（交通运输规划与管理专业论文）信号交叉口混合交通控制算法的适用性分析.pdf

摘要 摘要 中国是自行车的大国，因此混合交通是中国交通的基本特点，长期以来，交叉口的混 合交通一直是我国城市交通管理的一大难点，由于混合交通现象的存在使得我国许多城市 的交叉口运行秩序混乱，交通事故频发，非机动车和机动车之间的冲突也常常是降低交叉 口通行能力的重要因素。混合交通控制作为交通管理的一项重要手段，对维持正常的交通 秩序，保障交通安全和提高通行效率起到了非常重要的作用。但是，由于中国和国外交叉 口混合交通存在很大的差异，因此不能将国外混合交通控制算法直接应用于中国，而应该 通过对国外控制算法进行适用性分析，并且根据中国混合交通实际情况对控制算法进行修 正，使算法更加适用于中国交叉口交通控制，从而降低交叉口机动车延误，提高交叉口通 行效率。 本文从对美国h c m 算法进行适用性分析入手，首先研究自行车在交叉口的交通特性， 分两阶段研究信号交叉口自行车和转弯机动车的冲突，根据两个阶段自行车不同的交通特 点，用不同的方法分别修正自行车对转弯机动车饱和流率的影响系数，从而完成对h c m 算 法的修正，然后结合自行车通过交叉口的交通特性及修正后的h c m 算法，研究自行车提 前相位和右转专用相位等混合交通控制方法，通过采用这些混合交通控制方法可以在一定 程度缓解交叉口机非冲突，并且降低机动车延误，提高交叉口安全性。 关键词自行车：h c m 算法：饱和流率：混合交通控制 北京工业大学1 二学硕士学位论文 a b s t r a c t c h i n ai sac o u n t r yw h e r et h eb i c y c l e sa r et h em o s tc o m m o n l yu s e dv e h i c l e s m i x e dt r a f f i c i st h em a i nc h a r a c t e r i s t i co fu r b a nt r a f f i ci nc h i n a i nal o n gt i m e ，m i x e dt r a f f i ci sab i gt r o u b l e i nt r a f f i cm a n a g e m e n ta n da l w a y sc a u s et r a f f i cc h a o si nt h ei n t e r s e c t i o na n dt r a f f i ca c c i d e n t ，t h e c o n f l i c t i o no fm o t o r i z e da n dn o n m o t o r i z e dv e h i c l ei sam a i nr e a s o no fd e c r e a s eo fc a p a c i t yo f i n t e r s e c t i o n m i x e dt r a f f i cc o n t r o la sa ni m p o r t a n tm e a s u r eo ft r a f f i cm a n a g e m e n tp l a y sak e y r o l ei nk e e p i n gn o r m a lt r a f f i co r d e r , g u a r a n t e e i n gt r a f f i cs a f e t ya n di m p r o v i n gt r a f f i ce f f i c i e n c y b u tb e c a u s eo ft h ed i f f e r e n c eo fm i x e dt r a f f i ci nc h i n aa n do t h e rc o u n t r i e s ，t h em i x e dt r a f f i c c o n t r o la l g o r i t h m sf r o mo t h e rc o u n t r i e sa r en o ta p p r o p r i a t ei nc h i n a ，i ti sn e c e s s a r yt oa n a l y z e t h ea p p l i c a b i l i t yo ft h ea l g o r i t h m s ，a n dc o r r e c tt h ea l g o r i t h m sb a s e dt h ea c t u a lc o n d i t i o no f m i x e dt r a f f i ci nc h i n a ，m a k et h ea l g o r i t h m sm o r es u i t a b l ei nc h i n e s ei n t e r s e c t i o n s ，a n dt h u s d e c r e a s et h ed e l a yo fv e h i c l e sa ti n t e r s e c t i o n sa n di n c r e a s et h ee f f i c i e n c yo fv e h i c l e sa t i n t e r s e c t i o n s t h i sp a p e rs t a r t sw i t ha n a l y z i n gt h ea p p l i c a b i l i t yo ft h eh c ma l g o r i t h m ，f i r s t l ys t u d i e st h e t r a f f i cc h a r a c t e r i s t i c so fb i c y c l e sa ti n t e r s e c t i o n sa n dd i v i d e st h ec o n f l i c t sb e t w e e nb i c y c l e sa n d v e h i c l e si n t ot w os t a g e s ，a c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n tc h a r a c t e r i s t i c so fb i c y c l e si nt h et w os t a g e s ， u s e sd i f f e r e n tm e t h o d st oc o r r e c t st h eb i c y c l ea d ju s t m e n tf a c t o rf o rs a t u r a t i o nf l o wr a t eo f t u m i n gm o v e m e n t sa n dc o m p l e t e sc o r r e c th c ma l g o r i t h m ，t h e nc o m b i n e st h ec h a r a c t e r i s t i c so f b i c y c l e sa ti n t e r s e c t i o n sa n dh c ma l g o r i t h m ，s t u d i e st h em i x e dt r a f f i cc o n t r o lm e a s u r e sl i k e b i c y c l el e a d i n gp h a s ea n dr i g h t - t u mp h a s e ，t h e s ec o n t r o lm e t h o d sc a l lr e d u c et h ec o n f l i c t so f b i c y c l e sa n dv e h i c l e sa ta c e r t a i ne x t e n ta n da l s oc a nd e c r e a s et h ed e l a yo fv e h i c l e sa n di m p r o v e t h es a f e t y1 e v e lo fi n t e r s e c t i o n s k e yw o r d s b i c y c l e ；h c ma l g o r i t h m ；s a t u r a t i o nf l o wr a t e ；m i x e dt r a f f i cc o n t r 0 1 2 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：塾盔醋日期：型121 至 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名：p 陟日期： 导师签名：一n p 侄l n 佃m ： a 町= 1 0 6 ( o c c ，) 自行车对右转机动车饱和流率的修正系数的计算公式是： f r p b = 1 0 一p r t ( 1 一a p b t ) ( 1 一p i m ) 其中： o c c b 吨：自行车对冲突区占有率 v b ；c g ：自行车流量( 辆，j 、时) o c c p e d g ：行人对冲突区占有率 o c c ，：相关占有率 a ，盯：许可相位自行车和行人对右转车影响系数 1 、j、j、j、， ， m 埘 哪 q 勘 q q q q - 、 第2 章文献综述 i i i i p r r a ：利用保护相位的右转车的比例 但是，h c m 利用自行车在冲突区占有率的方法计算得到了对右转机动车的修正系数， 但是h c m 忽略了左转车与对向直行自行车的冲突。 美国加利福尼亚州的d p a t r i c ka l l e n 等也对自行车对交叉口通行能力的影响进行 了一些定量的研究【9 】，他的研究方法是通过计算自行车对冲突区的时间占有率确定直行自 行车对转弯机动车通行能力的影响，由于自行车对冲突区的时间占有率很难直接测量，而 自行车的流量比较容易观测，因此他利用观测数据通过线性回归，找到通过冲突区的自行 车流量一时问占有率的关系，将确定自行车对冲突区的时间占有率转化为观测自行车通过 冲突区的流量，建立了交叉口机非冲突数的计算模型，得到了时间占用率的回归公式，然 后利用美国h c m 给出的受自行车干扰影响的右转机动车饱和流率修正系数的公式，得到 具体的折减系数。这些研究的前提条件是自行车流量的总体水平较低，非机动车与行人对 机动车整体能力构成的影响较小，适合于人口密度较低、自行车流量较少的市郊或乡村地 区。他的研究结论表明：考虑自行车流量后，机动车交叉口饱和流率明显低于通行美国公 路通行能力手册( h c m ) 建议的水平。 在自行车交通特性研究方面s m i t h 和0 p i e l a 在不同的环境下测定了自行车的行驶速 度分布【l o 】【】。b o t m 和p a p e n d r e c h t 建立了自行车排队长度与平均速度的关系【1 2 】；r i c e 和 r o l a n d 根据收集的大量交通数据测定了自行车的制动距离和车速、制动片类型、骑车人体 重等的关系【l3 】；p e i n 测定了不同环境下自行车的加速度和减速度分布和转弯半径等相关参 数【1 4 1 1 5 。 2 1 2 国内研究现状 近年来，我国很多城市针对交叉口的机非冲突进行了一定的研究。钱大琳和黄迪在信 号平交路口右转机动车穿越直行自行车决策行为研究中运用信息的观点分析了平面交 叉口内右转机动车穿越直行自行车的微观行为，认为该行为包括混合交通的信息感知、信息 处理、穿越判断决策和执行四个环节，最后建立了穿越决策间隙模型： 1 p 2 1 + e - ( 0 + - 1 9 v + 0 n b + 0 4 6 b 一 0 5 v b ) ( 2 6 ) 其中，p 为右转机动车选择穿越或不穿越的概率 v a 机动车穿越前的速度( 1 0 n h ) ； n 。机动车进入干扰区时干扰区内自行车的数量( 辆) ； g 。自行车提供机动车穿越的间隙( s ) ； 北京1 = 业大学工学硕上学位论文 v b 后辆自行车的速度( k m h ) ： q ，0 2 ，0 3 ，见，色为回归系数； 吉林大学交通学院的景春光在博士论文中对平面交叉口机非冲突机理及其应用进行 了研究【l7 1 ，他的论文是对我国部分城市信号交叉口机非冲突调查的基础上，研究了交叉 口机非冲突机理和解决方案，其中，他重点研究了自行车对右转机动车通行能力的产生的 影响，他的研究方法和a l l e n 的研究方法类似，也是通过利用回归，找到自行车冲突区的 时间占有率和自行车流量的关系，然后利用通行能力手册给出的计算折减系数的计算公式 得到折减系数。其中，景春光博士通过对石家庄裕华路一平安大街西进口早高峰进行调查， 对时间占有率和自行车流量进行线性回归，得到时间占有率o 七与自行车小时流量q 的关 系式： o r b = 0 0 0 0 1 7 5 q r b + o 11 6 6( 2 - 7 ) 这样，就可以通过h c m 的理论对该交叉口的饱和流率进行修正。 吉林大学交通学院的王国华在硕士论文中也对信号控制交叉口混合交通流特性进行 了研究【1 7 】，其中，他研究了四相位交叉口直行自行车与右转机动车冲突问题，他通过观察 发现右转机动车与本向直行自行车之间冲突的影响因素有很多，自行车流率、两者间相对 距离( 距离大时相互干扰小，距离小时相互干扰大) 、驾驶员性格、自行车车道宽度( 车 道宽度越大自行车对机动车影响越大) 等都是冲突的影响因素，然后他通过所采集的数据 回归出了自行车的流率和右转机动车延误的关系曲线、干扰右转机动车的自行车数与自行 车流率关系曲线以及自行车总延误与自行车流率关系曲线，最终得到的结论是当自行车流 率小于0 5 辆秒时右转机动车延误、干扰机动车的自行车数、自行车总延误( 自行车数 与平均每辆自行车被延误时间的乘积) 趋于一较小的稳定值，当自行车流率大于0 5 辆 秒时，右转机动车延误、干扰机动车的自行车数、自行车总延误均随自行车流率增长呈二 次函数增长。 同时，同济大学的张扬、林瑜等人也对混合交通条件下信号交叉口右转机动车进行 了研究【l 引，并且重点研究了右转专用车道的右转机动车的运行状态，其中他们发现右转 机动车与顺时针方向相邻进口方向的直行车辆和对向的左转车辆存在交织和冲突，也与非 机动车和行人存在交织和冲突，其中右转机动车与非机动车的交织和冲入包括与顺时针相 邻进口方向的直行非机动车的交织和冲突以及与对向左转非机动车的交织和冲突( 如图 2 - 1 ) 。同时，该篇文章也探讨了系列缓解冲突的方法，比如可以通过对右转机动车进行 信号控制，来有效的减少右转机动车和其他车辆的冲突，还有就是可以通过渠化交通，利 用提前右转等方法减少交叉口内右转机动车和其他车辆的冲突。 第2 章文献综述 i i i_ 图2 - 1 右转机动车车流和非机动车车流产生的交织和冲突 f i g u r e2 - 1t h er i g h t - t u r nm o v e m e n ta n dn o n m o t o r i z e dv e h i c l ew e a v ea n dc o n f l i c tz o n el o c a t i o n s 吉林大学交通学院的曲昭伟，周立军等人对城市信号交叉口自行车到达和释放的规律 进行了研究，建立了交叉口自行车到达和释放的模型，同时对自行车释放的速度、以及自 行车的饱和流率进行了研究，并且对信号交叉口自行车流的交通特性形成的原因进行了分 析【l9 1 。 2 1 3 小结 国内外的一些研究虽然都对交叉口的机非冲突进行了分析，一部分是定量研究，一部 分是定性研究。但是，国外由于自行车交通量很少，因此研究的交叉口的自行车交通特征 与我国的实际情况存在明显不同，其研究成果不适合于我国大量的自行车流交通。而国内 的研究目前大都基于h c m 2 0 0 0 对自行车的研究方法，也就是通过研究自行车在冲突区时 间占有率来分析自行车对转弯车辆的干扰。且已有的对交叉口机动车饱和流率研究成果大 都没有考虑我国信号交叉口自行车自身行驶的特性。 2 2 国内外关于交叉口混合交通控制的研究 2 2 1 国外的研究现状 国外对信号交叉口交通控制和组织方面的研究始于上个世纪五十年代。j o s e p ha b a l l 【刎以使排队长度或等待时间最小为目标函数，针对单个交叉口提出了反馈管理方法的设 北京 二业大学工学硕：j 二学位论文 计，他们所提出的反馈控制运算法则有利于解决双相位的信号控制问题。而对于混合交通 控制方面，由于国外混合交通冲突不十分突出，因此相关研究较少。 d e a nt a y l o r 和w j e f f r e yd a v i s 在自行车交通管控和设施设计的基础研究回顾中简述 了自行车在信号交叉口的组织措施【2 i 】。 d e a nt a y l o r 和h a n im a h m a s s a n i 对混行条件下骑自行车的人和驾驶员需要的信号灯的 清空时间作了一定的研究，通过调查自行车的车速、加速度以及减速度等，研究了自行车 以及机动车在信号交叉口安全的清空时间，并且提出了在交叉口行驶的机动车需要与自行 车保持一定的距离，才能够正常行驶【2 2 1 。 t i m o t h y 和g o k e t c h 在考虑非机动车情况下新的模型研究中，提到了考虑自行车条 件下信号交叉1 ：3 的管理措施【2 引。 2 2 2 国内的研究现状 杨紫松在他的硕士论文信号交叉口自行车交通组织方法研究中，通过研究了信号 交叉口自行车交通流的特性，以及交叉口机非混合交通流相关性的等，分析出了三种自行 车交通的组织方法，分别是非机动车停车线提前法、两次绿灯法以及设置自行车左转专用 相位的方法，他通过研究自行车通过交叉口的速度、加速度等，得到了这三种自行车交通 组织方法的设置依据以及相关参数，并且分析了三种方法的优缺剧2 4 1 。 王国华也在他的硕士论文信号控制交叉口混合交通流特性研究中，探讨了自行车 交通的控制方法，他通过分析混合交通的交通特性，研究了两相位信号控制交叉口和四相 位信号控制交叉1 ：3 机非冲突的解决方案【2 5 1 。 路峰等【2 6 】通过研究全国大中城市混合交通流的特点，在混合交通放行方法比较研究中 提出了3 种模式，分别为非机动车禁驶区模式、时空分离模式、非机动车按相位放行模式， 对比了各自的适用情形和实施的前提条件，并且研究了平交交叉口放行方案的工作程序。 景春光、王殿海【27 l 在交叉1 ：3 混合冲突分析与处理方法研究中，分析了机动车、自行车 和行人的冲突，研究了冲突对交叉口通行能力的影响，并且分别对两相位和四相位信号交 叉口提出了机非冲突解决方案，并给出了适用条件。 2 2 3 小结 国外对机非混行交叉口的交通控制以及组织方法，在中国不能得到广泛的应用，其主 要原因有两个：一是发达国家的自行车流量比较小，且自行车在发达国家不会作为主要的 交通工具，而是作为健身、娱乐的工具；二是发达国家无论路段还是交叉口，自行车流量 都较低2 引，自行车在流量和交通特性上与中国存在很大的差异，因此不应该一味的解用国 外的研究的控制方法来控制中国的交叉口，应该从中国混合交通自身的特点来研究自行车 第2 章文献综述 皇曼! ! 舅i 一一 一一；i 一二i ；i i ； i i 曼曼曼曼! ! 曼曼曼! 曼! ! ! ! ! ! ! 曼! ! ! 曼曼! 交通的控制方法。 2 3 结论 国外的关于混合交通的研究大多根据本国实际的交通状况进行的研究，而中国的混合 交通有自身的特点，比如流量较大，容易在交叉口聚集等，因此在研究中国交叉口混合交 通时，需要结合中国混合交通的特色，有选择的借鉴国外的一些研究方法。本文就是从自 行车在信号交叉口的交通特性入手来分析自行车与机动车的冲突，得到自行车对转弯车辆 饱和流率的影响系数，从而分析h c m 算法在中国交叉口的适用性。并且结合自行车通过 交叉口的特点，研究交叉口自行车交通的控制方法。 北京t 业大学工学硕一f 二学位论文 第3 章自行车的交通特性 3 1 自行车交通基本特性 自行车在道路运动时与机动车的特性差异很大，自行车基本的交通特性有： ( 1 ) 成群性 成群性是自行车和机动车之间的最大的区别，机动车一般是在各自的车道内排队行 驶，没有成群性的特点，而对于自行车，常常是成群结队的骑行，且红灯期间自行车在交 叉口停车线大量聚集，绿灯启亮后自行车会成群地涌迸交叉口内，短时间内进入的大量自 行车会给机动车的通行带来很大的影响。 ( 2 ) 摇摆性 自行车是两轮的交通工具，自行车轮胎与地面接触面积仅为2 0 4 0 c m 2 ，由于无任何防 护设施，因此骑车人必须随时调整重心，以维持运动中的平衡2 9 1 ，这样会使得车辆横向摇 摆，且容易偏离自身的骑行轨迹。当人骑着自行车前进时，由于动态平衡的保持，自行车 会一直前进不致倾倒，即使受到较小的障碍物或外力干扰也会继续前进，自行车能抵制外 力而保持继续前进的特性称为行驶的稳定性。根据骑车人调整平衡过程中人体中心线和自 行车中心线的相互位置，自行车运动中的平衡可以分为中心平衡、外倾平衡和内倾平衡三 种【3 0 】。 ( 3 ) 多变性 由于自行车体积较小，机动灵活，易于转向、加速或减速，而且骑行人差异较大，因 而自行车的速度和方向变化较大，在道路上常呈散点分布。但是自行车主要靠人体提供的 动力行驶，因此自行车的加速度和减速度变化一般较为柔和。 3 2 自行车通过交叉口的交通特性 3 2 1 自行车在红灯期间的交通特性 在红灯期间，到交叉口的自行车在会在交叉口入口处大量聚集，首先，自行车不会像 机动车一样排队等候绿灯，而是会以集团式聚集在入口处等待；其次，在没有交通协管员 的交叉口，由于执法力度不严等问题，自行车一般不会在交管部门设置的停车线内等待通 行，而是一般会在与机动车的冲突区前面等候绿灯放行，如果交叉口没有设置右转专用相 位，右转机动车可以在红灯期间通过交叉口，那么自行车一般都会在与右转机动车的冲突 区前面等侯放行；如果右转机动车在红灯期间不能通行，那么自行车一般会在与正在通行 的直行车的冲突区前等候。 第3 章自行卞的交通特性 ii| i imi l li i 3 2 2 自行车在绿灯期间的交通特性 当绿灯启亮后，与机动车以排队形式通过交叉口的情况不同，红灯期间聚集在交叉口 的自行车会在短时间内以自行车群的形式释放，这时自行车群内自行车密度很大，自行车 在自行车群内受到彼此的约束，此时自行车以高密度、低自由度的自行车群方式通过交叉 口。而当自行车群通过后，在接下来的绿灯时间自行车会随机到达并且自由通过交叉口。 此时自行车之间基本没有相互影响，自行车以低密度、高自由度的随机形式通过( 如图 3 一1 ) 。因此自行车在绿灯期间通过交叉口分为很明显的两个阶段，第一个阶段是自行车以 高密度的自行车群的形态通过交叉口，第二个阶段是低密度高自由度的随机到达的自行车 自由的通过交叉口。 图3 - 1 怀柔区会议中心路口非机动车5 s 间隔时间序列图 f i g u r e3 - 15s e ci n t e r v a lt i m es e r i e sf i g u r eo f b i c y c l e si nh u a i r o uc o n f e r e n c ec e n t e ri n t e r s e c t i o n 需要说明的是，当自行车在绿灯期间通过交叉口时，右转自行车不会对机动车产生干 扰，而左转自行车一般都采取两次过街的方式通过交叉口，即采用两次直行的方法通过交 叉口，如图3 。2 所示，因此本文在研究自行车相关特性以及自行车对转弯机动车的冲突时， 把左转自行车作为直行自行车来研究。 北京工业大学丁学硕一j 二学位论文 第 次 过 街 左转自行车通过 两次直行完成左转 图3 2 左转自行车完成左转示意图 f i g u r e3 - 2s k e t c hm a po fb i c y c l e sm a k i n gl e f tt u r n 3 3 自行车交通流特征参数 自行车交通流特征参数是自行车交通的重要特性之一，是建立混合交通微观模型、进 行交通信号控制参数设计的基本理论依据。机动车交通流的统计参数主要包括车辆到达、 车速和车头时距。车辆到达属于离散型分布，车速和车头时距属于连续型分布。本文主要 研究自行车到达以及自行车车头时距的统计分布规律。 3 3 1 自行车到达规律 在一定的时间间隔内到达的车辆数或在一定路段上分布的车辆数是随机数，这类随机 数的统计规律可以用离散型分布来描述【3 。交叉1 3 自行车的到达具有某种程度的随机性， 因此可以用离散型分布可对其进行描述【3 2 】交叉1 3 自行车的到达规律反映在一定时间间隔 内到达交叉口的自行车数量所服从的规律，一般用数学模型抽象表现。通过对北京若干路 口自行车到达进行的泊松分布的假设检验，发现在没有干扰因素的情况下，自行车的到达 符合泊松分布( 见附录) 。 第3 章自行车的交通特性 3 3 2 自行车车头时距的分布规律 自行车车头时距的分布规律属于连续分布，自行车流在行驶过程中没有车道的概念， 行驶时经常相互穿插，比较杂乱，且自行车经常并排行驶，很难精确获得车头时距的数值， 但是，一般来说自行车到达符合泊松分布时，自行车车头时距分布规律属于负指数分布。 北京 二业大学工学硕j i ：学位论文 第4 章自行车对转弯机动车饱和流率的影响研究 在交叉口，直行车的路权要大于转弯车辆，因此，转弯车辆需要遵循转弯让直行的规 定，在通过交叉口时，需要避让直行通过的自行车。本研究把通过交叉口的自行车分为两 个阶段，分别考虑转弯机动车与两个阶段自行车的冲突来计算自行车队转弯机动车饱和流 率的影响系数，由于本研究没有考虑行人对转弯机动车的影响，因此，把h c m 算法中自 行车和行人对右转机动车饱和流率影响系数f r 小拆分为行人对右转机动车饱和流率影响系 数f r ，和自行车对右转机动车饱和流率影响系数f r b 那么f r 妒f r p f r b ，行人对右转机动车饱 和流率影响系数计算方法仍然使用h c m 中的方法，本文主要研究自行车对转弯机动车的 饱和流率的影响系数，同理，将行车和行人对左转机动车饱和流率影响系数f l 。拆分为f l p 和也，那么址“轧。 4 1 自行车对右转机动车饱和流率影响的研究 根据自行车在绿灯期间的释放规律，绿灯期间自行车通过交叉口存在两个阶段，第一 阶段是红灯期间聚集等待的自行车以高密度、低自由度的自行车群方式通过，第二阶段是 随机到达的自行车以低密度、高自由度的随机形式通过。右转机动车在转弯时可能会与处 于其中一种阶段的自行车向冲突。这两个阶段自行车与右转机动车的冲突机理是不相同 的，因此，需要分两种情况来分自行车车对右转机动车的冲突。 4 1 1 第一阶段冲突分析 交叉口绿灯初期，由于红灯而聚集在进口内的自行车以自行车群的形式释放，会与右 转机动车产生冲突，此时自行车密度大，自由度小。从自行车占有道路面积入手进行分析， 加拿大n a v i n t 3 3 】经过研究提出当单辆自行车占道路面积小于3m 2 ，单辆自行车基本没有机 动性。经过对北京多个路口进行观测，在绿灯初期，单辆自行车在自行车群内占有道路面 积基本小于3r n 2 ，因此定义占有道路面积小于3 m 2 的一系列自行车组成为一个自行车群， 并且以机动车为标准设定机非冲突区，如图4 1 所示。图中右下角阴影区域为直行自行车与 右转机动车的机非冲突区，定义冲突区的长度为标准小汽车的长度( 5 米) 加上一段安全 距离( 一般为0 6 米) 【3 4 1 ，宽度在本研究中不作考虑，那么自行车和右转机动车的冲突便体 现在冲突区内的自行车对右转机动车的干扰。且由于冲突区距离自行车和右转车停车点较 近，自行车和右转车到达冲突区的时间可以忽略。 第4 章自行车对转弯机动车饱和流牢的影响研究 曼曼曼! ! 苎i i i i 一：i iii iii i 曼! 曼! 曼蔓 图4 一l 自行车与转弯车辆的冲突区 f i g u r e4 - 1b i c y c l e sa n dt u r n i n gv e h i c l e sc o n f l i c tz o n el o c a t i o n 第一阶段使用自行车在冲突区时间占有率方法来计算修正系数。时间占有率方法是 h c m 2 0 0 0 中分析自行车对右转机动车饱和流率影响使用的方法，该方法划定一定大小的 冲突区域，并假设当自行车占有该冲突区域时，机动车无法通过该冲突区，通过研究自行 车在冲突区的时间占有率来分析自行车对右转机动车饱和流率的影响。自行车的时间占有 率就是一个时间段内，释放自行车群从车头进入冲突区到车尾驶出冲突区的累计时间在这 段时间段内所占的比例。通过大量观测发现，从自行车群通过冲突区到第一辆随机到达的 自行车到达交叉口之间存在着一定的时间差，转弯车辆可以利用这段时间通过交叉口。在 本研究中，这段时间归为第一阶段。 设自行车第一阶段的时间为从绿灯开始到自行车群通过后第一辆随机到达的自行车 到达停车线的时间，用t 表示，第一阶段自行车群占有冲突区的时间是第一阶段自行车群 的第一辆车的车头进入冲突区到最后一辆车的车尾离开冲突区的时间，用t 。表示。 t 是与自行车到达率，红灯时间，自行车道宽度等因素相关的参数。第一阶段的自行 车群是由占有道路面积小于3m 2 的一系列自行车组成，假设第一阶段自行车占有道路面积 为3m 2 ，t 可以由公式( 4 1 ) 计算得到。 r ：红灯时间，s t 1 = 、3 3 r 6 。q 。b 。i c + l 。) 代- c + ( 4 - 1 ) 2 3 北京t 业大学丁学硕士学位论文 d ：自行车车道宽度，m l ：自行车与转弯车辆冲突区长度，定义为5 6 m v b i 。：自行车速度，m s t 是从绿灯开始到自行车群通过后第一辆随机到达的自行车到达停车线的时间，t 比t ， 多出的时间就是从第一阶段自行车群最后一辆白行车离开停车线到第一辆随机到达的自 行车到达停车线的时间，与自行车到达率有关，且自行车到达率越大，t 与t 的差值越小， 通过回归分析( 如图4 2 ) ，得到 。瀑警， ，口遂l 三：；j 2 三絮太三；1 6 2 图4 2 自行车流量与t - t i 的回归模型 f i g u r e4 - 2r e g r e s s i o nm o d e lo f b i c y c | ev o l u m ea n dt t l t t t = 1 2 7 4 8 x 3 6 0 0 q b i c 一0 1 6 2 把公式简化为： t - - - t t + 4 5 7 2 q b i e 一0 2 那么自行车在冲突区的时间占有率就是 t o c c b i c = 【 同样借鉴h c m 2 0 0 0 的方法，考虑车道组右转机动车所占比例， 右转机动车饱和流率修正系数是： 氏l = 1 一p r t o c c b i 。 ( 4 2 ) ( 4 - 3 ) ( 4 5 ) 则第一阶段自行车对 ( 4 - 6 ) 第4 章自行车对转弯机动车饱和流牢的影响研究 - - i i iii ii i i i 其中：p 晶是车道组中右转机动车比例 4 1 2 第二阶段冲突分析 在第二阶段，自行车随机到达交叉口。假设自行车到达符合泊松分布，经过对交叉口 采集自行车数据进行假设检验，均接受泊松分布的假设，即第二阶段自行车到达符合泊松 分布，且自行车之间间隙分布符合负指数分布。按照转弯让直行的原则，右转机动车需要 穿越直行自行车的可接受间隙通过交叉口。因此第二阶段采用可接受间隙方法来计算。 根据概率论的原理【3 5 】，可以得到： p k = f ( h ) ：1 - e - 2 h ：e 一旯 t 。+ ( k 一1 ) t f 】( 1 一e 一旯t ) ( 4 - 7 ) 能穿越自行车可接受间隙的右转机动车的交通量为 q r = ( k z = 。k p t ) q b i c - q l b i e e 一- 几2 l t f 。一 ( 4 8 ) k = ol e “ 参数的蒽义为： p k ：第k 辆右转机动车恰能通过自行车间隙的概率 t 。：右转机动车所能穿越自行车的可接受间隙s t ，：右转机动车的随车时距s h ：第k 辆右转机动车恰可以穿过的自行车之间的间隙t o + ( k 一1 ) t f h t o + k t 名：自行车到达率a = 磊q 而b i c q b i 。：自行车交通量b i c y c l e h q r ：右转机动车可能穿越自行车可接受间隙通过的最大交通量，v e h h 下文为了减少公式的长度，利用s o 代替公式中的s 。n f w f o f g f p f a f 叫。 1 ) 对于右转专用车道： 北京工业大学t 学硕十学位论文 s r2 m i n ( s o f r t ，q r 。) ( 4 - 9 ) 参数的意义为： s 。：右转机动车饱和流率， v e h h s o ：基本饱和流率，取1 9 0 0 v e h h l n n ：车道组的车道数 l ：车道宽度修正系数 f h v ：重车修正系数 f | ：进口坡度修正系数 f p ：停车修正系数 ：公交车影响修正系数 ：地区类型修正系数 f 山：车道利用率修正系数 f l r t ：右转车修正系数 f r p ：行人对右转机动车修正系数 如果q r s o f r t ， 则s 。= s 。f r t ，说明在第二阶段，自行车不会影响右转机动车的饱和流率，此时第 二阶段自行车对右转机动车饱和流率修正系数f r h 2 = l 如果q r s 。f r t 则s r = q r ，说明在第二阶段，自行车会影响右转机动车的饱和流率，此时第二阶段 自行车对右转机动车饱和流率修正系数昭丽r i 2 ) 对于共用右转车道： 第4 帝自行车对转弯机动车饱和流率的影响研究 曼! 曼! 曼曼曼! ! ! 皇! ! ! 曼曼! 曼曼曼! ! 曼曼曼曼! ! ! ! ! 曼! ! ! 曼鼍孽i o h i h i i 鼍曼鼍曼曼曼曼 f 0 ：左转车修正系数 ：行人对左转机动车修正系数 p r t ：车道组右转机动车比例 s r 铀i n ( s o f l t 0 f 矗p r t ，q r ) ( 4 l o ) 如果q r ks o f l t 0 f r t p r t 则s 。= s 。f l t 0 f r t p g t ，说明在第二阶段，自行车不会影响右转混行车道中右转机动 车的饱和流率，此时第二阶段自行车对右转机动车饱和流率修正系数f r b 2 = l 如果q r t h ，因此g 。+ t a - t h 是 左转机动车到达冲突区前自行车群占有冲突区的时间。由于之前左转机动车还没有到达冲 突区与自行车冲突，因此计算自行车对冲突区的占有率不计算这一段时间。同时，考虑自 行车从停车线出发到到达左转冲突区有一段时间，而在这段时间内，自行车一般已完成加 速到匀速的过程，因此，假设自行车在左转冲突区作匀速运动，得到 自行车在冲突区的时间占有率是： 。ccb；cl=丽tm-(gq+tn-th) ( 4 - 1 4 ) 其中t i ( 、3 3 6 r 。q o b 五k + l 。) 代j 。 则第一阶段自行车对左转机动车饱和流率修正系数是： 屯l = 1 - p i r o c c b i c e - ( t a q 1 3 枷( 4 一l5 ) 其中：p l t 是车道组左转机动车比例 第4 章自行车对转弯机动车饱和流率的影响研究 曼! ! ! 曼曼曼曼曼! 苎曼曼曼曼曼曼! ! ! 曼! 曼! ! ! ! ! 曼寰曼曼曼! 曼! ! 苎! ! ! 曼量曼! 皇苎i i。! ! ! ! ! ! ! 曼曼! ! 曼蔓曼! 曼曼! 曼! 曼! ! 曼曼! 曼! 曼曼! ! 曼 4 3 2 2 左转机动车与第二阶段释放自行车的冲突 左转机动车需要穿越对向第二阶段自行车的可接受间隙才能通过交叉口。假设此时自 行车到达符合泊松分布、自行车车头时距符合负指数分布，能穿越自行车可接受间隙的左 转机动车的交通量为： q lk 等m 上式中：t l o ：左转机动车所能穿越的可接受间隙，s t u ：左转机动车的随车时距，s 五：自行车到达率五= 3 q 6 b o o l c q b i c ：自行车交通量，b i c y c l e h ； q 。油：对向自行车的交通量，v e h h q 。：左转机动车可能穿越对向自行车通过交叉口的交通量，v e h h 为了减少公式的长度，仍然利用s o 代替公式中的s 。n f w f g f p 气f