信号配时设计000.doc

“上海方法”信号配时设计到目前为止，定时信号的配时方法在国际上主要有英国的TRRL法（也称Webster法）、澳大利亚的ARRB法以及美国的HCM法等。在我国有 “停车线法”和“冲突点法”等方法。随着研究的不断深入，定时信号的配时方法也在进一步的改进之中。这里，在综合研究英国、澳大利亚和美国等国家以及我国现有的配时方法的基础上，结合我国城市交通的特点，讨论定时信号配时的基本方法。1.定时信号配时设计流程单个交叉口定时交通信号配时设计，要按照不同的流量时段来划分信号配时的时段，在同一时段内确定相应的配时方案。改建、治理交叉口，具有各流向设计交通量数据时，信号配时设计的流程如图1所示。2.确定信号相位基本方案1）对于新建交叉口，在缺乏交通量数据的情况下，十字交叉口，建议先按表1所列进口车道数与渠化方案选取初步试用方案；T形交叉口，建议先用三相位信号；然后根据通车后实际交通各流向的流量调整渠化及信号相位方案。 2）交通信号相位设定 在设定交通信号相位时，应遵循以下原则： （1）信号相位必须同交叉口进口道车道渠化（即车道功能划分）方案同时设定； （2）信号相位对应于左右转弯交通量及其专用车道的布置，常用基本方案示于图2； （3）有左转专用车道时，根据左转流向设计交通量计算的左转车每周期平均到达3辆时，宜用左转专用相位。（4）同一相位各相关进口道左转车每周期平均到达量相近时，宜用双向左转专用相位，否则宜用单向左转专用相位。 3.确定设计交通量 确定设计交通量时，应按交叉口每天交通量的时变规律，分为早高峰时段、下午高峰时段、晚高峰时段、早、晚低峰时段、中午低峰时段及一般平峰时段等各时段，然后确定相应的设计交通量。 已选定时段的设计交通量，须按该时段内交叉口各进口道不同流向分别确定，其计算公式如下： （1）式中： 配时时段中，进口道m、流向n的设计交通量(pcu/h) ；配时时段中，进口道m、流向n的高峰小时中最高15分钟的流率(pcu/15min)。无最高15分钟流率的实测数据时，可按下式估算： （2）式中： 配时时段中，进口道m、流向n的高峰小时交通量(pcu/h)； 配时时段中，进口道m、流向n的高峰小时系数；主要进口道可取0.75，次要进口道可取0.8。图1 定时信号配时设计程序确定配时时段内各进口道各流向的设计交通量确定各进口道车道渠化方案确定信号相位方案估算各相各类车道的设计饱和流量确定绿间隔时间(I)Y0.9是计算最佳周期时间计算总有效绿灯时间各相有效绿灯时间各相绿信比及显示绿灯时间各显示绿灯时间满足最短绿灯时间画出信号配时图是否否各类车道设计交通量确定信号总损失时间(L)确定各相各类车道设计流量比(y)计算各相最大设计流量比总和(Y)确定多段式信号配时的时段划分计算延误服务水平满足要求是否 新建十字形交叉口建议试用方案 表1进口车道数渠化方案信号相位方案54443422 注： 表示该相位左转车应让直行车先行，即在直行车空档及末尾时允许左转车通行。图2 信号相位常用基本方案 4. 饱和流量饱和流量的定义是：在一次连续的绿灯信号时间内，进口道上一列连续车队能通过进口道停车线的最大流量，单位是pcu绿灯小时。饱和流量随交叉口几何因素、渠化方式、信号配时及各流向交通冲突等情况而异，比较复杂。因此，应尽量采用实测数据，实在无法取得实测数据时，如新建交叉口设计时，才考虑用以下估算方法。交叉口进口道经划分车道并加渠化以后，进口道饱和流量随进口道车道数及渠化方案而异，所以必须分别计算各条进口车道的饱和流量，然后再把各条车道的饱和流量累计成进口道的饱和流量。饱和流量用实测平均基本饱和流量乘以各影响因素校正系数的方法估算。即：进口车道的估算饱和流量： （3）式中： 第i条进口车道基本饱和流量(pcu/h)； 各类进口车道各类校正系数。1）基本饱和流量 各类进口车道各有其专用相位时的基本饱和流量Sbi，可采用表2数值： 各类进口车道的基本饱和流量（pcu/h） 表2车道Sbi直行车道1400-2000平均1650左转车道1300-1800平均1550右转车道1550 注：进口车道宽度：3.0m3.5m。 2）各类车道通用校正系数 (1)车道宽度校正： （4）式中：W 车道宽度（m）。 (2)坡度及大车校正：=1- (G+HV) （5）式中：G 道路纵坡，下坡时取0；HV 大车率，这里，HV不大于0.50。 3）直行车道饱和流量 直行车流受同相位绿灯初期左转自行车的影响时，直行车道设计饱和流量除须作通用校正外，尚须作自行车影响校正，自行车影响校正系数按下式计算： （6）式中：bL绿初左转自行车数（辆周期）。 bL应用实测数据，无实测数据时，可用下式估算： （7）式中：B自行车流量(辆周期)； b自行车左转率； C周期时长（s），先用初始周期时长计算； ge有效绿灯时长（s），无信号配时数据时，按下式粗略确定： （8）式中：j周期内的相位数。直行车道饱和流量： （9）式中： 直行车道基本饱和流量，见表2。 4）左转专用车道饱和流量 （1）有专用相位时： （10）式中： 左转专用车道有专用相位时的基本饱和流量，见表2。 （2）无专用相位时： （11）左转校正系数 ： （12）式中： 对向直行车道数的影响系数，见3。 对向直行车流量( pcu/h) 绿信比，缺信号配时数据时，按下式粗略估算： （13）对向直行车道数的影响系数 表3对向直行车道数12341.00.6250.510.44 5）转专用车道饱和流量 （1）专用相位时： （14）式中： 右转专用车道基本饱和流量，见表2； 转弯半径校正系数，按下式计算： （15）式中：r 转弯半径（m）。 （2）无专用相位时： （16）式中：行人或自行车影响校正系数 （17）行人影响校正系数： （18）式中： 右转绿灯时间中，因过街行人干扰，右转车降低率； 过街行人消耗绿灯时间（s）； 右转相位有效绿灯时间（s）；C 信号周期时长（s）。按上式估算有困难时，建议按表4取。行人影响校正系数 表4周期（S）行人少（20人周期）行人多（20人周期）0.40.50.60.40.50.6600.880.880.870.450.420.40900.870.870.860.400.380.361200.870.860.860.370.360.35自行车影响校正系数fb： （19） 式中：gj周期显示绿灯时长（s）；tT直行自行车绿初驶出停车线所占用的时间（s）。 （20）式中：bTS红灯期到达停在停车线前排队的直行自行车的交通量（辆/周期）；bTD绿灯期到达接在排队自行车队后直接连续驶出停车线的直行自行车的交通量（辆/周期）；STS红灯期到达排队自行车绿初驶出停车线的饱和流量，建议取3600辆/mh。STD绿灯期到达直接驶出停车线自行车的饱和流量，建议取1600辆/mh。Wb自行车道宽度（m）交通量应用实测数据，无实测数据时只得用简化方法估算tT： （21）式中：bT直行自行车每周期平均交通量（辆/周期）。 6)直左合用车道饱和流量 （22）直左合流校正系数： （23） （24） （25） 式中： 合用车道中直行车交通量（pcu/h）； 合用车道中左转车交通量（pcu/h）； 合用车道的直行车当量（pcu/h）； 合用车道中的左转系数。 7)直右合用车道饱和流量 （26）直右合流校正系数： （27） （28） （29） 式中： 合用车道中直行车交通量（pcu/h）； 合用车道中右转车交通量（pcu/h）； 合用车道直行车当量（pcu/h）； 合用车道中的右转系数。 8)直左右合用车道饱和流量 （1）普通相位兼有行人影响取第6）和第7）条计算结果的较小值。 （2）有单向左转相位或单向交通参照第3）条计算。 9)左右合用车道饱和流量(三岔路口) （30） 左右合流校正系数： （31） （32） （33） 式中： 合用车道中左转车交通量（pcu/h）； 合用车道中右转车交通量（pcu/h）； 合用车道的左转车当量（pcu/h）； 合用车道中的右转系数。 10)短车道饱和流量校正 当进口车道实际供排队长度小于要求排队长度时，进口车道属短车道，须作短车道饱和流量校正。 (34)式中： 经各类校正后的饱和流量（pcu/h）； 有效绿灯时长（s）； 排队中一辆小轿车的平均占位长度，一般取6m。 （1）左转专用与右转专用车道短车道校正系数 专用车道本身的校正系数： （35） 专用车道相邻车道的校正系数： （36） （37） 式中： 使用专用车道的车辆比率。 （2）合用车道短车道校正系数 （38） （39） 5. 配时参数计算 1）信号周期时长须选用最佳周期时长，按下式计算： （40） 2）信号总损失时间，按下式计算： （41） 式中： 起动损失时间，应实测，无实测数据时可取3s； 黄灯时长，可定为3s； 绿灯间隔时间（s）； k 一个周期内的绿灯间隔数。 3）绿灯间隔时间，按下式计算： （42）式中： 停车线到冲突点距离（m）车辆在进口道上的行驶车速（m/s）车辆制动时间（s） 当计算绿灯间隔时间I<3s时，配以黄灯时间3s；I>3s时，其中3s配以黄灯，其余时间配以红灯。 4）流量比总和，按下式计算：；（0.9） （43）式中：组成周期的全部信号相位的各个最大流量比值之和。j 一个周期内的相位数第j相的流量比设计交通量（pcu/h）设计饱和流量(pcu/h)计算Y值大于0.9时，须改进进口道设计或/和信号相位方案，重新设计。 5） 总有效绿灯时间：每周期的总有效绿灯时间按下式计算： （44） 6）各相位有效绿灯时间：各相位的有效绿灯时间按下式计算： （45） 7）各相位的绿信比：各相位的绿信比按下式计算： （46） 8）各相位显示绿灯时间：各相位的实际显示绿灯时间按下式计算： （47）式中： lj第j相位起动损失时间。9）最短绿灯时间 （1）最短绿灯时间按下式计算： （48）式中： 行人过街道长度(m)； 行人过街步速，取1.2m/s； 绿灯间隔时间(s)。（2）计算的显示绿灯时间小于相应的最短绿灯时间时，应延长计算周期时长（以满足最短绿灯时间为度），重新计算。10）信号配时图 以上信号配时设计结果，可用信号配时图集中表达，如图3所示：绿灯间隔时间第二相位第一相位东西向南北向周期时长红灯黄灯绿灯黄灯红灯绿灯图3 信号配时图 6.信号交叉口通行能力与饱和度1）一般表达式： 道路交通通行能力表征道路交通设施能够处理交通的能力。其通用定义是：道路交通设施中，在要考察的地点或断面上，单位时间内能够通过的最多交通单元。是交通规划、交通工程设计与交通管理等交通工程有关各领域中必不可少的一个重要指标。 信号交叉口通行能力分别按交叉口各进口道估算，一般以小车当量单位计；信号交叉口一条进口道的通行能力是此进口道上各条进口车道通行能力之和；一条进口车道的通行能力是该车道饱和流量及其所属信号相位绿信比的乘积，即进口道通行能力： （49）式中： 第i条进口车道的通行能力（pcuh）； 第i条进口车道的饱和流量（pcuh）； 第i条进口车道所属信号相位的绿信比； 该信号相位的有效绿灯时间（s）； 信号周期时长（s）。2）直行车道： （50） 3）左转专用车道：（1）有左转专用相位时： （51）（2）无左转专用相位时： （52） 4）右转专用车道：（1）有专用相位时： （53）（2）无专用相位时： （54） 5）直左合用车道： （55） 当左转车每周期平均达2辆时，宜增设左转专用车道；增设左转专用车道有困难时，宜采用单向左转相位。此时，直左合用车道通行能力可按直行车道通行能力计算。 6）直右合用车道： （56） 7）直左右合用车道：（1） 普通相位兼有行人影响时 （57）这种情况只适用于左转车交通量每周期平均不超过1辆。 左转车交通量每周期平均达2辆时，宜增设左转专用车道；增设左转专用车道有困难时，宜采用单向左转专用相位。 （2）有单向左转相位或单向交通 直左右合用车道通行能力可按直行车道通行能力计算。 8）左右合用车道通行能力(三岔交叉口) （58）9）饱和度：各车道饱和度是各车道实际到达交通量与该车道通行能力之比，即： （59）7. 服务水平评估信号交叉口设计与交通信号配时的服务水平，根据计算的平均停车延误确定。用作交叉口服务水平评价的延误是15分钟分析期间的平均每车信号控制延误（简称信控延误）。信号交叉口延误是反映车辆在信号交叉口上受阻、行驶时间损失的评价指标。延误的影响因素众多，涉及交叉口几何设计与信号配时的各个方面，是一个能够综合反映交叉口的几何设计与信号配时优劣的评价指标。 1）延误估算方法延误是一个影响因素十分复杂的指标。理论计算所得结果难于精确符合实际情况。所以应采用现场观测的延误数值作为评价依据，特别是对原有交叉口评价分析或作改善效果的前后对比分析、有条件做现场观测时，须用现场观测数据。对设计交叉口的不同设计方案作比较分析、无法现场观测时，才用估算方法。 延误须对交叉口各进口道分别估算各车道的每车平均信控延误；进口道每车平均延误是进口道中各车道延误之加权平均值；整个交叉口的每车平均延误是各进口道延误之加权平均值。 （1）各车道延误可用下式估算： （60）式中： 各车道每车平均信控延误（s/pcu）； 均匀延误，即车辆均匀到达所产生的延误（s/pcu）； 随机附加延误，即车辆随机到达并引起超饱和周期所产生的附加延误（s/pcu）； 初始排队附加延误，即在延误分析期初停有上一时段留下积余车辆的初始排队使后续车辆经受的附加延误（s/pcu）； 设计交叉口对于设计交叉口，因要满足设计服务水平的要求，不应出现在分析期初留有初始排队的情况，即不应出现有初始排队附加延误，则设计交叉口时各车道延误用下式估算： （61） （62） （63）式中： 周期时长（s）； 所计算车道的绿信比； 所计算车道的饱和度； 所计算车道的通行能力；分析时段的持续时长（h），取0.25h。 单个交叉口信号控制类型校正系数，定时信号取e=0.5；感应信号e随饱和度与绿灯延长时间而变，绿灯延长时间为25秒时建议的平均e值列于表5。 建议e值 表5xe平均值0.50.04-0.230.130.60.13-0.280.200.70.22-0.340.280.80.32-0.390.350.90.41-0.450.431.00.50.5 原有交叉口对原有交叉口作延误评估时，应考虑初始排队的延误，即按公式（60）计算。对于： （64）式中：饱和延误（s/pcu）； （65）不饱和延误（s/pcu）； （66）在T中积余车辆的持续时间（h）。 （67）式中：分析期初始积余车辆（辆），须实测；绿灯期车流到达率校正系数，按下式计算： （68）P绿灯期到达车辆占整周期到达量之比，可实地观测。对于，用前式计算，即 （69）对于，其随前式算得的在T中积余车辆的持续时间而定， （70） （2）各进口道的平均信控延误，按该进口道中各车道延误的加权平均数估算： （71）式中： 进口道的平均信控延误（s/pcu）； 进口道中第车道的平均信控延误（s/pcu）； 进口道中第车道的小时交通量换算为其中高峰15分钟的交通流率（辆/15min）。 （3）整个交叉口的平均信控延误，按该交叉口中各进口道延误的加权数估算： （72）式中： 交叉口每车的平均信控延误（s/pcu）； 进口道的高峰15分钟交通流率（辆/15min）。每车平均信控延误数值与信号交叉口服务水平的对应关系列于表6。按照表6，原则为： （1）以平均停车延误作信号交叉口设计与交通信号配时的服务水平的评价指标。 （2）信号交叉口设计与交通信号配时的服务水平，根据计算的平均停车延误确定。 （3）设计服务水平，新建、改建交叉口宜取B级，治理交叉口宜取C级。 （4）服务水平不合格时，须改变各进口道设计或/和信号相位方案，重新设计。 延误服务水平 表6服务水平每车停车延误（s）A10B1120C2135D3655E5680F80 参考文献上海市工程建设规范·城市道路平面交叉口规划与设计规程（DGJ08-96-2001） 附录 交叉口设计基本参数汇总表附表 1 交叉口设计基本参数调查汇总表项 目单位道路名或进口道进口道进口道进口道进口道道路等级车道数车道设计车速km/h设计车辆车种红线宽度m附表 2 平面交叉口规划与设计基础道路交通资料项目汇总表资料类别摘要交通状况分流向、车种的小时交通量早高峰时段15分高峰交通量，必要时用（23小时，或12小时）交通量，车种分为大型车与其它两类。必要时包括相邻交叉口及附近支路的交通量。非机动车交通量行人交通量交通事故记录交通规划状况交通控制状况道路状况道路网形态地形、地貌道路现状大规模交通产生设施、公共设施分布35附表3 交通信号配时设计计算表 交叉口 初始周期时长 计算周期时长 进口道车道车道数设计交通量qdmn车道渠化方案设计饱和流量Sd流量比yqd/Sd最大流量比流量比总和Y总损失时间L周期时长C总有效绿灯时间Ge有效绿灯时间ge绿信比显示绿灯时间g最短绿灯时间gminQ15或4×Q15每周转弯车数QPHF西左直左直直右右东左直左直直右右北左直左直直右右南左直左直直右右附表4 饱和流量校正系数表交叉口 初始周期时长 计算周期时长 进口道车道车道数车道宽度校正坡度大车校正直行车道自行车校正左转校正右转校正直左校正直右校正左右校正（三叉路）WfWG+HVfgBge或Ge/jbLfbqT或Ge/jCfL转弯校正行人或自行车干扰校正qTqLkLfTLqTqRKRfTRqLqRkRfLRrfrfpb西左直左直直右右东左直左直直右右北左直左直直右右南左直左直直右右附表5 饱和流量与通行能力计算表 交叉口 初始周期时长 计算周期时长 进口道车道车道数基本饱和流量车道宽度校正坡度大车校正自行车校正左转校正右转校正直左校正直右校正左右校正校正饱和流量绿信比通行能力饱和度直左右车道通行能力左右合用车道通行能力转弯校正行人或自行车干扰SbfWfgfbfLfrfpbfTLfTRfLRSdCAPx西左直左直直右右东左直左直直右右北左直左直直右右南左直左直直右右附表6 交通信号配时设计计算表 交叉口 初始周期时长 计算周期时长 进口道车道车道数设计交通量qd车道渠