1、山东理工大学毕业论文 1 摘要 随着经济的快速发展和城市化进程的不断加快，城市交通量急剧增加，引发了一系列严重的交通问题和社会问题。作为交通网络重要组成部分的交叉口，往往是交通拥堵、交通事故、交通延误等交通问题的多发地带，成为整个交通网络的瓶颈。近年来，淄博市张店区交通问题日益凸显，整个城市的交通设施、管控水平急需进一步组织优化。因此，本文结合张店交通实际，深入研究平面信号交叉口的交通组织优化方法，具有重要的现实意义和实用价值。 本文首先运用交通流理论分析了交叉口处的交通流运行特性，揭示了交叉口交通问题的成因和根源，为解决此类问题找到了切 入点和依据。接着从优化原则、放行方法、渠化设计和信号优
2、化控制等几个方面，详细探讨了平面信号交叉口交通组织优化理论和方法，指出了各种优化措施的实施方法、适用条件和注意事项。最后，利用本文所研究的优化理论对张店南京路与新村路交叉口进行优化设计，并运用 VISSIM 仿真软件进行仿真实验。仿真结果表明，根据本文研究的交叉口交通组织优化理论为解决交叉口交通问题提供了方法和依据，提出的优化方案具有很强有效性和可行性。 关键词 ： 平面信号交叉口，交通组织优化，放行方法，渠化，信号控制 山东理工大学毕业论文 2 Abstract With rapid development of economy and the accelerating process of
3、 urbanization, the urban traffic flow has been increased sharply, which brings a series of traffic problems and social problems. As an important component of traffic network, the intersection with signals is always regarded as the frequent issues area of traffic jams, traffic accidents and traffic d
4、elays etc.,meanwhile, it will be the bottleneck for the entire transport network. Recently, the traffic problems in ZiboCity zhangdian district have been emerged up, simultaneously, the transportation facilities and managements in this city need further optimization urgently. Therefore, there is a d
5、eep research on optimization methods of traffic organization for intersections with signals in Zibo City zhangdian district in this paper. It will have important significance and practical value in future. Firstly, the characteristics of traffic flow in intersection is analyzed in traffic flow theor
6、y in this paper, and the causes of traffic problems occurred in intersection are also revealed to solve such problems. Secondly, the theory and methods of traffic organization optimization for intersection with signals are discussed in detail through optimization principles, discharging method, chan
7、nelization design, signal optimization control and so on. The suitable conditions, implementing methods, and cautions for optimization methods of traffic organization have been put forward. Finally, Zhangdian NanJing Road and New Village Road intersection is designed in this paper with the simulatio
8、n experiments by software VISSIM. The simulation results show that, the optimization theory of traffic organization in intersection with signals provides ways and basis to solve the traffic problems. It has been proved feasible and effective. Keywords: intersection with signals, traffic organizing o
9、ptimization, discharging method, channelization, signal control 山东理工大学毕业论文 3 摘要 . 1 ABSTRACT . 2 第一章 引言 . 5 1.1 研究背景及意义 . 5 1.2 国内外研究现状 . 5 1.2.1 国外研究现状 . 5 1.2.2 国内研究现状 . 6 1.3 本论文的研究内容及技术思路 . 7 1.3.1 研究内容 . 7 1.3.2 本研究的技术路线 . 8 第二章 交叉口通行能力和服务 水平 . 9 2.1 道路通行能力 . 9 2.1.1 基本通行能力 . 9 2.1.2 实际通行能力 . 1
10、0 2.1.3 平面交叉口的通行能力 . 12 2.2 服务水平 . 14 2.2.1 道路服务水平 . 14 2.2.2 交叉口服务水平 . 16 第三章 平面交叉口的优化理论 及方法 . 17 3.1 平面交叉口优化设计的主要原则 . 17 3.2 平面交叉口交通流运行特性 . 18 3.2.1 大型交叉口的概念 . 18 3.2.2 平面交叉口机动车流特点 . 20 3.3 平面交叉口渠化设计 . 26 3.3.1 交通渠化的概述 . 26 3.3.2 渠化设计的措施 . 26 3.3.3 交叉口渠化设计流程 . 27 3.4 交叉口信号控制和相位设计 . 28 3.4.1 信号相位、阶
11、段、基本参数 . 28 3.4.2 信号控制方式的选择 . 29 第四章 交叉口优化方案评价指标 . 31 4.1 服务水平（效益指标） . 31 4.1.1 饱和流率损失时间 . 31 4.1.2 饱和 度 . 32 4.1.3 延误 . 32 4.1.4 排队长度 . 34 4.2 安全指标 . 35 4.2.1 人车分离度 . 35 4.2.2 交叉口冲突数 . 36 4.2.3 交叉口安全度 . 36 4.3 小结 . 37 山东理工大学毕业论文 4 第五章 实例分析 . 39 5.1 南京路与新村西路交叉口概述 . 39 5.1.1 交叉口附近交通、土地使用情况 . 39 5.1.2
12、 交叉口道路基本情况 . 39 5.1.3 交叉口的设施 情况 . 40 5.1.4 交叉口的信号配时 . 42 5.2 交通调查 . 43 5.2.1 交通量调查方案 . 43 5.2.2 延误调查方案 . 43 5.3 交叉口交通数据分析与仿真 . 44 5.3.1 交叉口交通量 . 44 5.3.2 交叉口的延误调查及服务水平 . 46 5.4 交叉口优化方案及评价 . 49 5.4.1 交叉口的优化方案 . 49 5.4.2 优化设计方案的评价 . 49 5.5 结论 . 51 结论 . 52 参考文献 . 53 致谢 . 55 山东理工大学毕业论文 5 第一章 引言 1.1 研究背景
13、及意义 随着我国国民经济的迅速发展，城市化速度不断加快，机动车数量不断增加，城市交通量快速增长， 现阶段的城市交通问题是社会经济发展的必然结果 ：交通延误增加、事故频发、行车时间增加、环境污染加重、经济发展受到限制。城市交通问题严重，解决交通拥堵问题迫在眉睫。 新时期 ， 大城市的交通滞后 ， 已经不是一个简单的增量配套问题 ， 而是包含了城市布 局和整体交通格局的质的变革，并以此反过来影响 改革开放和社会经济的健康发展。 对于城市交通，交叉口往往成为道路的关键。作为节点，交叉口成为车辆汇集和分流的所在地，在这里，行驶在道路上的机动车、非 机动车、行人等都有直行和转向的不同需求，相互之间产生干
14、扰，引发交通事故，许多的交通问题正是由于交叉口的问题没有处理好，导致了道路的拥堵，城市交通问题得不到缓解。因此，对交叉口的运行状况进行分析，找出交叉口存在的问题，提出相应的解决方案，减少拥堵、交通事故的发生，提高交叉口的通行能力，减少车辆在交叉口的行驶时间，减少废气排放，改善环境和城市的交通状况。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 国外研究现状 早在 1868 年，英国伦敦 Westminster 街口出现了最早的交通信号灯，从此诞生了第一个信号交叉口，围绕着 交叉口的研究发展起来。美国、英国等一些国家率先对此进行了研究，他们以连续的交通流为前提，提出了左右转专用车道、渠化交通设施等方法，在
15、交通管理方面采用信号控制与交通规则相结合的方法，如采用多相位控制、禁左或禁右、优先原则等，来提高交通安全与通行能力。 发达国家在信号交叉口方面的研究已经比较成熟，很多专家学者在交叉口的信号配时、交叉口延误计算和分析以及交叉口的交通模拟等方面取得丰硕的研究成果。在信号交叉口优化方面， 1999 年日本专家 Inoue 和 Takeshi 通过用仿真模型再现交通状况，用事件扫描法对设计方案进行优化和评价，并在十字路口进行实验的方法 ，研究了交通高峰的拥挤状态下，信号协调控制系统相位差的设计方法 ;2000 年美国南弗罗里达大学 HushamN.Abdulsattar 对驾驶员在信号交叉口左转或右转
16、时给行人让行的特性进行了研究 。在车辆检测方面， 20 世纪 30 年代开始在美国、英国生产了气动橡皮管式的车辆感应信号控制器，用以检测交通流量，调整绿灯时间长短，减少车辆在路口的延误，比定时控制灵活。在计算机应用方山东理工大学毕业论文 6 面，首先出现了模拟电子计算机， 1952 年在美国丹佛市安 装，后称为“ PR”系统。 1963 年多伦多市第一个完成了以数字计算机为核心的城市叫控制系统（ UTC系统），接着西欧、北美、日本很快也建立了改进式的 UTC 系统。在软件开发方面， 1967 年英国运输与道路研究实验室的专家门研制了“ TRANSYT”（ traffic network stu
17、dy tool）。它是一个脱机仿真优化的配时程序，应用很广。 1980 年英国又提出了 SCOOT（ split cycle offset optimization technique）实时自适应交通控制系统，接受进口道上游安装车辆检测器所采 集到的车辆到达信息，通过联机处理形成控制方案，并可 实时调整绿信比、周期长度及时差等参数，使之同变化的交通流相适应 。 1.2.2 国内研究现状 改革开放以来，学术界出现百家争鸣、百花齐放的可喜景象，许多专家学者潜心专研刻苦攻关，在许多的领域取得了领先水平。现代交通领域正是在这时候发展起来，国内涌现出一大批学者在城市交通方面取得许多成果。三十多年来，经过
18、努力许多学者在交叉口的设计方面积累了丰富的经验，产生了许多先进的理论。 在信号配时方面，国内的研究成果主要集中在基于不同算法的信号配时方法，根据不同交叉口的不同 情况，采用不同的模型对交叉口进行信号配时。 2006 年王秋平、谭学龙、 张生瑞分析了城市单点交叉口交通流特性与通行能力 ， 建立以平均延误时间最短、平均停车次数最少为目标 ， 以相位有效绿灯时间、饱和度及周期时长为约束条件的城市单点交叉口信号配时优化非线性函数模型 ， 用遗传算法及遗传模拟退火算法对其进行求解。 2008 年 葛艳新 ， 周宇鹏分析了现行交叉口定时信号配时设计流程中存在的不足 ， 提出了将空间设计和时间设计结合起来的
19、新的信号配时优化设计流程 ， 建立了三目标配时优化模型 ， 并以此模型为基础进行了实例分析 ， 证明该模型优于 F.Webster 模型 ， 对我国城市信号交叉口的信号配时有一定的指导作用。 2010 年 张兰 ， 雷秀娟 ， 马千知以城市道路多个单点信号控制交叉口组成的绿波系统为研究对象 ， 对绿波系统的交叉口信号配时优化进行研究。通过对路段和干线机动车流进行协调控制设计 ， 以西安市某两相邻交叉口晚高峰时段各进口道的交通量、通行能力、饱和流量以及各交叉口进口道的实际车均延误时间为约束 ， 确定各交叉口的信号周期及各相位有效绿灯时长 ， 使得干线延误量最小。设计了 PSO 算法的编码方式 ，
20、 分别采用 PSO 算法、灾变 PSO算法和二阶振荡 PSO 算法对多交叉口交 通信号配时进行优化计算。 在交叉口渠化设计方面，国内的许多研究成果主要集中在车道的设置及功能划分，交叉口的拓宽设计，标志标线，行人和自行车的组织以及交通岛的设置。山东理工大学毕业论文 7 2007 年 李添福论述了路口渠化设计的核心与原则 :合理约束 ;路口蓄车能量扩充 ;时空资源优化配置 ;行车路径明晰便捷。介绍了依据中山市地方实际而采用的路口车道布设及其几何构成的设计方法。探讨改进有关路口调头车道、公交停靠站、摩托车道传统的设计思路。谭智斌 ， 袁华 以泰州一典型复合交叉口为例 ， 通过多方案的设计及比选 ，
21、提出了复合交叉口渠化设计的思路、程序和方法 ， 并对所选择的设计方案进行了仿真测试 ， 结果表明所选择的设计方案优于其他备选方案 ，改善了原有交叉口交通流的紊乱现象。文章所提出的方法对此类交叉口的设计提供了一个参考。 在道路线形设计和交通组织方面， 2009 年 李小帅以北京交通发展研究中心项目北京市道路拥堵调查和缓堵措施研究为依托 ， 综合应用了交通工程、系统工程、计算机应用等多门学科的知识 ， 通过理论总结和分析、实地交通调查和数据处理计算以及微观交通仿真 ， 研究了大型平面交叉口的交通组织优化 。 2009王梅 ， 李文权针对老城区交叉口出现的问题及老城区有限的空间资源 ， 提出 对车辆
22、、行人的交通组织、放行方式、交通管制等进行优化来改善交叉口的现状 ， 并对改善结果进行评价。 2011 年 龙科军 ， 陈群分析了禁左后交叉口通行能力与延误的变化规律 ， 以各交叉口各进口道是否实施禁左交通管理为决策变量 ， 以网络上车流总的行驶时间最小为目标 ， 并期望通过禁左交通组织管理使得各路段与交叉口的饱和度在拥挤水平以下 ， 建立了一定区域网络上交叉口禁左交通组织优化的双层规划模型 ， 探讨了以遗传算法对该模型进行求解的方法 。 数值算例表明 ，通过该模型的优化可最终确定各交叉口禁左交通组织形式 ， 可以为城市禁左交通管制提供科学依据 。 1.3 本论文的研究内容及技术思路 对交叉口
23、的研究，实质是对其通行能力的研究。纵观世界各国 交通工程的发展，在通行能力方面上的研究中，基本都采用了三种方法 ： 根据实测数据，建立速度 -流量统计模型，估算通行能力； 以跟驰理论为基础，理论推导通行能力； 构建交通仿真模型，通过设计仿真实验，估算通行能力，即经验法、理论法、和计算机模拟法。本研究采用第三种方法，利用 vissim 对交叉口的交通状况进行仿真分析，并提出合理的优化方案。 1.3.1 研究内容 1、 国内外研究现状：国内外对交叉口的通行能力、服务水平及其影响因素、国内外学者所取得的成就等进行综述和评述，借鉴国内外的研究方法及研究成果，确定本研究的研究方法及技术路线。 山东理工大
24、学毕业论文 8 2、 对交叉口通行能力和服务水平进行介绍，通行能力评价用需求流率与通行能力之比（ v/c）来表示，服务水平以每辆车平均控制延误（ s/辆）来评价。 3、 浅述一下信号交叉口的交通组织优化方法。 4、 结合实例利用 vissim 仿真软件对十字型信号交叉口进行仿真与优化。 5、 最后为本研究的结论 及有待于进一步解决的问题。 1.3.2 本研究的技术路线 图 1-1 论文的技术路线示意图 确定调查方案 几何参数 交通参数 信号参数 车道组和需求流率 饱和流率 通行能力 性能指标：延误 排队长度服务水平 优化方案 山东理工大学毕业论文 9 第二章 交叉口 通行能力和服务水平 2.1
25、 道路通行能力 道路通行能力是道路规划、设计及交通管理等方面的基本参数，其具体数值的变化随道路等级、线型、路况、交通管理与交通状况的不同而有显著的变化。城市道路通行能力实际上主要受交叉口通行能力的制约，如交叉口管理不善致使通行能力不高，路段上通行能力再高也无法发挥作用。因此，本研究主要研究提高交叉口的通行能力。 道路的通行能力和服务水平从不同的角度反映了道路的性质与功能，通行能力主要反映道路服务数量的多少或能力的大小，服务水平主要反映了道路服务质量的满意程度。道路通行能力是道路能够疏导或处理交通流的能力。美国曾定义为：“一定的时段和通常的道路、交通与管制条件下，能合情合理的希望人或车辆通过道路
26、或车行道的一点或均匀路段的最大流率，通常以辆 /h 或人 /h 表示。”我国则定义为：“道路通行能力是指道路上某一点某一车道或某一断面处，单位时间内可能通过的最大交通实体（车辆或行人）数，亦称道路通行能量，车辆多指小汽车，当有其他车辆 混入时，均采用等效通行能力的当量小汽车为单位（ pcu）。 2.1.1 基本通行能力 基本通行能力指道路与交通处于理想情况下，每条车道（或每一条道路）在单位时间内所能够通过的最大的交通量（ N）。下图为连续运行车辆前后车头间隔的示意图。 t 0 t0t 0 t0图 2-1 基本通行能力计算示意图 设： v 行车速度（ km/h）； 山东理工大学毕业论文 10 0 车头最小时距（ S）； 0 车头最小间隔（ m） ; 车 车辆平均长度（ m）； 安 车辆间的 安全间距（ m）； 制 车辆的制动距离（ m）； 反 驾驶人在反应时间内车辆行驶的距离（ m）。 计算的最大交通量为： Nmax=3600l0=3600l0v3.6=1000vl0（辆 /h） l0=l反 +l制 +l安 +l车 = v3.6t+ v2254+l安 +l车 （ m）
