交通工程毕业论文.doc

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学士学位论文

信号交叉口多左转车道交通流特性研究

AnalysisofCharacteristicofSpecialMultipleLeft-turnLanesatSignalizedIntersections

高蕾

2013年06月

工学学士学位论文

信号交叉口多左转车道交通流特性研究

系部：

土木工程系

专业年级：

交通工程专业2009级

姓名：

高蕾

学号：

090050103

指导教师：

魏丹讲师

2013年06月07日

原创性声明

本人郑重声明：

本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。

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对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本声明的法律责任由本人承担。

论文作者签名：

日期：

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如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为吉林建筑大学城建学院。

本人离校后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为吉林建筑大学城建学院。

论文作者签名：

日期：

指导老师签名：

日期：

吉林建筑大学城建学院工学学士学位论文

摘要

近年来，随着左转交通需求的增长，我国已经出现专用多左转车道的设置形式。

目前，保护相位下双左转专用车道的应用较普遍，三左转车道也逐渐在部分城市被推广。

然而，多左转交通流的运行特性、安全性以及其运行效率尚未得到可行性论证。

本文总结已有研究成果及不足，结合实地调查数据，从运行效率的角度，对单、双、三左转车道的通行能力及其影响因素进行分析，以期为城市道路系统中信号交叉口的规划、设计、建设、管理提供可靠的理论依据。

论文以HCM2000的饱和流率法为基础，将通行能力及其影响因素的分析归结到对饱和流率及车头时距的分析上来。

首先，考虑到左转与直行彼此独立，建议左转车道的通行能力估算方法应建立在左转车道上；分析了多左转交通流特有的交通特性包括：

车道加宽影响特性、转弯运行特性、左转调头特性、车道使用特性和大型车车道使用特性等。

在此基础上，利用统计分析及交通仿真等方法深入研究上述特性对左转交通的影响；建立了饱和流率与转弯半径关系模型，求出了转弯半径修正系数；建立了调头影响系数模型，推算出不同调头比例下的调头修正系数，调头车辆当量折算系数和左转重型车修正系数。

另外，由实地调查数据得到双左转内、外侧车道饱和流率分别为1408～1679pcu／h／ln和1490～1785pcu／h／ln；三左转内、中、外侧车道的饱和流率分别为1444～1875pcu／h／ln，1595～1895pcu／h／ln和1466～1813pcu／h／ln。

同时，还分析了双、三左转各车道间车头时距的差异性。

最后，将上述分析的影响因素纳入到左转车道组的饱和流率模型中，对已有模型进行修正。

关键词：

多左转车道；饱和流运行特性；修正系数

I

AnalysisofCharacteristicofSpecialMultipleLeft-turnLanesatSignalizedIntersections

Abstract

Nowadays,withtheboomingincreaseinleft-turntrafficflow,exclusivemultipleleft-turnlaneshavebeeninstalledaturbansignalizedintersectionsinChina.Generally,exclusivedoubleleft-turnlanesarewidelyused.Andtripleleft-turnlaneshavealsobeensetupinsomecities.However,thefeasibilityofoperationalcharacteristics,safetyandefficiencyconcernsofexclusivemultipleleft-turnlaneshaverarelybeendiscussed.

Thelimitedliteratureandspotresultsweresummarizedandcomparedabouttheperformanceofsingle,double,andtripleleft-turnlanesathomeandaboard.Datewerecollectedatsignalizedintersectionswithexclusiveleftturnlanesandprotectedleft-turnphasesinBeijing.Theimpactfactorsontheperformanceofmultipleleft-turnlaneswereanalyzedandtheoperationalefficiencywasgreatlyconsidered.Thisworkwillprovidereliablereferencesfortheplanning,design,construction,andadministrationofsignalizedintersections.

Saturateflowratemethodofthe2000HighwayCapacityManualwasemployedtoestimatethecapacityandimpactfactorsoftheleft-turnlanes.Saturateflowrateandtimeheadwayareconsideredtobethekeyissuesoftheanalysis.Differently,consideringthedifferenceofoperationbetweenleft-turnandthroughmovements,itissuggestedthattheestimationforcapacityofleft-turnlanesshouldbesolelybasedontheleft-turnlanes.Throughanalyzingthedatacollected,somespecificcharacteristicsarefoundinmultipleleft-turningoperationsincludingleft-turningradius,lanewideningduringturning,u-turningmovementsandlanesusageofleft-turnlanesandsoon.Thosecharacteristicshavebeenstudiedviabothstatisticalanalysisandsimulations.Therelationmodelhasbeenbuildbetweensaturationflowrateandleft-turningradius.And,theadjustmentfactorsofleft-turningradiusweregiven.Also,theresultsrepresentthatthepassenger-car-equivalentofu-turnsrelatetoleft-turnsmallpassengercars,theadjustmentfactorsofimpactwithu-turnsandfactorsofheavyleft-turningvehiclesareobtained.Respectively,theobservedsaturationflowsshowedtherangefrom1408to1679passengercarsperhourofgreenperlane（pcu/h/ln）,1490to1785pcu/h/lnforinnerandouterlaneondualleft-turnlanes,andtherangearefrom1444to1875pcu/h/ln,1595to1895pcu/h/lnand1466to1813pcu/h/lnforinner,middleandouterontripleleft-turnlanes.Inaddition,theanalysisofindependentsamplesTtestandvariancetestwereusedtodeterminestatisticalsignificanceonsaturationtimeheadwayamongdifferentlanepositionofdoubleleft-turnandtripleleft-turnlanes.Finally,alltheimpactfactorsmentionedabovehavebeenintroducedintothesaturateflowratemodeloftheleft-turnlanesandcorrectionshavebeenmadeforexistedmodels.

KeyWords：

signalizedintersection,multipleleft-turnlanes,saturationflowrate,modifiedcoefficient

III

目录

1绪论 1

1.1研究背景 1

1.2研究目的及意义 1

1.3国内外研究综述 2

1.3.1国外研究综述 2

1.3.2国内研究综述 6

1.3.3国内外研究综述小结 7

1.4研究范围 7

1.5研究思路及内容 7

2信号交叉口多左转车道交通流特性分析 9

2.1相关概念 9

2.2左转转弯特性分析 10

2.2.1左转加宽特性 10

2.2.2转弯运行特性 10

2.3左转调头特性分析 11

2.3.1调头现象描述 11

2.3.2调头特性分析 12

2.4车道使用特性分析 12

2.5大型车车道使用特性分析 13

2.6本章小节 13

3信号交叉口左转车道设置研究 14

3.1左转车道的设置原理 14

3.1.1左转车辆对交叉口运行的影响 14

3.1.2设置左转车道的主要影响因素 15

3.2信号交叉口左转车道的设置 15

3.2.1理论分析 15

3.2.2参数讨论与应用分析 16

4实例分析 18

4.1人民大街与自由大路交叉口通行能力计算 18

4.2交通优化建议 20

5总结与展望 21

5.1总结 21

5.2展望 21

参考文献 1

致谢 1

I

1绪论

1.1研究背景

城市道路信号交叉口是连接道路网的节点，是城市道路的重要组成部分。

在交叉口有限的空间中，汇集了不同流向的车流和行人流，并在此交织、转向，造成交叉口内各种交通流相互干扰，交通错综复杂，导致其通行能力远低于路段。

这不仅带来交叉口的安全隐患和拥堵问题，甚至严重影响整个城市路网的运行效率。

至此，信号交叉口被视为道路网的“瓶颈”，是交通拥堵和交通事故的多发地，也是交通治理的重点。

目前，平面信号交叉口是世界各国都被广泛采用，我国交叉口形式主要以平面信号交叉口为主。

其中，左转车流是提高信号交叉口运行效率的关键，也是产生冲突、延误和交通事故最多的车流。

因此，左转车辆成为信号交叉口交通管理的重点和难点。

目前，交管人员组织左转交通流主要是将左转交通流在空间和时间上与其他交通流分离，通常的做法是设置专用左转车道和左转相位来降低左转车流对直行车流的干扰。

以往国外大量研究结果显示：

双、三左转车道组使用保护型相位比使用其他形式的相位更安全；美国一份该研究领域的相关问卷调查的反馈结果也表明：

从安全的角度考虑，几乎所有被调查城市都在多左转专用车道设置了保护相位。

近年来，随着左转交通需求的增长，在我国专用多左转车道的设置形式也已经出现，保护相位下专用双左转车道的应用已经很普遍，三左转车道也逐渐在部分城市被采用。

然而，在这种新形势下的多左转交通流的运行特性、安全性以及其运行效率尚未得到可行性的论证，因此有必要对此进行深入的探讨，以期发现其不足之处，发挥其最大的优势。

1.2研究目的及意义

本研究填补了在新的交通形势下我国在信号交叉口多左转交通研究领域的空白。

文中回顾并完善了左转车道饱和流率特性的相关研究；探讨和对比了信号交叉口单、双、三左转专用车道间、以及左转车道与其临近直行车道的运行特性；分析了其影响因素及影响机理并将其量化。

在此特性规律研究的基础上建立多左转车道饱和流率与影响因素的关系模型，用于估算通行能力。

最终研究成果将服务于交通设计和规划人员，为城市道路系统中信号交叉口的规划、设计、建设、管理提供可靠的理论依据和论证。

美国以往的经验表明[1]：

设置保护相位下专用多左转车道可以提高交通运行效率。

一方面，设置多左转车道可以使更多的左转车辆在绿灯期间通过信号交叉口，降低由于左转交通增加带来的延误和排队，从而提高信号交叉口的通行能力；另一方面，设置多左转车道可以减少左转车辆排队长度，缩短左转车道的存储区空间长度，从而减少因左转排队过长而导致对上游交叉口的干扰；此外，设置双左转车道可以缩短左转绿灯时间，为其他流向的交通分配更多通行时间。

可见，本文研究成果具有一定的学术价值和实际应用意义。

1.3国内外研究综述

1.3.1国外研究综述

1.3.1.1通行能力分析方法

以信号交叉口车流运行特性的基本理论为基础，美国通行能力手册[2]（HighwayCapacityManual，简称HCM）建立了饱和流率模型，其中定义了计算通行能力的重要参数饱和流率。

饱和流率是指通常条件下，当整个小时是有效绿灯信号时，没有时间损失，车流不间断，交叉口引道上排队车辆通过的当量最大小时流率，并且推荐以第五辆车到最后一辆车连续驶过交叉口的平均车头时距作为饱和车头时距。

根据该定义，以3600秒除以饱和车头时距可计算饱和流率，并且建立基于标准条件（又称为理想条件）的饱和流率估算模型。

HCM中定义的交叉口引道的理想条件为：

天气良好、路面状况良好、用路者熟悉交通设施以及对交通流没有障碍；车道宽为3.6米；坡度为零；交叉口引道上没有路边停车；交通流中只有小客车；没有（市内）公交车停在行车道上；交叉口位于非中心商务区；没有行人。

该法将车道组作为通行能力分析的基本单元。

通行能力计算如下：

（1-1）

（1-2）

式中：

——每车道理想饱和流率（辆／小时／车道），一般取1900辆／小时／车道，即理想条件下直行车道小型车的饱和流率；

——车道组的车道数；

——车道宽度校正系数；

——交通流中重型车修正系数；

——进口坡度修正系数；

——交叉口范围内公共汽车阻挡作用修正系数；

——地区类型修正系数；

——车道利用修正系数；

——左、右转修正系数；

——车道组的通行能力（辆／小时）；

——车道组的饱和流率（辆／小时）；

——左、右转向的行人及自行车修正系数；

—车道组有效绿信比。

以HCM为范本，世界各国对于信号交叉口通行能力的研究大多沿用了美国HCM饱和流率的方法，而后结合本国各自的实际情况编写了适用于本国的道路通行能力手册，其中包括：

英国、澳大利亚、加拿大、日本、台湾等国家。

然而,各国所考虑的影响因素[3]各有差别。

重型车、转向和坡度为各国均考虑的因素；车道宽度、行人、停车以及地区类型等因素次之；道路宽度、公交停靠为较少考虑的因素；较为特殊的是英国建立了单左转饱和流率与转弯半径的关系模型；澳大利亚在左转车道与直行车道的饱和流率估算中使用不同的重型车校正系数；加拿大考虑了天气和信号影响；台湾首次将车道数和隔离带形式纳入到通行能力影响分析中；各国都没有考虑调头车辆的影响。

近年来，Adams和Hunllllern[4]选取了4个信号交叉口保护相位下的左转专用车道对调头影响进行研究，研究结果表明：

在车辆释放过程中，调头车辆比例小于65％时，对饱和流率的修正系数为1.0；调头车辆的比例大于65％小于85％时，对饱和流率的修正系数为0.90；调头车辆比例大于85％时，对饱和流率的修正系数为0.80。

台湾的学者[5]分析对比了调头车辆与左转车辆的车头时距。

刘攀[6]博士以美国佛罗里达州的坦帕市为数据调查城市，对城市信号交叉口调头车辆对通行能力的影响进行了研究，并且以校正系数量化了左转运行中不同调头比例的影响。

1.3.1.2双左转专用车道研究

国外许多学者对多左转车道通行能力进行了研究。

早期，Capell和Pinnel[7]建议启动延误只计算前两辆车的损失时间，通过分析德克萨斯卅休斯顿市两菱形立交信号交叉口的六个引道的启动延误和车头时距，对比了直行与单左转、单右转的饱和流率的差异性，给出了差异显著的结论，还得到许可双左转车道内侧车道和外侧车道的流率分别为直行的88％和95％的结论。

Ray[8]对加利福尼亚州萨克拉曼多市的11个不同类型信号交叉口双左转交通的特性进行研究，其中包括6个保护相位下专用双左转车道，2个许可相位下左转专用车道，3个T型交叉口保护相位下专用单左转车道。

Ray研究后发现：

双左转中，使用内、外侧车道的车辆各占50％，车辆分布基本平衡；增加第二条左转专用车道可以使通行能力提高75％，使左转车道组的通行能力达到2600辆／小时（绿灯小时）。

Stoke[9]基于奥斯汀、卡城、休斯顿和德克萨斯州的14个交叉口的双左转车道的车头时距数据，发现不同城市的双左转车道间的平均排队车头时距的差异是显著的；然而，同一个城市的双左转车道中两个左转车道的饱和车头时距没有显著性差异；给出双左转饱和流率推荐值为1600辆／小时／车道。

在其后续的研究中，Stokes[10]等人对专用双左转饱和流运行特性进行研究，经分析发现，随着分配给左转流向的绿灯时间的减少，利用黄灯和红灯时间左转的车辆增多；在黄灯期间两左转车道通过车辆数并无显著差异，但在红灯期间，与外侧车道车辆相比，更多内侧车道的车辆会选择通过。

Coleman[11]在研究中得到的饱和车头时距值与Stokes早期研究结果一致，并指出驾驶员对双左转车道带来的效果都很认同，虽然双左转的运行尚存在一些问题，但却是提高交叉口通行能力消耗成本较低的。

Shaik和Graham[12]通过对10个典型交叉口采集实际数据，综合比较了各引道双左转车道的运行效率，确定从第二辆车到最后一辆车作为饱和车队的位置，并使用TRAF-NETSIM仿真软件对含单左转和双左转的交叉口的交通流进行仿真实验，经比较分析得出：

当具有单左转和双左转车道的交叉口的服务水平处于F级（拥挤状态）时，增加一个左转车道（双左转）可以使交叉口延误时间减少6％一37％。

KagoIanu和Szplett[13]分析了双左转外侧车道和内侧车道饱和车头时距，在95％的置信区间内，两者是存在显著性差异的，还发现车道利用情况分别为46％（内侧）和54％（外侧）。

Spring和Thomas[14]选取Carolina州30个双左转引道为样本点，并将其分为引道方向含直行和不含直行车道两组。

选取左转与直行排队车队中第三至第八辆车的车头时距作为饱和车头时距，分析了转角和引道方向邻近直行对双左转的影响。

分析结果表明双左转邻近含直行的饱和流率大于那些不含直行的：

并且在95％置信区间内，含邻近直行车道前提下，双左转内、外侧以及两者与直行的饱和流率都存在显著差异：

而当不含邻近直行车道时，左转内、外侧饱和流率无显著差异；此外，还发现双左转车道转角小于900时，内、外侧车道饱和流率的差异可以忽略。

1.3.1.3三左转专用车道研究

堪萨斯州立大学的Stokes.R.W[15]选取5个州的17个三左转车道组为数据基础，对三左转车道组通行能力进行研究，得到所有交叉口饱和流率平均值为1830veh／h／ln，对比分析后得到内、中、外侧车道的饱和流率无显著性差异，且与其邻近直行车道饱和流率无显著差异的结论；然而加利福尼亚交通运输部的Leonard[16]观测了加利福尼亚州橘子郡的5个三左转车道交叉口34898辆车运行数据，应用HCM中推荐的方法计算得到平均饱和流量率为1928veh／h／ln，并且发现不同的调查地点、调查时间（星期一至星期五）、调查员所得到的饱和流率值均无显著性差异；但对于不同的车道位置、调查时段、调查时间（工作日与周末）。

条件下所获得的饱和流率值存在显著性差异。

Ackeret[17]通过对内华达州拉斯维加斯市三左转的调查，得到内侧、中间、外侧车道的饱和流率值分别为1773veh／h／ln，1809veh／h／1n，1825veh／h／1n，该值明显小于Stokes.R.W和Leonard的计算结果。

TllobiasSando和Renatus.N.Mussa从饱和流量、车道利用的角度分析了佛罗里达15个三左转车道交叉口地点特性对运行特性的影响，首先得到饱和流率平均值为1859veh／h／ln，在95％置信区间的饱和流率范围是1810veh／h／ln至1907veh／h／ln，进一步分析研究了地点特性（包括：

交叉口类型（T型、十字型等）、交叉口夹角、相交道路类型（单行道、双行道）、引道坡度、左转车道拓宽与否、是否存在火车穿行、引道线形为曲线等）变量对饱和流率和车道使用特性的影响，并且通过均值间的多重比较确定了对饱和流率影响