韋伯斯特配時法

到目前為止,定時信號的配時方法在國際上主要有英國的TRRL法(也稱Webster法)、澳大利亞的ARRB法以及美國的HCM法等。在我國有“停車線法”和“衝突點法”等方法。隨著研究的不斷深入,定時信號的配時方法也在進一步的改進之中。這裡,在綜合研究英國、澳大利亞和美國等國家以及我國現有的配時方法的基礎上,結合我國城市交通的特點,討論定時信號配時的基本方法。

基本方案

1)對於新建交叉口,在缺乏交通量數據的情況下,十字交叉口,建議先按表1所列進口車道數與渠化方案選取初步試用方案;T形交叉口,建議先用三相位信號;然後根據通車後實際交通各流向的流量調整渠化及信號相位方案。

2)交通信號相位設定

在設定交通信號相位時,應遵循以下原則:

(1)信號相位必須同交叉口進口道車道渠化(即車道功能劃分)方案同時設定;

(2)信號相位對應於左右轉彎交通量及其專用車道的布置,常用基本方案示於圖2;

(3)有左轉專用車道時,根據左轉流向設計交通量計算的左轉車每周期平均到達3輛時,宜用左轉專用相位。

(4)同一相位各相關進口道左轉車每周期平均到達量相近時,宜用雙向左轉專用相位,否則宜用單向左轉專用相位。

設計

設計流程

單個交叉口定時交通信號配時設計,要按照不同的流量時段來劃分信號配時的時段,在同一時段內確定相應的配時方案。改建、治理交叉口,具有各流向設計交通量數據時,信號配時設計的流程如圖1所示。

設計交通量

確定設計交通量時,應按交叉口每天交通量的時變規律,分為早尖峰時段、下午尖峰時段、晚尖峰時段、早、晚低峰時段、中午低峰時段及一般平峰時段等各時段,然後確定相應的設計交通量。

已選定時段的設計交通量,須按該時段內交叉口各進口道不同流向分別確定,其計算公式如下:

(1)

式中:——配時時段中,進口道m、流向n的設計交通量(pcu/h);

——配時時段中,進口道m、流向n的高峰小時中最高15分鐘的流率(pcu/15min)。

無最高15分鐘流率的實測數據時,可按下式估算:

(2)

式中:——配時時段中,進口道m、流向n的高峰小時交通量(pcu/h);

——配時時段中,進口道m、流向n的高峰小時係數;主要進口道可取0.75,次要進口道可取0.8。

新建十字形交叉口建議試用方案表1

進口車道數 渠化方案 信號相位方案
5
4
4
4
3
4
2
2




註:表示該相位左轉車應讓直行車先行,即在直行車空檔及末尾時允許左轉車通行。

圖2信號相位常用基本方案

參數計算

1)信號周期時長須選用最佳周期時長,按下式計算:

(40)

2)信號總損失時間,按下式計算:

(41)

式中:——起動損失時間,應實測,無實測數據時可取3s;

——黃燈時長,可定為3s;

——綠燈間隔時間(s);

k——一個周期內的綠燈間隔數。

3)綠燈間隔時間,按下式計算:

(42)

式中:——停車線到衝突點距離(m)

——車輛在進口道上的行駛車速(m/s)

——車輛制動時間(s)

當計算綠燈間隔時間I<3s時,配以黃燈時間3s;I>3s時,其中3s配以黃燈,其餘時間配以紅燈。

4)流量比總和,按下式計算:

;(≯0.9)(43)

式中:——組成周期的全部信號相位的各個最大流量比值之和。

j——一個周期內的相位數

——第j相的流量比

——設計交通量(pcu/h)

——設計飽和流量(pcu/h)

計算Y值大於0.9時,須改進進口道設計或/和信號相位方案,重新設計。

5)總有效綠燈時間:每周期的總有效綠燈時間按下式計算:

(44)

6)各相位有效綠燈時間:各相位的有效綠燈時間按下式計算:

(45)

7)各相位的綠信比:各相位的綠信比按下式計算:

(46)

8)各相位顯示綠燈時間:各相位的實際顯示綠燈時間按下式計算:

(47)

式中:lj——第j相位起動損失時間。

9)最短綠燈時間

(1)最短綠燈時間按下式計算:

(48)

式中:——行人過街道長度(m);

——行人過街步速,取1.2m/s;

——綠燈間隔時間(s)。

(2)計算的顯示綠燈時間小於相應的最短綠燈時間時,應延長計算周期時長(以滿足最短綠燈時間為度),重新計算。

10)信號配時圖

以上信號配時設計結果,可用信號配時圖集中表達,如圖3所示:

6.信號交叉口通行能力與飽和度

1)一般表達式:

道路交通通行能力表征道路交通設施能夠處理交通的能力。其通用定義是:道路交通設施中,在要考察的地點或斷面上,單位時間內能夠通過的最多交通單元。是交通規劃、交通工程設計與交通管理等交通工程有關各領域中必不可少的一個重要指標。

信號交叉口通行能力分別按交叉口各進口道估算,一般以小車當量單位計;信號交叉口一條進口道的通行能力是此進口道上各條進口車道通行能力之和;一條進口車道的通行能力是該車道飽和流量及其所屬信號相位綠信比的乘積,即進口道通行能力:

(49)

式中:——第i條進口車道的通行能力(pcu/h);

——第i條進口車道的飽和流量(pcu/h);

——第i條進口車道所屬信號相位的綠信比;

——該信號相位的有效綠燈時間(s);

——信號周期時長(s)。

2)直行車道:(50)

3)左轉專用車道:

(1)有左轉專用相位時:(51)

(2)無左轉專用相位時:(52)

4)右轉專用車道:

(1)有專用相位時:(53)

(2)無專用相位時:(54)

5)直左合用車道:(55)

當左轉車每周期平均達2輛時,宜增設左轉專用車道;增設左轉專用車道有困難時,宜採用單向左轉相位。此時,直左合用車道通行能力可按直行車道通行能力計算。

6)直右合用車道:(56)

7)直左右合用車道:

(1)普通相位兼有行人影響時

(57)

這種情況只適用於左轉車交通量每周期平均不超過1輛。

左轉車交通量每周期平均達2輛時,宜增設左轉專用車道;增設左轉專用車道有困難時,宜採用單向左轉專用相位。

(2)有單向左轉相位或單向交通

直左右合用車道通行能力可按直行車道通行能力計算。

8)左右合用車道通行能力(三岔交叉口)

(58)

9)飽和度:各車道飽和度是各車道實際到達交通量與該車道通行能力之比,即:

(59)

飽和流量

飽和流量的定義是:在一次連續的綠燈信號時間內,進口道上一列連續車隊能通過進口道停車線的最大流量,單位是pcu/綠燈小時。

飽和流量隨交叉口幾何因素、渠化方式、信號配時及各流向交通衝突等情況而異,比較複雜。因此,應儘量採用實測數據,實在無法取得實測數據時,如新建交叉口設計時,才考慮用以下估算方法。

交叉口進口道經劃分車道並加渠化以後,進口道飽和流量隨進口道車道數及渠化方案而異,所以必須分別計算各條進口車道的飽和流量,然後再把各條車道的飽和流量累計成進口道的飽和流量。

飽和流量用實測平均基本飽和流量乘以各影響因素校正係數的方法估算。即:進口車道的估算飽和流量:

(3)

式中:——第i條進口車道基本飽和流量(pcu/h);

——各類進口車道各類校正係數。

1)基本飽和流量

各類進口車道各有其專用相位時的基本飽和流量Sbi,可採用表2數值:

各類進口車道的基本飽和流量(pcu/h)表2

車道 Sbi
直行車道 1400-2000 平均1650
左轉車道 1300-1800 平均1550
右轉車道 1550

註:進口車道寬度:3.0m~3.5m。

2)各類車道通用校正係數

(1)車道寬度校正:

(4)

式中:W——車道寬度(m)。

(2)坡度及大車校正:

=1-(G+HV)(5)

式中:G——道路縱坡,下坡時取0;

HV——大車率,這裡,HV不大於0.50。

3)直行車道飽和流量

直行車流受同相位綠燈初期左轉腳踏車的影響時,直行車道設計飽和流量除須作通用校正外,尚須作腳踏車影響校正,腳踏車影響校正係數按下式計算:

(6)

式中:bL——綠初左轉腳踏車數(輛/周期)。

bL套用實測數據,無實測數據時,可用下式估算:

(7)

式中:B——腳踏車流量(輛/周期);

βb——腳踏車左轉率;

C——周期時長(s),先用初始周期時長計算;

ge——有效綠燈時長(s),無信號配時數據時,按下式粗略確定:

(8)

式中:j——周期內的相位數。

直行車道飽和流量:

(9)

式中:——直行車道基本飽和流量,見表2。

4)左轉專用車道飽和流量

(1)有專用相位時:

(10)

式中:——左轉專用車道有專用相位時的基本飽和流量,見表2。

(2)無專用相位時:

(11)

左轉校正係數:

(12)

式中:——對向直行車道數的影響係數,見3。

——對向直行車流量(pcu/h)

——綠信比,缺信號配時數據時,按下式粗略估算:

(13)

對向直行車道數的影響係數表3

對向直行車道數 1 2 3 4

1.0 0.625 0.51 0.44

5)轉專用車道飽和流量

(1)專用相位時:

(14)

式中:——右轉專用車道基本飽和流量,見表2;

——轉彎半徑校正係數,按下式計算:

(15)

式中:r——轉彎半徑(m)。

(2)無專用相位時:

(16)

式中:——行人或腳踏車影響校正係數

(17)

行人影響校正係數:

(18)

式中:——右轉綠燈時間中,因過街行人干擾,右轉車降低率;

——過街行人消耗綠燈時間(s);

——右轉相位有效綠燈時間(s);

C——信號周期時長(s)。

按上式估算有困難時,建議按表4取。

行人影響校正係數表4

周期(S) 行人少(<20人/周期) 行人多(>20人/周期)




0.4 0.5 0.6 0.4 0.5 0.6
60 0.88 0.88 0.87 0.45 0.42 0.40
90 0.87 0.87 0.86 0.40 0.38 0.36
120 0.87 0.86 0.86 0.37 0.36 0.35

腳踏車影響校正係數fb:

(19)

式中:gj——周期顯示綠燈時長(s);

tT——直行腳踏車綠初駛出停車線所占用的時間(s)。

(20)

式中:bTS——紅燈期到達停在停車線前排隊的直行腳踏車的交通量(輛/周期);

bTD——綠燈期到達接在排隊腳踏車隊後直接連續駛出停車線的直行腳踏車的交通量(輛/周期);

STS——紅燈期到達排隊腳踏車綠初駛出停車線的飽和流量,建議取3600輛/m·h。

STD——綠燈期到達直接駛出停車線腳踏車的飽和流量,建議取1600輛/m·h。

Wb——腳踏車道寬度(m)

交通量套用實測數據,無實測數據時只得用簡化方法估算tT:

(21)

式中:bT——直行腳踏車每周期平均交通量(輛/周期)。

6)直左合用車道飽和流量

(22)

直左合流校正係數:

(23)

(24)

(25)

式中:——合用車道中直行車交通量(pcu/h);

——合用車道中左轉車交通量(pcu/h);

——合用車道的直行車當量(pcu/h);

——合用車道中的左轉係數。

7)直右合用車道飽和流量

(26)

直右合流校正係數:

(27)

(28)

(29)

式中:——合用車道中直行車交通量(pcu/h);

——合用車道中右轉車交通量(pcu/h);

——合用車道直行車當量(pcu/h);

——合用車道中的右轉係數。

8)直左右合用車道飽和流量

(1)普通相位兼有行人影響

取第6)和第7)條計算結果的較小值。

(2)有單向左轉相位或單向交通

參照第3)條計算。

9)左右合用車道飽和流量(三岔路口)

(30)

左右合流校正係數:

(31)

(32)

(33)

式中:——合用車道中左轉車交通量(pcu/h);

——合用車道中右轉車交通量(pcu/h);

——合用車道的左轉車當量(pcu/h);

——合用車道中的右轉係數。

10)短車道飽和流量校正

當進口車道實際供排隊長度小於要求排隊長度時,進口車道屬短車道,須作短車道飽和流量校正。

(34)

式中:——經各類校正後的飽和流量(pcu/h);

——有效綠燈時長(s);

——排隊中一輛小轎車的平均占位長度,一般取6m。

(1)左轉專用與右轉專用車道短車道校正係數

專用車道本身的校正係數:

(35)

專用車道相鄰車道的校正係數:

(36)

(37)

式中:——使用專用車道的車輛比率。

(2)合用車道短車道校正係數

(38)

(39)

水平評估

信號交叉口設計與交通信號配時的服務水平,根據計算的平均停車延誤確定。用作交叉口服務水平評價的延誤是15分鐘分析期間的平均每車信號控制延誤(簡稱信控延誤)。

信號交叉口延誤是反映車輛在信號交叉口上受阻、行駛時間損失的評價指標。

延誤的影響因素眾多,涉及交叉口幾何設計與信號配時的各個方面,是一個能夠綜合反映交叉口的幾何設計與信號配時優劣的評價指標。

1)延誤估算方法

延誤是一個影響因素十分複雜的指標。理論計算所得結果難於精確符合實際情況。所以應採用現場觀測的延誤數值作為評價依據,特別是對原有交叉口評價分析或作改善效果的前後對比分析、有條件做現場觀測時,須用現場觀測數據。對設計交叉口的不同設計方案作比較分析、無法現場觀測時,才用估算方法。

延誤須對交叉口各進口道分別估算各車道的每車平均信控延誤;進口道每車平均延誤是進口道中各車道延誤之加權平均值;整個交叉口的每車平均延誤是各進口道延誤之加權平均值。

(1)各車道延誤可用下式估算:

(60)

式中:——各車道每車平均信控延誤(s/pcu);

——均勻延誤,即車輛均勻到達所產生的延誤(s/pcu);

——隨機附加延誤,即車輛隨機到達並引起超飽和周期所產生的附加延誤(s/pcu);

——初始排隊附加延誤,即在延誤分析期初停有上一時段留下積余車輛的初始排隊使後續車輛經受的附加延誤(s/pcu);

①設計交叉口

對於設計交叉口,因要滿足設計服務水平的要求,不應出現在分析期初留有初始排隊的情況,即不應出現有初始排隊附加延誤,則設計交叉口時各車道延誤用下式估算:

(61)

(62)

(63)

式中:——周期時長(s);

——所計算車道的綠信比;

——所計算車道的飽和度;

——所計算車道的通行能力;

——分析時段的持續時長(h),取0.25h。

——單個交叉口信號控制類型校正係數,定時信號取e=0.5;感應信號e隨飽和度與綠燈延長時間而變,綠燈延長時間為2~5秒時建議的平均e值列於表5。

建議e值表5

x e 平均值
≤0.5 0.04-0.23 0.13
0.6 0.13-0.28 0.20
0.7 0.22-0.34 0.28
0.8 0.32-0.39 0.35
0.9 0.41-0.45 0.43
>1.0 0.5 0.5

②原有交叉口

對原有交叉口作延誤評估時,應考慮初始排隊的延誤,即按公式(60)計算。

對於:

(64)

式中:——飽和延誤(s/pcu);

(65)

——不飽和延誤(s/pcu);

(66)

——在T中積余車輛的持續時間(h)。

(67)

式中:——分析期初始積余車輛(輛),須實測;

——綠燈期車流到達率校正係數,按下式計算:

(68)

P——綠燈期到達車輛占整周期到達量之比,可實地觀測。

對於,用前式計算,即

(69)

對於,其隨前式算得的在T中積余車輛的持續時間而定,

(70)

(2)各進口道的平均信控延誤,按該進口道中各車道延誤的加權平均數估算:

(71)

式中:——進口道的平均信控延誤(s/pcu);

——進口道中第車道的平均信控延誤(s/pcu);

——進口道中第車道的小時交通量換算為其中高峰15分鐘的交通流率(輛/15min)。

(3)整個交叉口的平均信控延誤,按該交叉口中各進口道延誤的加權數估算:

(72)

式中:——交叉口每車的平均信控延誤(s/pcu);

——進口道的高峰15分鐘交通流率(輛/15min)。

每車平均信控延誤數值與信號交叉口服務水平的對應關係列於表6。按照表6,原則為:

(1)以平均停車延誤作信號交叉口設計與交通信號配時的服務水平的評價指標。

(2)信號交叉口設計與交通信號配時的服務水平,根據計算的平均停車延誤確定。

(3)設計服務水平,新建、改建交叉口宜取B級,治理交叉口宜取C級。

(4)服務水平不合格時,須改變各進口道設計或/和信號相位方案,重新設計。

延誤—服務水平表6

服務水平 每車停車延誤(s)
A ≤10
B 11〜20
C 21〜35
D 36〜55
E 56〜80
F >80

參考文獻

《上海市工程建設規範·城市道路平面交叉口規劃與設計規程(DGJ08-96-2001)》

基本參數匯總表

附表1

交叉口設計基本參數調查匯總表


項目 單位 道路名或進口道






進口道 進口道 進口道 進口道
道路等級





車道數 車道




設計車速 km/h




設計車輛 車種




紅線寬度 m




附表2

平面交叉口規劃與設計基礎道路交通資料項目匯總表


資料類別 摘要
交通狀況 分流向、車種的小時交通量 早尖峰時段15分高峰交通量,必要時用(2~3小時,或12小時)交通量,車種分為大型車與其它兩類。必要時包括相鄰交叉口及附近支路的交通量。
非機動車交通量
行人交通量
交通事故記錄
交通規劃狀況
交通控制狀況
道路狀況 道路網形態
地形、地貌
道路現狀
大規模交通產生設施、公共設施分布

附表3

交通信號配時設計計算表

交叉口初始周期時長計算周期時長

進 口 道 車道 車道數 設計交通量qdmn 車道渠化方案 設計飽和流量 Sd 流量比y qd/Sd 最大流量比 流量比總和Y 總損失時間L 周期時長 C 總有效綠燈時間Ge 有效綠燈時間 ge 綠信比λ 顯示綠燈時間 g 最短綠燈時間 gmin
Q15或 4×Q15 每周轉彎車數
Q PHF
西
















直左















直右




























直左















直右




























直左















直右




























直左















直右















附表4

飽和流量校正係數表

交叉口初始周期時長計算周期時長

進口道 車道 車道數 車道寬度校正 坡度大車校正 直行車道 腳踏車校正 左轉校正 右轉校正 直左校正 直右校正 左右校正(三叉路)



W fW G+HV fg B β ge或Ge/j bL fb ξ qT λ或Ge/jC fL 轉彎 校正 行人或腳踏車干擾校正 qT qL kL fTL qT qR KR fTR qL qR kR fLR
r fr fpb
西




























直左

























































直右






















































































直左

























































直右






















































































直左

























































直右






















































































直左

























































直右

























































附表5

飽和流量與通行能力計算表

交叉口初始周期時長計算周期時長

進口道 車道 車道數 基本飽和流量 車道寬度校正 坡度大車校正 腳踏車校正 左轉校正 右轉校正 直左校正 直右校正 左右校正 校正飽和流量 綠信比 通行能力 飽和度 直左右車道通行能力 左右合用車道通行能力
轉彎校正 行人或腳踏車干擾
Sb fW fg fb fL fr fpb fTL fTR fLR Sd λ CAP x
西

















直左



































直右





















































直左



































直右





















































直左



































直右





















































直左



































直右



































附表6

交通信號配時設計計算表

交叉口初始周期時長計算周期時長

進口道 車道 車道數 設計交通量qd 車道渠化方案 設計飽和流量 Sd 流量比y qd/Sd 最大流量比 流量比總和Y 總損失時間L 周期時長 C 總有效綠燈時間Ge 有效綠燈時間 ge 綠信比λ 顯示綠燈時間 g 最短綠燈時間 gmin
Q15或 4×Q15 每周轉彎車數
Q PHF
西
















直左















直右




























直左















直右




























直左















直右




























直左















直右















附表7

飽和流量校正係數表

交叉口初始周期時長計算周期時長

進口道 車道 車道數 車道寬度校正 坡度大車校正 直行車道 腳踏車校正 左轉校正 右轉校正 直左校正 直右校正 左右校正(三叉路)



W fW G+HV fg B β ge或Ge/j bL fb ξ qT λ或Ge/jC fL 轉彎 校正 行人或腳踏車干擾校正 qT qL kL fTL qT qR KR fTR qL qR kR fLR
r frb fpb
西




























直左

























































直右






















































































直左

























































直右






















































































直左

























































直右






















































































直左

























































直右

























































附表8

飽和流量與通行能力計算表

交叉口初始周期時長計算周期時長

進口道 車道 車道數 基本飽和流量 車道寬度校正 坡度大車校正 腳踏車校正 左轉校正 右轉校正 直左校正 直右校正 左右校正 校正飽和流量 綠信比 通行能力 飽和度 直左右車道通行能力 左右合用車道通行能力
轉彎校正 行人或腳踏車干擾
Sb fW fg fb fL fr fpb fTL fTR fLR Sd λ CAP x
西

















直左



































直右





















































直左



































直右





















































直左



































直右





















































直左



































直右



































附表9

交通信號配時設計計算表

交叉口初始周期時長計算周期時長

進口道 車道 車道數 設計交通量qd 車道渠化方案 設計飽和流量 Sd 流量比y qd/Sd 最大流量比 流量比總和Y 總損失時間L 周期時長 C 總有效綠燈時間Ge 有效綠燈時間 ge 綠信比λ 顯示綠燈時間 g 最短綠燈時間 gmin
Q15或 4×Q15 每周轉彎車數
Q PHF
西
















直左















直右




























直左















直右




























直左















直右




























直左















直右















附表10

飽和流量校正係數表

交叉口初始周期時長計算周期時長

進口道 車道 車道數 車道寬度校正 坡度大車校正 直行車道 腳踏車校正 左轉校正 右轉校正 直左校正 直右校正 左右校正(三叉路)



W fW G+HV fg B β ge或Ge/j bL fb ξ qT λ或Ge/jC fL 轉彎 校正 行人或腳踏車干擾校正 qT qL kL fTL qT qR KR fTR qL qR kR fLR
r fr fpb











西




























直左

























































直右






















































































直左

























































直右






















































































直左

























































直右






















































































直左

























































直右

























































附表11

飽和流量與通行能力計算表

交叉口初始周期時長計算周期時長

進口道 車道 車道數 基本飽和流量 車道寬度校正 坡度大車校正 腳踏車校正 左轉校正 右轉校正 直左校正 直右校正 左右校正 校正飽和流量 綠信比 通行能力 飽和度 直左右車道通行能力 左右合用車道通行能力
轉彎 校正 行人或腳踏車干擾
Sb fW fg fb fL fr fpb fTL fTR fLR Sd λ CAP x
西

















直左



































直右





















































直左



































直右





















































直左



































直右





















































直左



































直右



































附表12

延誤及服務水平估算表

交叉口

進口道 車道 車道數 均勻延誤 隨機附加延誤 車道信控延誤 進口道延誤 交叉口延誤 服務 水平
周期時間 綠信比 飽和度 均勻延誤 通行能力 控制類型校正 隨機附加延誤 車道高峰15分鐘流率 進口道信控延誤 進口道高峰15分鐘流率 交叉口信控延誤
C λ x d1 CAP e d2 di qi dA qA dI
西











直左

















直右



























直左

















直右



























直左

















直右



























直左

















直右

















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