【道路通⾏能⼒⼿册HCM2000中⽂版】第15章-城市街道第15章城市街道 15.1 引⾔
15.1.1 ⽅法的适⽤范围
本章介绍⼀种分析城市街道的⽅法。同时也可⽤该法分析信号交叉⼝间距⼩于或等于3.0km的郊区街道。⽤这种⽅法可以分析单向⾏驶的街道和双向⾏驶的街道，但是，对双向⾏驶街道的每⼀个⾏驶⽅向需单独分析。
⽤本章介绍的⽅法可以评价城市街道的畅通性。街道所提供的畅通程度⽤直⾏交通流的⾏程速度来评定。不⽤这种⽅法评定街道的出⼊⼝，但是当需要评价其运⾏性能时，特别是街道上打算开设出⼊⼝时，街道开设的出⼊⼝的程度还是应该考虑。有利于畅通性的因素通常反映了出⼊⼝少，反之亦然。
本章介绍的⽅法着重于畅通性；论述城市街道的畅通性，其长度⾄少3km （在市中⼼区，为 1.5km）。对较短的街道也可以进⾏分析，但是短路段的主要功能很类似出⼊⼝。通过对路上单个交叉⼝的分析，可以在某种程度上评价出⼊⼝。
15.1.2⽅法的限制条件
这种研究城市街道的⽅法没有直接说明以下发⽣在两个交叉⼝之间的情况：
科技传播
●是否存在路边停车；
●出⼊⼝的密度或出⼊⼝控制；
●交叉⼝进⼝的车道增加或交叉⼝出⼝的车道减少；
●交叉⼝之间坡度的影响；
●交叉⼝之间任何通⾏能⼒的限制（如⼀座窄桥）；
●路段的中央分割带和双向⾏驶的左转车道；
●转向车辆超过街道总交通量的20%；
●交叉⼝处的排队增长到上游交叉⼝并妨碍其正常运⾏；
●横向交叉街道拥挤阻碍直⾏车流。
由于以上任何⼀种情况都会对直⾏交通流的速度造成很⼤影响，所以分析⼈员应最⼤限度地结合这些影响因素，对⽅法进⾏修正。
15.2 ⽅法
本⽅法为评价城市街道提供了体系框架。如果可以获得⾏程时间的现场实测数据，那么就可以⽤这个体系框架确定街道的服务⽔平（LOS）。另外，通过直接测量城市街道上车辆的⾏程速度，可以精确评价服务⽔平，⽽不需要采⽤本章的计算⽅法。
城市街道交通流模拟可以作为实测数据的替代来源，根据本⼿册的分析步骤，确定提供输⼊的参数，如⾏驶时间和饱和流率；根据本⼿册中的定义和公式计算或估计延误和输出延误，或⽤现场实测数据验证。图表15-1给出了确定城市街道服务⽔平的分析⽅法。 图表15-1 城市街道的分析⽅法
分析⼈员应该可以调查到信号间距、街道等级和交通流量对道路服务⽔平的影响。该⽅法利⽤第16章介绍的分析信号交叉⼝直⾏车道组的⽅法。通过对车道功能的重新定义（例如设或不设左转车道，车道数），分析⼈员可改变直⾏车道组中的交通流量和车道组的通⾏能⼒。这⼀重新定义，通过改变交叉⼝评价或许还有街道分级，⽽改变了街道的服务⽔平。
15.2.1 服务⽔平
城市街道的服务⽔平是根据被考虑的路段或整条街道直⾏车辆的平均⾏程速度确定。⾏程速度是城市街道的基本有效性度量。⽤通过城市街道上的⾏驶时
间和通过信号交叉⼝的控制延误计算平均⾏程速度。
控制延误是车辆接近和进⼊交通信号运⾏的信号交叉⼝所造成的总延误的⼀部分。控制延误包括初始减速延误、在队列中⾏进时间延误、停车延误和重新加速延误。
城市街道的服务⽔平同时受到每千⽶信号灯的数量和交叉⼝的控制延误两⽅⾯的影响。不恰当的信号配时、不良的信号联动和不断增加的交通流量会⼤幅度地降低道路的服务⽔平。信号灯中⾼密度的路段（每千⽶多于⼀个信号灯）对这些因素更为敏感，甚⾄在出现严重问题以前，会察觉底等级的服务⽔平。另⼀⽅⾯，包含有较重负荷交叉⼝的较长的城市街道路段可以提供相当好的服务⽔平，尽管某个独⽴信号交叉⼝可能在⼀个较低级的服务⽔平下运⾏。直⾏车辆是指所有的机动车直接通过道路路段，不转向。
图表15-2是根据平均⾏程车速和城市街道等级列出了城市街道的服务⽔平标准。需要注明的是：如果交通需求超过整个道路任⼀地点的通⾏能⼒，那么⽤平均⾏程车速来衡量道路的服务⽔平就不是⼀个好⽅法。图表15-2中涉及的街道等级的概念会在下⾯阐述。
图表15-2 城市街道服务⽔平分级
15.2.2 确定城市街道等级
分析的第⼀步是确定城市街道的等级。这可以根据直接现场观测的⾃由流速度或通过评价⽬标街道的功能和设计类型来确定。测定⾃由流速度的步骤详见附录B。
如果不能观测到⾃由流速度，就必须通过街道的功能和设计类型来鉴别道路等级。⾸先考虑功能类型，然后是设计类型。这种鉴别⽅法见第10章和图表10-4。确定了道路的功能和设计类型之后，就可以⽤图表10-3确定城市街道的等级。
15.2.3 确定⾏驶时间
车辆在城市街道路段上⾏驶所消耗的总时间由两部分组成：⾏驶时间和在信号交叉⼝的控制延误。为了计算路段上的⾏驶时间，分析⼈员必须知道街道等级、路段长度和⾃由流速度。路段上的⾏驶时间可以从图表15-3中查取。
在每⼀个城市道路等级内，对实际⾏驶时间都会有⼀些影响因素。图表15-3列出了街道长度的影响。此外，停车、路侧⼲扰、当地的发展情况和街道使⽤也会影响⾏驶时间。在本章中，同样认为这些因素会影响⾃由流速度。因此，对⾃由流速度的直接观测包括这些因素造成的影响，即寓意这些因素对⾏驶速度的影响。
如果观测不到实际的或类似路段上的⾃由流速度，使⽤图表15-3备注中给出的默认值。
15.2.4 确定延误
为了计算城市街道或区间的速度，需要知道交叉⼝的控制延误。由于城市街道的功能是服务于直⾏交通流，因此应⽤直⾏交通流占⽤的车道组来反映城市街道的特征。
图表15-3 每千⽶路段的⾏驶时间
注：
a.最好有⼀个估算的⾃由流速度。如果没有，则使⽤上⾯的表格，假设下列默认值：
街道等级⾃由流速度
Ⅰ 80
Ⅱ 65
Ⅲ 55
Ⅳ 45
b．如果Ⅰ级或Ⅱ级城市街道的路段长度⼩于400⽶，则需作如下⼯作：（a）重新评价其等级，（b）如仍作为个别路段，使⽤400⽶数值。
c. 对于Ⅰ级或Ⅱ级城市街道上的长路段（⼤于等于1600⽶），可⽤⾃由流速度来计算每千⽶的⾏驶时间。这些时间在1600⽶长的路段进⼝端表⽰。
d. 同样，路段长度⼤于400⽶的Ⅲ级或Ⅳ级城市街道，⾸先应重新评价（即其等级是认可的）。如果必要，400⽶以上的数值可以⽤外推。
尽管本表没有给出，但路段的⾏驶时间取决于交通流率；然⽽，交叉⼝的延误对交通流率的依赖性更强，因此在⾏程速度的计算中占主导地位。
直⾏交通流的控制延误是城市街道评价中⽤的适当的延误。⼀般来讲，分析⼈员应该获取这⼀信息，因为交叉⼝应该作为整个分析的⼀部分被独⽴地评价。⽤式15-1计算控制延误。⽤式15-2、15-3分别计算均匀延误和增量延误。
()321d d PF d d ++=
(15-1)
()()??
--=C g X C g C d ,1min 1/15.02
1
(15-2)
()()
+-+
-=cT
kIX
X X T d 8119002
2 (15-3) 式中：
d ——控制延误（s/veh ）； d 1——均匀延误（s/veh ）； d 2——增量延误（s/veh ）；
d 3——初始排队延误，见第16章（s/veh ）； PF ——信号联动修正系数（见表15-5）； X ——车道
组的v/c ⽐（也作饱和度）； C ——信号周期长度（s ）； c ——车道组的通⾏能⼒（s/veh ）； g ——车道组的有效绿灯时间（s ）； T ——分析持续的时间（h ）； K ——感应控制的增量延误修正；
I ——按上游信号灯车辆换车道和调节的增量延误修正。
15.2.4.1 均匀延误
⽤式15-2计算的控制延误，其假设是车辆均匀到达，稳定流。是“韦伯斯特”延误公式的第⼀部分，描述均匀到达的理想情况⼗分准确，并且已得到认可。在计算d 1时，X 的取值不能⼤于1。 15.2.4.2 增量延误
式15-3计算出来的增量延误起因于⾮均匀到达、个别车辆事故（随机延误）以及饱和的持续阶段（饱和延误）。这个⽅程式把车道组的饱和程度（X）、分析持续时间（T）、车道组的通⾏能⼒（C）以及信号控制（K）内在地联系起来。这个公式假设所有的流量需求已在先前的分析阶段得到满⾜，也就是没有初始排队。如果有初始排队，根据初始排队的影响，16章附录F给出了分析步骤。任何程度的饱和度都会产⽣增量延误。
15.2.4.3 初始排队延误
在开始分析时，若存在上个周期遗留的排队，那么，新到达的车辆就要经历初始排队延误。引起此延误的原因是需要⼀段额外的清理初始排队的时间。这段时间的长短取决于初始排队的长度、分析时段的长度以及这段时间内的V/C⽐。在16章附录F中也介绍有确定初始排队延误的步骤。
15.2.4.4 到达类型和队列⽐
在分析城市街道或信号交叉⼝时，信号联动质量是⼀个需要量化的重要特征。每⼀车道组的到达类型AT是描述该特征的参数。该参数按定义的主要车流到达的六种类型来估计信号联动质量。
到达类型1：界定为红灯密集队列。即有超过80%的车道组交通量在红灯相位开始前到达。该到达类型代表各种情况下路⽹连线的信号联动率很低，包括协调不够的情况。
到达类型2：界定为红灯适度密集的队列。即车辆在红灯相位的中间到达，或在⼀个红灯相位内分散车道组到达交通量的40-80%的车队。这种到达类型代表了城市街道的⼀种不良的信号联动。
到达类型3：由车辆的随机到达构成。其主队列中包含了少于40%的车道组交通量。这种到达类型代表了⽆⼲扰状态下的运⾏情况，队列分散程度很⾼的信号交叉⼝。
到达类型4：由绿灯适度密集的队列构成。即车辆在绿灯相位中间到达，或在⼀
个绿灯相位内分散车道组到达交通量40-80%的车队。这种到达类型代表了城市街道的⼀种良好的信号联动。
到达类型5：界定为绿灯密集到适度密集队列。即有超过80%的车道组交通量在绿灯相位开始前到达。这种到达类型代表了⼀种很好的信号联动，这种情况可能发⽣在路侧⼊⼝为低中数量的路线，并且在信号配时中有很⼤的优先权。到达类型6：线路特征近似理想，信号联动⾮常好，它代表路侧⼊⼝极少或可以忽略，⼏个交叉⼝的间距很近，密集排队信号联动。
到达类型最好是通过现场观测，也可以通过时间-空间曲线图模拟出来。到达类型应尽可能精确地加以确定，因为它对计算延误和确定服务⽔平有重要影响。尽管没有确切的参数来量化到达类型，但公式15-4所定义的队列⽐可以使⽤。
()g C P R P /=
（15-4）
式中：
R P ——队列⽐；
P ——绿灯时间内到达车辆数占总车数的百分⽐； C ——周期长度（s ）； g ——有效绿灯时间（s ）。
可以通过实地观测或估计P 值，c 与g 的值由信号灯周期设计得到。P 值不超过1。与到达类型相关的R p 的⼤致范围列于图表15-4中。此表还同时给出了随后计算要⽤到的默认值。
图表15-4 到达类型与队列⽐（R P ）的关系
15.2.4.5 信号联动修正系数
理想的信号联动可以使在绿灯时间内到达的车辆⽐例⼤；不理想的信号联动导致在绿灯时间到达的车辆⽐例⼩。信号联动修正系数，PF ，适⽤于所有协调的车道组，⽆论是定周期控制或半感应系统中的⾮感应控制。信号联动主要影响均匀延误；由于这个原因，只⽤于校正d 1。PF 的值⽤式15-5计算。
()??
--=
C g f P PF PA 11
（15-5）
式中：
PF ——信号联动修正系数，
P ——所有在绿灯时间内到达的车辆的⽐例， g/C ——有效绿灯时间⽐率，
f PA ——绿灯时间内队列到达的追加修正系数。
可以通过现场观测或通过时-空曲线图计算P 值。PF 的值也可以⽤f PA 的默认值度量的P 值计算。式15-5可以⽤来确定PF 值，PF 是与每种到达类型相关联的P 和f PA 默认值的到达类型函数。
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如果⽤式15-5计算PF 值，则对于g/c 值极低的到达类型4，其值不⼤于1。事实上，到达类型4 的PF 应被赋最⼤值1.0。
水木年华音箱图表15-5 计算均匀延误的信号联动修正系数
注：PF=(1-P) f PA /(1-g/C)。
表格基于fp 和Rp 的默认值。 P=Rp* g/C(不⼤于1)。
到达类型3到6的PF 值不⼤于1。
信号联动修正系数，PF ，需要了解相位差、⾏程速度和交叉⼝信号。当估计将来协调延误时，尤其是分析⽐选⽅案时，对于协调车道组，假设到达类型4是协调车道组的⼀种理想条件（左转除外），假设到达类型3是未协调车道组的条件。
对于专⽤相位专⽤左转车道上的交通流，其信号联动修正系数通常为1.0（即到达类型3）。但如果信号协调提供了⼀个左转流向联动，应当由估计直⾏流向到达类型计算信号联动修正系数。当协调的左转是保护-许可型相位的⼀部分，只⽤保护型相位的有效绿灯时间确定信号联动修正系数，因为保护型相位通常与队列调整相关联。当使⽤时-空图，且车道组交通流有不同程
度的调整时，⽤P 的流量-加权平均值计算PF 。
15.2.4.6 感应控制的增量延误修正
在式15-3中，k 体现了控制器对延误的影响。对于定周期信号，k 值取0.50。嵌入式实时操作系统ucos-ii
这是根据等于车道组通⾏能⼒的随机到达排队和均匀服务得到的。然⽽，感应控制器可以设定绿灯时间适应当前需求，减少全部的增量延误。延误的减少部分地取决于控制器的单位延长和饱和度。研究表明，单位延长越低（即快速交叉⼝运⾏），k值和d2值越⼩。但是，当饱和度接近1.0时，感应控制
器的作⽤就相当于定周期控制器，在饱和度⼤于或等于1.0时，得到的k值是0.50。图表15-6给出了感应控制器在不同单位延长和饱和度下推荐的k值。
对于图表15-6中没有列出的单位延长值，k值可以⽤内插的⽅法得到。如果⽤图表15-6中的公式，k min（即X=0.5时的k值）必须⾸先根据其单位延长利⽤内插法算出，然后⽤该公式计算。根据图表15-6，可以利⽤外插法得到单位延长超过5.0秒的值，但是外插得到的k值不应超过0.50。
图表15-6 控制器类型的k值
注：对于⼀个单位延长，X=0.5时对应的k min值：k=(1-2k min)(X-0.5)+k min，其中k≥k min，k≤0.5。当单位延长⼤于5.0时，外插得到k，且保证k≤0.5。
15.2.4.7 上游过滤或调节修正系数，I十二烷基磺酸钠
式15-4中的增量延误修正值I考虑到来⾃上游信号过滤后到达的车辆的影响。对于独⽴交叉⼝（即距临近的上游信号交叉⼝的距离⼤于等于1.6千⽶的交叉⼝），I值取1.0。这个值基于⼀个周期内随机到达车辆数，因此车辆到达的⽅差等于平均数。
I值⼩于1.0⽤于⾮独⽴交叉⼝，它反映了上游信号灯使指定（即下游）交叉⼝每周期到达车辆数的⽅差减⼩的⽅法。从⽽由于随机到达，使延误减少。
图表15-7列出了⾮独⽴交叉⼝的I值。表中的I值是基于X u得到的。X u是上游所有流向分配到指定交叉⼝车道组流量的加权v/c ⽐。⽤加权平均计算该项⽐率，每股分配的上游流向的v/c⽐权重是其交通量。
城市街道运⾏性能的分析，充分接近作为上游直⾏流向v/c⽐的X u。
图表15-7上游信号车道组I值的推荐值
注：I=1.0-0.91 X u 2.68且X u ≤1.0。
15.2.5 确定⾏程速度
公式15-6⽤于计算每⼀路段和整个区间的⾏程速度。
d
T L
S R A +=
3600
（15-6）
式中：
S A ——路段上直⾏车辆的平均⾏程速度（km/h ）； L ——路段长度（km ）；
T R ——给定区间内所有路段上总的⾏驶时间（s ）； d ——信号交叉⼝直⾏流向的控制延误（s ）。
特殊情况下，可能会产⽣因在⼈⾏横道处由停车造成的路段延误，或公交车停靠或出⼊⼝⼲扰造成的其它延误。这些延误加到式15-6的分母中。
不能说出的秘密
15.2.6 确定服务⽔平
对于每级城市街道，都明确的设定城市街道服务⽔平标准。这些标准是根据驾驶员对不同种类的城市街道不同的期望制定的。城市街道等级的⾃由流速度和交叉⼝服务⽔平的确定要⼀并考虑。图表15-2给出了各级城市街道的服务⽔平标准。不同等级的标准不同：越次要的城市街道（即分类号越⾼的城市街道），驾驶员对道路设施的期望越低，与服务⽔平相匹配的速度也越低。因此，三级城市街道B 级服务⽔平的速度要低于⼀级城市街道同级服务⽔平的速度。
分析⼈员应当知道说明升级城市街道的前后对⽐评估。如果通过改建将街道设施从⼆级升级到⼀级，尽管平均速度有提⾼，也
