1、第三节交织区通行能力分析由NordriDesign提供道路通行能力道路通行能力一、交织区概述交织概念 交织流：A-D,B-C 非交织流：A-C,B-D 当交通流在相同行驶方向上，沿着一定长度道路，不借助于交通控制设施运行时，两股或多股交通流的交叉就叫交织。当一合流区后面紧接着一分流区，或当一条驶入匝道紧接着一条驶出匝道，两者之间有辅助车道连接时，就构成了交织区。交织区中驾驶员需要紧张地变换车道，导致交织区内的交通受紊流支配，而且这种紊流的紊乱程度超过了道路基本路段上正常出现的紊流，表现出交织区运行的特殊性。由于紊流的出现，交织区常常成为高速公路中的拥挤路段。交织区的构型划分 本章主要对几种常见
2、的交织构型进行说明，分别简称为A型，B型和C型，这些构型是依据当交织车辆穿过交织路段时必须进行的车道交换最少次数来划分的。一、交织区概述一、交织区概述 交织区存在的位置（1）A类交织区 为了实现要求的运程，A类交织区要求每个交织车辆进行一次车道交换，下图表明A类交织区的两种几何形式。不管是从匝道进入主线的车辆还是从主线驶入匝道的车辆，都至少变换一次车道。临近路拱线的两条车道一般由交织车辆与非交织车辆共用。一、交织区概述（2）B类交织区 B类交织区是最主要的交织路段，它在承受较大交织交通量时，是非常有效的。与其他类型交织区相比，B类交织区有以下两个特征：一组交织运行无须进行任何车道交换就可以完成
3、；其它交织运行需要最多一次车道交换；在承受较大交织交通量时非常有效。一、交织区概述一、交织区概述（1）C类交织区 C类交织区与B类交织区类似，对交织运程之一提供了一条或多条直通车道。C类不同于B类的特征如下：有一种交织可无须进行车道交换就可以完成；其它的交织运程需要进行两次或多次的车道交换。一、交织区概述一、交织区概述交织构型的确定 交织构型由交织车辆在通过交织区段时所必须进行的最少车道变换数来区分的。三种构型运行的特点 构型A路段中能被交织车辆使用的最大车道数是最受限制的。一般交织车辆将它们限制在邻接路拱线的两车道之中，故不论有用的车道数是多少，交织车辆一般最多用到1.4车道车道。构型B路段
4、对交织车辆使用车道方面没有大的约束，交织车量可以占居多至3.5车道车道。当交织交通量占总交通量的大部分时，这种型式的构造最为有效。构型C路段由于有一交织流需要两条或两条以上的车道变换，这就约束了交织车辆去使用路段的外侧车道，因此，交织车辆能用的车道数不大于3.0车道车道。有一例外就是双侧构造的交织车量可以使用全部车道而不受限制。一、交织区概述 构造A路段当交织路段加长，交织车速会变得很高，易发生约束运行 构型B和构型C与此相反，增加路段长度对交织车速的影响比构型A路段小，不易发生约束运行。例例交织构型的判断交织构型的判断例例交织构型的判断交织构型的判断例例交织构型的判断交织构型的判断例例交织构
5、型的判断交织构型的判断 交织区参数一、交织区概述 交织区参数及影响因素 1.交织长度交织区长度是从汇合三角区上一点，即从车道1 右边缘至入口（汇合）车道左边缘的距离为0.6m 的那一点，至分离三角区车道1 右边缘至出口（分离）车道左边缘距离3.7m 那一点的距离。交织区长度应该在750m以下，否则进出口之间的路段不再视为交织区。一、交织区概述 交织路段限制了驾驶员必须进行所有车道变换需要的时间与空间。当交织长度缩减时，车道变换的强度和导致的紊流等级都要增加。交织区参数及影响因素 2、交织宽度交织宽度是以交织区的车道数来计量，它不仅与交织运行的车道总数有关，而且还与交织车辆和非交织车辆能够使用这
6、些车道的比例有关。交织车辆与非交织车辆所使用的车道数量和位置对不同型式的交织区有所不同。交织构型A、B、C 中，可提供给交织车辆运行的交织宽度如下图所示一、交织区概述 交织宽度一、交织区概述一、交织区概述 2、交织宽度 A型交织区中能被交织车辆使用的最大车道数是最受限制的。可供交织车辆使用的车道数最多为1.4车道。当交织长度增加时，A型交织区容易发生约束运行。B型和C型与此相反。B型交织区对交织车辆使用车道方面没有大的约束，交织车辆使用的车道多至3.5车道。当交通量中交织交通量的比例较高时，采用B型能够高效的组织交通。3、交织流量比Vw/V和总交通量V交织流量比为交织流量Vw和总交通量V的比值
7、 4、交织比Vw2/Vw交织比是指交织交通量中较小的交通量Vw2和交织交通量Vw的比值。5、交织车辆的平均行驶速度Sw和非交织车辆的平均行驶速度 Snw是衡量交织区服务水平及划分服务水平级别的关键参数。一、交织区概述4.2 交织区交通特性分析1、微观特性 即对单个车辆在交通流中的操作特性进行分析。交织区内的车辆必须在交织区长度限制内完成车道变换。因此，交织车辆寻求相邻车道车流中合适的可插入空档。非交织车辆期望尽可能避免与交织车辆相互影响，追求尽可能大的直行速度。交织区内的车辆变换车道时，操作约束性较强。交织车辆必须在交织区内行驶过程中找到变化车道的可能性，否则就会在交织区内被迫减速，从而造成交
8、通拥堵。2、宏观特性 即对交织区运行的车流之间的相互作用。交通流进入交织区，表现为平均速度的降低，平均车头时距的增大和交通量的减小。交织区内交通运行的关键是交织车辆的车道变换。二、交织区交通特性分析3、交织运行形式及其确定（1）交织运行形式 约束运行 非约束运行在交织区中的所有车辆一般总是在使所有交通流达到同样平均行驶速度的方式下来利用可使用的车道。交织车辆只利用了可供使用的车道中比期望少的一部分，而非交织车辆则利用了比期望多的一部分。此时交织区的运行为约束运行约束运行。当交织构造不限制交织车辆去利用所期望使用的那部分车道时，交织运行就是非约束运行非约束运行。二、交织区交通特性分析3、交织运行
9、形式及其确定（2）交织运行形式的确定 一个指定的交织段其运行状态究竟是处于约束运行还是非约束运行，这需通过对Nw和Nw(max)的比较来确定。当NwNw(max)时，是非约束运行；当NwNw(max)时，是约束运行。式中：Nw交织车辆为了取得均衡运行或非约束运行必须采用 的车道数（不一定是整数）。Nw(max)对于指定构造性，交织车辆可采用的最大车道数 （不一 定是整数）。二、交织区交通特性分析3、交织运行形式及其确定（2）交织运行形式的确定二、交织区交通特性分析|VR为交织流量比，VR=VW/V|a、b、c、d均为常数，取值见P76表5-7三、通行能力分析方法（1）基本通行能力 交织区基本通
10、行能力受交织构型、车道数和设计速度影响很大。按不同交织构型、车道数和设计速度列出基本通行能力。见P77表5-8。线性插值（2）可能通行能力 交织区通行能力和交织区构型、车道数、交织区长度、以及交织流量比有关。因此，交织区可能通行能力可用下式计算：三、通行能力分析方法类非约束型，类约束型L三、通行能力分析方法三、通行能力分析方法（3）高峰小时流率三、通行能力分析方法（4）交织强度系数 W w 和 W nw是描述交织行为对交织与非交织平均车速影响的指标。三、通行能力分析方法（5）交织与非交织车速Wi交织强度系数三、通行能力分析方法（6）交织区平均速度三、通行能力分析方法（7）车流密度四、交织区服务
11、水平（1）服务水平标准 衡量交织区服务水平及划分服务水平等级的关键性参数是交织区的车流密度。四、交织区服务水平 服务水平描述|一级服务一级服务水平代表不受限制的行驶，交织车辆对其他车流没有什么影响，交织是为了相互错开，只需略微调整车速即可平稳地完成。|二级服务二级服务水平代表交织过程中，合流的车辆需要调整速度，以插入相邻车道的间隙；分流区的车辆不受任何明显的干扰。|三级服务三级服务水平下要顺利交织是有困难的。所有交织车辆必须经常调整他们的速度才能避免冲突。分流区附近的减速现象也很明显。由交织运行引起的紊乱，会影响到相邻几条车道。|四级服务四级服务水平。交织运动明显引起混乱，但尚未造成显著的整个
12、断面车辆排队，所以交织还能继续。然而，进口排队明显，所有车辆都受到紊乱的影响，任何微小的突发事件都可能引起交织区堵塞。四、交织区服务水平（2）设计采用的服务水平 设计一般采用二级服务水平，当需要采取改进措施而有困难不得已时可降低一级采用三级服务水平。四、交织区服务水平（3）计算公式及参数的适用范围计算的交织区服务流率是交织区内交织流量 Q w 和非交织流量Q nw 之和，其值不可能超过高速公路基本路段或多车道公路的通行能力。交织区的流量 Q w 的上限值见下表，超过表中极限值后，提供的计算公式将无法适用。四、交织区服务水平（3）计算公式及参数的适用范围所有构型的最大交织段长度为750m，超过该
13、长度，就应按分合流点进行通行能力分析。交织区内单车道最大流量为1900 辆小客车/h。四、交织区服务水平四、交织区服务水平所有限制范围汇总如下：四、交织区服务水平（4）服务水平的确定方法四、交织区服务水平（5）确定服务水平和通行能力的步骤确定交织区运行参数：L，N，VFF计算交通流率：流率比VR，交织比R确定交织构型：查P70表5-1确定交织区运行状态算交织强度系数 W w 和W nw算交织车辆运行速度 V w 和非交织车辆运行速度 V nw。当N w N wmax 时，交织区运行处于非约束状态；当 N w N wmax时，交织区的运行为约束运行状态。计算交织区状况评价指标计算交织区速度V计算
14、车流密度K确定服务水平：查P79表5-10确定通行能力查P77表5-8，表中没列出的数值采用线性插值法五、规划和设计分析五、规划和设计分析 按照确定的交通流率和期望的服务水平的等级，规划和设计交织区的构造型式、长度和车道数。五、规划和设计分析五、规划和设计分析 通常需要的数据如下：1）交织区长度限定范围，各出入口的个数、分布、车道数；2）交织区交织车辆与非交织车辆的流率大小，期望的服务水平等级；3）在分析路段地形条件的基础上，假设车道数、车道宽度、侧向净空宽度和设计速度；4）设计小时交通量，假设交通流特性，如交通组成，15 分钟高峰小时系数以及驾驶员总体特征。五、规划和设计分析五、规划和设计分
15、析 分析步骤（1）对交织区运行状况的分析参数进行假设，特别是交织区构型、交织区长度和车道数，通常假设多套分析参数（2）利用交织区运行状况分析方法，确定各假设条件下交织区的运行状况（3）对比分析各假设条件下的运行状态，包括交织和非交织车辆的速度、交织区运行的受约束状态、交织比、可能达到的服务水平等级、工程造价等，选择最优的运行条件，作为规划和设计的结果（4）如果假设条件都不能达到期望的服务水平，则重新假设分析参数，直到达到期望的服务水平|值得注意的是，规划和设计分析过程中，往往由于基本条件比较宽松，得到的规划和设计结果不是唯一的，也就是得到了多种可行的规划或设计方案。本章知识回顾本章知识回顾交织
16、区 行驶方向相同的两股或多股交通流，沿着相当长的路段，不借助交通控制设施进行的交叉。交织区分类交织构型的判断（见下表）交织构型运行特点（限制车道数）交织运行形式的判定（约束、非约束）服务水平判断 车流密度本章知识回顾本章知识回顾确定服务水平和通行能力的步骤确定交织区运行参数：L，N，VFF计算交通流率：流率比VR，交织比R确定交织构型：查P70表5-1确定交织区运行状态算交织强度系数 W w 和W nw算交织车辆运行速度 V w 和非交织车辆运行速度 V nw。当N w N wmax 时，交织区运行处于非约束状态；当 N w N wmax时，交织区的运行为约束运行状态。计算交织区状况评价指标计
17、算交织区速度V计算车流密度K确定服务水平：查P79表5-10确定通行能力查P77表5-8，表中没列出的数值采用线性插值法本章知识回顾本章知识回顾 规划和设计分析步骤（1）对交织区运行状况的分析参数进行假设，特别是交织区构型、交织区长度和车道数，通常假设多套分析参数（2）利用交织区运行状况分析方法，确定各假设条件下交织区的运行状况（3）对比分析各假设条件下的运行状态，包括交织和非交织车辆的速度、交织区运行的受约束状态、交织比、可能达到的服务水平等级、工程造价等，选择最优的运行条件，作为规划和设计的结果（4）如果假设条件都不能达到期望的服务水平，则重新假设分析参数，直到达到期望的服务水平|值得注意
18、的是，规划和设计分析过程中，往往由于基本条件比较宽松，得到的规划和设计结果不是唯一的，也就是得到了多种可行的规划或设计方案。算例算例 1交织区的运行状态分析交织区的运行状态分析 如图所示的乡区高速公路上的匝道交织区，并且AC 高峰小时流率=4000pcu/h，AD高峰小时流率=300pcu/h，BC高峰小时流率=600pcu/h，BD高峰小时流率=100pcu/h；高速公路自由流速度VFF=120km/h；交织段长度L=300 m。确定该交织区服务水平及通行能力。算例算例 1解：算例算例 1算例算例 1算例算例 1算例算例2交织区的运行状态分析交织区的运行状态分析 已知：有如图 所示的城区高速
19、公路的交织区，并且AC 流量=975 辆/h，AD 流量=650 辆/h，BC 流量=520 辆/h，BD 流量=0 辆/h；该地区高峰小时系数PHF=0.85；司机为熟悉道路的职业司机；高速公路自由流速度VFF=110km/h；交通组成中包括5%的中型车，3%大型车，1%拖挂车，其余为小客车；交织段长度L=300m。算例算例3交织区的设计分析交织区的设计分析算例算例 3 设计一般采用二级服务水平算例算例 3 3解：1）假设车道构造确定构造类型假设车道构造确定构造类型C。（A-D 方向需要两次车道变换，B-C 方向不需要车道变换）2）确定交织区交通运行参数：L=300m,N=5,VFF=120km/h；3）计算交通流率：算例算例 3 3算例算例 3 3算例算例 3 3算例算例 3 37）再假设车道构造确定构造类型）再假设车道构造确定构造类型B 型型。（A-D 方向需要一次车道变换，B-C 方向不需要车道变换）算例算例 3 3算例算例 3 3算例算例 3 3算例算例 3 3
