交通流理论

交通流理论是运用数学、物理学和力学的原理描述交通流特性的一门边缘学科，是研究交通流随时间和空间变化规律的模型和方法体系，其目的是为了阐述交通现象形成的原理。

目前，对交通流理论的定义不尽相同，但归纳各种定义的主要思想，可以给交通流理论这样一个定义：交通流理论是研究在一定环境下交通流随时间和空间变化规律的模型和方法体系。根据上述定义，交通流理论设计的范围非常广泛，其研究内容很难一言以蔽之。参考各种文献资料后，将交通流理论的研究内容分为以下12部分：

（1）交通流特性

主要介绍交通流的几个参数的概念和基本公式及交通调查的几种常用方法和特点。重点研究交通流参数经常用到的两类统计分布，即：离散型分布和连续型分布。

（2）交通流模型

交通流模型主要指速度—流量，速度—密度，流量—密度模型。交通流模型能实现交通流变量之间的转换，即能实现控制变量与交通性能指标之间的转换，从而在交通管理中可用于控制某个变量以使交通性能达到最优的的目的。

（3）驾驶人交通特性

在此驾驶人交通特性主要是指驾驶人对交通流的影响。包括人—车—路系统中驾驶人的驾驶任务，驾驶人的离散交通特性及根据闭环控制原理，研究驾驶传递函数及其应用，驾驶人交通特性在交通流中的应用，驾驶人交通特特性在交通流中的作用，包括坡道加速公式，可叉车间隙和合流，停车视距和交叉口视距以及速度错觉，信息干扰，实时信息等内容。

(4）车辆跟驰理论

交通流车辆跟驰理论是应用动力学方法，将交通流处理为分散的粒子组成，从围观角度探究在无法超车的单一车道上车辆列队行驶时，后车跟随前车的行驶状态，并用数学模式表达而加以分析阐明的一种理论。

（5）排队理论及应用

（6）连续交通流模型

（7）宏观交通流模型

（8）交通影响模型

（9）无信号交叉口理论

（10）信号交叉口理论

（11）交通系统仿真

（12）交通流理论的应用

城市道路信号交叉口作为城市道路网络中通行能力和交通安全的瓶颈，在道路衔接中起着举足轻重的作用，其通行能力的大小很大程度上决定或制约着整个城市路网的通行能力，影响着城市交通网络的运输能力。平面交叉口处反复地分流、合流、交叉，使其交通状况尤其复杂。

日常的交通拥堵大部分都是由于交叉口的通行能力不足造成的，因此信号交叉口成为路网规划、建设、改造和交通治理的重点。提高交叉口的通行能力，减少交叉口延误是城市道路交通追求的目标，也是改善城市道路整体状况的最有效的方法。

我国大多数城市道路信号交叉口采用多相位信号控制，基于我国城市信号交

叉口的交通流现状越来越多的信号交叉口设置了左、右转专用车道，以改善交通拥堵的状况。随着我国城市交通压力日趋增大，信号交叉口的管理方法也有了很大的改进。如需要分析某个城市所有交叉口的运行情况，就不可能每个交叉口都去采集大量的数据进行研究，再给出解决方案，而应先利用某些比较实用的方法分析问题，找到存在问题较大的交叉口，然后具体问题具体分析，用更精确的模型，实地采集更多的数据，从而得到较为理想的解决问题的方案。因此，城市交叉口通行能力的实用分析方法就是希望能以较少的人力、财力和物力投入，快速地得到相对较为全面、准确的城市道路交叉口通行能力，能够大致把握城市道路交叉口的运行情况和质量。

( A)信号交叉口分类

信号交叉口的种类形式各异，不同地点、不同种类的信号交叉口运行情况差异很大。为了能够系统全面地开展对信号交叉口通行能力的研究，针对不同类型的信号交叉口给出通行能力推荐值，需要对信号交叉口进行分类研究。目前，在通行能力研究中对信号交叉口种类的划分没有统一的标准。以下为三种常用的划分方法：1)按照城市道路性质划分——把城市道路分为主干路、次干路、支路，三种主要道路类型两两相交形成不同种类的信号交叉口；2)按照信号控制形式划分——包括两相位、三相位、四相位等交叉口；3)按照交通特性划分。4)按交通组织的形式划分，平面交叉口可分为一般交叉口、渠化交叉口及多相位信号交叉口三类。一般交叉口已难以适应城市交叉口机非混行严重、交通流量大的情况；渠化交叉口通过扩宽路口、对路口进行渠化，配合一定的交通管理条件，能够较为合理地解决各方向交通流的相互干扰和冲突，从而提高交叉口通行能力；多相位信号交叉口通过拓宽入口段的驶入车道、增加入口车道数量、设置交通岛、交通标志和在路面上划标线，可在平面几何构造上对路口进行改良。在交通组织管理上采用多相位交通信号灯控制车辆和行人通行，可实现人车分流引导不同流向的车辆和行人各行其道。

上述各种分类方法在信号交叉口通行能力研究中各有利弊，本次研究通过对锦州市信号交叉口的调查并结合锦州市交通特点采用一种新的分类方法：按照信号交叉口处机动车冲突特性并结合信号交叉口的特点划分为两类：

1)机动车冲突较少的信号交叉口——有左转专用相位信号交叉口；

2)机动车冲突较多的信号交叉口——无左转专用相位信号交叉口。

按照上述方法进行分类是基于以下几点考虑：

从通行能力研究方法方面考虑：通过对国内外文献的阅读，对机动车冲突特性不同的信号交叉口，通行能力研究方法有所差异。美国HCM(饱和流率法)、停车线法适用于机动车冲突较少的信号交叉口；冲突点法适用于机动车冲突较多的信号交叉口。按照冲突特性分类，能够有针对性的对不同类型信号交叉口采用不同的研究方法，有利于对通行能力的研究。

从规划应用的方面考虑：由于目前国内对信号交叉口通行能力研究相对薄弱，没有一套系统完善的方法或指南，规划部门在进行道路规划、评价和信号交叉口设计时没有可靠的方法作为依据。本次研究通过对信号交叉口的调查，从规划应用的角度对信号交叉口进行分类，对应每类信号交叉口给出通行能力计算方法和推荐值，为今后信号交叉口设计及路网规划提供数据支持.

(B)信号控制交叉口服务水平的评价方法

国外关于信号控制交叉口服务水平的研究成果主要有：美国采用控制延误作为信号交叉口服务水平的评价标准；日本规定以车流量与通行能力的比值(v/C)来划

分服务水平等级等。由于国情的不同，美国的延误模型并不完全适用于我国，模型中的一些参数值的设定需要考虑我国交通的自身特性。我国信号交叉口服务水平基本上均处于美国等级划分中的C、D、E三个等级。日本的评价方法主要是出自经济方面的考虑，注重投资效益，并不是从道路使用者的角度出发对道路服务水平进行的评价。这种评价方法不全面也不尽合理，不适用于我国的信号交叉口服务水平评价。

近几年来，国内学者也对相关问题进行了一定的研究，研究成果体现出了综合评价的思想。服务水平的影响因素错综复杂，有的因素可以用数字和公式来描述，而大量的因素都是无法准确度量的。评价指标的作用是对所要评价的对象进行科学、准确、全面和客观的描述时又要求所选取的指标具有实用的价值，便于应用。我们认为在进行指标选取时，应遵循以下原则：使用综合指标、定性与定量相结合、具有可行性、便于计算与分析。目前，国内外常用来评价信号控制交叉口服务水平的指标包括：饱和度、速度比、红灯平均阻车长度、延误、交叉口条件、交通管理水平、安全度、环境条件、乘客及驾驶员在交叉处的感受等。考虑到我国信号控制交叉口的交通运行特征，在本文提出的服务水平等级评价体系中，采用六级（即 I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ六个等级)评价标准，应用了权重的思想，通过加权平均确定某个信号控制交叉口的服务水平等级。选取饱和度、延误、驾驶员和乘客通过交叉口时的满意程度为评价指标。

通行能力和服务水平的概念是交叉口分析的中心内容。对于信号交叉口，通行能力和服务水平是分别加以分析，而不是仅仅简单地彼此相关。评价信号交叉口的总体运行，必须对通行能力和服务水平二者同时充分考虑。

国内交叉口通行能力定义为相关关键车道通行能力之和，是整个交叉口的通行能力。国内提出以实测法给出交叉口的通行能力，即测其饱和车头时距T，由公式3600/T(单位：辆/小时)得出一个车道的通行能力。这种方法精确简单，但是只能在交叉口修建好后，给出此时的通行能力，不具有先期评估与预测未来的能力对于平面交叉口，其服务水平同路段一样也是考察交叉口为用路者提供的服务质量，其服务水平与交叉口的交通控制方式，车辆通过交叉口所需要时间、延误时间、停车时间等都有相当大的关系，衡量交叉口服务水平的具体指标与路段不同。因平面交叉口某个进口的通行能力不能作为交叉口的整体通行能力，只能用各进口的交通流状态指标来衡量各进口引道的服务水平。