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信号控制交叉口混合交通流特性研究

作　者: 王国华
导　师: 王殿海
学　校: 吉林大学
专　业: 交通信息工程及控制
关键词: 混合交通交通控制交叉口机非冲突
分类号: U491
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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引　用: 12次
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内容摘要

城市交通控制系统是充分利用道路基础设施来提高交叉口通行能力和增加交叉口安全系数的有效手段。混合交通是中国交通的基本特点，是造成交叉口通行能力下降和延误增加的主要原因。但实际应用的交通控制系统由于缺乏对混合交通的支持，导致控制效果不是很理想。系统地研究混合交通流理论，使其集成应用于交通控制系统显得很有必要。本文以与青岛海信网络科技股份有限公司合作项目“混合交通自适应控制系统理论、算法与模拟技术研究”为依托，对平面交叉口混合交通流特性进行了研究。车辆换算系数是在通行能力研究中提出的，用于混合交通流与100%标准车流之间的换算，为的是使各种道路、交通条件下的混合交通量之间具有可比性，从而确立了车辆换算系数研究在通行能力计算以及比较中的重要地位。多数混合交通问题最后都需要归结为100%的标准车流量的定量比较计算，所以，车辆换算系数是混合交通流特性研究的基础问题，是正确进行后续研究工作的关键。随着本世纪40年代通行能力研究的展开，对车辆换算系数的研究从未中断，但至今没能提出一个公认的算法。基于此，在论文的第二章即首先研究确定非机动车的换算问题。以往使用的非机动车换算系数，都是不分场合不分地点地统一使用0.2，根本没有区分直行自行车和左转自行车的不同特性。本文在定量研究混合交通情况下左转自行车和直行自行车与直行机动车相互影响的基础上，提出了全新的计算左转自行车和直行自行车换算系数的方法，并用实际调查数据对算法进行了标定，得出直行自行车换算为标准小汽车的换算系数为0.275，左转自行车换算为标准小汽车的换算系数为0.33。尽管标定采用的调查数据有限，得出的结果还不适合推广使用，但是所得结果已经对常用的换算系数提出质疑，另外，本文所采用的方法也可作为同类研究的参考。非机动车和行人与机动车在交叉口的冲突是造成交叉口通行能力下降的根本原因，研究非机动车和行人在交叉口的到达和释放规律，给出城市信号交叉口自行车流及行人的交通特性参数，可以弥补传统信号配时参数都是基于机动车交通特性的不足，为城市信号控制交叉口混合交通流的有效组织提供理论依据。国内外已有一些学者对其进行了研究，但是，对信号控制交叉口非机动车、行人交通流的到达规律和释放规律以及机动车、非机动车、行人三种交通<WP=69>流之间相互影响的研究还不够深入。因此，在本文地第三章，对非机动车和行人在交叉口的到达和释放规律进行了系统研究。自行车和行人的交通流特性不同于机动车，不能片面地把传统的机动车到达规律应用于非机动车和行人，必须对非机动车和行人在交叉口的到达分布模型进行重新标定。本文利用数理统计方法得出自行车和行人到达规律服从负二项分布，并且所有拟和全部通过0.05显著性水平下的检验。针对自行车和行人地释放规律，本文统计得出饱和流状态下自行车速度集中在11~12km/h，自由流状态下集中在13~15km/h，并且交叉口尺寸较大时自行车速度较快，交叉口尺寸较小时自行车速度较慢；单位宽度的饱和流率均值为1.08bike/(m*s)，95%置信区间为（1.04,1.11）；行人步行平均速度与交叉口信号配时有关，但众数都为1.32m/s；而且，从统计数据来看流率—速度之间的关系不能建立简单的函数模型，但总体趋势是流率越大，速度越小。另外，本文还定量分析了四相位信号控制交叉口右转机动车与自行车的相互影响和两相位信号控制交叉口左转自行车和机动车各种情况下的冲突。论文的第四章，是混合交通流特性在信号控制系统中地应用，对于两相位信号控制交叉口，本文首先调查了各种冲突情况下的左转自行车和直行机动车流量，通过左转自行车数与综合流率的拟和曲线可以发现，随着左转自行车数的增加，左转自行车数和本向直行机动车综合流率都是先增加然后减少，当左转自行车数为某一值时，综合流率达到最大。因此，从提高交叉口的综合流率方面考虑，当左转自行车达到一定数量时，有必要设置一个左转自行车专用相位，将左转自行车从冲突中分离，从而可以增加交叉口的通行能力、减少两相位交叉口的混乱程度，并且还能提高混行车流的安全性。接着给出了设置左转自行车专用相位的流量临界值模型，并设计了进口道有无左转机动专用车道两种情况下的机非冲突解决方案。对于四相位信号控制交叉口，本文给出了左转自行车绿灯提前截止时间、直行自行车流的提前截止和行人绿灯提前截止时间的计算模型。论文的结论全部基于实际调查数据得出。虽然本文由于调查数据有限，很多结论会略显粗糙，但作为作者对混合交通信号控制的一个尝试，相信会对完善信号控制理论产生积极作用。

全文目录

目录  4-6
第一章绪论  6-12
  1.1 研究背景  6-7
  1.2 研究意义  7
  1.3 研究现状  7-9
  1.4 研究内容  9-10
  1.5 研究方法  10-12
第二章混合交通条件下信号控制交叉口综合流率计算  12-30
  2.1 直行自行车换算系数  12-16
    2.1.1 算法说明  12-13
    2.1.2 数据采集与处理  13-16
    2.1.3 标定结果  16
  2.2 左转自行车换算系数  16-28
    2.2.1 算法说明  16-19
      2.2.1.1 左转自行车和直行机动车的冲突说明  17
      2.2.1.2 确定第二种左转自行车对直行机动车的影响  17-18
      2.2.1.3 确定单位左转自行车造成的直行机动车延误  18-19
      2.2.1.4 计算左转自行车的换算系数  19
    2.2.2 数据采集与处理  19-28
      2.2.2.1 天津市大直沽路与六纬路交叉口早高峰  20-23
      2.2.2.2 沈阳市大南街与南顺城路交叉口早高峰  23-25
      2.2.2.3 沈阳市大南街与南顺城路交叉口晚高峰  25-28
    2.2.3 标定结果  28
  2.3 小结  28-30
第三章信号控制交叉口自行车和行人的到达和释放规律  30-55
  3.1 自行车到达规律  30-38
    3.1.1 数据采集与处理  31-36
      3.1.1.1 中环黄河交叉口  31-32
      3.1.1.2 中环马场交叉口  32-34
      3.1.1.3 海光寺交叉口  34-35
      3.1.1.4 大直沽路六纬路交叉口  35-36
    3.1.2 统计结果  36-38
  3.2 自行车释放规律  38-50
    3.2.1 自行车交通流基本特性  38-45
      3.2.1.1 速度  38-42
      3.2.1.2 速度与流率  42-43
      3.2.1.3 饱和流率  43-45
    3.2.2 自行车与机动车的冲突  45-50
      3.2.2.1 四相位交叉口直行自行车与右转机动车冲突  45-48
      3.2.2.2 两相位交叉口左转自行车与机动车的冲突  48-50
  3.3 行人到达规律  50-53
    3.3.1 数据采集与处理  50-52
    3.3.2 统计结果  52-53
  3.4 行人释放规律  53-54
    3.4.1 数据采集与处理  53-54
    3.4.2 统计结果  54
  3.5 小结  54-55
第四章混合交通流特性在信号控制交叉口的应用  55-63
  4.1 两相位交叉口  55-60
    4.1.1 设置左转自行车专用相位的依据  55-57
    4.1.2 左转自行车专用相位的流量临界值计算模型  57-58
    4.1.3 两相位交叉口机非冲突解决方案  58-60
  4.2 四相位交叉口  60-62
    4.2.1 左转自行车提前截止时间  61
    4.2.2 直行自行车提前截止时间  61-62
    4.2.3 行人提前截止时间  62
  4.3 小结  62-63
第五章总结与展望  63-65
  5.1 全文总结  63-64
  5.2 展望  64-65
参考文献  65-67
致谢  67-68
摘要  68-70
ABSTRACT  70-72

信号控制交叉口混合交通流特性研究

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