1、本科毕业论文（20 届）混合交通流信号交叉口交通控制优化研究Optimization of mixed traffic flow at signalized intersection traffic control所在学院 专业班级 交通工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘 要随着我国经济的高速发展，城市化进程不断加快，城市交通量迅速增加，交通需求急剧增加，交通拥堵市场发生，进而制约整个城市的经济发展，缓解交通拥堵问题已迫在眉睫。信号交叉口是城市交通的关键，交叉口运行顺畅与否，将应先给整个城市的交通运行状况。本文简述了我国信号交叉口混合交通流特征和国内外研究现状，并介绍了
2、混合交通流在我国的背景。针对我国典型两相位信号控制交叉口进行分析，通过绿灯时间、全红时间、周期时长等计算出相应的参数。并且根据各项参数进行分析。本文中介绍了各项评价指标，并给出了行人和非机动车相应的绿灯间隔时间计算公式和信号相位配时方法，并结合毛纺路-清河中街交叉口的实测数据进行了计算，计算结果表明，通过设置行人提前截止时间、左转自行车相位，能够有效避开混合交通流在交叉口的冲突，提高交叉口的交通安全性及其通行能力。改善交叉口运行状况。关键词：混合交通流；信号配时；交通优化；通行能力；延误AbstractWith Chinas rapid economic development, the pr
3、ocess of urbanization continues to accelerate, a rapid increase in urban traffic, a sharp increase in traffic demand, traffic congestion occurred in the market, thereby restricting the citys economic development, ease traffic congestion is imminent. Signalized intersections is the key to urban traff
4、ic intersection running smoothly should give the entire city traffic conditionsThis paper describes the characteristics of mixed traffic flow and the domestic research of our signalized intersections, and describes the background of mixed traffic flow in China. Analysis of the typical two-phase sign
5、al control intersection, green time, red time, long cycle to calculate the corresponding parameters. And depending on the parameters analyzed. The evaluation described in this article, and gives pedestrians and non-motor vehicle green interval formula and signal phase timing, combined with the measu
6、red data of the woolen Road - Qinghe Street intersection calculation, calculation the results show that the pedestrian cut-off time in advance, turn left, the bicycle phase, which can effectively avoid the conflicts of mixed traffic flow at the intersection to improve traffic safety and capacity of
7、the intersection. Improve intersection operating conditions.Keywords：Mixed traffic flow ;Signal timing; Traffic optimization; Capacity Delay目 录1 混合交通流的特性 .11.1 混合交通流的背景 .11.2 发展混合交通流的意义 .11.3 混合交通流在国内的总体现状 .11.4 混合交通流在国外的总体现状 .21.5 混合交通流的特性 .22 平面交叉口的分类 .32.1 交叉口形式分类 .32.2 平面交叉口交通分析 .32.3 交叉口的交通组织 .
8、42.3.1 机动车车辆交通组织 .42.3.2 非机动车交通组织 .42.4 平面交叉口交通改善措施 .43 评价指标的介绍及案例分析 .63.1 信号配时设计流程 .63.2 各项评价指标的介绍 .73.3 案例分析 .84 混合交叉口优化方案 .124.1 设置左转自行车相位的依据 .124.2 左转自行车计算模型 .134.3 行人提前截止时间与模型的建立 .13结论 .14参考文献 .16致 谢 .181 1 混合交通流的特性1.1 混合交通流的背景随着经济的发展、城市化进程的加快以及小汽车逐步进入家庭,各城市的交通拥挤现象日趋严重,已经影响了城市的可持续发展及人民生活水平的提高。造
9、成这种现象的最主要原因是交叉口交通信号设置不合理,道路利用率低下。因此如何改善交叉口行车秩序、提高路网通行能力是亟待解决的问题。一方面,原有道路网布局和基础设施因规划、资金等原因所限,不能像新建城市的道路那样能够按照交通需求的发展趋势进行道路的规划设计。另一方面,完全靠拓宽道路和修建立交桥等途径来解决交通拥挤问题也是不现实的。我国城市交通环境明显有别于发达国家,其中最突出的一点就是混合交通现象十分普遍。中国在引进外国的先进信号控制系统后发现,在国外运行良好的系统移置到国内后其控制效果并不理想,究其原因是我国的混合交通十分严重,且车辆性能差异也较大。同时由于我国人口众多,机动车、非机动车、行人之
10、间的混行是交叉口交通拥挤的最直接的原因,所以优化利用现有交叉口的时空资源势在必行 1。同时随着城市的发展，道路的交通流状况越来越复杂。我国的许多大中型城市最近几年由于交通堵塞、交通事故等交通问题造成的经济损失巨大，约为1600亿元，相当于全国生产总值的。针对日益突出的交通问题，许多学者致力于交通信号控制的研究，这些理论和算法在改善交通状况方面都取得了一定的效果，但都没有考虑到交通流处于饱和及过饱和状态的情形。1.2 发展混合交通流的意义到目前为止已有的研究结论大都是对混合交通宏观行为的描述, 缺乏对于交叉口混行车辆冲突行为的研究, 这使得机非冲突问题一直未得到很好地解决, 这也是现有城市交通控
11、制系统控制效果不理想的根本原因。为此, 本文研究了典型交叉口混合交通环境下的机非冲突问题, 提出了一些解决方案,并结合调查数据对方案的实施效果进行了验证 2。通过对混合交叉口的研究调查，从而获得对交叉口车流量的数据，并对拥堵交叉口进行优化设计，使交通顺畅，减少交通事故。1.3 混合交通流在国内的总体现状道路交叉口是道路网的重要组成部分，各向道路在交叉口相互联结而构成路网，以满足沟通各向道路交通的需要。道路网畅通与否，很大程度上取决于交叉口交通问题处理的好坏。平面交叉口是道路交通网的重要枢纽点，也是交通事故的多发点。根据国际上的经验表明:设置行人过街信号，对于提高交叉口2 的交通安全性和通行能力
12、具有重要的作用。信号设置与混合交通流不协调，表现在同一个交叉口，机动车信号灯配时、非机动车交通流与行人交通流、行人过街信号灯配时之间不协调，当行人绿灯信号启亮，行人开始过街时，往往上一相位绿灯末期驶入的车辆还未通过该人行横道，常发生行人、机动车相互干扰的交通混乱现象，造成机动车交通流与非机动车交通流、机动车交通流与行人交通流、行人交通流与非机动车交通流之间的严重冲突，引起交叉口的交通混乱，造成交叉口信号灯控制作用的丧失，严重影响交叉口通行能力。再者, 大部分城市的平面交叉口较常见的另一现象是，随同向机动车绿灯信号过街的行人，在绿灯信号末期过街时，往往刚跨出人行道，机动车绿灯信号便切换成黄灯信号
13、，且在行人过街途中转换成红灯信号，此时相交道路的车辆启动，行人被阻于毫无安全保障的过街横道上，等候穿越机动车流空当，或者乘机动车启动之机，挡住启动车辆强行穿越。显然,这既容易造成交通事故，又严重影响了交叉口的交通秩序，降低了交叉口的通行能力。1.4 混合交通流在国外的总体现状早在 1868 年，英国伦敦 Westminster 街口出现了最早的交通信号灯，从此诞生了第一个交通信号灯，围绕着交叉口的研究不断的深入开展。英国、美国等发达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，在交通个管理方面采用信号控制与交通规划相结合的方法，如采用多相位控制等
14、来提高交通安全与通行能力。在信号交叉口信号设计优化方面，1994 年美国实验室交通研究中心 ITS 研究室提出了如何在有限支路和有限范围的交通系统中得到最大线控的带宽，并介绍了获得最大带宽的一种启发式方法的形成和发展过程。1998 年，美国维吉尼亚工程技术学院，以排队长度或等待时间最小为目标，针对单个交叉口和有两个交叉口组成的最简单的网络，提出了反馈控制方法的设计，并讨论了由两个交叉口组成的最简单的网络的多种模型和问题。1999 年，日本学者通过用仿真模型再现交通状况，用时间扫描法对设计方案进行评价，并在十字路口进行时间的方法，研究了在交通高峰时段的拥挤状态下，信号协调控制系统相位差的设计方法
15、。2001 年美国普渡大学土木工程系 Abbas 和 Moniasir 提出了一种交通信号相位差的转换运算法则，这种方法的独特之处在于优化过程同时考虑了交通量和占有率的影响，并且这种方法与传统的信号协调控制系统有较好的兼容性。1.5 混合交通流的特性与发达国家相比，我国城市交通有以下特性: 一是我国大多数交通拥挤城3 市的道路自行车流量规模远大于西方多数国家，以自行车为主体的非机动车流对道路机动车的行驶产生了极大的影响；二是我国大多数街道上有专门的自行车行驶车道，而西方多数国家道路上自行车车道较窄，甚至没有专门的行驶车道。不难看出:非机动车与机动车在交叉口范围内形成了众多的交叉点 5。在同一相
16、位内，非机动车流量较大时，所有交通流要在给定时间内全部通过交叉口的过程具有很大的复杂性。但现在国内关于交通控制理论与技术的大部分研究与应用，尚局限于机动车运行特征设置信号配时要素(周期、绿信比、相位差)方面，而关于非机动车和行人交通流控制问题的研究较少涉及，常简单地将其笼统地归入到机动车交通流的管理之中，从而客观上造成了交叉口处不同类别的交通流在同一时间互相穿行，彼此干扰严重的现象，既影响了交通运行效率，又不利于交通安全。2 平面交叉口的分类2.1 交叉口形式分类下图分别为：十字交叉、T 型交叉、X 交叉、Y 交叉图 1 各类交叉口示意图4 2.2 平面交叉口交通分析冲突点：是指两车流的行车方
17、向互相交叉时，可能出现的碰撞地点，又名交叉点，交织点又分合流点和分流点。合流点：是指两车流从不同的方向驶向同一方向可能产生挤撞和追尾的地点。分流点：是指两车流从同一方向驶向不同方向可能产生挤撞和追尾的地点。2.3 交叉口的交通组织2.3.1 机动车车辆交通组织交通组织原则：交叉路口供分流行驶用的车道数，应根据路口流量和流向确定。交叉口交通岛的位置应按车流顺畅的流线设置。进、出口道分隔带或交通标线应根据渠化要求布置，并应与路段上的分隔设施衔接协调。渠化交通：设置交通标线、标志和交通岛，引导车辆和行人各行其道的方法。利用在路面上划分车线，设分隔器，分隔带或交通岛等限制行车路线，使不同类型，车速和行
18、驶方向的车辆，顺着一个方向通过的交叉口。2.3.2 非机动车交通组织非机动车的交通组织：非机动车道布置在机动车道与人行道之间。非机动车按交通规则，在机动车右侧行驶，交通时应用分隔带将机动车与非机动车分开。左转非机动车多，且交叉口条件允许时，使非机动车两次过街。右转非机动车多，且交叉口条件允许时，可设专门的非机动车右转车道。2.4 平面交叉口交通改善措施在了解平面交叉路口的分类和交叉口组织后，我们可知所有的设计都不是完美的，本文中主要针对于交叉口的信号配时进行研究，其实信号配时只是其中一部分，除了信号配时之外交叉口还有许多可以改善的因素来减少事故增加路口的通行能力。可以将事故地点大致分为平面交叉
19、路口、直线路段、弯道、夜间事故等四类，强调改善理念与措施重于设施项目与细节的观念，探讨工程设计应配合驾驶人的期望与习惯，并提出导引、突显、警告、阻滞、管制、禁制、防护及清除视线障碍等八项具体改善理念与措施，进行交通工程设施的设置与设计，以谋求事故的防止与减轻，其所提出的交通工程改善方法说明如下：1).导引：导引驾驶人采取安全通过的行进方式或方向，以避开危险。包括诱导标、辅助标志、指示标志、路面标记与渠化线等设置，均可应用于此类方法，其着重在诱导或因势利导驾驶人的驾驶期望，易为驾驶人接受，并可建立驾驶人对道路设施的信心，与驾驶人间的互动最佳、效果最好，在预防事故的工程改善上最值得采用。5 2).
20、突显：对于道路的潜在危险处以图形、文字、符号、光线等方式显示其所在，以提醒驾驶人避开。如近障碍物体线、照明、反光纸等均属此类措施的应用。然其设置必须考虑道路背景环境，通常只要突显的方式与背景环境的差异够大，对道路安全的提升均会有相当的效果。3).警告：对于驾驶人预期以外的状况，以标志、标线、交通标志标线的方式，告知驾驶人危险因子所在。如闪光交通标志标线、岔路、弯道标志、告示牌等均属于此。惟此种设计措施仍须仰赖驾驶人自己的警觉，才可避开危险，因此层次上较消极。4).阻滞：对于驾驶人违反原工程设计期望的驾驶行为，或可能引致危险产生的不当行车方式，以防碍、迟滞等方式，使驾驶人降低该行为出现的意愿，藉
21、以提高安全，防止事故发生。常见的改善措施包括减速标线、路面标记（含车道屏等） 。5).管制：对因道路路权使用不明确的地点，以管制方式分派使用权力，确保彼此安全，最典型的措施莫过于平面交叉路口行车管制交通标志标线。6).禁制：对原工程设计期望与驾驶者驾驶期望落差很大时，以强制措施改变驾驶人的行为，使符合安全要求。如限速、单行道等均是，惟此种作法可能强烈扺触驾驶期望，导致驾驶人遵守意愿不高，效果有限，因此，实施时常需配合执法取缔工作的落实，才可获得较好的效果。7).防护：对危险所在不明的地点，或对可能威胁驾驶者安全的外在因素，以特定设施保护车辆，或以阻挡隐蔽方式隔绝危及正常驾驶的外的因素，使免于造
22、成重大的伤亡发生。典型的措施如护栏、防眩版、隧道平面交叉路口的遮光设施等。8).清除视线障碍：对于有碍视线的障碍物予以清除，消灭视线死角或提供驾驶人充分视距，使清晰辨识路况。常见措施如清除平面交叉路口广告物或电线杆与迁移摊贩等。除此以外，另针对事故的人为过失、车辆机械、道路设计与气候环境等四大主要因素，而机械与气候因素非交通工程人员所可掌控，指出道路与人为因素中，确有不少可藉交通工程的措施予以避免或改善。事故地点的改善，首先应分析事故成因，而工程的改善则对应其原因加以分析，再进行规划与设计。从而提高交叉口的通行能力，优化交叉口。6 3 评价指标的介绍及案例分析3.1 信号配时设计流程图 2 信号配时设计流程通过图2我们了解到，交叉口状况数据、流量数据可通过划分车道组来实现，车道组分为交通量校正模型和饱和流率调整，车道组的划分是基于用户输入的基本交通量数据,考虑是否设立左转专用车道、右转专用车道及设立几条专用车道。它是对信号交叉口进行信号配时设计的基础,车道功能的划分对交叉口通行能力有着重要的影响。通过交通量校正模型和饱和流率调整我们可以确定信号相位，通过信号相位计算出信号周期，通过周期计算出绿灯时间。分析通行能力和服务水平之后看方案是否为最优，如果是最优则输出结果运用此方案，如果不是最优则需要根据实际情况调整相位和时间等，然后再根据相位情况确定周期和时间，依次循环。
