（系统分析与集成专业论文）交叉口机非绿信比不同的机非干扰行为分析.pdf

中文摘要 摘要：混合交通流是我国城市交通的基本特征，也是造成城市交通拥堵的主 要原因之一。特别是在平面信号交叉口，同相位不同方向行驶的机动车和自行车 之间产生了大量的干扰，严重影响了交叉口通行能力，同时极大地增加了安全隐 患，给交通管理带来了难以治理的问题。机动车与自行车在交叉口的穿越行为是 探索机非干扰机理的有效工具，但目前国内外对机非干扰的行为研究还比较缺乏， 尚未形成成熟的模型和完善的理论体系。 本论文系统地分析和总结了平面交叉口冲突类型及机非干扰特性。针对同相 位右转机动车和直行自行车运行行为进行实际数据采集和分析，主要研究结论有： ( 1 ) 确定了右转机动车车头时距、穿越交叉口速度等交通流特征参数统计分布、直 行自行车对右转机动车的干扰强度，探讨了右转机动车在平面交叉口的运行模型； ( 2 ) 确定了直行自行车在平面交叉口集结、穿越、消散的流量、速度等交通流基本 参数统计分布规律，定量描述有无右转机动车干扰的自行车红灯违章、集结和绿 灯穿越行为，并结合机动车交通流模型，形成了自行车流的速度、密度、流量关 系式；( 3 ) 通过自行车行为描述和参数分析，构建了平面交叉口基于波动理论的自 行车群集结扩散行为模型。 通过统计分析和行为模型描述，给出机非冲突的相关参数，为平面交叉口的 信号配时和混合交通流速密分析提供参考。 关键词：混合交通流；机非干扰；绿信比；穿越行为；波动理论 a bs t r a c t a b s t r a c t ：m i x e dt r a f f i cf l o w , w h i c hi st h em a i nc h a r a c t e r i s t i co fl a r g ec i t i e si n c h i n a , i sr e g a r d e da so n eo ft h ep r i m a r yr e a s o n sf o rs e r i o u st r a f f i cc o n g e s t i o n i nt h e s i g n a l i z e di n t e r s e c t i o n ，g r e a ti n t e r f e r e n c eo c c u r sb e t w e e nt h eb i c y c l e sa n dm o t o r i z e d v e h i c l e sw h i c ha r ei nt h es a m ep h a s eb u th e a d i n gf o rd i f f e r e n td i r e c t i o n s t h e s e i n t e r f e r e n c e ss e v e r e l yr e d u c et h et r a f f i cc a p a c i t yo ft h ei n t e r s e c t i o n ，d e t e r i o r a t et h e h i d d e nt r o u b l eo nt r a f f i cs a f e t ya n dm a k et h et r a f f i cm a n a g e m e n tv e r yh a r dt ob e i m p l e m e n t e d m o d e l sf o c u s e do nc r o s s i n gb e h a v i o rb e t w e e nv e h i c l e sa n db i c y c l e si s o n eo ft h ep o w e r f u lt o o l sf o rt h es t u d yo nm i x e dt r a f f i c ，r e g a r d l e s st h el a c ko fm a t u r e a n ds o p h i s t i c a t e dm o d e la n dt h er e l a t e dt h e o r e t i c a ls y s t e m t h i sp a p e rs y s t e m a t i c a l l ys u m m a r i z e st h et y p e so fc o n f l i c ta n dt h em e c h a n i s mo f i n t e r f e r e n c eb e t w e e nv e h i c l e sa n db i c y c l e si ns i g n a l i z e di n t e r s e c t i o n f o c u s i n go nt h e c r o s s i n gb e h a v i o ro ft h r o u g hb i c y c l e s ，a n dr i g h t t u r n i n gv e h i c l e si nt h es 锄ed i r e c t i o n ， t h ep a p e rb e g i n sw i t hb a s i cd a t e , u s i n gv i d e oc a m e r at oc o l l e c td a t aa tt y p i c a ls i g n a l i z e d i n t e r s e c t i o ni n b e i j i n g , t h e na n a l y z et h ec o l l e c t e dd a t a t h em a i nc o n t e n t sa n d c o n t r i b u t i o nc o u l db es u m m a r i z e da sf o l l o w s ：( 1 ) t h ed i s t r i b u t i o no fv e h i c l ea r r i v i n g g a p 、c r o s s i n gs p e e da n dt h ei n t e n s i t yo fi n t e r f e r e n c ec a u s i n gb yt h r o u g hb i c y c l e s ；u s i n g t h er e l a t e dt r a f f i cf l o wt h e o r yt ob u i l dt h em o d e l sf o rr i g h t - t u r n i n gv e h i c l e s ( 2 ) f l o wa n d s p e e dd i s t r i b u t i o no ft h r o u g hb i c y c l e sw h e nt h e yc o n c e n t r a t eo rc r o s si nt h ei n t e r s e c t i o n ； d e s c r i b i n gt h eb e h a v i o ro fv i o l a t i n g 、c o n c e n t r a t i v eb i c y c l e sd u r i n gr e dl i g h ta n d c r o s s i n gb i c y c l e sd u r i n gg r e e nl i g h tw h e t h e ru n d e rt h ei n t e r f e r e n c eo fr i g h t t u r n i n g v e h i c l e so rn o ，r e s p e c t i v e l y ；b u i l d i n gr e l a t e dt r a f f i cm o d e l sa m o n g v e l o c i t y 、d e n s i t ya n d f l u xo f b i c y c l e s ( 3 ) a c c o r d i n gt ot h eb e h a v i o rd e s c r i p t i o no fb i c y c l e sa n dt h ea n a l y s i so f r e l a t e dp a r a m e t e r s ，p r o p o s i n gb i c y c l eg r o u pm o d e l sa b o u tc o n c e n t r a t i v ea n dc r o s s i n g c h a r a c t e r i s t i c so f b i c y c l e si nt h ei n t e r s e c t i o nb a s e do nw a v ep r o p a g a t i o nt h e o r y b a s e do nt h es t a t i s t i c a la n a l y s i sa n dd e s c r i p t i o no fb e h a v i o r a lm o d e l s ，s o m e i m p o r t a n tp a r a m e t e r sa b o u tt h ei n t e r f e r e n c eb e t w e e nv e h i c l e sa n db i c y c l e sa r eo b t a i n e d ， w h i c hw i l lp r o v i d ec e r t a i nr e f e r e n c ef o rs i g n a lt i m i n ga n da d v a n c e da n a l y s i so ft h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nv e l o c i t ya n dd e n s i t yi nt h em i x e dt r a f f i c k e y w o r d s ：m i x e dt r a f f i cf l o w ；i n t e r f e r e n c e ；g r e e ns p l i t ；c r o s s i n gb e h a v i o r ；w a v e p r o p a g a t i o nt h e o r y 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名。1 咿蟊 签字r 期： 珧年6 月日 导师签 签字日 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，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交通大学或其他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。 学位做作者签名叶钞露 签字日期 彬6 月j 日 6 0 致谢 本论文的工作是在我的导师张秀媛副教授的悉心指导下完成的。在论文写作 过程中，张老师给予了精心的指导，并提出了大量宝贵意见。两年来张老师无论 是学习上和生活上都给了我莫大的帮助。导师治学严谨、思路开阔、待人温和， 严谨的治学态度和科学的工作方法给了我很大的警醒和启迪。张老师深厚的理论 功底，渊博的学识，独到的学术见解，高尚的品格，不断进取的探索精神以及对 工作的全身心投入，这一切我都会铭记于心。在此衷心感谢这两年来张老师对我 的关心和指导，向导师致以深深的谢意和诚挚的祝福! 在参与科研课题的过程中，系统科学所的高自友教授、赵小梅副教授、孙会 君副教授、贾斌副教授等两年来在学术上给予了我很多的指导和帮助，在此表示 诚挚的敬意! 我在两年多的学习中，实验室的郑剑锋、李新刚师兄给了我很多的指导；在 学习讨论班中，与李秀芳师姐、李伟师姐、赵路敏师姐、王远回同学的学术交流 和讨论给予了我思路的启发；在论文的撰写过程中，单庆超、张颖、李茜、张庆 元等同学对我论文中的数据采集、仿真验证等研究工作给予了热情帮助；在平时 的生活中，董秀、孙凌燕、陈涛等同学给了我精神上的莫大鼓励和支持，同窗情 深，在此向他们表达我的感激之情。 论文的完成过程中应用了大量的参考文献，如果没有这些学术上的前辈们的 智慧，我将难以完成这篇论文。在此，特别向所有参考文献的作者和文献的出版 者致以衷心的感谢! 远在他乡求学，家中亲人无微不至的关心和无时不在的亲情使我能够在学校 努力学习，专心完成学业。值此，对他们的鼓励和支持表示最衷心的谢意。 1 引言 1 1 研究背景及意义 交通拥堵是目前我国大城市普遍面临的问题。随着城市化进程的加快，交通 增长与既有道路状况之间的矛盾日益严重，基础设施薄弱，城市道路尤其是平面 交叉口堵塞严重，极大地影响了社会生活秩序，引起事故率上升，加剧了环境污 染，由此引发的直接和间接经济损失巨大。据中国社科院数量经济与技术研究所 测算，北京市2 0 0 7 年因为堵车造成的社会成本达到每天4 0 0 0 万元，相当于每年 1 4 6 亿元，全国一年因交通拥堵造成的损失约1 7 0 0 亿元i lj 。因此交通拥堵严重阻 碍了我国城市社会、经济与环境的健康发展，成为社会和公众关注的热点问题。 由机动车、非机动车和行人组成的混合交通是城市交通拥堵的重要原因之一。 随着我国城市机动化进程的不断加快，城市机动车( 尤其是私人汽车) 的拥有量 快速增加。2 0 0 0 年以来，北京市机动车的年均增加速度超过1 0 ，到2 0 0 4 年7 月，全市机动车保有量已达到2 2 2 万辆，其中私人机动车人保有量达1 4 8 万辆。 与此同时，非机动车虽然随着社会的发展有所降低，但仍拥有庞大的保有量，2 0 0 7 年底北京市的自行车拥有量约为1 3 0 0 万辆【2 】。自行车交通作为我国目前城市客运 交通的主要出行方式之一，将继续作为客运交通主体而长时间存在。因此，机动 车与自行车组成的混合交通流仍将是我国城市交通的显著特点。 作为城市交通的瓶颈，平面交叉口内的机非混行现象尤为突出。机动车与非 机动车由于各自驾驶行为、运行速度等基本特征的不同，造成了平面交叉口的干 扰与冲突增多。混合交通环境下机动车和自行车对交叉口时空资源的争夺，不可 避免的造成了它们在交叉口的相互干扰。机非干扰一方面增加了交通事故隐患， 另一方面又降低了交叉口的通行能力。本论文研究目的就是在对混合交通流机非 干扰特性调查的基础上，研究机非绿灯周期不同的交叉口内机非干扰机理及其对 车辆运行行为的影响，为更全面地了解信号交叉口混合交通流运行特性和建立交 叉口相关混合交通流微观模型提供一定的参考。 利用实测数据对混合交通环境下机非干扰机理进行研究，研究结果可以为城 市控制系统的信号配时提供一定的理论参考，这对于提高城市交通管理效果具有 一定的现实意义。此外，混合交通中的机非干扰理论一直是交通工程领域研究的 薄弱环节，而我国具有研究混合交通的最佳试验环境和最佳应用环境，对上述问 题深入研究，其研究结果具有一定的理论意义。 1 2国内外研究现状 国内外对机动车交通流的研究已经比较成熟了，而混合交通中的机非干扰机 理以及自行车交通流特性一直是交通工程领域研究的薄弱环节，相关研究成果还 不能满足城市交通管理对相关理论的需求，本文从以下两个方面分别加以说明。 1 2 1混合交通流机非冲突研究现状 国外的道路交通主要以机动车为主，自行车很少，混合交通引发的问题不多， 因此对于机动车与自行车干扰的研究较少。相关研究成果有：a l l e n 通过对美国一 些城市自行车的调查，分析了自行车对有信号交叉口通行能力的影响，论文提出 用自行车通行利用率对能力进行计算。研究结果表明：考虑自行车流量后，机动 车交叉口饱和流率明显低于美国公路通行能力手册建议的水平。研究了无干扰条 件下单位宽度自行车道的通行能力和服务水平【3 】；自行车交通第二版定性分析 了流量不大的情况下自行车对道路机动车流的影响和道路几何设计理念【4 1 ；p u t m a n 在对实际调查数据分析的基础上，利用回归分析的方法研究了车道宽度、是否存 在自行车专用道、相邻车道流量等因素对自行车运行的影响【5 1 ；h c m ( 2 0 0 0 版) 给 出了干扰环境下( 包括信号交叉口和无信号交叉口) 自行车通行能力和服务水平 的分析方法【6 1 。 国内的交通学者在借鉴国外研究成果的基础上，结合我国的交通特征，对混 合交通条件下交叉口的通行能力问题进行了大量的研究，并取得了许多有价值的 成果。如关宏志运用交通波理论和交通动力学理论建立了基于路段机非混和交通 流模型用于分析路段上自行车对机动车的干扰【_ 卜8 】；罗晓辉通过分析自行车在路段 和交叉口的行驶特点提出了治理混合交通的一些原则【9 】；景天然研究了设置机非隔 离设施的效梨1 0 l ；杨晓光对混合交通信号相位切换进行了评价，给出了相位变化 的确定方法与数学模型】；孙湘海对信号交叉口自行车通行能力进行了研究，提 出了一些改进混合交通条件下交叉口通行秩序的措施【1 2 】；l i n 等人用数学分析方法 研究了混合交通环境下自行车对巴士通行能力的影响【b 】；李、毛回顾了国内关于 自行车对道路交叉口通行能力影响的研究，分析了在我国自行车流量较大条件下 各种方法的特点及问题，研究了我国非机动车比例较大的混合交通环境的基本特 点，提出了有信号平面交叉口非机动车对通行能力的影响及相应的计算模型，并 进行了简要分析【1 4 1 ；高、刘、周以通行能力分析为基础，通过对车辆换算系数理 论的分析，提出了车辆换算系数的准确概念，即在特定的道路条件以及交通组成 条件下，所有非标准车相当于标准车对交通流流量影响的当量值，并在此定义的 2 基础上，确定了车头时距的s v e 算法【1 5 】；刘红提出了一些提高混合交通条件下交 叉口通行能力的措施1 1 6 1 。以上研究成果对于提高混合交通条件下交叉口通行能力、 降低车辆延误等具有一定的参考价值。 总的来说，上述研究成果在一定程度上推动了混合交通理论发展，但是对于 建立混合交通流体系，指导建立混合交通的规范化地管理模式还不够，还需要开 展大量地、更深入地、更微观地研究。 1 2 2自行车交通流特性研究现状 自行车交通流特性主要是指自行车骑行时的动态特性，包括自行车的加速、 减速特性，自行车出行的时空分布特征，自行车的速度、密度、流量三者间的关 系等。自行车交通流特性是研究自行车交通流的理论基础。 随着近年来人们对交通环境问题的重视，自行车作为一种经济、环保、健康 的运输方式，其利用率有所上升，国外有许多专家对此进行了研究。如s m i t h 和 o 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以及自行车穿越单向机动车 流的接受间隙分布【l 卜1 8 1 ；b o t m a 和p a p e n d r e e h t 建立了自行车排队长度与平均速度 的关系【1 9 】：r i c e 和r o l a n d 根据大量试验数据测定了自行车的制动距离和车速、制 动类型、骑车人体重等的关系【2 叫；p e i n 测定了不同环境下自行车的加速减速度分 布和转弯半径等参数【2 卜2 2 】；p i e t 根据荷兰的自行车统计数据分析自行车流的出行人 数、出行时间、行车里程等变量之间的关系【2 3 j ；w i n a ir a k s u n t o m 和s a r o s hk h a n 通过对美国丹佛市自行车流进行实测统计，认为自行车的速度主要受自行车本身 速度、车头距、与前车之间的速度差三个因素的影响【2 卅；t a y l o r 通过试验研究了 最佳的自行车减速度，并指出在不同条件下自行车制动减速度极限值，同时通过 试验验证了加速度到正常行驶时的加速度值【2 5 】；另外一些研究认为：当行人流量 比较大时，自行车对交叉口能力的影响很小，即行人与自行车对交叉口能力的影 响是相互关联的1 2 6 j 。 在国内，对自行车交通流特性开展的研究有：彭锐对自行车交通流理论进行 了深入的研究，在借鉴机动车交通流理论的建立方法上，根据自行车交通流的特 征，应用流体动力学等理论，建立起自行车交通的车流模型、流体力学模型、波 动模型以及车队散步模型等，并用来推导自行车在路段上的通行能力以及自行车 在交叉口上的饱和流量、延误等使用公式，构成了一个相对完整的自行车宏观理 论体系【2 7 】；刘东对交叉口自行车交通流的排队密度、行驶速度以及自行车与机动 车的冲突进行了定性分析【2 8 2 9 】；钱大琳通过分析机非物理隔离的自行车路段数据， 探讨了自行车的到达特性【3 0 】；吴建平、黄玲等利用视频采集技术和数据分析技术 3 来收集和分析信号交叉口自行车的行为，得到了信号交叉口自行车的各种微观行 为参数特征和基础行为模型【3 l 】；孙明正、杨晓光在分析大量实测数据的基础上， 对信号控制交叉口自行车交通流的运行特征进行分析，建立自行车交通流的相关 模型【3 列；曲昭伟、周立军在交通调查的基础上，利用数理统计方法分析城市信号 交叉口自行车的到达与释放规律，提出城市信号交叉口自行车到达分布模型，对 城市信号交叉口自行车自行车流的释放饱和流率、释放速度进行标定，并对信号 交叉口自行车流的交通特征形成原因进行分析【3 3 】；周溪召对非机动车道的时空饱 和度进行了研究，得出了高峰时段自行车流模型与时间饱和度的计算公式刚；韩 风春对交叉口自行车交通流的排队密度、行驶速度以及自行车与机动车的冲突进 行了定性分析【3 习；北京工业大学交通工程教研室对自行车通过交叉口的状况做了 详细的考察，把自行车通过交叉口的过程抽象为一个可压缩的流体模型，推导出 了一个自行车在交叉口的通行能力计算公式【3 6 1 。 总的来看，发达国家由于自行车比例较小，交通状况与我国差异较大，路上 出现的常常是零散的几辆自行车，不会出现像中国一些城市中出现的大批量自行 车流动现象 3 7 - 3 8 】，因此对自行车交通流特征的研究只局限于单个自行车个体，未 对自行车群体影响的自行车行为进行研究，所以发达国家的很多结论并不能直接 用于我国的交通管理与实践，必须根据我国的道路交通状况对其进行检验和修正。 而国内的专家学者对自行车群速度、密度和流量三者间关系的研究还不多。同时， 由于上述研究具有一定的地域性，比如大多数都是基于机非物理隔离的路段数据 进行的分析，对于机非物理不隔离的路口的自行车行为研究还不够，因而其结论 的通用性受到一定的限制。 4 1 3论文研究的内容、技术路线 1 3 1论文研究的主要内容 本文在总结平面交叉口混合交通流冲突特性的基础上，明确研究混合交通流 机非干扰特性的重要性。然后以右转机动车与同向直行自行车的干扰为研究对象， 选定路口，运用视频采集技术提取相关混合交通流数据，并进行整理和分析机非 混行路口右转机动车和直行自行车的运行参数分布规律。借鉴相关交通流理论， 构建右转机动车与自行车的运行模型。并在此基础上提出平面交叉口混合交通流 的管理控制措施及建议，为提高平面交叉口的通行能力，减少机非干扰，增加安 全度，优化交叉口交通秩序提供一定的依据。 论文的结构安排如下： 第一章，引言阐述论文的研究背景及意义，总结国内外平面交叉口混合交通 流研究现状，概括论文的主要内容、技术路线。 第二章，平面交叉口混合交通流特性分析基于平面交叉口混合交通流冲突特 性分析，明确研究混合交通流机非干扰的重要性。以右转机动车与同向直行自行 车的干扰为研究对象，设计拍摄方案以及数据析取方法。 第三章，平面交叉口右转机动车运行行为分析利用实测数据，研究右转机动 车车头时距和车速的分布规律，定量分析机非绿灯周期不同的平面交叉口内机非 干扰强度；基于平面交叉口右转机动车的穿越特性及机动车相关交通流理论，分 别构建右转机动车自由穿越模型、加减速模型、跟驰模型。 第四章，平面交叉口自行车运行行为分析利用实际观测数据，研究自行车交 通流特征参数统计分布，定量分析机非绿灯周期不同的平面交叉口内有无右转机 动车干扰下的自行车流运行行为，探讨自行车交通流参数模型。 第五章，平面交叉口自行车流波动模型研究从交通流波动理论的角度分析自 行车群的集结和扩散行为，利用实测数据构建自行车群的相关波动模型，从而提 出平面交叉口混合交通流相关交通管理控制措施。 第六章，结论总结论文的研究成果和结论，并做进一步的研究展望。 5 1 3 2论文研究的技术路线 本文采用理论和实际相结合的研究方法，通过对采集数据进行研究分析，探 讨机非绿信比不同的平面交叉口内右转机动车和直行自行车的运行特性。主要的 技术路线如图1 1 所示。 论文选题背景及意义 国内外研究现状 机非绿信比不同的交叉口混合 交通流机非干扰特性分析 混合交通流机非干扰数据采集 平面交叉口右转机动 车特征参数分析 平面交叉口直行自行 车特征参数分析 右转机动车运行模型研究ll 直行自行车运行模型研究 平面交叉口混合交通流 管理控制建议及措施 图1 1论文技术路线流程图 f i g l - 1p r o c e s s i n gf l o wc h a r to f r e s e a r c h 6 2 平面交叉口混合交通流特性分析 作为城市交通的瓶颈，平面交叉口内车辆和行人、机动车与机动车、机动车 与非机动车之间产生许多汇合点、交织点和冲突点，相互干扰严重。本章在总结 平面交叉口交通冲突特性的基础上，明确研究机动车与非机动车的冲突特性的重 要性，尤其是右转机动车与直行自行车冲突特性。并选定路口，设计拍摄方案， 提取混合交通流机非干扰数据。 2 1平面交叉口冲突点类型及分布 2 1 1平面交叉口冲突点类型 在平面交叉口，各种车流和人流汇集、分散、相互交织，呈现出三种不同的 交通流现象，即交叉现象、分流现象和合流现象，从而形成了三种冲突点类型： 分流点、合流点和交叉点。 分流点是指一条交通流线分为两条交通流线的地点，如图2 1 。分流点处车辆 可能出现尾部擦撞。 j ljl 厂 图2 1分流点图2 - 2 合流点 图2 3交叉点 f i g u r e2 - 1 d i f f l u e n tp o i n t f i g u r e2 - 2 c o n f l u e n tp o i n t f i g u r e2 - 3 c r o s sp o i l l t 合流点是指来自不同方向的交通流线以较小的角度合为一条交通流线的地 点，如图2 2 。对于已过交叉口的转向车流，要与横向的直行车流汇合在一起，驶 离交叉口，车流产生一个交汇点。在车流密度较稀时，转向车辆可以顺利地汇入 直行车流。当直行车流的密度很密时，尤其是在快速路上，转向车辆难以汇入直 行车流，就需要有较长、较宽的交汇路段行驶。否则，转向车辆强行插入，会造 成直行车流紧急制动，迫使其后面的车辆被动减速，降低交叉口的通行能力。 交叉冲突点是指来自不同方向的交通流线以较大角度相互交叉的地点，如图 7 2 3 。在无信号控制的交叉口内，某一进口道的直行车流或左转车流与另一进口道 的直行车流在时空上不能错开，会产生冲突点。由于它们在流向上是相互垂直的， 或逆向对流的，所以相互干扰的严重程度超过合流点和分流点。 在交叉口内，影响冲突点的因素主要有交叉口相交道路条数和信号控制，而 十字交叉路口是道路交叉口的主要形式，以下分析信号控制对十字交叉口冲突点 数量和分布的影响。 2 1 2 有无信号控制平面交叉口冲突点分布 在平面交叉口内设置交通信号，可以从时间上分离通过交叉口的车辆，所以 无信号交叉口和有信号交叉口的冲突点数量和分布具有明显的差异。 交通工程【3 明中给出，无信号十字交叉口各类冲突点的数量及分布如表2 1 和 图2 4 所示。 表2 1无信号控制标准十字路口机动车、非机动车、行人冲突点统计表 冲突类型交叉点合流点分流点小计总计 机机 1 61 6 1 2 8 个 机非5 6887 2其中：交叉点1 0 4 个 机行88 合流点1 2 个 非非 1 6 44 2 4 分流点1 2 个 非行 88 _ 一 巍d 耻毫x 冲囊点 tl 卜孽变夏冲突赢 h i 空蔓冲奄点 o - - g 交蔓冲突点 i f l 事前童l 糗赢 t、 、 + 么 、b 一弋力 一一 、趣 漆 夕 乒7 一 i 咚 一：，衫髟 一，”吨厂v 、 广 。气歹 k 、 、 f 厂 ) - 1r 1 图2 4 无信号控制路口冲突点分布图 f i g n r e 2 - 4c o n f l i c tp o i n t so fi n t e r s e c t i o nw i t h o u ts i g n a lc o n t r o l 信号控制交叉口与无信号灯控制的平面交叉口相比，冲突点数要少得多。表 8 2 2 和图2 5 分别给出了标准两相位信号控制平面交叉路口冲突点数量及分布图。 从图2 4 和图2 5 可以看出，采用信号控制可以有效地减少各类冲突点个数，且相 位设置越多，冲突点数就越少，如表2 3 给出的四相位信号控制交叉口各类冲突点 分布。 表2 - 2 两相位信号控制标准十字路口机动车、非机动车、行人冲突点统计表 t a b l e2 - 2s t a t o fc o n f l i c tp o i n to fi n t e r s e c t i o nw i t ht w op h a s ec o n t r o l 冲突类型交叉点合流点分流点小计总计 机机24283 8 个 机非1 41 4其中：交叉点2 6 个 机行 44合流点8 个 非非 2428分流点4 个 非行 44 | 血 h i 巍一皱x 冲囊直 - 一 。机一蒜变x 冲突点 | 么广 机_ 聿i 盘x 肆囊矗 1 一r儿 l 。棼普空置冲突点 霄一舒文王冲突点 一 烈二 少、 、 备囊空甥挎突矗 一 一一力、一” 夕，夕少一 ，i 。 一 八! f 一 一 、。一皤 ? ， 、 、 ， 厂 ￥； ， 挂：禽# 机动章、 i 舒 信号搜誓 。呻，”一 l ； i 图2 5 两相位信号控制路口冲突点分布图 f i g u r e 2 - 5c o n f l i c tp o i n t so fi n t e r s e c t i o nw i t ht w op h a s e sc o n t r o l 表2 3 四相位信号控制标准十字路口机动车、非机动车、行人冲突点统计表 t a b l e2 3s t a t o fc o n f l i c tp o i n to fi n t e r s e c t i o nw i t hf o u rp h a s ec o n t r o l 冲突类型交叉点合流点分流点小计总计 机机 44 82 8 个 机非 44 其中：交叉点1 2 个 机行 4 4合流点8 个 非一非 448 分流点8 个 非行 44 从表2 - 1 、表2 - 2 和表2 3 可以看出，在各类冲突类型中，机动车与非机动车 9 的冲突数量居于首位，所以有必要研究信号控制交叉口机非冲突特性。 2 2信号控制交叉口机非冲突分析 机动车与自行车的混行是造成交叉口内秩序混乱的重要原因之一，为了提高 交叉口的通行能力，需要对机动车和非机动车在交叉口的冲突现象进行研究。 2 2 1信号控制交叉口机非冲突点分布 城市平面交叉口通常采用两相位、三相位和四相位的信号控制，本文重点研 究同相位机非干扰特性。下面就用两相位和三相位信号控制交叉口为例说明机非 冲突点分布情况。图2 - 6 和图2 7 分别表示典型的两相位和单设左转相位( 三相制) 信号控制十字交叉口的机非冲突示意图【3 9 1 。 纠、 一1 一一 一，f - l功巧订飘垃。n 卸砸巩霉 一一非帆动车瑶打轨蔗一一l 机动车运拧辘蔗 帆非冲突点 帆丰，r 霄点 图2 6 两相位信号交叉口机1 f 冲突点分布图图2 7 三相位信号交义口机非冲突点分布图 f i g u r e 2 - 6 c o n f l i c tp o i n t sa b o u tv e h i c l ea n d f i g u r e 2 - 7 c o n f l i c tp o i n t sa b o u tv e h i c l ea n d b i c y c l ei nt w op h a s ec o n t r o li n t e r s e c t i o nb i c y c l ei nt h r e ep h a s ec o n t r o li n t e r s e c t i o n 从图2 6 和图2 7 可以看出，典型两相位信号交叉口各类机非冲突点有1 4 个， 其中由右转机动车和自行车引起的冲突点就有6 个；而当增设左转相位后，机非 冲突点由两相位的1 4 个减为8 个，其中5 个冲突点是由右转机动车与自行车冲突 引起的。 而采用四相位信号控制，交叉口内直行、左转、右转车流都实现了时间上的 分离，机非冲突点由三相位的8 个降为4 个，且都由右转车辆与自行车冲突造成。 2 2 2 右转机动车与自行车冲突特性分析 根据右转机动车的控制方式，右转机动车与自行车的交通冲突行为可以分两 1 0 种情况讨论： 1 ) 无右转机动车专用道 这种交叉口机动车的车流较少，右转机动车的数量也相对较少。由于没有设 立右转机动车专用道，右转机动车与直行车流使用相同的路段，与自行车交叉、 交汇的冲突较少。 2 ) 设立右转机动车专用道 在机动车流量相对较大，右转机动车也相对较多的平面交叉口，设置右转机 动车专用道。当对右转机动车设置控制信号灯时，可以消除右转机动车与其他车 流的冲突，但会增加右转机动车的交通延误；当没有设置右转机动车控制信号灯 时，右转机动车与其他方向的车流发生交通冲突。 这里重点分析第二种右转机动车与直行自行车冲突行为，根据实际录像观测， 右转机动车与自行车的干扰类型有如下四种，如图2 8 。 同口 川 i l 直f 与右 宇 + 一 代表右转机动车流向一一代衰自行车流向 图2 8 右转机动车与自行车冲突示意图 f i g u r e 2 8 c o n f l i c t sb e t w e e nr i g h t - t u r n i n gv e h i c l ea n db i c y c l e 在这四种冲突中由于左转自行车通过路口时一般需要二次等待，与同口和右 口的直行自行车合流，一起通过路口。这使得冲突类型可以减少为直行自行车与 右转机动车这一冲突类型。研究右转机动车与同口直行自行车的冲突行为具有一 定的现实意义。 2 3 信号控制交叉口机非绿信比差异分析 不同信号周期的平面交叉口，机非绿信比存在一定的差异，以下分别选取北 京市的展览路交叉口、万通交叉口以及知春里交叉口的信号配时为例说明不同相 位信号交叉口机非绿信比的设置特性。 展览路交叉口为两相位信号交叉口，东西向和南北向的信号灯都只设有一个 绿灯相位，且还设有专门的自行车信号灯和行人信号灯，自行车信号灯与行人信 号灯的设置完全一致，交叉口的信号配时见图2 9 。 从图2 - 9 可以看出，展览路交叉口信号周期长度为1 2 0 s ，机非绿灯周期相差 5 s ，说明该路口机非绿信比基本一致，绿灯损失时间较少，自行车违章穿越的时间 犍 矿 机 一r 行机 间隙小。 东西向机动车 南北向机动车 东西向自行车 南北向自行车 g 2 8 0 s3 s r = 5 5 s 2 s 3 s r = 8 0 s 2 sg = 5 5 5 z s 图2 9 展览路交义口信号灯配时图 f i g u r e2 - 9 d i s t r i b u t i o no fs i g n a lt i m ei nz h a n l a n l ui n t e r s e c t i o n 万通交叉口信号灯设置为三相位，即东西向信号灯有专门的直行绿灯和左转 绿灯时间，而南北向的信号灯则只有一个绿灯相位。此外，还设有专门的自行车 信号灯和行人信号灯，自行车信号灯与行人信号灯的设置完全一致，但与机动车 信号灯的设置不同。交叉口的信号配时见图2 1 0 。 从图2 1 0 可以看出，万通交叉口的信号周期长度为1 3 0 s ，东西向机非绿灯周 期相差2 4 s ，南北向机非绿灯周期相差5 s ，即设置左转相位后，增加了东西向的机 非绿信比差异，绿灯损失时间较长，导致该方向的自行车流违章穿越严重，增加 了与同向右转机动车的机非冲突。 东西向机动车 南北向机动车 东西向自行车 南北向自行车 g n = 5 5 s 2 sg r , = 2 5 s2 sr = 4 4 s 2 s r = 8 5 s 2 sg = 4 0 5 2 l 图2 1 0 万通交叉口信号灯配时图 f i g u r e2 - 10 d i s t r i b u t i o no f s i g n a lt i m ei nw a n t o n gi n t e r s e c t i o n 知春里交叉口信号灯设置为四相位，即东西向和南北向都设置有专门的直行 绿灯和左转绿灯，此外，交叉口也设有专门的白行车信号灯和行人信号灯，自行 车信号灯与行人信号灯的设置完全一致，但它们与机动车信号的设置不一致，交 叉口的信号配时见图2 1 1 。 南北向机动车 东西向机动车 南北向白行车 东西向自行车 g = 6 0 s 2 s g 左= 3 7 s2 s r = 1 0 4 s2 s ， r - - 9 9 s 2 s g j = 5 9 s 2 s g = 4 3 52 s 图2 1 1知春里路口信号灯配时图 f i g u r e2 - 11 d i s t r i b u t i o no fs i g n a lt i m ei nz h i c h u n l ii n t e r s e c t i o n 1 2 从图2 1 1 可以看出，知春里路口信号周期长度为2 0 5 s ，南北向和东西向机非 绿灯周期都相差7 2 s ，即相位设置越多，信号周期越长，绿灯损失时间越长，机非 绿信比差异也越大，导致自行车的违章穿越现象更为严重，较大程度地增加了直 行自行车与同向右转机动车的冲突概率。为了提高交叉口的通行能力，有必要开 展机非绿信比不同的交叉口内机非干扰机理分析。 2 4混合交通流数据采集 采集混合交通流数据，是进行混合交通流特性研究的基础。采用恰当的数据 采集方法与手段，才能为开展交通流模型研究采集到所需的交通流特征参数，并 为标定和验证仿真模型提供依据。根据混合交通流数据研究的需求和已有设备， 本文采用了视频采集为主，人工采集为辅的数据采集方法。 2 4 1数据采集点的选取 为了研究机非绿信比不同交叉口内右转机动车与直行自行车的干扰行为，最 终选取了机非绿信比相差较大的北京市知春里四相位交叉口。 知春里路口的具体情况介绍如下： 1 ) 交叉口特点：知春罩交叉口是城市主干路与次干路交叉，毗邻四环，属于 典型的四相位十字交叉口，交叉口周围有许多学校、大饭店、超市、便利店、银 行等，吸引大量的车流和人流，机非冲突明显，在交通高峰期有交通协管员进行 协管，但行人和非机动车违章过街现象严重，交通秩序紊乱。交叉口南北向两停 车线间的距离为3 0 米，东西方向两停车线之间的距离为3 8 米。交叉口内有多种 交叉口管理标线，如左转机动车专门等待区域，见图2 1 2 。 2 ) 南北向路段：交叉口南北路段为中关村东路，此干道上共有八个机动车道， 道路两侧又分别设置了一条自行车道和右转机动车专用道，两道之间采用标线分 隔，没有物理隔离，同时右转机动车无灯控。因此南北方向的混合交通流冲突现 象比较明显。 3 ) 东西向路段：东西向路段为知春里路，此干道共有八个机动车道，道路两 侧设置了一条自行车道，道路两边自行车道和机动车道采用物理隔离，因此，东 西方向的混合交通流冲突现象不明显。 1 3 图2 1 2 知春里路口的地理地形与车道设置图 f i g u r e2 1 2g e o g r a p h i c a lt e r r a i no f z h i c h u n l ii n t e r s e c t i o n 4 ) 机非冲突点 一 乡 l 违章直行 厂厂 图2 1 3 右转机动车与直行左转自行车冲突图2 一1 4 右转机动车与违章直行自行车冲突 f i g u r e2 - 1 3 c o n f l i c t sb e t w e e nr i g h t - t u r n i n gv e h i c l ef i g u r e2 - 1 4c o n f l i c tb e t w e e nr i g h t - t u r n i n g a n dt h r o u g h l e f t m i n i n gb i c y c l ea n dv i o l a t i n gt h r o u g hb i c y c l e 2 4 2预采集的数据参数 根据混合交通流机非干扰行为研究的需要，所需采集的交通流参数包括： 1 ) 自行车的到达分布，流向分布以及右转机动车的到达车头时距分布； 2 ) 自行车在路口的骑行特性，如：通过交叉口的速度，启动时的加速度以及 遇到红灯时的停车减速度等； 1 4 3 ) 自行车排队行为，即排队密度、位置等特征； 4 ) 信号交叉口自行车违章现象及其百分比； 5 ) 自行车群移动特性，其中宏观特性包括车群的一般规模、宽度、长度、群 的总体速度等；微观特性包括车群领头车接受间隙、接受延时是否与交叉口有关， 群内各自行车之间的间距，相互作用，以及群内的跟车特征；