道路通行能力手册第10章-城市街道概念

PAGEPAGEV第10章城市街道概念目录TOC\o"1-3"\h\z10.1引言 110.2城市街道 110.2.1交通流特性 310.2.1.1自由流速度 410.2.1.2行驶速度 410.2.1.3行程速度 410.2.1.4时空轨迹图 410.2.2服务水平 510.2.3输入的数据和估计值 610.2.3.1城市街道分类 710.2.3.2长度 1010.2.3.3自由流速度 1010.2.3.4信号灯密度 1010.2.3.5高峰小时系数 1110.2.3.6分析时段长度 1110.2.4服务流量表 1210.3信号交叉口 1310.3.1信号交叉口交通流特征 1410.3.2交通信号特征 1810.3.3饱和流率 2010.3.4信号交叉口通行能力 2010.3.5服务水平 2010.3.6所需要输入的数据和估计值 2210.3.6.1交叉口处车道的增减 2310.3.6.2专用转向车道 2410.3.6.3交叉口转向车流 2510.3.6.4高峰小时系数 2810.3.6.5分析时段长度 2810.3.6.6交叉口控制类型 2810.3.6.7周期长度 2910.3.6.8损失时间和信号相位估计 2910.3.6.9有效绿信比 3110.3.6.10车辆到达类型 3110.3.6.11联控修正系数 3210.3.6.12增量延误修正系数 3210.3.6.13上游过滤/定量供给修正系数 3210.3.6.14理想饱和流率 3210.3.6.15修正的饱和流率 3210.3.6.16车道宽度 3310.3.6.17重型车辆 3310.3.6.18坡度 3310.3.6.19停车 3310.3.6.20地方公交车 3410.3.6.21行人 3410.3.6.22区位类型 3510.3.6.23车道利用率 3510.3.7服务交通量表 3610.4无信号交叉口 3710.4.1双向停车控制（TWSC）交叉口的特征 3810.4.2TWSC交叉口的交通流 3810.4.3可接受间隙模型 3910.4.3.1确认间隙 3910.4.3.2利用间隙 3910.4.3.3交叉口不同交通流的相对优先等级 3910.4.4TWSC交叉口的通行能力 3910.4.5AWSC交叉口的特征 4110.4.6全向停让控制（AWSC）交叉口的交通流 4110.4.7环岛特征 4210.4.8性能测度 4410.4.9输入的数据和估计值 4510.4.9.1双向停车控制交叉口 4510.4.9.2全向停车控制交叉口 4610.4.9.3环岛 4710.4.10服务交通量表 4710.5参考文献 50附录A.信号交叉口的快速估计方法 51附录A.1所需输入数据 51附录A.2确定左转方式 52附录A.3计算车道交通量 62附录A.4信号配时设计 64附录A.4.1设计相位方案 64附录A.4.2计算关键总交通量 65附录A.4.3估计总的损失时间 66附录A.4.4计算周期长度 66附录A.4.5计算绿灯时间 67附录A.5计算关键v/c比 68附录A.6计算延误 69附录B分析表 70B.1快速计算输入分析表 70B.2左转方式分析表 71B.3快速计算车道交通量分析表 73B.4快速计算控制延误和服务水平分析表 76本章图表TOC\h\z\t"图表标题,1"\a"图表"插图10-1典型的快速路设计 2插图10-2典型的郊区道路设计 2插图10-3典型的中间地带（城乡结合区）道路设计 3插图10-4典型的城市街道设计 3图表10-1城市街道上车辆的典型速度分布图 5图表10-2城市街道所需要的输入数据 7图表10-3基于功能和设计分类的城市街道分类 8图表10-4功能和设计分类 8图表10-5城市街道类别的自由流速度 10图表10-6城市道路类别的信号灯密度 11图表10-7城市街道的服务流量表 12图表10-8信号交叉口交通流基本属性 14图表10-9信号交叉口处交通流基本变量的符号、定义和单位 15图表10-10实际的绿灯时间、损失时间、有效绿灯延时和有效绿灯时间之间的关系 16图表10-11复合左转相位产生的损失时间 18图表10-12信号交叉口所需的数据 22图表10-13信号交叉口转向交通量需要的专用左转车道 24图表10-14交叉口转向车流的起讫点标识 26图表10-15交叉口控制类型和高峰小时交通量（参见脚注中的假设数值） 28图表10-16不同区位的周期长度默认值 29图表10-17不同左转相位类型周期损失时间的默认值 29图表10-18联控质量和到达类型 31图表10-19不同区位修正饱和流率 33图表10-20停车次数默认值 34图表10-21公共汽车频率默认值 34图表10-22行人流量默认值 35图表10-23车道利用率修正系数默认值 35图表10-24信号交叉口服务流量实例（参见得到假定值的脚注） 36图表10-25AWSC交叉口分析案例 42图表10-26环岛基本几何特征 43图表10-27双车道公路上无信号交叉口设置左转车道的最小引道交通量（辆/h） 45图表10-28双向停车控制的T型交叉口次要街道的服务流量示例（参见脚注中的假设值） 48图表10-29双向停车控制的四路相交路口中次要街道的服务交通量示例（参见脚注的假设值） 48图表10-30全向停车控制交叉口单车道引道的服务流量示例（参见脚注的假设值） 49图表A10-1快速估计方法需要输入的数据 52图表A10-2快速估计输入分析表 53图表A10-3左转方式分析表 55图表A10-4快速计算车道交通量分析表 57图表A10-5快速计算控制延误和服务水平分析表 59图表A10-6快速计算拓宽车道的左转修正系数 63图表A10-7快速计算方法用的相位方案 64图表A.10-8快速计算方法的相位方案摘录 65图表A.10-9规划分析用的信号交叉口状况标准 6910.1引言本章介绍城市街道的通行能力和服务质量的概念。手册中所使用的“城市街道”术语，是指城市主干道和集散道，包括商业区内的那类街道。第15章（城市街道）、第16章（信号交叉口）和第17章（无信号交叉口）中的方法可以结合本章使用。10.2城市街道在街道交通设施的层次中，城市街道（包括主干道和集散道）介于地方街道和多车道郊区/乡村公路之间，主要的区别在于街道功能、控制条件和路边开发的性质和强度。主干道是指主要服务于长距离直达出行的道路。然而，为邻接的商业和居住用地提供出入通道也是主干道的一项重要功能。集散道则向居住区、商业区和工业区提供出入通道及其内部通道。集散道的出入通道功能比主干道的出入通道功能更为重要；与主干道不同之处，是街道的运营有时不受交通信号的控制。商业区街道常常类似于主干道，是安装了信号控制的交通设施，街道上不仅行驶直达车辆，而且是小客车、公共汽车和货车进出地方商业区的通道。商业区交叉口的转向车流往往大于总交通量的20%，因为商业区交通流通常汇集有大量的循环交通。出租车、公共汽车、货车的停靠，以及泊车车辆的停放引起交通流紊乱，造成了行人冲突和车道阻塞，这种现象在商业区街道上很典型。商业区街道的功能可能在每天内发生变化；一些商业区街道在交通的高峰小时期间转变为主干道类型的运行。多车道郊区/乡村公路在以下几方面不同于城市街道：路边开发强度不一样高，交通出入口密度不一样大，信号交叉口相距大于3km。这些条件导致交通冲突减少，交通流更顺畅，以及类似于主干道或集散道上的交通流因交通信号控制而产生的结构性排队没有了。本章和第15章叙述的城市街道分析方法可以用于评价城市街道的畅通性。根据直行交通流的行程速度可评价街道所提供的通畅程度。本分析方法不能用来评价街道的通达功能。在评价街道性能时，街道所提供的通达水平也应该考虑，特别是当某街道打算提供这样的通达功能时。通常地，表明通达性的因素反映通达水平低，反之也一样。城市街道的功能分类是指街道提供的交通服务类型。在功能分类中，根据设计类型对主干道进一步划分。插图10-1~插图10-4是将在下面介绍的4种设计类型的典型例子。插图10-1典型的快速路设计插图10-2典型的郊区道路设计插图10-3典型的中间地带（城乡结合区）道路设计插图10-4典型的城市街道设计10.2.1交通流特性在城市街道中，影响车辆速度的因素主要有3个：街道环境、车辆间的相互影响和交通控制。结果，这些因素也影响服务质量。街道环境包括街道设施的几何特性、路边活动的特征和邻近的土地利用。因而，环境反映了车道的数量和宽度、中央分隔带类型、支路/出入口密度、信号交叉口之间的间距、是否存在停车、行人活动水平以及限速情况。车辆间的相互干扰取决于交通密度、货车和公共汽车的比例和转向车流。这种相互干扰影响车辆行驶，在交叉口比较大，在信号灯之间比较小。交通控制（包括信号灯和标志）迫使部分车辆减速或者停车。由交通控制设备造成的延误和速度变化降低了行车速度；但是，这种控制对于确定通行权是必要的。10.2.1.1自由流速度街道环境影响司机选择速度。当车辆间没有相互干扰、不必考虑交通控制时，普通司机选择的速度称为自由流速度（FFS）。当交通量足够低，以至于驾驶员不受其他车辆存在的影响，而且交叉口没设交通控制（如信号灯或标志）或者交叉口相距足够远，以至于不影响速度选择时，FFS是交通流的平均速度。因此，通常沿城市街道路段的中部观测FFS。10.2.1.2行驶速度驾驶员很少以自由流速度行驶。大多数情况下，其他车辆的存在限制了行驶车辆的速度，因为不同驾驶员的速度不同，或者下游车辆启动加速，还没有达到自由流速度。因此，在中等流量与大流量条件下，车辆速度总是比自由流速度低。平均行驶速度是描述车辆间相互影响的速度特征。该速度是用路段长度除以平均行驶时间来计算。行驶时间是指车辆通过路段所用的时间，减去所有停车延误时间。10.2.1.3行程速度路段上交通控制的存在，常常将车辆速度减至平均行驶速度以下。平均行程车速是描述交通控制影响的速度特征。该速度用路段长度除以平均行程时间来计算。行程时间是指通过路段所花费的时间，包括所有的停车延误时间。10.2.1.4时空轨迹图图表10-1是代表车辆沿某一街道某一车道进行的简单的时空轨迹图。每条线的斜率反映了相应车辆在给定时间的速度。斜率越陡表示速度越大；斜率为0，表示车辆停止。图表10-1城市街道上车辆的典型速度分布图车辆1、2是从侧面街道驶入该街道的，而其他车辆则是从上游信号灯放行过来的。车辆1、2、3在红灯期间到达下游信号灯处，不得不停车。车辆4原本可以在绿灯亮时到达停车线，但是由于被车辆3（仍旧没有开动）的阻挡而不得不停车。车辆5、6和7不停车，但是由于受到信号灯引起的中断交通的影响而不得不降低速度。车辆8受车辆7的影响放慢了速度。车辆9和10的速度没有受到其他车辆或者是下游交通控制的影响。10.2.2服务水平沿某一城市街道行驶的直通车辆的平均行程速度是运营服务水平（LOS）的决定因素。沿某一城市街道的某一路段、区间或者某条街道的行程速度取决于信号交叉口间的行驶速度以及在信号交叉口产生的控制延误总量。城市道路的服务水平取决于所考虑城市街道的路段、区间或者整条街道中直通车辆的平均行程速度。以下概括性的描述揭示了城市街道服务水平的特性。参考图表15-2中每一服务水平的速度范围。A级服务水平，主要表示以平均行程速度运行的自由流状况，该平均行程速度通常是相应街道自由流速度的90%。交通流中，车辆的机动性完全不受阻碍。信号交叉口的控制延误最小。B级服务水平，表示以平均行程速度运行的合理的无阻碍状况，该平均行程速度通常是相应街道自由流速度的70%。交通流中的机动性仅仅受到轻微限制，信号交叉口的控制延误不显著。C级服务水平，表示稳定运行状况；与B级服务水平相比，车辆在街道中部的机动性能和换车道能力可能受到较大的限制，形成更长的排队或不利的信号协调，或者两者共同导致车辆平均行程速度低至相应街道自由流速度的50%。D级服务水平，接近交通流量稍有增加、延误会明显增大、行程速度大幅下降的范围。D级服务水平可能源于不利的信号协调、不合适的信号配时、大交通量或者是这些因素的综合影响。平均行程车速大约是自由流速度的40%。E级服务水平，表示延误显著、平均行程速度仅为自由流速度的33%或更低。这种状况是由于信号绿波不协调、信号灯密度大、交通量大、关键交叉口延误时间长，以及信号配时不当等综合影响造成的。F级服务水平表示街道上交通流速度非常低的特征，通常是自由流速度的1/3~1/4。在关键信号控制地点，可能出现交通量大，延误时间长，排队长，发生交叉口堵塞。10.2.3输入的数据和估计值估计城市街道或交叉口的速度、延误和服务水平需要几何数据和交通需求数据。信号控制数据将在信号交叉口一节讨论。图表10-2给出了在缺乏当地数据时输入参数的默认值。图表10-2城市街道所需要的输入数据项目默认值几何数据城市街道类型图表10-3、10-4长度-自由流速度图表10-5交叉口控制数据信号灯密度图表10-6交叉口延误参看本章第3节分析人员应该注意到：对某项分析的输入数据而言，现场观测是获取参数值的最可靠的方法。只有当这种情况不可行时，才可考虑取用默认值。10.2.3.1城市街道分类这里的城市街道分类系统与美国州公路和交通官员协会（AASHTO）使用的分类有些不同（1）。AASHTO的分类是功能分类，考虑出行量、里程以及规定城市街道提供的交通服务特性。本手册的分析方法使用了AASHTO对主干道和次干道的级别。但是第2级分类在这里，对干道采用了合适的设计分类。设计分类取决于设置的速度限制、信号灯密度、进入住宅通道的密度以及其他设计特征。第3级是在综合功能分类和设计分类的基础上，确定恰当的城市街道分类。图表10-3和10-4可用于确定城市街道的级别。本手册定义了4类城市街道级别。这些级别用数字（I、II、III和IV）标明，反映了街道功能分类和设计分类的一种组合，如图表10-3所示。按功能可分为两类：主干道和次干道；按设计可分为4类：高速路、郊区路、中速路和城市道路。每一类的特征在本节后面部分描述。图表10-4总结了这些特征。图表10-3基于功能和设计分类的城市街道分类设计分类功能分类主干道次干道高速路郊区路中速路城市道路IIIIIIII或IVN/AIIIII或IVIV图表10-4功能和设计分类标准功能分类主干道次干道通畅功能非常重要重要通达功能非常次要本质的结点高速公路、重要的活动中心、主要的交通集散点主要干道服务的主要出行主要结点与进出结点之间以及穿越城市交通的比较长的出行相对小的区域内适中长度的出行标准设计分类高速路郊区路中速路城市道路进出住宅通道/出入口的密度密度很小小密度密度适中高密度干道类型分隔、未分隔的多车道或者有路肩的两车道分隔、未分隔的多车道或者有路肩的两车道分隔、未分隔的多车道；单向交通、两车道未分隔的，单向或双向行驶的两车道或多车道停车没有没有有一些很多专用左转车道有有多数情况有有时有信号灯数/km0.3~1.20.6~3.02~64-8速度限制75~90km/h65~75km/h50~65km/h40~55km/h行人活动非常少少有一些通常有路边开发低密度低密度到中等密度中等密度到适中密度高密度主干道服务于都市区各重要活动中心之间的往来交通流，以及进出都市区的大量出行，将高速公路和主要的交通产生源连接起来。在较小的城市（人口少于50,000人），其重要性体现在为穿越城市区域的交通所提供的服务。对相邻土地的服务功能比直通交通的功能次要。次干道连接并扩大了主干道系统。尽管其主要功能是交通性，但履行这项功能的水平比较低，与主干道相比更强调对用地的通达性。次干道系统为适中距离的出行服务，交通分布的地理区域比主干道的服务范围小。城市街道可按照其设计分类进一步划分。图表10-3列出了基于功能分类和设计分类的城市街道分类。高速路设计是指进入住宅的通道和出入口密度非常低、设有专用左转车道，没有停车的城市街道。可能是分隔的或未分隔的多车道设施或者是铺有路肩的双车道设施。信号灯很少，其间距较长。路边开发密度较低，限制速度为75~80km/h。这种设计类型包括很多郊区的城市街道。郊区道路设计是指进入住宅通道和出入口密度比较低、设有专用左转车道，没有停车的街道。可能是分隔的或未分隔的多车道设施或者是具有路肩的双车道设施。信号灯间距适合于良好的绿波车流（最多每公里3个信号灯）。路边开发密度低或中等，限制速度为65~75km/h。中等速度的道路设计是指进入住宅通道和出入口密度中等的城市街道。可能是分隔的多车道设施或未分隔的单向交通或两车道设施。可能有一些专用的或者延伸的左转车道，有些路段允许停车。其路边开发密度比典型郊区路设计高，通常每公里有2~6个信号灯，限制速度为50~65km/h。城市道路设计是指进入住宅通道和出入口密度大的城市街道。通常有两条或者更多车道，单向或者双向行驶，不分隔。通常允许停车。一般情况下，很少有专用的左转车道，有行人干扰。每公里一般有4~8个信号灯。路边开发是密集的商业用地，限制速度为40~55除了以上定义之外，在确定功能和设计分类时，可辅助使用图表10-4。一旦确定了功能和设计分类，可根据图表10-3确定城市街道类型。在实践中，确定恰当的类型时有些不明确。自由流速度的观测值或者估计值对于确定类型很有帮助，因为每类城市街道都有自由流速度的特征范围，见第15章。10.2.3.2长度为保证服务水平的速度标准，所分析的城市街道，在商业区应该至少长1.5km，在其他区位长3km。当所论及的长度短于1.5km时，应作为单独的交叉口进行分析，并按照单独交叉口的标准评价服务水平。10.2.3.3自由流速度自由流速度可用于确定城市街道分类和估计路段行驶时间。如果不能在现场观测自由流速度，分析人员应该尝试在相同区域类似设施上进行测量，或者采用当地已制定的标准。当没条件这样做时，分析人员可以借助于选定的限制速度（或者限制速度左右的某些值），或者采用本手册中的默认值。城市街道的自由流速度是指路上交通量很小，城市街道上所有信号灯为整个出行都显示绿灯时的车辆的行驶速度。因此，信号交叉口的所有延误，即使是在小交通量的情况下，也不计算在城市街道自由流速度之内。测量城市街道自由流速度最好的地点是路段中部，尽可能地远离最近的信号控制或停车控制的交叉口。选在小交通量条件下（低于200辆/h/车道）进行测量。图表10-5按照城市街道分类给出了在缺乏当地数据时使用的自由流速度默认值。图表10-5城市街道类别的自由流速度城市街道分类默认值（km/h）I80II65III55IV4510.2.3.4信号灯密度信号灯密度是指论及的城市街道长度上的信号交叉口数量除以该街道长度。如果所讨论的城市街道路长度的起点和终点都是信号交叉口，那么在计算信号灯密度时，所讨论路段上的信号灯数量应减去1。图表10-6按照城市街道分类给出了在缺乏当地数据情况下可以使用的默认值。图表10-6城市道路类别的信号灯密度城市街道分类信号交叉口密度，个/kmI0.5II2III4IV610.2.3.5高峰小时系数在没有高峰小时系数（PHF）现场观测值的情况下，可以使用近似值。对于拥挤情况，PHF合理的近似值为0.92。对于整个高峰小时内交通流量还算平稳，但确实出现了可鉴别高峰的情况，PHF合理的估计值为0.88。10.2.3.6分析时段长度估计城市街道速度的分析程序依赖于对该街道上信号交叉口和无信号交叉口延误的估计。当选择的分析时段交通需求低于通行能力时，计算信号交叉口和无信号交叉口延误的公式十分准确。当交通需求超过通行能力时，计算交叉口延误的公式只能估计分析时段内所有到达车辆的延误，而不能确定过剩的交通需求（对下一个分析时段的剩余排队）对下个分析时段到达车辆的影响。典型的分析时段为15min。然而，如果采用15min分析时段，交通需求要产生剩余排队（V/C大于1.00）的话，分析人员应该考虑采用多个分析时段或者采用一个更长的分析时段以提高延误估计的精度。如果选择多时段进行分析，分析人员必须象第16章附录F（考虑初始排队影响的信号增量延误模型）所讨论的一样，将一个分析时段的剩余排队转移到下一个分析时段。对无信号交叉口，分析人员不得不修正或者顺应这些分析过程。这样，可以计算出每个分析时段的速度、延误和服务水平。由于跨越多个分析时段，得到平均服务水平，使一些结论变得模糊，分析人员必须确定如何报告分析结果。如果选择一个更长分析时段（例如1h）进行分析，分析人员在进行分析和说明结论时必须谨慎。可能不得不修正高峰小时系数（一般用来将1h交通量计算为15min高峰流率），为较长的分析时段提供合适的流率。分析人员还必须认识到：城市道路、信号交叉口和无信号交叉口的服务水平标准是针对15min分析时段建立的。较长分析时段的情况（假设这些分析时段内出现最坏的高峰情况）可能不再符合本手册提供的15min服务水平标准。10.2.4服务流量表图表10-7是4类城市街道类型服务流量表。对于特定类型和车道数（每方向）的城市街道，该表对估计给定服务水平下城市街道可以通过的车辆数很有用。当图表10-7所示的默认值对给定条件适用时，估计的服务流量很准确。如果给定街道的条件与建立该表时的条件非常不同，该表的数值不适用。图表10-7城市街道的服务流量表车道数服务流量（辆/h）ABCDEI类1N/A740920101011102N/A14901780194021203N/A22102580279030404N/A2970344037504060II类1N/AN/A6208208602N/AN/A1290159016503N/AN/A1920228023704N/AN/A262030703190III类1N/AN/A6007908402N/AN/A1250153016103N/AN/A1870222023104N/AN/A258029603080IV类1N/AN/A2706907902N/AN/A650144015203N/AN/A1070211021804N/AN/A151028202900注：N/A——没达到假定条件。上表源自下表所列的条件类别IIIIIIIV信号灯密度（信号灯/km）0.83510自由流速度（km/h）50403530周期长度（s）110908070有效绿灯比例0.450.450.450.45修正的饱和流率1850180017501700到达类型3445单位增量（s）3333初始排队0000其他延误0000高峰小时系数0.920.920.920.92左转比例%，右转比例%10101010左转候车区有有有有车道利用系数根据图表10-23，默认的车道利用系数10.3信号交叉口城市街道的通行能力主要是与信号配时和道路的几何特征有关，也与设施的交通组成有关。几何特征是设施的固定特征。因此，尽管交通组成可能随着时间有些变化，设施的通行能力一般来说是一个稳定值，只有通过改善设施的几何条件才能明显提高。在信号交叉口处，对通行能力概念引入了时间分配附加要素。交通信号的实质是为企图使用同一空间的冲突交通流分配时间。分配时间的方法明显地影响交叉口及其引道的运营和通行能力。在分析信号交叉口时，分析的物理单元是车道组。车道组是由交叉口某进口的一条或多条车道组成。应用本手册方法得到的结果是以每车道组的数据。10.3.1信号交叉口交通流特征在某个信号交叉口，对给定车道组，有三种指示的信号显示：绿、黄和红。红色显示中可能包含一个比较短的时段（该时段内所有指示均为红色），称为全红间隔。它与黄色显示形成两个绿灯相位间的转换和清尾间隔。图表10-8描述了信号交叉口交通流的一些基本属性，为本节中大部分讨论提供了参考。该图代表一种简单的情况，一个周期内有两相位的单向行驶的信号交叉口。图表10-8信号交叉口交通流基本属性该图分为三个部分。第一部分为从南往北通过交叉口的车辆的时空图。图上标出了信号周期的时段。第二部分画出了配时情况，并且以全章通用的符号标记了各时段。第三部分是理想的通过停车线流率示意图，说明了饱和流的定义。图表10-9对这些变量和其他基本术语作了进一步解释。给定车道组的信号周期具有两个简单的组成成分：有效绿灯时间和有效红灯时间。有效绿灯时间是指所研究的车道组在饱和流率条件下被车辆所利用的时间。有效红灯时间定义为信号周期长度减去有效绿灯时间。信号灯显示的实际绿灯、黄灯和红灯时间与所认定的有效绿灯和红灯时间之间的关系很重要。每次行驶过程都包括启动和停止，经历两次损失时间。行驶之初，排队车辆中的头几辆会有启动延误，使车流量低于饱和流率（图表10-8）。行驶结束时，部分转换间隔和清尾时段（黄灯和全红）则不能供车辆行驶。图表10-9信号交叉口处交通流基本变量的符号、定义和单位名称符号定义单位转换和清尾间隔Yi黄灯和全红时段，发生在交通信号相位之间，以便在相交车流放行之前，使交叉口清场s清尾损失时间l2信号相位间的时间段，其间任何交通流都没使用交叉口s控制延误di由于控制信号使车道组减速或者停止而产生的延误，是延误的组成部分；控制延误是通过对比没有控制的情况来估计。s周期信号显示过程的完整周期长度Ci信号循环一个周期所需的总时间s有效绿灯时间gi允许给定的一列交通流或一组交通流通行的时间；它等于周期长度减去有效红灯时间s有效红灯时间ri指示给定的一列交通流或一组交通流停止的时间；它等于周期长度减去有效绿灯时间s有效绿灯延时e某车道组相位结束时，可用于该车道组车辆通行的转换和清尾间隔的总和。s绿灯时间Gi在信号交叉口，对给定交通流的绿灯显示持续时间。s时段所有交通信号显示保持不变的一段时间损失时间tL交叉口未能供任何车流有效利用的时间；它是清尾损失时间与启动损失时间之和s相位分配给任一交通流向通行权的信号周期的部分时间红灯时间Ri信号周期中的一段时间，对于给定相位或车道组，其信号显示为红色。s饱和流率si假设所有时间均为绿灯，没有损失时间时，排队的车辆在通常条件下通过交叉口引道的当量小时流率辆/h启动损失时间l1在信号交叉口，绿灯相位开始，因反应、加速，排队车辆中头几辆车比饱和车头时距多耗费的额外时间s总损失时间L交叉口未能供任何交通流向有效利用的每周期的总损失时间，发生在转换和清尾时段以及大多数相位的开始时s绿灯开始时，启动损失叫做启动损失时间（l1）。黄灯开始时，短时间内车辆继续驶入交叉口，出现了有效绿灯延时（e）。当绿灯延时结束时，其余的转换和清尾时段被视为清尾损失时间（l2）。车道组的损失时间（tL）是启动损失时间和清尾损失损失时间的之和。研究（2）发现，启动损失时间约为2s，有效绿灯延时大约是2s（在拥挤情况下有时更长）。因此，公式10-1中维系的关系在典型条件成立，而实际的绿灯时间、损失时间、有效绿灯时间延时和有效绿灯时间之间的关系如图表10-10所示。当l1=2且e=2（典型情况）时，则tL=Yi。（10-1）GiYiRil1el2RitLgiRirigiri图表10-10实际的绿灯时间、损失时间、有效绿灯延时和有效绿灯时间之间的关系如图表10-10所示，某流向的损失时间是从实际绿灯相位的开始时扣除的。因此，Gi的一小部分变成了有效红灯时间ri的一部分。该部分等于某流向的损失时间tL。因为某流向的所有损失时间都从绿灯开始时扣除，所以可认为有效绿灯时间持续到黄灯与全红的转换和清尾时段Yi结束。因此，对于任意给定的交通流向，可用公式10-2计算有效绿灯时间，用公式10-3计算有效红灯时间。（10-2）（10-3）采用这种简化观念认为所有损失时间发生在一列车启动、加速时段，使分析包括保护型+许可型左转相位的更复杂的信号变得比较容易。作为一般的规则，损失时间tL发生于每一次车辆启动。因此，某一车流在保护型相位启动，然后通过许可型相位（或者反过来），只扣除一次损失时间。对于连续行驶的车流，假定在许可型相位和保护型相位之间没有时间损失。图表10-11描绘了比较复杂的情况，包括保护型+许可型以及许可型+保护型的复合左转相位，在典型的前导-滞后（lead-lag）相位方案中，相位1a[向东行（EB）]和相位1c[向西行（WB）]是保护型左转，而一般的相位1b是许可型左转。在这样的相位序列中会产生多少损失时间，很重要。运用一般的规则，某一交通流的全部损失时间发生于该交通流启动时段，可以确定如下内容：在相位1a中，向东行（EB）的直行车流和左转车流开始启动。因此，两股交通流产生损失时间。在相位1b中，向东行（EB）的直行车流和左转车流继续行驶。在该相位中连续行驶的交通流没有产生损失时间。向西行（WB）的直行车和左转车流在该相位中启动，则这两股交通流产生损失时间。在相位1c中，只有向西行（WB）的直行车流和左转车流继续行驶。由于这两股车流都不是在本相位中启动的，所以这里不产生损失时间。更进一步说，由于相位1c期间没有车流启动，因此相位1c期间任何交通流都不产生损失时间。在相位2中，向北行（NB）和向南行（SB）的车流启动，产生损失时间。图表10-11复合左转相位产生的损失时间在信号周期L中，总的损失时间也很重要。这是整个信号周期关键路径中包括的总损失时间。第16章讨论了确定关键路径和L的方法。10.3.2交通信号特征现代的交通信号有多种分配时间的方式，从最简单的两相位预定周期模式到最复杂的多相位感应模式。这里有三种交通信号控制器：预定周期式：该方式中相位的排列按照一定顺序重复显示。每个相位都有固定的绿灯时间与转换和清尾时段，这些时段在每一个周期内重复，形成固定的周期长度。全感应式：该方式中所有交叉口引道的配时受到车辆检测器的影响。每个相位受最小和最大绿灯时间的限制，如果没有检测到交通需求，有些相位则可能被跳过。全感应式控制的周期长度因周期不同而不同。半感应式：该方式在某些引道（一般是次要街道）上设有检测器，而有些引道（一般是主要街道）上不设检测器。尽管这些基于设备的定义一直存在于交通工程术语中，而从分析人员的观点看，交通控制技术的发展已经使交通信号设备的功能复杂化了。为了分析通行能力和服务水平，利用控制器类型描述整个交叉口的运行状况已经不再充分。取而代之，必须针对每个车道组分别使用一组扩展的定义。每个交通流可能利用一个相位，不是感应式就是非感应式。信号相位可能与同一路线上相邻的信号协调，或者信号以一种孤立的模式运行，不受其他信号的影响。非感应式相位通常以固定的最小绿灯时间运行，如果有感应式相位，而且感应式相位中交通需求较低有多余的绿灯时间，则最小绿灯时间因重新分配没利用的灯时而延长。当交通需求较低时，感应式相位的时间缩短。如果一段时间内没有交通需求，感应式相位可能完全被跳过，或者显示最短的时间。在系统中，非感应式相位协调控制，感应式相位也得提早结束（强制中断）以适应系统的绿波设计。不但绿灯时间的分配而且转弯车流也适应相位排列的情况，对信号交叉口的通行能力及运行状况都有很显著的影响。可针对保护型、许可型或者无对向型转向车流，分别设计相位。许可型转向交通流可穿越与之交叉的行人或自行车流或者对向机动车流。因此，允许左转车流与对向直行车流同时通行，正如右转车流与人行过街道的行人交叉一样。保护型转向行驶，没有这些冲突，例如在禁止冲突人流通行的专用左转相位或者右转相位期间行驶的转向车流。许可型转向车流会受到因选择穿越与之冲突的车流或人流间隙而产生摩阻。因此，单一的许可型转向车流往往比单一的保护型转向车流消耗更多可利用的绿灯时间。在给定的条件下，许可型与保护型转向相位哪种更有效，这取决于转向交通量和对向交通量、交叉口几何条件和其他因素。无对向型转向车流不设置左转专用相位（例如，绿箭头灯），但是由于交叉口的自身特性，这些转向车流从来不会与直行交通发生冲突。这种情况发生在单向行驶街道、T型交叉口以及为对向所有车流提供完全分离的信号相位设计中（例如，分离相位运行）。在一些情况下，这些车流必须做不同的处理，因为在不阻碍直行交通的情况下，共用车道能容纳这些车流。任何时间都无对向型的左转应该与那些在信号周期部分时段内无对向车流而在其他时段内有对向车流的左转区别开，在部分相序里，有对向车流的左转车流将阻碍共用车道中的直行交通。10.3.3饱和流率饱和流率是一个用来计算通行能力的基本参数，其定义见图表10-8和10-9。实质上，饱和流率取决于车辆驶过交叉口时连续通过车道组停车线的最小车头时距，按照为分析建立的每个车道组计算。通常条件下，某点的饱和流率可以直接通过现场测量来确定，并且不作修正。如果选用理想饱和流率的默认值，则必须根据所研究地点的具体几何、交通和环境条件的一系列影响进行修正。10.3.4信号交叉口通行能力交叉口通行能力是按照每个车道组进行定义的。车道组的通行能力是指在通常的交通、道路和信号条件下，车辆合情合理地期望通过交叉口的最大小时流率。流率通常以15分钟时段来度量或计算，而通行能力则以辆/小时（辆/h）表示。交通条件包括每条引道的交通量、按流向（左转、直行、右转）的车辆分布、每一流向的车型分布、交叉口范围内公共汽车停靠站的位置和使用情况、行人过街流量以及交叉口引道上的停车情况。道路条件包括交叉口基本几何特征（包括车道数和车道宽度），坡度和车道功能划分（包括停车车道）。信号条件是一组全面的界定，包括信号相位、配时、控制类型和对每一车道组信号联动的评价。信号交叉口的通行能力分析（第16章）集中在车道组的饱和流率、通行能力、V/C比以及服务水平等的计算。10.3.5服务水平信号交叉口的服务水平是根据控制延误来确定的。控制延误是描述司机不舒适、受阻、油耗和行驶时间增加的指标。司机所经历的延误是由很多与控制、几何、交通条件以及事件有关的因素构成。总延误是实际花费的行程时间与参考行程时间之差，参考行程时间是在没有交通控制、没有几何延误、没有任何交通事件以及其他车辆的理想条件下所花费的行程时间。特别地，交通信号的服务水平标准是根据每辆车的平均控制延误来规定的，通常以15分钟作为分析时间段。延误是一项复杂的指标，它取决于大量的变量，包括联动的质量、周期长度、绿信比和车道组的V/C比。关键V/C比是反映交叉口总体饱和程度的一项大致的指标。关键V/C比取决于关键的相交车道流率和信号相位。关键V/C比的计算在附录A和第16章中有详细介绍。平均排队长度是用于分析信号交叉口特性的另一种测度。排队长度是排队车辆数，取决于车辆到达类型和在绿灯相位内没能通过交叉口的车辆数。平均长度的计算在第16章的附录G中阐述。确定服务水平，给出控制延误的合理范围。A级服务水平，车辆运行的控制延误很小，最大到10s/辆。在绿波信号非常令人满意，且大多数车辆在绿灯相位期间到达的情况下，出现A级服务水平。许多车辆根本不用停车。若周期长度短，则产生很小延误。B级服务水平，车辆运行的控制延误为10s/辆到20s/辆。在绿波较好或短周期的情况下，或两者兼有的情况下，出现B级服务水平。C级服务水平，车辆运行的控制延误为20s/辆到35s/辆。这种较高的延误值缘于只是一般的绿波控制、周期较长，或两者兼有的情况。在该级服务水平，个别信号周期可能开始出现失效。当排队车辆不能在给定的绿灯相位通过时，出现剩余排队车辆，信号周期失效。在C级服务水平，尽管许多车辆仍旧不停车通过交叉口，但也有一定数量的车辆停车。D级服务水平，车辆运行的控制延误为35s/辆到55s/辆。在D级服务水平下，拥挤影响变得显而易见。由于绿波不匹配、周期比较长和V/C比高等因素的组合作用，产生了比较大的延误。许多车辆停车，不停车的车辆比例下降。信号周期失效现象增多。E级服务水平，车辆运行的控制延误为55s/辆到80s/辆。这种大延误通常表示绿波差、周期长和V/C比高。信号周期失效现象时常发生。F级服务水平，车辆运行的控制延误超过80s/辆。这一服务水平，通常在过饱和状态下出现，也就是车辆的到达流率大于车道组的通行能力的时候出现，大多数驾驶员认为不可接受。该服务水平也可能在V/C比高且单个信号周期失效的情况下发生。绿波差和周期长也可能是导致延误大的重要因素。然而，在V/C比小于1.0时，也可能出现F级服务水平范围内的延误（不可接受）。当下面一些条件的组合存在时，即使V/C比小于1，也会产生很大的延误。周期很长、车道组的信号配时不好（红灯时间很长）、信号联动对所研究的流向不利。相反的情况也可能出现（对某一限定期间）：如果周期长度短或信号联动满意，或者两者兼有，则饱和车道组（也就是V/C比大于1.0）的延误也许会很小。因此，判定为F级服务水平，并不能机械地认为交叉口、引道或车道组的车流就超出通行能力；也不能机械地认为好于E级服务水平就有可利用的多余的通行能力。本章和第16章的方法需要同时分析通行能力和服务水平等级，以全面地评价信号交叉口的运行状况。10.3.6所需要输入的数据和估计值图表10-12给出了在缺乏当地数据时输入参数的默认值。如果交叉口的饱和流是估算值，那么需要补充饱和流率的修正数据。分析人员应该注意：在分析中，用实测数据作为输入数据是得到参数值最可靠的方法。只有实测不可行时，才应该考虑用默认值。图表10-12信号交叉口所需的数据名称默认值几何数据专用转向车道图表10-13交通需求数据交叉口转向车流-PHF0.92分析周期长度0.25h交叉口数据控制类型-周期图表10-16损失时间图表10-17g/C-到达类型（AT）3没有联动控制，4联动控制延时单位（UE）3.0s感应式控制修正系数（k）0.40（规划分析）上游过滤修正系数（l）1.00修正的饱和流率图表10-19饱和流数据理想饱和流率1900辆小客车/h/车道车道宽度3.6m重车比例2%坡度0%停车调度图表10-20地方公交图表10-21行人图表10-22区域类型-车道利用图表10-2310.3.6.1交叉口处车道的增减在进入交叉口的引道上增加的直行车道和在驶出交叉口处减少的直行车道也许不能全部发挥直行车道的功能。分析人员在决定引道的直行车道当量数和为引道选择车道利用系数时应该考虑到这一点。10.3.6.2专用转向车道当现有条件或州或当地的惯例没有规范交叉口几何设计时，这里对交叉口几何设计提出一些建议（3）。分析表明，当交叉口存在通过改变几何设计能修正的缺点时，也可以采用这些建议。然而，这一节中任何部分都不能视为一项严格的指导原则或分析标准。在可使用州或当地标准、指导原则、政策或惯例的地方，都不用这些材料。这里的描述总体上包含了改进信号交叉口的可能性。10.3.6设置专用左转车道取决于左转交通量、对向交通量和安全考虑（4）。为了分析将来所需要的关于车道组成的假设条件，图表10-13给出了在缺乏当地数据条件下左转交通量与需要的左转车道之间的关系（5）。图表10-13信号交叉口转向交通量需要的专用左转车道转向车道最小转向交通量（辆/h）一条专用左转车道100两条专用左转车道300在信号交叉口设有专用左转相位时，也需要设置专用左转车道。当没有预测的转向交通量时，分析人员应该假设：未来所有的交叉口都按专用左转车道的标准设计，除非在商务中心区（CBD）（假如存在严格的通行权限制）、单向街道或者不具备建设专用左转车道的管辖权限。10.3.6虽然右转通常要比左转更有效，但是专用右转车道经常是根据使用左转车道的理由而设置。右转可能会与行人流或自行车流发生冲突，但是不会与车流发生冲突。一般来说，如果右转交通量超过300辆/h，并且邻近的主线交通量超过300辆/h/车道，那么应该考虑设置专用右转车道。10.3.6一条引道所需的车道数取决于多种因素，包括信号设计。一般来说，应该为主路提供足够的车道，以避免直行和右转（如果有左转，加上左转交通量）的总交通量超过450辆/h/车道。这是一个非常一般性的建议。如果将可利用绿灯时间的大部分分配给主要引道，那么这些引道能够疏导更多的交通量。如果车道数未知，那么开始分析时，使用以前的数值。10.3.6如果车道宽度未知，应该假设为标准车道宽3.6m，除非已知的约束条件不允许这样的宽度。停车条件应该与当地惯例一致。如果没有相关信息，为了分析目的，可假设没有路边停车和没有当地公交车。专用转向车道的待转车道长度应该足以容纳转向车辆，避免降低引道的安全性和通行能力。第16章的附录G阐述了估计待转车道长度的方法。10.3.6.3交叉口转向车流在城市道路信号交叉口的分析当中，使用转向车流。如果没有信号配时，也可以用转向车流估计每个交叉口的有效绿信比（g/C）和周期长度。10.3.6如果分析人员能够测到城市道路上的定向交通量，并估计出交叉口引道上转向车辆的平均百分数，则他们能够在缺少交叉口转向车流数据的情况下分析城市道路。根据平均日交通量（ADT）能够按方向估计高峰小时交通量。用估计的转向百分比，分解设置了专用转向车道的交叉口引道的总交通量。交叉口专用车道所承担的转向百分比受到当地条件的制约。在完全缺乏当地信息的情况下，建议采用默认值：引道总交通量的10%作为右转，10%作为左转。如果有些交叉口设有专用车道，而有些没设专用车道，那么应该计算城市道路上每个交叉口的延误，求和得到路段的交叉口延误。如果这样做不可行，分析人员可以将交叉口分为两类：有专用车道的交叉口和没设专用车道的交叉口。计算每类交叉口的延误，乘以同类交叉口的数量，求和得到城市道路上交叉口的延误。10.3.6高峰小时转弯车流的计数或预测值是估计转弯车流最好的信息资源。如果缺乏这些信息，可以由交叉口每条相交道路的入口和出口的交通量估计转弯车流。交叉口的每个入口作为一个起点，每个出口作为一个讫点，如图表10-14所示。这个问题则成为已知交叉口每个入口和出口交通量，求起讫（OD）表的问题。图表10-14交叉口转向车流的起讫点标识该估算方法来自于文献（6）的研究。该方法认为：从一条道路到另一条道路的车辆数直接与驶入该道路的总流量以及另一条道路的驶出总流量成比例。当出现其他因素或几何条件变化时，这种假设可能不合理，如在高速公路附近的入口匝道，可能吸引量比正常出行量大。用公式10-4计算转弯车流的OD矩阵。（10-4）式中：——从起点引道i到讫点引道j的出行数；——起点i生成的出行量；——离开讫点j点的出行量。调头（）出行指定为零，除非分析人员知道导致调头的原因，出行量相当大。值得注意的是：公式10-4不能够保证驶出交叉口每条道路总量的最后估计值与初始值相等。当需要之和接近交叉口每个入口和每个出口的初始交通需求估计值时，可利用迭代算法增减。该算法是已知的矩阵平衡方法（7）。使用公式10-5、10-6、10-7和10-8做迭代计算的步骤如下：步骤1：计算每条道路出口期望驶离交通量与实际驶离交通量之比。（10-5）式中：——道路出口j的期望驶离交通量与实际驶离交通量之比；——道路出口j所期望的驶离交通量；——从起点i到讫点j的交通量的当前估计值。步骤2：将所有的乘以相应出口的比例。重复计算各道路出口。步骤3：计算每个道路入口期望驶入交通量与当前的驶入交通量之比。（10-6）式中：——道路入口i，期望驶入交通量与实际驶入交通量之比；——道路入口i所期望的驶入交通量；——从起点i到讫点j的交通量的当前估计值。步骤4：将所有的乘以相应道路入口的比例。重复计算各道路入口。步骤5：判断是否用完指定的迭代次数或所有的出入口是否满足确定的迭代结束标准。对于入口：（10-7）对于出口：（10-8）步骤6：如果任一计算差值大于迭代结束标准（迭代结束标准建议取10辆/h）且没有超过迭代限制，则回到步骤1。10.3.6.4高峰小时系数参阅本章第2节城市街道、所需的输入数据和估计值中对高峰小时系数的论述。10.3.6.5分析时段长度参阅本章第2节城市街道、所需的输入数据和估计值中对分析时段长度的论述。10.3.6.6交叉口控制类型按照定义，现有设施的交叉口控制类型是已知的。在未来设施的案例中，可以根据图表10-15和主、次街道中双向高峰小时交通量预测值来预测可能的交叉口控制类型。需要注意的是：该图是以一系列特定的假设条件为基础，参见脚注。图表10-15交叉口控制类型和高峰小时交通量（参见脚注中的假设数值）注：a.在这一范围内也可采用环岛。资料来源：根据《交通控制设备手册》（第8章，4-18页）改写——将高峰方向的8小时交通量转换为双向高峰小时交通量时，假设ADT是8小时交通量的两倍，且高峰小时交通量是日交通量的10%。双向交通量假设为高峰方向流量的150%。10.3.6.7周期长度如果城市道路上每个交叉口的周期长度已定，或者根据交叉口的详细数据可以计算时，则可提高计算精度。当需要的周期长度未定，或没有交叉口的详细数据时，城市道路沿线信号交叉口的周期长度可采用图表10-16中的默认值进行估计。图表10-16不同区位的周期长度默认值区域类型默认值（s）中心商务区（CBD）70其他地区100如果城市道路或者交叉口的分析结果表明一个或多个交叉口的关键V/C比大于1.00，则分析人员应当对几何特征、信号配时和信号相位进行全面地审视，同时考虑增加周期长度，直到V/C比小于等于1.00。第16章附录B给出了用于感应式信号的专门分析方法，本章附录A介绍了一种比较简单的分析方法。10.3.6.8损失时间和信号相位估计根据主要街道和次要街道的左转相位是保护型还是许可型，可从图表10-17得到信号周期中总的损失时间。图表10-17不同左转相位类型周期损失时间的默认值主要街道次要街道相位数L（s）保护型保护型416保护型许可型312许可型保护型312许可型许可型28注：保护型和许可型是指左转相位。运用图表10-17时，无对向车的左转（单向街道或者T型交叉口中无对向引道的左转）可按许可型处理，而保护+许可型左转则按保护型处理。图表10-17表明信号相位之间有4s的损失时间。注意这里的术语“相位”是本手册中定义的相位，而不要与“NEMA相位”（用于感应式交通控制中，指某一车流的绿灯时间）混淆。因此，NEMA控制器是8相位（所有4条引道的左转都采用保护型左转）信号灯是4个相位。如果已知实际的左转处理方式，应该据此确定损失时间。如果未知，可根据当地的政策和惯例进行选择。许多机构使用左转与对向直行交通量的乘积作为是否需要设保护型相位的指标。下面的标准和阈值可用于确定是否需要设置保护型左转相位。当满足下列任一标准时，应该考虑设置保护型左转相位：提供了多余1条的转弯车道；大于240辆/h的左转交通需求持续1h以上；1h内，左转交通需求与对向直行交通需求的乘积大于50,000（1条对向直行车道），90,000（2条对向直行车道），或110,000（3条对向直行车道）。请注意，这些阈值仅用于规划分析。当用于设计和运营分析时，应考虑许多其他因素，包括事故情况、现场观测和可能在分析时段之外的条件。《交通控制设备手册》（第8章，4-18页）介绍了关于设置左转相位的更多内容。专用车道上不受保护的左转不能明确地得到分配的绿灯时间，因为假设左转在直行车流的绿灯时间内同时放行。在同一时间内，分相位运行只允许一条引道的所有车流通行，使反向的车流完全分离。只有满足下列条件时，该方案才在规划分析中采用。一组对向引道的实际间距大于20m；反向的2条单车道引道都采用保护型左转相位；反向的2个左转均为保护型，且其中一个左转包括1条专用车道和1条直行+左转的混行车道。10.3.6.9有效绿信比每股车流最好使用实际的值有效绿信比（g/C）。对半感应式