信號交叉口對交織段通行能力的影響

謝仲磊

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海市 200092）

信號交叉口對交織段通行能力的影響

謝仲磊

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海市 200092）

城市道路間斷流與高速公路連續流存在著顯著差異，交通運行規律更加復雜。為了綜合分析信號交叉口對城市道路交織段通行能力的影響，提出一種基于HCM2000的改進模型。最后，以四平路地道出口的交織段為研究對象，驗證模型的科學性和實用性，為工程實踐提供理論依據。

交通工程；交織段；改進的HCM2000模型；信號交叉口；通行能力

0 引言

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

本文研究信號交叉口對交織段通行能力的影響，改進了HCM2000中分析交織段運行特征的模型，使之能夠應用于城市道路間斷流。該方法便于計算，具有較高的適用性和可操作性，能夠指導工程設計。

1 研究綜述

HCM2000通過收集大量的實地數據，介紹了關于高速公路交織區交通流特征的分析方法，并給出了相關參數的計算模型及不同條件下通行能力的參考值[1]。文獻[2]利用HCM2000中的相關數據建立了雙曲線模型，表述交織區通行能力與交織區長度的關系曲線。

文獻[3]和文獻[4]采用理論解析的方法建立交織區通行能力計算模型，如結合車道變換模型和間隙接受理論推導得出的交織區計算模型。但理論解析的方法計算復雜，實用性不強，難以普遍推廣。

文獻[5]采用仿真模擬的方法對交織區進行研究，該方法受到計算仿真軟件的限制，具有一定的局限性，通常用來進行模型的驗證。

綜上分析，以往的研究者將研究重點放在高速公路、快速路上的連續流交織，而對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作為研究對象，分析信號交叉口對交織段的影響，并提出一種基于HCM2000改進模型的城市道路交織段通行能力的計算方法。

2 信號交叉口對交織段通行能力的影響分析

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

（1）信號交叉口的交通組織方式，影響交織區的交織類型。

（2）信號交叉口紅燈期間可能產生超長排隊，減少了上游交織段長度，影響了交織段通行能力。

文獻[6]分析了該區域不同的交通組織方式對交通運行的影響，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交叉口排隊影響，交織段通行能力的計算方法。

3 城市道路交織段運行狀況分析方法

鑒于HCM2000模型在全球的影響力，其交織區分析方法具有較高的參考價值。然而，城市交通運行受交叉口交通信號燈、停車及讓路標志的控制，交通流都以間斷流的形式運行。城市道路間斷流與高速公路連續流存在著顯著差異，若直接利用HCM2000模型進行交織段運行狀況分析，無法凸顯間斷流的特性，得到的運行狀況指標比實際情況要好。為了使交織段運行狀況的各項計算指標更加符合實際情況，本次研究建議以HCM2000模型為基礎，采用綠燈小時流量作為城市道路交織段的計算交通量。綠燈小時流量即以一個綠燈時間內通過的交通量為基礎，擴大為1 h的交通量。

交織段的車流的速度計算公式如下所示[1]：

式中：Si為平均交織速度（當i=W時）或平均非交織速度（當i=nw時），km/h；Smin為交織區內預期的最小速度，km/h;Smax為交織區內預期的最大速度，km/h；Wi為交織車流（當i=w時）和非交織車流（當i=nw時）的交織強度。

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

式中：Wi為交織車流（當i=w時）和非交織車流（當i= nw時）的交織強度系數；VR為交織比；v為交織區內總流量（輛小客車/h，取綠燈小時流量）;N為交織區內總車道數；L為交織區長度，m；a、b、c、d為標定的常數，可參考HCM2000取值。

交織區平均速度：

式中：S為交織區內所有車輛的區間平均速度，km/h;vw為交織區內交織流量，pcu/h；vnw為交織區內非交織流量，pcu/h。

4 交織段基本通行能力計算

基本通行能力是指道路和交通處于理想條件下，由技術性能相同的一種標準車以最小的車頭時距連續行駛的理想交通流，在單位時間內通過道路斷面的最大車輛數[7]。交織段的基本通行能力采用公式（4）計算：

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

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象，分析其地道出口聯結段的交通運行狀況及交織段的通行能力。

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

圖1 地道出口聯結段構造示意圖

經計算，交織區的交通運行狀況見表1所示。

表1 交織段運行狀況

兩種情況下交織區的通行能力見表2。

表2 交織段的通行能力分析 pcu/h

由上表可知，四平路-赤峰路交叉口對上游交織段的影響較大。聯接段的長度不夠導致紅燈期間排隊車輛會侵入交織段，交織段通行能力降低，從而影響整個道路的通行效率。分析結果也與現場調查的情況接近。

6 結語

論文在分析國內外交織段通行能力計算原理的基礎上，研究信號交叉口對交織區的影響，并對HCM2000模型進行改進，使之能夠適用于間斷流的交織區特征分析，為城市道路交織區通行能力的計算提供了一種方法，在實際的道路設計、交通設計中具有較好的參考價值。

[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控制交叉口通行能力研究[D].上海:同濟大學,2009.

[3]孟祥燕.高等級道路交織區通行能力研究[D].南京：東南大學, 2006.

[4]Fredericksen,Victor E.Ogden,Michael A.Proposed analytical technique for analyzing type A weaving section on frontage roads [J].Transportation Research Record,1994（1）:50-58.

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

[6]楊曉光,狄姍.城市高架路出入口匝道銜接路段交通組織方法研究[J].交通運輸工程與信息學報,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，從事道路設計工作。