混合交通環(huán)境下有信號平面交叉口通行能力研究46

發(fā)布時間：2016-12-08 15:29

本文關(guān)鍵詞：混合交通環(huán)境下有信號平面交叉口通行能力研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第1卷第2期交通運輸系統(tǒng)工程與信息；Vol.1No.2混合交通環(huán)境下有信號平面交叉口；通行能力研究；李建新,毛保華；(北方交通大學(xué)交通運輸學(xué)院,北京100044)；摘要:關(guān)于交叉口通行能力的研究是交通工程研究的一；關(guān)鍵詞:混合交通;信號配時;平面交叉口;通行能力；CapacityAnalysistoSignal；MixedTrafficEnvironment

第1卷第2期交通運輸系統(tǒng)工程與信息

Vol.1No.2混合交通環(huán)境下有信號平面交叉口

通行能力研究

李建新,　毛保華

(北方交通大學(xué)交通運輸學(xué)院,北京　100044)

摘要:　關(guān)于交叉口通行能力的研究是交通工程研究的一個重要領(lǐng)域,混合交通環(huán)境下非機動車對道路通行能力有重要影響.本文回顧了國內(nèi)外關(guān)于自行車對道路交叉口能力影響的研究,分析了在我國自行車流量較大條件下各種方法的特點及問題,研究了我國非機動車比例較大的混合交通環(huán)境的基本特點,提出了有信號平面交叉口非機動車對通行能力的影響及相應(yīng)的計算模型,并進行了簡要分析.研究結(jié)果對于進一步開展混合交通流條件下的仿真研究有重要現(xiàn)實意義.

關(guān)鍵詞:　混合交通;信號配時;平面交叉口;通行能力;城市交通中圖分類號:　U49

CapacityAnalysistoSignalizedIntersectionsunder

MixedTrafficEnvironment

LIJian-xin,　MAOBao-hua

(SchoolofTrafficandTransportation,NorthernJiaotongUniversity,Beijing100044,China)Abstract:　Capacityanalysistointersectionsisveryimportantintrafficengineeringasnon-motorizedflowisofsignificanteffectsonroadcapacity.Thispaperreviewstheworld-widesituationonintersectionswithnon-motorizedflowandanalyzesthecharacteristicsandproblemsofcurrentachievements.Basedontheattributesofmixedtrafficwithgreatproportionofnon-motorizedvehiclesinChina,thepaperestablishesthecapacitymodelsonintersectionswithsignalinurbanareas.Theconclusionsmadehereareofgreatsignificanceforfurtherresearchtodevelopasimulationsystem.

Keywords:　mixedtraffic;signaltiming;signalizedintersections;capacity;urbantransportCLCnumber:　U49

　　交通工程分析中,混合交通環(huán)境下的車輛行為對道路通行能力有很大影響.從微觀層次上研究車輛運行行為的方法主要是通過車輛跟弛(Car-following)模型和換道(Lane-changing)模型來開展的.盡管最早的跟車模型研究始于50年代末期[1,2],但目前較具影響的跟車與換道模型是Gipps提出的.這些模型已被許多微觀模擬模型所采用,在實踐中產(chǎn)生了廣泛的影響.

過去研究交通流微觀行為的一個不足是關(guān)

收稿日期:2001-04-02

基金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(79500001).李建新:高級工程師,工程碩士:[3]

于車輛類型的設(shè)定,例如,大多數(shù)模型假定不同種類的交通流(類)有相同的跟車行為,即跟車的規(guī)則沒有與車輛類別聯(lián)系起來.這種假定使得這類模型在刻畫實際問題時難以令人滿意.因此,研究特定類的跟車模型對研究微觀交通流的模擬具有重要現(xiàn)實意義.目前,國外關(guān)于這一領(lǐng)域的研究重點體現(xiàn)在三個方面:一是道路上不同類型機動車形成的“混合”交通的行為分析.例如,Zhang等人研究了不同種類車流之間的行

[4]

120

交通運輸系統(tǒng)工程與信息2001年5月

為差異,這種“混合”與我國機動車與非機動車的“混合”有所不同;二是車輛在不同道路路況下(如擁擠與非擁擠狀態(tài))的行為分析[5,6],而此前的研究主要集中在自由流條件下的行為研究;三是有道路實時信息可用時車輛行駛與路徑選擇行為分析[7],這與近年來智能交通系統(tǒng)(ITS)技術(shù)的研究和發(fā)展有很大關(guān)系.這些研究中幾乎沒有考慮非機動車.

在發(fā)達國家,隨著近年來人們對交通環(huán)境問題的重視,自行車作為一種健康的運輸方式利用率有所上升,關(guān)于非機動車的研究也受到越來越多的重視.例如,“自行車交通”第二版[8]定性分析了流量不大情況下自行車對道路機動車流的影響和道路幾何設(shè)計理念.不過,總的來看,對自行車出行行為的分析還不充分.例如,對有信號交叉口的研究雖然有許多成果,但關(guān)于交叉口自行車對機動車和通行能力影響的研究卻很少;這與大多數(shù)發(fā)達國家自行車流量較少、自行車引發(fā)的問題不多有關(guān).Allen等人通過對美國一些城市自行車的調(diào)查,分析了自行車對有信號平面交叉口通行能力的影響,論文提出用自行車通行利用率對能力進行計算.研究結(jié)論表明:考慮自行車流量后,機動車交叉口飽和流率(Saturationflowrate)明顯低于通行美國公路通行能力手冊(HCM)建議的水平;加拿大有信號交叉口能力指導(dǎo)手冊中也提出了計算飽和流率時的調(diào)整系數(shù).按照HCM的建議,當交叉口沒有專門的自行車設(shè)施、自行車與機動車共享車道寬度在4.3m以內(nèi)時,自行車對右轉(zhuǎn)車輛的影響效果可以通過HCM建議的系數(shù)將自行車轉(zhuǎn)換為當量客車來考慮.另外一些研究認為:當行人流量比較大時,自行車對交叉口能力的影響很小,這也是說,行人與自行車對交叉口能力的影響是相互關(guān)聯(lián)的.

作為一個非機動車大國,機動車與非機動車之間的混合交通是我國大城市道路交通擁擠的最重要的原因之一,我國在這方面的研究也已經(jīng)開始,例如Lin等人[11]用數(shù)學(xué)分析方法研究了混合交通環(huán)境下自行車對巴士通行能力的影響;段(1994)研究了自行車的管理與發(fā)展政策問題;

[12]

景[13]研究了中國城區(qū)Shimazaki與Yang等、

自行車在交叉口與機動車的分隔問題;Mao等

人[14]研究了我國道路混合交通環(huán)境的三個特點,[10]

[9]

何從微觀角度刻畫混合交通流的運行行為還缺乏充分分析,它使得目前關(guān)于城市道路和交叉口通行能力計算及擁擠疏解難以得到較好地解決.

與發(fā)達國家相比,我國自行車交通有以下特點:一是我國大多數(shù)交通擁擠城市的道路自行車流量規(guī)模遠大于西方多數(shù)國家,以自行車為主體的非機動車流對道路機動車的行駛產(chǎn)生了極大的影響,尤其是在城市地區(qū);二是我國大多數(shù)街道上有專門的自行車行駛車道,而西方多數(shù)國家道路上自行車車道較窄,甚至沒有專門的行駛車道.國內(nèi)外專家均已認識到:在自行車流量較大條件下,現(xiàn)行(如HCM)方法[15]嚴重地高估了道路平面交叉口的通行能力.

針對這一狀況,本文分析了非機動車在有信號平面交叉口內(nèi)的行駛行為.論文建立了有信號交叉口通行能力的計算模型,分析了在非機動車流量較大條件下交叉口通行能力的變化特點;論文最后簡要分析了自行車專用相位的運行效果,提出了基本結(jié)論.本文提出的非機動車模型對于進一步建立交叉口的混合交通流仿真模型提供了理論基礎(chǔ).

2　混合交通環(huán)境下交叉口運營行為分析

微觀層次上的跟車模型在20世紀50年代以來就已經(jīng)成為一個課題.早期的研究假定跟車行為是與交通流狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的.例如,Gipps提出的模型區(qū)分了有前車約束和無約束(自由流)兩種狀態(tài).高速公路上交通流可以按速度、密度和流率來分類.跟車研究中,最重要的是如何確定跟車駕駛員的行為特性.在擁擠狀態(tài)下,所有的駕駛員都是跟隨駕駛;而在非擁擠情況下,既有跟隨駕駛,也有非跟隨駕駛.區(qū)別跟隨駕駛的一種實際做法是定義一個臨界時間間隔作為分界指標.當跟車間隔小于該間隔時稱為跟隨駕駛,大于該距離時稱為非跟隨駕駛.

對機動車的研究表明:道路流量與車流密度的大小直接決定著車輛的行駛行為.因此,許多關(guān)于微觀跟車模型的研究區(qū)分了擁擠與非擁擠兩種不同情況.對于非機動車來說,情況也比較復(fù)雜.非機動車流量較少時,它們對機動車行駛的干擾也較少;而隨著非機動車流量的增加,它們對機動車行駛的干擾急劇增加.圖1是方向1為綠燈時平面交叉口內(nèi)機動車與非機動車及行.

第2期混合交通環(huán)境下有信號平面交叉口通行能力研究

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圖1　平面交叉口機動車與非機動車及行人之間的沖突

　　不難看出:非機動車與機動車在交叉口范圍內(nèi)形成了眾多的交叉點.在同一相位內(nèi),非機動車流量較大時,所有交通流要在給定時間內(nèi)全部通過交叉口的過程具有更大的復(fù)雜性.

機動車與非機動車輛分享的,其具體通行數(shù)量要看交叉口的情況.在通常條件下,非機動車可以在黃燈下起動,搶先占領(lǐng)交叉口內(nèi)的沖突區(qū)域,這使得機動車無法行進,只能等該批非機動車輛完全通過后才可前行,形成了綠燈損失時間,機動車通行能力無形中大打折扣.

下面研究入口車道數(shù)分左轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)時,有信號交叉口(圖1)理論通行能力計算方法.

某一周期內(nèi),當非機動車在黃燈下起動時,直行機動車將被非機動車暫時阻塞,這時方向1的機動車通過能力可按下列方法計算:

3　混合交通環(huán)境下平面交叉口能力計算

關(guān)于道路非機動車流的行為特性研究目前還很不充分.Allen曾研究過交叉口自行車對通行能力的影響,其結(jié)論與目前加拿大等國家在考慮行人、自行車對交叉口能力的影響時相同,即通過能力折扣系數(shù)來反映.這些研究的前提條件是自行車流量的總體水平較低,非機動車與行人對機動車整體能力構(gòu)成的影響較少,適合于人口密度較低、自行車流量較少的市郊或鄉(xiāng)村地區(qū).我國的市中心區(qū)混合交通環(huán)境下,非機動車流量較大,它們對機動車能力的影響需要仔細研究.圖2是我國城市地區(qū)常見的二相位信號及車輛禁、行情況.圖中,綠燈時間為各方向的理論可通行時間.不難看出,在這種不分相位的混合信號中,機動車與非機動車的理論可通行時間是相同的.當機動車與非機動車流量均不大時,全部車輛均可在一個周期綠燈時間內(nèi)通過,能力問題不太突出.當車流量較大時,機動車與非機動車不能完圖2

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交通運輸系統(tǒng)工程與信息2001年5月

某一周期內(nèi),方向1的機動車通過能力N1機:

N1機直=Max{T1綠-[max(K左直L1機

?M1左對/v機,L1非B1左/nv非)],0}?v機/L1機

N1機左=Max{T1綠-[max((1-K左直)L1機

?M1直對/v機,L1非B1直/nv非)],0}

?v機/L1機

N1機右=Max{T1綠-[min(T1綠,L1非(B1左

+B1直)/nv非)],0}?v機/L1機　　其中,T1綠為方向1綠燈時間(s);T黃為黃燈時間(s);B1左為一個信號周期內(nèi)到達的左轉(zhuǎn)非機動車累計數(shù)量(輛);Bl直為一個信號周期內(nèi)到達的直行非機動車累計數(shù)量(輛);M1直為一個信號周期內(nèi)到達的直行機動車數(shù)量(輛);M1直對為一個信號周期內(nèi)對向到達的直行機動車數(shù)量(輛);M1左為一個信號周期內(nèi)到達的左轉(zhuǎn)機動車數(shù)量(輛);M1右為一個信號周期內(nèi)到達的

右轉(zhuǎn)機動車數(shù)量(輛);v非為非機動車在交叉口的平均流速(m/s);v機為機動車在交叉口的平均流速(m/s);n為可平行前行的非機動車數(shù)量(輛);L1機為機動車車頭空距(m);L1非為非機動車車頭空距(m).K左直為直行車與左轉(zhuǎn)車在沖突區(qū)的占先系數(shù),左轉(zhuǎn)車先行時取1,否則取0.

與不同車流類別N1**相應(yīng)的小時通行能力HN1**為:

HN1**=N1**

其中,T為信號周期(s).N1**為1個周期內(nèi)可通過的該類車流的流量.

表1給出了周期120秒,方向1綠燈72秒,紅燈32秒,黃燈3秒,非機動車速度平均為1.0m/s,機動車平均速度為3.0m/s,非機動車間隔取0.5m、機動車間距取3.0m、非機動車可平行前移數(shù)量為2輛時,不同非機動車流量下的交叉口通行能力.

表1　不同非機動車流量下小時交叉口通行能力比較表

非機動車流量0

左轉(zhuǎn)10/直行20左轉(zhuǎn)10/直行40左轉(zhuǎn)20/直行20左轉(zhuǎn)20/直行40左轉(zhuǎn)30/直行20左轉(zhuǎn)30/直行40左轉(zhuǎn)50/直行50左轉(zhuǎn)50/直行100

非機動車通行能力(左轉(zhuǎn),輛/h)

030030060060090090015001500

機動車通行能*力(左轉(zhuǎn),輛/h)

30030030060060090090015001500

機動車通行能力(直行,輛/h)

1860186018601560156012601260660660

機動車通行能力(右轉(zhuǎn),輛/h)

216019351785186017101785163514101035

　　*取左轉(zhuǎn)機動車輛數(shù)與左轉(zhuǎn)非機動車相同.

　　表1是按機動車通過交叉口平均車速10.6km/h計算的,這一服務(wù)水平是較低的,信號周期也較長.不難看出:自行車流量較少時,它們對直行車的影響與左轉(zhuǎn)機動車的影響重合,其單獨占用的綠燈時間不多,對能力影響不大;隨著自行車數(shù)量的增多,其占用的綠燈時間增加,機動車的通行能力急劇減少.此外,上表假定左轉(zhuǎn)機動車可優(yōu)先通過路口,實際上左轉(zhuǎn)與直行的能力分

配過程比較復(fù)雜.當設(shè)立專門的左轉(zhuǎn)車道時,這種影響可以減少.

作為一種改進,我國城市道路十字交叉口信號配時最近出現(xiàn)一種以“雙紅燈”作為過渡的方法.它作為非機動車流量較大環(huán)境下的一個特例,以“雙紅燈”時間作為清空前一相位中交叉口內(nèi)殘余交通流量的時間,這種構(gòu)思是較好的,它可以從相位理論上確保機動車與非機動車的通行.如圖3所示

圖3)

第2期混合交通環(huán)境下有信號平面交叉口通行能力研究

computer

[4]　ZhangY,

simulationetal.

[J].

123

Transportation

　　進一步地,對不同種類設(shè)計不同信號相位,這樣需要增加相位的數(shù)量,它可以大大減少不同流量之間的相互影響和制約作用.這種方法的優(yōu)點是保證了不同流的行駛路權(quán),不過整個路口的信號周期增大.對一日內(nèi)流量變化較顯著的城市交通來說,在非高峰期內(nèi)或某些流暫時減少時,容易導(dǎo)致少數(shù)流的平均通行時間增加.在實際工作中,可以采用變相位方案,即自行車流量下降時,恢復(fù)一般的二相位信號控制方式.

Research,PartB,1981,15:105—111.

Multiregimeapproachfor

microscopictrafficsimulation[J].TRR,1998,1644:103—115.

[5]　DijkerT,etal.Car-followingundercongested

conditions[J].TRR,1998,1644:20—28.

[6]　SchuurmanH,VermijsRGMM.Theuseof

microsimulationforthedesignofweavingsections[J].InHighwayCapacityandLevelofService(U.Brannolte,ed.),Karlsruhe,1991,419—427.

[7]　Gartner

NT,

Stamatiadis.

Integrationof

dynamictrafficassignmentwithreal-timetrafficadaptivecontrolsystem[J].TRR,1998,1644:150—156.

[8]　ForesterJ.Bicycletransportation[J].TheMIT

Press,London,England,1994,87—96.

[9]　AllenDP,etal.Effectofbicyclesoncapacityof

signalizedintersections[J].TRR,1998,1646:

87—95.

[10]　BangKL.Swedishcapacitymanual,Part3:

capacityofsignalizedintersections[J].InTRR667,

TRB,

National

Research

Council,

Washington,DC,1978,11—28.

[11]　LinH,WuB,YangP.Buscapacityunder

mixedtrafficconditions[J].TRR,1993,1372:40—43.

[12]　ShimazakiT,YangD.BicycleuseinurbanareasinChina[J].TRR,1993,1372:26—29.

[13]　景天然.機動車與非機動車交通隔離設(shè)施合理設(shè)

置的研究[J].同濟大學(xué)學(xué)報,1995,23(1):97—101.

[14]　MaoB,XiaoG,XuH.Bicycledevelopment

policyunderthemixedtrafficenvironmentofChina[J].IATSS,1999,23(2):62—67.

[15]　SpecialReport209.HighwayCapacityManual

[M].

TRB,

National

Research

Council,

WashingtonDC,1994.

4　小　　結(jié)

實際路口的情況一般比較復(fù)雜,能力的計算還需要考慮路口的具體條件.例如,自行車起動時刻,自行車搶先占領(lǐng)沖突區(qū)應(yīng)通過一定的概率來刻畫,左轉(zhuǎn)機動車與對向直行車搶占沖突區(qū)也是一個概率事件等.從這一點來看,采用模擬的方法來研究交叉口的復(fù)雜過程是一種比較有效的辦法.我國的運營實踐表明:自行車往往較機動車擁有更多的路權(quán).這種背景下,當自行車流量比較大時,有信號路口的信號周期越短,越有利于非機動車;周期越長,越有利于機動車.這也是目前我國許多路口開始增設(shè)自行車專用信號相位、延長信號周期時間,以增大機動車通行能力的重要理由.不過,隨著信號相位的增多,信號全周期延長,在非高峰條件下的延誤也有所增長,易引起非議.關(guān)于交叉口非機動車與機動車運行的模擬研究將在另文中討論.

參考文獻

[1]　HermanR,Montroll,PottsEWR,RotheryR

W.Trafficdynamics:analysisofstabilityincar-following[J].OperationsResearch,1959,1(7):86—106.

[2]　PipesLA.Anoperationalanalysisoftraffic

dynamics[J].JournalofAppliedPhysics,1953,24(3):274—287.

[3]　GippsPG.Abehavioralcarfollowingmodelfor

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