基于车队理论的无控制平交口通行能力分析及应用研究

基于车队理论的无控制平交口通行能力分析及应用研究

吕纪云

中交第二公路勘察设计研究院有限公司湖北武汉430056

摘要:在主次路车流量相当的无控制交叉口，车队理论相较于传统的间隙理论更能符合其各个方向车辆运行特征，根据延误与车流量的关系曲线，经过修正后的Webste模型可以很好的计算平均延误，相关系数为0.75，通过延误时间便可知道交叉口服务水平，进而可判断其运行状况。实际分析中需要考虑道路、交通以及环境条件对交叉口基准通行能力的折减，包括主次路不平衡修正系数FEQ、大型车干扰修正系数FLA、左转车影响系数FLT、右转车影响系数FRT以及路侧干扰修正系数。

关键词：无控制平交；车队理论；延误；通行能力；运行评价

Abstract：Intheprimaryandsecondaryroadtrafficintersectionisnogap,comparedwiththetraditionaltheoryofteamtheorycanbettermeetthealldirectionofthevehiclerunningcharacteristics,accordingtothecurveofdelayandtrafficflow,throughthemodifiedWebstemodelcancalculategoodaveragedelay,thecorrelationcoefficientis0.75,thedelaytimecanbeknowntheintersectionlevelofservice,whichcanjudgetheoperatingcondition.Consideringtheroad,trafficandenvironmentalconditionsontheintersectionofbenchmarkcapacityreductionneedsanalysis,includingprimaryandsecondaryroadunbalancecorrectioncoefficientFEQ,largecarinterferencecorrectioncoefficientFLA,coefficientFLT,leftturnrightturninfluencecoefficientFRTandroadsideinterferencecorrectioncoefficient.

Keywords：Nocontrollevel;teamtheory;delay;capacity;performanceevaluation

引言

无控制平面交叉口通行能力分析计算方法通常是建立在经典的主次路交通量明显差异的间歇理论基础之上，该理论认为次路车流必须遵循主路车辆优先通行，只能在利用其出现可接受间隙后才能横穿。利用间隙理论模型可以计算出理想状态下交叉口标准汽车一条车道车流的适应交通量，从而推算出不同类型交叉口的基准通行能力[1]。但实际上由于路网的完善，很多低等级小交通量的道路经过改扩建已经提高了技术等级、吸引了更多的交通，导致相交车流按交通量大小很难得出主次之分。因此，对这类交叉口进行通行能力分析和评价，间隙理论的假设条件与实际情况并不相符，盲目套用间隙理论的计算结果，不能正确分析评价无控制平交口的通行能力和交通运行状况，从而无法给出合理的改造建议。

1车辆运行特征

在无控制交叉口各入口车道交通量较大时，车流通过交叉口具有明显的车队特征，即车流以车队的形式交替穿插通过，其运行方式与信号灯交叉口类似。因此，无控交叉口通行能力及延误可采用车队理论和修正后的Webste延误模型进行分析[2]。车队理论认为车辆通过交叉口具有明显车队特征，最直接的表现就是当一队车流（如A车流）通过时，另一队车流（如B车流）需要排队等待，当正在通行的A队车流中出现可接受间隙时，B队车流便依次横穿。

无控制交叉口车流的运动非常复杂，如三路交叉口冲突点可达到9个，四路交叉口冲突点合计达到32个，五路相交更是激增至80个[3]，如图1所示。

图1无控制三、四、五路交叉口冲突点

由于实际交叉口具有多个入口车道以及多种车流的现状，将理论上简单的两车队穿插模型应用在实际交叉口中计算其基准通行能力还需要对车流进行划分并确定其优先等级，最终将不同方向的车流简化成两车队相交的计算模式，应用模型就可得到各方向的通行能力[4]。

2车队理论与延误分析

2.1车队理论

通过车队理论进行无控制交叉口基准通行能力计算时，设A、B两车流分别通过其中某一个车队需要的时间为TA、TB，规定周期时间T=TA+TB，并且满足在一路车流通行期间内，另一路上必须有一辆以上的车辆到达并等候出现间隙可以通过。通过交叉口的车队，先通过部分受延误的车辆以饱和流率通过，随之通过部分为不受延误的车辆以随机非饱和流通过[5]。

若NA、NB为A、B车流中一个车队的期望值，包括饱和流、随机流两种特性，则交叉口总的通行能力为：

(公式1)

基于车队理论计算出理想状态下各类交叉口基准通行能力如表1所示，通过计算机模拟计算进行验证时，理论计算值与数值模拟结果稍有不同，但二者相差不大，可用于工程应用。

表1不同类型交叉口的基准通行能力（单位：pcu/h）

2.2延误分析

根据车辆运行特点，交叉口的服务水平可用延误来表征[6]。随着车流量的增大，延误的增长会急速增长，并呈现非线性增长趋势。因此，根据延误与车流量的关系曲线可以推算交叉口的车流量以及通行能力，并利用延误确定交叉口的服务水平，从而可以对交叉口运行状况进行评价。经过修正后的Webste模型，延误与实际通行能力关系可用相关系数为0.75的指数公式表示。

当v/c＜0.75时，延误d可由公式2表示:

(公式2)

当v/c≥0.75时，延误d可由公式3表示:

(公式3)

3实际交叉口影响因素分析

在评价交叉口运行效率时，需要在对基准通行能力进行道路、交通以及环境方面影响因素的修正。

交叉口汇集和疏导各个方向的交通流，实际通行能力受主、次路交通量、车辆的转向以及车辆类型有密切的关系，这些运行特征反映了交叉口自行组织交通的本质能力，另外附近的环境条件，居民对交通的干扰也制约着交叉口的通行。因此，计算交叉口实际通行能力时，需要考虑主次路交通流量不平衡带来的影响，大型车辆由于体积大、车速慢的影响，左右转向的影响以及路侧干扰，如行人、非机动车等的影响，对交叉口理想状态下计算的基准通行能力进行折减[7]。

4工程应用与评价

选取一处国道与省道相交的典型十字型交叉口，相交道路同为双向四车道，交叉口处设置有导流岛和波形护栏等安全设施，附近有村庄，村民借助摩托车出行较多，经过高峰小时调查统计，主次路各个方向的交通流及车型情况如表2所示。评价该交叉口交通运行状况及建议。

表2交叉口交通调查（单位：veh/h）

（1）资料分析可知交叉口类型属于422型，车队法计算其基准通行能力为2600pcu/h。

（2）通过交通量调查数据，按不同车型的折算系数计算得到各类标准小客车交通量如表3所示：

表3交叉口交通折算（单位：pcu/h）

根据上表计算主次路交通量比为1.06，大型车比率为0.68，左转车比率为0.27，右转车比率为0.29。故可得到主次路不平衡修正系数FEQ为0.98，大型车干扰修正系数FLA为1.14，左转车影响系数FLT为0.89，右转车影响系数FRT为1.03，考虑到交叉口周边有村庄和居民以及一些慢行交通，路侧干扰修正系数定为0.9。

（3）根据交叉口实际道路、交通、环境情况，按公式4计算实际通行能力和饱和度v/c。

(公式4)

（4）由饱和度与延误的指数关系式（公式3）可确定延误时间d，最后查表可知该交叉口的服务水平。计算结果如表4所示。

表4延误计算及服务水平判断

因此可判定交通运行状况基本正常，但仍有较明显的延误，建议通过增设信号灯控制组织交通，提高通行能力并保障行车安全。

5结语

本文在研究交叉口车辆运行特征的基础上详细推导和总结了基于车队理论的无控制四路平交口理想状态下基准通行能力的计算，明确了交叉口交通量与延误的关系，并通过修正后的Webste模型导出了延误计算公式，最后以实际案例对交叉口对交通运行状况进行评价。

参考文献：

[1]中华人民共和国交通行业标准．JTGB01—2015,公路工程技术标准[S]．

[2]中华人民共和国交通行业标准．JTGD20—2006,公路路线设计规范[S]

[3]陈宽民，严宝杰．道路通行能力分析[M]．第二版.北京：人民交通出版社，2013．

[4]陆健，张国强，项乔君，等．公路平面交叉口安全设计理论与方法[M]．北京：科学出版社，2009．

[5]李杰，熊烈强，彭少民．混合交通流的动力学模型及其特征关系[J]．华中科技大学学报：自然科学版，2005，33(4)：83—85．

[6]李家杰，郑义．影响城市道路通行能力因素分析[J]．城市道桥与防洪，2006，3（3）：19—21．

[7]张敏江，刘欣，董是．交通事故对城市道路通行能力影响分析[J]．公路．2014，59（10）：194—197．