平面交叉口设计与管理关键技术.ppt

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1、7、平面交叉口设计与管理关键技术前言功能区的概念与设计技术两难区的概念与管理技术结论1.前言 公路平面交叉口是传递路段交通流的节点和枢纽，是路网的关键部分，虽然在空间上占整个公路网的很小部分，但是从所发生交通事故角度看，平面交叉口事故却占整个公路网事故的很大比例。各国平交口交通事故比例u美国平面交叉口事故数占总事故的36%左右；u德国农村的交通事故36%发生在平面交叉口，城市的交通事故60%-80%发生在平面交叉口；u日本1990年的死亡事故发生在交叉路口及其附近的事故数占总事故的42.2%；u我国普通公路交通事故大约30%发生在平面交叉口。公路平交路口几何设计方面问题 我国目前尚没有形成有关

2、公路平交路口功能区的概念，缺少系统科学的公路平交路口接入管理技术体系，缺乏对弱势群体交通安全的保护。在公路平交路口的视距设计、公路平交路口的平、纵、横线形设计、转弯车道的设计和渠化设计等方面尚存在许多不足之处，缺乏详细具体的技术指导，设计者的主观性和随意性比较大。交通管理与控制方面问题 在交通控制方式的选择、信号相位的设计、绿灯间隔时间的设计和交叉口安全保障设计等方面存在诸多缺陷；在交通标志与交通标线的设置、信息量的选择的等方面也存在诸多问题。由于缺少交通信号灯以及交通标志与标线的设计、设置的详细指南，导致在工程实践中交通管理与控制设施的设计、设置具有很大的主观性和随意性。2.功能区的设计与管

3、理技术 主要内容包括：交叉口的功能性划分、交叉口功能区界定、交叉口视距设计和交叉口接入管理技术，其中交叉口接入管理技术又包括常用接入技术、转弯车道设计、渠化设计和弱势群体保护设计。2.1交叉口功能区的定义传统意义上，公路平面交叉口面积的定义可分为两种u交叉口物理区u交叉口功能区交叉口物理区 交叉口物理区是指交叉道路的重叠部分，它以交叉口转角及相邻的所有边界为限，通常被认为是交叉口的“入口”。交叉口物理区交叉口物理区（带辅助车道）交叉口功能区 交叉口功能区是指交叉口物理区及其上游和下游车道的延伸，包括辅助车道。交叉口功能区 交叉口功能区（带辅助车道）2.2交叉口功能区的组成 交叉口的每一个进口道

4、根据车辆的驶入和驶出分为功能区上游和功能区下游，驶入车道称为上游区，驶出车道称为下游区。1）交叉口功能区上游车道 通常，交叉口功能区上游由三部分组成：驾驶员发现交叉口的感知反应时间内行驶的距离d1；车辆减速行驶的距离d2；车辆排队长度d3。交叉口功能区上游长度d上游d1d2d3功能区上游车道组成2）交叉口功能区下游车道 下游功能区是交叉口功能区的下游部分，是从人行横道往下游的延伸部分，是车辆驶离交叉口物理区域后需要进行管理控制的部分。下游功能区的范围通常根据以下2个指标来确定：（1）加速车道的长度；（2）车辆加速至路段行驶速度的距离减去路口宽度。3）交叉口功能区长度建议值的确定 通过对交叉口功

5、能区上下游车道长度的计算，按照相交道路的设计速度划分等级，综合列出各等级交叉口功能区长度建议值。各等级交叉口功能区的设计长度设计速度（km/h）感知反应行驶距离d1（m）减速行 驶距离d2（m）排队停储长度d3（m）上游功能区长度（m）下游功能区长度（m）100 70 18030280 18080 60 120 210 12560 45 80 155 8540 30 50 1 10 502.3.交叉口视距设计交叉口视距是影响交叉口交通安全的一个重要因素，良好的视距条件能够让所有车辆及时地感知和发现其它各方向的车辆以及做出相应的反应，同时也能够被其它车辆所发现。1）无控交叉口无控交叉口安全视距与

6、停车视距停车视距【stopping sight distance】指的是同一车道上，车辆行驶时遇到前方障碍物而必须采取制动停车时所需要最短行车距离。停车视距由三部分组成：驾驶员反应时间内行驶的距离S1，开始制动汽车到汽车完全停止所行驶距离S2(制动距离)，再加安全距离S0(510m)安全视距是指行车司机发觉对方来车时立即刹车而恰好能停车的距离。与原先的停车视距相比较，安全视距要求较低（见上图）。安全视距的意义在于，当交叉口由于种种原因停车视距不能达到满足时，安全视距必须得到满足。2）次路停让控制交叉口 在停让控制交叉口中，主路车辆拥有优先通行权，次路车辆只能等待主路车辆间足够大的间隙进入或驶离

7、交叉口。次路车辆左转或直行要满足这样的要求（见右图）。视距要满足次路车辆进入主路可接受的临界间隙值乘以主路设计（运行）速度。次路车辆左转时要求其右侧主路车辆的临界间隙值最大，因为左转运行相对复杂；右转运行则最简单，所以次路车辆右转时要求其左侧主路车辆的临界间隙值最小；次路车辆直行时要求其两侧主路车辆的临界间隙值介于左转和右转之间。次路车辆右转、直行和左转沿主路视距3）信号控制交叉口和全停控制交叉口信号控制交叉口视距4）主路左转视距主路左转视距要求2.4.交叉口接入管理技术1）接入管理定义及作用2）接入道路设计要求3）功能区内接入道路的关闭4）功能区内接入道路的出入控制5）功能区内接入道路的接入

8、顺序6）功能区内接入道路与交叉口进口道直接相交的处理7）功能区内接入道路的合并8）交叉口U形转弯9）功能区内驶入接入道路的间接左转1）接入管理定义及作用 根据美国交通研究委员会接入管理手册的定义：接入管理是对道路交叉口、分割带开口、立交及路段上接入道路的选位、设计、管理的一种系统的管理控制。接入管理是为了在土地开发利用的过程中，为机动车提供方便的接入的同时也保证整个交通运输体系的安全和效率，维护道路的功能。接入管理技术的主要原则 明确道路的功能及交叉口的分类保持交叉口功能区的完整性；限制主要道路上直接接入的数目；尽量减少路段及平面交叉口处冲突点的数目；尽量分离路段及平面交叉口处的冲突区和尽量减

9、少转弯车流对直行车流的影响等。接入道路开口宽度 小型的接入道路开口宽度在4.5至7.5m之间，大型的接入道路开口宽度在7.5至11m之间。接入道路渠化岛 接入道路渠化岛（凸起式）的设置能够规范进出接入道路车辆的行驶，有利于接入道路和主路的交通安全。2）接入道路设计要求接入道路渠化岛接入道路“喉径深度”接入道路“喉径深度”就是指从接入道路开口到接入道路内部最外侧开口的距离。（a）喉径深度TL不足（b）喉径深度TL充足接入道路右转车道3）功能区内接入道路的关闭 在接入管理技术中，所有与交叉口直接相接的支路或次要道路统称为接入道路。理想状况下，在交叉口的功能区范围内不能有任何形式的接入道路存在，因为

10、交叉口功能区内接入道路的存在对交叉口交通运行有显著的不利影响。但在实际中，交叉口功能区内存在接入道路的现象相当普遍，要关闭所有接入道路并不现实，某些接入道路的存在可以通过其它方法加以控制。但是在接近交叉口的交叉区域附近，由于交通冲突点密集，接入道路的存在会严重影响交通安全，所以有必要界定这一范围。确定交叉口范围内接入道路的关闭范围是距离进口道停车线70m。4）功能区内接入道路的出入控制 当交叉口功能区内接入道路为分方向道路时，可根据主路交通量的大小要对接入道路进行出入控制管理。出入控制的方式主要有：禁止左进左出（图A、D）、禁止左出（图B、E）和禁止左进（图C、F）。主路没有中央分隔带的，可以

11、设置渠化岛，主路已有中央分隔带的，对中央分隔带开口进行处理。接入道路的出入控制5）功能区内接入道路的接入顺序 正确的接入顺序是：当主交叉口进口道上的车辆左转进入两侧的接入道路时，相互之间不会产生交通冲突；而错误的接入顺序则会产生严重程度较高的交叉冲突。（a）正确的接入顺序（b）错误的接入顺序6）功能区内接入道路与交叉口进口道直接相交的处理接入道路与交叉口直接相交 在新建交叉口应避免这种情况的出现。若已经存在这样的直接相交，建议将接入道路进行偏置处理。偏置处理的优点是：（1）减少冲突点数目（2）冲突点远离主交叉口。需要注意的是：上述技术适用于接入道路的交通量较小的情况，当接入道路交通量较小时，改

12、善后的安全效果是明显的。而当接入道路的交通量较大时，则建议关闭该接入道路或者将其迁移至交叉口以外。对接入道路的偏置处理7）功能区内接入道路的合并 交叉口功能区内接入道路的接入密度过大会显著影响交叉口范围交通流运行的稳定性，车速差增加，发生碰撞事故的概率加大。因此，功能区内的接入道路或接入口过多过密，可以考虑将其合并或合流（加油站除外），再将合并合流而成的道路对交叉口的接入口设置于功能区之外，最大可能消除接入道路对主交叉口的冲突。（a）交叉口某进口道接入道路的合并（b）交叉口某象限接入道路的合流8）交叉口U形转弯 当交叉口的某条相交道路左转车辆流量很大时，直接左转运行的交通冲突是很严重的。为了分

13、离左转车流和直行车流的交通冲突，可采用间接左转的方式，U形转弯是接入管理中较为普遍的间接左转：左转车辆进入交叉口，先进行右转运行，行驶一段距离后再左转往回行驶，以此代替直接左转。U 形转弯 某些特殊情况，当交叉口没有足够的中央分隔带宽度，但是其它特征符合设置U形转弯的条件时，可以实施形如下图的设置，让主路车辆间接回转。这样，虽然没有足够中央分隔带宽度的容纳，但是转弯车辆可以在路旁的支路上等待。主路车辆间接回转9）功能区内驶入接入道路的间接左转 当禁止主路左转进入接入道路时，考虑设置接入道路间接左转车道，为左转车辆提供一个等待左转的停储地点。或者当交叉口进口道允许主路车辆左转，但由于路段中央分隔

14、带宽度太小，不足以设置偏置左转车道，特别当直行交通量较大时，左转车辆进入接入道路较困难，此种情况下也可考虑设置间接左转车道。接入道路间接左转2.5.交叉口常规渠化 渠化就是用交通安全岛或标线来分离或管理有冲突的交通，使车辆或行人能在明确的车道内有序行驶和通过。合理的渠化可以增大通行能力，提供最佳的舒适度并能带给驾驶员自信。不合理的渠化则会产生反作用，有时甚至不如渠化前的效果来得好。同时应尽量避免过度的渠化，因为它会对驾驶员带来疑惑。1）平面交叉口类型 基本的交叉口类型为三路交叉、四路交叉和四路以上交叉。在每个特定位置，交叉口的类型主要由交叉口的支路数量、地形、交叉道路的特征、交通量、交通组成、

15、速度和期望运行方式决定。每种交叉口类型在范围、形状和渠化程度上有很大的不同。交叉口的类型确定之后，应根据车的特性、人的特性、交通的特性以及道路环境等方面来确定合适的几何设计规划。标准基本T形路口标准T型路口变型1标准T型路口渠化变形2标准T型路口变形3简单的十字路口拓右转专用道的十字路口拓左转专用道的十字路口2）交通岛设计 交通岛是在两车道间，用来控制车辆的移动，同时车辆不能使用的区域。交通岛也可以用于行人庇护和安置交通控制设施。在交叉口内的中央分隔带或车道分离的部分都被认为是一个交通岛。这个定义可以看出交通岛的形状并不唯一，路缘石所包围的区域、油漆或热塑性的标线所画的区域都能够称为交通岛。当

16、车辆进入交叉口时，行车轨迹就被确定下来，拥有这种特性的交叉口叫做渠化的交叉口。3）交叉口停止线设置 叉口进口道设置停止线是为了提醒车辆在到达交叉口之前提前减速行驶。交叉口停止线的设置对降低事故发生的可能性和严重程度有重要作用。道路交通标志和标线GB57682009规定：在信号交叉口和左转待转区前端设置停止线。不同控制类型的交叉口由于交通特征不同，其对停止线的要求不一，考虑到停止线对交通安全起到的积极作用，原则上建议在能够设置停止线的地方都设置。交叉口停止线设置示意图4）机动车导向线设置 设置机动车导向线能够明确地引导各个方向机动车的行驶轨迹，使得整个交叉口的车辆运行不会出现不可预知的情况，避免

17、潜在冲突的出现，同时也分隔了机动车与非机动车。通常情况，在面积较大或者形状不规则的交叉口设置机动车导向线。2.6弱势群体安全保护设施 我国有着典型的混合交通模式，行人(含骑自行车者、骑摩托车者)在其中占的比例相当高，将近60%，而行人、自行车和骑摩托车都是弱势群体。同时，保护行人和自行车行驶安全也是交叉口几何设计中的一个重要内容。弱势群体安全保护设施主要包括人行道、非机动车道、人行横道、人行视距、中央分隔带、侧分带和人行庇护岛。2.7交叉口转弯车道设计 左转专用车道 左转减速车道 左转加速车道 左转偏置车道 右转专用车道 右转减速车道 右转加速车道 右转偏置车道2.8交通控制方式选择与信号相位

18、设计 平面交叉口的交通管理控制方式有停车控制、让路控制和信号控制等几种，前两种适用于交通量不是太大的交叉口，后者适用于交通量大的交叉口。我国目前的信号控制系统以单点控制为主，在实施工程中普遍存在以下问题：（1）交通控制选择方式不合理；（2）信号设置与交通流未协调；（3）信号设置与混合交通流不协调；（4）缺乏一套系统的交通控制安全保障体系。1）交通控制方式的选择停车让行控制交叉口 停车让行控制表示车辆在停车线以外停车观察，确认安全后，才准许通行。分为两路和多路停车两种控制方式：（1）两路停车让行控制；（2）多路停车让行控制。减速让行控制交叉口 减速让行控制是指驾驶员放慢车速，看清相交道路有无来车

19、。将停车控制改为让行控制，需满足充足的视距，两年中年事故3起。信号控制交叉口 目前很多国家都制定了设置交通信号控制的依据，例如美国、英国、加拿大、澳大利亚和南非等，基本都是基于交通量和延误来考察交叉口应采取什么控制方式，但所设置的依据基本没有科学理论基础，而是通过有经验的交通专家制定出来的，缺乏理论支持。2）信号相位的设计 信号相位选择方案 左转保护相位的设计 右转相位的设计 行人和非机动车相位 绿灯间隔时间的设计3.两难区的设计与管理技术 两难区的定义 两难区的产生及理论黄灯时间的计算 实际存在的问题 两难区交通安全改善方法3.1两难区的定义 GHM于1960年在研究黄灯设置时间时，提出了经

20、典的两难区定义（又称物理定义）：驾驶者完全遵守交通规则的情况下，不能在信号灯转成黄灯之后安全停止，也不能在信号灯转换成红灯之前完全通过交叉口，把这一状态在时间和空间的区间叫两难区。两难区所引发的问题 两难区（dilemma zone）是信号交叉口特有的一种区域，反映的是驾驶者在接近信号交叉口面对黄灯出现既无法安全停止也无法安全通过的时空区间。两难区的存在会导致驾驶者出现刹车停不下来和加速通不过交叉口的两难境地，从而导致无意识闯红灯的发生，最终增加与正交方向车辆发生正交碰撞事故的概率。消除两难区就是要消除驾驶者在交叉口黄灯时刻的无意识闯红灯行为。消除两难区的主要措施 目前，消除两难区的主要措施有

21、信号灯调整装置（延长绿灯时间使可能进入两难区的车辆通过）、交叉口前提示灯装置、信号灯和车载设备的通讯装置等。3.2两难区的产生及理论黄灯时间的计算 结合图1解释两难区的产生。车辆以速度v靠近交叉口,x为驾驶员在看到黄灯启亮时车辆离交叉口停车线的距离;w为交叉口内部间距;L为车身长。1)车辆顺利停下 如果车辆能在黄灯期间在停车线前顺利停车,x应满足下式:其中tr为反应时间，d为刹车时的减速度。车辆的标准停车距离可以表示如下：其中：vlim为交叉口限速，ds为标准减速度（舒适的最大减速度）2)车辆顺利通过 如果车辆要在黄灯结束红灯启亮之前能通过停车线,从而不会造成违规行驶,那么车辆所处位置需满足以

22、下表达式:其中A为黄灯时间（Amber light time），a为车辆的加速度。以最不利状况进行讨论,假定车辆是以最高限速vlim驶近交叉口,此时按规定车辆不能再加速行驶,标准通过距离可用下式表述:对上述2个标准距离进行分析,有以下2种情形:(1)若xsxt,看到黄灯启亮时如果车辆所处位置xtxxs,则车辆陷入两难区,见图2所示。从理论上分析,要消除两难区,至少要满足xs=xt。那么由xs=xt求解得:这是满足“零两难区”的最佳黄灯时间3.3实际存在的问题 信号控制交叉口黄灯时间简单设置为固定值会引发安全隐患问题,根据交叉口实际情况,在信号配时设置黄灯时间长度过程中需要考虑两难区的影响。然而

23、,即使是配时合理,加入驾驶员个体行为因素的影响,两难区也不可能完全消除,危险区域依然存在。考虑驾驶员的不可预测的驾驶行为影响,如驾驶员作为不同的个体的离散行为特征(不同速度、加速度)、驾驶员判断及操作动作的不稳定性等,在实际中,理论上消除两难区的黄灯设置并不能完全消除信号控制交叉口处与黄灯时间相关的危险区域,例如以下情形都有可能形成两难区：（1）计算公式本身的缺陷,在讨论xs时是以舒适的最大减速度为依据,若车辆采取较小的制动动作,则可能造成xsxt。（2）驾驶员超速违章行驶,在交叉口驾驶员急于通过,不按限速行驶也会使得xs增大。（3）驾驶员判断与操作错误,例如能通过交叉口的情况下,开始决定通过

24、,后又认为无法通过而采取制动措施。3.4两难区交通安全改善方法 两难区是一个时空概念区域,它的产生与黄灯时间的长短有关,也与驾驶员看到黄灯刚启亮时车辆所处的位置有关。最佳黄灯时间是从时间角度研究解决两难问题的方法,还可以从空间角度考虑,使车辆在黄灯启亮时尽可能不落在危险区范围中。1）降低危险概率 尽量实现车辆滞留在危险区域的概率最小,即黄灯亮时尽可能确保危险区域内没有车辆。将检测器1布设在前文理论计算的消除两难区处,即x=VlimAoptimal处,在信号即将由绿灯切换到黄灯时,若检测到危险区域内无车则切换信号,若有车则调整切换时间,直至最大绿。降低危险率的感应控制逻辑2）提高安全保障 从保障机制角度考虑,若相位达到最大绿后仍有车辆落在危险区域中而又必须切换信号,或是由于其他随机因素引起了车辆无法刹车或无法停下而在红灯时间驶入了交叉口,此时可以适当增加交叉口内部的清空时间,即延长相交向车流相位的红灯时间,增加全红时间,以提高意外发生后的安全保障。在检测器1的下游布设检测器2,设定某个速度阈值,通过速度阈值计算检测器2离停车线的距离;若检测器2检测到的车速超过此阈值意味着车辆将闯入交叉口内部,那么应相应延长黄灯间隔。提高安全保障的感应控制逻辑