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《第十次全国城市道路与交通工程学术会议论文集》
城市道路通行能力研究
荣建１；邵长桥１；邓卫２；李文权２
（１北京工业大学交通工程北京市重点实验室，北京
２东南大学交通运输学院，南京２１００９６）
１００１２４，
摘要：针对我国城市道路系统中快速路、主干道、信号交叉口和无信号交叉口设旌，通过大量的实际观测和理论分析，研究了这些交通设施的通行能力，确定了各交通设施通行能力的影响因素，可供城市道路交通规划、设计和管理借鉴。
关键词：通行能力影响凼素快速路城市主干道信号交叉口
无信号交叉口
Ｓｔｕｄｙ
ｏｎ
ＵｒｂａｎＳｔｒｅｅｔＣａｐａｃｉｔｙ
ＲＯＮＧＪｉａｎ，ＳＨＡＯＣｈａｎｇ—ｑｉａｏ，ＤＥＮＧＷｅｉ，ＬｉＷｅｎ—ｑｕａｎ
（鲫ＬａｂｏｆＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅＵｉｎｇ
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Ｓｏｕｔｈｅａｓｔｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，ｃｈｉｎａ）
ｕｒｂａｎｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ，ａｒｔｅｒｉａｌ，ｓｉｇｎａｌｉｚｅｄｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎａｎｄｕｎ?ｓｉｇｎａｌｉｚｅｄｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎｉｎＣｈｉｎａ，ｔｈｅｉｒｃａｐａｃｉｔｉｅｓ
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ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｔｈｅｓｅ
ｒｅｓｕｌｔｓｃｏｕｌｄｂｅｕｓｅｄｆｏｒｒｅｆｅｒｅｎｃｅｉｎｕｒｂａｎｓｔｒｅｅｔＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｐａｃｉｔｙ
ｐｌａｒｍｉｎｇ．ｄｅｓｉｇｎａｎｄ
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ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒｓ
ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ
ｓｉｇｎａｌｉｚｅｄａｎ－ｓｉｇｎａｌｉｚｅｄｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎｓ
０研究背景宰
为优化城市道路系统资源，缓解交通拥堵问题，国家科技部和城乡与住房建设部在“十一五”科技支撑计划项目《城市综合交通系统功能提升与设施建设关键技术研究》中，设立了课题“城市道路通行能力与交通实验系统研究”课题，以期通过对城市道路交通流特性与道路通行能力进行系统、深入的研究，为解决城市交通问题提供理
论和技术基础。
术标准》和《城市道路设计规范》【ｌ－２ｌ仍沿用了国外以及我国公路的通行能力研究成果。面对城市道路中不同的交通流特性、交通组成、驾驶行为以及混合交通等特性，亟待系统地开展城市道路通行能力研究，为编写适合我国城市道路与交通流特性的通行能力手册提供基础，以便更好的指导道路建设和管理。
国内外众多的研究学者对城市道路通行能力做了大量的研究。最为系统、全面的道路通行能力研究是由美国运输研究委员会ｐＪ（以下简称ＴＲＢ）开展的。自１９５０年以来，美国ＴＲＢ已经出版了四版《道路通行能力手册》（Ｈｉｇｈｗａｙ
Ｃａｐａｃｉｔｙ
道路通行能力是指在通常的道路、交通和管制条件下，在一定时间段内人或车辆合情合理地通过车道、道路中某一点或均匀断面的最大小时流率。通过对道路通行能力的分析，可以选择合理的道路规模、交通设施几何尺寸及建设时间。因此，道路通行能力分析研究是道路规划、工程项目可行性研究、设计、运营、管理和后评估等工作的基础。然而，我国城市道路通行能力研究一直是一个薄弱环节，在编的《城市道路工程技
Ｍａｎｕａｌ，简称ＨＣＭ）。继美国之后，许
多国家根据本国实情组织专门研究队伍开展了这方面的实地调研，编制出版了相应的道路通行能力手册。国内在道路通行能力方面也进行了大量的研究工作【４】－ｆ引。“九五”期间，交通部公路科学研究所联合东南大学、北京工业大学等单位，开展了公路通行能力的研究，其成果完善了《公路工程技术标准》和《公路路线设计规范》。“十
‘第十次全国城市道路与交通工程学术会议论文集）
五”期间，变通部公路科学研究所和北京工业大学对城市快速路系统进行了研究。此外，我国部分高技等科研机构进行了城市道路通行能力的相关理论研究”ｌ，为系统开展通行能力研究奠定了良好的基础。
Ｉ研究目标和对象
“城市道路通行能力与变通实骀系统研究”的目标之一是在调赉和分析城市道路典型设施交通运行特性及其影响冈幕基础上，推荐城市道路典型交通设施的通行能力值与影响因素．编写我国城市道路通行能力手册，为城市道路规划、设计、运行和管理提供分析方法和技术参数。为此．具体研究对象包括城市范胃内的快速路及其施工医、立交桥匣、土千道、信号交叉口和无信号交叉口：研究交通流包括：机动车流、自行车流
和行人流。
图ｌ数据采囊城市分布示意田
２．２具体研究对象的确定
根据目前对城市交通系统中快速路及其施
工区、立交桥区、城市主干道、信号交叉口和无信号交义口的调查，参考固外城市道路通行能力研究的基础，以及我国公路通行能力研究的经验，确定了各类交通设施具体的研究对象及其影响因素，详细说明参见表１。
表１城市道路通行能力盈其影响因素研究对蕞
。８４２
２数据采集
２１数据采集城市
为了使研究结果具有实用性，本研究以大量的交通流观测数据为基础展开。考虑到交通设施类型，驾驶行为、交通组成等通行能力及其影响囡素的尊异．课题组根据城市所在地里位置和人口规模，在全国范围内选择了近３０个城市进行了广泛的调研，从中琏择了Ｉ８个城市进行太规模的交通流数据采集，包括北京、上海、广州、重庆、南京、天津、武汉、郑州、福州、昆明、哈尔滨、沈阳、长春、呼和浩特、青岛、大连、秦皇岛、海口，数据采集城市的分布如图１所示。
ｉ磊詈：’‘”“。。’。’
２．３数据调查内客
在通行能力研究过穰中．针对以上各类ｉ殳施通行能力及其影响因素，分别采集了道路数据（如车道数、车道宽度、坡度、曲率、设计车速、
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横断面形式）、交通数据（交通组成、交通分布以及机动车、非机动车和行人流的流量、速度）、控制数据（信号相位、相序、配时、停让标志、限速、车道功能布置）和环境条件（天气状况和道路环境）。为了全面了解各设施的通行能力及其影响因素，采集过程中，不仅限于表ｌ中所列的影响因素。
图２平均速度—流量关系图
ｏ
数据采集过程中，交通参数采集可分别微观和宏观两种模式。微观数据包括单辆车的车速、车头时距等交通体个体特征：宏观数据包括交通量、平均车速、密度、自行车和行人流量等交通流特征。数据采集的格式往往不是单一的，包括视频、图片、文本、草图等多种形式。所有的资料都整理到城市道路交通状况基础数据库中，多种形式的数据也便于在研究过程中相互印证，以得到切实、可靠的结论。
交通流从非拥挤状态“转移”到拥挤状态时，交通流呈现出“跃迁”变化的临界值为车流密度５０ｖｅｈ／ｋｍ左右时，流率１５００＂－－１６００ｖｅｈ／ｈ。可考虑将此值作为施工区通行能力的推荐值。
３研究进展
３．１城市快速路通行能力
由于“十五”期间，城市快速路基本路段、分合流点和交织区通行能力已经开展过研究。因此，本研究将重点放在快速路施工区和立交桥区通１ｚ－－ＪＨ匕１２．，力。
３．１．１快速路施工区通行能力
１）施工区交通运行特性
根据施工区交通流运行数据和仿真分析发现，由于施工区通常都设置较小的限速值，当交通需求较小时，车流运行速度近似稳定。并且由于车辆运行速度较低，即使交通需求有所增加，车辆平均运行速度变化较缓慢，如图２所示，即非拥挤状态下速度—流量曲线变化较平缓。当交通需求大于通行能力时，交通流从非拥挤状态到拥挤状态之间的过渡则不是平滑的，而是“间断跳跃”的，此种现象表明施工区呈现出交通瓶颈的交通特性：当交通需求超过特定数值时，随着交通需求的增加，交通流运行速度下降较快，呈线性变化趋势，如图３所示。
图３流量一速度模拟曲线图
２）施工区通行能力影响冈素
根据调查的施工区交通流数据发现：１）施工区由于关闭车道的位置和数量都对其通行能力有影响，而且，施工区不是一类独立的交通设施，而是快速路基本路段或其他设施上的一个影响因素，因此，施工区通行能力实际上是研究施工区对于快速路基本路段或其他设施通行能力的影响；２）影响施工区通行能力的主要影响因素有限速值、车道数、车道关闭数量、车道关闭形式和施工强度。其中，施工强度是指工人的数量、施工车辆的数量、施工区大小、施工类型和作业靠近正常使用的行车道的距离等。然而，调查分析发现：不同的隔离方式（竖立隔板、横卧隔板和锥形筒隔离，如图４所示）将会显著地影响行车速度。冈此，下一步拟根据施工区隔离方式来确定施工强度等级，进而研究其对快速路通行能力的影响。其他影响因素的作用正在研究过程中，在此不再赘述。
‘第十决拿国城市道路与交通Ｉ程学术会议论文集）
圈４三种不同的旖工区隔离方式
”城桩干道路舳行能ｍ
”１城市主干道交通状态分类
分析城『ｆ】主干道基本路段交通流状态发现：
ｉｉ：瑟淼篙鬻；：ｉ
：：：：？析方法对变通流状态进行了划分，
‰＞４８
Ｋ加＜４０
２８＜Ｋ＜１２０
表２城市主干道堆奉路段交通械状态分类
自ｍｍ１日￥ｍ“ｇｍ
０＜Ｑ，脚≤１９２０
３００－＜如≤１７４０
２０＜‰＜４０
ｇ肼（３００＿研＜２０足胛＞１２０
基于目前调查的数据．运用三相交通流理
论Ｈ㈣，建立相应的交通流模型如Ｆ：
自由流状态：
ｋ＝＊＋去∥
辆比例：
态时的密度．ｖｅｈ／ｍ：
（４）
一ｖ０＿（ｖｏ－ｖｋｏ“≯，拈‰
同步流状态：
㈩
ｎ——自由流相位Ｆ处于趿驰状态的乍
Ｖ＝ｔｏｐ。＋Ｖｂ（１一几）唧ｋ。ｍ≤ｔ≤ｋ
堵塞流状态：
靠一宽移动堵塞相位下车辆处丁运行状
（２）
Ｋ咖——届人堵塞密度，ｖｅｈ，ｍ；
”％％５ｉ矿ｉｍ％“”’ｖ—ｋ舻亡ｃ；一专舱‰㈤
式中，Ｖ——车辆的运行速度，ｍ／ｓ．
旷——白由流相位下车辆的期望述度，
ｒｒｄｓ：
Ｋｍｍ——宽移动堵塞相位的最小密度，
ｖｅｉｌ／ｍ：
ｒ。——为白由流相位ｒ车辆的最小平均
１－头时距．ｓ：
■。——宽移动堵塞相何ｒ处ｊ远行状态
的车辆的平均述度，ｍ／ｓ，其可由Ｆ式计算：
ｏ一宽移动堵塞相位Ｆ卞辆处１。运行状
态时的最小平均车头时距．ｓ：
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应用观测数据对不同自由流速度下，式（１）．（３）的参数进行了标定，结果如表３。
表３城市主干道基本路段交通流参数标定
根据上述三相流模型，推荐我国城市主干道基本路段通行能力值如表４所示。
表４城市主于道基本路段通行能力推荐值
垄堑鎏建！！型！：
７０６０
５０
丝笪丝生篁！匹型！：￡垄：
１８６０１７５０１６３０
３．２．２城市主干道运行速度影响因素
城市主干道是典型的间断流交通设施，其服务水平的衡量指标采用运行速度，计算过程中，主要包括交叉口控制延误时间和路段上的行程时间两部分。这里主要研究路段上的行程时间，该时间受路段长度、出入口密度、公交车站密度、人行横道密度、非机动车和行人干扰、交通组成等因素的影响。
３．３信号交叉口通行能力３．３．１饱和车头时距与饱和流率
根据我国城市道路规划和设计的标准和规范，参照美国通行能力手册（ＨＣＭ），确定了我国城市道路信号交叉口的基本条件为：（１）车道宽３．５ｍ；（２）坡度为零；（３）交叉口引道上没有路边停车：（４）交通流中只有小客车；（５）没有（市内）公交车停在行车道上；（６）无行人干扰：（７）无自行车干扰。
在城市道路信号交叉口的基本条件下，统计实测数据，得到了不同流向的饱和车头时距、饱和流率统计值和推荐值如表５所示。
表５信号交叉Ｕ饱和车头时距与饱和流率推荐值
３．３．２信号交叉Ｅｌ通行能力影响因素１）交通组成的影响
在饱和流率情况下，统计不同车型车头
时距，应用车头时距方法计算车辆折算系数，结果见表６。实际上，在调查过程中发现：尽管都是城市道路，但因为担负的功能不同，信号交叉口中运行的车辆类型存在很大的差异。小型车仍然是信号交叉口中最主要的组成部分，但同时也存在大型客车、铰接车、大型货车，甚至集装箱车的情况，这些情况将在下一步的研究中继续。
表６信号交叉口车辆折算系数
２）车道宽度的影响
通过调查分析，由于直行、左转车流的轨迹不同，因此，直行车道和左转车道宽度对通行能力的修正系数也不尽相同，其修正模型分别如式（５）和式（６）所示：
双左转车道二力：转车道
车道类型器鼍搿篇‰－１＋紫２．８＜∥＜３．５（５）
丘＝１＋百（ｗ－３．５）２．７≤形≤３．５（６）
直行车道左转车道右转车道
１９９
１８０９
１８００１７３０１６７０１５９０１５６０
２．０８２．１５２．２６
２
１７２８
１６７２１５９１
３１１５５８
式中：‰——直行车道宽度修正系数；
＜第十次全国城市道路与交通工程学术会议论文集》
．，■——左转车道宽度修正系数；
形——车道宽度，ｍ。
３）其它影响因素
除交通组成和车道宽度外，信号控制方式、车道数、进口道坡度、车道功能布置、转弯半径、非机动车和行人干扰等都会对信号交叉口的通行能力造成影响。相比直行车流，左转车流通过
交叉口的轨迹与其他车流存在更多的冲突点，其影响因素也更多、更复杂。这些内容正在研究过程中。
３．４无信号交叉口通行能力研究３．４．１城市主路优先十字交叉口通行能力
基于实测数据的统计，运用冲突技术，根据不同流向交通流的优先等级，理论推导了机动车流通行能力计算模型的方法。如式（７）所示。
ｅ＝。。１哦－Ｉ耻詈?恻：?一丽１?荟（帕训］）．声五∽９¨
通过统计实测数据，同时对比间隙接受法计算的通行能力结果，给出式（７）中关键参数的推荐值，如表７所示。
表７主路优先十字交叉口通行能力计算模型参数推荐值
机动乍流‰．（ｓ）
ｌ＊（ｓ）
一ｐ路
主路直行
２．２３．５
同样采用冲突技术，分析了城市主路优先交叉口非机动车和行人对机动车流的冲突干扰，计算了非机动车和行人干扰情况下次要道路进口的通行能力推荐值，参见表８。
ｌｉ路右转
２．４３Ｏ
次路次路
左转
３．３３２
左转
３．６４．０
直行
３５４３
次路右转
３．２
３．８
表８主路优先交叉口次要道路进口的通行能力推荐值
３．４．２四路停车控制和无控制交叉口通行能力
在不考虑右转交通流的情况下，利用冲突技术，分析饱和交通条件下、非饱和交通条件下与部分饱和时，四路停车控制和无控制交叉口的通行能力计算模型，如式（８）和式（９）所示。通过统计实测数据，同时对比间隙接受法计算的通行能力结果，给出式（８）和式（９）中关键参数的推荐值，如表９所示。
ｅ＝ｍａｘ
１
ｖ上一！堡二！！：鱼
３６００
矗Ｇ
（８）
詈－烈?一丽１?弘?ｇ¨］
其中，
《第十次全国城市道路与交通工程学术会议论文集》
Ｅ——左转交通流影响修正系数，
∑岛
ｊａ－．Ｏｅ，，
Ｆ＝ｌ一０．４５ｘ，其中ｚ为左转车比例，％；
Ｑ＝懈｛—卫专忑一√曝序ｆ
＾“ｋ向
３６００－∑（冬?边?‰）一ｇ?％
Ｅ——右转交通流影响修正系数，
Ｒ＝ｌ＋０．１５ｘ，其中ｚ为右转车比例，％；
ｈ——横向干扰影响修正系数，
ｈ＝ｅ－－Ｏ．０００ｈ，其中ｘ为行人流量，人ｍ。
３６００－∑（４?Ｑ－ｋ）一∑（ｇ?岛）
壁垒
！！丝竺
４结束语
城市道路通行能力及其服务水平是交通设施规划、设计、管理的基本参数。由于城市道路
在相当长的时间内缺乏统一的标准、规范指导，
ｋ
ｒ１嘶一１）‘‘
Ｃ＝ｍⅨ
皇Ｇ
３６００
等，斟未‘驴岛毋越～㈩
３６０ｐ∑（如?ｇ飞）一∑（＾?Ｑ－ｏ｝
∑～
加上我国的机动化程度刚进入快速发展阶段，驾驶行为不规范，使开展我国的城市道路通行能力研究富有挑战性。以上阶段性的成果是否能够在全国范围内使用，还有待进一步验证。参考文献
１．
Ｃ－”
——丝．＿——弋ｏ｝———一，ｓＥＯ．．，／－ｆ—————１■■——一’√”
ｋＥ?ｊ吖
３６００一∑（‘?ｇ?‰）一∑（４?Ｑ?ｋ）一ｇ?～
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：垒：竺
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ｋ
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Ｍａｎｕａｌ２０００［Ｍ］．ＷａｓｈｉｎｇｔｏｎＤＣ：ＮａｔｉｏｎａｌＲｅｓｅａｒｃｈ
Ｃｏｕｎｃｉｌｉ９８５
４．
表９四路停车控制和无控制交叉口通行能力计算模型参
数推荐值
机动车流ｉ岛甜（ｓ）“（ｓ）
左转
３．５３．８
任福｜１１．刘小明，荣建，等．交通工程学【Ｍ】．北京：人
民交通…版社，２００３：１３５～１３６
邵春福，陈晓明．岳吴．混合交通条件下典型信号
直行
３｜３４．０
右转
３．１３５
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交叉ｕ通行能力研究．２００６年第一二届中国智能交通
年会论文集．
６．
邵长桥，荣建，周建。信号交叉口通行能力随机性
分析。
北京工业大学学报，
２００６．ＩＯ，Ｖ０１．３２（１０），９１９－２１
３．４．３无信号Ｔ型交叉口通行能力
基于无信号Ｔ型交叉口的实测数据，运用同归分析方法，建立了实际化的通行能力计算模型，如式（１０）所示。
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荣建，刘小明，任福田．摹于高速公路通行能力分
析的车辆分类研究．西安：中国公路学报，１９９９，
ｃ＝气兀Ｅ＝ｃｏｘａｘｆ×Ｆｈ×Ｅ×ｈ（１０）
ｊ
３（１２），８２－８９
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９．Ｂ，Ｓ．Ｋｅｍｐ．Ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅｔｒａｆｆｉｃｔｈｅｏｒｙａｎｄｈｉｇｈｗａｙｃａｐａｃｉｔｙ．ＰｈｙｓｉｃａＡ：ＳｔａｔｉｓｔｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃｓ
式中：％——基本通行能力，辆／Ｉｌ；
口——不平衡影响修正系数，
口＝１．１６—０．２４ｌｎｘ，其中，ｘ为主支路流量比；
ａｎｄｉｔｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２００４，３３３：３７９—４４０．
１０．ＮｉｎｇＷｕ．Ａ
Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ
ｎｅｗ
ａｐｐｒｏａｃｈ
ｆｏｒ
ｍｏｄｅｌｉｎｇ
ｏｆ
Ｄｉａｇｒａｍｓ，Ｔｒａｎｓｐｎ．Ｒｅｓ．
２００２．３６Ａ：８６７－８８４
１１．李海远。城市十字型无信号交叉口的通行能力研
究。东南大学交通运输学院博士学位论文。２００８
厂——大型车混入率影响修正系数。ｆ；１＋Ｏ．１５ｘ，其中，ｘ为大型车混入率，％；
城市道路通行能力研究
作者：作者单位：
荣建， 邵长桥， 邓卫， 李文权
荣建,邵长桥(北京工业大学交通工程北京市重点实验室，北京 100124)， 邓卫,李文权(东南大学交通运输学院，南京 210096)
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