交叉口服務(wù)水平分析在城市道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

廣州市公用事業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院 廣州 510230

摘要：在城市道路交通服務(wù)體系中，涉及到機(jī)動(dòng)車、行人、非機(jī)動(dòng)車等諸多交通服務(wù)對(duì)象。而道路交叉口是諸多服務(wù)對(duì)象的交織點(diǎn)，所以交叉口設(shè)計(jì)是市政道路設(shè)計(jì)過程中非常重要的環(huán)節(jié)。城市道路交叉口因?yàn)榭紤]到行人過街的安全性，一般采用信號(hào)控制交叉口形式。在相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范中也規(guī)定，根據(jù)道路等級(jí)的不同，交叉口設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)或宜進(jìn)行交叉口服務(wù)水平分析。但目前在我國(guó)的還沒有統(tǒng)一交叉口服務(wù)水平的評(píng)價(jià)方法，設(shè)計(jì)人員在交叉口設(shè)計(jì)時(shí)很難科學(xué)地進(jìn)行分析研究。本文通從實(shí)際應(yīng)用的角度，探討城市道路信號(hào)控制交叉口服務(wù)水平分析方法。

關(guān)鍵詞：城市道路；交叉口設(shè)計(jì)；服務(wù)水平分析

1.交叉口服務(wù)水平評(píng)價(jià)的應(yīng)用

城市道路一般位于城市建成區(qū)內(nèi)，與公路的最大區(qū)別是除了具有交通功能外，還要承擔(dān)行人、非機(jī)動(dòng)車、商業(yè)、市政配套設(shè)施等功能。在進(jìn)行城市道路設(shè)計(jì)時(shí)，交叉口是諸多交通流的沖突點(diǎn)，其設(shè)計(jì)的合理性直接影響到建成后的使用效率。為此，在《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ37-2012）中明確規(guī)定：主干路的路段和與主干路、次干路相交的平面交叉口，應(yīng)進(jìn)行通行能力和服務(wù)水平分析。并規(guī)定新建道路應(yīng)按三級(jí)服務(wù)水平進(jìn)行設(shè)計(jì)，信號(hào)交叉口服務(wù)水平分級(jí)見表格1 信號(hào)交叉口服務(wù)水平表。

表格1 信號(hào)交叉口服務(wù)水平表

服務(wù)水平

指標(biāo)一級(jí)二級(jí)三級(jí)四級(jí)

控制延誤（s/veh）<3030～5050～60>60

負(fù)荷度<0.606～0.80.8～0.9>0.9

排隊(duì)長(zhǎng)度m<3030～8080～100>100

按照規(guī)范要求，信號(hào)交叉口服務(wù)水平應(yīng)從控制延誤、負(fù)荷度、排隊(duì)長(zhǎng)度這三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。但規(guī)范中未出相應(yīng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)方法，在條文說(shuō)明4.3.1條解釋關(guān)于其他等級(jí)道路通行能力和服務(wù)水平的分析、評(píng)價(jià)，由于目前國(guó)內(nèi)尚未有成熟的研究成果，規(guī)范只提出了設(shè)計(jì)要求，未給出具體的分析方法和內(nèi)容，可參閱美國(guó)《道路通行能力手冊(cè)》中的相關(guān)內(nèi)容。同時(shí)在4.3.3 條說(shuō)明：信號(hào)交叉口服務(wù)水平是根據(jù)車輛在信號(hào)交叉口受阻情況確定的，一般情況下采用控制延誤作為服務(wù)水平分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。控制延誤包括由于信號(hào)燈引起的停車延誤以及車輛停止和起動(dòng)經(jīng)歷的減、加速延誤。根據(jù)實(shí)際調(diào)查內(nèi)容的不同，也可選擇采用交通負(fù)荷系數(shù)和排隊(duì)長(zhǎng)度進(jìn)行分級(jí)，使用時(shí)可根據(jù)情況靈活選擇合理適用的指標(biāo)。

這三條指標(biāo)可單獨(dú)使用也可綜合來(lái)評(píng)價(jià)交叉口服務(wù)水平。由于這些指標(biāo)并沒有權(quán)威的倫理作為支撐，各自都有很多研究成果。在設(shè)計(jì)階段，從適用性以及實(shí)用性出發(fā)，本論文介紹幾種適于設(shè)計(jì)階段交叉口服務(wù)水平評(píng)價(jià)方法。

2.交叉口服務(wù)水平分析方法

2.1延誤控制

信號(hào)交叉口的服務(wù)水平用平均延誤來(lái)衡量的，各級(jí)服務(wù)水平的劃分標(biāo)準(zhǔn)是15mins分析時(shí)段內(nèi)每輛車平均延誤。延誤包括對(duì)車道組、引道和整個(gè)交叉口的延誤水平，用于服務(wù)水平分級(jí)的延誤指的是對(duì)整個(gè)交叉口而言的平均延誤。影響信號(hào)交叉口延誤的因素相當(dāng)復(fù)雜，與許多變量有關(guān)，包括相關(guān)車道組的飽和度，引道交通流受協(xié)調(diào)控制的影響，信號(hào)的周期長(zhǎng)度、綠信比等。

交叉口的延誤從理論上可以根據(jù)交叉口每一流向的飽和流率、交通流量和每股車流的綠燈時(shí)間分配進(jìn)行計(jì)算。可歸納為兩個(gè)原因造成：一是交通延誤：由交叉口內(nèi)各種交通流的相互影響引起的延誤；一是幾何延誤：由車輛的轉(zhuǎn)向、加速和減速過程引起。因此，常用的延誤公式有兩項(xiàng)構(gòu)成：交通延誤d1和幾何延誤d2。其計(jì)算如公式1。

di=d1+d2 公式 1

其中，di—車道組中每輛車平均延誤，s/veh；

d1——交通延誤，s/veh；

d2——幾何延誤，s/veh。

（1）交通延誤d1

交通延誤是假定交通流為穩(wěn)定的，車輛均勻到達(dá)并沒有初始排隊(duì)的情況下車輛經(jīng)歷的平均延誤。其計(jì)算公式如公式2。

公式2

其中，Tc—信號(hào)周期的長(zhǎng)度，s；

Tg—信號(hào)綠燈的時(shí)間，s；

—第i車道組的飽和度。

（2）幾何延誤d2

通過對(duì)獨(dú)立的平面信號(hào)交叉口延誤的研究，在考慮我國(guó)信號(hào)配時(shí)、通行能力和車輛到達(dá)特性影響的基礎(chǔ)上，可以按公式3進(jìn)行幾何延誤計(jì)算。

當(dāng)車道組i交通流處于非飽和狀態(tài)時(shí)：

公式3

其中：Qi—車道組i的高峰小時(shí)流量，veh/h；

Qs—車道組i的飽和小時(shí)流量，veh/h；

當(dāng)車道組i交通流處于飽和狀態(tài)時(shí)：

公式4

其中：cj—車道組i的通行能力，等于實(shí)際飽和流率Qsi和該車道組的綠信比gi/C的乘積，ci=Qsi（Tg/Tc）；

Ta—分析時(shí)間段，h，通常取15mins；

γ—

Xi—

（3）引道延誤計(jì)算方法

引道在此的定義為某方向進(jìn)入交叉口的全部車道的集合，一個(gè)十字交叉的路口通常可分為A、B、C、D四個(gè)引道。可按下式計(jì)算各引道的延誤。

公式5

其中，dA—引道A的平均延誤，s/veh；

di—車道組i的平均延誤，s/veh；

Qi—車道組i的高峰小時(shí)流量，veh/h。

（4）交叉口延誤計(jì)算方法

可按公式6計(jì)算整個(gè)交叉口的平均延誤。

公式6

其中，d—整個(gè)交叉口每輛車的平均延誤，s/veh；

dA—引道A的平均延誤，s/veh；

QA—引道A的高峰小時(shí)流量，veh/h。

（5）交叉口延誤控制計(jì)算步驟

1）按照公式2計(jì)算各引道中所有車道組的交通延誤d1；

2）按照公式3計(jì)算各車道組的幾何延誤d2；

3）按照公式1計(jì)算各引道中各個(gè)車道組的平均延誤di；

4）按照式公式5計(jì)算各引道的平均延誤dA；

5）按照式公式6計(jì)算信號(hào)交叉口的平均延誤d；

6）根據(jù)信號(hào)交叉口平均延誤d，對(duì)比表格1中的服務(wù)水平分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，確定該信號(hào)交叉口的服務(wù)水平。

2.2負(fù)荷度

負(fù)荷度又稱飽和度，在道路通行能力分析中是非常常見的指標(biāo)，但交叉口飽和度有別于普通路段，交叉口飽和度可定義為交叉口各機(jī)動(dòng)車進(jìn)口道的負(fù)荷系數(shù)加權(quán)值，計(jì)算如公式7。

公式7

其中：X—整個(gè)交叉口的飽和度；

n—交叉口的機(jī)動(dòng)車進(jìn)口道數(shù)量；

qi—第i機(jī)動(dòng)車進(jìn)口道的飽和度Vi/Ci，其中Vi為第i機(jī)動(dòng)車進(jìn)口道的交通量，Ci為第i機(jī)動(dòng)車進(jìn)口道的通行能力。