论文总字数：29091字

摘 要

随着城市化进程不断深入，城市居民机动车出行比例迅速增长，致使交通拥堵日益严重。然而，我国快速路系统在规划与管理的中，忽略了出口匝道与交叉口的交通工程衔接设计，造成了车辆通行瓶颈与安全隐患，本文通过对快速路出口匝道与衔接交叉口的全面分析，以加强衔接区域交通通行能力为目的，进行交通组织与信号控制的设计。

针对出口匝道与衔接交叉口交通组织设计，依次探究快速路、衔接段与交叉口部分影响通行能力的因素，确定各个部分所需的必要的设计方式，如标志标线、机非分离等，以获取道路整体通行能力的最大值，探求在不同状况下最适宜的交通设计形式。

针对衔接交叉口信号配时设计，结合交叉口流量，讨论定时控制设计与感应控制设计的区别，在充分考虑不同流量下，采用最佳信号控制参数，优化交叉口周期与绿信比，达到最优通行。

依据出口匝道与衔接交叉口交通组织设计及信号配时设计，应用VISSIM软件，对不同组织设计方式进行仿真，通过仿真输出数据，分析它们对通行能力的影响。以软件大道-雨花大道交叉口为研究背景，结合实际道路交叉口流量，对信号控制进行仿真，并研究匝道车流改变时信号参数的优化。

关键词：城市快速路；出口匝道；衔接交叉口；交通设计；信号配时

Traffic Engineering Design Of Urban Expressways

Off-ramp And Correlative Intersection

Abstract

With the deepening of the process of urbanization, the proportion of urban residents travel the rapid growth of motor vehicles, resulting in traffic congestion is getting worse. However, China's expressway system in the planning and management, ignoring the exit ramp and intersection traffic engineering link design, resulting in a vehicular traffic bottlenecks and security risks Based on the freeway exit ramp and Adjacent Intersections of a comprehensive analysis, to strengthen the cohesion regional transportation capacity for the purpose of the organization and for traffic signal control design.

Exit ramp and correlated intersection traffic organization designed for sequentially fast way to explore the factors of convergence capacity segment intersection some of the impact, the parts necessary to determine the required design approach, such as signs and markings, machine non-separation, in order to Get the maximum value of the overall capacity of the road, under different conditions to explore the most appropriate forms of transportation design.

For when convergence intersection signal design, combined traffic intersection, discuss the timing difference between control design and sensor control design, in full consideration of different flow rates, using the best signal control parameters to optimize the intersection of cycle and green ratio to achieve the most Excellent access.

Based on the exit ramp and correlated intersection traffic organization design and signal timing design, application software VISSIM of different organizational design simulation mode, the simulation output data, analyze their impact on traffic capacity. Software Road - Yuhua Road intersection on the background of the actual road intersection traffic signal control simulation and optimization studies at a ramp signal parameters change.

Keywords: urban expressway; off-ramp; convergence intersection; traffic design; Signal Timing目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国外研究成果综述 1

1.2.2 国内研究成果综述 2

1.2.3 VISSIM仿真软件 3

1.3 研究内容 4

1.4 技术路线 4

1.5 论文结构 6

1.6 本章小结 6

第二章 快速路的交通组织设计 7

2.1快速路定义 7

2.2 快速路的功能与特点 7

2.3 快速路产生的交通问题 7

2.4 出口匝道交通组织设计 8

2.4.1 出口匝道设置要求 8

2.4.2 出口匝道隔离措施 9

2.5 本章小结 9

第三章 衔接段的交通组织设计 10

3.1 衔接区域的定义与组成 10

3.2 衔接部交通运行特性分析 10

3.2.1 汇入段的交通流特性 10

3.2.2 衔接部交通流交织分析 10

3.2.3 交织车辆变化车道特性 11

3.3 匝道汇入段的交通组织设计 11

3.4 衔接部交织区交通组织设计 12

3.4.1 交织区长度 12

3.4.2 交织区完全分隔设施 12

3.4.3 衔接段其他隔离方法 13

3.5 本章小结 14

第四章 交叉口交通组织设计 15

4.1 交叉口存在的主要基本问题与原因 15

4.2 交叉口交通组织设计 15

4.3 本章小结 16

第五章 衔接交叉口交通信号配时 17

5.1定时控制 17

5.1.1 信号周期时长的计算 17

5.1.2 绿灯时间计算 18

5.2 半感应控制 18

5.2.1交叉口半感应控制排队长度 18

5.2.2半感应控制方法 19

5.3 本章小结 19

第六章 基于VISSSIM的仿真事例 20

6.1 出口匝道横向位置的影响 20

6.2 交织区长度的影响 22

6.3 交织区完全隔离的影响 23

6.4 对软件大道-雨花大道交叉口的仿真 25

6.4.1 平面交叉口现状调查 25

6.4.2 车流量 26

6.4.3 信号配时 26

6.4.4 交叉口延误分析 27

6.4.5 信号控制优化 28

6.5 本章小结 32

总结 33

致谢 34

参考文献(References) 35

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

随着中国经济的飞速发展，居民的交通需求急遽增加，与此同时随着汽车保有量的增长，城市道路的交通压力越来越大。很多城市修建了许多快速路，在一定程度上解决了城市内的交通问题。然而由于快速路承担的交通量极大，车辆离开快速路，通过出口匝道到达地面道路以及衔接交叉口，但出口匝道与衔接交叉口的通行能力极大限制了快速路上车辆的通行能力。当衔接交叉口出现拥堵时，快速路出口匝道的车辆将受到影响，离开快速路的车辆需减速排队，造成车辆堵塞滞留，严重甚至会造成快速路主线的交通阻塞，造成局部区域交通混乱，进而对城市交通顺畅性造成非常大的影响。

目前对快速路特性的研究是比较充分的，而并不够重视快速路出口匝道与邻接交叉口衔接部的研究。虽然下匝道出口与邻接交叉口衔接部并不属于快速路系统主要的组成部分，但是显然，快速路系统与地面系统是相辅相成的，衔接部的运行状态会直接或间接地对快速路系统的交通运行产生影响。

本文针对快速路出口匝道与衔接交叉口的问题，结合国内外相关研究，分析影响该区域通行能力的主要原因，着重探讨该区域渠化设计方式，包括标志标线、车道的划分，以及衔接交叉口信号配时的研究，并结合实际道路情况，用VISSIM仿真软件进行仿真模拟，寻求实际路段最佳交通工程设计方案。从根本上而言，将两种不同特征的交通状况有机的衔接，既不影响快速路主干路的通行水平，又在最大程度上利用交叉口的时间空间资源，使快速路与地面道路系统达到最优水平，提升系统的通行能力，协调控制整个区域，充分利用道路资源，使该区域车辆的平均延误达到最小，提高道路通行能力,使局部地区的交通拥堵问题得以缓解，更好地为城市经济发展提供便利的交通条件。

1.2 国内外研究现状

国内外学者对匝道进行了很多的研究，不过大多是有关于入口匝道的控制，而对于如何优化出口匝道的方法的研究比较少。尤其是对于快速路出口匝道控制优化配时方法来说，还没有非常完善的理论研究。

1.2.1 国外研究成果综述

国外的许多城市在快速道路始建之时就已经比较充分地考虑了出口匝道车辆进入普通道路时需要的排队长度、交织长度等各方面的注意事项，在国外很少有困扰人们的关于出口匝道的问题，所以在能够查阅到的资料中来研究出口匝道及衔接交叉口的整合控制方法难度比较大。

1. 快速路设计规范

美国联邦公路管理局在发行的《Freeway management and operations handbook)) (2006

年)中强调,快速路建设时应该进行一个长远的规划考虑，交通需求往往被土地利用与发展模式所影响,并且快速路的建设对城市未来发展、土地的优化利用与环境问题产生深刻的影响。交通与土地利用、发展模式应该要协调发展,因此在建设快速路时应充分考虑将来的土地规划与发展城市模式和其他因素,以此来确定快长久的发展战略。

美国《出入口管理手册》中指出在把立交作为快速路与城市道路、高等级公路快速转换的枢纽时，要充分考虑立交与周围道路的影响，特别是距道接地点附近的地面道路配套设施。《出入口管理手册》中对匝道接地点到邻近交叉口的最短距离(城市与城郊不同)、联接区域建筑物出入口的布局、邻近交叉口交通疏散能力等都有规定并提出不同的要求。

1. 快速路出口匝道车流特性

Jianguo Gong(2013)^[1]等探究快速路出口匝道不同车道车辆的运行特性，使用χ2检验做车头时距的假设检验，得出了移位负指数分布能很好地反映减速车道的车头时距分布，一阶或二阶爱尔郎分布能很好地反映主路的车头时距分布。

Lyrintzis，Guoqing Liu 以及 Michalopoulos(1996)^[2]提出了在交织区域与出口匝道连接部分存在一种有序的连续流模型，他们认为这个模型对于匝道与衔接道路在任何连续流的情况下都是满足的。

Daiheng Ni 和 Leonard通过交通仿真的方法，分析了匝道合流区及匝道出口衔接段的交织行为。他们假设通过匝道的车辆享有比通过交织区域的排队车辆更高级的优先权，并且出口匝道的通行能力没有受到任何制约，简化了实际情况。

Shao-kuan Chen(2013)^[3]等强调为了确保城市快速路的高效畅通，匝道以及快速路的优化设计是关键。坡度设计和间距之间的不匹配会导致通行能力和效率急剧下降。在使用VISSIM仿真后，将结果通过数据包络分析（DEA）和层次分析法（AHP），能够找到适合的匝道之间的间距，并且可以对不同限速及开放时间的匝道进行评价。

1.2.2 国内研究成果综述

（1）衔接区域交通组织设计

来自同济大学的杨晓光(2003)研究了关于大城市高架道路出口匝道与衔接交叉口的交通组织方法，分析了不同的交通组织方式对交通运行的影响，提出了各种衔接路段交通组织方式的适用情况，为出口匝道衔接路段及其关联交叉口的交通设计提供理论依据^[4]。

来自同济大学的张海军(2005)从交通组织管理的视角，分析了快速路交通衔接的两个层次的问题，提出快速路与周围路网的衔接问题与快速路内部交通量不均的问题，并通过网络分流以及调整匝道优化布局，提出了相应的解决对策^[5]。

来自同济大学建筑设计研究院的赵雪峰(2009)一般来说，快速路出入口交通量较大，出入匝道的转向交通与地面交通相互交织，往往导致近邻的匝道地面交叉口的交通拥堵，尤其是出口匝道。出口匝道的交通问题与其转向交通有密切关系，很多出口匝道型交叉口的交通拥堵是由于出口匝道的转向交通与地面交通交织造成的。因此研究出口匝道型交叉口的转向特征对于交叉口交通组织具有很好的参考意义^[6]。

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