CN104318775A - 控制阶段快速路下匝道-地面道路交叉口一体化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种控制阶段快速路下匝道-地面道路交叉口一体化设计方法，对下匝道衔接进口道的车道功能划分及其余进口道的车道渠化方案和各相位绿信比进行改善设计，判断是否符合饱和度和服务水平要求；计算下匝道衔接进口道的平均排队长度；利用蒙特卡洛方法产生一组解序列；确定下匝道-地面道路衔接段的交织构型，确定交织区运行类型；计算交织区间速度和交织车流密度，判断是否符合交织段服务水平要求，最终输出得到的衔接进口道的车道渠化方案和信号交叉口的信号配时方案。本发明具有的优点和积极效果是：在设施已建成的基础上，通过基于时间和空间的避免交叉口范围内交通流交织与冲突的思想，调整信号交叉口车道渠化方案和信号配时方案。

Description

控制阶段快速路下匝道-地面道路交叉口一体化设计方法

技术领域

本发明属于交通路口设计领域，尤其是涉及一种控制阶段快速路下匝道-地面道路交叉口一体化设计方法。

背景技术

中国的城市快速路匝道间距小，与地面道路关系密切，与出口匝道衔接的交叉口同时承担着快速路和地面道路的交通压力。在交通压力大或交通组织方式不当的情况下，是连续流和间断流转换的瓶颈点。出口匝道的通行能力在不同程度上受限于匝道交叉口衔接段的通行能力。当需求大于衔接段通行能力时，出口匝道将出现排队，甚至延伸至主线，并影响地面交通运行。可见，快速路下匝道和地面道路交叉口设计方法直接影响到匝道和地面道路功能的发挥。

快速路下匝道在近交叉口横向接地点位置有3种情况，分别为内侧式匝道、中间式匝道和外侧式匝道。三种类型的快速路下匝道设置方式都存在不同程度的车流交织：

内侧式匝道存在着下匝道右转车流、地面道路左转车流及直行车流之间的混合交织。

中间式匝道存在着下匝道左转车辆与地面直行车流之间的交织。

外侧式匝道存在着下匝道左转车流、地面道路右转车流及直行车流之间的混合交织。

国家设计快速路下匝道接地点时一般首先考虑用地的要求，而对交叉口的交通流行驶要求考虑不足，使得用于车流变更车道的交织段长度不足；与正常运行的十字交叉口相比，当有下匝道设置于近交叉口时，交叉口内的冲突点与交织段明显增多，会使得进口车道通行能力降低约50％，必然会造成交叉口通行能力严重下降，交通秩序混乱。因此，研究控制阶段快速路下匝道-地面道路交叉口一体化设计方法对于改善快速路下匝道-地面道路交叉口整体通行效率具有重要意义。

发明内容

本发明旨在解决控制阶段快速路下匝道与地面道路衔接交叉口拥堵现象，以提高快速路下匝道-地面道路交叉口交通通行效率和安全为出发点，为达到上述目的目的,本发明提供一种控制阶段快速路下匝道-地面道路交叉口一体化设计方法。

本发明采用的技术方案是：控制阶段快速路下匝道-地面道路交叉口一体化设计方法，包括如下步骤：

步骤1.根据采集的交叉口各进口道和下匝道各流向的实际交通量，确定下匝道衔接进口道的车道功能划分及其余进口道的车道渠化方案；根据交通流特征等确定相位相序，计算最佳周期时长和各相位绿信比；判断是否符合饱和度和服务水平要求；

若不符合，根据流量比尽量一致原则，重新调整车道渠化方案和最佳周期时长和各相位绿信比；

若符合，执行步骤2)；

步骤2.计算下匝道衔接进口道的平均排队长度；

步骤3.利用蒙特卡洛方法产生一组解序列，包含衔接进口道车道渠化方案信息；

步骤4.依据HCM标准确定下匝道-地面道路衔接段的交织构型，并依次计算交织强度、交织速度、非交织速度，进而确定交织区运行类型；

步骤5.计算交织区间速度和交织车流密度，根据计算得到的最小交织车流密度，判断是否符合交织段服务水平要求，

若不满足则返回步骤3和步骤1；

若满足则输出步骤1中得到的衔接进口道的车道渠化方案和信号交叉口的信号配时方案。

进一步的，步骤1的实现过程：首先确定多段式信号配时的时段划分，之后确定配时时段内各进口道和下匝道各流向的实际交通量，根据采集的交叉口各进口道和下匝道各流向的实际交通量，确定下匝道衔接进口道的车道功能划分及其余进口道的车道渠化方案；根据交通流特征等确定相位相序，计算最佳周期时长和各相位绿信比，判断是否符合饱和度和服务水平要求；

若不符合，重新调整车道渠化方案和最佳周期时长和各相位绿信比；

若符合，执行步骤2；

步骤2的实现方法如下：分别计算左转流向车道组和直行流向车道组的平均排队长度，取两者中的较大值；其中平均排队长度计算如式(1-3)所示：

Q＝Q₁+Q₂    (1)

$Q_1={\mathrm{PF}}_2\frac{\frac{v_{L}C}{3600}(1-\frac{g}{C})}{[1-\min (1.0,X_L)\left(\frac{g}{C}\right)]}---\left(2\right)$

$Q_2=0.25c_{L}T[(X_L-1)+\sqrt{{(X_L-1)}^2+\frac{8K_B{X}_L}{c_{L}T}+\frac{16K_B{Q}_{\mathrm{bL}}}{{\left(c_{L}T\right)}^2}}]---\left(3\right)$

式中：

Q＝信号周期内从停车线开始，车辆排队的最大长度(辆)；

Q₁＝排队长度第一项(辆)；

Q₂＝排队长度第二项(辆)；

PF₂＝信号联动影响校正系数；

V_L＝车道组中每条车道的流率(辆)；

C＝信号周期长度(秒)；

g＝有效绿灯时间(秒)；

X_L＝流率与通行能力之比；

c_L＝车道组中每条车道通行能力(辆/小时)；

T＝分析时段长度(秒)；

X_L＝流率与通行能力之比，(V_L/c_L)；

K_B＝校正系数，与车辆早期到达有关；

Q_bL＝分析时段开始时车道组中每一车道的初始排队(辆)。

C＝信号周期长度(秒)；

步骤3的具体实现方法如下：

利用蒙特卡洛方法产生的一组解序列的表示方式如下：

A_ij：0-1变量，衔接进口道车道渠化方案，1表示第i个车道为第j种车道功能，0则相反；

i：车道位置；

j：车道功能；

步骤4依据HCM标准确定下匝道-地面道路衔接段的交织构型，具体可分为以下几类：

A型——为完成交织运行，两个交织方向的所有车辆都必须进行一次变换车道；

B型——一个方向的交织车辆不需要变换车道即可完成交织运行，但另一方向的交织车辆，必须变换一次车道才能完成交织运行；

C型——一个方向的交织车辆不需要变换车道即可完成交织运行，而另一方向的交织车辆，必须两次或两次以上变换车道才能完成交织运行；

在判断完交织构型的基础上，依据交织流量比、交织区总流率、交织区总车道数和交织区长度计算交织强度，如式(4)所示；

$W_i=\frac{a{(1+\mathrm{VR})}^b{\left(\frac{v}{N}\right)}^c}{{\left(3.28L\right)}^d}---\left(4\right)$

W_i——交织车流(当i＝w时)和非交织车流(当i＝nw时)的交织强度系数；

VR——流量比；

v——交织区内总流率(pcu/h)；

N——交织区内总车道数；

L——交织区长度(m)，交织区长度为下匝道纵向接地点减去衔接进口道的平均排队长度；

a,b,c,d——标定的常数；

依据计算得到的交织强度确定非约束交织与非交织速度，如式(5)所示：

$S_i=S_{\min }+\frac{S_{\max }-S_{\min }}{1+W_i}---\left(5\right)$

S_i——平均交织速度(当i＝w时)或平均非交织速度(当i＝nw时)(km/h)；

S_min——交织区内预期的最小速度(km/h)；

S_max——交织区内预期的最大速度(km/h)；

W_i——交织车流(当i＝w时)和非交织车流(当i＝nw时)的交织强度系数；

综合上述指标，进一步确定交织区运行类型，为约束运行还是非约束运行，判断标准如下：

N_w——达到均衡运行或非约束型运行时，交织车辆须占用的车道数；

N_w(max)——对给定交织区型式，交织车辆可以占用的最多车道数；

当N_w<N_w(max)时，由于交织车辆可以占用均衡运行所需的车道数，所以为非约束型；

当N_w>＝N_w(max)时，由于交织车辆受限于最多可用车道数，不能占用均衡运行所要求的道路空间，所以为约束型；

步骤5根据上述判断的交织区运行类型来计算交织区间速度，如果是非约束运行则计算交织区间速度，如果是约束运行则计算约束交织区速度和非交织区速度，如式(6)所示：

$s=\frac{v}{\left(\frac{v_w}{s_w}\right)+\left(\frac{v_{\mathrm{nw}}}{s_{\mathrm{nw}}}\right)}---\left(6\right)$

式中：

S——交织区内所有车辆的区间平均速度(km/h)；

s_w——交织区内交织车辆的区间平均速度(km/h)；

s_nw——交织区内非交织车辆的区间平均速度(km/h)；

v——交织区内总流率(pcu/h)；

v_w——交织区内交织流率(pcu/h)；

v_nw——交织区内非交织流率(pcu/h)；

计算交织车流密度，如式(7)所示：

$D=\frac{\left(\frac{v}{N}\right)}{s}---\left(7\right)$

式中：D是交织区内所有车辆的平均车流密度(pcu/km/ln)；

判断得到的计算交织车流密度是否是最小交织车流密度，如果不是，重新判断衔接段的交织构型并按步骤进行计算，直到得到的交织车流密度为最小的交织车流密度；

根据HCM标准，将多车道公路和次干路交织段的服务水平划分为六级，满足C级服务水平可认为满足交织要求，

依据上述得到的交织区间速度和交织车流密度，判断衔接段通行能力是否满足C级服务水平，

满足则输出步骤1计算得到的衔接进口道车道渠化方案和信号交叉口信号配时方案；

若计算得到的衔接段通行能力不能满足C级服务水平要求，取如下两种方案中的排队长度较小者，重新调整多段式信号配时的时段划分和最佳周期时长、各相位绿信比，后执行步骤2：

方案一：在交叉口车均延误满足服务水平要求、绿灯时长满足行人过街时间的条件下，调整各相绿信比，减少衔接进口道排队长度；

方案二：根据交通流的流向流量，合理组织信号控制相位，采用嵌套式的控制方案，在避免冲突与交织的同时，充分利用交叉口的时间资源。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明针对控制阶段快速路下匝道-地面道路交叉口一体化设计的问题，从交通通行效率和交通冲突的角度出发，根据实际交通量，在设施已建成的基础上，通过基于时间和空间的避免交叉口范围内交通流交织与冲突的思想，调整信号交叉口车道渠化方案和信号配时方案；此方法较全面地考虑了地面道路和快速路下匝道的衔接设计，涉及的因素有下匝道流量流向、地面道路交叉口流量流向、地面道路车道功能划分、下匝道横纵向接地点和交叉口信号控制方案。

附图说明

图1是本发明的步骤流程示意图；

图2是本发明一实施例的交叉口现状渠化图；

图3是本发明一实施例的交叉口现状相位配时图；

图4是本发明一实施例的交叉口改善渠化图；

图5是本发明一实施例的交叉口改善后相位配时图。

具体实施方式

下面结合附图1至5对本发明的具体实施例做详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

本实施例控制阶段快速路下匝道-地面道路交叉口一体化设计方法，用于如图2所示的某近似规则的十字形交叉口，该处快速路下匝道为内侧式匝道，纵向接地距离为150米(距停车线)；所述一体化设计方法包括如下步骤：

步骤S1:首先确定多段式信号配时的时段划分，之后确定配时时段内各进口道和下匝道各流向的实际交通量，根据采集的交叉口各进口道和下匝道各流向的实际交通量；

如图2所示的交叉口的现状渠化信息及机动车流量信息如表1和表2所示，现状相位配时如图3所示；

表1:交叉口各进口道现状条件

表2:交叉口高峰小时各进口道机动车流量表(pcu/h)

获取表1、表2的数据后，根据实地调查得到的交叉口各进口道的实际交通量、基本饱和流量和各类饱和流量校正系数，车道数可得到各车道组的流量比，对信号交叉口进行二次设计，确定下匝道衔接进口道的车道功能划分及其余进口道的车道渠化方案，配时优化根据常规相位配时方法计算。根据流量比一致原则，经过反复调试，确定下匝道衔接进口道的车道功能划分及其余进口道的车道渠化方案，如下表3所示：

表3：交叉口改善渠化方案

本实施例由于东西进口道的交通流量不对称，考虑机动车按照五相位放行，基本顺序为第一相位为东西进口机动车直行，第二相位为西进口机动车直行和左转，第三相位为东西进口机动车左转，第四相位为南北进口机动车直行，第五相位为南北进口机动车左转，其中右转机动车和非机动车不受控。

然后根据交通流特征等确定相位相序，计算最佳周期时长和各相位绿信比，判断是否符合饱和度和服务水平要求；

若不符合，根据流量比尽量一致原则，重新调整车道渠化方案和最佳周期时长和各相位绿信比；

若符合，执行步骤S2；

步骤S2:分别计算左转流向车道组和直行流向车道组的平均排队长度，取两者中的较大值；其中平均排队长度计算如式(1-3)所示：

Q＝Q₁+Q₂    (1)

$Q_1={\mathrm{PF}}_2\frac{\frac{v_{L}C}{3600}(1-\frac{g}{C})}{[1-\min (1.0,X_L)\left(\frac{g}{C}\right)]}---\left(2\right)$

$Q_2=0.25c_{L}T[(X_L-1)+\sqrt{{(X_L-1)}^2+\frac{8K_B{X}_L}{c_{L}T}+\frac{16K_B{Q}_{\mathrm{bL}}}{{\left(c_{L}T\right)}^2}}]---\left(3\right)$

式中：

Q＝信号周期内从停车线开始，车辆排队的最大长度(辆)；

Q₁＝排队长度第一项(辆)；

Q₂＝排队长度第二项(辆)；

PF₂＝信号联动影响校正系数；

V_L＝车道组中每条车道的流率(辆)；

C＝信号周期长度(秒)；

g＝有效绿灯时间(秒)；

X_L＝流率与通行能力之比；

c_L＝车道组中每条车道通行能力(辆/小时)；

T＝分析时段长度(秒)；

X_L＝流率与通行能力之比，(V_L/c_L)；

K_B＝校正系数，与车辆早期到达有关；

Q_bL＝分析时段开始时车道组中每一车道的初始排队(辆)。

C＝信号周期长度(秒)；

步骤S3:利用蒙特卡洛方法产生一组解序列，包含衔接进口道车道渠化方案信息，

其中利用蒙特卡洛方法产生的一组解序列的表示方式如下，其中解系列的作用是为进一步的运算及判断产生可行解：

A_ij：0-1变量，衔接进口道车道渠化方案，1表示第i个车道为第j种车道功能，0则相反；

i：车道位置；

j：车道功能；

步骤S4:依据HCM标准确定下匝道-地面道路衔接段的交织构型，交织构型具体可分为以下几类：

A型——为完成交织运行，两个交织方向的所有车辆都必须进行一次变换车道；

B型——一个方向的交织车辆不需要变换车道即可完成交织运行，但另一方向的交织车辆，必须变换一次车道才能完成交织运行；

C型——一个方向的交织车辆不需要变换车道即可完成交织运行，而另一方向的交织车辆，必须两次或两次以上变换车道才能完成交织运行；

在判断完交织构型的基础上，依据交织流量比、交织区总流率、交织区总车道数和交织区长度计算交织强度，如式(4)所示；

$W_i=\frac{a{(1+\mathrm{VR})}^b{\left(\frac{v}{N}\right)}^c}{{\left(3.28L\right)}^d}---\left(4\right)$

W_i——交织车流(当i＝w时)和非交织车流(当i＝nw时)的交织强度系数；

VR——流量比；

v——交织区内总流率(pcu/h)；

N——交织区内总车道数；

L——交织区长度(m)，交织区长度为下匝道纵向接地距离减去衔接进口道的平均排队长度Q(及步骤S2计算得到的结果)，本实施例中快速路下匝道为内侧式匝道，纵向接地距离为150米(距停车线)；

a,b,c,d——标定的常数；

依据计算得到的交织强度确定非约束交织与非交织速度，如式(5)所示，本实施例中下匝道地面道路衔接段最小速度S_min取为10km/h，最大速度S_max取50km/h；

$S_i=S_{\min }+\frac{S_{\max }-S_{\min }}{1+W_i}---\left(5\right)$

S_i——平均交织速度(当i＝w时)或平均非交织速度(当i＝nw时)(km/h)；

S_min——交织区内预期的最小速度(km/h)；

S_max——交织区内预期的最大速度(km/h)；

W_i——交织车流(当i＝w时)和非交织车流(当i＝nw时)的交织强度系数；

综合上述指标，进一步确定交织区运行类型，为约束运行还是非约束运行，判断标准如下：

N_w——达到均衡运行或非约束型运行时，交织车辆须占用的车道数；

N_w(max)——对给定交织区型式，交织车辆可以占用的最多车道数；

当N_w<N_w(max)时，由于交织车辆可以占用均衡运行所需的车道数，所以为非约束型；

当N_w>＝N_w(max)时，由于交织车辆受限于最多可用车道数，不能占用均衡运行所要求的道路空间，所以为约束型；

步骤S5:根据上述判断的交织区运行类型来计算交织区间速度，如果是非约束运行则计算交织区间速度，如式(6)所示，如果是约束运行则计算约束交织区速度和非交织区速度，如式(6)所示：

$s=\frac{v}{\left(\frac{v_w}{s_w}\right)+\left(\frac{v_{\mathrm{nw}}}{s_{\mathrm{nw}}}\right)}---\left(6\right)$

式中：

S——交织区内所有车辆的区间平均速度(km/h)；

s_w——交织区内交织车辆的区间平均速度(km/h)；

s_nw——交织区内非交织车辆的区间平均速度(km/h)；

v——交织区内总流率(pcu/h)；

v_w——交织区内交织流率(pcu/h)；

v_nw——交织区内非交织流率(pcu/h)；

计算交织车流密度，如式(7)所示：

$D=\frac{\left(\frac{v}{N}\right)}{s}---\left(7\right)$

式中：D是交织区内所有车辆的平均车流密度(pcu/km/ln)；

根据HCM标准，为了降低交织强度，取最小交织车流密度的可行解为最终计算结果，判断得到的计算交织车流密度是否是所有可行解中的最小交织车流密度，如果不是，重新判断衔接段的交织构型并按计算平均排队长度，产生解序列，确定交织构型，并依次计算交织强度、交织速度、非交织速度几个步骤进行计算，直到得到的交织车流密度为最小的交织车流密度；

根据HCM标准，将多车道公路和次干路交织段的服务水平划分为六级，满足C级服务水平可认为满足交织要求，

依据上述得到的交织区间速度和交织车流密度，判断衔接段通行能力是否满足C级服务水平，

满足则输出步骤S1计算得到的衔接进口道车道渠化方案和信号交叉口信号配时方案；

若计算得到的衔接段通行能力不能满足C级服务水平要求，取如下两种方案中的排队长度较小者，根据方案一和方案二各自重新调整多段式信号配时的时段划分和最佳周期时长、各相位绿信比，后执行步骤S2：

方案一：在交叉口车均延误满足服务水平要求、绿灯时长满足行人过街时间的条件下，调整各相绿信比，减少衔接进口道排队长度；

方案二：根据交通流的流向流量，合理组织信号控制相位，采用嵌套相位式的控制方案，在避免冲突与交织的同时，充分利用交叉口的时间资源；

本实施例最终得到的优化输出的交叉口改善渠化图如图4所示，信号配时图如图5所示。

为了证明本发明的优点，采用饱和度为宏观指标，延误为微观指标对现状方案和改善方案进行评估：

计算出评价数据参阅表4，其中表4a为现状宏观评价，表4b为改善宏观评价，表4c为现状微观评价，图4d为改善微观评价。由表4可以看出，用饱和度和延误来衡量两种方案的交通效益，可见改善方案更加体现快速路下匝道-地面道路交叉口一体化设计的理念，交叉口饱和度和延误指标均表明改善方案更适用于本实施例场景。

表4a现状饱和度与服务水平

表4b改善后饱和度和服务水平

表4c现状机动车延误

表4d改善后机动车延误

以上对本发明的的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (2)

1.控制阶段快速路下匝道-地面道路交叉口一体化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据采集的交叉口各进口道和下匝道各流向的实际交通量，确定下匝道衔接进口道的车道功能划分及其余进口道的车道渠化方案；根据交通流特征等确定相位相序，计算最佳周期时长和各相位绿信比；判断是否符合饱和度和服务水平要求；

若不符合，根据流量比尽量一致原则，重新调整车道渠化方案和最佳周期时长和各相位绿信比；

若符合，执行步骤2)；

2)计算下匝道衔接进口道的平均排队长度；

3)利用蒙特卡洛方法产生一组解序列，包含衔接进口道车道渠化方案信息；

4)依据HCM标准确定下匝道-地面道路衔接段的交织构型，并依次计算交织强度、交织速度、非交织速度，进而确定交织区运行类型；

5)计算交织区间速度和交织车流密度，根据计算得到的最小交织车流密度，判断是否符合交织段服务水平要求，

若不满足则返回步骤3)和步骤1)；

若满足则输出步骤1)中得到的衔接进口道的车道渠化方案和信号交叉口的信号配时方案。

2.根据权利要求1所述的控制阶段快速路下匝道-地面道路交叉口一体化设计方法，其特征在于：

步骤1)的实现过程：首先确定多段式信号配时的时段划分，之后确定配时时段内各进口道和下匝道各流向的实际交通量，根据采集的交叉口各进口道和下匝道各流向的实际交通量，确定下匝道衔接进口道的车道功能划分及其余进口道的车道渠化方案；根据交通流特征等确定相位相序，计算最佳周期时长和各相位绿信比，判断是否符合饱和度和服务水平要求；

若不符合，重新调整车道渠化方案和最佳周期时长和各相位绿信比；

若符合，执行步骤2)；

步骤2)的实现方法如下：分别计算左转流向车道组和直行流向车道组的平均排队长度，取两者中的较大值；其中平均排队长度计算如式(1-3)所示：

Q＝Q₁+Q₂   (1)

$Q_1={\mathrm{PF}}_2\frac{\frac{v_{L}C}{3600}(1-\frac{g}{C})}{[1-\min (1.0,X_L)\left(\frac{g}{C}\right)]}---\left(2\right)$

$Q_2=0.25c_{L}T[(X_L-1)+\sqrt{{(X_L-1)}^2+\frac{{8K}_B{X}_L}{c_{L}T}+\frac{{16K}_B{Q}_{\mathrm{bL}}}{{\left(c_{L}T\right)}^2}}]---\left(3\right)$

式中：

Q＝信号周期内从停车线开始，车辆排队的最大长度(辆)；

Q₁＝排队长度第一项(辆)；

Q₂＝排队长度第二项(辆)；

PF₂＝信号联动影响校正系数；

V_L＝车道组中每条车道的流率(辆)；

C＝信号周期长度(秒)；

g＝有效绿灯时间(秒)；

X_L＝流率与通行能力之比；

c_L＝车道组中每条车道通行能力(辆/小时)；

T＝分析时段长度(秒)；

X_L＝流率与通行能力之比，(V_L/c_L)；

K_B＝校正系数，与车辆早期到达有关；

Q_bL＝分析时段开始时车道组中每一车道的初始排队(辆)。

C＝信号周期长度(秒)；

步骤3)的具体实现方法如下：

利用蒙特卡洛方法产生的一组解序列的表示方式如下，其作用是为进一步的运算及判断产生可行解：

A_ij：0-1变量，衔接进口道车道渠化方案，1表示第i个车道为第j种车道功能，0则相反；

i：车道位置；

j：车道功能；

步骤4)依据HCM标准确定下匝道-地面道路衔接段的交织构型，为A型、B型或是C型；

在判断完交织构型的基础上，依据交织流量比、交织区总流率、交织区总车道数和交织区长度计算交织强度，如式(4)所示；

$W_i=\frac{a{(1+\mathrm{VR})}^b{\left(\frac{v}{N}\right)}^c}{{\left(3.28L\right)}^d}---\left(4\right)$

W_i——交织车流(当i＝w时)和非交织车流(当i＝nw时)的交织强度系数；

VR——流量比；

v——交织区内总流率(pcu/h)；

N——交织区内总车道数；

L——交织区长度(m)，交织区长度为下匝道纵向接地点减去衔接进口道的平均排队长度及步骤2)中得到的结果；

a,b,c,d——标定的常数；

依据计算得到的交织强度确定非约束交织与非交织速度，如式(5)所示：

$S_i=S_{\min }+\frac{S_{\max }-S_{\min }}{1+W_i}---\left(5\right)$

S_i——平均交织速度(当i＝w时)或平均非交织速度(当i＝nw时)(km/h)；

S_min——交织区内预期的最小速度(km/h)；

S_max——交织区内预期的最大速度(km/h)；

W_i——交织车流(当i＝w时)和非交织车流(当i＝nw时)的交织强度系数；

综合上述指标，进一步确定交织区运行类型，为约束运行还是非约束运行，判断标准为下述内容：

N_w——达到均衡运行或非约束型运行时，交织车辆须占用的车道数；

N_w(max)——对给定交织区型式，交织车辆可以占用的最多车道数；

当N_w<N_w(max)时，由于交织车辆可以占用均衡运行所需的车道数，所以为非约束型；

当N_w>＝N_w(max)时，由于交织车辆受限于最多可用车道数，不能占用均衡运行所要求的道路空间，所以为约束型；

步骤5)根据上述判断的交织区运行类型来计算交织区间速度，如果是非约束运行则计算交织区间速度，如式(6)所示，如果是约束运行则计算约束交织区速度和非交织区速度，如式(6)所示：

$\frac{v}{\left(\frac{v_w}{s_w}\right)+\left(\frac{v_{\mathrm{nw}}}{s_{\mathrm{nw}}}\right)}---\left(6\right)$

式中：

S——交织区内所有车辆的区间平均速度(km/h)；

s_w——交织区内交织车辆的区间平均速度(km/h)；

s_nw——交织区内非交织车辆的区间平均速度(km/h)；

v——交织区内总流率(pcu/h)；

v_w——交织区内交织流率(pcu/h)；

v_nw——交织区内非交织流率(pcu/h)；

计算交织车流密度，如式(7)所示：

$D=\frac{\left(\frac{v}{N}\right)}{s}---\left(7\right)$

式中：D是交织区内所有车辆的平均车流密度(pcu/km/ln)；

根据HCM标准，为了降低交织强度，取最小交织车流密度的可行解为最终计算结果，判断得到的计算交织车流密度是否为所有可行解中的最小交织车流密度，如果不是，重新判断衔接段的交织构型并按计算平均排队长度，产生解序列，确定交织构型，并依次计算交织强度、交织速度、非交织速度几个步骤进行计算，直到得到的交织车流密度为最小的交织车流密度；

根据HCM标准，将多车道公路和次干路交织段的服务水平划分为六级，满足C级服务水平可认为满足交织要求，

依据上述得到的交织区间速度和交织车流密度，判断衔接段通行能力是否满足C级服务水平，

满足则输出步骤1)计算得到的衔接进口道车道渠化方案和信号交叉口信号配时方案；

若计算得到的衔接段通行能力不能满足C级服务水平要求，取如下两种方案中的排队长度较小者，根据方案一和方案二各自重新调整多段式信号配时的时段划分和最佳周期时长、各相位绿信比，后执行步骤2)：

方案一：在交叉口车均延误满足服务水平要求、绿灯时长满足行人过街时间的条件下，调整各相绿信比，减少衔接进口道排队长度；

方案二：根据交通流的流向流量，合理组织信号控制相位，采用嵌套式的控制方案，在避免冲突与交织的同时，充分利用交叉口的时间资源。