通行能力及服务水平版.docx
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通行能力及服务水平版
通行能力分析
一、道路通行能力的概述
1、基本通行能力：
指在一定的时段，理想的道路、交通、控制和环境条件下，道路的一条车道或一均匀段上或一交叉点，合情合理地期望通过人或车辆的最大小时流率。
（基本通行能力是在理想条件下道路具有的通行能力，也称为理想通行能力。
）
2、实际通行能力（可能通行能力）：
指在一定时段，在实际的道路、交通、控制及环境条件下，一条车道或一均匀段上或一交叉点，合情合理地期望通过人或车辆的最大小时流率。
（可能通行能力则是在具体条件的约束下，道路具有的通行能力，其值通常小于基本通行能力。
）
3、设计通行能力：
指在一定时段，在具体的道路、交通、控制及环境条件下，一条车道或一均匀段上或一交叉点，对应服务水平的通行能力。
（指在设计道路时，为保持交通流处于良好的运行状况所采用的特定设计服务水平对应的通行能力，该通行能力不是道路所能提供服务的极限。
）
二、多车道路段通行能力
1、一条车道的理论通行能力
理论通行能力是指在理想的道路与交通条件下，车辆以连续车流形式通过时的通行能力。
在通行能力的理论分析过程中，通常以时间度量的车头时距
和空间距离度量的车头间距
为基础，推导通行能力的理论分析模型。
其计算公式为：
或
式中：
——一条车道的理论通行能力（辆/h）；
——饱和连续车流的平均车头时距（s）；
——行驶车速（km/h）
——连续车流的车头间距（m）。
我国对一条车道的通行能力进行了专门研究，在《城市道路工程设计规范CJJ37-2012》中建议的一条车道的基本通行能力和设计通行能力的规定如下表所示。
表4.2.2快速路基本路段一条车道的通行能力
设计速度（km/h）
100
80
60
基本通行能力（pcu/h）
2200
2100
1800
设计通行能力（pcu/h）
2000
1750
1400
备注：
快速路应根据交通流行驶特征分为基本路段、分合流区和交织区。
表4.3.2其他等级道路路段一条车道的通行能力
设计速度（km/h）
60
50
40
30
20
基本通行能力（pcu/h）
1800
1700
1650
1600
1400
设计通行能力（pcu/h）
1400
1350
1300
1300
1100
2、一条车道的设计通行能力
城市道路路段设计通行能力（或实用通行能力）可根据一个车道的理论通行能力进行修正而得。
对理论通行能力的修正包括车道数、车道宽度、自行车影响及交叉口影响四个方面。
即：
式中：
——单向路线设计通行能力（pcu/h）；
——自行车影响修正系数；
——车道宽影响修正系数；
——车道数影响修正系数；
——交叉口影响修正系数。
修正系数的计算方法如下：
（1）自行车影响折减系数
的确定
自行车修正系数γ
道路断面情况
设有机非分隔带（墩）
无分隔带（墩），但自行车道负荷不饱和
无分隔带（墩）且自行车道超饱和负荷
自行车修正系数γ
1
0.8
备注：
——自行车交通量（辆/h）；
——每米宽自行车道的实用通行能力（辆/h）；
——单向机动车道宽度（m）；
——单向非机动车道宽度（m）。
对于自行车道通行能力，在连续条件下（有分隔带），每米宽自行车道的理论通行能力为：
=2200辆/h。
无分隔带时，自行车的通行能力小于有分隔带的自行车道通行能力，《城市道路设计规范CJJ37-90》建议的有无分隔带的自行车道通行能力比为0.82，即无分隔带时，每米宽自行车道理论通行能力为：
=2200*0.82=1800辆/h。
由于平面交叉口的影响，路段上一般只有50%的时间能有效通行，故每米宽自行车道的实用通行能力为：
=1800*0.5=900辆/h，该值与《城市道路设计规范CJJ37-90》建议值800-1000辆/h是一致的。
（2）车道宽度影响修正系数
当车的宽度为标准宽度3.5m时，
=100%,车道宽度与影响系数之间的变化关系如下表所示。
车道宽度修正系数η与
的关系表
/m
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
η/%
50
75
100
111
120
126
129
130
（3）车道数修正系数
前苏联采用的车道数修正系数如下表所示。
表5-26前苏联采用的车道数修正系数
单向车道数
1
2
3
4
1
1.9
2.9
3.5
我国通常采用的车道利用系数如下表所示。
表5-27我国常用的车道利用系数
车道
第一车道
第二车道
第三车道
第四车道
车道利用系数
1
0.8-0.89
0.65-0.70（0.65-0.78）
0.50-0.65
根据我国采用的车道利用系数，对于通行能力而言，车道数修正系数如下表5-28所示。
表5-28车道数修正系数
车道数
1
2
3
4
车道数修正系数
1
1.8-1.89
2.5-2.63
3.07-3.22
平均值
1
1.85
2.57
3.15
根据国内外研究结果，在具体规划时，可采用表5-29所示的车道修正系数，即相当于各车道的利用系数为1,0.87,0.73,0.6。
表5-29车道数修正系数采用值
车道数
1
2
3
4
车道数修正系数
1
1.87
2.60
3.20
（4）交叉口影响修正系数
交叉口影响修正系数，主要取决于交叉口控制方式及交叉口间距。
当交叉口间距较小时，交叉口的停车延误在车里行驶时间所占的比例较小，不利于道路空间的利用、路段通行能力的发挥及路段车速的提高。
交叉口间距的增大，有利于提高路段通行能力及路段车速，有利于充分利用道路空间，经研究表明，交叉口间距从200米增大到800米时，其通行能力可提高80%左右。
表5-25为通行能力与交叉口间距的关系值。
表2-25交叉口间距与路段通行能力的关系
间距/m
车道数
200
300
400
500
600
700
800
2
1258
1555
1762
1912
2060
2157
2240
3
1780
2208
2505
2720
2930
3060
3180
4
2310
2850
3250
3520
3800
3865
4130
备注：
路段交叉口为信号控制，周期为80s。
由上表可见，路段通行能力提高值与交叉口间距基本上呈线性关系。
因此，交叉口影响修正系数可采用下表计算：
式中，
——交叉口间距（m）；
——交叉口有效通行时间比，视路段起点交叉口控制方式定，信号交叉口即为绿信比。
如果由上式计算的
大于1，则取
。
上式也可用于道路空间利用（密度）的修正。
备注：
以上内容参考《交通工程学》王炜，过秀成。
例题：
某路段单向机动车道宽为2.8米，交叉口间距离为300米，两端交叉口采用信号控制，绿信比为0.48，机动车道与非机动车道设有隔离带。
试计算路段的设计通行能力。
解：
一个车道的理论通行能力为：
路段设计通行能力为
由于机动车道与非机动车道之间设有隔离带，故
机动车道总宽为8米，不足3车道，只能按2车道处理，每个车道宽
=4米，则：
=-54+188*4/3-16*42/3=11.3%.
其他参考因素：
（5）道路分类修正系数
道路分类修正系数α
道路分类
快速路
主干路
次干路
支路
α
0.75
0.8
0.85
0.90
（6）街道化修正系数
道路两侧建筑物常产生行人和非机动车流对汽车的干扰，从而迫使汽车降速和通行能力降低。
街道化修正系数a
街道化程度
未街道化区段
少许街道化区段
街道化区段
街道化修正系数a
1
0.9-0.8
0.8-0.7
三、道路平面交叉口的通行能力
1、无信号交叉口-暂时停车方式
（1）行车规则
两向停车方式：
通常用于主要道路与次要道路相交路口，主要道路上的车辆优先通行，通过路口不用停车；次要道路中的车辆，必须首先让主要道路上的车辆通行，寻找机会，穿越主要道路上车流的空档，通过路口。
（目前惯例）
同向停车方式：
用于相交道路同等重要程度，相交道路的车辆通过交叉口具有同等的优先权，都必须在路口处停车，然后根据“先到先行”的原则，选择恰当时机通过。
（2）通行能力计算方法
下面主要介绍两向停车方式下，次要道路的通行能力的计算方法。
主要道路上能够通过的车辆多少，按路段计算。
次要道路上能够通过多少车辆，受下列因素影响：
主要道路上车流的车头间隔分布、次要道路上车辆穿越主要道路车流所需时间、次要道路上车辆跟驰的车头时距大小、主要道路上车流的流向分布。
因此，这种路口的通行能力，等于主要道路上的交通量加上次要道路上车辆穿越空档能通过的车辆数。
若主要道路上的车流已经饱和，则次要道路上的车辆一辆也通不过。
可见，无信号交叉口的通行能力最大等于主要道路路段的通行能力。
事实上，在无信号交叉口，主要道路上的交通量不大，车辆呈随机到达，有一定空档供次要道路的车辆穿越，相交车流能正常运行；如果主要道路的交通量多大，无法保证提供可穿插间隙，则必须加设信号灯，分配行驶时间，否则交叉口的交通将无法正常运行。
假设：
主要道路上的车辆优先通过路口；主要道路上的双向车流视为一股车流；交通量不大，车辆之间的间隙分布符合指数分布；当间隙大于临界间隙t0时，次要道路上车辆可以穿越主要道路。
并且，当次要道路中车辆跟驰的车头间距小于t秒时，次要道路中的跟驰车辆可以连续通过。
根据以上假设，利用概率论，按可穿越间隙理论，可以推算出次要道路上的车辆每小时能穿越主要道路车流的数量为：
式中：
Q主——主要道路上的交通量，pcu/h；
Q次——次要道路可能通过的车辆数，pcu/h；
q——Q主/3600，pcu/h；
t0——临界间隙时间，与次要道路的交通管理方式有关。
若采用停车标志，t0为6-8s；若采用让路标志，则t0为5-7s；
t——次要道路上车辆连续穿越主要道路的跟驰车头时距，t=3-5s。
例题：
一无信号灯控制的交叉口，主要道路的双向交通量为1200pcu/h，车辆到达符合泊松分布。
次要道路上车辆可穿越的临界车头时距t0=6s。
车辆跟驰行驶的车头时距t=3s。
求次要道路上的车辆可穿越主要道路车流的数量。
解答：
同样计算，得到下表所示的各个数值。
次要道路通行能力
次要道路行驶方式
车头时距/s
主要道路双向交通量/（pcu/h）
t0
t
800
1000
1200
1400
1600
停车等空档
9
5
160
110
70
50
30
8
5
200
140
100
70
50
7
5
250
190
140
10
80
低速等空档
8
3
275
190
130
90
60
7
3
345
250
185
135
95
6
3
335
255
195
150
注：
次要道路通行能力很少超过主要道路交通量的二分之一。
美国各州道路运输工作者协会认为，无信号交叉口，在不影响主要道路车辆通行的情况下，次要道路可通过的交通量不超过下表中数值。
无信号交叉口的通行能力
主要道路为二车道
主要道路交通量
400
500
600
次要道路交通量
250
200
100
主要道路为四车道
主要道路交通量
1000
1500
2000
次要道路交通量
100
50
25
2、无信号交叉口-环形交叉口
环形交叉口是自行调节的交叉口。
这种交叉口是在中央设置中心岛，使进入交叉口的所有车辆都沿同一方向绕岛行进。
车辆行驶过程一般为合流、交织、分流，避免了车辆交叉行驶形成冲突。
这种交叉口的功能介于平面交叉口和立体交叉口之间，其优点是车辆连续行驶、安全、不需要设置管理措施。
车辆在交叉口不必要停车、启动，延误小，节省燃料，减少了对环境的污染。
缺点是占地大，绕行距离长。
机动车交通量较大、非机动车和行人较多及有轨道交通线路时，均不宜采用。
（1）环形交叉口的类型
环形交叉口按中心岛直径大小分为三类：
常规环形岛：
直径大于25米，交织段比较长，进口引道不扩宽成喇叭。
我国现有的环形交叉口大都属于此类。
小型环形交叉口：
中心岛直径小于25米，引道进口加宽，做成喇叭形，便于车辆进入交叉口。
微型交叉口：
中心岛直径一般小于4米，中心岛不一定做成圆形，也不一定做成一个，可用白油漆画成圆圈。
实际上这种环交已经变为渠化交叉口。
（2）常规环形交叉口的通行能力
①英国环境部计算公式
英国对环形交叉口素有研究。
1996年对环交实行“左侧优先”法规，即行驶在环道上的车辆可以优先通行，进入环道的车辆让路给环道上的车辆，等候间隙驶进环道。
交织段的设计通行能力采用下式：
式中：
——交织段通行能力，此时重车比例不超过15%，如果重车比例超过15%，应对该式进行修正。
而该值的85%可作为设计通行能力使用。
l——交织段长度，m；w——交织段宽度，m；
e——环交入口平均宽度，m；
——入口引道宽度，m；
——环道突出部分的宽度，m。
上式适用于下列条件：
引道上没有因故暂停的车辆；环交位于平坦地区，纵坡不大于4%；其他参数范围：
；
；
；驶入角
宜大于30°；驶出角应小于60°；交织段内角
不应大于95°。
②无通行优先权的环形交叉口通行能力分析方法
北京工业大学在分析北京地区常规环形交叉口交通流特征的基础上，针对无通行优先权的环形交叉口，提出了交叉口内交织段的交通量简化模型。
假设各交织段中交通流的运行状况是一致的。
因此，将研究对象确定为四分之一个环形交叉口，而将四分之一环形交叉口中所以车流简化为四个流向的车流。
其中：
①将环形交叉口两个环形车道的出环车流综合考虑为一个出环车流A；②将环形交叉口环形车道的所有绕环行驶的车流综合考虑为一个绕环车流D；③将环形交叉口入口处两个车道中的右转车流综合考虑为一个右转车流C；④将环形交叉口入口处两个车道中的入环车流综合考虑为一个入环车流B。
环形交叉口的最终目的是疏导交通，则以各方向出口交通量之和
来描述环形交叉口的通行能力。
采用线性最优化方法计算了整个环形交叉口的通行能力的表达式如下：
按照上式，当右转比例
=0.2，左转比例
③
服务水平评价标准
有了区域交通的现状设施和运行情况之后，就可以对区域的现状交通进行评价。
对区域交通的评价主要有：
一、交叉口评价（信号交叉口由HCS软件完成）
对交叉口进行服务评价主要的指标是交叉口的饱和度，其计算步骤如下：
（1）计算各进口道通行能力。
（2）计算各进口道饱和度（V/C）。
饱和度＝流量（pcu/h）/通行能力（pcu/h）
把各类车统一换算成为标准小汽车（pcu），具体换算系数可参考《城市道路交通规划设计规范（GB50220-95）》附录A中表A.0.2的规定：
当量小汽车换算系数
车种
换算系数
车种
换算系数
自行车
0.2
旅行车
1.2
二轮摩托
0.4
大客车或小于9t的货车
2.0
三轮摩托或微型汽车
0.6
9~15t货车
3.0
小客车或小于3t的货车
1.0
铰接客车或大平板拖挂货车
4.0
（3）计算交叉口饱和度
交叉口饱和度取各进口道饱和度以进口道流量为权的加权平均值。
（4）交叉口服务评价
对于交叉口服务评价，有以下几种不同的划分标准。
①《建设项目交通影响评价技术标准CJJ/T141-2010》
附录B中表B.0.1的规定如下。
当交叉口饱和度大于0.85，必须计算延误指标；当延误与饱和度对应的服务水平不一致时，则应以延误对应的服务水平为准。
表B.0.1信号交叉口机动车服务水平
服务水平
交叉口饱和度S
每车信控延误T（s）
A
S≤0.25
T≤10
B
0.25＜S≤0.50
10＜T≤20
C
0.50＜S≤0.70
20＜T≤35
D
0.70＜S≤0.85
35＜T≤55
E
0.85＜S≤0.95
55＜T≤80
F
S＞0.95
T＞80
②HCM2000中信号交叉口服务水平
信号交叉口的服务水平是根据控制延误来确定的。
特别地，交通信号的服务水平标准是根据每辆车的平均控制延误来规定的，通常以15分钟作为分析时间段。
关键V/C比是反映交叉口总体饱和程度的一项大致的指标。
关键V/C比取决于关键的相交车道流率和信号相位。
信号交叉口不同等级服务水平的延误和车流状态
服务水平
每车信控延误T（s）
车流描述
A
T≤10
在绿波信号非常令人满意，且大多数车辆在绿灯相位期间到达的情况下，出现A级服务水平。
许多车辆根本不用停车。
若周期长度短，则产生很小延误。
B
10＜T≤20
在绿波较好或短周期的情况下，或两者兼有的情况下，出现B级服务水平。
C
20＜T≤35
这种较高的延误值缘于只是一般的绿波控制、周期较长，或两者兼有的情况。
在该级服务水平，个别信号周期可能开始出现失效。
当排队车辆不能在给定的绿灯相位通过时，出现剩余排队车辆，信号周期失效。
在C级服务水平，尽管许多车辆仍旧不停车通过交叉口，但也有一定数量的车辆停车。
D
35＜T≤55
在D级服务水平下，拥挤影响变得显而易见。
由于绿波不匹配、周期比较长和V/C比高等因素的组合作用，产生了比较大的延误。
许多车辆停车，不停车的车辆比例下降。
信号周期失效现象增多。
E
55＜T≤80
这种大延误通常表示绿波差、周期长和V/C比高。
信号周期失效现象时常发生。
F
T＞80
这一服务水平，通常在过饱和状态下出现，也就是车辆的到达流率大于车道组的通行能力的时候出现，大多数驾驶员认为不可接受。
该服务水平也可能在V/C比高且单个信号周期失效的情况下发生。
绿波差和周期长也可能是导致延误大的重要因素。
③《城市道路工程设计规范CJJ37-2012》
第4部分通行能力与服务水平中的规定：
表4.3.3信号交叉口服务水平等级
服务水平
指标
一级
二级
三级
四级
控制延误（s/veh）
＜30
30-50
50-60
＞60
负荷度V/C
＜0.6
0.6-0.8
0.8-0.9
＞0.9
排队长度（m）
＜30
30-80
80-100
＞100
备注：
新建道路应按三级服务水平设计。
④同济大学的周商吾教授等确定的城市交叉口的服务水平划分标准为：
根据交叉口不同饱和度，交叉口服务水平共分为A~D四等，具体如下。
不同饱和度对应的服务水平和交通状态
服务水平
V/C
交通状态描述
A
<0.35
畅行车流，基本上无延误
B
0.35~0.5
稳定车流，有少量的延误
C
0.5~0.75
稳定车流，有一定的延误，但司机可以接受
D
0.75~0.9
接近不稳定车流，有较大延误，但司机还能忍受
E
0.9~1.0
不稳定车流，交通拥挤，延误很大，司机无法忍受
F
>1.0
强制车流，交通严重堵塞，车辆时停时开
二、路段评价
对路段的交通状况主要是通过路段饱和度和运行车速来进行评价。
《城市道路工程设计规范CJJ37-2012》中对于“其他等级道路路段通行能力“的规定如下：
表4.3.2其他等级道路路段一条车道的通行能力
设计速度（km/h）
60
50
40
30
20
基本通行能力（pcu/h）
1800
1700
1650
1600
1400
设计通行能力（pcu/h）
1400
1350
1300
1300
1100
另外，根据《城市道路交通规划设计规范（GB50220-95）》中“大、中城市道路网规划指标表7.1.6-1”的规定，不同城市规模的各级城市道路的设计车速。
大、中城市道路网规划指标表7.1.6.1
道路等级
城市规模与人口（万人）
快速路
主干路
次干路
支路
机动车设计速度（km/h）
大城市
＞200
80
60
40
30
≤200
60-80
60-80
40
30
中等城市
-
40
40
30
①HCM2000中关于城市街道服务水平的规定
城市道路的服务水平取决于所考虑城市街道的路段、区间或者整条街道中直行车辆的平均行程速度。
以下概括性的描述揭示了城市街道服务水平的特性。
A级服务水平，主要表示以平均行程速度运行的自由流状况，该平均行程速度通常是相应街道自由流速度的90%。
交通流中，车辆的机动性完全不受阻碍。
信号交叉口的控制延误最小。
B级服务水平，表示以平均行程速度运行的合理的无阻碍状况，该平均行程速度通常是相应街道自由流速度的70%。
交通流中的机动性仅仅受到轻微限制，信号交叉口的控制延误不显着。
C级服务水平，表示稳定运行状况；与B级服务水平相比，车辆在街道中部的机动性能和换车道能力可能受到较大的限制，形成更长的排队或不利的信号协调，或者两者共同导致车辆平均行程速度低至相应街道自由流速度的50%。
D级服务水平，接近交通流量稍有增加、延误会明显增大、行程速度大幅下降的范围。
D级服务水平可能源于不利的信号协调、不合适的信号配时、大交通量或者是这些因素的综合影响。
平均行程车速大约是自由流速度的40%。
E级服务水平，表示延误显着、平均行程速度仅为自由流速度的33%或更低。
这种状况是由于信号绿波不协调、信号灯密度大、交通量大、关键交叉口延误时间长，以及信号配时不当等综合影响造成的。
F级服务水平表示街道上交通流速度非常低的特征，通常是自由流速度的1/3~1/4。
在关键信号控制地点，可能出现交通量大，延误时间长，排队长，发生交叉口堵塞。
备注：
mi/h=milesperhour，即英里/小时，约合1.6公里/小时。
另：
长安大学《道路通行能力分析》中，将城市干道服务水平分为A至F六级，并描述了服务水平对应的车流状态，给出了城市干道服务水平的分类表。
美国HCM将城市干道服务水平分为A至F六级，各级服务水平的一般描述如下：
服务水平A级：
在干道上行驶的车辆停车都以该干道自由流速度的90%行驶。
当平均行程速度自由行驶时完全不受阻碍。
信号交叉口处的停车延误为最小。
服务水平B级：
车辆在干道上行驶基本不受阻碍，其平均行程速度约为该级干道自由流速度的70%。
有少量的停车延误，但令人不厌烦。
服务水平C级：
车辆平均行程速度为干道是自由流速度的50%，稳定车流，有一定的延误，但司机可以接受。
服务水平D级：
车辆平均行程速度为干道上自由流速度的40%-50%，接近不稳定车流，有较大延误，但司机还能忍受。
服务水平E级：
车辆平均行程速度为干道上自由流速度的1/3，不稳定车流，交通拥挤，延误很大，司机无法忍受。
服务水平F级：
车辆平均行程速度低于干道上自由流速度的1/3，强制车流，交通严重阻塞，车辆时停时开。
美国HCM干道服务水平分类
干道等级
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
自由流速度的范围（km/h）
56-64
48-56
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