城市道路信号交叉口通行能力分析

摘要

城市道路信号交叉口是城市道路的重要节点，它把城市道路相互连接起来构成道路网，其通行能力直接影响城市道路的通达，交叉口的交通流密度过大，将会造成路口的拥挤与堵塞，影响城市道路的正常运行，而提高信号交叉口通行能力、减少交叉口停车与延误是城市道路交通追求的目标，鉴于此，本文以信号交叉口为研究对象，通过典型交叉口的调查，探究其通行能力，并分析信号交叉口的运行状况。

论文共分为五个部分，第一部分概述研究背景、研究意义及国内外通行能力研究概况；第二部分概括信号交叉口分类、服务水平分析、运行分析、通行能力研究方法以及影响信号交叉口通行能力的因素；第三部分以**市某信号交叉口为例，进行交通调查，计算交叉口的通行能力，分析交叉口的运行状况；第四部分针对目前我国城市信号交叉口的总体特性，分析提高信号交叉口通行能力的对策；第五部分总结全文。

关键词：城市道路；信号交叉口；通行能力

Abstract

Signalized intersection is the important component of the urban road. It connects urban road up a road network, and its capacity directly affect the running efficiency of the urban road. Urban road will not work normally if the traffic congestion or jam happened to the signal intersection when the traffic flow desity of the intersection is too large. To improve the traffic capacity and reduce parking and delaying in the intersection are the goals of urban road traffic. For reason above, the signal intersection is studied as a research object, and the traffic capacity of intersection is explored. The running status of the signal intersectionis analyzed in this paper.

This paper is divided into five parts. The first part summarizes the research background, the research significance and the domestic and foreign general capacity; The second part summarizes signal intersection classification, the service level analysis, operation analysis, capacity and influence factors of the Signalized intersection traffic capacity; The third part takes a signal intersection in Jinzhou. As an example, surveys the volume of traffic, calculates the capacity of signal intersection, analysis the status of the intersection; On the basis of the general characteristics of the urban road intersection, a number of countermeasures to improve signal intersection traffic capacity are analyzed in the forth part of paper; The fifth part summarizes the whole reserchers of the paper.

Key words：Urban road；Signal intersection；Capacity

目录

第1章绪论 (1)

1.1 研究背景 (1)

1.2 研究意义 (2)

1.3 国内外研究现状 (3)

1.3.1 国外研究现状 (3)

1.3.2 国内研究现状 (4)

第2章城市道路信号交叉口通行能力分析 (6)

2.1 信号交叉口分类 (6)

2.2 信号交叉口的服务水平分析 (7)

2.2.1 影响信号交叉口服务水平的因素 (7)

2.2.2 信号控制交叉口服务水平的评价方法 (7)

2.2.3 信号交叉口的评价指标 (8)

2.2.4 信号交叉口服务水平标准 (10)

2.3 信号交叉口运行特性分析 (10)

2.4 信号交叉口通行能力研究方法 (11)

2.4.1 停车线法 (12)

2.4.2 冲突点法 (14)

2.4.3 《城市道路设计规范》计算方法 (15)

2.4.4 我国公路通行能力手册方法 (16)

2.4.5 美国HCM运行分析法 (16)

2.4.6 现有方法评价 (18)

2.5 影响信号交叉口通行能力的因素 (19)

第3章锦州市信号交叉口通行能力实例及分析 (20)

3.1 交通调查 (20)

3.1.1 调查对象及要求 (20)

3.1.2 调查内容 (21)

3.1.3 数据采集 (22)

3.2 实例分析 (24)

3.2.1 实例计算 (24)

3.2.2 提高信号交叉口通行能力的改进措施 (28)

第4章提高城市道路信号交叉口通行能力的对策分析 (31)

4.1 我国城市道路信号交叉口总体特性 (31)

4.2 提高信号交叉口通行能力的对策 (32)

4.3提高信号交叉口通行能力的总体原则 (34)

第5章结论 (35)

参考文献 (36)

致谢 (37)

附录 (38)

第1章绪论

1.1研究背景

近年来，我国城市机动车拥有量急剧增长，交通量的日益增加，使城市道路交通状况日趋紧张；同时，道路交通设施不完善、交通结构不合理、混合交通严重等原因，加重了城市道路的交通压力。如今，交通拥堵已经成为备受关注的世界性问题，几乎所有的城市都在不同程度地受这一问题的困扰[1]。

国内外许多研究表明，路段上一般不会发生阻塞和拥挤现象。路段不会因为通行能力不足而产生堵塞，于是交通拥挤现象的症结主要在交通路口，即城市道路信号交叉口。城市道路信号交叉口是城市道路的重要节点，是人、车的主要交汇处，也是冲突点多、秩序混乱、交通事故的多发地带，车辆和行人的交织使该处的交通状况尤其复杂，其复杂性使得越来越多的信号交叉口交通量趋于饱和[2]。大量的事实证明城市道路信号交叉口的拥挤现象严重，资料显示，80%以上的交通延误集中在城市道路信号交叉口，平面交叉口的通行能力不足普通路段的50%，日常交通拥堵大部分是由于平面交叉口的通行能力不足造成的。

通过研究，造成现交通状况的原因有三点：第一，汽车保有量增长迅速。据我国国家统计局资料，1949年底，全国拥有民用汽车仅5万余辆。1978年底，全国民用汽车达到135.84万辆，到2008年底，全国民用汽车达到5099.61万辆。至2009年底，我国汽车保有量已达7619.31万辆，与2008年相比，增加1152.10万辆，增长17.81%。国家统计局发布的2010年国民经济和社会发展统计公报显示，2010年末全国民用汽车保有量达到9086万辆，比上年末增长19.3%，其中私人汽车保有量6539万辆，增长25.3%。第二，城市交通总供给不足。城市交通用地的不足，引发了一系列城市交通问题。例如，由于城市路段过于狭窄或交叉口面积太小，本可以通过拓宽道路或改造交叉口就很容易解决的问题，由于再无多余可利用空间，问题就不能很好的解决。第三，信号交叉口的配时方案不合理。从2000年在全国开展“畅通工程”检查以来，交叉路口的信号配时合理性成为评价城市道路交通管理设施水平越来越重要的指标。信号交叉口的信号相位、绿信比等指标均严重影响信号交叉口的实际通行能力。

通过以上的分析可知，在供给不能增加的情况下，需求仍在激增，造成一系列不可避免的交通问题，这些问题延缓了城市交通的发展，不能很好的满足居民对出行条件的基本要求。应对交通的各个方面进行改进，以顺应我国的发展。

1.2研究意义

城市道路信号交叉口作为城市道路网络中通行能力和交通安全的瓶颈，在道路衔接中起着举足轻重的作用，其通行能力的大小很大程度上决定或制约着整个城市路网的通行能力，影响着城市交通网络的运输能力。平面交叉口处反复地分流、合流、交叉，使其交通状况尤其复杂。

日常的交通拥堵大部分都是由于交叉口的通行能力不足造成的，因此信号交叉口成为路网规划、建设、改造和交通治理的重点。提高交叉口的通行能力，减少交叉口延误是城市道路交通追求的目标，也是改善城市道路整体状况的最有效的方法。

我国大多数城市道路信号交叉口采用多相位信号控制，基于我国城市信号交叉口的交通流现状越来越多的信号交叉口设置了左、右转专用车道，以改善交通拥堵的状况。随着我国城市交通压力日趋增大，信号交叉口的管理方法也有了很大的改进[3]。

论文通过对城市信号交叉口交通量的调查研究，讨论交叉口配时的合理性，分析信号交叉口的通行能力，优化信号交叉口的运行状态，进而达到减少交叉口的行车延误，提高车辆运行速度的目的，这对于缓解城市交通拥堵具有实际研究意义，同时对于改善整个社会的交通状况、城市道路网规划与评价、具体信号交叉口类型选择、交叉口的规划与设计的都具有十分重要的意义。

但是对交叉口通行能力指标的确定，无论是采用实际观测方法还是理论计算方法都存在较大的困难。这首先是由于通行能力指标为一极限值，通常需要多次的观测才能近似确定。此外，道路条件和交通条件的各种组合对道路交叉口设施通行能力的影响严重，以及交通流本身的高度复杂性，各种理论计算模型的描述能力往往都是较为有限的。

国内外有许多交通工程学者都已经从不同的研究角度分析了城市各种类型交叉口的通行能力，也针对各种形式的交叉口提出了相应的通行能力模型，甚至利用计算机模拟来更准确的反映交叉口通行能力。但在针对于城市路网的建设规划与管理规划的实际应用过程中，并不需要十分精确，我们只需对是否存在问题，存在问题严重与否、能否满足预设的服务通行能力水平等情况有大致了解就可以。如需要分析某个城市所有交叉口的运行情况，就不可能每个交叉口都去采集大量的数据进行研究，再给出解决方案，而应先利用某些比较实用的方法分析问题，找到存在问题较大的交叉口，然后具体问题具体分析，用更精确的模型，实地采集更多的数据，从而得到较为理想的解决问题的方案。因此，城市交叉口通行能力的实用分析方法就是希望能以较少的人力、财力和物力投入，快速地得到相对

较为全面、准确的城市道路交叉口通行能力，能够大致把握城市道路交叉口的运行情况和质量。

本论文是关于信号交叉口通行能力的分析。在道路设施、信号控制方法以及交通量数据的基础上，按入口车道类型，信号控制方法分类分别研究各转向车道通行能力，并分析了车道数、非机动车影响等因素与通行能力的关系，为信号交叉口的设置提供了理论依据。本文对城市交叉口通行能力的具体分析，可以正确的确定新建交叉口的合理类型、规模、总体结构；可以改善交叉口信号相位配时方案；可以作为交通管理、交通组织及控制方式确定和方案选择的依据；可以发现城市道路信号交叉口存在的不足之处，针对问题提出改进方案和改善措施。

1.3国内外研究现状

1.3.1国外研究现状

道路通行能力研究始于美国，从20世纪40年代起，尤其是第二次世界大战结束以后，美国为了加强国防和适应战后经济发展的需要，加速建成了全国公路网。在建设中，针对公路的规划、设计、修建养护及营运管理中出现的问题，开始了道路通行能力方面的研究，以求使公路建设在合理、科学、规范的基础上进行。1950年美国交通工程师协会在道路通行能力研究成果基础上，编写出版了《道路通行能力手册》（Highway Capacity Manual）(HCM)第一版，1965年修订出版了第二版，1985年出版了第三版。第三版详细论述了公路与城市道路的通行能力的同时，又分析了高速公路、自行车道、人行道和无信号交叉口等交通设施通行能力的内容。1994年修订了第四版，继第四版问世后，一个名为《HCM2000》的新手册已完成[4]。随着交通运输事业的飞速发展，道路通行能力的标准一致在不断调整，通行能力的指标也在不断提高。

许多国家继美国之后均根据本国实情组织专门研究队伍开展了实地调研，编制出版适合各自国情的通行能力手册。例如英国的TRRL(Transport and Road Lab)方法：英国的TRRL法对信号交叉口车辆延误进行了深入的调查、分析和研究，并由韦伯斯特(Webster)建立了延误模型，提出了信号配时和通行能力计算方法、平均延误时间和最佳信号周期的方法。其方法也是建立在饱和流率模型基础之上的。通过观测和试验，得出不准停放车辆的进口车道的饱和流量与车道宽度(不小于5.5米)成正比，比例系数为525，通过饱和流量与绿信比的乘积得出信号交叉口进口车道上的通行能力[5]。澳大利亚的ARRB(Australia Road Research Board)方法，该方法是由澳大利亚ARRB的Akcelik对韦伯斯特(Webster)延误公式进行了改进后提出的。在韦伯斯特延误公式中，当车道上的交通量趋近于饱和状态时，计算得

到的延误时间会出现较大的偏差，该方法更无法计算超饱和交通状况下的延误。在这种情况下，Akcelik在考虑了超饱和交通情况和停车因素后，提出了计算通行能力、平均延误和最佳信号周期的Traffic Signals：Capacity and Timing Analysis方法。

日本于1982年利用修改《道路工程技术标准》的机会，将研究成果编入日《道路通行能力手册》中，从而使日本道路通行能力的计算标准化，其对信号交叉口通行能力的计算，基本原理与美国相同。日本交通工程研究会编写的《平面路口的规划与设计》在信号管制平面交叉口通行能力的研究一节中，以一个拓宽设置右转专用车道的十字交叉口为例，计算了各进口道的通行能力，其中以右转弯车道的基本饱和流量1800辆／绿灯小时为基础，考虑车道宽度及大型车混入率等修正，但其饱和交通量基本值和修正系数均是根据日本的实测结果确定的，而我国的交通特性与国外显著不同。

目前，国外有许多交通工程学者都已从不同的研究角度分析了城市各种类型交叉口的通行能力，并针对不同类型的交叉口提出了相应的通行能力模型[6]。

纵观世界许多国家道路交叉口通行能力研究过程，大部分都是以美国HCM为基础，结合本国的具体情况，进行有针对性的开发和补充，并在一定领域内进行深入研究，取得相应成果。

1.3.2国内研究现状

根据对比研究发现，中国目前的交通状况类似于美国的四五十年代，汽车数量急剧增加，公路建设处于发展状态。我国现有的通行能力指标研究成果并不能满足现在的交通状况，长期以来由于我国对道路通行能力的研究尚未形成统一的、系统的方法，缺少适合我国国情的参数、模式和通行能力分析体系，我国通行能力的研究一直是一个薄弱环节。《公路工程技术标准》中所采用的通行能力，基本上沿用了国外的一些研究成果，不能反映我国道路交通的实际运行特性。

与国外长时间持续深入的研究相比，我国由于资金和人力所限，对于通行能力的研究起步较晚，也不够系统。在八十年代前期，基本上是引用美国的通行能力手册，然而中国的交通环境、交通组成、管理方式和车辆性能与国外有很大差别，最主要的是混合交通比较普遍。为此，我国自1983年以来，由交通部牵头，连同一些大专院校，先后对通行能力进行了较大规模的研究，如北京、上海、广东、江西等省市的有关交通科研部门分别开展了混合交通双向双车道公路研究工作。但这些研究是地方性的、逐步的，并未纳入统一规划的轨道，未能形成通行能力的核心与框架，难以作为修订标准和规范的技术依据。因此，于1996年，国家计委批准立项“国道主干线十几集成系统开发与研究”项目，成立了“九五”

科技攻关“公路通行能力”课题组，并由交通部公路科研所、交通部规划设计院、东南大学和北京工业大学四家联合河北、河南、北京、新疆、辽宁和广东六省市科研设计单位组成联合攻关课题组进行专题研究。该项目对我国道路通行能力进行全方面系统的研究，形成了符合我国国情的通行能力研究方法和指标体系，取得了出版《公路通行能力》的最终研究成果。吉林省交通科研所联合哈尔滨工业大学交通科学与工程学院开展“高等级公路通行能力与运营管理研究”，并于2001年11月通过专家鉴定，其取得的研究成果已部分应用于交通运营与管理实践中，成效显著。

根据我国的交通情况，各研究机构提出了不少计算信号交叉口通行能力的计算方法，现行的《城市道路设计规范》采纳了两种方法，根据所考察的断面不同，分别称为“停车线法”和“冲突点法”。

第2章城市道路信号交叉口通行能力分析

2.1信号交叉口分类

信号交叉口的种类形式各异，不同地点、不同种类的信号交叉口运行情况差异很大。为了能够系统全面地开展对信号交叉口通行能力的研究，针对不同类型的信号交叉口给出通行能力推荐值，需要对信号交叉口进行分类研究[7]。目前，在通行能力研究中对信号交叉口种类的划分没有统一的标准。以下为三种常用的划分方法：1)按照城市道路性质划分——把城市道路分为主干路、次干路、支路，三种主要道路类型两两相交形成不同种类的信号交叉口；2)按照信号控制形式划分——包括两相位、三相位、四相位等交叉口；3)按照交通特性划分。4)按交通组织的形式划分，平面交叉口可分为一般交叉口、渠化交叉口及多相位信号交叉口三类。一般交叉口已难以适应城市交叉口机非混行严重、交通流量大的情况；渠化交叉口通过扩宽路口、对路口进行渠化，配合一定的交通管理条件，能够较为合理地解决各方向交通流的相互干扰和冲突，从而提高交叉口通行能力；多相位信号交叉口通过拓宽入口段的驶入车道、增加入口车道数量、设置交通岛、交通标志和在路面上划标线，可在平面几何构造上对路口进行改良。在交通组织管理上采用多相位交通信号灯控制车辆和行人通行，可实现人车分流引导不同流向的车辆和行人各行其道。

上述各种分类方法在信号交叉口通行能力研究中各有利弊，本次研究通过对锦州市信号交叉口的调查并结合锦州市交通特点采用一种新的分类方法：按照信号交叉口处机动车冲突特性并结合信号交叉口的特点划分为两类：

1)机动车冲突较少的信号交叉口——有左转专用相位信号交叉口；

2)机动车冲突较多的信号交叉口——无左转专用相位信号交叉口。

按照上述方法进行分类是基于以下几点考虑：

从通行能力研究方法方面考虑：通过对国内外文献的阅读，对机动车冲突特性不同的信号交叉口，通行能力研究方法有所差异。美国HCM(饱和流率法)、停车线法适用于机动车冲突较少的信号交叉口；冲突点法适用于机动车冲突较多的信号交叉口。按照冲突特性分类，能够有针对性的对不同类型信号交叉口采用不同的研究方法，有利于对通行能力的研究[8]。

从规划应用的方面考虑：由于目前国内对信号交叉口通行能力研究相对薄弱，没有一套系统完善的方法或指南，规划部门在进行道路规划、评价和信号交叉口

设计时没有可靠的方法作为依据。本次研究通过对信号交叉口的调查，从规划应用的角度对信号交叉口进行分类，对应每类信号交叉口给出通行能力计算方法和推荐值，为今后信号交叉口设计及路网规划提供数据支持。

2.2信号交叉口的服务水平分析

2.2.1影响信号交叉口服务水平的因素

服务水平是指道路使用者从道路状况、交通条件、道路环境等方面可能得到的服务程度或服务质量，如可以提供的行驶速度、舒适、方便、司机的视野以及经济、安全等方面所能得到的实际效果与服务程度。服务水平的实质是描述交通流内部的运行条件及其对驾驶员与乘客感觉的一种度量标准，对道路服务水平的评价是对道路综合运输能力进行整体评价的主要方面。

影响信号交叉口服务水平的因素错综复杂通常包括运行时间、交通设施、运行状况、安全环境状况等方面的诸多因素。具体包括：车辆在交叉口的等待时间、交叉口信号配时设计、交叉口车道设置、非机动车及行人的交通组织、交叉口交通秩序、交通事故率、环境及噪声、交警指挥水平等。

2.2.2信号控制交叉口服务水平的评价方法

国外关于信号控制交叉口服务水平的研究成果主要有：美国采用控制延误作为信号交叉口服务水平的评价标准；日本规定以车流量与通行能力的比值(v/C)来划分服务水平等级等。由于国情的不同，美国的延误模型并不完全适用于我国，模型中的一些参数值的设定需要考虑我国交通的自身特性。我国信号交叉口服务水平基本上均处于美国等级划分中的C、D、E三个等级[9]。日本的评价方法主要是出自经济方面的考虑，注重投资效益，并不是从道路使用者的角度出发对道路服务水平进行的评价。这种评价方法不全面也不尽合理，不适用于我国的信号交叉口服务水平评价。

近几年来，国内学者也对相关问题进行了一定的研究，研究成果体现出了综合评价的思想。服务水平的影响因素错综复杂，有的因素可以用数字和公式来描述，而大量的因素都是无法准确度量的[10]。评价指标的作用是对所要评价的对象进行科学、准确、全面和客观的描述时又要求所选取的指标具有实用的价值，便于应用。我们认为在进行指标选取时，应遵循以下原则：使用综合指标、定性与定量相结合、具有可行性、便于计算与分析。目前，国内外常用来评价信号控制交叉口服务水平的指标包括：饱和度、速度比、红灯平均阻车长度、延误、交叉口条件、交通管理水平、安全度、环境条件、乘客及驾驶员在交叉处的感受等。

考虑到我国信号控制交叉口的交通运行特征，在本文提出的服务水平等级评价体系中，采用六级（即 I 、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ六个等级)评价标准，应用了权重的思想，通过加权平均确定某个信号控制交叉口的服务水平等级[11]。选取饱和度、延误、驾驶员和乘客通过交叉口时的满意程度为评价指标。

通行能力和服务水平的概念是交叉口分析的中心内容。对于信号交叉口，通行能力和服务水平是分别加以分析，而不是仅仅简单地彼此相关。评价信号交叉口的总体运行，必须对通行能力和服务水平二者同时充分考虑。

国内交叉口通行能力定义为相关关键车道通行能力之和，是整个交叉口的通行能力。国内提出以实测法给出交叉口的通行能力，即测其饱和车头时距T ，由公式3600/T(单位：辆/小时)得出一个车道的通行能力。这种方法精确简单，但是只能在交叉口修建好后，给出此时的通行能力，不具有先期评估与预测未来的能力

[12]

。

对于平面交叉口，其服务水平同路段一样也是考察交叉口为用路者提供的服

务质量，其服务水平与交叉口的交通控制方式，车辆通过交叉口所需要时间、延误时间、停车时间等都有相当大的关系，衡量交叉口服务水平的具体指标与路段不同。因平面交叉口某个进口的通行能力不能作为交叉口的整体通行能力，只能用各进口的交通流状态指标来衡量各进口引道的服务水平。

2.2.3 信号交叉口的评价指标

在一个平面交叉口进行交通信号控制，控制效果如何，以及对交通运行产生了什么样的影响便是其交通效益。具体的评价指标有：通行能力、饱和度、行驶时间、延误、停车次数、停车率、排队长度、燃油消耗、环境污染等[13]。主要有以下几方面： (1)排队长度

一条车道的最大排队长度一般是指该车道在对应相位由红灯变为绿灯时的车辆排队长度。 (2)平均停车次数

平均停车次数是指所有车辆在行驶过程中由于控制信号或前方车辆影响而停车的平均次数。 (3)通行能力

信号控制交叉口的通行能力是在一定的交通、车行道和信号设计条件下，某一进口车道上单位时间内所能通过的最大交通流量。

/e N Sg C S

λ== （2-1） 式中：N ——交叉口某个进口车道的通行能力；

S

——该进口车道的饱和流量；

e g ——有效绿灯时间；

C ——周期时间；

λ——有效绿灯时间与周期时间的比值。

整个交叉口的通行能力为各个进口车道通行能力的总和。 (4)饱和度

某个交叉口进口的车流量与可从该进口通过交叉口的最大流量的比值，即实际到达交通量与通行能力之比，就是该进口的饱和度。

/x q S λ= （2-2） 式中：q ——进道口的车流量；

λ——相应相位有效绿灯时间与周期时间的比值；

S

——进道口的饱和流量。

(5)延误

交通延误是运行车辆不能以期望速度行驶而产生的时间损失。Webster 根据理论研究和数值模拟的方法，最早建立了信号控制交叉口车辆延误的近似模型，并被广泛应用。

总延误为：

12×d d DF d =+ （2-3）

2

10.38(1/)1(/)m i n (X ,1.0)e

e C g C d g C -=

- （2-4）

222173[(1)(1)/']

d X X X mX C =-+-+ （2-5）

式中：1d ——均匀延误（s/辆）；

2d ——附加延误（s/辆）；

DF ——信号联动或控制类型延误修正系数；

X ——车道组矫正流率和通行能力比； 'C ——车道组通行能力；

C ——信号周期时长； e g ——有效绿灯时间；

m ——车辆到达形式和排队长度的附加延误修正量。

各评价指标之间以及它们与控制方案之间都有着密切的联系。比如：通行能力受控制信号周期长度的影响，在一定条件下，周期越长则通行能力越大，但车辆延误、耗油以及随之带来的环境污染都相应增加；当饱和度很小时，说明通行

能力远远大于实际的交通需求，这时就要适当缩短控制信号周期，在满足行车需求的情况下尽可能减少车辆延误等[14]。

2.2.4信号交叉口服务水平标准

信号交叉口服务水平变准用15min分析期间（有时也用5min分析期间）内每辆车的平均停车延误来表示。下表给出了信号交叉口服务水平标准。

表2.1信号交叉口服务水平标准

服务水平每辆车的停车延误（s）

A ≤5.0

B 5.1-15.0

C 15.1-25.0

D 25.1-40

E 40.1-60.0

F ＞60.0

2.3信号交叉口运行特性分析

城市信号交叉口处车辆的运行特性是研究通行能力，建立模型的基础。信号交叉口是城市道路中一种常见的交通设施。在城市道路信号交叉口中，交通参与者较多，交通转向行为集中，控制方案也随之较多[15]。信号灯在时间上周期性地为不同的车道组分配通行权，使各车道组的交通流周期性地停驶。在各周期中，不同流向的交通流具有不同的运行特性。

（1）直行车流运行特性

当信号显示为绿灯时，经过短暂的反应时间后，红灯期间内积累的排队车辆依次起动，鱼贯通过停车线。流率很快地由零增加到一个相对稳定的值(饱和流率)；车头时距达到相对的稳定(饱和车头时距)。此后，车辆以饱和流率通过停车线直至停车线后积存的车辆全部放行完毕，或者虽未放完，但绿灯时间已结束。在红灯刚刚转换为绿灯后，车辆并不是马上就起动越过停车线，而是要有几秒的迟滞，起动后的车辆从起动到其达到期望车速也需要一段时间，在这段时间内，车头时距明显的要比后面排队车辆之间的车头时距大，因此，这段时间没有被充分利用，有运行时间损失，称为起动损失时间。最初几秒，车辆从原来静止的状态逐步加速到正常行驶状态，交通流的流率变化很快；之后，车队速度保持正常

行驶状态，交通流则保持以饱和流率通过停车线。在绿灯结束后的黄灯时间内或者是绿灯闪烁期间，由于部分车辆采取了制动措施，通过交叉口的流量由饱和流率逐渐下降。红灯期间，达到停车线的车辆停车等候绿灯，随后达到的车辆则在车队末尾排队等候[16]。

（2）左转车流运行特性

按照车道功能不同，左转车流可分为左直混行、左转专用和左直右混行车流。其中，左转专用车流除了在交叉口中需要运行更长的距离外，其他运行特性类似于直行车流；不管是左直混行还是左直右混行，这样的车道功能划分都将使左转车流受到同向直行车的干扰。由于共用一条车道，各流向交通流在通过停车线时，其平均车头时距大于只有单一交通流的车道。此时，如果信号相位还为不同流向交通流分配了不同的通行时间，将导致有效通行时间的减少。如在左直混行车道中，左转车流处于红灯，停车线前停驶的左转车其后的直行车也不能通过。按照信号控制条件的不同，左转车流可分为许可型和保护型左转车流[17]。许可型左转车流只能在绿灯期间出现以下情况之一时才能通过：1)对向直行车未到达冲突点之前；2)在冲突点附近等待对向直行车流中出现允许穿越的车头时距；3)信号相位转换间隔。当左转交通需求较大时，个别左转车辆可能会贸然插入对向直行车流。可见，许可型左转车流可能受对向直行车流的干扰；而保护型左转车流，通常配合以专用的左转车道，此时，保护型左转车流的运行特性类似于直行车道。如果左转车流仍然使用共用车道，保护型左转车流也可能受到直行车辆甚至右转车辆的干扰。事实上，基于以上运行特性，信号交叉口的设计中往往将车道功能的划分和信号控制条件进行协调设计，以保证各车道组交通流的高效运行。（3）右转车流运行特性

当右转交通量较小时，通常不控制右转车辆的通行，可以在右转车道上连续通行；如果与其他流向车流共用车道，则可能被直行车辆甚至左转车辆阻挡而不能通过。当右转交通量达到一定程度时，应考虑设置右转专用道和信号相位，给右转车辆分配通行时间和空间，否则它将对其它方向上的车流产生一定的影响。

2.4信号交叉口通行能力研究方法

国外的通行能力计算方法大多是根据本国交通流特点研究出来的，所考虑的方面和所依托的原理大不相同，应用最广泛的是美国的饱和流率模型。根据我国交通流特性、交叉口基础设施、信号设计条件及车行道条件，国内学者提出许多计算信号交叉口通行能力的方法[18]。较为普遍应用的方法主要有五种：冲突点法；停车线法；《城市道路设计规范》中介绍的方法；我国公路通行能力手册方法；美

国HCM 方法。

利用前两种方法，需要得到交叉口车辆运行速度、跟车时距、可穿插间隙等实地观测数据。而对交叉口的观测，以摄像为主，同时在各进出口道辅以交通数据采集仪收集流量、速度等交通流数据。摄像机分别对交叉口中央地带和各进口道进行连续摄像，通过室内录像机回放确定每种车型的流量、流向和延误；室内观测人员用与数据采集仪相连的手提键盘进行数据整理工作，对通过选定观测点的车型特征、通过时间以及进口道上排队车辆数分别进行记录，在进口和出口处分别对车辆进行辨认，从而计算出每种代表车型的延误和通行时间。可见，数据采集比较麻烦，采集仪要求精度高，数据处理人员处理技术要求高，整体费用很大。而美国HCM 手册中通行能力研究方法，只需要交叉口几何线形，交通量和交通条件以及交通信号等必要的数据，数据采集仅靠人工记录的方式即可获得[19]。数据采集过程简单，花费小，数据采集人员技术要求不高，数据处理简单。

2.4.1 停车线法

该方法是北京市政设计院提出的。它以进口道的停车线为控制面，车辆只要通过该断面就被认为通过交叉口。采用停车线法计算信号交叉口通行能力时，需先假定信号周期及其配时。一般情况下，根据交通量的大小，周期长度可以在45秒至120秒之间进行选择，当周期长度未达到上限时，若计算的通行能力不能满足交通量，可延长周期后再进行计算。为避免信号交叉口延误过大，周期长度不可大于180秒。

停车线法中，各车道的通行能力计算公式如下所述。 （一）直行车道的通行能力

3600g s c i t t C T t -=?

损

（2-6）

式中：C S ——一条直行车道通行能力（pcu/h ）；

T C ——信号灯周期(s)；

g

t ——信号每周期内的绿灯时间(s)；

t 损

——一个周期内绿灯的损失时间，包括启动、加速时间，通常在绿灯前的黄灯时间已经做好准备，待绿灯一亮即可开动，故一般只计算加速时间损失。而加速时间损失平均取2.3s ；

v ——直行车辆通过交叉口的平均车速(m/s)，一般采用13km/h ；

i

t ——前后两车辆通过停车线的平均时间 (s)。

其中，直行或右行车辆通过停车线的平均时间i t ，与车辆组成、车辆性能、驾驶员条件有关，设计时可采用本地区的调查数据。

（二）右转车道通行能力

3600

r r C t =

（2-7）

式中：C r ——一条右转车道的通行能力(pcu/h)；

r t ——前后两右转车辆驶过停车线断面的间隔时间(s)。 （三）左转车道通行能力

(1)设左转车道有专用信号时，一条左转专用车道

当进入交叉口的左转弯车辆较多时，为保证交叉口具有较大的通行能力，一般需要设置左转专用信号显示，此时一条左转车道通行能力为：

/23600×l l l c t v a

C T t -=

（2-8）

式中：C l ——一条左转专用车道的通行能力；

T c ——信号灯周期(s)；

l t ——一个信号周期内左转显示的时间(s)；

l v ——左转车辆通过交叉口的行车速度(m/s)；(与直行车的类似，l v /2a

可取同一数值)；

a ——平均启动加速度(m/s)；

0t ——左转车辆连续通过交叉口的平均车头时距(s)(可以进行实际观察测

量)。

(2)不设专用信号时一条左转车道的通行能力

根据我国交通规则，绿灯时允许车辆直行或右转，不妨碍直行车辆行驶的条件下准许车辆左转。黄灯亮时不允许车辆左转、掉头或右转，但已越过停车线的车辆可以继续前进。因此实现左转有三种可能： ①利用初绿时间通过

左转车超前驶过与直行车冲突的地点，其条件为左转车至冲突点处较对向直行车到冲突点处为近，是左转车有可能超前通过该点而不致碰撞，如每周期内利用时间通过1n 辆车，则每小时可通过左转车为1n ×3600/c T 辆。 ②利用对向直行车的可插车间隙通过

在对向直行车交通量不大的情况下，左转车利用其可插间隙通过，其允许通过的车辆数对向直行车可提供的插车间隙数。

'

22s s C C n -=

（2-9）

式中：s C ——一条直行车道一个周期的直行通行能力；

's C ——每个周期实际到达的直行车。 ③利用黄灯时间通过

左转车辆至冲突点前排队等候，待黄灯出现，左转车迅速启动，则每周期可能通过的左转车由下式决定：

30

y t t n t -=

损

（2-10）

式中：t 损——一个周期内绿灯的损失时间，包括启动、加速时间，通常在绿灯前

的黄灯时间已经做好准备，待绿灯一亮即可开动，故一般只计算加

速时间损失。而加速时间损失平均取2．3s ，t 损=/2V a ；

y

t ——一个周期内开放的黄灯时间(s)；

0t ——左转车辆连续通过交叉口的车头时距；

a ——机动车平均起动加速度。 则总共可通过的左转车流量为：

11233600

×(n +n +n )c

C T =

（2-11）

交叉口某一个入口的通行能力，应是左转、右转和直行车道的通行能力之和，它必须大于交通量的需求。整个交叉口的通行能力则为各个入口通行能力的总和。采用停车线法计算信号交叉口的通行能力，需要先假定信号周期及配时。一般情况下，根据交通量的大小，周期长可在45～120s 之间选择，当周期长未达到上限时，若计算的通行能力不能满足交通量，可延长周期后再进行计算。为避免交叉口延误过大，周期长不可大于180s 。

2.4.2 冲突点法

停车线法和中国《城市道路设计规范》推荐方法在分析信号交叉口通行能力时将停车线作为控制面，根据对信号交叉口实际交通运行状态的分析，对信号交叉口通行能力真正起作用的地点为交叉口中的冲突点，而非停车线上。特别是在两相位的信号控制交叉口中。所以我国学者根据对车辆通过信号交叉口实际运行状态的分析，提出了利用冲突点计算信号交叉口通行能力的方法——冲突点法。

该方法以冲突点为控制点，只有通过冲突点的车辆才认为通过了交叉口。该方法是由同济大学提出的，考虑到了混合交通的特点。

虽然“冲突点法”效果很好，但并非完美。以进口道有两条直行车道的情况为例，在冲突点处直行车队除有安全间隙供左转车穿越外，其他时间均以最小安

全车头时距到达冲突点。然而当有直左混行车道时．左转车占据了该车流中直行车的位置．“冲突点法”在计算通过冲突点的直行车通行能力时，对此的处理是直接扣除这部分左转车的实际到达数。但是，这种算法是不符合实际情况的。我们把一条直-混车队看作一个系统．当左转车在分流点从直行车队中分流后，系统原有的平衡被打破，系统中各元素将改变其原有状态．系统能量从高处向低处流动，整条车队向一个新的平衡状态发展，即左转车留下的空位会逐渐被后面的直行车所占据，因此“冲突点法”对此的处理是有失考虑的。另外由于冲突点法的研究对象是冲突点处通过的车辆，则其对行人和自行车交通在停车线处对机动车流的干扰的研究深度尚显不足。

m m

t N m h αβ

--=

+绿 （2-12）

式中：t 绿——绿灯时长；

m ——进口直行车道的条数；

m α——由穿越空挡所致的损失时间； β——有无专用左转车道时的得、失时间； m h ——进口道饱和车头时距。 整个信号交叉口一小时的通行能力为：

360

'c

C N T =

∑ （2-13）

式中：T c ——信号交叉口通行能力；

N ——信号灯周期时长(S)。

2.4.3 《城市道路设计规范》计算方法

《城市道路设计规范》主要针对我国道路的实际情况，介绍了计算信号交叉口设计通行能力的方法。该方法也以进口道的停车线为控制面，先计算某方向进口道的一条直行车道通行能力，然后根据车道类型和转弯车辆比例得出该进口道的通行能力，进而通过累加各个进口道的通行能力得出整个信号交叉口的通行能力。

交叉口的通行能力等于各进口道通行能力之和，而进口道的通行能力等于各车道通行能力之和。具体计算方法如下：

直行车道的设计通行能力：

3600(1)g l

s s

c sri

t t C T t δ-=

+ （2-14）

式中：C s ——一条直行车道的设计通行能力(标准车辆)；

T c ——信号灯周期(s)； g

t ——信号每周期内的绿灯时间(s)；

l t ——绿灯亮后，第一辆车启动、通过停车线的时间(s)；

sri t ——直行或右行车辆通过停车线的平均时间(s)；

s ——折减系数。

2.4.4 我国公路通行能力手册方法

交通部公路科学研究院、北京工业大学等科研院所编制的我国公路通行能力手册覆盖了通行能力的全部研究领域，提供了各种公路设施的通行能力分析方法，为公路规划、设计与管理提供了基本依据。该手册中信号交叉口处的通行能力计算方法与美国HCM 方法相似，分析方法建立在饱和流率模型基础之上。在实际计算中，选用理想的饱和流率，一般取1800veh/小时，然后根据多个修正系数对该值做各种修正。根据绿信比得出每一个车道组通行能力值，进而获得整个信号交叉口的总通行能力。

2.4.5 美国HCM 运行分析法

美国HCM 方法中对信号交叉口通行能力的研究是建立在饱和流率模型基础之上的。饱和流率是假定引道在全绿灯条件下，即绿信比为1.0的情况下，所能通过的最大流量。在实际计算中，选用理想的饱和流率，一般取1900veh/小时，然后根据多个修正系数对该值做各种修正。根据绿信比得出每一个车道组通行能力值，信号交叉口总通行能力通过对各个进口车道组通行能力求和获得。

美国HCM 运行分析法中提到两种通行能力计算的方法，一是通过实地饱和车头时距的测量来推算本地的交叉口通行能力；二是在获得交叉口的几何条件、道路条件以及交通信号条件等数据的前提下，通过给出的各项指标的修正系数的方式，对理想饱和流率进行修正，从而获得具体交叉口的通行能力值。

该方法在计算机动车到的饱和流率是，涉及到了“车道组”这一概念，它将交叉口的各车道根据交叉口的集合形状、几个方向流量的分配将所有车道分成几组。

对信号交叉口进行通行能力计算需进行交叉口的运行分析。运行分析是为了确定每个车道组、进口道及整个交叉口的通行能力和服务水平。由于信号交叉口运行分析的复杂性，信号交叉口通行能力计算包括五种不同的模型。 （1）输入模型

输入计算机需要的所有数据，包括交叉口几何尺寸，交通条件和信号条件。