整理道路通行能力手册HCM中文版第15章城市街道Word下载.docx

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分析人员应该可以调查到信号间距、街道等级和交通流量对道路服务水平的影响。

该方法利用第16章介绍的分析信号交叉口直行车道组的方法。

通过对车道功能的重新定义（例如设或不设左转车道，车道数），分析人员可改变直行车道组中的交通流量和车道组的通行能力。

这一重新定义，通过改变交叉口评价或许还有街道分级，而改变了街道的服务水平。

15.2.1服务水平

城市街道的服务水平是根据被考虑的路段或整条街道直行车辆的平均行程速度确定。

行程速度是城市街道的基本有效性度量。

用通过城市街道上的行驶时间和通过信号交叉口的控制延误计算平均行程速度。

控制延误是车辆接近和进入交通信号运行的信号交叉口所造成的总延误的一部分。

控制延误包括初始减速延误、在队列中行进时间延误、停车延误和重新加速延误。

城市街道的服务水平同时受到每千米信号灯的数量和交叉口的控制延误两方面的影响。

不恰当的信号配时、不良的信号联动和不断增加的交通流量会大幅度地降低道路的服务水平。

信号灯中高密度的路段（每千米多于一个信号灯）对这些因素更为敏感，甚至在出现严重问题以前，会察觉底等级的服务水平。

另一方面，包含有较重负荷交叉口的较长的城市街道路段可以提供相当好的服务水平，尽管某个独立信号交叉口可能在一个较低级的服务水平下运行。

直行车辆是指所有的机动车直接通过道路路段，不转向。

图表15-2是根据平均行程车速和城市街道等级列出了城市街道的服务水平标准。

需要注明的是：

如果交通需求超过整个道路任一地点的通行能力，那么用平均行程车速来衡量道路的服务水平就不是一个好方法。

图表15-2中涉及的街道等级的概念会在下面阐述。

图表15-2城市街道服务水平分级

15.2.2确定城市街道等级

分析的第一步是确定城市街道的等级。

这可以根据直接现场观测的自由流速度或通过评价目标街道的功能和设计类型来确定。

测定自由流速度的步骤详见附录B。

如果不能观测到自由流速度，就必须通过街道的功能和设计类型来鉴别道路等级。

首先考虑功能类型，然后是设计类型。

这种鉴别方法见第10章和图表10-4。

确定了道路的功能和设计类型之后，就可以用图表10-3确定城市街道的等级。

15.2.3确定行驶时间

车辆在城市街道路段上行驶所消耗的总时间由两部分组成：

行驶时间和在信号交叉口的控制延误。

为了计算路段上的行驶时间，分析人员必须知道街道等级、路段长度和自由流速度。

路段上的行驶时间可以从图表15-3中查取。

在每一个城市道路等级内，对实际行驶时间都会有一些影响因素。

图表15-3列出了街道长度的影响。

此外，停车、路侧干扰、当地的发展情况和街道使用也会影响行驶时间。

在本章中，同样认为这些因素会影响自由流速度。

因此，对自由流速度的直接观测包括这些因素造成的影响，即寓意这些因素对行驶速度的影响。

如果观测不到实际的或类似路段上的自由流速度，使用图表15-3备注中给出的默认值。

15.2.4确定延误

为了计算城市街道或区间的速度，需要知道交叉口的控制延误。

由于城市街道的功能是服务于直行交通流，因此应用直行交通流占用的车道组来反映城市街道的特征。

图表15-3每千米路段的行驶时间

注：

a.最好有一个估算的自由流速度。

如果没有，则使用上面的表格，假设下列默认值：

街道等级自由流速度

Ⅰ80

Ⅱ65

Ⅲ55

Ⅳ45

b．如果Ⅰ级或Ⅱ级城市街道的路段长度小于400米，则需作如下工作：

（a）重新评价其等级，（b）如仍作为个别路段，使用400米数值。

c.对于Ⅰ级或Ⅱ级城市街道上的长路段（大于等于1600米），可用自由流速度来计算每千米的行驶时间。

这些时间在1600米长的路段进口端表示。

d.同样，路段长度大于400米的Ⅲ级或Ⅳ级城市街道，首先应重新评价（即其等级是认可的）。

如果必要，400米以上的数值可以用外推。

尽管本表没有给出，但路段的行驶时间取决于交通流率；

然而，交叉口的延误对交通流率的依赖性更强，因此在行程速度的计算中占主导地位。

直行交通流的控制延误是城市街道评价中用的适当的延误。

一般来讲，分析人员应该获取这一信息，因为交叉口应该作为整个分析的一部分被独立地评价。

用式15-1计算控制延误。

用式15-2、15-3分别计算均匀延误和增量延误。

（15-1）

（15-2）

（15-3）

式中：

d——控制延误（s/veh）；

d1——均匀延误（s/veh）；

d2——增量延误（s/veh）；

d3——初始排队延误，见第16章（s/veh）；

PF——信号联动修正系数（见表15-5）；

X——车道组的v/c比（也作饱和度）；

C——信号周期长度（s）；

c——车道组的通行能力（s/veh）；

g——车道组的有效绿灯时间（s）；

T——分析持续的时间（h）；

K——感应控制的增量延误修正；

I——按上游信号灯车辆换车道和调节的增量延误修正。

15.2.4.1均匀延误

用式15-2计算的控制延误，其假设是车辆均匀到达，稳定流。

是“韦伯斯特”延误公式的第一部分，描述均匀到达的理想情况十分准确，并且已得到认可。

在计算d1时，X的取值不能大于1。

15.2.4.2增量延误

式15-3计算出来的增量延误起因于非均匀到达、个别车辆事故（随机延误）以及饱和的持续阶段（饱和延误）。

这个方程式把车道组的饱和程度（X）、分析持续时间（T）、车道组的通行能力（C）以及信号控制（K）内在地联系起来。

这个公式假设所有的流量需求已在先前的分析阶段得到满足，也就是没有初始排队。

如果有初始排队，根据初始排队的影响，16章附录F给出了分析步骤。

任何程度的饱和度都会产生增量延误。

15.2.4.3初始排队延误

在开始分析时，若存在上个周期遗留的排队，那么，新到达的车辆就要经历初始排队延误。

引起此延误的原因是需要一段额外的清理初始排队的时间。

这段时间的长短取决于初始排队的长度、分析时段的长度以及这段时间内的V/C比。

在16章附录F中也介绍有确定初始排队延误的步骤。

15.2.4.4到达类型和队列比

在分析城市街道或信号交叉口时，信号联动质量是一个需要量化的重要特征。

每一车道组的到达类型AT是描述该特征的参数。

该参数按定义的主要车流到达的六种类型来估计信号联动质量。

到达类型1：

界定为红灯密集队列。

即有超过80%的车道组交通量在红灯相位开始前到达。

该到达类型代表各种情况下路网连线的信号联动率很低，包括协调不够的情况。

到达类型2：

界定为红灯适度密集的队列。

即车辆在红灯相位的中间到达，或在一个红灯相位内分散车道组到达交通量的40-80%的车队。

这种到达类型代表了城市街道的一种不良的信号联动。

到达类型3：

由车辆的随机到达构成。

其主队列中包含了少于40%的车道组交通量。

这种到达类型代表了无干扰状态下的运行情况，队列分散程度很高的信号交叉口。

到达类型4：

由绿灯适度密集的队列构成。

即车辆在绿灯相位中间到达，或在一个绿灯相位内分散车道组到达交通量40-80%的车队。

这种到达类型代表了城市街道的一种良好的信号联动。

到达类型5：

界定为绿灯密集到适度密集队列。

即有超过80%的车道组交通量在绿灯相位开始前到达。

这种到达类型代表了一种很好的信号联动，这种情况可能发生在路侧入口为低中数量的路线，并且在信号配时中有很大的优先权。

到达类型6：

线路特征近似理想，信号联动非常好，它代表路侧入口极少或可以忽略，几个交叉口的间距很近，密集排队信号联动。

到达类型最好是通过现场观测，也可以通过时间-空间曲线图模拟出来。

到达类型应尽可能精确地加以确定，因为它对计算延误和确定服务水平有重要影响。

尽管没有确切的参数来量化到达类型，但公式15-4所定义的队列比可以使用。

（15-4）

式中：

RP——队列比；

P——绿灯时间内到达车辆数占总车数的百分比；

C——周期长度（s）；

g——有效绿灯时间（s）。

可以通过实地观测或估计P值，c与g的值由信号灯周期设计得到。

P值不超过1。

与到达类型相关的Rp的大致范围列于图表15-4中。

此表还同时给出了随后计算要用到的默认值。

图表15-4到达类型与队列比（RP）的关系

15.2.4.5信号联动修正系数

理想的信号联动可以使在绿灯时间内到达的车辆比例大；

不理想的信号联动导致在绿灯时间到达的车辆比例小。

信号联动修正系数，PF，适用于所有协调的车道组，无论是定周期控制或半感应系统中的非感应控制。

信号联动主要影响均匀延误；

由于这个原因，只用于校正d1。

PF的值用式15-5计算。

（15-5）

PF——信号联动修正系数，

P——所有在绿灯时间内到达的车辆的比例，

g/C——有效绿灯时间比率，

fPA——绿灯时间内队列到达的追加修正系数。

可以通过现场观测或通过时-空曲线图计算P值。

PF的值也可以用fPA的默认值度量的P值计算。

式15-5可以用来确定PF值，PF是与每种到达类型相关联的P和fPA默认值的到达类型函数。

如果用式15-5计算PF值，则对于g/c值极低的到达类型4，其值不大于1。

事实上，到达类型4的PF应被赋最大值1.0。

图表15-5计算均匀延误的信号联动修正系数

PF=（1-P）fPA/（1-g/C）。

表格基于fp和Rp的默认值。

P=Rp*g/C（不大于1）。

到达类型3到6的PF值不大于1。

信号联动修正系数，PF，需要了解相位差、行程速度和交叉口信号。

当估计将来协调延误时，尤其是分析比选方案时，对于协调车道组，假设到达类型4是协调车道组的一种理想条件（左转除外），假设到达类型3是未协调车道组的条件。

对于专用相位专用左转车道上的交通流，其信号联动修正系数通常为1.0（即到达类型3）。

但如果信号协调提供了一个左转流向联动，应当由估计直行流向到达类型计算信号联动修正系数。

当协调的左转是保护-许可型相位的一部分，只用保护型相位的有效绿灯时间确定信号联动修正系数，因为保护型相位通常与队列调整相关联。

当使用时-空图，且车道组交通流有不同程度的调整时，用P的流量-加权平均值计算PF。

15.2.4.6感应控制的增量延误修正

在式15-3中，k体现了控制器对延误的影响。

对于定周期信号，k值取0.50。

这是根据等于车道组通行能力的随机到达排队和均匀服务得到的。

然而，感应控制器可以设定绿灯时间适应当前需求，减少全部的增量延误。

延误的减少部分地取决于控制器的单位延长和饱和度。

研究表明，单位延长越低（即快速交叉口运行），k值和d2值越小。

但是，当饱和度接近1.0时，感应控制器的作用就相当于定周期控制器，在饱和度大于或等于1.0时，得到的k值是0.50。

图表15-6给出了感应控制器在不同单位延长和饱和度下推荐的k值。

对于图表15-6中没有列出的单位延长值，k值可以用内插的方法得到。

如果用图表15-6中的公式，kmin（即X=0.5时的k值）必须首先根据其单位延长利用内插法算出，然后用该公式计算。

根据图表15-6，可以利用外插法得到单位延长超过5.0秒的值，但是外插得到的k值不应超过0.50。

图表15-6控制器类型的k值

对于一个单位延长，X=0.5时对应的kmin值：

k=（1-2kmin）（X-0.5）+kmin，其中k≥kmin，k≤0.5。

当单位延长大于5.0时，外插得到k，且保证k≤0.5。

15.2.4.7上游过滤或调节修正系数，I

式15-4中的增量延误修正值I考虑到来自上游信号过滤后到达的车辆的影响。

对于独立交叉口（即距临近的上游信号交叉口的距离大于等于1.6千米的交叉口），I值取1.0。

这个值基于一个周期内随机到达车辆数，因此车辆到达的方差等于平均数。

I值小于1.0用于非独立交叉口，它反映了上游信号灯使指定（即下游）交叉口每周期到达车辆数的方差减小的方法。

从而由于随机到达，使延误减少。

图表15-7列出了非独立交叉口的I值。

表中的I值是基于Xu得到的。

Xu是上游所有流向分配到指定交叉口车道组流量的加权v/c比。

用加权平均计算该项比率，每股分配的上游流向的v/c比权重是其交通量。

城市街道运行性能的分析，充分接近作为上游直行流向v/c比的Xu。

图表15-7上游信号车道组I值的推荐值

I=1.0-0.91Xu2.68且Xu≤1.0。

15.2.5确定行程速度

公式15-6用于计算每一路段和整个区间的行程速度。

（15-6）

SA——路段上直行车辆的平均行程速度（km/h）；

L——路段长度（km）；

TR——给定区间内所有路段上总的行驶时间（s）；

d——信号交叉口直行流向的控制延误（s）。

特殊情况下，可能会产生因在人行横道处由停车造成的路段延误，或公交车停靠或出入口干扰造成的其它延误。

这些延误加到式15-6的分母中。

15.2.6确定服务水平

对于每级城市街道，都明确的设定城市街道服务水平标准。

这些标准是根据驾驶员对不同种类的城市街道不同的期望制定的。

城市街道等级的自由流速度和交叉口服务水平的确定要一并考虑。

图表15-2给出了各级城市街道的服务水平标准。

不同等级的标准不同：

越次要的城市街道（即分类号越高的城市街道），驾驶员对道路设施的期望越低，与服务水平相匹配的速度也越低。

因此，三级城市街道B级服务水平的速度要低于一级城市街道同级服务水平的速度。

分析人员应当知道说明升级城市街道的前后对比评估。

如果通过改建将街道设施从二级升级到一级，尽管平均速度有提高，也会带来其他一些改善，但很可能服务水平并没有改变（或者可能变得更低），因为期望更高。

只有当城市街道的所有路段处于同一等级时，城市街道服务水平这个整体概念才有意义。

15.2.7计算结果对输入变量的敏感度

下面的速度-流量曲线表明了行程速度对以下因素的敏感度：

●自由流速度，

●V/C比，

●信号密度，

●城市街道等级。

图表15-8~15-11用V/C比划分了城市街道关键交叉口高峰方向的直行交通流。

所谓关键交叉口是指直行交通流V/C比最高的交叉口。

城市街道交叉口直行交通流通行能力的计算公式如式15-7：

（15-7）

c——直行车道的通行能力（veh/h）；

N——交叉口直行车道数；

s——每条直行车道的修正饱和流（veh/h）；

g/C——交叉口直行交通流每周期的有效绿灯时间。

城市街道的通行能力把一个行驶方向上的通行能力最低值（通常在信号交叉口）作为直行交通流的通行能力。

通行能力的大小取决于车道数，每条车道的饱和流率（受几何设计和需求因素的影响），以及交叉口直行交通流每周期的绿灯时间。

周期长度也能影响城市街道的通行能力。

较长的周期长度通常会提供更长的直行交通流通过的绿灯时间，但同时要提供行人清尾时间，相位转换间隔，和车辆清尾时间。

信号协调（即信号联动质量）通常可以改善城市街道的速度和服务水平。

然而这种改进的协调，就其本身而言，一般不能增加城市街道的通行能力，除非主干道的绿信比也作相应的改善。

图表15-8一级城市街道速度流量曲线

（参见脚注假设值）

假设：

路段自由流速度80km/h，长度10km，信号周期长120s，绿信比0.45，到达类型3，独立交叉口，修正饱和流率1700veh/h，2个直行车道，分析时段长0.25h，定周期信号运行。

图表15-9二级城市街道速度流量曲线

路段自由流速度65km/h，长度10km，信号周期长120s，绿信比0.45，到达类型3，独立交叉口，修正饱和流率1700veh/h，2个直行车道，分析时段长0.25h，定周期信号运行。

信号密度增大，通常会降低城市街道的速度和服务水平，但是不会影响通行能力，除非对于直行交通流，增加的信号的绿信比降低或饱和流率降低。

图表15-10三级城市街道速度流量曲线

路段自由流速度55km/h，长度10km，信号周期长120s，绿信比0.45，到达类型3，独立交叉口，修正饱和流率1700veh/h，2个直行车道，分析时段长0.25h，定周期信号运行。

图表15-11四级城市街道速度流量曲线

路段自由流速度50km/h，长度10km，信号周期长120s，绿信比0.45，到达类型4，独立交叉口，修正饱和流率1700veh/h，2个直行车道，分析时段长0.25h，定周期信号运行。

图表15-8，15-9，15-10和15-11说明了城市街道直行交通流的信号密度和交叉口v/c比是怎样影响不同等级道路的平均行程速度的。

脚注中所列的是用于计算这些特性曲线的信号配时和道路设计假设值。

为了便于计算，假设每条街道上的所有信号灯的需求、信号配时和几何特性相同。

不同的假设值产生不同的曲线。

图表15-12说明了不同到达类型的估计速度的敏感度。

图表15-12不同到达类型的平均速度的变化

三级城市街道，路段自由流速度56km/h，长度10km，信号周期长120s，绿信比0.45，到达类型3，独立交叉口，定周期信号，高峰小时系数0.925，专用左转车道，左转车辆比例为12%。

15.3应用

方法的应有必须明确两个基本问题。

第一，首要明确输出是什么？

通常情况下，输出是服务水平和可达到的流率（vp）。

与控制延误和行程速度相关的运行性能的度量同样可以得到，但这是次要输出。

第二，用于分析的默认值或估计值有多大？

一般而论，输入数据有3个来源：

1．手册中可查到的默认值，

2．人员自定的估计值和从当地的默认值，

3．实测值。

对于每一个输入变量，必须赋值，用于计算输出，包括主要输出和次要输出。

这种方法的一个普遍应用是计算近期或远期的一个现用或改变的设施的服务水平。

这种应用形式通常称运行分析；

它的首要输出是服务水平，次要输出是延误和速度。

另一种应用是求解服务流率vp，作为首要输出，确定什么时候需要改善。

这种分析必须输入一个目标服务水平和一定数量的车道。

通常，在给定了服务水平的情况下，计算可接受的最大流率。

再一种应用——规划分析，用估计值、HCM默认值、当地默认值作为输入。

作为输出，规划应用可以决定服务水平或流率，次要输出是延误和速度。

规划分析和运行或设计分析的区别在于其大多数或全部规划输入值都来自于估计或默认值，但是运行分析则倾向于用实测或已知值作为大多数或全部的输入。

对于每一种分析，自由流速度，无论实测的还是估计的，都要作为输入。

15.3.1划分城市街道路段

开始分析时，必须确定所分析的城市街道的位置和长度。

确定所有相关的实体、信号和交通数据。

还要考虑的是确定城市街道的范围，一般市区至少1.5km，其它地区3.0km，和是否含有附加路段。

路段是分析的基本单位，它是两个信号交叉口之间一个方向的距离。

图表15-13表明了单向行驶道路和双向行驶道路的路段的概念。

图表15-13城市街道路段类型

15.3.2计算步骤

图表15-14是计算作业单。

一个完整的作业单分析道路一个行驶方向。

为了了解一条城市道路设施的运行状况，用同样的方法分析两次——每次一个方向，分别评价服务水平。

运行分析（服务水平）的第一步是确定城市街道的位置和长度。

接下来，利用图表10-3确定街道等级。

自由流速度也要确定。

下一步是将街道划分为路段。

计算每个路段的行驶时间和每个交叉口直行交通流的控制延误。

按路段和整条道路设施计算平均行程速度。

据平均行程速度，由图表15-2，确定服务水平。

对流率vp的设计分析的目标是用城市街道的修正饱和流率、信号配时数据和几何数据来估算车辆的小时流率。

在分析的开始，确定一个期望服务水平，用于获得最低可接受的平均行程速度，如图表15-2所示。

各交叉口的延误由城市街道行程速度方程式来确定。

通过回过头来求解延误方程式，计算出v/c比、X。

通过X，便可确定期望服务水平下的最大服务流率VP。

图表15-14城市街道作业单

15.3.3规划分析

在规划层面上城市街道服务水平分析的目标是估计设施的运行状况。

这类分析的一个重要应用是增长管理。

规划服务水平分析的精确度取决于输入数据。

规划分析最适用于在缺乏实测数据、规划范围较大的条件下，估计期望的服务水平。

信号交叉口的规划分析与城市街道的规划分析的主要区别在于对转向车辆的处理。

因为城市街道的分析强调直行交通流，简化地假设在主要交叉口左转港湾提供全部车辆左转，并且由适当的时间独立相位控制。

结果使得许多输入和复杂的交叉口分析通过使用默认值而得到简化。

在前面的章节中，这两种规划分析（规划LOS和规划vp）分别与运行（LOS）和设计（vp）分析的程序直接相符合。

最早的将规划应用分类的标准是计算输入用估计值，HCM默认值，或当地默认值输入。

另一个定义规划分析的系数是利用年平均日交通量（AADT）来计算方向设计小时交通量（DDHV）。

DDHV是用已知或预测的K值（发生在高峰小时的AADT的比例）和D值（在高峰方向双向行驶交通流的比例）计算，详见第8章。

选择K值和D值的详细方法请查看第8章。

规划分析的计算步骤见附录A。

进行规划分析，需要测定的输入值，如果有，通常也是很少。

第10章有更多关于应用默认值的信息。

本章有关方法的规划应用是基于左转车辆有独立车道和独立相位的假设，因此它对直行车辆的影响达到最小。

对规划目的，自由流速度应根据对实际街道的研究或对相似街道的研究而定，且应与城市街道的分级一致。

如果自由流速度的实测数值不易观测，可以采用