谢仲磊

（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海市 200092）

信号交叉口对交织段通行能力的影响

谢仲磊

（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海市 200092）

城市道路间断流与高速公路连续流存在着显著差异，交通运行规律更加复杂。为了综合分析信号交叉口对城市道路交织段通行能力的影响，提出一种基于HCM2000的改进模型。最后，以四平路地道出口的交织段为研究对象，验证模型的科学性和实用性，为工程实践提供理论依据。

交通工程；交织段；改进的HCM2000模型；信号交叉口；通行能力

0 引言

交织段是交通流向变换的集中区域，伴随着大量的交织行为。然而，在城市路网中，由于交叉口间距较小，往往交织段距离上下游信号交叉口较近。交织区与信号交叉口的相互影响容易形成一个瓶颈，影响道路的整体运行效率。

本文研究信号交叉口对交织段通行能力的影响，改进了HCM2000中分析交织段运行特征的模型，使之能够应用于城市道路间断流。该方法便于计算，具有较高的适用性和可操作性，能够指导工程设计。

1 研究综述

HCM2000通过收集大量的实地数据，介绍了关于高速公路交织区交通流特征的分析方法，并给出了相关参数的计算模型及不同条件下通行能力的参考值[1]。文献[2]利用HCM2000中的相关数据建立了双曲线模型，表述交织区通行能力与交织区长度的关系曲线。

文献[3]和文献[4]采用理论解析的方法建立交织区通行能力计算模型，如结合车道变换模型和间隙接受理论推导得出的交织区计算模型。但理论解析的方法计算复杂，实用性不强，难以普遍推广。

文献[5]采用仿真模拟的方法对交织区进行研究，该方法受到计算仿真软件的限制，具有一定的局限性，通常用来进行模型的验证。

综上分析，以往的研究者将研究重点放在高速公路、快速路上的连续流交织，而对于城市道路的间断流的研究成果较少。本次研究将城市道路的交织区作为研究对象，分析信号交叉口对交织段的影响，并提出一种基于HCM2000改进模型的城市道路交织段通行能力的计算方法。

2 信号交叉口对交织段通行能力的影响分析

城市高架（地道）出入口地面联结段是指出入口端部至前方交叉口停车线的一段空间。车辆进入地面联结段后，如前方有交叉口，则需根据不同的方向变换车道与地面车道的车辆发生交织。信号交叉口对交织段通行能力的影响主要体现在以下两个方面：

（1）信号交叉口的交通组织方式，影响交织区的交织类型。

（2）信号交叉口红灯期间可能产生超长排队，减少了上游交织段长度，影响了交织段通行能力。

文献[6]分析了该区域不同的交通组织方式对交通运行的影响，以及各类交通组织方式的适用条件。因此，本文主要研究受信号交叉口排队影响，交织段通行能力的计算方法。

3 城市道路交织段运行状况分析方法

鉴于HCM2000模型在全球的影响力，其交织区分析方法具有较高的参考价值。然而，城市交通运行受交叉口交通信号灯、停车及让路标志的控制，交通流都以间断流的形式运行。城市道路间断流与高速公路连续流存在着显著差异，若直接利用HCM2000模型进行交织段运行状况分析，无法凸显间断流的特性，得到的运行状况指标比实际情况要好。为了使交织段运行状况的各项计算指标更加符合实际情况，本次研究建议以HCM2000模型为基础，采用绿灯小时流量作为城市道路交织段的计算交通量。绿灯小时流量即以一个绿灯时间内通过的交通量为基础，扩大为1 h的交通量。

交织段的车流的速度计算公式如下所示[1]：

式中：Si为平均交织速度（当i=W时）或平均非交织速度（当i=nw时），km/h；Smin为交织区内预期的最小速度，km/h;Smax为交织区内预期的最大速度，km/h；Wi为交织车流（当i=w时）和非交织车流（当i=nw时）的交织强度。

交织强度系数（Ww与Wnw）是度量交织行为对交织与非交织车辆平均速度的影响。该系数可用以下公式计算：

式中：Wi为交织车流（当i=w时）和非交织车流（当i= nw时）的交织强度系数；VR为交织比；v为交织区内总流量（辆小客车/h，取绿灯小时流量）;N为交织区内总车道数；L为交织区长度，m；a、b、c、d为标定的常数，可参考HCM2000取值。

交织区平均速度：

式中：S为交织区内所有车辆的区间平均速度，km/h;vw为交织区内交织流量，pcu/h；vnw为交织区内非交织流量，pcu/h。

4 交织段基本通行能力计算

基本通行能力是指道路和交通处于理想条件下，由技术性能相同的一种标准车以最小的车头时距连续行驶的理想交通流，在单位时间内通过道路断面的最大车辆数[7]。交织段的基本通行能力采用公式（4）计算：

式中：C为可能的通行能力，pcu/h；t0为最小车头时距，s；l0为最小车头间距，m；S为交织区的平均速度。

5 案例分析

本文以四平路-赤峰路交叉口上游的地道出口为研究对象，分析其地道出口联结段的交通运行状况及交织段的通行能力。

四平路地道出口交织区的构型为C型，存在主线右转和地面辅道直行的交织，如图1所示。车流通过交叉口的过程中，排队长度是动态变化的，因此可供车辆进行交织的长度也是动态变化的。本次研究考虑高峰期间的两种极限状况：（1）交叉口直行和右转信号均为绿灯，车辆不受信号灯控制影响保持路段行驶速度，地道右转的车道可以在联结段完成交织（联结段长度为100 m）；（2）交叉口信号灯为红灯末，排队长度接近最大值，车辆的行驶速度降低（20 km/h）。赤峰路-四平路交叉口北进口高峰期间的排队长度约75 m，交织段长度仅仅为25 m。

图1 地道出口联结段构造示意图

经计算，交织区的交通运行状况见表1所示。

表1 交织段运行状况

两种情况下交织区的通行能力见表2。

表2 交织段的通行能力分析 pcu/h

由上表可知，四平路-赤峰路交叉口对上游交织段的影响较大。联接段的长度不够导致红灯期间排队车辆会侵入交织段，交织段通行能力降低，从而影响整个道路的通行效率。分析结果也与现场调查的情况接近。

6 结语

论文在分析国内外交织段通行能力计算原理的基础上，研究信号交叉口对交织区的影响，并对HCM2000模型进行改进，使之能够适用于间断流的交织区特征分析，为城市道路交织区通行能力的计算提供了一种方法，在实际的道路设计、交通设计中具有较好的参考价值。

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

[2]赵靖.考虑上下游影响的信号控制交叉口通行能力研究[D].上海:同济大学,2009.

[3]孟祥燕.高等级道路交织区通行能力研究[D].南京：东南大学, 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]陈小鸿，肖海峰.交织区交通特性的微观仿真研究[J].中国公路学报,2001,14(12):90-93.

[6]杨晓光,狄姗.城市高架路出入口匝道衔接路段交通组织方法研究[J].交通运输工程与信息学报,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

谢仲磊（1986-），男，上海人，工程师，从事道路设计工作。