提高交叉口通行能力的具体方法及实例分析

二 〇 一 五 年 六 月

本科毕业论文

题 目：提高交叉口通行能力的具体方法及实例分析 学生姓名：白 健 学 院：土木工程学院 系 别：道路与交通系 专 业：交通工程 班 级：交通工程11-1班 指导教师：胡兵 讲师

摘要

改革开放以来，我国的国民经济持续增强，国民生产总值和人均收入水平有了很大的提高，交通运输业也得到了空前的发展，但是国家对公路建设的投入却相对滞后，使得道路中车多路少等问题日益严重。因此，如何充分有效的利用优先的资源加快公路建设，如何改善交通管理，挖掘现有交通设施的潜力，以缓解失衡的交通供求关系，是目前各个单位及部门亟需解决的问题。

现代的交通运输主要有：公路、铁路、水运、航空和管道运输五中方式，它们各有优势，相辅相成，组成综合运输体系，在国家经济参与国际市场竞争的今天，公路运输占有越来越重要的作用。它的激动灵活，方便快捷、服务面广，特别适合于中短途，从门到门的运输，因此，道路的在建设和现有的道路通行能力的大小，其运输效率的高低都对国民经济都有很重要的影响。

基于这些因素之下，对于城市道路来说，城市中道路的问题主要集中在城市道路交叉口的拥堵这方面，如何提高道路交叉口的通行能力成为了解决道路拥堵的首要问题。对于道路交叉口的拥堵问题有很多因素，例如：交叉口渠化设计不合理，交叉口信号配时方案不合理，交叉口道路过于狭窄，交叉口行人过街的影响等等原因，使得城市道路通行不流畅，极大的影响了人们的出行时间，降低了人们的出行效率。本论文主要研究的是如何提高交叉口的通行能力及其具体实例，解决交叉口通行能力的方法从这两个方面进行着手：1）交叉口渠化设计、2）交叉口信号配时方案优化。研究对象主要集中在呼和浩特市新城区的润宇家居的交叉口以及公安厅交叉口这两个较为典型的交叉口进行数据调查取证。调查的时间主要集中在下午17:00——18:00这个车辆通行较多的时间段，以此来发现交叉口典型的拥堵问题。

关键词：交叉口通行能力;信号配时;交叉口渠化;交通信号灯

Abstract

Since the reform and opening up, China's national economy continued to improve, GDP and per capita income levels have greatly improved, transportation industry has also been an unprecedented development, but the national investment in highway construction is lagging behind, make less the traffic multiplexing issues is becoming increasingly serious. Therefore, it is the various units and departments need to solve the problem that how to fully effective using resources to priority to accelerate the construction of roads, how to improve the traffic management, and tap the potential of existing transport facilities, in order to ease the imbalance in the relationship between traffic demand and supply.

Modern transportation, mainly include: highway, railway, waterway, air and pipeline transportation of the fifth way. They have their own advantages, complement each other, to form the integrated transport system, in the national economy to international competition in the market today, road transport plays a more and more important role. It excited flexible, convenient, fast, and services in a wide range, especially suitable for short distance, from door to door transportation. Therefore, road in the construction and the existing road traffic capacity size, the level of transportation efficiency are on the national economy have very important influence.

Based on these factors, for the urban road, urban road mainly concentrated in Urban Road intersection congestion and how to improve the traffic capacity of the road intersection becomes the primary problem of road congestion. For road intersection congestion problems there are many factors. For example: intersection channelization design unreasonable, intersection signal timing scheme is reasonable, crossing the road is too narrow, intersection pedestrian impact and other reasons, making urban road traffic is not smooth, greatly affected the people's travel time, reducing the efficiency of people's travel. The main work of this thesis is to study how to improve the traffic capacity of the intersection and its specific examples, to resolve the intersection capacity method from the two aspects to proceed: 1) intersection channelization design, 2) intersection signal timing optimization. The research object mainly concentrated in the new city of Hohhot Run Yu home intersection and public security office intersection these two more typical cross port data investigation and evidence. The time of the

investigation is mainly concentrated in the afternoon 18:00 - 17:00 this vehicle passes more time, in order to find the typical congestion problem of the intersection.

Key words: Intersection Capacity ; Signal Timing ; Intersection Drainage ; Traffic Light

目录

第一章绪论 (1)

1.1研究的背景 (1)

1.2研究的目的 (3)

1.3实际应用价值 (3)

1.4提高交叉口通行能力的方法 (3)

第二章交叉口渠化设计 (4)

2.1交叉口渠化设计的措施 (4)

2.1.1人行横道 (4)

2.1.2车道功能划分 (5)

2.1.3交通岛 (6)

2.1.4导流线 (7)

2.2渠化设计优化的目的 (7)

2.2.1渠化设计的核心目的 (7)

2.2.2渠化优化的目的 (7)

2.3机动车的渠化优化方法 (8)

2.3.1交叉口的内部拓宽渠化 (8)

2.4非机动车的渠化优化 (11)

2.4.1二次过街 (11)

2.4.2停车线前移 (12)

2.5交叉口渠化的流程图 (12)

第三章交叉口信号控制的优化 (14)

3.1传统的信号控制方法 (14)

3.1.1相位的确定 (14)

3.1.2信号配时计算 (15)

3.2相位设计优化 (17)

3.2.1相位信号设计和配时设计的关系 (17)

3.2.2多相位方案的选择优化 (18)

3.2.3相位选择的优化模式 (24)

3.3信号配时方案的优化 (25)

3.3.1选取效用指标 (25)

3.3.2信号周期模式 (26)

3.4相位差协调控制 (27)

3.5计算的流程示意图 (28)

第四章实例分析 (30)

4.1所调查的交叉口现状 (30)

4.1.1交叉口交通量调查数据 (30)

4.1.2交叉口道路几何条件 (31)

4.1.3交叉口交通流向图 (31)

4.2交叉口基本参数的计算 (32)

4.2.1信号周期时长 (32)

4.2.2信号总损失时间 (32)

4.2.3有效绿灯时间 (33)

4.2.4绿信比 (33)

4.3交叉口现状分析 (33)

4.3.1交叉口通行能力的计算 (33)

4.3.2交叉口饱和度计算 (34)

4.3.3交叉口信号配时参数计算 (35)

4.3.4交叉口排队长度的计算 (39)

4.3.5交叉口延误计算 (40)

4.4公安厅交叉口治理措施 (42)

4.4.1交通渠化措施 (42)

第五章结论 (43)

参考文献 (44)

谢辞 (46)

第一章绪论

1.1研究的背景

随着我国的经济迅速发展，城市化进程不断的推进，出现了很多不能与经济增长相同步的问题，其中道路拥堵成为了一个与日俱增的严重问题，于此产生了一系列的问题，例如：交通延误增加、事故频发、环境污染严重、行车时间增加等等，解决交通拥堵问题已经迫在眉睫。对于城市道路而言，交叉口是道路拥堵的症结所在，是车辆转向的聚焦地，交叉口的复杂特性使交叉口成为了一个容易混乱和发生事故的地方，因此，交叉口较低的通行能力成为了城市道路的一个瓶颈地带。总而言是，道路交叉口的交通运行状况影响着整个城市道路的通行能力，解决交叉口的拥堵问题是解决城市道路拥堵问题的关键所在。

对于道路的通行能力，是指在规定的交通条件、道路条件以及人为度量标准下单位时间内通过的最大的交通量。作为道路建设的一箱基础性工作，通过道路通行能力分析与交通量的适应性分析，不仅可以确定道路建设的合理规划模式，为道路网规划，道路工程项目可行性研究，道路设计，道路建设后评估等各方面提供科学的依据，但是，长期以来，由于我国对通行能力的还尚未形成统一的、系统的方法，缺少适合我国国情的参数，模式和通行能力分析体系，我国通行能力的研究一直是一个薄弱的环节。现行的《公路工程技术标准》中所采取的通行能力，基本上沿用了国外的研究成果，不能反映我国巩固交通的实际运行特性，制定一套适合我国国情的道路通行能力指标体系已经刻不容缓。

交叉口是道路的咽喉，车辆和行人都要在交叉口处汇集通过。道路交叉口在人和车比较多的时段下，常会出现交通堵塞的情况，也容易出现交通事故。据统计，超过80%的交通延误都是集中在道路交叉口的位置，交叉口通行能力不足正常道路的一半。目前，城市道路平面交叉口设计理论已经较为成熟，但在实际的设计过程中由于各种因素的影响存在一些不足之处，为缓解城市的交通压力，在平面交叉口的设计中必须要严格的遵守设计原则，按照路口的实际情况采取各种优化措施。

交叉口的延误有两种描述方法，一是主路优先条件下的支路车辆延误，

二是所有进入交叉口车辆的延误。延误是指运行车辆不能以期望的速度运行而产生的时间损失。由于交叉口的存在，使得过往车辆产生延误。按国际通畅的研究方法，在具有明显主路优先条件下的无信号交叉口处，假定主路优先权不受到其他车辆的影响而不产生延误，只计算支路车辆的延误。事实上，由于交叉口的存在，所有的车辆都收到交叉口的影响而产生一定的延误，考虑所有车辆延误与车流量有关，构成了延误分析的基本思想。

对于交叉口的拥堵问题，有以下几种原因：

1）道路中没有专用的公交车专用车道，没有停车港湾，公交车停靠和启动对交通的影响有很大的影响。

2）道路的车道过于狭窄，行人流量过多，没有自行车道，横行车流、人流对行车的影响较大。

3）交叉口信号配时方案不合理，红灯排队时间太长导致的延误较大。

4）右转和左转车辆对直行车辆的影响较大。

5）车辆的性能较差，和发达国家相比，我国的车辆性能普遍比发达国家差很多，车况也不理想。车辆在交叉口启动加速、制动浪费了很多时间，加上非机动车的干扰，使交叉口出现很复杂的情况，影响通行能力。

6）机动车驾驶员的反应时间越长，延误就不可避免。另外，机动车驾驶员是否遵守交通规则，对整个交叉口通行能力有着很大的影响。

因此，调查交叉口的运行情况，找到解决交叉口拥堵问题，合理的设计交叉口信号配时方案，使车辆顺利通畅的通过交叉口，减少车辆在交叉口的停留时间，减少交叉口的冲突点，提高交叉口的通行能力，保证车辆的顺畅通行，以此来提高城市道路的交通通行能力，提高人们的出行效率，缓解道路的拥堵问题，是解决城市交通拥堵的重要治理措施关键所在。

在道路网当中，交叉口是路网的重要组成部分之一。根据交叉口的不同结构以及控制方式，交叉口可分为多种形式。根据交叉口的结构来区别，可以将交叉口分为平面交叉口和立体交叉口。平面交叉口又可以根据形状分为T 型交叉口、Y 型交叉口、十字型交叉口、X 型交叉口、进口拓宽型交叉口以及环型交叉口；立体交叉口分为简单立体交叉口和互通式立体交叉口。平面交叉口与立体交叉口的最主要区别在于相交形式是以道路的标高在同一高程或者在不同的高程。交叉口的控制方式可将分为无信号控制交叉口和有信

号控制交叉口。本论文主要研究的是有信号交叉口。

1.2研究的目的

通过对交叉口通行能力的调查与研究，运用各种方法，找到所调查的呼和浩特市交叉口现行出现的问题，并且针对各个交叉口出现的问题，提出有效的解决方法和方案。以此来提高城市道路、特别是交叉口的交通安全性。

1.3实际应用价值

在实际运用过程中，把交叉口交通安全的设计应用在交通设计当中，为新建的城市道路提供交叉口交通安全设计方案，为城市已有交叉口的交通安全改善提出指导性的建议，确定现有安全设计要素是否应该调整及如何调整，确定现有交通安全管理措施、规则是否应该修正和如何进行修正。从而使交通设计满足真正“安全”的首要基本要求，最终提高城市道路交通系统的安全性。

1.4提高交叉口通行能力的方法

本论文主要通过以下几种方法对交叉口交通问题进行治理和研究：交叉口渠化、交叉口禁止左转、优化交叉口信号配时方案、加宽交叉口道路宽度等等。

第二章交叉口渠化设计

2.1交叉口渠化设计的措施

交叉口渠化设计的措施：主要是1）用标线划分行车道、2）利用人行道规范行人路线、3）用导流设施引导机动车和自行车等、4）交通岛可以作为人群以及自行车等过街的通道等等。

2.1.1人行横道

在交叉口处，一般都会设置人行横道来确保行人和机动车安全的过街，并且还得使其过街的距离最短，这样可以使交叉口的秩序相对合理。人行横道的设计主要包括：1）方向、2）位置、3）停车线、4）宽度。

1）一般情况下，为了提高交叉口时间的利用率，应该使人行横道的距离最短，这样可使行人和非机动车用最短的时间过街，也提高了绿灯时间的效率。但是在这种情况下，不应该为了强制减少人行横道的距离，就是在斜交的路口，虽然垂直的人行横道距离最短，但是这样会使得行人过街的距离增加了不少，使得行人产生烦躁感，对行车和行人的安全不利。有些交叉口因为布设了人行横道，致使交叉口区域的范围太大，使得信号损失的时间持续增长，影响驾车人员通过时的专注度，这种路口应该平行交叉的道路。下图是两种人行横道设置图。

图2-1 Y型交叉口人行横道设置

图2-2 T型交叉口人行横道设置

2）人行横道的位置是指：人行横道离交叉口中心处的距离，影响信号灯的效率的原因就是距离的问题，距离太远会增加交叉口人行横道的距离，使行人和非机动车过街的时间增加，影响交通的秩序，同时交叉口发生交通事故的几率就会变大，距离太近就会使得交叉口较为拥挤，彼此来往的车辆就会相互的影响，导致交叉口容易瘫痪。最适当的距离应该是保障有一个右转的车辆的位置，后退的距离在3—4m之间。

3）人行横道的宽度，和自行车等、行人，行驶过交叉口绿灯时间和车流量有密切的联系，通常情况是，顺延干路的宽度，不应该<5m，顺延支路的宽度，不应该<3m。

2.1.2车道功能划分

使不同种类的车辆在行驶的车道上按照规定行驶，不占用其他道路，不扰乱交通秩序。依据车道的宽度，左、直、右转车辆构成形式的差异，做出不一样的划分。划分原则如下：

1）直行的车辆较多，左转的车也有一定的数量时，可以分别设置：两条直行道、一条左转道，对向的车道为反相对称。

2）左转、直行、右转车辆，其组成非常均匀，并且有一定的数量，此时的措施是：个自设立一条专用车道，对自行车来说，可以设置快车道和慢车道，或者设置分隔墩或者是分隔带配合车辆分流运行。

3）当左转的车多，右转的车较少的时候，可以设置一条左转的车道，右转和直行的车辆共用一条车道，对象的行车道反向对称。

4）左转的车辆较多，而右转车辆较少的时候，此时的措施有：设置右

转车道一条，直行、左转共用一个行车道。

5）左转、右转的车辆，都较少的时候，措施是：左右转与直行车辆，在同样方向的道路中运行。

6）道路宽度过于短小，没有办法画分左转、直行、右转时候，此时设置的措施是：只划分快车道、慢车道。

7）道路中的车道不是很宽的时候，没有条件划分快车道、慢车道的时候，或者是：划分以后，由于车行道的互相协调、利用不利，此时的措施就是：可以不用划分各种车道。

2.1.3交通岛

交通岛在交叉口的作用非常大，其可以保护行人以及自行车等的正常通行，减少了行人和来往的车辆在交叉口的互相干扰，提高车辆与人群在交叉口通行的效率，降低交叉口车----人的交通事故，保障交叉口车辆的通行能力、以及人车财产安全。交叉口的交通岛有两种，一种是物理的而另外一种是特殊区域构成的。

设置交通岛的目的有：”三个提供”a.控制(冲突的角度)、b.分割(交通流的冲突点)、c.减少(多余的路面面积)、d.指示和调节(交通流恰当的利用交叉口)、e.提供优先的服务(为优先转弯的车辆)、f.保护(非机动车以及行人安全)、j.提供安全的等候区域(为交叉口和变向的机动车)、h.提供(安装交通设备用地)。

交通岛，依据设制的地区、功能，可以概括为1）中心岛、2）方向岛、3）分车岛（分隔带）和4）安全岛。

1）分车岛（分隔带），其作用很大，不仅可以使车辆掉头，也可以成为行人过街的安全岛。

2）方向岛，作用是分隔车流，和分车岛不同的是其可以分割行人流和车流，避免交叉口发生交通事故。

3）安全岛，起作用是起到保护行人的作用，并且上述的两个岛屿也可以作为安全岛适用（交叉口面积较大的时候）。

上述的三种安全岛在一定情况下是可以相互充当对方的角色，每个岛屿都可以在一定情况下替代其他的岛屿。

2.1.4导流线

渠化设计的方案应该针对车辆的运行轨迹来设计，确保车辆正常的运行，使车辆各行其道。在交叉口空间区域较大的时候，各个行车道行驶的车辆可以行驶的范围就比较大，此时就会在行车道中产生一定的交通事故或者车辆运行效率就会降低，虽然道路较大，但此时通行效率不高，没有起到很大的作用。因此就要设置车辆导流线来规范每条道路上行驶的车辆，保证行车安全，同时也会限制随意掉头的车辆。

图2-3 交叉口内部导流线示意图

在交叉口处，设置左转导流线是非常重要的一个措施，一般由于行车道过少而增加一条车道，这样做使得道路的中心线在交叉口处偏移，这样就避免了车辆的相互干扰，使交叉口车辆的通行保持畅通无阻。

2.2渠化设计优化的目的

2.2.1渠化设计的核心目的

渠化的核心目的就是：降低交叉口冲突的区域面积，并且，使交叉口的空间资源利用率达到最高，虽然渠化使得车辆的行驶轨迹区域正常，但是这没有使交叉口的空间利用率达到最高。

对于交叉口的渠化，应该尽可能的保障交叉口正常的运转，使车辆通过交叉口顺利又便捷。因此，应该尽可能的降低过度渠化的现象，它会致使通过交叉口的车辆出现严重的交通拥堵问题和车辆运行不流畅的问题。

2.2.2渠化优化的目的

1.为交通量较大道路上的车辆提供了相对较为优越的通行环境。

2.交叉口渠化完后，使交叉口的冲突点尽量少，并且车辆的冲突点不会

在两条线路中交叉。

3.使合流、分流及交叉的车辆在正确的地点进行过度。

4.渠化结束之后，明确道路中车流运行的方向。

5.保障行人的安全。保证非机动车财产。

6.在确保车流方向之后，就能够明显的降低交叉口的发生事故的几率，提高交叉口区域的使用率。

7.为转弯车辆提供更可靠的停车区域，同时也有效的保障了其他路交通流的顺畅运行。

2.3机动车的渠化优化方法

2.3.1交叉口的内部拓宽渠化

有效提高交叉口通行能力的一种措施是加宽交叉口的宽度，这样就可以增设车道数，有效的利用交叉口的空间，一下就是利用这种措施来渠化交叉口的方案

1）左转专用道的设置

左转的车辆设置左转专用车道的一个条件就是来往的车辆基本接近饱和，不能提供更多的行车空间，由于左转通常会导致拥堵，因此，这种情况就必须设置左转专用车道，以下是各种不同的情况：

1.当交叉口拥有非常大面积的中央分隔带的时候，可以为向左行驶的车辆专门开辟一条专用车道来缓解左转带来的不利因素。

图2-4 中央分隔带很大的情况

2.而在交叉口没有较大的中央面积的时候，为了开辟左转专用车道，只能将靠近中央一侧的车道压缩一定的位置。

图2-5 中央分隔带不大的情况

3.如果当交叉口没有中央分隔带的时候，只能开辟更多的区域来为左转的车辆布设专用的左转车道（例如拓宽入口道）。

4.当交叉口都不具备这样的情况的时候，可以让占用交叉口左转的车道提前转向，为左转的车辆提供专用车道，使得原来的直行变左转，提高了交叉口的通行能力。

图2-6 提前转向的情况

（a）为没有设置之前的交叉口

（b）是改善以后的交叉口

2）左转待行区的设置

设置左转待行区域必须要保证这个交叉口拥有左转专用车道。从空间位置上来分析，左转的车辆一般情况下是不影响其他车道车辆的通行，因此左转待行区的车道不与其他车道相交。从时间上来分析，进入左转待行区的从车辆不能影响附近的车辆运行，因此，进入左转待行区的车辆应该和其他车辆的时间错开。

图2-7 左转专用车道图

3）右转车道的设置

在交叉口处，右转的车辆较为随意，没有专门的信号相位来控制，因此交叉口车辆密集的地方，可以设置右转专用车道，避免与直行和非机动车辆交错，提高交叉口车辆转向的效率，以下是右转车道设置的各种情况：

1.在交叉口有可以利用的位置的时候，拓宽考右侧方的位置来增设右转专用车道是一个很好的措施，向右行驶的车辆可以在运行到交叉口以前进入右转专用车道，避免了影响其他路上车辆通行。如图所示

图2-8 增设右转专用道

2.同样，在交叉口处有一定的区域的时候，过多的车辆必须设置右转匝道才可以缓解交叉口的压力，如下图所示

图2-9 右转匝道

2.4非机动车的渠化优化

当交叉口情况比较混乱的时候，例如机动车与自行车等较多切交叉口车流量较为拥堵的时候，一般会使自行车等提前驶入交叉口的措施或者让自行车等左转两次过街的方法。

2.4.1二次过街

二次过街的原理基本就是使左转的行人和自行车，在车辆向前行驶绿灯时进入设置好的左转等候区域，待到左转绿灯亮时行人和非机动车在通过路口，这样就是得行人和非机动车在不影响交通的情况下顺利通畅的进行了左转，所谓二次过街。

图2-10 二次过街

这种方法的优点有一下几种：

1.这种方法比较大众化一点儿，基本每一个路口都具备这样的条件。

2.这样做可以有效的降低车辆之间的相互干扰。

这样的方法最主要的一个原因就是使得直行的车辆和左转的自行车等分割开来，互不影响，各行其道，大大提高了交叉口的车辆通过的效率。

2.4.2停车线前移

停车线前移，顾名思义就是把自行车等的停车线移动到机动车停车线的之前，这样就可以利用自行车等自如的运行特点，来避开绿灯亮时机动车和非机动车之间的相互干扰，这种措施最大的优点就是使混行的机动车和自行车灯车辆分割开，使交叉口不至于拥堵，提高了交叉口的通行能力。

图2-11 停车线前移

2.5交叉口渠化的流程图

图2-12 交叉口渠化流程图

渠化的流程是一个非常复杂的过程，每一个步骤都得需要很多的数据来印证，因此，我们需要统计很多的实际数据。

第三章交叉口信号控制的优化

在交叉口路段，主要的目标就是要提高车辆通过交叉口的效率，信号控制就是一个非常行之有效的方法，不但可以降低车和车与人之间的事故发生率，还可以保障人车道路财产，信号控制的原理就是在时间是把能够产生干扰的车辆分割开来行驶。

3.1传统的信号控制方法

定时信号控制的方式主要包括信号和相位配时的确定。

3.1.1相位的确定

下图就是一般情况下用到的交叉口信号控制的示意图，这种控制方式是以道路中运行的机动车为根据，图中示意的是两相位的形式。

图3-1 传统交叉口交通流向分布示意图

我们有图像可以看出来一些数据，这种类型的交叉口有十二个机动车的流向，自行车的流向个数同机动车的流向个数一样，行人的流向个数是八个，从而交叉口全部流向的个数就具有三十二个。在这样的交叉口当中（即两相位），出现了这样的问题：

一般在这样的交叉口当中，绿灯初期的时候回产生很大的交通拥堵，原