交叉口服务水平分析在城市道路设计中的应用

广州市公用事业规划设计院 广州 510230

摘要：在城市道路交通服务体系中，涉及到机动车、行人、非机动车等诸多交通服务对象。而道路交叉口是诸多服务对象的交织点，所以交叉口设计是市政道路设计过程中非常重要的环节。城市道路交叉口因为考虑到行人过街的安全性，一般采用信号控制交叉口形式。在相关设计规范中也规定，根据道路等级的不同，交叉口设计时应或宜进行交叉口服务水平分析。但目前在我国的还没有统一交叉口服务水平的评价方法，设计人员在交叉口设计时很难科学地进行分析研究。本文通从实际应用的角度，探讨城市道路信号控制交叉口服务水平分析方法。

关键词：城市道路；交叉口设计；服务水平分析

1.交叉口服务水平评价的应用

城市道路一般位于城市建成区内，与公路的最大区别是除了具有交通功能外，还要承担行人、非机动车、商业、市政配套设施等功能。在进行城市道路设计时，交叉口是诸多交通流的冲突点，其设计的合理性直接影响到建成后的使用效率。为此，在《城市道路工程设计规范》（CJJ37-2012）中明确规定：主干路的路段和与主干路、次干路相交的平面交叉口，应进行通行能力和服务水平分析。并规定新建道路应按三级服务水平进行设计，信号交叉口服务水平分级见表格1 信号交叉口服务水平表。

表格1 信号交叉口服务水平表

服务水平

指标一级二级三级四级

控制延误（s/veh）<3030～5050～60>60

负荷度<0.606～0.80.8～0.9>0.9

排队长度m<3030～8080～100>100

按照规范要求，信号交叉口服务水平应从控制延误、负荷度、排队长度这三个指标进行分析评价。但规范中未出相应指标的评价方法，在条文说明4.3.1条解释关于其他等级道路通行能力和服务水平的分析、评价，由于目前国内尚未有成熟的研究成果，规范只提出了设计要求，未给出具体的分析方法和内容，可参阅美国《道路通行能力手册》中的相关内容。同时在4.3.3 条说明：信号交叉口服务水平是根据车辆在信号交叉口受阻情况确定的，一般情况下采用控制延误作为服务水平分级标准。控制延误包括由于信号灯引起的停车延误以及车辆停止和起动经历的减、加速延误。根据实际调查内容的不同，也可选择采用交通负荷系数和排队长度进行分级，使用时可根据情况灵活选择合理适用的指标。

这三条指标可单独使用也可综合来评价交叉口服务水平。由于这些指标并没有权威的伦理作为支撑，各自都有很多研究成果。在设计阶段，从适用性以及实用性出发，本论文介绍几种适于设计阶段交叉口服务水平评价方法。

2.交叉口服务水平分析方法

2.1延误控制

信号交叉口的服务水平用平均延误来衡量的，各级服务水平的划分标准是15mins分析时段内每辆车平均延误。延误包括对车道组、引道和整个交叉口的延误水平，用于服务水平分级的延误指的是对整个交叉口而言的平均延误。影响信号交叉口延误的因素相当复杂，与许多变量有关，包括相关车道组的饱和度，引道交通流受协调控制的影响，信号的周期长度、绿信比等。

交叉口的延误从理论上可以根据交叉口每一流向的饱和流率、交通流量和每股车流的绿灯时间分配进行计算。可归纳为两个原因造成：一是交通延误：由交叉口内各种交通流的相互影响引起的延误；一是几何延误：由车辆的转向、加速和减速过程引起。因此，常用的延误公式有两项构成：交通延误d1和几何延误d2。其计算如公式1。

di=d1+d2 公式 1

其中，di—车道组中每辆车平均延误，s/veh；

d1——交通延误，s/veh；

d2——几何延误，s/veh。

（1）交通延误d1

交通延误是假定交通流为稳定的，车辆均匀到达并没有初始排队的情况下车辆经历的平均延误。其计算公式如公式2。

公式2

其中，Tc—信号周期的长度，s；

Tg—信号绿灯的时间，s；

—第i车道组的饱和度。

（2）几何延误d2

通过对独立的平面信号交叉口延误的研究，在考虑我国信号配时、通行能力和车辆到达特性影响的基础上，可以按公式3进行几何延误计算。

当车道组i交通流处于非饱和状态时：

公式3

其中：Qi—车道组i的高峰小时流量，veh/h；

Qs—车道组i的饱和小时流量，veh/h；

当车道组i交通流处于饱和状态时：

公式4

其中：cj—车道组i的通行能力，等于实际饱和流率Qsi和该车道组的绿信比gi/C的乘积，ci=Qsi（Tg/Tc）；

Ta—分析时间段，h，通常取15mins；

γ—

Xi—

（3）引道延误计算方法

引道在此的定义为某方向进入交叉口的全部车道的集合，一个十字交叉的路口通常可分为A、B、C、D四个引道。可按下式计算各引道的延误。

公式5

其中，dA—引道A的平均延误，s/veh；

di—车道组i的平均延误，s/veh；

Qi—车道组i的高峰小时流量，veh/h。

（4）交叉口延误计算方法

可按公式6计算整个交叉口的平均延误。

公式6

其中，d—整个交叉口每辆车的平均延误，s/veh；

dA—引道A的平均延误，s/veh；

QA—引道A的高峰小时流量，veh/h。

（5）交叉口延误控制计算步骤

1）按照公式2计算各引道中所有车道组的交通延误d1；

2）按照公式3计算各车道组的几何延误d2；

3）按照公式1计算各引道中各个车道组的平均延误di；

4）按照式公式5计算各引道的平均延误dA；

5）按照式公式6计算信号交叉口的平均延误d；

6）根据信号交叉口平均延误d，对比表格1中的服务水平分级标准，确定该信号交叉口的服务水平。

2.2负荷度

负荷度又称饱和度，在道路通行能力分析中是非常常见的指标，但交叉口饱和度有别于普通路段，交叉口饱和度可定义为交叉口各机动车进口道的负荷系数加权值，计算如公式7。

公式7

其中：X—整个交叉口的饱和度；

n—交叉口的机动车进口道数量；

qi—第i机动车进口道的饱和度Vi/Ci，其中Vi为第i机动车进口道的交通量，Ci为第i机动车进口道的通行能力。