搜索
城市交叉口延误计算方法研究蔡广逸，陆峥嵘(上海林同炎李国豪土建工程咨询有限公司，上海200437)摘要：延误是评价交叉口服务水平最重要的指标之一，交叉口服务水平和评价主要取决于交叉口延误的计算。目前对信号交叉口延误的计算方法较多，本文在实测法、理论分析法和计算机模拟法中各选取一种常用的方法----点样本法、Webster模型法和Vissim仿真法进行了介绍。结合上海市十字信号交叉口延误计算实例，对比和分析了三种方法的各自特点，提出三种方法的适用范围，供设计人员在工程实践中选择合适的方法进行参考。关键词：信号交叉口；延误计算；Webster模型法；vissim仿真；点样本 0引言大量事实表明，城市交叉口的拥挤现象最为严重，80%以上的延误集中在城市道路交叉口，平面交叉的通行能力不足道路的50%[2]。信号交叉口延误的影响因素众多，涉及交叉口几何设计与信号配时的各个方面，是一个能够综合反映交叉口的几何设计与信号配时优劣的评价指标。道路交叉口是否需要进行改扩建等工程措施，直接取决于交叉口的延误计算。因此交叉口延误计算方法具有十分重要的实际意义。 1交叉口延误估算方法介绍目前对信号交叉口延误的计算方法较多，本文在实测法、理论分析法和计算机模拟法中各选取一种常用的方法----点样本法、Webster模型法和Vissim仿真法进行了介绍。 1.1点样本法点样本法的具体调查方法[4]为：在每个进口道处，需3-4名调查人员和一块秒表，其中1号调查员手持秒表，每隔15s报时一次，2号调查员每15秒记录一次停留在入口引道停车线之后的车辆数，3号调查员记录每隔1min间隔内在引道内停驶的车辆数，4号调查员记录每隔1min间隔内在引道内不停驶的车辆数。当交通量较小时，3、4号调 2查员调查任务可由一人完成。点样本法的调查表样式，如表1所示。 表1点样本法调查表交叉口名称入口方向车道数日期天气观测员分工1号、2号调查员3号、4号调查员开始时间（以min为单位换行）在下列时段停留在入口引道停车线之后的车辆数在1min内引道交通量中停驶/不停驶的车辆数0s15s30s45s停驶车数不停驶车数7:00-7:017:01-7:02．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．假设调2号调查员记录的车辆总数为N2，3号调查员记录的车辆总数为N3，4号调查员记录的车辆总数为N4，则该进口道平均停车延误43215NNND（s）。 1.2Webster模型法Webster延误模型[3]由webster于1958年提出，是目前大陆使用最多的交叉口延误模型，在美国TRB推出通行能力手册2000版（即HCM2000）之后开始被广泛使用。该模型由均匀延误、随机延误和初始排队延误三部分组成。其公式表达式如下：rrcdddd （1）式中：d——各车道每车平均信控延误（s/pcu）；du——均匀延误，即车辆均匀到达所产生的延误；dr——随机延误，即车辆随机到达并引起超饱和周期所产生的附加延误；dc——初始排队延误，即上一时段留下的初始排队车辆对后续车辆影响所产生附加的延误。其中2(1)2(1)uCdx（2） 324900[(1)(1)]rxTdTxxQ（3）2900(1)(1)ckcdxQT（4）式中：C——信号周期时长（s）；λ——车道绿信比；x——车道饱和度；T——分析时段持续时长；Q——车道通行能力；k——上一时段积余车辆数。1.3Vissim仿真法Vissim是由德国PTV公司开发的微观交通流仿真系统。该系统是一个离散的、随机的、以0.1s为时间步长的微观仿真软件。仿真车辆的速度及其行为模型采用了德国Karlsruhe大学Wiedemann教授的“心理—生理跟驰模型”，其车道变换行为采用了基本规则的算法。Vissim仿真软件以个体车辆为单位，对仿真车辆的出行行为进行细致的定义、跟踪和记录。因此，可以准确地统计出车辆延误。Vissim仿真软件的延误计算方法为：首先，定义一个通过交叉口的路段，并定义其行程速度；其次，通过仿真测试，统计出其实际运行时间；最后，实际运行时间减去其按照行程速度所需时间，得到该断面内车辆平均延误。Vissim系统用于描述交通行为的参数主要有；车辆参数（最大加减速度、期望加减速度、长度、宽度、重量、动力等）；换道参数（最小车头距、等待换道的最大时间、换慢车道的最短车头时距）；强制换道参数（最大减速度、可接受减速度）；跟驰行为参数（停止车辆平均间距、特定速度时保持的车头时距、从静止起动时的期望加速度、40km/h的期望加速度等）；横向行为参数（期望位置）。描述延误的参数主要有：每车平均总延误；每车平均停车时间；队列中车辆状态改变次数；总车辆数；每人平均总延误；总行人数[5]。 42案例分析2.1交叉口调查数据分析本文以上海市松江区松汇路与人民南路交叉口为研究对象，对该交叉口进行了详细调查。调查时间为早7：00～9：00和晚16：30～18：30。交叉口现状车道功能划分，如图1所示。 图1松汇路—人民南路交叉口现状示意图经统计后，得出调查高峰小时为16：45～17：45，高峰小时个进口道转向流量与信号灯配时，如表2所示。点样本法调查数据较多，在此仅列举东进口调查时间16：45～17：00，其数据表格，如表3所示。 表2交叉口高峰小时流量及信号配时进口道方向流量(pcu)绿灯时间（s）东进口左转17635直行42135右转11135小计708西进口左转22435直行49635右转9635小计816北进口左转21744 5直行24544右转21044小计672南进口左转19144直行31944右转13844小计648总计2844表3交叉口高峰小时点样本法延误调查表开始时间（以min为单位换行）在下列时段停留在入口引道停车线之后的车辆数在1min内引道交通量中停驶/不停驶的车辆数0s15s30s45s停驶车数不停驶车数16:45～16:4624718016:46～16:4700388516:47～16:4893009316:48～16:4945589116:49～16:5062007416:51～16:522611711016:52～16:5320388316:53～16:54940315316:54～16:5545588016:55～16:56620410416:56～16:579148314016:57～16:580491212416:58～16:59930314316:59～17:004796110小计6659607114430总计256174从现场交通实况来看：南北向车辆经常有空闲时间，而东西车辆则偶尔会发生拥堵。从现场调查数据来看：交叉口设置的周期在合理范围内；但是信号灯配时存在明显缺陷，东西交通量较南北向大，而其绿信比反而低于南北向，可能会导致东西向车辆拥堵，交叉口主要延误来源于东西进口方向车辆。这与实际情况是相吻合的。 2.2三种方法基于调查数据的延误计算点样本法计算流程：分别统计四个进口道方向延误，结合各个进口方向交通量加权平均，可以算出平均控制延误d=41.38。 6Webster法基本参数标定：C=85、T=0.25、x=0.411、k=2，由上海市工程建设规范《城市道路设计规程》[6]路段通行能力计算得Q=518。最后利用Webster法，对每个进口道分别计算延误，取各进口车道交通量与延误之积之和除于总交通量，最终算出，交叉口平均控制延误d=50.22。Vissim仿真法操作流程与参数标定：在软件中画好路网之后，定义大车：小车=5：95，东西向车辆设计速度为30km/h，南北向车辆设计速度20km/h，随机车辆速度大致为泊松分布；在左转和右转区域设置减速带；在交叉口冲突点设置优先原则进行避让，避免出现撞车情况；在出口道设置优先原则，避免在仿真中合流时出现撞车现象。取东西向理想速度为25km/h，南北向理想速度为18km/h，经加权平均后可以得出交叉口平均控制延误d=47.65。2.3三种计算方法优缺点比较 通过对三种延误计算方法进行实例分析，可以看出三种方法各有优缺点，如表4所示。 表4三种延误计算方法优缺点比较方法优点缺点点样本法1、不依赖于信号设备，一个样本中的错误或遗漏对总的结果几乎没有影响。2、能够得到比较完整的描述交叉口停车延误的统计数字。1、相对而言调查难度与成本较高。当停驶车辆百分比很高时，由于排队数目很大，在15s内清点停驶车辆很难完成。2、在计算交叉口平均控制延误时没有考虑车辆的启制动加减速所需时间和交叉口内冲突等所花费的时间。计算出的结果往往小于实际延误。Webster法1、从延误产生的原因来分析，建立延误分析模型，认可度较高。2、模型估算应用方便，受主观因素影响小，精确度高。1、现有公式对一些干扰因素考虑较少，过于理想化，如实际中常见的混用车道，交叉口拓宽和设置待转区等，将会导致估算结果与实际相差很大。2、对于交叉口饱和度趋近于1时，将会导致交叉口周期迅速增大，从而导致延误增大，不符合实际。因此该方法只适用于交叉口饱和度不大的情形。Vissim仿真法1、通过模拟，能较真实地反映和重现实际交通状况，再现路段交通流的运行情况，直观地反映车流的密集程度、拥挤1、上手难度较高，需要充分理解软件中延误分析的各项参数意义以及如何调整。 7状况、排队状况等，具有广泛的实用价值，2、能模拟路段上的机动车、非机动车及行人等交通流，该方法因此不仅能描述信控交叉口车辆的延误，也能计算行人和非机动车的延误[7]。2、受主观因素影响较大，尤其是理想速度的设定，将会直接影响到延误最后计算结果，需要反复标定各项参数，以保证其延误分析的精度。总体而言：Webster法计算简单高效，在饱和度不高的交叉口进行延误计算时正确率较高，在交叉口改善方案中进行延误估算尤为适用；vissim仿真法上手难度较高，主观性强，但能够非常直观的表达出交叉口的拥堵与排队情况，常用于交叉口延误较大的复杂型交叉口延误计算分析；点样本法适用于停驶比例不高、排队长度不长的交叉口，可用于在交叉口改善完成后验证前期方案中的延误计算的可信度。 3结语本文结合工程实例，重点阐述了计算交叉口延误三种不同的方法---Webster模型法、点样本法以及vissim仿真法各自的使用条件和适用范围。由于三种方法具有各自的使用条件和适用范围，工程设计人员应根据工程实际情况选取合适的方法进行交叉口延误的计算，为更准确更切合实际的工程措施提供理论数据的支撑。参考文献：[1]郑远,信号交叉口延误估计方法研究[D].上海:同济大学.2008.[2]张婉鸣,城市道路交叉口交通组织优化设计研究[D].广州.华南理工大学.[3]WebsterFV.Trafficsignalsetting[R].RoadResearchTechnicalPaperNo.39London；HMSO,1958.[4]王炜,过秀成,交通工程学[M].南京:东南大学出版社,2000.[5]陈绍宽,郭谨一,王璇,毛保华.信号交叉口延误计算方法的比较[J].北京交通大学学报,2005(29),3.[6]DGJ08-2106-2012,上海市工程建设规范《城市道路设计规程》[S].[7]李硕,张谞博,周慧,高岩,李魏饶.城市信号控制交叉口延误计算与仿真研究[J].湘潭大小自然学科学报，2011(33),4. StudyonBasedonUrbanIntersectionDelayEstimationMethodGuangyiCai,ZhengrongLu（LinTung-Yen&LiGuo-HaoConsultantsShanghaiLtd.，Shanghai 200437） 8Abstract：Delayisoneofthemostimportantindextoevaluatetheroadintersectionservicelevel,calculatetheintersection