货车专用直行车道设置方法技术领域
本发明属于平面交叉口渠化设计技术领域，具体涉及货车专用直行车道设置方法。
背景技术
城市外围环城道路的交通流中存在较大比例的大型货车，比如集装箱车、拖挂车等。对
于环路与城市道路的平面交叉口，货车仅可以行驶在环城道路上，而禁止货车左、右转进入
到城市干道上。交叉口的运行效率取决于车辆释放的饱和流率，而饱和车头时距是饱和流率
的表征，饱和车头时距越大饱和流率越低，运行效率也越低。相比一般小客车，大型货车体
积大、车速低、机动性能差，导致与相邻车辆保持较低的车头时距。随着货车比例增加混行
车辆间的干扰加剧，交通流的整体运行效率下降，必然会极大地影响客货混行情况下交叉口
的通行能力。
为了减小客货混行情况产生的干扰，可以通过设置货车专用直行车道来减少客货混行的
干扰，但是盲目地设置货车专用直行车道会可能带来整体直行车道组通行能力的下降，原因
在于过低的货车流量比例可能导致专用车道的闲置。因此，货车比例是决定货车专用直行车
道设置与否的关键因素，是指导交叉口货车专用直行车道的渠化设计的重要参数。
合理地确定临界货车流量比例是科学设置货车专用直行车道的关键，从目前的研究情况
来看，尚没有人针对货车专用直行车道设置方法进行过研究，实际工程中的也并没有相关的
渠化设计方法。
发明内容
本发明旨在解决克服现有技术的不足，提供一种货车专用车道设置方法，为达到上述目
的，本发明采取的技术方案是，货车专用直行车道设置方法，包括下列步骤：
(1)交叉口基础条件分析：
以十字交叉口为例，两条道路相交，其中一条道路为货车允许通行道路，另一条不允许
货车通行，因此货车允许通行道路货车不允许左转和右转，货车允许通行方向道路设有两条
的直行车道；
(2)临界货车流量比确定：
通过理论推导证明设置货车专用直行车道的必要性，通过仿真模拟方法来确定设置货车直
行车道所需的临界货车流量比：
1)客货混行条件下，交叉口直行车道绿灯期间饱和释放流量为![]()
其中ge为交叉
口有效绿灯时间；h为单一客车交通流，视为标准小客车，饱和释放车头时距；fH(p)为货
车对饱和车头时距影响修正系数，假设两个车道内货车比例均为p；
而客货分离条件下，交叉口绿灯期间饱和释放流量为![]()
2)满足设置货车专用直行车道的条件可以表示成不等式![]()
同时，fH(p)可以用函数fH(p)＝1+p(m-1)表示，其中m＞1为货车折算系数，货车专用
车道的货车比例应为100％，即p＝1；则有![]()
不等式两端同时消除大于零的![]()
而且m＞1且p＞0，最终化简为![]()
当不等
式为等号时，此时所得p*是设置货车专用车道的临界货车流量比例，也就是设置货车专用
车道的临界条件；
(3)专用货车直行车道设置条件下进行信号配时。
(2)临界货车流量比确定为：
1)仿真基础设置，根据实际道路、车辆和交通条件，设置相关仿真参数，建立符合真
实情况的仿真环境，其中包括交叉口进口道客货混行和分离的两类情况；
2)折算系数与车身长度关系，货车的饱和释放时通过率为s，其中通过率与车头时距
的关系为![]()
由于折算系数与车头时距成正比，且与通过率成反比关系，那么由此可知
折算系数与车身长度也成正比关系；
3)通过对比分析设置与不设置货车专用直行车道情况下的饱和通过率，获得典型类型
货车条件下的临界货车比例P*；
4)拟合临界货车流量比![]()
与货车车身长度lt关系模型为![]()
模型相
关系数R2＝0.983可以接受；
5)针对多种货车类型情况，采取加权平均法计算平均货车车身长度，
l
t
‾
=
l
t
1
p
1
+
l
t
2
p
2
+
.
.
.
+
l
tn
p
n
Σ
i
=
1
n
p
i
]]>
其中，p1，p2.....pn为不同类型货车比例；lt1，lt2......tin为不同类型货车长度，利用
临界货车比例与货车车身长度关系模型计算综合临界货车流量比![]()
(3)专用货车直行车道设置条件下的信号配时：
1)专用车道最大流量比计算
设AC为自东向西，BD为自南向北，BD直行相位的最大流量比yBD-T为专用车道最大
流量比，yBD-T＝max{yB1，yB2，yD3，yD4}，yB1、yB2、yD3、yD4为B口1、2车道，D口3、
4车道流量比；
2)绿灯间隔时间计算
设置专用车道后，绿灯间隔时间需以货车车道为准，绘制与相邻相位冲突车流冲突点，
货车专用车道安全间隔时间条件，满足
t
T
i
+
t
s
≤
t
h
i
+
1
+
TI
n
i
t
T
i
-
1
+
t
s
≤
t
h
i
+
TI
n
i
-
1
;
]]>其中，![]()
为i相位绿灯末期直行
尾车从停车线到达冲突点所需时间，![]()
为i+1相位绿灯初期头车从停车线到达冲突点所需
时间，ts为安全间隔时间，![]()
为第n车道第i相位与第i+1相位间的绿灯间隔时间；
考虑交叉口的实际布局，为安全起见，最终的各相位绿灯间隔时间需满足交叉口B和D
两个方向的货车专用车道2、4中选择最大值，即
TI
i
=
max
(
TI
2
i
,
TI
4
i
)
TI
i
-
1
=
max
(
TI
2
i
-
1
,
TI
4
i
-
1
)
;
]]>
3)信号配时计算
专用客货车道条件下的信号总损失时间LT，![]()
其中，Ls为绿灯
初期损失时间，单位秒；TTi为第i相位与第i+1相位间的绿灯间隔时间，单位秒；A为黄
灯时长，单位秒；i为相位数；
专用客货车道条件下的总流量比YT，YT＝yBD-T+yBD-L+yAC-T+yAC-L；其中，yBD-T、
YAC-T为对应BD、AC直行最大流量比；yBD-L、YAC-L为对应BD、AC左转最大流量比；
专用客货车道条件下的最佳信号周期CT0，![]()
本发明的优点如下：
1.本发明提出了货车专用直行车道的新型渠化形式，通过货车专用直行车道设置条件的
理论分析，获得各种货车类型情况下的理想临界货车流量比例；利用计算机仿真针对各类典
型货车类型进行实验，实验数据分析结果表明仿真所得临界货车比例与理论模型推导的理想
临界货车流量比例趋势一致，从而验证货车专用直行车道设置条件可行性，并提出了货车专
用车道设置方法；这种方法弥补了这一研究领域的空白，为货车专用直行车道设置提供了依
据；
2.本发明同时给出适应货车专用直行车道条件下的交叉口信号配时方法，以使货车专用
直行车道控制效果达到最优。
附图说明
图1：新型客货分离通行模式，1、3车道为客车专用直行车道，2、4为货车专用直行车
道。
图2：不同货车比例情况下的各类型货车车头时距变化。
图3：饱和车头时距、通过率与货车长度关系。
图4：临界货车流量比例，(a)大型货车的临界货车流量比例、(b)集装箱车的临界货
车流量比例、(c)拖挂车的临界货车流量比例。
图5：理论与仿真实验临界货车流量比例趋势对比。
图6：原有客货混行通行模式，11、12、13、14客货混行直行车道。
具体实施方式
针对城市外围环城道路与城市道路的平面交叉口，货车仅可以行驶在环城道路上，而禁
止货车左、右转进入到城市干道上。交叉口的运行效率取决于车辆释放的饱和流率，而车头
时距是饱和流率的表征。相比一般小客车，货车具有体积大、车速低、机动性能差等差异性。
随着货车比例增加混行车辆间的干扰加剧，必然会极大地影响客货混行情况下交叉口的释放
效率。本发明考虑通过设置货车专用直行车道来减少客货混行的干扰，通过理论分析得到货
车专用直行车道设置条件，并进行仿真实验验证，最后给出适合这种新型通行模式的信号配
时方案。这一设计能够弥补货车专用直行车道设计领域的空白，优化特殊交叉口渠化设计和
信号配时。
为此本发明采用的方案如下：
货车专用直行车道设置确定方法，包括下列内容：
(1)交叉口基础条件分析：
以十字交叉口为例，两条道路相交，其中一条道路为货车允许通行道路(通常为城
市外围环城道路)，另一条不允许货车通行(通常为市区主要干线)，因此货车允许通行
道路货车不允许左转和右转。货车允许通行方向道路设有两条(或两条以上)的直行车
道。如图1所示。
(2)临界货车流量比确定：
以图1交叉口为例通过理论推导证明设置货车专用直行车道的必要性，通过仿真模
拟方法来确定实施货车专用直行车道的临界货车流量比。
其中，可行性理论证明方面：
1)客货混行条件下，交叉口直行车道绿灯期间饱和释放流量为![]()
其中ge为交
叉口有效绿灯时间；h为单一客车交通流(视为标准小客车)饱和释放车头时距；fH(p)为货
车对饱和车头时距影响修正系数，假设两个车道内货车比例均为p；
而客货分离条件下，交叉口绿灯期间饱和释放流量为![]()
2)满足设置货车专用直行车道的条件可以表示成不等式![]()
同时，fH可以用函数fH＝1+p(m-1)表示，其中m(＞1)为货车折算系数，货车专用
车道的货车比例应为100％，即p＝1；则有![]()
不等式两端同时消除大于零的![]()
而且m＞1且p＞0，最终化简为![]()
当不
等式为等号时，此时所得p*是设置货车专用车道的临界货车流量比例，也就是设置货车
专用车道的临界条件；
3)各类货车理想临界流量比列举如下，货车的折算系数从1.25到3.5的十种不同类
型的P*如下表所示。
m
1.25
1.5
1.75
2
2.25
2.5
2.75
3
3.25
3.5
P*
0.444
0.400
0.364
0.333
0.308
0.286
0.267
0.250
0.235
0.222
仿真模拟方面：
1)仿真基础设置，根据实际道路、车辆和交通条件，设置相关仿真参数，建立符合
真实情况的仿真环境，其中包括交叉口进口道客货混行和分离的两类情况；
2)折算系数与车身长度关系，货车的饱和释放时通过率为s，其中通过率与车头时
距的关系为![]()
发现随着车身长度增加饱和车头时距变大，相应的通过率降低，如图
3所示，由于折算系数与车头时距成正比，且与通过率成反比关系，那么由此可知折算
系数与车身长度也成正比关系；
3)通过对比分析设置与不设置货车专用直行车道情况下的饱和通过率，获得典型类
型货车条件下的临界货车比例P*，以图4为例；通过理论计算得各临界货车流量比如下
表所示，
车辆类型
大型货车
集装箱车
拖挂车
临界比例
42.685％
30.02％
23.75％
4)拟合临界货车流量比![]()
与货车车身长度lt关系模型为![]()
关系
模型相关系数R2＝0.983可以接受，接近于1，表示该关系模型较好地拟合了临界货车流
量比和货车车身长度之间的线性关系；
5)针对多种货车类型情况，采取加权平均法计算平均货车车身长度，
l
t
‾
=
l
t
1
p
1
+
l
t
2
p
2
+
.
.
.
+
l
tn
p
n
Σ
i
=
1
n
p
i
]]>
利用临界货车比例与货车车身长度关系模型计算综合临界货车流量比![]()
(3)专用货车直行车道设置条件下的信号配时：
1)专用车道最大流量比计算
以图1中的交叉口设置为例，BD直行相位的最大流量比yBD-T为专用车道最大流量
比，yBD-T＝max{yB1，yB2，yD3，yD4}；
2)绿灯间隔时间计算
设置专用车道后，绿灯间隔时间需以货车车道为准，绘制与相邻相位冲突车流冲突
点，货车专用车道安全间隔时间条件，满足
t
T
i
+
t
s
≤
t
h
i
+
1
+
TI
n
i
t
T
i
-
1
+
t
s
≤
t
h
i
+
TI
n
i
-
1
;
]]>其中，![]()
为i相位绿灯末
期直行尾车从停车线到达冲突点所需时间，![]()
为i+1相位绿灯初期头车从停车线到达冲
突点所需时间，ts为安全间隔时间(通常取2秒)，![]()
为第n车道第i相位与第i+1相位
间的绿灯间隔时间。
考虑交叉口的实际布局，为安全起见，最终的各相位绿灯间隔时间需满足交叉口B
和D两个方向的货车专用车道2、4中选择最大值，即
TI
i
=
max
(
TI
2
i
,
TI
4
i
)
TI
i
-
1
=
max
(
TI
2
i
-
1
,
TI
4
i
-
1
)
;
]]>
3)信号配时计算
专用客货车道条件下的信号总损失时间LT，![]()
其中，Ls为绿
灯初期损失时间(s)；TTi为第i相位与第i+1相位间的绿灯间隔时间(s)；A为黄灯时
长(s)，一般取3s；i为相位数。
专用客货车道条件下的总流量比YT，YT＝yBD-T+yBD-L+yAC-T+yAC-L；其中，yBD-T
yAC-T为BD、AC直行最大流量比；yBD-L(yAC-L)为BD(AC)左转最大流量比。
专用客货车道条件下的最佳信号周期CT0，![]()
下面对本发明做详细说明。
一、货车专用直行车道设置基本条件
1.交叉口通行条件
以十字交叉口为例，两条道路相交，其中一条道路为货车允许通行道路(通常为城市外
围环城道路)，另一条不允许货车通行(通常为市区主要干线)，因此货车允许通行道路货车
不允许左转和右转。(如图6所示)
2.原有车道条件
货车允许通行方向道路设有两条(或两条以上)的直行车道。
3.原有通行模式
货车允许通行方向道路各直行车道不区分车型种类，混行通行。
4.新型通行模式
在货车允许通行方向道路分设客车专用直行车道和货车专用直行车道，其中建议内侧为
客车车道，外侧为货车车道。(如图1所示)
二、货车专用直行车道设置条件分析
1.饱和释放车道利用效率对比原理
如图1所示，以交叉口进口B为例，假设交叉口有效绿灯时间为ge，单一客车交通流(视
为标准小客车)饱和释放车头时距为h，货车对饱和车头时距影响修正系数为fH(p)。客货混
行情况下，假设两个车道内货车比例相同，均为p，则交叉口绿灯期间饱和释放车辆数可以
表示为公式(1)。
2
g
e
h
·
f
H
(
p
)
-
-
-
(
1
)
]]>
客货分离条件下，交叉口绿灯期间饱和释放车辆数可以表示为公式(2)：
g
e
h
+
g
e
h
·
f
H
100
%
-
-
-
(
2
)
]]>
设置货车专用车道车道利用效率占优的情况可以用如下不等式表示：
2
g
e
h
·
f
H
(
p
)
≤
g
e
h
+
g
e
h
·
f
H
100
%
-
-
-
(
3
)
]]>
同时，fH可以用函数fH＝1+p(m-1)描述，其中m(＞1)为货车折算系数，设置货车
专用车道后，fH100％为货车比例100％的修正系数，货车专用车道的货车比例应为100％，即
p＝1。所以(3)式可以变为：
2
g
e
h
·
[
1
+
p
(
m
-
1
)
]
≤
g
e
h
+
g
e
h
·
m
-
-
-
(
4
)
]]>
因为![]()
必大于零，所以不等式两端同时消除不改变符号方向，因此有公式(5)成立，
2
1
+
p
(
m
-
1
)
≤
1
+
1
m
-
-
-
(
5
)
]]>
因为m＞1且p＞0，进一步化简可得
m2p-p-m+1≥0(6)
可以解出
p
≥
m
-
1
m
2
-
1
-
-
-
(
7
)
]]>
即，
p
≥
1
m
+
1
-
-
-
(
8
)
]]>
公式(8)是设置货车专用车道饱和释放占优的货车流量比例条件，也就是设置货车专用
车道的条件。
2.各类货车理想临界流量比列举
用![]()
为设置货车专用直行车道的临界货车流量比例，货车的折算系数从1.25到3.5的十
种不同类型的![]()
如表1所示。从表1可以看出随着货车折算系数的增大，即货车体积增大和
性能的下降，设置货车专用车道所需的临界货车流量比明显减小，从而突出了在重型货车通
行的交叉口设置专用车道的必要性。
表1各种货车类型情况下的理想临界货车流量比例
m
1.25
1.5
1.75
2
2.25
2.5
2.75
3
3.25
3.5
P*
0.444
0.400
0.364
0.333
0.308
0.286
0.267
0.250
0.235
0.222
实际货车流量比例可以对进口的两条直行车道分别求得，也可以对交叉口整个进口的直
行货车与客车流量比例计算，但需要将该比例乘以0.5后与![]()
对比。
三、建立货车专用车道设置模型
本发明利用计算机仿真方法，针对典型货车类型进行实验，通过实验数据验证上述货车
专用直行车道设置条件理论模型的可行性，同时建立临界货车流量比与货车车身长度的关系
模型。
1.仿真基本设置
道路条件方面，以图6和图1为例分别建立了交叉口进口道客货混行和分离的道路环境；
车辆条件方面，选取了3种典型的货车类型，即大型货车、集装箱车和拖挂车，车身长度分
别为10.21m、14.17m和19.5m；交通条件方面，为满足交叉口饱和释放而设置了出现少数二
次排队的交通流条件。其它参数设置均按照实际情况进行调整。
2.货车专用车道设置模型建立
首先分析了在不同类型货车条件下，通过改变货车比例参数，获得交叉口进口道不设置
货车专用直行车道时的饱和车头时距情况，如图2所示，各类货车的饱和车头时距均随货车
比例增加而增大，而且车身长的货车车头时距增加幅度大。
通过分析不同类型货车的饱和释放时通过率s，其中通过率与车头时距的关系为![]()
发现随着车身长度增加饱和车头时距变大，相应的通过率降低，如图3所示，由于折算系数
与车头时距成正比，且与通过率成反比关系，那么由此可知折算系数与车身长度也成正比关
系；
针对每一类型货车，通过对比分析设置与不设置货车专用直行车道情况下的饱和通过率，
获得不同类型货车条件下的临界货车比例![]()
设置与不设置对比曲线如图4(a、b、c)所示，
其中大型货车![]()
集装箱车![]()
且更接近于30％，拖挂车
![]()
通过理论计算得各临界货车流量比如表2所示，
表2各类型货车的临界货车流量比
车辆类型
大型货车
集装箱车
拖挂车
临界比例
42.685％
30.02％
23.75％
通过数据分析，对比分析理论临界货车流量比例趋势与仿真实验临界比例趋势是相一致
的，如图5所示。由此可说明，货车专用直行车道设置条件的理论模型是可行的。同时，拟
合临界货车流量比![]()
与货车车身长度lt关系模型为![]()
R2＝0.983可以接
受，R为相关系数。
针对多种货车类型情况，采取加权平均法计算平均货车车身长度，如式(9)所示。
l
t
‾
=
l
t
1
p
1
+
l
t
2
p
2
+
.
.
.
+
l
tn
p
n
Σ
i
=
1
n
p
i
-
-
-
(
9
)
]]>
其中，p1，p2为不同类型货车比例；lt1，lt2为不同类型货车长度。利用临界货车比例与
货车车身长度关系模型计算综合临界货车流量比![]()
四、货车专用直行车道设置信号配时方法
1.专用车道最大流量比计算
与常规车道图设置方法不同，以图1交叉口为例，设置货车专用直行车道后需要分别实
测货车专用车道饱和流率SB2、SD4和客车专用车道饱和流率SB1、SD3，然后交叉口整个BD
直行相位中的各个直行车道中选择最大流量比作为信号配时中BD直行相位的流量比yBD-T，
如公式(10)所示。
yBD-T＝max{yB1，yB2，yD3，yD4}(10)
其中，yB1(yD3)为B(D)口1(3)车道流量比。
2.绿灯间隔时间计算
设置客货专用车道后，考虑货车运行特征，绿灯间隔时间需以货车车道为准计算，绘制
与相邻相位冲突车流冲突点，采用公式(11)到(14)计算相邻相位间隔时间。其中公式(11)
和(12)为货车专用车道安全间隔时间条件，![]()
为i相位绿灯末期直行尾车从停车线到达冲突
点所需时间，![]()
为i+1相位绿灯初期头车从停车线到达冲突点所需时间，ts为安全间隔时间
(通常取2秒)，![]()
为第n车道第i相位与第i+1相位间的绿灯间隔时间。
t
T
i
+
t
s
≤
t
h
i
+
1
+
TI
n
i
-
-
-
(
11
)
]]>
t
T
i
-
1
+
t
s
≤
t
h
i
+
TI
n
i
-
1
-
-
-
(
12
)
]]>
考虑交叉口的实际布局，为安全起见，最终的各相位绿灯间隔时间需从交叉口B和D两
个方向的货车专用车道2、4中选择最大值，如公式(13)和(14)所示。
TI
i
=
max
(
TI
2
i
,
TI
4
i
)
-
-
-
(
13
)
]]>
TI
i
-
1
=
max
(
TI
2
i
-
1
,
TI
4
i
-
1
)
-
-
-
(
14
)
]]>
3.信号配时计算
专用客货车道条件下的信号总损失时间Lt，按式(15)计算：
L
t
=
Σ
i
(
L
s
+
TT
i
+
A
)
i
-
-
-
(
15
)
]]>
其中，Ls为绿灯初期损失时间(s)；TTi为第i相位与第i+1相位间的绿灯间隔时间(s)；
A为黄灯时长(s)，一般取3s；i为相位数。
专用客货车道条件下的总流量比Yt，按式(16)计算：
Yt＝yBD-T+yBD-L+yAC-T+yAC-L (16)
其中，yBD-T(yAC-T)为BD(AC)直行最大流量比；yBD-L(yAC-L)为BD(AC)左
转最大流量比。
专用客货车道条件下的最佳信号周期Ct0，按式(17)计算：
C
t
0
=
1.5
L
t
+
5
1
-
Y
t
-
-
-
(
17
)
]]>
本发明提出了货车专用直行车道的新型渠化形式，建立了货车专用直行车道设置条件的
理论模型，并由此获得各种货车类型情况下的理想临界货车流量比例，理论推导证明了设置
货车专用直行车道的必要性和可行性；利用计算机仿真针对典型货车类型进行实验，实验数
据分析结果验证了货车专用直行车道设置条件可行性，并建立了适用货车专用车道设置条件
的数学模型；最后给出适应货车专用直行车道条件下的交叉口信号配时方法。这种方法弥补
了这一研究领域的空白，为平面交叉口货车专用直行车道设置提供了依据。