第9章单点交叉口信号控制分析-王昊(东南大学)

1、第九章第九章 单点交叉口信号控制分析单点交叉口信号控制分析PPT制作：王昊 东南大学主要内容主要内容9.1 复杂的饱和流率分析复杂的饱和流率分析9.2 通行能力分析通行能力分析9.3 交叉口延误分析交叉口延误分析9.4 主要参数的测量主要参数的测量9.1 复杂的饱和流率分析复杂的饱和流率分析n行人与自行车校正系数行人与自行车校正系数行人和自行车校正系数可表达为如下形式：RpbRTpbTRTA1.011fPAPLpbLTpbTLTA1.011fPAP式中：fRpb自行车/行人对右转车流影响的校正系数； fLpb自行车/行人对左转车流影响的校正系数； PRT车道组中右转车辆所占的比例； PLT车道

2、组中左转车辆所占的比例； ApbT非保护相位下自行车/行人影响因子； PRTA保护相位内右转通行时长所占的比例； PLTA保护相位内左转通行时长所占的比例；（1）步骤一：计算绿信号时间内的行人流率。）步骤一：计算绿信号时间内的行人流率。pedgpedpqqC g式中：qpedg 行人通行相位内行人的流率，peds/hg； qped 分析时段内的行人交通量，peds/h； C 信号周期时长，s； gp 行人通行相位时长，当有行人过街相位时，其值等于行人绿信号时长与绿灯间隔时间之和；无行人过街相位时，其值等于机动车绿信号时长，s。（2）步骤二：确定机非冲突区的行人占用率。）步骤二：确定机非冲突区的

3、行人占用率。pedgpedgpedgpedgpedg1000 peds/ hg20000.401000 peds/ hg5000 peds/ hg10000qqOCCqq，式中：OCCpedg 机动车与行人冲突区域的行人占用率。（3）步骤三：计算绿信号时间内的自行车流率及机非冲突区自）步骤三：计算绿信号时间内的自行车流率及机非冲突区自行车占用率。行车占用率。bicgbicbqqC g式中：qbicg 自行车通行相位内的流率，单位：bic/hg； qbic 分析时段内的自行车交通需求量，单位：bic/h； gb 自行车通行相位时长，当有自行车过街相位时，其值等于自行车绿信号时长与绿灯间隔时间之和

4、；无自行车过街相位时，其值等于机动车绿信号时长，单位：s。机非冲突区的自行车占用率按下式确定：机非冲突区的自行车占用率按下式确定：bicgbicg0.022700qOCC式中：OCCbicg 为机动车与自行车冲突区域的自行车占用率。（4）步骤四：确定机非冲突区域的总占用率）步骤四：确定机非冲突区域的总占用率OCCr。一、一、左转保护相位下的机非冲突区域总占用率左转保护相位下的机非冲突区域总占用率二、二、非左转保护相位下机非冲突区域的总占用率非左转保护相位下机非冲突区域的总占用率三、三、直行右转相位下机非冲突区域的总占用率直行右转相位下机非冲突区域的总占用率rpedgOCCOCCoqpr5 36

5、00pedgqpqp1.0 ,10.50,qgqOCCOCCggegq式中：gq 绿信号中受到对向饱和直行车队阻碍的部分，s； gp 行人过街信号时长与绿灯间隔时间之和； qo 对向机动车直行车流量， veh/hrpedgbicgpedgbicgOCCOCCOCCOCCOCC（5）步骤五：确定非保护相位下自行车）步骤五：确定非保护相位下自行车/行人影响因子行人影响因子ApbTrrecturnpbTrrecturn1,10.60,OCCNNAOCCNN式中：Nrec 左转车流或右转车流的出口道数量； Nturn 左转车流或右转车流在进口道的数量。n非保护相位左转车流校正系数非保护相位左转车流校正

6、系数 两种情景：两种情景：第一种情景为第一辆左转车在对向饱和直行车流通过交叉口之前到达；第一种情景为第一辆左转车在对向饱和直行车流通过交叉口之前到达；第二种情景为第一辆左转车在对向饱和直行车流通过交叉口之后到达。第二种情景为第一辆左转车在对向饱和直行车流通过交叉口之后到达。如如下下图所示，则整个绿信号时长中的各个部分存在下述关系：图所示，则整个绿信号时长中的各个部分存在下述关系：qqfufqf,ggggggggg式中：g 直行左转相位的有效绿灯时长，s； gq 绿信号中受到对向饱和直行车队阻碍的部分，s； gf 绿信号中第一辆左转车到达之前的部分，s； gu 绿信号中第一辆左转车驶离停车线后余

7、下的不受对向饱和直行车队阻碍的部分，s。 基本模型基本模型：首先考虑对左转车所在进口车道的饱和流率的校正，采用如下公式：首先考虑对左转车所在进口车道的饱和流率的校正，采用如下公式：qfufm21max 0,1.0ggggfFFggg式中：fm 左转车所在进口车道的左转校正系数； F1 gu部分时间的校正因子； F2 （gq- gf）部分时间的校正因子。整个车道组饱和流率中左转车流的校正系数整个车道组饱和流率中左转车流的校正系数fLT按下式计算：按下式计算：mLT0.911fNfN式中：fLT 车道组饱和流率的左转车流校正系数； N 车道组包含的车道数量。 基本模型中各类参数估计方法基本模型中各

8、类参数估计方法：1）参数）参数gf0.717fL0.629L0.0,exp0.882exp0.882gGLTCtGLTCt左转专用车道，车道组含多条车道，车道组仅含一条车道式中：G 直行左转相位的绿灯显示时长， s； tL 信号损失时间，s； LTC 每个信号周期内左转车辆的数量，veh/cycle。2）参数）参数gqolcpooqLolcpo10.5vRgCgtv RC式中：volc 单个周期内对向单车道车流量，单位：veh/cycle/ln； go 对向车流的有效绿灯时间，单位：s。 Rpo 对向车流中的车队率，取值参考表1。到达类型车队率Rpo范围Rpo缺省值信号控制效果描述10.500

9、.333差20.50-0.850.667较差30.85-1.151.000中等（随机到达）41.15-1.501.333较好51.50-2.001.667好62.002.000极好（接近理想状态）表表1 不同到达类型下的车队率，不同到达类型下的车队率，Rpo *注：引自注：引自HCM2000。对于孤立交叉口，进口道车辆到达类型一般为。对于孤立交叉口，进口道车辆到达类型一般为3型。型。3）参数）参数F1 1LL1111FPE式中：EL1 在gu时间内左转车的直行当量系数，取值如表2所示； PL 左转车所在车道中左转车的比例。车道类型对向直行车流量（veh/h）120040060080010001

10、200合用车道1.41.72.12.53.13.74.5左转专用车道1.31.61.92.32.83.34.0表表2 非保护相位下左转车流的直行当量系数表，非保护相位下左转车流的直行当量系数表，EL1*注：引自参考文献。其它流量情况的取值可采用线性插值法获得。注：引自参考文献。其它流量情况的取值可采用线性插值法获得。4）参数）参数F2 2LL2111FPE其其中：中：EL2 为在（为在（gq- gf）时间内左转车的直行当量系数，依下式计算）时间内左转车的直行当量系数，依下式计算THoL2LTo1nPEP式中：PTHo 对向单车道车流量中直行车辆所占的比例； PLTo 对向单车道车流量中左转车辆

11、所占的比例； n 在（gq- gf）时间内对向行驶的车辆数量，可按照（gq- gf）/2估计。5）参数）参数PL当存在左转专用车道时，当存在左转专用车道时，PL=1.00；当车道组中仅含有一条合用车；当车道组中仅含有一条合用车道时，道时，PL= PLT；对于其他情况，参数；对于其他情况，参数PL的估计采用如下公式：的估计采用如下公式：LLTufL1114.24NgPPggE9.2 通行能力分析通行能力分析 单一进口车道通行能力：单一进口车道通行能力： 一个进口方向的通行能力：一个进口方向的通行能力：ci 第第i条进口车道的通行能力（条进口车道的通行能力（pcu/h）；）；si 第第i条进口车道

12、的饱和流率（条进口车道的饱和流率（pcu/h）；）；ge 该信号相位的有效绿灯时间（该信号相位的有效绿灯时间（s）；）；C 周期时长（周期时长（s）；）；9.3 交叉口延误分析交叉口延误分析 延误分析十分复杂，理论计算值难以精确符合实际情况。延误分析十分复杂，理论计算值难以精确符合实际情况。 评价现有交叉口控制方案时，应对延误进行实测。评价现有交叉口控制方案时，应对延误进行实测。 对信控设计方案进行评估且无法进行实测时，采用理论分析方法。对信控设计方案进行评估且无法进行实测时，采用理论分析方法。 单一进口车道延误：单一进口车道延误：d=d1+d2+d3d 单车道每车平均信控延误（单车道每车平均

13、信控延误（s/pcu）；）；d1 均匀延误，即车辆均匀到达所产生延误（均匀延误，即车辆均匀到达所产生延误（s/pcu）；）；d2 随即附加延误，即车辆随机到达并引起超饱和周期所产生随即附加延误，即车辆随机到达并引起超饱和周期所产生的附加延误（的附加延误（s/pcu）；）；d3 初始排队附加延误初始排队附加延误，即在延误分析期初停有上一时段留下，即在延误分析期初停有上一时段留下积余车辆的初始排队使后续车辆承担的附加延误（积余车辆的初始排队使后续车辆承担的附加延误（s/pcu）；）；d1均匀延误分析均匀延误分析时间时间累计车辆数累计车辆数GRGR=C1-g/CtCSlope=vSlope=sd2随

14、机附加延误分析随机附加延误分析 考虑车辆随机到达特性，个别周期内会产生超饱和现考虑车辆随机到达特性，个别周期内会产生超饱和现象，引起附加延误。象，引起附加延误。总分析时段内总分析时段内v/c 1.0时，交叉口延误时，交叉口延误 D=UD+OD. 其中，稳态均匀延误其中，稳态均匀延误UD仍然可依韦氏公式计算：仍然可依韦氏公式计算： 注意到，注意到，(g/C)(v/c)=(v/s)，且过饱和时稳态延误部分有，且过饱和时稳态延误部分有v/c=1.0过饱和延误分析过饱和延误分析时间时间累计车辆数累计车辆数csslope=vT随机理论和过饱和理论的协调随机理论和过饱和理论的协调 随机理论随机理论 过饱和

15、理论过饱和理论饱和度饱和度 1.151.15 时较好时较好 过渡曲线（过渡曲线（coordinate transformation）以过饱和曲线为渐进线以过饱和曲线为渐进线延误分析实用模型延误分析实用模型 设计交叉口延误估计实用模型设计交叉口延误估计实用模型9.4 主要参数的测量主要参数的测量 实际饱和流率实际饱和流率 饱和流率（饱和流率（saturation flow rate）的观测通常通过对饱和车）的观测通常通过对饱和车头时距头时距(headway)的观测而获得的观测而获得. 车头时距的观测通常以停车线为参考线，以车头时距的观测通常以停车线为参考线，以车辆后保险杠通过车辆后保险杠通过停车

16、线的时刻停车线的时刻为参照时刻，并定义第为参照时刻，并定义第 n 辆车通过停车线的时刻辆车通过停车线的时刻 tn与前方第与前方第 n-1 辆车通过停车线的时刻辆车通过停车线的时刻 tn-1之间的时间差之间的时间差 tn-tn-1为第为第 n 辆车的车头时距辆车的车头时距. 注意：对每一条车道分开进行观测，不同车道的观测数据不可注意：对每一条车道分开进行观测，不同车道的观测数据不可杂糅在一起杂糅在一起. 观测时注意记录观测时注意记录 车辆的转向车辆的转向、车型车型（是否为大车）（是否为大车）. 判断饱和流的一般原则：判断饱和流的一般原则： 前前4辆车非饱和辆车非饱和； 初始排队之初始排队之后的车

17、流非饱和后的车流非饱和. 理想饱和流率与启动损失理想饱和流率与启动损失 理想饱和流率（理想饱和流率（ideal saturation flow rate）的观测条件：）的观测条件： 符合理想的车道条件；符合理想的车道条件； 饱和状态（没有启动损失）；饱和状态（没有启动损失）； 不受大车干扰；不受大车干扰； 启动损失（启动损失（start-up lost time）的观测：）的观测： 启动损失的观测以理想饱和时距的观测为基础；启动损失的观测以理想饱和时距的观测为基础； 启动损失为前启动损失为前46辆车的车头时距与理想饱和时距的差值之总和辆车的车头时距与理想饱和时距的差值之总和.车辆序号周期序号1

18、2345613.52.93.94.22.93.223.23.03.33.63.5H3.032.62.32.43.2H2.72.542.8H2.22.42.52.12.9H52.52.32.12.12.22.562.32.12.42.22.02.373.2H2.02.42.42.22.382.51.92.22.32.42.094.52.9H2.7H1.92.22.4106.02.52.42.32.7H2.1112.8H4.02.22.42.0122.57.02.9H5.02.3135.04.16.0147.515h0=2.18h=2.34 饱和流率计算公式的修正系数实测与标定饱和流率计算公式的修

19、正系数实测与标定 车道宽修正系数车道宽修正系数 fW 的观测与标定方法：的观测与标定方法： 寻找不同宽度的车道，并要求这些车道除宽度以外，其他条件都符寻找不同宽度的车道，并要求这些车道除宽度以外，其他条件都符合理想车道条件（必须包含理想车道宽的样本）；合理想车道条件（必须包含理想车道宽的样本）； 分别对这些车道进行饱和时距观测，观测时应排除大车和转向车辆分别对这些车道进行饱和时距观测，观测时应排除大车和转向车辆的干扰；的干扰； 将观测得到的不同宽度车道的饱和时距将观测得到的不同宽度车道的饱和时距 h与理想车道宽度的饱和时与理想车道宽度的饱和时距距 h0比较，计算出各种车道宽度的修正系数比较，计

20、算出各种车道宽度的修正系数 fW；s=s0fwfw=s/s0=h0/h 对各种车道宽度的修正系数对各种车道宽度的修正系数 fw与车道宽度与车道宽度 w之间的关系进行回归之间的关系进行回归分析，得出简洁的且具有统计学意义的修正系数表达模型分析，得出简洁的且具有统计学意义的修正系数表达模型fw=F(w)； 大车修正系数大车修正系数 fHV 的观测与标定方法：的观测与标定方法： 对照以上实例，对照以上实例，41辆车的车头时距总和为辆车的车头时距总和为41*2.34=95.5s，若该，若该41辆车皆为理想车型（非大车），则总时距为辆车皆为理想车型（非大车），则总时距为41*2.18=89.4s 则，其中的则，其中的6辆大车所导致的总车头时距增加量为辆大车所导致的总车头时距增加量为