金桥路张杨路交叉口信号控制策略仿真优化分析毕业实习报告.docxVIP

上海理工大学毕业实习报告金桥路张杨路交叉口信号控制策略仿真优化分析专 业：系统科学与工程年 级： 2009 级学 号： 091305xxxx姓 名： 周 松学 院：管 理 学 院实习内容：控制策略仿真优化指导老师： 姚 佼目录1.实习简介11.1实习时间11.2交叉口选定11.3实习任务21.3.1掌握调查方法并应用于实际21.3.2掌握数据分析方法21.3.3掌握交通仿真与信号配时优化软件synchro及应用21.3.4掌握交通控制策略的优化方法及评价指标31.4工作分工31.5工作流程41.5.1资料、工具准备41.5.2实地调研及数据分析51.5.3仿真分析及优化对比51.6实习目的及意义52.交叉口现状仿真分析72.1进口道车道功能72.2交叉口交通需求72.3控制策略82.4仿真及结果分析93.控制策略模型优化分析143.1定性分析143.2定量分析153.3对比分析164.心得体会185.致谢191. 实习简介本次实习主要内容是调查浦东区金桥路张杨路交叉口进口道车道功能、信号控制方案、交通流量等信息，利用synchro对其进行仿真建模，并对仿真结果进行分析，进而对交叉口的控制策略进行优化，并对优化后的控制策略进行评价，比较优化前后的各项指标，对优化方案进行评价。1.1实习时间本次实习时间段为2013年3月至4月，具体调查日期为3月26日和3月28日两个工作日，时间段为早高峰和晚高峰，早高峰时段为7:008:30，晚高峰时段为17:3019:30。在对调查时间选定时要选择具有代表性的工作日，应尽量避免选在周一上午或周五下午两个特殊的时段。另外，在对交叉口的各进口道进行流量调查时，每个进口道要同时进行，尽量避免同一交叉口的不同进口道的调查时间不一致的情况，否则会对仿真结果的精确度造成一定影响。1.2交叉口选定此次实习交叉口为上海浦东新区金桥路张杨路交叉口。此交叉口东接军工路隧道，西连金桥立交桥，毗邻金桥国际广场，轨道交通六号线金桥路站设于此交叉口附近。另外，此交叉口公交车辆比例较大，通过此处的公交车辆有874、991、993、施崂专线、上川专线等线路，往来流量较大，机非混行较严重。因此，对其进行调查，掌握此处的车均延误等信息，以便对其进行仿真优化。金桥路张杨路交叉口地理位置信息如图1.1所示。图1.1 金桥路张杨路交叉口地理位置 图(a) 交叉口附近的金桥国际商业广场 图(b) 交叉口附近的轨道交通站点 图(c) 交叉口处机非混行 图(d) 交叉口处公交车流率较大示意图图1.2 交叉口处现状及存在的问题1.3实习任务1.3.1掌握调查方法并应用于实际掌握一般的调查方法，包括对流量的调查、对交通组成的调查、对停车延误的调查以及交叉口几何尺寸、车道功能等项目的调查，并将所掌握的方法应用于实地调查。本次实习调查金桥路张杨路交叉口的车道功能、信号控制策略、交通流量及车流组成等信息。1.3.2掌握数据分析方法掌握对调查数据的整理分析方法，并将其应用实际。本次实习对调查所得数据进行分析，生成相应文档，对相应指标进行分析，如车均延误等指标，并得出相应结论。1.3.3掌握交通仿真与信号配时优化软件synchro及应用synchro是由美国trafficware公司根据美国交通部标准hcm规范研发的交通信号协调及配时设计软件。hcm标准中的参数是根据汽车性能、驾驶员的行为习惯、交通法规等设定的，计算得出的某些结果(如延误时间、服务水平等)，作为方案比较的相对参数，具有重要参考价值的，信号配时也非常合理。synchro的使用方法相对简单，主要步骤为：添加link（建路段）；确定交叉口；3参数设置，包括lane settings（车道设置）、volume settings（交通流量设置）、node settings（节点设置）、timing settings（时间设置）以及phasing settings（相位设置）等；仿真运行，得到仿真结果；优化模型并运行，得到优化后的结果。在本次实习中首先要搜集交通信号配时优化软件synchro相关资料，学习并掌握synchro的使用方法，相关将调查来的数据进行整理分析，利用synchro对其进行仿真，得出仿真结果，然后对控制策略进行优化，再仿真得出优化后的仿真结果。1.3.4掌握交通控制策略的优化方法及评价指标明确交通控制策略在道路交通中的重要地位，掌握其控制理论及控制方法，利用synchro对其进行仿真并优化，进而对相关指标进行比较，得出相应结论。1.4工作分工本次实习成立了一个实习项目小组，固定成员有4名，分别是09级系统科学与工程的汪圣伟、陈峰、左文斌、周松，另外在实地调查时10级的同专业同学提供过帮助。本次实习调查的交叉口共有两个，金桥路博山东路交叉口和金桥路张杨路交叉口两个相邻交叉口。小组成员针对自己所侧重的实习研究方向对调查的对象各有针对性，本人在这次实习中侧重于金桥路张杨路交叉口控制策略问题。对金桥路张杨路交叉口进行实地调查的具体分工如表1.1所示。表1.1 工作分工表工作分工表汪圣伟调查表格制作、调查数据整理分析、vissim建模陈峰流量调查、周边环境调查周松车道功能调查、周期及相位相序调查、制图、synchro建模10级同学各进口道及各转向流量调查备注：左文斌同学在外地实习，未能参与此次调查小组成员根据调查规划以及相关工作分工情况，在同一时间段内赶赴现场进行实地调查，掌握基础数据资料，为后期的建模分析做好充足的准备。1.5工作流程1.5.1资料、工具准备（1）基础资料包括人员配备，调查所需表格等资料，调查表格包括交叉口流量调查表格、车道功能调查表格、控制策略（周期、相位相序、各相位持续时间）等所需调查表格等，各调查表格如表1.2、表1.3、表1.4所示。表1.2 流量调查表金桥路张杨路交叉口流量调查表调查时间：调查人：左转直行右转非机动车行人备注：东进口道西进口道南进口道北进口道注释：对每个进口道流量分别进行调查表1.3 交叉口车道功能调查表车道功能调查表调查时间：调查地点：调查人：东进口道西进口道南进口道北进口道表1.4 交叉口控制策略调查表控制策略调查表调查时间：调查地点：调查人：第一相位第二相位第三相位第四相位第五相位第六相位相位起始时间结束时间持续时间周期：相位间隔时间：备注：（2）专业资料在本次实习中需要的专业资料包括专业软件，如synchro、vissim等；另外还有专业参考文献、数据图表等。除此之外还有相似的实习经验或实习参考资料等资料。（3）工具资料工具资料主要包括实习过程中所需要用到的工具，如所需软件（synchro、excel），相机、秒表、测距离所用码表等。1.5.2实地调研及数据分析调查搜集与金桥路张杨路相关的资料，包括周边信息、交叉口几何尺寸以及进口道车道功能、交叉口信号控制策略、车流构成等相关资料。在实地调查结束之后，要对调查来的各种数据进行整理分析，形成标准文本格式，然后对各项指标分类分项统计，并制作相应的excel表格进行分类存储，为之后的仿真以及优化再仿真提供数据支持。1.5.3仿真分析及优化对比首先对模型参数进行标定，主要包括一些全局的参数设定和部分针对性参数设置。然后对金桥路张杨路交叉口现状资料利用synchro进行仿真，运行模型后得出仿真结果，并对导出结果中的各项指标进行分析，例如对交叉口排长队长度和车均延误等指标。之后再利用synchro软件对交叉口的控制策略进行优化，优化之后再进行仿真，得出优化后的仿真结果并导出结果文件，对各项指标进行分析。最后，对两次仿真的结果的各项指标进行对比分析，分析相对应的指标，如交叉口处的车均延误，得出相应结论，并对仿真结果进行评价。本次实习的工作流程图及相应的步骤主要包括以上所述部分，另外还有一些相应的繁杂工作，如车辆颜色、大车率的统计等，在此不做详述。本次实习的具体工作流程如图1.3所示。1.6实习目的及意义1.6.1巩固大学期间所学基本理论，扩展专业知识；1.6.2理论联系实际，学会将所学理论应用于实际，相互促进；1.6.3提高运用所学知和解决实际问题的能力；1.6.4掌握工作流程设计及相关表格设计方法；1.6.5掌握交通调查方法；1.6.6掌握数据分析及分类方法；1.6.7熟练运用计算机等工具提高工作效率；1.6.8掌握交通相关软件如synchro的使用方法；1.6.9初步掌握系统的分析问题和组织实施工作规划的相关知识；1.6.10学会团队合作，与人相处，更好的融于团队中，提高团队合作意识。图1.3 工作流程图2. 交叉口现状仿真分析2.1进口道车道功能经实地调查，金桥路张杨路交叉口为十字交叉，主干路和次干路相交型，东西向为主干路，南北向为次干路。金桥路张杨路交叉口各进口道的车道数和车道功能等信息如下：西进口道为张杨路，五车道，直行三车道，最右侧为右转专用车道，最左侧为左转专用车道；东进口道为张杨北路，同样为五车道，中间三车道为直行车道，最右侧为右转专用车道，最左侧为左转专用车道；北进口道为金桥路，三车道，最右侧车道为直右车道，中间为直左车道，最左侧车道为左转专用车道；南进口道为金桥路，同样为三车道，最右侧车道为直右车道，中间为直左车道，最左侧车道为左转专用车道。基于实地调查绘制金桥路张杨路交叉口进口道车道功能布置如图2.1所示。图2.1 金桥路张杨路交叉口进口道车道功能布置图2.2交叉口交通需求经调查并对数据进行分析可知，金桥路张杨路交叉口交通需求量较大。其中，东西进口道需求量相对南北进口道的需求量较大，其直行需求量超过了1500veh/h，其次是右转进口道的需求量，最小的是左转进口道需求量。南北进口道需求量相对东西向进口道的需求量较小，南北进口道中直行需求量最大的也是直行进口道，其次是左转进口道，右转进口道需求量最小。总体来看，此交叉口的需求量是相对较大的，饱和度相对较高，对其各个进口道的交通需求进行调查统计并绘制各进口道以及各流向（直行、左转、右转）的交通需求量，具体如表2.1所示。表2.1金桥路张杨路交叉口交通需求表金桥路张杨路交叉口交通需求（veh/h）直行右转左转总计东进口道15026503942546西进口道18283643562548南进口道552162158872北进口道59212229210062.3控制策略经调查，金桥路张杨路交叉口信号控制策略现状为四相位，周期为160s。第一相位为东西进口道直行相位，绿灯时间为52秒；第二相位为东西进口道左转相位，绿灯时间为21秒；第三相位为北进口道直行和左转相位，绿灯时间为43秒；第四相位为南进口道直行左转相位，绿灯时间为32秒。所有进口道右转均是自由的即在确保安全的情况下不受信号控制，随时可以通过交叉口进行右转。另外，每个相位之间的红灯和全红时间即相位间隔时间均为3秒。此交叉口相位相序及每个相位的起始时间、终止时间、持续时间等信息如表2.2所示。表2.2 交叉口交通控制策略信息表相位序号第一相位第二相位第三相位第四相位相位图起始时间35882128终止时间5579125160持续时间522143322.4仿真及结果分析利用synchro软件对金桥路张杨路交叉口进行建模，对参数进行设置，包括lane settings（车道设置）、volume settings（交通流量设置）、node settings（节点设置）、timing settings（时间设置）以及phasing settings（相位设置）等。在模型中输入各转向流量，然后进行仿真模拟。模型如图2.2所示，进口道功能、车道数、各进口道流量及各转向流量均标注在图中。图2.2 模型总体图模型参数设置图如下所示：lane settings（图2.3）、volume settings（图2.4）、node settings（图2.5）。图2.3 lane settingslane settings（车道设置）中包括进口道车道功能信息各转向流量、车道宽度、车速以及通过交叉口的时间等信息。图2.4 volume settingsvolume settings（流量设置）包括停车率、大车率等信息。图2.5 node settingsnode settings设置包括max v/c ratio(最大饱和度)，int delay（intersection delay）即车均延误，icu（通行利用率），icu los即通行利用率服务水平等指标信息。另外此交叉口的时间和速度等信息如图2.6所示。图2.6 time and speed diagram对模型进行运行，使车流模仿实际进行通过交叉口和在交叉口排队，运行示意图如图2.7所示：如图2.7 模型运行图对仿真结果进行整理分析，现对交叉口总体水平进行分析评价，各指标如下表所示。表2.3 交叉口总体水平评价指标最大饱和度（max 饱和度ratio）2.24交叉口车均延误（s）（int delay）108（s）交叉口服务水平（int los）f交叉口通行能力利用率（icu）1.06交叉口通行能力的服务水平（icu los）g表中max 饱和度ratio指最大v/c（饱和度），即最大交通量与通行能力之比，其理论值应小于等于1，但在此模型计算中却未2.24，远远大于其最大值1，因此表明此交叉口排队车辆较多，排队延误较严重。int delay中int是intersection的简称，int delay即交叉口平均延误，synchro提供了两种延误计算方法：webster法和百分比法，此处使用webster法，其平均延误为108s，其服务水平（int los）等级为f（按照2000 hcm，分为af，共6个评价等级），可见，此交叉口的服务水平也是相当低的。交叉口通行能力利用率（icu，intersection capacity utilization）为1.06，其服务水平icu los为g（分为ah，共8个评价等级）。据整体分析可知，此交叉口无论从排队延误还是服务水平来评价，均不理想。现对其现状各进口道进行具体分析，各评价指标如下表所示：表2.4 各进口道评价指标金桥路张杨路交叉口各进口道评价指标表进口道张杨路张杨北路金桥路金桥路（西）（东）（南）（北）通过时间12.713.61111.1饱和度左转直行右转左转直行右转左转直行右转左转直行右转1.320.960.251.460.790.452.151.0-2.241.45-控制延误左转直行右转左转直行右转左转直行右转左转直行右转s20547.70.426035.40.959073-514243-总延误左转直行右转左转直行右转左转直行右转左转直行右转s20547.40.426035.40.959073-614243-服务水平左转直行右转左转直行右转左转直行右转左转直行右转fdafdafe-ff-表中列出了各进口道的饱和度、控制延误、总延误和服务水平等指标，经分析可知，右转车道的服务水平相对较高，但直行和左转的延误较大，有的甚至超过100秒，服务水平相对较低。高峰时段其车辆排队相当严重，拥堵状况如下图所示。 图(a) 南进口道排队情况 图(b) 西进口道排队情况图2.8 交叉口排队情况示意图综上所述，金桥路张杨路交叉口的现状服务水平较低，排队延误较大，应对其进行优化。3. 控制策略模型优化分析从针对金桥路张杨路交叉口的现状分析结果中可以看出，此交叉口的交叉口排队延误较严重，交叉口特别是直行和左转相位的服务水平较低，因此利用模型优化仿真的方法对其进行优化。3.1定性分析利用synchro对金桥路张杨路交叉口的控制策略进行优化，优化后对模型进行运行，从运行情况来定性的分析其优化结果对其进行相应的评价。优化后的相位及持续时间和相应评价如图3.1所示，优化后的模型参数如图3.2所示。图3.1 优化后相位示意图图3.2 优化后的模型参数参数优化完毕之后，要对优化后的模型进行仿真，从运行中定性的分析其优化效果以及从数据等方面定量的分析其优化效果。优化后运行情况示意图如图3.3所示。图3.3 优化后运行示意图优化后的运行情况可参考视频文件，文件名为“jinqiaoluzhagnyanglu.wmv”，具体的各项指标也可从模型中得知，模型参见文件“jinqiaoluzhagnyanglu.syn”，并可对其进行运行，观察其运行情况。从视频和模型中均可观察到金桥路张扬路交叉口的排队情况明显有所减少，排队长队明显缩短。3.2定量分析优化后运行后，对交叉口的各项指标进行定量的分析，主要包括总体水平指标和各进口道评价指标等指标的分析。从模型中得出各项指标并统计制作成标准文件，其情况如表3.1和表3.2所示。表3.1 优化后交叉口总体水平评价指标max 饱和度ratio最大饱和度1.47int delay交叉口车均延误（s）94int los 交叉口服务水平ficu 交叉口通行能力利用率1.06icu los 交叉口通行能力的服务水平g表3.2 优化后各进口道评价指标优化后金桥路张杨路交叉口各进口道评价指标表进口道张杨路张杨北路金桥路金桥路（西）（东）（南）（北）通过时间12.713.61111.1饱和度左转直行右转左转直行右转左转直行右转左转直行右转1.471.210.251.440.940.451.170.74-1.391.1-控制延误左转直行右转左转直行右转左转直行右转左转直行右转s2641300.424744.10.916928.9-24188-总延误左转直行右转左转直行右转左转直行右转左转直行右转s2641300.424744.10.916928.9-24188-服务水平左转直行右转左转直行右转左转直行右转左转直行右转ffafdafc-ff-从表3.1和表3.2可以看出int delay即交叉口平均延误有明显降低，南北进口道的直行和左转的延误有明显降低。并且经优化后，南进口道的服务水平提升了一个档次，可见明显的优化效果。3.3对比分析现对优化前后的各项指标进行对比分析，从而得出优化效果并对其作出评价。对比分析主要是以排队延误和时间和饱和度比等指标进行对比。首先排队延误是表征交叉口通行效率的一个重要指标，先对其进行对比。因优化前南北进口道的排队延误较为严重，所以在对比中，主要选取南北进口道的排队延误进行比较。交叉口总体延误比较如图3.4所示，南北进口道比较情况如图3.5所示。图3.4 交叉口总体延误对比图图3.5 南北进口道排队延误对比图从图3.4和图3.5中可明显看出交叉口的总体延误从优化前的108秒降到了优化后的94秒，有了明显改善。优化前排队延误较为严重的南北进口道的排队延误下降更为明显，特别是直行的排队延误，优化后的延误只有优化前的三分之一，从而，交叉口的排队延误有了较大改善。从而，对控制策略的优化对降低交叉口的排队延误具有较大作用。饱和度表征了交叉口的需求与供给之间的关系，它是决定交叉口是否拥堵以及拥堵情况的一个重要指标，饱和度的理论值应小于等于1，但当利用模型进行建模分析时有可能大于1，此时表明交叉口的交通供给已经不能不能满足交通需求，会产生较为严重的交通延误。在此处同样比较优化前饱和度取值较大即需求量较大的南北进口道。其比较图如图3.6所示。图3.6 优化前后南北进口道饱和度对比图从图3.6中可看出，优化后的饱和度有明显降低，不是因为交叉口的车辆减少了，还是表明了交叉口的通行能力有了提升，从而使饱和度的值有所下降。虽然优化后有些理论值还是大于1的，但相较于优化前已经改善了不少，有车道的饱和度甚至是优化前的二分之一。因此，从降低交叉口的饱和度的角度来衡量的话，对交叉口的控制策略的优化是很有成效的。通过对交叉口控制策略的优化，从模型运行情况和结果来看，其效果是显著的，除上述分析的交叉口排队延误和饱和度指标有了较大改善之外，有的进口道的服务水平