti= 3.5 s；拖挂车组成的车队，ti= 7.5 s；混合车队组成的车

33、队，按表2-4选用。为计算方便 ，将拖挂车划归大型车。表2-4 混合车队的ti大：小2:83:74:65:56:47:38:2ti2.652.963.123.263.303.343.42（2） 直右车道通行能力计算公式：Csr=Cs（3）直左车道通行能力计算的公式：Csl=Cs(1-'1/2)其中'1是直左车道中左转车所占的比例。（3） 一条直左右车道的通行能力计算公式：Cslr=Csl（4） 专用左转和专用右转车道入口引道的通行能力计算公式：Celr=Cs(1-1-r)其中：Celr设有专用左转和专用右转车道时入口引道的通行能力； Cs入口引道的直行车道通行能力之和； 1左转

34、车占入口引道车辆的比例； r右转车占入口引道车辆的比例。（5） 有专用左转车道而无专用右转车道时通行能力计算公式：Cel=(Cs+Csr)/(1-1)其中：Cel只设有专用左转车道时，入口引道的通行能力； Cs入口引道直行车道的通行能力之和； Csr入口引道直右车道设计通行能力。 专用左转车道的通行能力：Cl=Cel1（6） 有专用右转车道但无专用左转车道时的通行能力计算公式如下：Cer=(Cs+Csl)/(1-r)其中：Cer只设有专用右转车道时，入口引道的通行能力； Cs入口引道直行车道的通行能力之和； Csl入口引道直右车道设计通行能力。 专用左转车道的通行能力：Cr=Cerr（7） 因

35、对面左转车辆的影响入口引导处折减后的通行能力计算公式：C'e=Ce-ns(Cle-C'le)其中：C'e折减后的通行能力； Ce入口处的通行能力； ns直行车道数； Cle左转车道的通行能力Cle=Cel C'le不折减时直行车道通行能力的对面左转车数，交叉口小时为3n，大时为4n。2.2 服务水平2.2.1 道路服务水平服务水平是指道路的使用者从道路状况、交通与管制条件、道路环境等方面可能得到的服务成度或服务质量，如可以提供的车行速度、舒适、方便、驾驶人的视野，以及经济安全等方面所能得到的实际效果与服务的程度。不同的服务水平允许通过的交通量称为服务流率或服务交

36、通量。服务等级高的道路车辆速度快，延误少，驾驶人开车的自由度大，更加的舒适与安全，但其相应的服务交通量就要少；反之，允许的服务交通量大，服务水平就低。目前，服务水平大体按照以下指标划分：行车的速度与运行时间。车辆行驶时的自由程度与通畅度。交通受阻或受干扰的程度以及行程延误和每公里停车次数等。行车安全性即事故率和经济损失等。行车的舒适性及乘客的满意程度。最大密度，每一车道每公里内车辆的最大密度。经济性。服务水平的等级各国划分不一，一般根据每个国家的道路交通的具体条件划分为36个服务等级。日本分为3个等级，前苏联划分为4个等级，我国为4个等级，美国划分为6个等级。下面两幅图分别为我国无信号交叉口服

37、务水平划分标准表和美国2000年版信号交叉口的服务水平表。表2-3 我国无信号交叉口服务水平划分标准表服务水平平均停车延误（s）交通状况描述一15.0车辆畅通，略有阻力二15.130.0车辆运行正常，有一定延误三30.150.0车辆能正常运行，但延误较大四>50.0车流处于拥挤状态，延误很大注：此图为攻关组提出表2-4 美国2000年版道路通行能力手册信号交叉口的服务水平表服务水平每辆车的停车延误（s）2000年版2006年版A5.010B>5和15>1020C>15和25>2035D>25和40>3555E>40和60>5580F>

38、60.0>80注：此表来源于交通工程总论p93美国2000年版手册中信号交叉口服务水平划分标准与我国无信号管理交叉口的服务水平划分标准是一样的，均以通过路口的每辆车的停车延误时间（s）作为唯一依据。因为在交叉口受信号灯控制或对方道路通车限制，感受最大的就是时间延误。因此，平均延误时间作为评价指标。2.2.2 交叉口服务水平对于平面交叉口，确定服务水平的原理与路段相同，只是作为具体表达的指标与路段不同。因为平交各路口的通行能力不能作为交叉口的整体通行能力，只能用各路口的V/C表示各入口引道的服务水平。此外，平面交叉口的交通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

39、次数和频率等影响。下面给出专家建议的交叉口服务水平等级。表2-5 交叉口服务水平等级等级指标一二三四五交通负荷系数Z<0.60.60.70.70.80.80.9>0.9效率系数E*>0.80.80.650.650.50.50.35<0.35交叉口受阻车辆（%）<10101515202030>30延误时间t（s/辆）<30304040505060>60排队长度L（m）<303 060608080100>100第三章 平面交叉口的优化理论及方法3.1 平面交叉口优化设计的主要原则（1） 正确分配主次道路设置相应的“路权分配”措施1） 交叉

40、口在没有信号控制的情况下，必须区别主线道路和支线道路，给予主线道路交通“优先通行权利”，对支线道路交通设置交通控制的“停”、“让”限制措施。2） 在主线和支线道路的等级分配有困难的情况下，在交通量较大时，应该设置信号灯控制；在交通流量较小时，应该对所有道路入口设置“停”控制措施。（2） 尽量设置左右转弯车道视条件设置左右转弯车道即在进入交叉口前尽量将转弯的交通流与直行的交通流分开。（3） 尽量缩小交叉口通过距离尽量使得交通流减少通过交叉口冲突地区的距离。即尽量缩小从停车线到交叉口对方出口间的距离，应将停车线尽可能的往前移，对方的出口尽量前靠。使得车流在交叉口通过时能够受到的干扰最少，通过时间最

41、短，交通信号灯有效率最高。在交叉口位置设置4个三角形安全岛是缩小交叉口通过距离最有效的方法。（4） 保持直线车道直线状直行车道再进入交叉口前和出口处要保持成直线状，使得一般占主流的直行车在交叉口能够不改变自己的车道顺利的通过交叉口，从而提高主干流的通过率和信号控制的效率。（5） 左右转弯车道在直行车道左右分别拓宽左右转弯车道应该在保障直行车道成直线的前提下，向左右两边分别拓宽，使得左右转弯的车能够从直流车流中分离出来，同时也不干扰一般主流的直行车流的畅通行驶。（6） 建立4个弧形角区的三角形安全岛来缩短交叉口的通过距离在具有右转车道的交叉口，尽量建立分隔右转车流的三角安全岛，缩短通过交叉口的直

42、行距离和行人过街的距离，提高信号的控制率。信号控制的灯柱一般是设置在三角形安全岛上。3.2 平面交叉口交通流运行特性研究平面交叉口的交通组织优化，提出优化措施，必须结合交叉口的交通流特点，交叉口是路网中最基本的组成单元，其交通流特点不同于路段的交通流特点，因此，有必要对平面交叉口交通流的运行特点进行详细的研究。由于本研究主要研究的是比较大的城市交叉口，所以对大型交叉口做了定义。3.2.1 大型交叉口的概念1995年9月开始实施的城市道路交通规划设计规范对城市道路作了系统的规定，是我国城市规划和交通规划的根本依据该规范，将城市道路分为：快速路、主干路、次干路和支路四个等级，并相应的推荐了各等级道

43、路的规划标准。见下表3-1大、中城市路网规划指标：表3-1大、中城市路网规划指标项目城市规模人口（万人）快速路主干路次干路支路机动车设计速度（km/h）大城市>2008060403020060-8040-604030中等城市404030道路网密度（km/km2）大城市>2000.4-0.50.8-1.21.2-1.43-42000.3-0.40.8-1.21.2-1.43-4中等城市1.0-1.21.2-1.43-4道路中机动车道条数（条）大城市>2006-86-84-63-42004-64-64-62中等城市42-42道路宽度（m）大城市>20040-4545-554

44、0-5015-3020035-4040-5030-4515-20中等城市35-4530-4015-20道路面积率城市道路用地面积应占城市建设用地面积的8%15%,对于规划人口在200万以上的大城市，宜为15%20%人均道路面积715m2/人此外，国标城市路交通规划设计规范还对各类道路提出了规划的要求：（1） 快速路：快速路应与其它干路构成系统，并与城市对外公路有便捷联系；快速路上的机动车道两侧不应设置有非机动车道，机动车道应设置有中央隔离带；与快速路交汇的道路数量应严格控制；快速路两侧不应设置公共建筑出入口；快速路穿过人流集中的地区，应设置人行天桥或者是地下通道。（2） 主干路：主干路上机动车

45、与非机动车应分道行驶，交叉口间分隔机动车与非机动车的分隔带应该连续；主干路两侧不应设置公共建筑的出入口；主干路断面分配应贯彻机非分流的思想，将非机动车逐步引出主干路，实现主干路主要为机动车交通服务功能。（3） 次干路：次干路两侧可设置有公共建筑物，并可设置机动车和非机动车的停车场、公共交通站点和出租车服务站等。（4） 支路：支路应与次干路和居住区!工业区!市中心区!市政公用设施用地、交通设施用地等内部道路相连接；支路可与平行快速路的道路相接，但不得与快速路直接相接；支路应满足公交线路行驶的要求。每一等级的道路都有服务于更高等级的功能，为更高等级的道路起集聚疏散作用。次干路和支路上交通流的出行距

46、离结构复杂，既有短距离交通，也有利用其集散作用的长距离交通，而快速路与主干路，就其在路网中的功能地位而言，其主要服务对象应为长距离交通，并且行驶车辆应保持较高的行驶速度，尤其是快速路上的交通流要求快速、连续。综上所述，本文定义大型平面交叉口为次干路级以上的道路交叉形成的交叉口。由定义可以知道，大型平面交叉口包括主干路与快速路、主干路与主干路、主干路与次干路、次干路与快速路、次干路与次干路五种类型的道路交叉方式。其几何尺寸范围如下图3-1大型平面交叉口几何尺寸范围：图3-1大型平面交叉口几何尺寸范围3.2.2 平面交叉口机动车流特点3.2.2.1 车辆交通特性城市道路所服务的各种车辆有小汽车、公

47、共汽车、货车、摩托车、自行车等不同车辆。在交叉口的研究中已经做了等效的代换，换算成标准车辆。但是，车辆的交通特性还是需要了解一下，因为小汽车的交通特征，如驾驶人的视线高度、高速行驶时的特征等决定了道路设计的一些指标。公共汽车、货车的尺寸、重量以及其他一些特征决定了车道的宽度、竖向净空等。（1） 设计车辆尺寸下面两图是参照我国公路工程技术标准和城市道路设计规范所规定的车辆外廓尺寸界线：表3-2 公路工程技术标准（JTG37-2003）所规定的设计车辆外廓尺寸车辆类型项目总长总宽总高前悬轴距后悬尺寸（m）小客车61.820.83.81.4载货汽车122.541.56.54鞍式列车162.541.2

48、4+8.82表3-3 城市道路设计规范（CJJ37-1990）规定的设计车辆外廓尺寸车辆类型项目总长总宽总高前悬轴距后悬尺寸（m）小客车51.81.61.02.71.3普通汽车122.54.01.56.54.0铰接车182.54.01.75.8及6.73.8（2） 车辆的动力性能汽车动力性能包括：最高车速、加速度、加速时间、最大爬坡能力等。（3） 制动性能汽车制动性能主要体现在只懂得距离和制动减速度上。制动的距离公式为：L=v2254(±i)式中：v汽车制动开始时的速度（km/h）; i道路纵坡度（%）； 轮胎与路面之间的附着系数。3.2.2.2机动车流启动清空特点机动车在道路路段上

49、行驶时，较少受到外界其他因素的干扰，交通保持一种连续的稳定流动状态。然而，进入交叉口之后，受不同的车种、不同的流向、不同的速度的机动车流，以及非机动车交通流的干扰，使得机动车在交叉口的通行能力下降，延误增加。信号交叉口车流的运行特性及通行能力，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下图：图3-2 绿灯期间车辆通过交叉口流率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

50、，或者虽未放行完毕但绿灯时间已经截止。从图3-2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己经停止前进了，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。3.2.2.3 交叉口的交通流运行规律交通量Q、行车速度v、车流密度K是表征交通流特性的三个基本参数。在交叉口，由于车辆在此汇集并分

51、流，各个方向的车流产生交织区，交通流运行的规律与路段完全不同。所以要对交叉口的交通流运行规律进行研究。3.2.2.4 平面交叉口的冲突特点分析车辆到达、通过平面交叉口的时候，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的某点时，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。按交通冲突方式划分，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。如下图：图3-3 交通冲突的三种方式不同的冲突点的层次也是不一样的，如下图：平面交叉口交通冲突点的数量会随着相交道路数量的增加而急剧增加，冲突点

52、将严重影响平面交叉口的交通顺畅性和安全性，降低交叉口的通行能力和服务水平，因此合理的控制交叉道路的数量，进行有效的交通流冲突点的控制非常的有必要。1、 无信号控制的交叉口冲突点的分布就算不计入人流和非机动车流的冲突点，各种平面的交叉口的冲突点数情况如下：表3-4 不同无信号控制交叉口冲突点数量交叉口的形式交叉点合流点分流点共计三路交叉3339四路交叉168832五路交叉50151580六路交叉1202424168图3-4 无信号控制平面交叉口冲突点分布图在上图里只画出了三路和四路交叉的平面交叉交通冲突点分布图，同样的方法可得到更多交叉的平面交叉口的交通冲突点分布图，多路平面交叉交叉口冲突点的计

53、算公式：NO=16n2n-1n-2N1=N2=n(n-2)式中：NO交叉口冲突点总数；N1交叉口分流点总数；N2交叉口合流点总数；N相交道路数。由此可以看出，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。而且，交叉冲突容易造成碰撞事故，因此，需要对交通流冲突进行控制合流冲突容易造成追尾、刮蹭事故，这两种冲突危险程度要比分流冲突危险的多。同时，交叉冲突与合流冲突会严重影响车速，造成城市道路通行能力的下降，交通延误增加。因此，对于冲突控制而言，重点是交叉冲突与合流冲突点的控制。在各种交通流中，机动车是交通强者，行人和非机动车是交通弱者。强者对

54、强者的交通冲突或弱者对弱者的交通冲突，其结果都不如强者对弱者的冲突伤亡惨重。同时，弱者对强者冲突时，所造成的交通延误又比强者冲突高的多。因此，对于冲突类型的控制，重点是强者对弱者的交通冲突，要想办法把行人和自行车从机动车队里分离出去。除了采用立交、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；减少冲突点个数和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的控制。2、 信号交叉口冲突点的分布信号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下车开始排队，当绿灯起亮后，车流以均一的流率连续通过交叉口，直至排队的车辆全部通过或者是绿灯信号结束，到下一相位开始，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，可以减少或者消除交通冲突点，从而可以提高交叉口的通行能力和交通安全性，提高交叉口的服务水平。如果不计入行人和非机动车车流的各类冲突点，信号交叉口的冲突点数目如表3-5和图