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城乡信号交叉口通行能力和交通性能的变化
摘要：
本文提出了信号交叉口容量值的短时变化（信号周期）问题及其根据交叉口位置（城市和农村）的变化问题。城市和农村信号化的形状、交通负荷和运行的特殊性十字路口是分析问题的基础。这项研究是在2008年至2012年期间在70多个交叉点进行的，对停车线上排队车辆（乘用车）之间的车头时距的分析有助于确定单个信号周期中的饱和流量。学者们统计了交叉口的变异性并确定了城市和农村交叉点之间的差异，当后一位置的饱和流量具有相当低的值时，会导致相似饱和流量下的交通状况变差。他们还展示了农村交叉口周围环境的发展强度以及饱和流量水平上的天气状况对直行车辆使用的车道的数量和位置的影响，并提出了估计饱和流的回归模型。本文还介绍了进入信号交叉口的可靠性分析，并建议采用可靠性水平，这样就可以根据拥堵和控制程度确定交通性能的接受程度（驾驶员的百分比）参数。
1、绪论
通过对交叉口的不同发展形式的区域中的位置以及交通控制的独特特征和交叉口相关功能带来不同的需求和类型的研究，发现城市和农村信号交叉口的功能上已经存在显著差异。 波兰越来越多地使用交通信号来控制农村交叉口的交通，这激励了作者在2008 - 2012年期间进行了城市交叉口和农村交叉口的效率以及它们运行的潜在决定因素（Chodur＆Others，2012）的实证研究。
该研究集中在交叉点的几何特征和车辆行人的特点。 交叉口处的测量是使用视频记录技术进行的。 在评估交叉口效率的过程中，重要的是要估计交叉口的入口容量，而且在信号交叉点的情况下估算涉及饱和流量的确定。 本文主要致力于描述入口容量这一重要特征，特别是在交叉口位置、天气条件和时间不同时的差异性。 它还描述了道路管理人员和用户对交通超载状态的困难条件和城市和作者提到的城乡交叉口入口交通功能可靠性的接受能力。
2、城市和农村交叉路口的特殊性
农村公路上有信号的交叉路口有其特殊性，包括：
（1）主要道路上的高速交通，远远超过建成区域的速度限制，主干道（国道）和低等级的道路之间的交通拥堵的高度不平衡性；
（2）小的行人交通，大部分与公共交通站点相连，其中要求一个阶段，允许行人以某种方式安全地过马路，它虽然在信号周期中占有很重要的的份额，但并不总是满足道路的需求流量；
（3）主要道路上的重型车辆在交通流量中占有显着的份额，其中包括带拖车的卡车；
（4）交叉路口周围缺乏密集的土地开发，这使得您可以根据交通和控制的需要调整入口的几何形状。 这种特征也是城市交叉路口的典型特征，特别是郊区以高于建成区限制速度行驶和以轻便步行交通为动脉的交叉口。
2.1几何和交通组织
在建成区和农村地区的道路交叉口设计之间有一点区别：在农村交叉路口更加强调动态性，而在城市交叉口上关注不同道路使用者的服务效率。 城市道路，特别是全国道路的运行速度通常超过80公里/小时，但是由于交叉口是信号控制交叉口的明确原因，入境时的速度通常降低到70 km / h（Tracz＆Others，2001）（操作需要对信号变化做出反应）。 在农村交叉口通过交通信号控制交通的主要甚至是唯一的原因是需要提高道路安全， 另一个重要考虑因素是通过优先考虑沿着国道行驶的车辆来确保路口的效率。
在2008 - 2012年，在波兰几个省（40个农村地区和31个城市地区）进行了识别测试，以确定城市和农村信号交叉口之间可能影响驾驶员行为的解决方案之间的真实差异。以下是根据几个选定的特征比较两种交叉点：
（1）就道路交叉点的角度而言，农村交叉口显露偏离城市十字路口的角度比直角高10°以上；
（2）所有分析的交叉点都是通道化的，具有优先级条目的通道化更频繁。因为这些交叉点的可见性使得农村交叉路口特别重要。下级道路项目的渠道化农村路口主要是“小水滴”型（60％）；
（3）主要道路入口处的另一个左转车道在城市和农村交叉路口同样常见。 在农村地区，无信号的十字路口通常是下一级公路的一条入口车道。 无论何时在安装交通信号之前在交叉口存在这种解决方案，通常都会保留信号安装；
（4）在农村交叉路口，由于运行速度较高，减速拉伸时间较长，而在城市地区，由于排队较长，积累部分较长；
主要道路通往农村交叉路口的路面通常与公交车站相连，该公交车站通常位于主干道出口处；
（5）农村交叉路口的主要道路入口主要有一条行人交叉路口，而较低级别的道路入口通常没有行人交叉路口或一条十字路口；
（6）农村交叉口面积较小，主要是由于缺乏低档道路入口的发展。 即使没有人行横道，交通信号的能见度必须得到严格保证，停靠线也不会靠近交叉点。
队列结束前的可见性要求以及信号在路口处的可见性也是农村交叉路口的一个重要考虑因素（法学杂志 2004，No. 220，TD 2004）。
2.2道路交通和道路使用者行为的特征
交叉路口交通的基本特征主要包括交通流量及其等级，如交通方向、车辆类型的结构及其随时间的变化性和交通路口的速度。在农村交叉路口进行的研究（Chodur＆Others，2012）揭示了需求流量的显著差异。交叉口处的总流量从非常低的500磅/小时到非常高的大约3000磅/小时。根据需求流量的比例，所研究的交叉口可以分为两类，第一类是双向交通繁忙的道路（国道与国道与省道交叉口交汇处），第二类交叉口国道和低级道路。后一种类型揭示了两个方向上的不确定性流量的显着差异，并且从较低等级路口进入的流量不超过交叉口10％的流量并不罕见。您可以注意到在这两种交叉路口的几何图形中，在交叉点内的交通车道数量和通道类型方面存在显著差异。
基于15分钟交通流量值描述60分钟时间间隔内需求流量变化范围的常用特征是高峰小时因子k15不一致的指标。对于分析的交叉点，该指标值超过0.90，平均值为0.95。在实际分析中，由于缺乏关于60分钟内交通流量变化的数据，人们可以假设k15在0.92-0.98之间变化（Chodur，2012），以确定60分钟期间农村交叉点的交通量（ Qo = Q / k15）。在六十分钟的时间内5分钟强度的变化性并不假定典型的城市交通短暂和明显高峰期的抛物线特征。重交通工具对城市交叉口入口的比例介于7.7％到31.0之间％。平均uc值约为21％。双车道路段每车道重型车辆交通份额的变化很大。左侧车道的UC很少超过15％，而在右侧车道甚至超过50％。平均一下，左侧车道UC为11.4％，而右侧车道UC为40.1％。
2.3控制
在农村交叉口使用交通信号的可行性主要考虑对安全的影响，而流动效率考虑则较少。 对所研究的交叉口的分析表明，尽管在主要道路上（特别是在多车道上）交通密集的交叉口较低的阶层需求流量较小，但由于安全性和交通效率的原因，安装交通信号是合理的。若没有交通信号，车辆从小型入口进入交叉口将持续很久的延误。 计算表明，在某些交叉路口，较低需求流量的路段入口的交通表现非常好或很好（延误时间不超过15或30s / P），并且容量利用率很低（2％ - 40％（Chodur＆Others，2012））。 就效率而言，这些交叉口可以在没有交通信号的情况下成功运行。
确定信号设置 - 主要阶段设置（在连续探测器激活状态下实施）是一个复杂的问题，其目的是确保容量和可接受的交通性能。在交叉路口进入高速时，检测系统的配置在安全和交通状况方面都很重要。在研究覆盖的交叉路口，在大多数情况下（77％的过境点），部署了三个基本阶段的交通信号，同时在辅助方向服务阶段允许流量冲突。除基本阶段外，还用可选阶段，用于满足行人过路处单个车道和行人的车辆服务需求。交通信号设置参数 - 周期和绿色相位长度主要决定于交通性能。在农村交叉路口，重要的是要在国家道路上有利于特权交通和穿越国道的行人的服务需求（他们通常需要长时间的绿色信号）和为延长绿色信号其他交通服务相关车辆的等待时间之间找到平衡。当所有信号组中都有连续激发探测器的情况时，最大程序就会规定出来。
通过对农村交叉路口计算的绿灯时间进行比较，发现波兰道路交通规划的计算方法导致采用的交通绿灯时间短于美国，德国和法国。 特别是，黄色信号的长度有明显的差异。 黄色信号的恒定三秒长度不适合高车速。交叉口入口速度限制为70 km / h并不能保证车辆在黄色信号的3秒内安全停车。 考虑到黄色信号的长度和驾驶员行为之间的反馈存在的分析表明，将波纹信号延长到4秒将有助于将进入与红色信号相交的车辆的数量减少33％。
3研究车辆服务过程
在信号交叉口处影响车道容量的主要参数是饱和流量。 根据波兰理论（Chodur＆Others，2004），饱和流量S是在有效绿灯信号一小时内可以通过现有交通和道路条件下车道或车道组停车线的最大车流量。 饱和流量值在实际车辆或客车每小时的绿色信号中指定。 如果车道也由具有碰撞方向，在波兰条件下假设在没有其他碰撞方向的非碰撞方向车道上的基本饱和流量值为1900pcu / h或1700pcu / h。 考虑一系列影响因素（包括车道宽度，转弯半径，重型车辆的份额，纵向倾斜度和车道位置）后，作为基准的数值会降低到现实生活条件中的数值。
瞬时饱和流量的值对应于在绿色信号期间车道上车辆从队列中排出的最大值（Gaca＆Others，2008）。 基础饱和流量值的最近研究（Ostrowski，2013，Chodur＆Others，2011）侧重于分析乘客车辆对绿信号中间间隔期间离场强度的变化。 单个信号周期中的饱和流动可以由商3600 / t，sn确定，其中t，sn是两对客车之间的平均饱和车前时间。
在论文（Chodur＆Others，2012，Ostrowski，2014）中，作者在绿色信号的初始间隔和考虑到现有天气条件的最后间隔（图3）期间检测了可变数量的停驶车辆间隔。 中间距离的起始和终点通过在ɑ= 0.05的显著性水平上通过使用t-Student参数测试的对比分析来确定在连续车辆穿过停止线之间的相邻车道。 车辆之间车头间距的变化率和饱和流量的实证研究在城市（Ostrowski，2013，Chodur＆Others，2011）和农村（Chodur＆Others，2012）地区都进行过。 对于1 x 2和2 x 2车道横截面的研究站点的贯穿方向测试结果显示在图4和图5中。
研究表明，穿过停车线的队列中的车辆之间的平均车程在农村交叉口的入口处明显更大，并且它们的瞬时值在城市和农村交叉点处的离散度相似。
将车辆之间的平均车速转换为饱和流量，作者们在城市恶劣天气条件下以及在国道外十字路口的城市外有利天气条件下获得了相对较低的值。 平均值与波兰方法（Chodur＆Others，2004）中给出的建议不同，主要根据城市条件进行调整。
有人指出：
- 对于城市交叉口而言，在有利的气候条件下（多云天气和干燥道路），饱和流Sw的平均基数范围为降雪期间1670 pcu / h和长时间降雨至2170 pcu / h，
- 对于农村交叉口而言，饱和流量Sw的平均基数为：对于一个车道1428 pcu / h，对于两个通过方向的车道，内侧车道为1582 pcu / h，外侧车道为1466 pcu / h。
选定的农村地区饱和流量研究网站（Chodur＆Others，2012）显示，红色信号引起大量车辆排队。 根据城市化程度和周围环境及其活动的性质和功能以及与相邻信号交叉口的距离将这些地点划分为研究组。 图6显示了一车道和两车道交叉口的饱和流量的变化，分为车道和城市化程度。 作者将理论分布与经验数据进行拟合。 用显著性水平alpha;= 0.05的Kolmogorov-Smirnov检验检验符合经验分布的正态分布是最好的理论分布，同时使用Shapiro-Wilk检验也证实了分布的正常性。
饱和流量的变异性分析也在少于200 000人的城市中进行。 分析表明，在波兰与加拿大一样（加拿大，2008），饱和流量基值的变化对分析是有意义的。 研究显示，基准饱和流量平均值为1750 pcu / hz，明显低于目前在方法（Chodur＆Others，2004）（1900 pcu / h）中假设的值，并且发生在大城市（Ostrowski，2013; Chodur＆Others，2011）。 下面，图7总结和比较城市和农村交叉口饱和流量的值。 农村交叉口通道的饱和流量值较低，这是由司机较不积极的驾驶以及车辆之间的较大车头距离引起的。 在两个相交位置处饱和流动的瞬时值的传播是相似的， 就像需求流量的波动一样，它会在后续的信号周期中导致可变的流量性能。
3.1饱和流基本值的数学模型
波兰方法（Chodur＆Others，2004）和其他外国方法（加拿大，2008年，阿克塞利克，1989年，HBS 2001，HCM 2010）都基于饱和流量的固定基值，然后根据当地条件 通过引入校正系数。 上述分析表明，基础价值不固定，波动性具有确定性和随机性。 基于实证分析结果的数学模型可用于确定饱和流量的基准值（Chodur＆Others，2012，Ostrowski，2013，Perez-Cartagena＆Tarko，2005）。 指定用于城乡交叉路口的模型已在下表1和表2中收集和比较。
表2中使用的符号：f1 - 初始间隔期间的延迟; f2和f3 - 在绿色信号和需求流开始时排队; f4 - 重型车辆的份额; delta;i（0或1）：delta;1，delta;2，delta;3-短时降雨，长时间降雨和降雪（湿）; 交叉点面积[m2]：delta;4-小于1200，delta;5-中等（1200; 2400gt;，delta;6-大于gt; 2400;delta;7-左侧车道（内侧车道）;delta;8-下午峰值; N--样本大小。
分析表明，饱和流量值受以下因素的显著影响：
在绿色信号G的长度，饱和循环delta;9，纵向坡度f5，车道delta;7的位置，重型车辆在交通f4等中的“隐藏”份额（表2）。 一般来说，重型车辆在交通中的百分比越大，饱和流量的平均值越低。 对于分段多
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