基于三种非机动车过街方式的交叉口通行效率研究_孙学路.pdf

内蒙古公路与运输HighwaysTransportation in Inner Mongolia2023 年第 3 期Abstract:To find the best way for non-motor vehicles to cross the street at two-phase intersections,this paper studies the percapita delay and lane capacity of intersections with three kinds of non-motor vehicle crossing modes.Based on the delay model andlane capacity model under three non-motor vehicle crossing modes，this paper compares the per capita delay and lane capacity at in-tersections of three non-motor vehicle crossing modes.The optimal non-motor vehicle crossing mode is the one with the minimum de-lay or the maximum lane capacity.In the specific application,based on the investigation flow of two-phase intersections in Nanjing,the non-motor vehicle crossing mode with minimum delay and the non-motor vehicle crossing mode with maximum lane capacity atintersections were calculated in different time periods.The results show that the lane capacity at the intersection is the maximum whenthe lane moves back after the stop,and the non-motor vehicle crossing mode corresponding to the minimum delay at the intersectionshould be determined by the flow of the time period.The paper can provides reference for choosing the proper non-motor vehiclecrossing way at intersections.Key words：traffic and transportation engineering,non-motor vehicle,crossing mode,delay model,traffic capacity model文章编号：1005-0574-（2023）03-0058-05DOI:10.19332/ki.1005-0574.2023.03.013基于三种非机动车过街方式的交叉口通行效率研究孙学路，冯天军，高坦，吴颂超，杨夏玉（吉林建筑大学交通科学与工程学院，吉林长春130118）摘要：为了寻求两相位交叉口最佳的过街方式，文章就交叉口人均延误和交叉口车道通行能力两个方面展开研究，基于三种非机动车过街方式下的延误模型、车道通行能力模型，以人均延误和通行能力为判别指标，对比三种非机动车过街方式的交叉口人均延误和交叉口车道通行能力，取延误最小者或车道通行能力最大者为最优非机动车过街方式。具体应用中，以南京市两相位交叉口的调查流量为基础，计算出不同时段下延误最小的非机动车过街方式和交叉口车道通行能力最大的非机动车过街方式。结果表明：停车线后移方式下的交叉口车道通行能力最大，交叉口延误需要根据时段流量来确定最小延误对应的非机动车过街方式。研究可为选择合适的非机动车交叉口过街方式提供参考借鉴。关键词：交通运输工程；非机动车；过街方式；延误模型；通行能力模型中图分类号：U491文献标识码：A基金项目：吉林省教育厅科学技术研究规划项目（JJKH20210270KJ）作者简介：孙学路（1996-），男，安徽寿县人，在读硕士研究生，研究方向：交通管理及交通规划。1引言随着城市化进程的加快，城市高峰期堵车现象严重，于是非机动车出行成为不少人的优先选择，因此城市非机动车数量逐渐增多。根据中国自行车协会统计，截至2020年底，中国自行车社会保有量近4亿辆、电动自行车近3亿辆，中国自行车年产量约8000多万辆，电动自行车年均产量超3000万辆。因此交叉口的机非冲突越发严重，交叉口通行效率受到影响，非机动车出行的方便程度也有明显的下降1。本文通过研究非机动车的过街方式来改善交叉口通行效率。有学者通过研究机动车延误和非机动车延误，从延误模型2、延误的影响因素3、饱和流率优化4、车辆到达与释放5、交叉口信号配时优化6-8等方面进行分析，能够更精准地计算交叉口延误。有学者通过研究交叉口的通行能力来评估交叉口通行效率。陈晓明等9建立了非机动车影响下的机动车通行能力模型，并基于典型交叉口条件和交通仿真模型比较分析了左转非机动车平均延误，研究表明，在典型两相位控制交叉口，左转非机动车二次过街能够显著提高直行机动车和整个交叉口的通行能力。王殿海等10针对两相位传统的左转车通行能力计算方法中存在的问题，建立了具有部分优先权的可插车间隙理论58总第195期（1）（2）统的左转车通行能力计算方法中存在的问题，建立了具有部分优先权的可插车间隙理论模型。李淑庆11以无信号控制交叉口可插车间隙理论为基础，分析了常见城市道路两相位信号控制交叉口左转车的交通流特性，建立了左转车道通行能力计算模型。杨晓光12按照交叉口规模及自行车过街方式的不同，将交叉口分为两相位交叉口、四相位自行车左转一次过街交叉口、四相位自行车左转二次过街交叉口 3 类，建立了各个流向自行车通行能力的计算模型。虽然分析交叉口通行效率的方式较多，但分析方式都比较单一，很少有人综合从多个角度分析交叉口的通行效率。本文从非机动车的三种过街方式出发，在两相位交叉口的基础上，从延误和通行能力两个角度，分别建立不同过街方式下的延误模型和通行能力模型，对比出不同参考依据下的最佳过街方式，进而可以提升交叉口的通行效率，为城市交通管理提供理论支撑和参考借鉴。2三种过街方式延误模型2.1 传统过街方式延误模型传统过街方式是指在本相位绿灯启亮时，非机动车与机动车共同利用绿灯同时直行、左转。机动车平均延误为2：()212(1)ccdx-=-(1)式中，dc为机动车平均延误，s；c 为交叉口周期时长，s；x 为机动车饱和度；为机动车信号绿信比。非机动车平均延误 db计算原理同式(1)。交叉口人均延误计算公式为2：ccbbicbdqpdqdqpq+=+(2)式中，i为第 i 种过街方式，取 1，2，3。qc为机动车到达率，veh/h，分车道输入；p为机动车平均每车载客数量；db为非机动车平均延误，s；qb为非机动车到达率，bike/h。2.2 机动车停车线后移方式延误模型将非机动车停车线划在机动车进口道之前，机动车停车线后移，设在非机动车待行区之后。当绿灯亮起时，非机动车率先进入交叉口，当待行区非机动车先驶离交叉口待行区后，再释放机动车流。非机动车到达释放曲线如图 1 所示。图 1 停车线后移下非机动车到达与释放非机动车交通平均延误表达式为2：222120.5()0.50.5bbbq OAABBCSABSBCdqc+-=1bSAB BCqc-(3)式中，-db为非机动车平均延误，s/bike；xb为非机动车饱和度；t 为非机动车待行区放完非机动车的时间，s；Wd为非机动车待行区宽度，m；Ld为非机动车待行区长度，m；xc为机动车饱和度；Sc为机动车饱和流量，veh/h，分车道输入；ge为本相位绿灯时间，s；c 为信号周期，s。kbj为非机动车阻塞密度，bike/m2。机动车平均延误表达式为2：2(1/)2(1)cct cdy-+=-(4)式中，t为本相位绿灯初期待行区机动车的通行受待行区非机动影响的损失时间。2.3 二次过街延误模型非机动车在绿灯时直行到交叉口待行区，待下一相位绿灯启亮时再直行通过交叉口。将非机动车一次左转用两次直行代替。左转非机动车平均延误表达式如下2：41(1)2blblqdcS=+(5)式中，-dbl为交叉口释放的左转非机动车总延误；qbl为左转非机动车到达率；S4为非机动车饱和流量，veh/h，分车道输入。3通行能力模型3.1 传统过街方式通行能力模型信号交叉口的通行能力是以饱和流量或饱和流率为基础进行分析的。交叉口进口道通行能力通过对各进口单车道组通行能力加权平均获得。每一个机动车道组通行能力依据其车道功能不同按式（6）和式（7）计算13。ciiiCS=(6)统的左转车通行能力计算方法中存在的问题，建立了具有部分优先权的可插车间隙理论模型。李淑庆11以无信号控制交叉口可插车间隙理论为基础，分析了常见城市道路两相位信号控制交叉口左转车的交通流特性，建立了左转车道通行能力计算模型。杨晓光12按照交叉口规模及自行车过街方式的不同，将交叉口分为两相位交叉口、四相位自行车左转一次过街交叉口、四相位自行车左转二次过街交叉口 3 类，建立了各个流向自行车通行能力的计算模型。虽然分析交叉口通行效率的方式较多，但分析方式都比较单一，很少有人综合从多个角度分析交叉口的通行效率。本文从非机动车的三种过街方式出发，在两相位交叉口的基础上，从延误和通行能力两个角度，分别建立不同过街方式下的延误模型和通行能力模型，对比出不同参考依据下的最佳过街方式，进而可以提升交叉口的通行效率，为城市交通管理提供理论支撑和参考借鉴。2三种过街方式延误模型2.1 传统过街方式延误模型传统过街方式是指在本相位绿灯启亮时，非机动车与机动车共同利用绿灯同时直行、左转。机动车平均延误为2：()212(1)ccdx-=-(1)式中，dc为机动车平均延误，s；c 为交叉口周期时长，s；x 为机动车饱和度；为机动车信号绿信比。非机动车平均延误 db计算原理同式(1)。交叉口人均延误计算公式为2：ccbbicbdqpdqdqpq+=+(2)式中，i为第 i 种过街方式，取 1，2，3。qc为机动车到达率，veh/h，分车道输入；p为机动车平均每车载客数量；db为非机动车平均延误，s；qb为非机动车到达率，bike/h。2.2 机动车停车线后移方式延误模型将非机动车停车线划在机动车进口道之前，机动车停车线后移，设在非机动车待行区之后。当绿灯亮起时，非机动车率先进入交叉口，当待行区非机动车先驶离交叉口待行区后，再释放机动车流。非机动车到达释放曲线如图 1 所示。图 1 停车线后移下非机动车到达与释放非机动车交通平均延误表达式为2：222120.5()0.50.5bbbq OAABBCSABSBCdqc+-=1bSAB BCqc-(3)式中，-db为非机动车平均延误，s/bike；xb为非机动车饱和度；t 为非机动车待行区放完非机动车的时间，s；Wd为非机动车待行区宽度，m；Ld为非机动车待行区长度，m；xc为机动车饱和度；Sc为机动车饱和流量，veh/h，分车道输入；ge为本相位绿灯时间，s；c 为信号周期，s。kbj为非机动车阻塞密度，bike/m2。机动车平均延误表达式为2：2(1/)2(1)cct cdy-+=-(4)式中，t为本相位绿灯初期待行区机动车的通行受待行区非机动影响的损失时间。2.3 二次过街延误模型非机动车在绿灯时直行到交叉口待行区，待下一相位绿灯启亮时再直行通过交叉口。将非机动车一