设有待行区的道路交叉口通行能力研究

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3.0 侯斌 2024-11-19 5 4 3.18MB 64 页 15积分

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摘要

城市道路交通拥堵问题、城市道路交通安全问题以及城市交通环境污染等相

关交通问题是现今国内外各大城市不可忽视的社会问题。道路交叉口尤其是平面

交叉口是整个城市道路网系统的关键一环，通过对城市道路平面交叉口的“精耕

细作”，是在城市有限土地资源日益紧缺情况下更为稳妥的处理方式。在城市大型

平面交叉口设置左转或直行待行区能够充分利用道路平面交叉口的空间资源，以

空间换时间，提高道路交叉口的通行能力与通过效率是道路交叉口待行区设置的

初衷。结合前人的研究成果，本文将进一步对交叉口待行区基础理论、设有待行

区的道路交叉口通行能力等相关待行区的问题进行详细研究。

本文综合应用交通工程学、数学建模、计算机交通仿真等研究方法开展待行

区问题的研究，通过对相关基础理论知识的总结分析、典型城市道路交叉口的实

地调查及 VISSIM 软件的微观模拟仿真，重点研究分析了交叉口待行区基础理论、

设有待行区的道路交叉口通行能力问题及直行待行区时空资源集成优化等问题。

主要包含以下几个方面：

1、以直行待行区、左转待行区及综合待行区等三种常见的待行区设置方式为

例，研究了道路交叉口待行区的相关基础理论，主要包括待行区的相关概念解析、

待行区的设置条件、设有待行区的交叉口交通流运行特性以及设有待行区的交叉

口信号配时方案设计等基础理论；

2、结合现有的信号控制交叉口通行能力计算方法以及直行/左转待行区的设置

情况，提出了设有直行/左转待行区的改进的通行能力计算方法；以上海市张杨路-

罗山路交叉口为案例进行 VISSIM 仿真模拟评价，仿真评价结果表明道路交叉口设

置直行/左转待行区后，直行/左转车辆的车均停车时间、平均排队长度及车均延误

时间都有不同程度的下降，但是由于设置待行区后车辆的二次起动-停车过程，不

可避免地增加了直行/左转车辆的车均停车次数。

3、针对直行待行区设置后会增加车辆二次起动-停车而造成的车辆油耗及尾气

排放增加等问题，提出了一种以车辆排队长度最短、直行进口道通行能力最大、

车辆平均停车率最小为目标的交叉口直行待行区时空资源集成多目标优化模型。

通过 VISSIM 仿真对该优化模型进行有效性分析，仿真结果表明通过合理设置直行

待行区长度，并配以直行相位协调控制策略，能够综合提高交叉口直行待行区的

交通运行效益及环境效益。

关键词：城市道路交叉口通行能力左转待行区直行待行区

时空资源优化

ABSTRACT

The traffic congestion, urban road safety and traffic environment pollution are

essential problems in our country. As the bottleneck, farming the intersection to improve

crossing capacity is a more secure way in the city under the scarcity of land resourses.

In recent years, the waiting-area is one of traffic organization and optimization measures

used in many large and medium-sized city domestic. It can not only make full use of the

space of intersection, but also improve the capacity. In other words, that’s the original

intention of setting waiting-area. Combined with previous research results, this paper

will further to a waiting-area intersection capacity study.

According to the summary of relevant theoretical knowledge and the VISSIM

software simulation, the paper integrated application of the traffic engineering and

traffic VISSIM simulation theory, the capacity of signalized intersection with left-turn

waiting area and the optimization on time-space resource of waiting-area for through

vehicles are researched. Mainly including the following aspects:

1. From the three aspects of waiting-area for left-turn and through vehicles and

integrated waiting-area, the waiting-area at intersection was studied theoretically,

mainly including the correlative concepts, the setting condition, the traffic flow

characteristics under the setting of waiting-area and the signal timing plan optimization.

2. Considering the exisiting traffic capacity calculation methods, to propose the

calculation method of capacity for left-turn and through vehicles. The simulation results

turn out that with the setting of through or left-turn waiting-area, the average stop time,

average queue and average control delay all decrease in differernt degree for through or

left-turn vehicles. But as the secondary strat-stop process, the average stops of left-turn

and through vehicles increase inevitable.

3. An integrated multi-objective optimization model on time-space resource of

waiting-area for through vehicles was proposed. Efficiency analysis conducted with

VISSIM simulation software shows that the model can improve traffic operation and

environmental benefit of waiting-area for through vehicles via appropriate length of

waiting-area for through vehicles and coordinated control strategy of through phase.

Key Word: Urban road intersection capacity, Left-turn waiting-area,

Waiting-area for through vehicles, time-space resource

optimization

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论 .............................................................................................................. 1

1.1 研究背景 ........................................................................................................... 1

1.2 研究目的和意义 ............................................................................................... 3

1.3 研究内容和研究方法 ....................................................................................... 3

1.3.1 主要研究内容 ............................................................................................ 3

1.3.2 研究方法 .................................................................................................... 4

1.4 研究技术路线图 ............................................................................................... 5

1.5 本章小结 ........................................................................................................... 6

第二章国内外研究综述 ............................................................................................ 7

2.1 交叉口交通组织优化 ....................................................................................... 7

2.1.1 交叉口交通组织优化概述 ........................................................................ 7

2.1.2 交叉口交通组织优化理念与原则 ............................................................ 7

2.1.3 交叉口交通组织优化设计流程 ................................................................ 9

2.1.4 道路交叉口交通组织优化主要措施 ........................................................ 9

2.2 交叉口通行能力 ............................................................................................. 12

2.2.1 国内外交叉口通行能力计算方法 .......................................................... 12

2.2.2 交叉口通行能力的影响因素 .................................................................. 15

2.3 交叉口待行区设置 ......................................................................................... 15

2.3.1 直行待行区设置 ...................................................................................... 15

2.3.2 左转待行区设置 ...................................................................................... 16

2.3.3 综合待行区设置 ...................................................................................... 17

2.4 本章小结 ......................................................................................................... 17

第三章交叉口待行区基础理论研究 ...................................................................... 18

3.1 交叉口直行待行区基础理论研究 ................................................................. 18

3.1.1 交叉口直行待行区概述 .......................................................................... 18

3.1.2 直行待行区的设置条件研究 .................................................................. 19

3.1.3 直行待行区信号配时方案设计 .............................................................. 21

3.2 交叉口左转待行区基础理论研究 ................................................................. 23

3.2.1 交叉口左转待行区概述 .......................................................................... 23

3.2.2 左转待行区的设置条件研究 .................................................................. 24

3.2.3 左转待行区信号配时方案设计 .............................................................. 25

3.3 交叉口综合待行区基础理论研究 ................................................................. 27

3.3.1 交叉口综合待行区概述 .......................................................................... 27

3.3.2 综合待行区的设置条件研究 .................................................................. 28

3.3.3 综合待行区信号配时方案设计 .............................................................. 29

3.4 本章小结 ......................................................................................................... 31

第四章设有待行区的交叉口通行能力研究 .......................................................... 33

4.1 引言 ................................................................................................................. 33

4.2 设有直行待行区的直行车道通行能力计算方法 ......................................... 33

4.3 设有左转待行区的专左车道通行能力计算方法 ......................................... 33

4.3.1 通行能力计算方法 .................................................................................. 33

4.3.2 延误计算方法 .......................................................................................... 36

4.4 仿真案例 ......................................................................................................... 38

4.4.1 交叉口平面布局 ...................................................................................... 38

4.4.2 信号配时方案与流量数据调查 .............................................................. 39

4.4.3 通行能力比较分析 .................................................................................. 39

4.4.4 仿真结果分析 .......................................................................................... 40

4.5 本章小结 ......................................................................................................... 43

第五章交叉口直行待行区时空资源集成优化模型 .............................................. 44

5.1 引言 ................................................................................................................. 44

5.2 基本假设与思路 ............................................................................................. 44

5.3 模型构建 ......................................................................................................... 46

5.3.1 车辆排队长度 .......................................................................................... 46

5.3.2 直行进口道通行能力 .............................................................................. 47

5.3.3 平均停车率 .............................................................................................. 47

5.3.4 直行待行区时空资源集成多目标优化模型 .......................................... 47

5.4 案例分析 ......................................................................................................... 48

5.4.1 基础交通信息 .......................................................................................... 48

5.4.2 仿真结果分析 .......................................................................................... 49

5.5 本章小结 ......................................................................................................... 51

第六章总结与展望 .................................................................................................. 52

6.1 论文总结 ......................................................................................................... 52

6.2 研究展望 ......................................................................................................... 53

参考文献 .................................................................................................................... 54

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ........................................ 60

致谢 .......................................................................................................................... 61

第一章绪论

研究背景

2011 年，中国的城镇常住人口比例首次超过农村人口比例，意味着中国的城

镇化水平已经迈入了一个全新的历史发展阶段[1]。截至 2014 年底，全国大陆总人

口约为 13.68 亿人，较 2014 年末同比增长 0.52%，其中城镇常住人口约为 7.50 亿

人，占总人口的比重约为 54.77%，农村人口约为 6.18 亿人，占总人口的比重约为

45.23%[2]，由此可见越来越多的农村人口涌入城市，呈现出一种常态化的人口流动

趋势，以人为核心的新型城镇化发展也将面临更大的机遇与更为严峻的挑战。城

市发展必须交通先行，但是随着城市建成区面积越来越大，人口越来越多，经济

水平快速增长，机动车保有量连年快速增加，随之产生的城市道路交通拥堵问题、

城市道路交通安全问题以及城市交通环境污染（尾气排放、噪声、振动等）问题

是当今我国经济社会发展中必须正面面对与克服解决的重大社会经济民生问题。

尤其是工作日早晚高峰时期，各大中城市已经呈现出了常态化交通拥堵趋势，根

据上海市城乡建设和交通发展研究院介绍，2014 年上海市中心城区（S20 外环线

内）高峰时段已由传统的早、晚两个高峰时段向早、午后、晚高峰三个高峰时段

演变[3]。

图1-1 2014 年上海市地面道路工作日拥堵天数分区示意图

上海理工大学硕士学位论文

在整个城市道路系统网络中，道路平面交叉口是极其关键的一环，承担着机

动车交通流、慢行交通流的集散作用，各种交通流在道路交叉口处排队等待、消

散，由于道路交叉口的平面设计或信号配时方案不合理、机非混行、道路供给又

远远无法满足日益快速增长的交通需求等共同作用，道路平面交叉口往往成为城

市道路交通系统的瓶颈，制约着交通的正常稳定运行；高峰出行时期，单点交叉

口的拥堵“以点带线，以线带面”造成路网系统的瘫痪。

图1-2 城市道路交叉口拥堵现场示意图

为了缓解日益严峻的交通问题，特别是道路交通拥堵问题，各地新建道路力

求解决交通拥堵问题，但是一方面城市建设用地面积有限、道路资源紧约束日益

严峻，另一方面道路交通基础设施的建设速度远远无法跟上日益快速增长的各类

交通出行需求，因此仅仅通过新建或改扩建道路无法从源头上解决交通拥堵问题，

必须采取“建管结合、管理为重”的方法，对道路交通基础设施采取“精耕细作”

的方法，采取各种技术措施，对道路交叉口进行交通组织优化，进行交通精细化

管理，减少交叉口冲突，力求提高道路交叉口通行能力，降低机动车辆延误时间，

缓解交通拥堵问题。待行区，包括直行待行区、左转待行区及综合待行区等三种

设置形式，作为一种充分利用交叉口内部及进口道空间资源的交通组织优化方法

应运而生，通过在交叉口设置待行区能在一定程度上提高相应进口车道的通行能

力、降低车辆延误时间。

左转待行区最早出现在国标《道路交通标志和标线（GB5768-1999）》 [4]的引

述中，随后全国各地纷纷开始在道路交叉口设置、试行左转待行区，以期提高道

路交叉口的通行能力。为了缓解日益严峻的交通堵塞难题，2005 年上海首次于闵

行区莲花路沪闵路口试行了直行待行区[5]，试行结果表明，设置直行待行区能够使

该交叉口的通行效率提高了近三成，有力地缓解了交通拥堵；随后，南京[6]、济南

[7]、成都[8]等全国多个城市也如火如荼地在本市拥堵较为严重的交叉口试行推广直

行待行区。2011 年，上海闸北交警支队支队长王登海在闸北区天目中路、乌镇路

路口西侧距离路口原停车线 60 米处施划了一根新的停车线设置了综合待行区[9]，

使原本拥堵不堪的交叉口通行效率大幅度地提高，随后厦门[10]、咸阳[11]等地也开

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摘要：

摘要城市道路交通拥堵问题、城市道路交通安全问题以及城市交通环境污染等相关交通问题是现今国内外各大城市不可忽视的社会问题。道路交叉口尤其是平面交叉口是整个城市道路网系统的关键一环，通过对城市道路平面交叉口的“精耕细作”，是在城市有限土地资源日益紧缺情况下更为稳妥的处理方式。在城市大型平面交叉口设置左转或直行待行区能够充分利用道路平面交叉口的空间资源，以空间换时间，提高道路交叉口的通行能力与通过效率是道路交叉口待行区设置的初衷。结合前人的研究成果，本文将进一步对交叉口待行区基础理论、设有待行区的道路交叉口通行能力等相关待行区的问题进行详细研究。本文综合应用交通工程学、数学建模、计算机交通仿真等研究...

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