214城市交叉口延误计算方法

1、城市交叉口延误计算方法研究蔡广逸，陆峥垛（上海林同炎李国豪土建工程咨询有限公司，上海200437）摘要：延误是评价交叉口服务水平最重要的指标之一.交叉口服务水平和评价主要取 决于交叉口延误的计算。目前对信号交叉口延误的计算方法较多.本文在实测法、理论 分析法和计算机模拟法中各选取一种常用的方法点样本法、Webster模型法和Vissim 仿真法进行了介绍。结合上海市十字信号交叉口延误计算实例.对比和分析了三种方法 的各自特点.提出三种方法的适用范围.供设计人员在工程实践中选择合适的方法进行 参考。关键词：信号交叉口；延误计算；Webster模型法；vissim仿真；点样本0引言大量事实表明，城

2、市交叉口的拥挤现象最为严重，80%以上的延误集中在城市道路 交叉口平面交叉的通行能力不足道路的50%卩。信号交叉口延误的影响因素众多.涉 及交叉口几何设计与信号配时的各个方面.是一个能够综合反映交叉口的几何设计与信 号配时优劣的评价指标。道路交叉口是否需要进行改扩建等工程措施.直接取决于交叉 口的延误计算。因此交叉口延误计算力法具有十分重妥的实际意义。1交叉口延误估算方法介绍目前对信号交叉口延误的计算方法较多，本文在实测法、理论分析法和计算机模拟 法中各选取一种常用的方法点样本法、Webster模型法和Vissim仿真法进行了介绍。1. 1点样本法点样本法的具体调査方法为：在每个进口道处，需3

3、4名调査人员和一块秒表， 其中1号调査员手持秒表.每隔15s报时一次，2号调査员每15秒记录一次停留在入口 引道停车线之后的车辆数.3号调査员记录每隔1血1】间隔内在引道内停驶的车辆数.4 号调査员记录每隔lmin间隔内在引道内不停驶的车辆数。当交通量较小时，3、4号调 査员调査任务可由一人完成。点样木法的调査表样式.如表1所示。表1点样本法调査表交叉口名称入口方向车道数日期天气观测员分工1号、2号调査员3号、4号调査员开始时间（以mm为单位换行）在卜列时段停留在入口引道停车线Z后的车辆数任lmin内引道交通量中停驶/不停驶的车辆数Os15s30s45s停驶车数不停驶车数7:00-7:017:

4、01-7:02 假设调2号调查员记录的车辆总数为N2. 3号调査员记录的车辆总数为N3. 4号D=卩“2调査员记录的车辆总数为N4.则该进口道平均停车延误27（s）°1.2 Webster 模型法Webster延误模型由webster于1958年提出.是目前大陆使用最多的交叉口延误 模型.在美国TRB推出通行能力手册2000版（即HCM2000）之后开始被广泛使用。 该模型由均匀延误、随机延误和初始排队延误三部分组成。其公式表达式如下：d = dr + dr + dc（1）式中：d各车道每车平均信控延误（s/pcu）；du均匀延误.即车辆均匀到达所产生的延误；4随机延误，即车辆随机到

5、达并引起超饱和周期所产生的附加延误；dc初始排队延误.即上一时段留下的初始排队车辆对后续车辆影响所产 生附加的延误。其中 °）2(1(3)= 900T(x l) +4xTQ900好(1 - A)2QF0式中：C信号周期时长（s）；X车道绿信比；x车道饱和度；T分析时段持续时长；Q车道通行能力；k上一时段积余车辆数。1.3 Vissim仿真法Vissim是由德国PTV公司开发的微观交通流仿真系统。该系统是一个离散的、随 机的、以0.1s为时间步长的微观仿真软件。仿真车辆的速度及其行为模型采用了德国 Karlsinlie大学Wiedemaim教授的“心理一生理跟驰模型”，其车道变换行为采

6、用了基本 规则的算法。Vissim仿真软件以个体车辆为单位.对仿真车辆的岀行行为进行细致的定义、跟踪 和记录.因此，可以准确地统计出车辆延误。Vissim仿真软件的延误计算方法为：首先，定义一个通过交叉口的路段.并定义其 行程速度；其次.通过仿真测试.统计出其实际运行时间；最后.实际运行时间减去其 按照行程速度所需时间.得到该断面内车辆平均延误。Vissim系统用于描述交通行为的参数主要有；车辆参数（最大加减速度、期望加减 速度、长度、宽度、重量、动力等）；换道参数（最小车头距、等待换道的最大时间、 换慢车道的最短车头时距）；强制换道参数（最大减速度、可接受减速度）；跟驰行为参 数（停止车辆平

7、均间距、特定速度时保持的车头时距、从静止起动时的期望加速度、 40km/h的期望加速度等）；横向行为参数（期望位置）。描述延误的参数主要有：每车平均总延误；每车平均停车时间；队列中车辆状态改 变次数；总车辆数；每人平均总延误；总行人数。52案例分析2.1交叉口调查数据分析本文以上海市松江区松汇路与人民南路交叉口为研究对象，对该交叉口进行了详细 调査。调査时间为早7： 009： 00和晚16： 3018： 30。交叉口现状车道功能划分. 如图1所示。图1松汇路一人民南路交叉口现状示意图经统计后，得出调査高峰小时为16： 4517： 45,高峰小时个进口道转向流量与信 号灯配时.如表2所示。点样本

8、法调査数据较多.在此仅列举东进口调査时间16： 45 17： 00.其数据表格.如表3所示。表2交叉口高峰小时流量及信号配时进口道方向流量(pcu)绿灯时间（s）左转17635东进口直行42135右转11135小计708左转22435西进口亶行49635右转9635小计816北进口左转21744宜行右转小计2452106724444左转19144南进口直行31944右转13844小讣648总计2844表3交叉口高峰小时点样本法延误调査表开始时间（以min为单位换行）在下列时段停留在入口引道停车线Z后的车辆数任1mm内引道交通量中停 驶/不停驶的车辆数Os15s30s45s停驶牟数不停驶车数16

9、:4516462471801646764700388516:47 16:4893009316:48764945589116:49765069007416:5116:520611711016:5216532038$316:53 16:54940315316:54765545588016:5576 56690410416:56-16579148314016:5716 580491212416:5816:59930314316:59 17:004796110小计6659607114430总计256174从现场交通实况来看：南北向车辆经常有空闲时间而东西车辆则偶尔会发生拥堵。 从现场调査数据来看：交叉

10、口设置的周期在合理范围内；但是信号灯配时存在明显缺陷. 东西交通量较南北向大.而其绿信比反而低于南北向.可能会导致东西向车辆拥堵.交 叉口主要延误来源于东西进口方向车辆。这与实际情况是相吻合的。2. 2三种方法基于调查数据的延误计算点样本法计算流程：分别统计四个进口道方向延误.结合各个进口方向交通嵐加权 平均.可以算出平均控制延误441.38。Webster法基本参数标定：085、T=0.25、x=0.411> k=2由上海市工程建设规范 城市道路设计规程同路段通行能力计算得Q=518o最后利用Webster法.对每个进 口道分别计算延误，取各进口车道交通量与延误之积之和除于总交通量，最

11、终算出，交 叉口平均控制延误d=50.22oVissim仿真法操作流程与参数标定：在软件中画好路网之后.定义大车：小车=5： 95东西向车辆设计速度为30km/h南北向车辆设计速度20km/li随机车辆速度大致 为泊松分布；在左转和右转区域设置减速带；在交叉口冲突点设置优先原则进行避让， 避免出现撞车情况；在岀口道设置优先原则.避免在仿真中合流时出现撞车现象。取东 西向理想速度为25kin/h南北向理想速度为18km/li经加权平均后可以得出交叉口平 均控制延误d=47.65o2.3三种计算方法优缺点比较通过对三种延误计算方法进行实例分析.可以看出三种方法各有优缺点.如表4所zjs O表4三种

12、延谋计算方法优缺点比较方法优点缺点点样本法1、不依赖于信号设备，一个样本中的错 误或遗漏对总的结果几乎没有影响。2、能够得到比较完整的描述交叉口停 车延误的统计数字.1、相对而言调査难度与成本较高。当停 驶车辆白分比很高时，由于排队数目很 大，在15s内清点停驶车辆很难完成。2、在计算交叉口半均控制延谋时没有 考虑车辆的启制动加减速所需时间和交 叉口内冲突等所花费的时间计算出的 结果往往小于实际延误。Webster 法1、从延误产生的原因來分析，建立延谋 分析模型，认可度较高。2、模型估算应用方便，受主观因素影响 小，精确度高。1、现有公式对一些干扰因索考虔较少， 过于理处!化，如实际中常见的

13、混用车道， 交叉口拓宽和役宣待转区等，将会导致 估算结果与实际相差很大。2、对于交叉口饱和度趋近于1时，将会 导致交义口周期迅速增大，从而导致延 误增大，不符合实际。因此该方法只适 用于交叉口饱和度不大的情形。Vissim 仿真法1、通过模拟，能较真实地反映和重现实 际交通状况，再现路段交通流的运行情 况，直观地反映车流的密集程度、拥挤1、上手难度较高，需要充分理解软件中 延误分析的各项参数棄义以及如何调 粋。状况、排队状况等，具有广泛的实用价 值，2、能模拟路段上的机动车、非机动车及 行人等交通流，该方法因此不仅能描述 信控交叉口车辆的延误，也能计算行人 和非机动车的延误。2、受主观因素影响

14、较大，尤其是理想速 度的设定，将会直接影响到延误绘后计 算结果，需要反复标定各项参数，以保 证其延谋分析的精度。总体而言：Webster法计算简单高效，在饱和度不高的交叉口进行延误计算时正确 率较高.在交叉口改善方案中进行延误估算尤为适用；vissim仿真法上手难度较高.主 观性强.但能够非常直观的表达出交叉口的拥堵与排队情况.常用于交叉口延误较大的 复杂型交叉口延误计算分析；点样本法适用于停驶比例不高、排队长度不长的交叉口， 可用于在交叉口改善完成后验证前期方案中的延误计算的可信度。3结语本文结合工程实例，重点阐述了计算交叉口延误三种不同的方法Webster模型法、 点样本法以及vissim

15、仿真法各自的使用条件和适用范围。由于三种方法具有各自的使用 条件和适用范围.工程设计人员应根据工程实际情况选取合适的方法进行交叉口延误的 计算.为更准确更切合实际的工程措施提供理论数据的支撑。参考文献：1 郑远,信号交叉口延误估计方法研究D.上海:同济大学.2008.2 张婉鸣，城市道路交叉口交通组织优化设计研究D.广州.华南理工大学.3 Webster F V. Traffic signal setting R. Road Research Technical Paper No. 39 London； HMSO, 1958.4 王炜,过秀成，交通工程学M.南京:东南大学出版社,2000.陈绍

16、宽,郭谨一，王璇,毛保华.信号交叉口延误计算方法的比较J.北京交通大学学报,2005(29), 3.6 DGJ08-2106-2012,上海市工程建设规范城市道路设计规程S.7 李硕,张悄博，周慧，高岩，李魏饶.城市信号控制交叉口延误计算与仿真研究J湘潭大小自然学 科学报,2011(33),4.Study on Based on Urban Intersection Delay Estimation MethodGiiangyi Cai, Zhengrong Lu(Lin Hing-Yen & Li GuoHao Consultants Shanghai Ltd. Shangliai

17、200437 ) Absti act： Delay is one of the most important index to evaluate the road intersection service level, calculate the intersection service level and evaluation depends mainly on the intersection delay. Tlie cunent method of calculating delay in signal intersection is variable. Tliis paper main

18、ly introduces(actiiaU theoretical analysis and computer simulation of each select one1) the commonly used sample survey method, Webster's delay model method, VISSIM simulation method. Combined with the example of Shangliai city cross intersection delay, compares and analyzes their respective characteristics of the three methods, scope of application to put forward three kinds of methods, for designers to choose appropriate methods for reference in engineering practice.Key words t signal intersection ； delay calcula