主城区某复杂交叉口的信号配时.doc
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1、主城区某复杂交叉口的信号配时优化方案摘要城市交通与城市发展关系极为密切,随着我国经济建设的快速发展,城市交通量迅速增长,交通出现了日趋紧张的局面,交通拥挤经常发生,城市交通拥挤问题已成为困扰交通各界人士的主要问题。对于城市道路而言,道路由许多交叉路口连接而构成道路网。交叉口是城市交通的关键,是整个城市道路的瓶颈地带,城市交通拥挤问题往往也突出表现在交叉口。本文主要针对城市道路交叉口的管理,开展了城市道路交叉口交通运行组织与信号控制策略方面的相关研究。针对城市道路交通拥挤状况,本文研究了利用交叉口交通渠化与信号控制优化组合进行交叉口多相位渠化控制方案的设计。通过对海棠溪新街交叉口进行调查与分析,
2、采用仿真软件SIDRA对其实际情况进行交通仿真,得出具体的评价指标,并分析得出该交叉口存在的问题,然后分别从交叉口渠化与信号配时优化两个方面对其进行优化,并利用SIDRA对优化后的交叉口再次进行仿真,比较前后的仿真结果,得出了更加可行的运行方案。最后得出了解决交叉口拥堵问题,重点在于交叉口渠化与信号配时两方面同时进行优化的结论,并提出了想要真正解决交通拥堵问题,需要对整个交通网络进行合理的协调控制的展望。关键词:交叉口;交通拥堵;交通组织;交通信号控;多相位渠化设计;仿真In a Complex Intersection Signal Timing Optimization SchemeAbs
3、tractUrban traffic had close relationship with urban development, with the rapid development of Chinas economic construction, urban traffic is growing rapidly, traffic appeared increasingly tense situation, traffic congestion occurs frequently, and the urban traffic congestion has become a main prob
4、lem in traffic people from all walks of life. For city road, the road are connected by a lot of intersection, constitute road network. Intersection is the key to the urban traffic, is the bottleneck of the urban road area, the urban traffic congestion often prominent performance in the intersection.
5、 This article mainly aims at the management of the urban road intersection, in the urban road intersection traffic organization and research concerning the signal control strategy. In view of the urban road traffic congestion, this paper studies the use of intersection traffic channelized and multip
6、le phase optimization combination of signal control intersection highly channelizing control scheme design. Through investigation and analysis of haitangxi new street intersection, the simulation software SIDRA is adopted to the actual situation of traffic simulation, it is concluded that the concre
7、te evaluation index, and analyzed the problems existing in the intersection, then respectively from two aspects of intersection highly channelizing and signal timing optimization to optimize, and use the SIDRA again for the intersection of the optimized simulation, comparison before and after the si
8、mulation results, the more feasible operation scheme is obtained. Finally reached the intersection congestion problem, the key lies in the intersection Ihighly channelizing and signal timing optimization at the same time the conclusion, and put forward to really solve the problem of traffic congesti
9、on, need reasonable on the whole traffic network coordination control in the future. Keywords: intersection; traffic congestion; traffic organization; traffic signal control; multi-phased channelization design; simulation II目 录摘要IAbstractII引言11. 绪论21.1研究背景与意义21.1.1研究背景21.1.2 研究意义21.2国内外研究现状21.2.1国外研
10、究现状21.2.2 国内研究现状31.3 交叉口信号控制策略研究现状41.4 研究内容及技术路线51.5 小结62城市道路信号交叉口交通特性分析72.1城市道路平面交叉口交通特征点分析72.2 城市道路信号交叉口交通流特性分析82.2.1 信号交叉口车流运动特性82.2.2 有效绿灯时间和损失时间92.2.3 饱和流量及其影响因素102.2.4 通行能力与饱和度122.3 小结133. 交叉口信号控制理论基础143.1 信号相位与信号阶段143.2 信号基本控制参数153.3 城市道路信号交叉口固定配时的计算153.4 小结164. 城市道路信号交叉口交通渠化设计174.1 交通渠化概述174
11、.1.1 交通渠化的定义及作用174.1.2 交通渠化设计的方法174.2 城市道路信号交叉口的多相位渠化控制184.3 城市道路信号交叉口渠化设计流程184.4 小结205. 实例分析215.1 交叉口简介与分析215.2 交叉口交通调查结果245.2.1 交通量调查结果245.2.2 交叉口相位数据255.3基于SIDRA的交叉口信号配时仿真275.3.1 SIDRA软件简介275.3.2 SIDRA软件主要功能285.3.3仿真流程285.3.4 仿真结果335.3.5仿真结果分析345.4优化方案355.4.1 渠化优化方案355.4.2 配时计算优化方案365.4.3 SIDRA优化
12、方案385.5 小结426结论与展望436.1 全文总结436.2 尚需要研究的问题与展望43参考文献45IV 引言随着我国社会经济的快速发展,机动车越来越普及,城市交通拥堵、交通事故、环境污染等问题日益严重。交叉口的优化设计能够提高路网的通行能力,进一步减少交通拥堵等一系列问题。信号交叉口优化设计包括渠化设计和配时设计,交叉口的渠化与信号配时密切相关,两者相互关联,无论是定周期控制还是感应式控制,都需要根据交叉口的几何特征、交通状况进行相位方案的选择和信号配时参数的确定。渠化设计反应了车道对道路的空间使用权,即各行其道的体现,配时设计反应了车道对道路的时间使用权,即遵守交通信号的体现。渠化设
13、计决定配时设计,但又受配时设计的制约,需要和配时设计反复协调优化,渠化设计、相位相序设计及配时参数的合理性共同决定了交叉口信号控制效果的优劣。在以往交叉口的优化设计中,渠化设计和信号配时设计相互分离,两者没有很好地结合起来,致使交叉口的潜力不能充分得到挖掘。近年来,有关专家学者针对我国混合交通流的特点,以及交叉口优化设计中实际存在的时空分离的问题,在充分总结和利用交叉口空间优化和配时优化已有理论研究的基础上,研究信号交叉口空间资源和时间资源的相互协调,从而形成交叉口信号控制“时空一体化”的优化设计方法1。01. 绪论1.1研究背景与意义1.1.1研究背景城市交通是城市经济活动的关键部分,是衡量
14、一个城市文明进步的重要指标,对于城市经济的发展和人民生活水平的提高起着至关重要的作用。在我国,随着经济水平的不断发展,城市化进程不断加快,机动车数量日益增加,城市交通供给已经严重不足,供求关系十分紧张。因此,道路拥堵状况成了人们关注的焦点。重庆作为直辖市,是西部较为重要的城市,其地理特点是山城和江城,城市交通问题尤为突出。尽管近年来重庆市加快了对道路基础设施建设的步伐,形成了以快速路、环线为主骨架的道路交通网络,但由于机动车保有量的急速增长,交通矛盾依然十分突出,对人们的出行与城市的建设都造成了极大地影响。当前,城市日益拥堵的交通状况备受社会关注,给城市交通管理带来了空前的压力,因而交通信号配
15、时设计的优化作用日益显著。1.1.2 研究意义最为城市道路网的重要组成部分,交叉口的通行情况影响着整个城市交通的运行。交叉口的通行能力有限或没有被充分利用都会造成城市道路的交通的拥堵,还将导致车流中断、事故增多、延误增大等问题。在美国,交通事故约一半以上都发生在交叉口;而在日本,机动车在市中心的运行时间约有三分之一都是用在平面交叉口。因此,对城市道路交叉口实行科学、有效的管理与控制是智能交通的重要研究课题,是保障交叉路口的通行安全和提高交叉路口通行能力的重要举措,也是有效解决城市道路交通问题的必然措施。目前国内大部分的交叉口信号控制器都来源于英国的SCOOT(Split Cycle and O
16、ffset Optimization Technique)系统、澳大利亚的SCAT(Sydney Coordinated Adaptive Traffic)系统和日本的京三系统,他们均采用定时控制和自适应控制3。实践证明,这些系统不仅不适用于中国的混合道路交通现状,也无法适应于中国各大城市发展智能交通系统的技术需求。所以有必要针对中国混合道路交通的特点进行交叉口信号控制策略的研究。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状国外的交通信号控制起步比较早,在19世纪初,人们就开始研究交通信号控制,试着用信号灯指挥道路上的车流有序的运行,控制车辆进入交叉口的次序。到1918年,在美国纽约街头出现了红
17、、黄、绿三色信号灯。1926年,英国人在伍尔弗汉普顿安装了世界上第一台自动交通信号机;到了上个世纪60年代初,世界各国都开始研究控制大范围的信号联动协调控制系统,建立模拟各交叉口交通流状况的数学模型,以解决信号配时的优化问题。进入70年代,以美国、英国等发达国家为代表的国家在信号交叉口的建设中,实践和理论研究都取得了较为成熟、卓越的成就3。在道路交叉口信号配时设计方面,国外大多采用Webster的理论与方法,该理论以交叉路口的延误时间作为唯一的衡量指标;澳大利亚学者阿克塞力克提出了“停车补偿系数”的概念,并将它与车辆延误时间合在一起,用以评价信号配时方案2。在理论研究的基础上,国外许多国家都先
18、后编制了各种交叉口的信号配时手册,对交叉口信号配时设计过程中所涉及的相关基本概念、操作流程、维护更新等都进行了较为详细的阐述。如美国联邦公路管理局(Federal Highway Administration,FHWA)组织编写的交叉口信号配时指导手册(TSTM)4,德国道路与交通工程研究学会编写的交通信号控制指南一德国现行规范(RILSAD)5等。除了各种信号配时手册外,国外一些国家还先后研发了一系列交通信号控制系统、配时仿真软件等,比较有名的有英国的SCOOT系统,澳大利亚的SCATS系统,以及用于交通配时仿真的VISSIM、SYNCHRO、SIDRA等软件。1.2.2 国内研究现状我国在
19、交叉口信号控制和配时设计相关领域的研究均晚于欧美日等发达国家,不过目前也形成了一系列研究成果。同济大学和上海市交巡警总队研究并制定了城市道路平面交叉口规划与设计规程(DGJ0896-2001),该规程以“规划为先”,充分结合上海城市道路平面交叉口的特点,对新建、改建及综合治理道路平面交叉口规划、设计中的各项内容做了严格、细致的规定,以确保交叉口设计工作的规范性和科学性6。杭州市综合交通研究中心、同济大学主编的城市道路平面交叉口规划与设计规范(DD3310562008),该规范首次提出“时空一体化”的交通优化设计理念,在交叉口规划设计过程中,协调配置交叉口的通行空间与通行时间,在保障安全的前提下
20、,最大限度地实现交叉口时空资源的优化配置和高效利用2。杨晓光教授编著的城市道路交通设计指南也对交通设计进行了系统的阐述7。 国内对交叉口信号配时设计的理论研究并不是很多,早期的工作主要集中在对国外已有技术基础上的完善以及结合我国自身混合交通流特性进行的相关探索。在已有的研究成果中,比较系统化也是比较有特色的是同济大学杨佩昆教授提出的“冲突点”法,该方法是以“冲突点”作为考察断面,分析整个相位的实际交通运行情况,确定本向直行车、对向左转车通过“冲突点”所需要的各类时间,并使各类时间的总和小于或等于设计绿灯时长,来研究信号配时和通行能力的方法8。虽然国外对交叉口优化设计方面的研究已经比较成熟,但由
21、于我国混合交通流的固有特性和局限性,在对交叉口进行渠化设计和信号配时设计时,各种参数的取值差异较大。同时,由于我国早期在交叉口信号控制技术研究方面一味的“贪大求洋”,引进和开发区域交通信号控制系统,而对单个交叉口信号控制技术等基础方面的研究较少7。1.3 交叉口信号控制策略研究现状城市道路交叉口的交通渠化设计作为交通组织的重要实现手段,在国外已经发展得比较成熟,大多都形成了规范或手册。如美国的MUTCD (Manual on Uniform Traffic Control Devices),介绍了各种渠化措施以及设施的尺寸、颜色和使用时需注意的问题;日本的平面交叉路口的规划与设计中对交叉口的渠
22、化也作了很多的论述,认为渠化是很有效的措施9。对于渠化的手段,我国的学者也作了不少的总结和研究,曾静康对深圳的平面交叉口进行了综合控制实验,以每一交通流通过路口可能遇到的冲突点串为单位,提出了综合模式的控制方法,其关键是寻求渠化、相位和灯色三者的协调。哈尔滨工业大学的学者陈洪仁在道路交叉设计一书中,提出了交叉口渠化措施。上海市出版了工程建设规范城市道路平面交叉口规划与设计规程,对平面交叉口的规划与设计作了规定,规定平面交叉口采用交通岛、路面标线及交通流向标志作渠化设计10。城市道路交叉口信号控制起源于19 世纪中叶英国伦敦燃汽信号灯;之后,学者们对城市道路交叉口信号控制的研究经历了从固定周期到
23、可变周期、从定时控制到实时控制、从点控到线控再到面控的发展阶段。进入20 世纪70 年代后,随着计算机技术和自动控制技术的发展,以及交通流理论的不断完善,交通管制中心的功能得到增强,控制手段越来越完善,形成了一批高水平的、有实效的道路交通控制系统。SCATS(Sydney coordinated Adaptive Traffic Method)系统是澳大利亚于20 世纪70 年代末开发的,系统呈分层递阶形式,以子系统为计算单元,根据车辆检测器检测到的数据实施配时方案的选择,既而实现对城市路网的实时自适应控制12。SCOOT(Split Cycle and Offset Optimization
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