信號(hào)交叉口對(duì)交織段通行能力的影響

謝仲磊

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

信號(hào)交叉口對(duì)交織段通行能力的影響

謝仲磊

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

城市道路間斷流與高速公路連續(xù)流存在著顯著差異，交通運(yùn)行規(guī)律更加復(fù)雜。為了綜合分析信號(hào)交叉口對(duì)城市道路交織段通行能力的影響，提出一種基于HCM2000的改進(jìn)模型。最后，以四平路地道出口的交織段為研究對(duì)象，驗(yàn)證模型的科學(xué)性和實(shí)用性，為工程實(shí)踐提供理論依據(jù)。

交通工程；交織段；改進(jìn)的HCM2000模型；信號(hào)交叉口；通行能力

0 引言

交織段是交通流向變換的集中區(qū)域，伴隨著大量的交織行為。然而，在城市路網(wǎng)中，由于交叉口間距較小，往往交織段距離上下游信號(hào)交叉口較近。交織區(qū)與信號(hào)交叉口的相互影響容易形成一個(gè)瓶頸，影響道路的整體運(yùn)行效率。

本文研究信號(hào)交叉口對(duì)交織段通行能力的影響，改進(jìn)了HCM2000中分析交織段運(yùn)行特征的模型，使之能夠應(yīng)用于城市道路間斷流。該方法便于計(jì)算，具有較高的適用性和可操作性，能夠指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)。

1 研究綜述

HCM2000通過(guò)收集大量的實(shí)地?cái)?shù)據(jù)，介紹了關(guān)于高速公路交織區(qū)交通流特征的分析方法，并給出了相關(guān)參數(shù)的計(jì)算模型及不同條件下通行能力的參考值[1]。文獻(xiàn)[2]利用HCM2000中的相關(guān)數(shù)據(jù)建立了雙曲線模型，表述交織區(qū)通行能力與交織區(qū)長(zhǎng)度的關(guān)系曲線。

文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[4]采用理論解析的方法建立交織區(qū)通行能力計(jì)算模型，如結(jié)合車道變換模型和間隙接受理論推導(dǎo)得出的交織區(qū)計(jì)算模型。但理論解析的方法計(jì)算復(fù)雜，實(shí)用性不強(qiáng)，難以普遍推廣。

文獻(xiàn)[5]采用仿真模擬的方法對(duì)交織區(qū)進(jìn)行研究，該方法受到計(jì)算仿真軟件的限制，具有一定的局限性，通常用來(lái)進(jìn)行模型的驗(yàn)證。

綜上分析，以往的研究者將研究重點(diǎn)放在高速公路、快速路上的連續(xù)流交織，而對(duì)于城市道路的間斷流的研究成果較少。本次研究將城市道路的交織區(qū)作為研究對(duì)象，分析信號(hào)交叉口對(duì)交織段的影響，并提出一種基于HCM2000改進(jìn)模型的城市道路交織段通行能力的計(jì)算方法。

2 信號(hào)交叉口對(duì)交織段通行能力的影響分析

城市高架（地道）出入口地面聯(lián)結(jié)段是指出入口端部至前方交叉口停車線的一段空間。車輛進(jìn)入地面聯(lián)結(jié)段后，如前方有交叉口，則需根據(jù)不同的方向變換車道與地面車道的車輛發(fā)生交織。信號(hào)交叉口對(duì)交織段通行能力的影響主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

（1）信號(hào)交叉口的交通組織方式，影響交織區(qū)的交織類型。

（2）信號(hào)交叉口紅燈期間可能產(chǎn)生超長(zhǎng)排隊(duì)，減少了上游交織段長(zhǎng)度，影響了交織段通行能力。

文獻(xiàn)[6]分析了該區(qū)域不同的交通組織方式對(duì)交通運(yùn)行的影響，以及各類交通組織方式的適用條件。因此，本文主要研究受信號(hào)交叉口排隊(duì)影響，交織段通行能力的計(jì)算方法。

3 城市道路交織段運(yùn)行狀況分析方法

鑒于HCM2000模型在全球的影響力，其交織區(qū)分析方法具有較高的參考價(jià)值。然而，城市交通運(yùn)行受交叉口交通信號(hào)燈、停車及讓路標(biāo)志的控制，交通流都以間斷流的形式運(yùn)行。城市道路間斷流與高速公路連續(xù)流存在著顯著差異，若直接利用HCM2000模型進(jìn)行交織段運(yùn)行狀況分析，無(wú)法凸顯間斷流的特性，得到的運(yùn)行狀況指標(biāo)比實(shí)際情況要好。為了使交織段運(yùn)行狀況的各項(xiàng)計(jì)算指標(biāo)更加符合實(shí)際情況，本次研究建議以HCM2000模型為基礎(chǔ)，采用綠燈小時(shí)流量作為城市道路交織段的計(jì)算交通量。綠燈小時(shí)流量即以一個(gè)綠燈時(shí)間內(nèi)通過(guò)的交通量為基礎(chǔ)，擴(kuò)大為1 h的交通量。

交織段的車流的速度計(jì)算公式如下所示[1]：

式中：Si為平均交織速度（當(dāng)i=W時(shí)）或平均非交織速度（當(dāng)i=nw時(shí)），km/h；Smin為交織區(qū)內(nèi)預(yù)期的最小速度，km/h;Smax為交織區(qū)內(nèi)預(yù)期的最大速度，km/h；Wi為交織車流（當(dāng)i=w時(shí)）和非交織車流（當(dāng)i=nw時(shí)）的交織強(qiáng)度。

交織強(qiáng)度系數(shù)（Ww與Wnw）是度量交織行為對(duì)交織與非交織車輛平均速度的影響。該系數(shù)可用以下公式計(jì)算：

式中：Wi為交織車流（當(dāng)i=w時(shí)）和非交織車流（當(dāng)i= nw時(shí)）的交織強(qiáng)度系數(shù)；VR為交織比；v為交織區(qū)內(nèi)總流量（輛小客車/h，取綠燈小時(shí)流量）;N為交織區(qū)內(nèi)總車道數(shù)；L為交織區(qū)長(zhǎng)度，m；a、b、c、d為標(biāo)定的常數(shù)，可參考HCM2000取值。

交織區(qū)平均速度：

式中：S為交織區(qū)內(nèi)所有車輛的區(qū)間平均速度，km/h;vw為交織區(qū)內(nèi)交織流量，pcu/h；vnw為交織區(qū)內(nèi)非交織流量，pcu/h。

4 交織段基本通行能力計(jì)算

基本通行能力是指道路和交通處于理想條件下，由技術(shù)性能相同的一種標(biāo)準(zhǔn)車以最小的車頭時(shí)距連續(xù)行駛的理想交通流，在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)道路斷面的最大車輛數(shù)[7]。交織段的基本通行能力采用公式（4）計(jì)算：

式中：C為可能的通行能力，pcu/h；t0為最小車頭時(shí)距，s；l0為最小車頭間距，m；S為交織區(qū)的平均速度。

5 案例分析

本文以四平路-赤峰路交叉口上游的地道出口為研究對(duì)象，分析其地道出口聯(lián)結(jié)段的交通運(yùn)行狀況及交織段的通行能力。

四平路地道出口交織區(qū)的構(gòu)型為C型，存在主線右轉(zhuǎn)和地面輔道直行的交織，如圖1所示。車流通過(guò)交叉口的過(guò)程中，排隊(duì)長(zhǎng)度是動(dòng)態(tài)變化的，因此可供車輛進(jìn)行交織的長(zhǎng)度也是動(dòng)態(tài)變化的。本次研究考慮高峰期間的兩種極限狀況：（1）交叉口直行和右轉(zhuǎn)信號(hào)均為綠燈，車輛不受信號(hào)燈控制影響保持路段行駛速度，地道右轉(zhuǎn)的車道可以在聯(lián)結(jié)段完成交織（聯(lián)結(jié)段長(zhǎng)度為100 m）；（2）交叉口信號(hào)燈為紅燈末，排隊(duì)長(zhǎng)度接近最大值，車輛的行駛速度降低（20 km/h）。赤峰路-四平路交叉口北進(jìn)口高峰期間的排隊(duì)長(zhǎng)度約75 m，交織段長(zhǎng)度僅僅為25 m。

圖1 地道出口聯(lián)結(jié)段構(gòu)造示意圖

經(jīng)計(jì)算，交織區(qū)的交通運(yùn)行狀況見(jiàn)表1所示。

表1 交織段運(yùn)行狀況

兩種情況下交織區(qū)的通行能力見(jiàn)表2。

表2 交織段的通行能力分析 pcu/h

由上表可知，四平路-赤峰路交叉口對(duì)上游交織段的影響較大。聯(lián)接段的長(zhǎng)度不夠?qū)е录t燈期間排隊(duì)車輛會(huì)侵入交織段，交織段通行能力降低，從而影響整個(gè)道路的通行效率。分析結(jié)果也與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的情況接近。

6 結(jié)語(yǔ)

論文在分析國(guó)內(nèi)外交織段通行能力計(jì)算原理的基礎(chǔ)上，研究信號(hào)交叉口對(duì)交織區(qū)的影響，并對(duì)HCM2000模型進(jìn)行改進(jìn)，使之能夠適用于間斷流的交織區(qū)特征分析，為城市道路交織區(qū)通行能力的計(jì)算提供了一種方法，在實(shí)際的道路設(shè)計(jì)、交通設(shè)計(jì)中具有較好的參考價(jià)值。

[1]Transportation Research Board.Highway Capacity Manual[R]. Washington,D.C.:Transportation Research Boad Publications, 2000.

[2]趙靖.考慮上下游影響的信號(hào)控制交叉口通行能力研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué),2009.

[3]孟祥燕.高等級(jí)道路交織區(qū)通行能力研究[D].南京：東南大學(xué), 2006.

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[5]陳小鴻，肖海峰.交織區(qū)交通特性的微觀仿真研究[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),2001,14(12):90-93.

[6]楊曉光,狄?jiàn)?城市高架路出入口匝道銜接路段交通組織方法研究[J].交通運(yùn)輸工程與信息學(xué)報(bào),2003，1(2):49-53.

[7]任福田.道路通行能力分析[M].北京:人民交通出版社,2011.

U491.1

B

1009-7716（2016）12-0141-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.12.042

2016-08-18

謝仲磊（1986-），男，上海人，工程師，從事道路設(shè)計(jì)工作。