信号交叉口延误调查与模型分析

信号交叉口延误调查与模型分析

摘要

车辆在信号交叉口的延误是评价交叉口服务水平和车辆通行效率的一个重要指标，研究信号交叉口延误分析模型将非常有意义。本文着重对信号交叉口延误模型进行比较分析，分析模型主要分为Webster信号交叉口延误计算模型、美国HCM延误模型以及VISSIM仿真模型，通过比较分析，表明VISSIM软件在信控交叉口延误计算分析中具有较好的精准性和有效性,可以作为交叉口延误分析评价的有效方法之一。经过延误调查方法比较分析，建立与城市交叉口延误相符合的延误分析模型，为城市信号交叉口和道路系统的分析评价提供理论依据。

关键词：信号交叉口；延误；HCM延误模型；VISSIM仿真模型。

Abstract

Delays at signalized intersections vehicle is an important index for the intersection of service and vehicle traffic efficiency,so Signal Intersection Delay Analysis Model will be very meaningful.This article focuses on the intersection of signal delay model comparative analysis, analysis model is divided into Webster signalized intersection delay model, the United States HCM delay model and simulation model VISSIM。Through comparative analysis, it showed VISSIM software has better accuracy and effectiveness of control in the letter intersection delay calculation and analysis can be used as an effective method of analysis and evaluation of intersection delays.After delays comparative analysis survey methods, establish and urban intersection delay model consistent delay, provide a theoretical basis for the analysis and evaluation of urban signalized intersection and the road system.

引言

信号交叉口是我国城市道路主要的交叉口形式，信号交叉口的延误计算是交通流理论研究的重要内容，是评价交叉口服务水平的重要指标。信号交叉口延误是由于交叉口处信号控制引起交通流间断而损失的车辆行驶时间，包括排队延误、停车延误、控制延误、引道延误等。用于评价信号交叉口服务水平的延误只要是平均停车延误和平均控制延误。关于信号交叉口延误分析模型国内研究较少，目前国内研究过程中主要是直接应用国外的模型，由于我国城市交通与国外城市交通，在交通条件、交通方式及交通组织等方面都有很大区别，根据国外交通流的情况建立的信号交叉口延误分析模型是否符合我国城市信号交叉口交通流运行状况，还需进一步研究。本文结合Webster延误模型、HCM2000（美国道

路通行能力手册）分析信号交叉口延误计算模型，在此基础上对各种模型进行总结和比较，在城市道路规划预测与评估、交叉口交通组织设计方案和信号配时设计方案的基础上，建立合理的交叉口延误分析模型。

1信号交叉口延误分析模型

信号交叉口的延误分析是个相当复杂的问题，它与信号周期、配时、交通量及随机因素等有关。为了全面评价信号交叉口的运行效率，1997年美国的通行能力手册引入了控制延误。控制延误是停车延误和加减速延误引起的损失时间之和。一般而言，控制延误往往易于用数学模型来描述，而停车延误则易于观测和度量。

1.1 Webster 信号交叉口延误计算模型

Webster 信号交叉延误计算模型是F V Webster 于1958年提出，国际上经典的交通工程著作和日本出版的《交通工程学》都引用推荐了该公式。

Webster 交叉口进口车道延误的计算公式为：

)52(31222)(65.0X)-q(121(2)1(d λλλ+-+--=X q

c X X c ） （1） 其中，

d ：每辆车的平均延误；

C ：信号周期时长；

λ：绿信比，即有效绿灯时间与信号周期时长的比率；

q ：标准化交通量（pcu/h)；

s ：饱和流量（pcu/h)；

X ：饱和度，即观测最大流量与信号交叉口进口道的通行能力之比s

q λ。 式(1)中第一项是均匀车辆到达率所产生的延误；第二项是车辆到达随机性所产生的延误；第三项是由模拟法求出的补偿项，其参数是由英国道路试验室研究模拟出来的，因此，当应用于其他城市时，还需重新标定系数，且该公式仅适用于饱和度X <1时。

1.2美国HCM 延误模型

《美国通行能力手册》是一部在交通领域具有深远影响的专著，它一直根据美国交通研究协会（TRB ）最新研究成果在修订。其中对中国影响最深的是1985年版的通行能力手册。本文主要分析 1985年版和2000年版的计算信号交叉口延误的HCM 模型。

1.2.1 1985年版HCM 延误模型

1985年版通行能力手册交叉口进口车道延误的计算公式为：

]16)1()1[(1731)1(38.0d 222

s X X X X X

c +-+-+--=λλ （2） 其中，第一项是均匀车辆到达率所产生的延误；第二项是随机到达或超饱和流所产生的延误。

该式主要适用于饱和度2.1≤X 时。但该模型仍存在模型计算的延误值不渐进于确定的超饱和延误模型，且随着饱和度的增加，模型计算所得的延误增长过快的缺点。

1.2.2 2000年版HCM 延误模型

2000年版HCM 延误模型在1985年版的模型基础上，做了很大的修订。第一，考虑调查初始时交叉口就存在车辆排队对延误的影响，所以该模型是由3部分组成，第一项是标准延误项，第二项是随机到达或超饱和流所产生的延误项，第三项是存在初始排队而增加的延误项；第二，对于1985年版HCM 模型中式

（1）的第二项存在的上述缺陷，进行了修正。2000年版HCM 延误模型是美国权威的交通研究协会在总结以前模型的缺陷的基础上提出的，模型更科学，更合理。2000年版通行能力手册交叉口进口车道延误的计算公式为

①当无初始车辆排队（即 0b =Q ）时

]8)1()1[(900)(1)1(]g ),1[min(1)1(5.0d 22cT

kLX X X T C g f P C X c g C pA +-+-+----= （3） ②当存在初始车辆排队（即0b >Q ）时，

）（4)1(1800]8)1()1[(900)(1)1()(d b 2cT t u Q cT kLX X X T C g f P T t T d T t d pA u s +++-+-+---+=当0.1≤X 时，且T =t 时；

)]

,1min(1[1u X Q cT b --= （5） ),

(max TX c Q T T b C += （6） 当0.1≤X 时，且⎭

⎬⎫⎩⎨⎧

-=)],1min(1[,min t X c Q T b 时， 0u =，T T =c ；

当0.1>X 时，T =t ,1u =，