无信号控制交叉口次要道路通行能力研究

马超群，杨权涛，杨克鹏，武汉慧

（长安大学，陕西西安 710064）



无信号控制交叉口次要道路通行能力研究

马超群，杨权涛，杨克鹏，武汉慧

（长安大学，陕西西安 710064）

摘要：为了更好地计算城市无信号交叉口次要道路的通行能力，对驾驶员通过无信号控制交叉口次要道路时的驾驶行为进行分析，发现部分驾驶员在通过交叉口时等待时间具有随意性；并对现有次要道路通行能力计算公式的使用范围进行分析说明，提出计算无信号控制交叉口次要道路通行能力的改进模型；通过对西安市若干无信号控制交叉口的调查，发现改进后模型的计算结果与实际交通状况较符合。

关键词：城市交通；交叉口；无信号控制；次要道路；通行能力

为缓解交通拥堵，各国纷纷采取TOD模式、按需增供、改善供给等措施。在改善道路交通环境的同时，道路交叉口通行能力的提高对缓解交通拥堵也尤为重要。城市次要道路作为城市的主要基础设施，既可集聚支路的交通量，还具有分散主要道路交通流的作用。中国某些城市考虑到城市主要道路的通达功能，往往采用无信号控制的方式，给予主干道较大的优先通行权，以充分保证主要道路的交通量达到最大，却忽略了次要道路的通行能力。在无信号控制交叉口，往往采取次要道路减速让行或停车让行等控制方法保证交叉口车辆的安全行驶，这种做法无法保证道路使用者的公平性；并且在计算次要道路通行能力时基本没有考虑驾驶员通过交叉口时的驾驶行为，而是将驾驶员的行为看作一种完全遵守交通规则的状态，这种假设与实际状况有一定出入。因此，有必要对现行次要道路通行能力计算模型进行修正。

1　模型分析与优化

目前国内外在计算干路优先通行无信号交叉口的次要道路通行能力时采用可穿越间隙理论，计算公式如下：

式中：Q1为次要道路的通行能力（pcu/h）；Q0为主要道路上的交通量（pcu/h）；q为主要道路上平均车头时距（pcu/s），q=Q0/3 600；t0为临界间隙时间，停车让行取7～9 s，减速让行取6～8 s；t为次要道路上车辆跟驰行驶的车头时距，一般取3～5 s。

式（1）在推导过程中作以下假设：1）主要道路上的车辆优先通过无信号控制交叉口；2）将主干路的双向车流作为一股车流；3）交通流量不大，车辆之间的间隙服从负指数分布；4）驾驶员完全遵守交通规则。

为了研究驾驶员在无信号控制交叉口处的驾驶行为，对西安市部分私家车主进行调查，发现私家车主在交叉口入口处停车等待行为基本分为两类：一类为激进型驾驶行为，该种行为的驾驶员比较冒失，对停车等待比较反感；另一类为保守型驾驶行为，该种行为的驾驶员严格遵从道路交通秩序，愿意在交叉口停留。下面综合各类驾驶员的驾驶特性，对上述计算模型进行修正。

1.1激进型模型

在现实生活中，当主干路交通量较小时，式（1）符合实际道路交通要求。但当主干道路交通量较大，并且双向行车在交叉口处影响次干路穿过时，式（1）则不能很好地满足现实要求。为了更好地计算次要道路的通行能力，作以下假设：1）将主要道路双向行驶的车流看成两股车流，两股车流到达是随机的，且相互独立；2）主要道路上的车辆在实际道路状况下不会在交叉口处超车，而是按照一定规则有序行驶；3）从次要道路驾驶员的心理特征出发，只要主要道路上一个方向的间隙满足可穿越，司机就会穿过一个方向，在道路中央停车，等待另一侧穿越空隙；4）主要道路两个方向的交通流量近似相同，且双向道路由中央分隔带分隔。

考虑上述几个因素，对次要道路通行能力计算模型进行优化，计算公式如下：

式中：Q0为主要道路单方向交通流量（pcu/h）；q为主干路单方向车辆到达率。

建立该计算模型时，考虑到次要道路上驾驶员的心理和生理作用，当主要道路一个方向的来车之间间隔较大且大于t0/2时，驾驶员就会起动汽车。当另一个方向的来车间隔也大于t0/2时，次要道路上车辆就能顺利通过；当另一个方向的来车间隔小于t0/2时，次要道路上的车辆一部分会停放在主要道路的中央。

1.2保守型模型

式（2）只考虑了主要道路对向来车的干扰，未能考虑主要道路本侧来车数的干扰。考虑本侧来车数量时，需对式（2）进行修正，公式如下：

1.3混合型模型

为了保证无信号交叉口总体效益最佳，综合各类驾驶员的驾驶特性，结合式（2）和式（3），修正得到无信号控制交叉口次要道路的通行能力模型：

式中：β为激进型驾驶员所占比例。

2　案例分析

为了验证优化后模型的准确性，以西安市南三环与锦业六路无信号灯控制交叉口为例进行分析。该交叉口连接处主要道路的双向交通量为1 200 pcu/h，车辆到达服从泊松分布；次要道路上车辆可穿越的临界车头时距t0=6 s，车辆跟驰行驶的车头时距t=4 s。按式（1）计算，得次要道路的通行能力为220 pcu/h；按式（2）计算，得次要道路的通行能力为294 pcu/h；按式（3）计算，得次要道路的通行能力为115 pcu/h。通过对西安市驾驶员特性的分析，得出激进型驾驶员数量与保守型驾驶员数量的比值基本为2.3∶7.7。按式（4）计算，得次要道路的通行能力为254 pcu/h（见图1）。

从图1可以看出：激进型模型的计算结果比实际调查结果大，保守型模型的计算结果比实际调查结果小，混合型模型的计算结果与实际调查结果接近，比式（1）的计算结果高。混合型模型能用于无信号控制交叉口次要道路通行能力计算。

图1　车流量对比

3　结语

该文对无信号控制交叉口次要道路车辆穿越主要道路的通行能力进行研究，综合考虑主干路机动车流向和次要道路驾驶员特性等影响因素，提出了一种合理的综合计算方法，案例分析结果表明该方法的计算结果与实际相符，可用于无信号控制交叉口次要道路通行能力计算。但不同类型驾驶员驾驶特性比例的确定等还需继续研究。

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中图分类号：U491.2

文献标志码：A

文章编号：1671-2668（2016）03-0042-02

收稿日期：2016-01-04