道路通行能力的计算方法

道路通行能力的计算方法
土木073班陈雷 200711003227
摘要：探讨道路路段的通行能力和交叉口的通行能力的计算方法；并提
出了道路通行能力有待进一步研究的若干问题。

关键词: 通行能力；计算方法；交通规则；交通管理。

道路通行能力是指在特定的交通条件、道路条件及人为度量标准下单位时间能通过的最大交通量。

在道路建设和管理过程中,如何确定道路建设的合理规模及建设时间,如何科学地进行公路网规划、项目可行性研究、道路设计以及道路建设后评价,如何知道道路网的最优管理模式,都需要以道路通行能力系统研究的成果为依据。

本文对道路与交叉口的通行能力计算方法进行简单的探讨。

一、道路路段通行能力
1、基本通行能力
基本通行能力是指道路与交通处于理想情况下,每一条车道(或每一条道路) 在单位时间内能够通过的最大交通量。

作为理想的道路条件,主要是车道宽度应不小于 3.65 m , 路旁的侧向余宽不小于1.75 m , 纵坡平缓并有开阔的视野、良好的平面线形和路面状况。

作为交通的理想条件, 主要是车辆组成单一的标准车型汽车, 在一条车道上以相同的速度,连续不断的行驶,各车辆之间保持与车速相适应的最小车头间隔, 且无任何方向的干扰。

在这样的情况下建立的车流计算模式所得出的最大交通量,即基本通行能力,其公式如下:
其中: v ———行车速度(km/ h) ； t0车头最小时距(s) ； l0 ———车头最小间隔(m) ； lc ———车辆平均长度(m) ； la ———车辆间的安全间距(m) ； lz ———车辆的制动距离(m) ； lf ———司机在反应时间内车辆行驶的距离(m) ； l0 = lf + lz + la + lc。

2、可能通行能力
计算可能通行能力Nk 是以基本通行能力为基础考虑到实际的道路和交通状况,确定其修正系数,再以此修正系数乘以前述的基本通行能力,即得实际道路、交通与一定环境条件下的可能通行能力。

影响通行能力不同因素的修正系数为:
1）道路条件影响通行能力的因素很多, 一般考虑影响大的因素, 其修正系数有: ①车道宽度修正系数γ1 ；②侧向净空的修正系数γ2 ；③纵坡度修正系数γ3 ；④视距不足修正系数γ4 ；⑤沿途条件修正系数γ5 。

2) 交通条件的修正主要是指车辆的组成, 特别是混合交通情况下, 车辆类型众多, 大小不一, 占用道路面积不同,性能不同, 速度不同, 相互干扰大, 严重地影响了道路的通行能力。

一般记交通条件修正系数为γ6 。

于是,道路路段的可能通行能力为
Nk = Nmaxγ1γ2γ3γ4γ5γ6 (辆/ h)
3、实际通行能力
实际通行能力Ns 通常可作为道路规划和设计的依据。

只要确定道路的可能通行能力,再乘以给定服务水平的服务交通量与通行能力之比,就得到实际通行能力,即
Ns = Nk ×服务交通量÷通行能力(辆/ h) 。

二、平面交叉口的通行能力
两条或两条以上的道路在同一平面相交称为平面交叉,两条不同方向的车流通过平交路口时产生车流的交叉,平交路口可能通过此相交车流的最大交通量就是平面交叉口的通行能力。

平交路口的通行能力不仅与交叉口所占面积、形状、入口引道车行道的条数、宽度、几何线形等物理条件有关,而且受相交车流通过交叉口的运行方式、交通管理措施等方面的影响,因此,在确定通行能力时,要首先确定交叉口的车辆运行和交通管理方式。

平面交叉口一般可分为三类:一类为不加任何交通管制的交叉口,一类为中央设岛的环形交叉口,一类为设置色灯控制的信号交叉口。

1、无信号机控制交叉口的通行能力
不设信号机的交叉口大致可分为两大类:一是暂时停车或让行方式,一是环形方式。

1) 暂时停车或让行方式交叉口通行能力的计算方法
根据可插间隙理论,直接计算优先方向交通流中的可插间隙(车头时间间隔) ,即非优先方向交通可以横穿或插入的间隙数,作为非优先方向可以通过的最大交通量。

其计算原理是将主干道上的车流视为连续行驶的交通流,并假定车辆到达的概率分布符合泊松分布,则车辆之间出现的间隔分布为负指数分布,但不是所有间隔均可供次干道车辆通过或插入,只有当此间隙大于临界界限α时才有可能。

其次,当出现可插间隙时,次要方向的车流可以相继通过的随车时距为β,推导出下列最简单公式:
式中:Qf ———非优先的次干道上可以通过的交通量(辆/ h) ； Qy ———主干道优先通行的双向交通量(辆/ h) ； q ———Qy/ 3600 (辆/ h) ；
2) 环形交叉口的通行能力
环形交叉口是在几条街道相交的交叉口中央,设置圆岛或带圆弧形状的岛,使进入交叉口的所有车辆均以同一方向绕岛行驶,其运行过程一般为先由不同方向汇合,接着在同一车道先后通过,最后分向驶出,可避免直接交叉、冲突和大角度碰撞,其实质为自行调节的渠画交通型式。

其优点为车辆可以连续行驶,安全,无需管理措施,平均延误时间短,很少刹车、停车,节约用油,噪音低,污染少等等。

缺点为占地大,绕行距离长,当非机动车和行人过多及有直向行驶的电车时不宜采用。

环形交叉口按其中心岛直径的大小分为三类:常规环形交叉口、小型环形交叉口、微型环交。

以常规环交为例来计算通行能力,常规环交亦称传统型环交,
其中心岛为圆形或椭圆形,直径一般在25m 以上,交织段长度和交织角大小有一定的要求,入口引道一般不扩大成喇叭形,现在我国各城市的主要环交均属此类。

在常规环交的通行能力计算中较著名的和使用较广泛的公式沃尔卓普公式:
式中:Qm ———交织段上最大通行能力(辆/ h) ； l ———交织段长度(m) ； W ———交织段宽度(m) ； e ———环交入口引道平均宽度(m) ； P ———交织段内进行交织的车辆与全部车辆之比,以百分率计。

2信号交叉口机动车的通行能力
信号交叉口是由红、黄、绿三色信号类组成,用以指挥车辆的通行、停止和左右转弯,随信号灯的变换使车辆通行权由一个方向转移给另一个方向,根据信号周期长度及每个信号相位所占时间的长短,可以计算交叉口的通行能力。

大、中城市街道交通繁忙的平面交叉口一般都设置信号灯管制交通,因此,信号交叉口的通行能力与信号控制设计有密切关系。

交叉口是两条以上道路相交的区域,车辆于此通过路口,转换方向,其运行路线必然相互交织或交叉,加上由色灯信号控制指挥车辆前进、停止或改变方向,这就不可避免地要减速、制动、停车或起动、加速、转向,同时还由于红灯周期性定时性出现,所以必然要导致停车等候和时间损失。

其次,是非机动车的干扰。

在路段上由分车带或隔离墩分隔,机动车与非机动车相互影响小。

而在交叉口范围内各种车辆混合行驶,转弯时互相穿插,特别是在自行车高峰时,机动车差不多处于非机动车的包围中,要实现方向转移是困难的。

国内常用的计算方法是停车线断面法,即以进口处车道的停车线作为基础面,凡是通过该断面的车辆就被认为已通过交叉口。

交叉口的通行能力是指各相交道路进口处通行能力之和,每个进口处通行能力又分为直行、右转和左转三种情况,而每一个进口车道的用途又分专用和混用。

因此,进口车道通行能力的计算公式不同,下面分别介绍。

1) 一条专用直行车道的通行能力
式中: Tz 为信号灯周期时间, tj 为前后两车通过停车线的平均间隔时间, tl 为每个周期内绿灯时间, ts 为一个周期内的绿灯损失时间,包括起动、加速时间, a 为平均加速速度。

2) 一条右转专用车道的通行能力
原则上可按直行方法计算,将直行的通过时间换成右转的通过时间,一般采用下式:
Ny = 3600/ ty (辆/ h) ,
式中: ty 为前后两右转车辆连续驶过停车线断面的间隔时间。

3) 一条左转专用车道的通行能力
NL = n ×3600/Tz (辆/ h) ,
式中: n 为在一个周期内允许左弯的车辆数。

4) 真、左混合行驶时一条车道的通行能力( Nzz)
对于同一条车道上有直、左混行时,因去向各异相互干扰,甚至引起停车, 因此, 应乘以适当的折减系数K。

同时,由于左转车通过时间往往大于直行车通过时间,一般约为直行车通过时间的1.75 倍, 故应将左转车的所占比例乘以1.75
倍,设nz 为左转车辆所占百分率,则:
5) 直、右混行一条车道的通行能力( Nzy)
原理同上,但右转车所上时间一般为直行车的1。

5 倍。

以ny 表示右转车所占百分率,则:
整个信号交叉口的通行能力为各个进口的直行、左转、右转各项通行能力之和。

三、道路通行能力尚待进一步研究的问题
道路通行能力虽然进行了很多研究,但是对于下述方面的研究还不是很多,有必要进行更为深入的研究。

1混合交通流的通行能力问题
上述道路不同设施通行能力的计算都是将交通流假设为单一车型的理想车流,然而,实际交通流都是各种车型的混合车流。

因此,研究道路不同设施混合车流的通行能力很有必要。

例如将单一车型交通流的假设拓广为由大、小两种车型构成的混合车流,或任意多种车型构成的混合车流推导道路不同设施在这种混合车流情况下的通行能力理论模型。

在理论上发展了道路不同设施通行能力计算的传统理论与方法。

2道路网络的通行能力问题
道路交通网络系统是由道路路段和交叉口组成的。

交叉口是道路交通网的结点,它起着道路路段间的相互衔接作用,并且它也是整个道路网上交通流流通的瓶颈。

道路路段是道路交通网络的主要部分,它起着道路交叉口间或城市间的相互连通作用,并且它也是整个道路网建设的主体。

在已经建成的交通网络中,常因对个别交叉口或路段的通行能力估计不当使交叉口与路段的通行能力不协调而导致局部路网的通行能力受到限制,甚至发生交通阻塞。

管理或改建这些局部地点交通设施的依据之一是道路运输网络的通行能力。

同时要充分地发挥道路网络的潜能,就要深入了解交叉口与路段的交通特性、几何特性及连接形式特点,建立相应的理论体系,提出一定的数据测度标准。

这些标准对我国的交通工程和道路工程项目具有重要的指导意义。

在局部网络上研究交通流的通行能力理论、路段与交叉口通行能力的协调理论不仅在实践中有重要的经济意义,而且在网络流基础理论及交通工程基础理论研究方面有重要的学术意义。

参考文献:
[1 ] 王长君,蔡龙章。

混合交通车流通行能力的分析方法[J ] 。

道路交通管理,1989(7) :24～29。

[2 ] 王晓珂,高占,等。

关于如何提高混合交通公路的通行能力的建议[J ] 。

吉林交通科技,1994(4) :14～16。

[3 ] 段进宇,杨佩昆。

混合车辆的流通能力[J ] 。

同济大学学报,1995(1) :37～42。

[4 ] 吴兵,杨佩昆。

高速公路入口匝道通行能力研究[J ] 。

同济大学学报,1999(4) :422～426。

[5 ] 李文权,王炜。

无信号交叉口主路车流服从M3 分布下支路混合车流的通行能力[J ] 。

河南大学学报(自然科学版) ,1999
[6 ] 李文权,王炜。

无信号交叉口主路服从负指数分布下的支路混合车流的通行能力[J ] 。

东南大学学报,2000(1) :107～110。

[7 ] 王炜,李文权,邓卫。

无信号交叉口支路多车型混合车流的通行能力[J ] 。

中国公路学报,2000(2) :83～86。

[8 ] 李文权。

多车型车流穿越多车道主路的通行能力[J ] 。

河南大学学报(自然科学版) ,2000(2) :1～4。