（交通运输规划与管理专业论文）基于停车次数最少的交通控制技术研究.pdf

摘要 摘要 2 0 世纪9 0 年代后我国交通迎来了快速发展的薪时期，交通规划、管理及控制的很多 理念、方法、技术得到了广泛应用，使我国交通状况有了很大改善与此同时，我国交通控 制的策略及技术大多是在引进国外成熟相关成果的基础上，结合某些特定情况或应用地的实 际特点，采用增加条件、修正参数等方法形成的。而我国应用交通控制系统的各方面条件与 国外有着较大区别，集中表现在高峰时段出行更加集中、交通流状态更为复杂、大量的非机 动车和行人对交通系统运行的影响更加突出这些因素综合起来，导致对作为引进控制系统 的核心部分的行程时间估算不准确，使现有交通控制技术镶略在我国的应用情况并不理想， 需要我们根据我国交通实际情况，总结提出相应的交通控制技术策略。 本文在选取部分单点控制及干线控制交叉口进行调查的基础上，分析我国现有交通控制 技术的应用情况和存在的问题，在明确了适用我国的交通控制系统应摆脱对行程时间的精确 复杂估算后，有针对性地提出了基于停车次数最少的交通控制技术并对基于停车次数最少 的交通控制技术应用所需的道路网密度条件、交叉口间距条件、交通流量条件及交通运行环 境条件进行了分析，总结了相应的参考范围。为今后对此控制技术做进一步完善、形成完整 的控制技术策略奠定了一定的基础。 关键词：交通控制；停车次数：路网密度；交叉口间距；交通流量；运行条件 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n to ft r a n s p o r t a t i o ni nc h i n ah a se n t e r e dan e wp e r i o ds i n c e1 9 9 0 s t h e s i t u a t i o no ft m 伍ci nc h i n ah a si m p r o v e dg r e a t l yw i t ht h et h e o r y , m e t h o d t e c h n o l o g yo ft r a f f i c p l a n n i n g ，m a n a g e m e n ta n dc o n t r o li sw i d e l yu s e d a tt h es a m et i m e ，t h es t r a t e g ya n dt e c h n o l o g yi n c h i n aa r em a i n l yu s i n gi n c r e a s i n gc o n d i t i o n sa n dp a r a m e t e rm o d i f i c a t i o nb a s e do ni m p o r t i n g f o r e i g nm a t u r ea c h i e v e m e n t so rc o m b i n i n gw i t hs o m es p e c i a l s i t u a t i o na n dl o c a lp r a c t i c a l c h a r a c t e r i s t i c s t h ca p p l i c a t i o nc o n d i t i o n so ft r a f f i cc o n t r o ls y s t e mi nc h i n aa r ed i f f e r e n tw i t h a b o r d ，m a i n l ya b o u tt r a f f i ct i d ei sm o r es i g n i f i c a n t , t r a f f i cf l o ws t a t u si sm o f ec o m p l e x ，e f f e c t so fa l l k i n d so ff a c t o r so nt h et 疆丘cs y s t e m t 1 l e s ef a c t o r sr e s u l t si nt h ea p p l i c a t i o no ft r a f f i cc o n t t o l t e c h n o l o g ya n ds t r a t e g yi sn o tv e r ys u c c e s s f u l w en e e dt os u m m a r i z ea n dp u tf o r w a r dn e wt r a f f i c c o n t r o lt e c h n o l o g ya n ds t r a t e g ya c c o r d i n gt ot h ep r a c t i c a ls i t u a t i o no ft r a f f i ci nc h i n a t l l i sp a p e ri n v e s t i g a t es o m es i n g l ep o i n tc o n t r o la n dl i n ec o n t r o l s a n a l y s i st h ea p p l i c a t i o n s i t u a t i o na n dq u e s t i o na b o u tt f a f f i cc o n t r o lt e c h n o l o g yi na l i n a ，d i s c u s st h er e 。a s o nc a u s e dt h e s e q u e s t i o n s , p u tf o r w a r dt h et r a f f i cc o n t r o ll e c h n o l o g yb a s e do nl e a s tn u m b e ro fs t o p s a n da n a l y s i s t h ec o n d i t i o n so fr o a dn e t w o r kd e n s i t y , d i s t a n c eb e t w e e nj n t e r s e c t i o n s t r a f 啊cf l o wa n do p e r a t i o n a b o u tt h et r a f 矗cc o n t r o lt e c h n o l o g yb a s e do l ll e a s tn u m b e ro fs t o p s ，s u m m a r i z ec o r r e s p o n d i n g r e f e r e n c er a n g e s t h e s er e s u l t sl a ys o m ef o u n d a t i o nf o rp e r f e c t i n gt h i st r a f f i cc o n t r o lt e c h n o l o g y a n ds t r a t e g y k e y w o r d s ：t r a f f i cc o n t r o l ；n u m b e ro fs t o p s ；r o a dn e t w o r kd e n s i t y ；d i s t a n c eb e t w e e n i n t e r s e c t i o n s ；t r a f f i cf l o w ；o p e r a t i o nc o n d i t i o n s 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位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，也不包含为获得东南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。 研究生签名：日期： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 期： 第一章绪论 1 1 立题的背景和意义 第一章绪论 我国进入全面建设小康社会的发展阶段后，出现了信息化推动工业化、工业化带动信息 化的发展态势。伴随着经济快速发展，各地城市化水平不断提高，城市面貌发生了很大变化 国家对交通基础设施的投入不断加大，硬件条件不断完善。同时，随着生活水平的提高以及 国家对汽车工业的鼓励扶持，小汽车正越来越多地走进普通人家，成为新一代家用消费的主 力。伴随着私人小汽车的不断增长，一些城市特别是经济相对发达地区的大中城市出现了日 益严重的交通问题，高峰时段拥堵、尾气和噪音污染等已成为困扰城市发展、影响居住环境 的重要因素。如何破解大中城市的交通难题，成为摆在城市建设和管理者面前的重要任务。 在发现单纯增加道路面积、提高道路等级等方法不能有效缓解城市交通压力后。越来越多的 城市将目光投向了交通管理和控制，希望借助管理手段化解城市发展中的交通难题。 城市交通网络作为城市赖以生存的血管，对现代城市运行和发展起着重要作用。随着交 通理念的不断进步，交通管理和控制的手段也不断更新。从单点信号控制的出现和优化，到 主干道协调控制( 绿波) 和区域信号协调控制的应用，都取得了很大进展。近年来，国内很 多城市在继续优化单点信号控制的同时，也将线控和面控引入交通控制领域，从国外引进或 结合本地实际研发了一些控制系统，并取得了一些应用效果。直到现在，交通控制理论和实 践的研究仍然是众多交通工作者关注的重点。 目前在实际中应用比较成功交通控制系统主要以国外的t r a n s v 一1 6 1 1 1 8 】阎、 s c 0 0 1 1 7 l 口”、s c a t s 1 9 1 2 3 等为主要代表，国内城市引进的也主要以这些系统为主。但是， 这些控制系统在国内的应用中产生了一些问题，很多控制系统( 尤以线控和面控为甚) 处于 平峰有效、高峰失效，夜间有效、白天失效的状态，据此对系统进行的修正和改进的效果也 并不明显。这些情况。说明从国外引进的系统及在此基础上的改进并不能完全适用于国内。 大部分国外控制系统的策略都是通过优化周期、相位差和绿信比，进而提高通行能力来 减少总延误，只有t r a n s y t 系统将停车次数也考虑在内f 1 6 l 嘲。由于这些指标对行程时问 等参数的依赖性较强，对系统运行环境要求较高，主要针对小汽车为主的情况，比较符合国 外的状态，因此在国外的应用效果较好。但是，我国现阶段城市道路交通的状态与国外有很 大不同，主要表现在我国城市道路网不规则，路网密度不均衡；高峰时期非机动车和行人很 多，机、非和行人之间经常互相侵占对方道路的现象极为普遍；道路上行驶的机动车车速相 差较大，车队离散比较严重等。这些因素造成的直接后果就是对在控制系统方案计算生成中 有重要作用的行程时间的估计上与路网实际状态有较大出入，控制系统不能作出准确合理的 判断进而生成方案，或由于参数的偏差导致方案不合适，致使应用效果不佳。因此，研究适 合我国实际的交通控制技术显得十分必要，这也是本文提出研究基于停车次数最少的交通控 制技术的目的所在。 东南大学硕士学位论文 1 2 国内外研究概况 1 2 1 交通控制的主要发展历程 交通控制有人为控制( 即道路交通管理人员现场指挥交通) 和信号控制两种方式。随着 社会经济的发展和技术的进步，信号控制已经成为交通控制的主要表现方式和手段 信号控制已有1 0 0 多年的历史从1 8 6 8 年第一个信号色灯在伦敦街头出现到现在，经 过近1 4 0 年的发展，信号控制经历了从单点控制到干线控制、区域控制，从独立控制到联动 控制，从机械控制到智能控制，从集中控制到分散控制的若干个阶段和时期。计算机技术的 应用，使交通控制规模逐渐从单个交叉口的点控、单条干道的线控发展到整个网络的面控， 控制方式也从离线定周期控制发展到了在线实时控制，并且在线实时控制方式的适应交通流 变化能力不断增强、控制效果不断提高。目前，城市交通是否由计算机控制和管理也成为城 市现代化建设水平的一个评价标准。 交通信号控制系统根据控制的范围和控制的方式，可归结为以下两类： 根据控制的范围分：单点控制( 点控) 、干线控制( 线控) 、区域控制( 面控) 。根据控 制的方式分：定时控制和自适应控制。定时控制又可分为一段定时和多段定时，自适应控制 又可分为方案选择方式和方案生成方式。目前，我国的交通控制正处于从单点控制向线控、 面控推进，定时控制和自适应控制技术的应用也逐渐推开。 1 2 2 国外信号优化策略概况 交通信号控制起源于国外，也以国外的发展规模及速度较大较快，单点控制、干线控制 和区域控制均最早出现并在国外应用。 单点控制是信号控制的最早形式，以单个交叉口为研究对象，采用各种手段和方法使所 研究交叉口运行状况达到最佳。其发展经历了定时控制、感应控制和智能控制几个阶段。定 时控制中普遍采用的是w e b s t e r 法 3 e 4 2 1 ，它以交通延误作为效益评价指标后来又出现了澳 大利亚的a r r b 法 3 1 1 4 2 1 、英国的t r r l 法 3 1 1 4 2 等。感应控制是通过感应设施，收集实时的 交通状态参数，进行配时方案调整、改进或选择。智能控制则是随着计算机技术不断发展起 来的。主要有模糊控制和神经控制两方面，是目前单点控制的研究热点。单点控制的主要指 标有通行能力或饱和度、行程时问、延误、停车次数及油耗等。 线控是指将一条道路延长线上的连续信号相互联系起来进行显示，减少停车次数，通过 调整各路口的主干道相位差而形成一条绿波f l i t ”。这种方法主要适用于主干道和次干道流量 差异较大的情况。线控主要有3 种方式：联动控制、单系统控制和多段系统控制。典型模型 有m a x b a n d 和p a s s e r 等。线控方案的制定主要从绿波带宽度和总延误两方面考虑。其 评价指标通常是由几个单交叉口的评价指标( 如延误、饱和度、停车次数等) 所构成的加权 和形式的综合优化指标，即p i ( p e r f o r m a n c ei n d e x ) 值1 1 日。 面控方式2 0 世纪6 0 年代始于发达国家，主要是通过建立交通流的数学模型，运用运筹 2 第一章绪论 学和最优控制理论对一个区域的信号进行协调控制。面控的发展经历了定时脱机式到响应联 机式的过程。在国外应用效果较好的主要有以下3 种；硼 n s y “t r a f f i c n e t w o r k s t u d y t 0 0 1 ) 1 2 s 1 1 3 0 1 1 4 0 1 ，是英国道路与交通研究所在1 9 6 6 年提出的一套离线优化交通网络信号配时的软 件，它采用定周期式控制系统的设计方法，以历史交通数据作为输入数据，运用“爬山法” 来优化信号配时，并且不是把减小延误作为唯一控制策略，而是将停车次数以及由于延误和 停车所造成的费用损失考虑在内；s c o o t ( s p l i t , c y c l ea n do f f s e to p e i m i z a t i o nt e c h n i q u e ) 2 9 1 1 3 3 1 ，即“绿信比、信号周期及相位差优化技术”，是一种对交通信号网实时协调控制的自 适应控制系统，通过检测到实时交通状态，对面控区域各信号交叉口的周期、相位差和绿信 比进行优化来提高通行能力、降低延误，它采用集中控制模式，网络范围受到限制，一般不 超过5 0 个交叉口，但可以通过分布式计算机网络系统将网络控制扩大到上千个交叉口； s c a t s ( s y d n e vc o o r d i n a t e da d a p t ! v et r a f f i cs y s t e m ) 3 1 1 0 5 1 ，即“悉尼协调自适应交通控制 系统”，它的本质是一种实时方案选择系统。将控制系统分为3 层，以最大限度的减少路网 上的车辆延误时间为主要策略。顶层控制系统决定绿信比、周期和相位差，底层控制系统处 理各路r a 每个周期中快速但小幅度的变化，通过二者结合实现有效控制。其他国家也开发了 一些面控系统，如加拿大的r t o p 系统和美国的u t c s - - 3 g c 系统以及a s c o t 系统等p j ， 但是应用效果有限。 1 2 3 国内信号优化策略概况 相对于国外，国内的交通信号控制技术研究起步较晚，直到2 0 世纪9 0 年代开始才逐渐 引起人们重视，一些主要理论和模型大部分从国外引进，结合实际特点加以修正和完善。 国内绝大部分交叉1 ：3 都属于单点控制。很多学者根据国外已经成熟的单点控制理论，对 这些理论在国内的应用进行了比较深入的研究，包括多相位交叉口的相序安排、周期时长以 及其它方面指标等 3 1 1 6 s 1 1 9 1 1 0 1 近年来，在智能控制方面也取得了很多进展闭同时，国内学 者还根据我国混合交通流的特点和车辆构成差异显著的现实，对国外模型进行了修正。 线控系统在国内的应用相对较少。已经应用的系统中，绝大部分是根据已有成熟的线控 方式和理论结合实际检测到的参数设计出方案。国内对于线控的研究也主要集中于增加绿 波带宽度和减少总延误方面【5 】【1 0 1 1 1 2 1 。另外，郑长江还根据国内特点，研究了绿波带中行人过 街的问题，取得了较好效果1 1 3 1 面控系统只有部分城市有应用，且大多为国外引进。北京引进了s c o o t 系统，上海引 进了s c a t s 系统，深圳市引进了e t 本的京三系统等。国内自主研制的有上海交大的舒达控 制系统、西北工业大学的x a t m 智能交通控制系统、上海宝康的m i t c o 信号控制系统等 值得一提的是，公安部和南京市合作完成的“七五”攻关项目南京城市交通控制系统， 结合了s c o o t 和s c a t s 的优点，是我国完全国产化自行设计建成的第一个适应中国混合 交通条件及路网密度低、路口间距悬殊的城市交通控制系统。在理论研究方面，主要运用人 工智能、分散控制、模糊神经网络控制等，将城市交通大网分解成若干子系统，分别建模进 行研究【1 1 l 。 3 东南大学硕士学位论文 1 2 4 国内外研究概况综述 从以上概况中可以看到，不论是点控、线控还是面控，国内外均将降低延误作为主要或 重要的控制策略。国外将降低延误作为交通控制系统的主要策略有着很好的条件，因为其道 路网结构相对合理、出行构成方式相对单一、小汽车性能也比较均衡，对交通流在交叉口间 的行程时间和平均速度能做出比较准确的估计，各种参数的获得与实际情况基本吻合，从而 能够保证系统方案的正常运行，将偏差控制在可以接受的范围内。 相比国外，国内在面控方面还没有自己的方法，研究主要集中在国外系统和模型在国内 的应用上。由于我国城市( 特别是大城市) 高峰时期交通流的非线性、不确定性和模糊性较 国外更强，车流随着行驶距离的增加离散度变大，导致控制软件难以准确测算行程时间，生 成的方案由于不合适可能还会加剧交通拥堵的状况。特别是在城市中心区域，交叉口间距较 小而流量很大，非机动车和行人比例很高，通常是一个交叉口的异常导致整个控制方案失效 与此同时，在特别需要控制系统发挥作用的高峰时段，由于非机动车和行人也大量出行，机、 非和行人相互干扰严重，机动车车速所受影响更大，行程时间的估计更加困难，反复制动起 动也造成了燃料的耗费和环境的污染。因此，研究适合我国实际的交通控制技术，很有必要 1 3 研究目标和内容 1 3 1 研究目标 本课题通过对点控、线控和面控系统在国内的应用进行调查，观察各方式在交通控制中 的实际作用和效益。分析部分控制方式未能充分发挥效用的症结，结合现阶段我国道路交通 的基本特征，提出一种新的交通控制技术，即基于停车次数最少的交通控制技术，并通过相 应的定性、定量分析，运用交通工程学、数理统计学以及相关工程软件，对这种技术的适用 条件进行研究。为这种技术的完善和发展提供支撑。 1 3 2 研究内容 本文章节包括： 第一章，绪论。主要介绍本研究开展的背景和意义，国内外相关研究情况，提出研究目 标，概括论文的主要内容和章节安排。 第二章，现有控制方式运行状况调查分析。选取点控、线控、面控的实际应用地点和区 域，对各种控制方式的运行状况进行调查分析，探讨这些控制方式在不同情况、不同时段的 优缺点，找出造成这些情况的症结。 第三章，基于停车次数最少的交通控制技术的提出。根据第二章的调查分析，结合我国 现阶段道路交通的主要特征，提出基于停车次数最少的交通控制技术的概念，并简要介绍其 控制内容和手段。 第四章，基于停车次数最少的交通控制技术适用条件的研究。根据所提出的基于停车次 4 第一章绪论 通环境条件这四个方面入手，研究这种新控制技术的适用条件 第五章，结论和展望。得出结论和进一步研究方向。 章节安捧如图i - - i 所示： 。一一一，十 r i 绪论l 一一， 匿矗磊i 葫秀b 一。：! ：j 匠螽磊石i 司 脞掣型枣芝蹩篓孽婴妻型 ，纂于停车次数最少的 f m _ 、 、享碧堡犁擎竺竺墨絮，! 一一一一一1 路网孳譬条仕；囊享停乖次戮碡莎晶 流盘转向比例| l 兰墨璺算霉一。銮帮蘩秫薪轰| 多攀境苎竺 | 、一二一一 蠹论和进一步研究方【f j 5 东南大学硕士学位论文 第二章现有交通控制系统运行状况调查及分析 为了了解交通控制系统目前在国内的运行状况。分析其运行效率，找出其中存在的问题， 2 0 0 7 年1 月2 4 日和2 5 日，分别选取了南京市实施单点控制和干线控制的两个不同区域进 行了实地调查，采集了相应的数据。 2 1 调查参数 2 1 1 调查时间 调查时间为2 0 0 7 年1 月2 4 、2 5 日的1 7 ：一1 8 ：0 0 2 1 2 调查地点 单点控制调查地点：北京东路进香河路珠江路丹风街围合的矩形区域内的6 个平 面交叉口，包括北京东路一进香河路交叉口、学府路一进香河路交叉口、珠江路一进香河路 交叉口、珠江路一丹风街交叉口、学府路一丹风街交叉口、北京东路一丹风街交叉口 干线控制调查地点：北京西路一线，东起上海路，西至西康路，共4 个平面交叉口包 括北京西路一上海路( 云南路) 交叉口、北京西路一宁海路交叉口，北京西路一莫干路( 玉 泉路) 交叉口、北京西路一西康路交叉口 以上两个调查区域的示意图见图2 1 和图2 2 图2 1 单点控制调查区域示意图 6 第二章现有交通控制系统运行状况调查及分析 图2 2 干线控制区域调查示意图 2 1 3 调查方法 每个交叉口配备摄像机1 台，1 名调查员，选取相应的最佳可视角度对交叉口进行1 小 时拍摄，如广角不够，则调查员可以配合调查死角处的交通转向流量( 主要是其中1 个进口 道的右转机动车或非机动车流量) 将摄像资料带回后，进行分析处理。 2 2 调查的主要考虑 本次现状调查选择以上两个区域，主要基于以下3 点考虑： 1 单点控制调查区域中既有等级较高的两条道路相交，又有等级相差较大的两条道路相 交，交叉口能够较好的体现我国交叉口运行现状； 2 干线控制调查区域是南京市实施干线控制的几个主要区域之一，且北京西路作为一条 走向较规则的东西向主干道，调查条件优于也曾纳入考虑范围的中山北路一线； 3 ，两个调查区域同属北京西路- ：1 ：京东路一线，调查结果有一定的可比性，可以进行相 应的关联分析。 2 3 点控调查的主要情况 调查所涉及的6 个单点信号控制交叉口的基本 情况及流量数据见附录和附表。 北京东路一进香河路交叉口( 调查数据见附图 1 1 至1 - 4 ) 的东西直行流量较大，晚高峰时段东 向西流量更高，东西向南比例均在2 0 以上；南进 口流量不大，南向西左转比例高于南向东右转比例； 北进口属离散流。 图2 3 北京东路一进香河路交叉口( 东北视角) 7 东南大学硕士学位论文 学府路一进香河路交叉口( 调查数据见附图1 - - 5 至1 8 ) 是两条等级相差较大的平面交叉口。学 府路西向东整体流量较小，且分布不均衡，三个方 向流量跳跃也比较大。符合实际情况；东向西流量 也较小，三个方向分布较对向均衡。实际情况中学 府路向北经由进香河路转向北京东路车流占据了右 转车的主要部分；进香河路南向j e 流量不大，以直 行为主，左转比例高于2 0 ，右转比例低于2 0 图2 - 4 学府路一进香河路交叉口( 东南视角) 由于此方向没有设置左转专用相位，因此在高峰时段经常出现短暂拥堵，交叉口比较混乱； 进香河路北向南流量较对向少，左右转比例基本维持在2 0 左右 珠江路一迸香河路交叉口( 调查数据见附图1 9 至附图1 1 2 ) 是一个较大的平面交叉口。珠江 路东西向流量不是很大，右转比例略高于2 0 ，左 转比例稍小，不同周期之间直行流量波动较大；进 香河路南向北直行车流跳跃较大，1 7 ：3 0 后的流量 相对稳定，左转比例在2 0 左右，右转车流很小； 北向南的车流较少，流量低于对向流量4 0 以上， 但左转车流与对向接近，占到整个车流的较大部分。图2 - - 5 珠江路一进香河路交叉口( 西南视角) 珠江路一丹风街交叉口( 调查数据见附图1 1 3 至附图1 1 6 ) 是一个较大的平面交叉口。西进 口流量较正常，左转比例在2 0 左右，右转车较少， 主要是由于丹风街在珠江路以南不远处汇入洪武北 路，很多车辆选择在珠江路一进香河路交叉口右转 至洪武北路；东进口与对向相比，直行流量很接近。 右转比例在2 0 一2 5 之间，没有左转；南进口方 向车流极不规律，变化幅度较大，直行和右转流量图2 - - 6 珠江路一丹风街交叉口( 东南视角) 都有跳跃，且比例在2 ：1 左右。南进口右转车辆极少，主要也是因为，丹风街在珠江路以 南段主要承担的是支路功能；北进c i 的流量较为均衡，流量一直维持在比较稳定的状态，左 转比例高于2 0 * * ，这与丹风街晚高峰时北向南流量较大的实际相符。 学府路一丹凤街交叉口( 调查数据见附图1 一1 7 至附图1 2 0 ) 是一个相交的两条道路 等级相差较大的平面交叉口。西进口左转车很少，直行车流和右转车流相差不大，右转车占 了相当一部分流量，这与实际中丹风街北向南流量较大相符；与对向相比，东进口直行车流 稍小，转向也以右转为主，左转较少的原因是需要左转的车辆主要在学府路一进香河路路口 左转，在该交叉口左转的车辆的目的地一般是丹凤街的学府路一珠江路一段；南进口车流跳 跃较大，流量维持在每周期1 5 p e u 左右，左转比例在2 0 左右，由于有专用左转相位，该 8 第二章现有交通控制系统运行状况调查及分析 方向的左转车流均衡了许多；相对于对向，北进口 直行车流要稳定一些，流量维持在每周期1 5 p c u 左 右，与对向相当，左转比例在3 0 左右，这与丹风 街晚高峰时北向南流量较大且持续时间较长相吻 合。 另外，由于该交叉口西北角为一金润发超市， 丹风街两侧均为商业性质，所以此交叉口秩序较差， 机非混杂，效率较低，严重影响了使用效率。图2 - - 7 学府路一丹风街交叉口( 东南视角) 北京东路一丹风街交叉口( 调查数据见附图1 - - 2 1 至附图1 2 4 ) 是一个较大的平面交叉口。该 交叉口西向东流量较大，右转比例较高，在2 5 左 右，左转比例较小；与对向相比，东进口的流量明 显偏高，平均每周期在4 5 p c u 以上，且右转比例也 高于2 0 ，左转很少。这与实际中北京东路右转向 北高楼门方向流量较大相符；南进1 ：3 - - - 个方向的流 量相差不大，左右转向流量占到了整个流量的图2 - - 1 4 北京东路一丹风街交叉口( 西北视角) 5 0 以上，说明大部分车流还是汇入北京东路这条主干道；北进口与对向情况较类似，左转 和直行流量很接近，平均每周期在1 2 p c u 左右，右转流量极少，这与该方向流量主要分担中 央路向东车流的实际情况相符 2 4 线控调查的主要情况 调查所涉及的6 个单点信号控制交叉口的基本情况及流量数据见附录和附表。 北京西路一上海路( 云南路) 交叉口( 调查数据 见附图1 2 5 至附图1 2 8 ) 是一个较大的平面交叉 口。由可以看出，西进口直行流量最高出现在1 7 ： 柏左右，总平均流量在每局期4 6 p c u 左右，左转比 例1 6 7 ，右转比例1 3 4 ；东进口直行车流呈现极 不规律的变化，是因为这个方向的车流量远大于对 向，1 7 ：3 0 以后由于上游车流积压，此进口能通过 的车辆极少，部分车辆甚至4 个周期仍没能 图2 - 8 北京西路一上海路( 云南路) 交叉口 通过该交叉口；南进口流量也一宜处于高位( 西北视角) 运行状态，平均每周期通过4 8 p c u 左右。最高周期直行通过4 0 p c u ，左转比例1 6 6 ，右转 比例1 6 9 ，左右转很接近；北进口直行流量跳跃性较大，特别是在1 7 ：4 0 对，直行流量 突降，应该是上游交叉口缘故所致。相对于同交叉口的其它进口，北进口流量相对较小， 平均每周期3 4 p c u ，最高周期直行3 4 p c u ，左转比例1 2 3 ，右转比例1 8 4 ，北向东的右 9 东南大学硕士学位论文 转车辆明显多于左转车辆，也在一定程度上加剧了东向西的拥堵 北京西路一宁海路交叉口( 调查数据见附图1 2 9 至附图1 3 2 ) 也是一个较大的平面交叉口西进 口流量很大，每周期在5 1 p c u 左右，且1 7 ：3 0 一1 7 ： 4 0 一直保持在高位运行，左转比例1 4 2 ，一直保 持在较稳定的状态，右转比例5 9 ；东进口是该交 叉口中流量最大的一个进口，曲线在1 7 ：2 5 之前一 直在高位运行，1 7 ：3 0 左右由于受到上游车流拥堵 的影响，流量有所下降，但平均每周期仍然达到图2 - 9 北京西路一宁海路交叉口( 西北视角) 4 8 p c u ，此进口转向比例较低，左转9 7 ，右转仅为4 9 ；南进口是一个变化不规律的交 叉口，左转和直行流量跳跃都很大，分析是由于上游是教育集中区( 南京师范大学和河海大 学) ，晚高峰期间机非混杂，造成车流不正常。该进口平均每周期2 4 p c u ，是东西向的5 0 不到，但转向比例很高，左转达到2 7 8 ，右转也有1 7 8 ，左转流量高于右转流量1 0 ， 进一步印证t ：i i ；京西路晚高峰时期东向西交通压力极大的事实；北进口的流量与南进口很接 近，都在每周期2 4 p c u 左右，且大多数时间变化平稳，但是转向比例更高，其中左转比例达 到3 6 。右转也达到1 2 4 ，转向合计接近总流量的5 0 ，可见大量的交通流汇入北京西 路主干道，进一步加剧了北京西路的压力 北京西路一莫干路( 玉泉路) 交叉口( 调查数据见附图1 3 3 至附图1 3 6 ) 是两条等 级相差极大的平面交叉口。该交叉口的周期数较北京西路一线其它交叉口都要多出一倍，这 是因为该交叉口采用的是变周期控制，例如东西向直行采用6 0 s 和3 0 s 交替的方式进行，因 此周期数较多。 北京西路上的西进口流量很大，平均每周期 2 6 3 p c u ，折合成与其它交叉口周期数相同时就达 5 2 6 p c u ，西向东流量在1 7 ：3 0 左右出现突降是由于 让路于车队，造成一个周期的积压。由于莫干路( 玉 泉路) 都为支路，所以转向比例很低，左转为1 9 ， 右转为3 9 ；东向西流量在1 7 ：1 5 前还处于高位运 行状态，1 7 ：1 5 后流量明显减少，这是因为1 7 ：1 5 后交通状况非常混乱，莫干路( 玉泉路) 的非图2 - 1 0 北京西路一莫于路( 2 x 泉路) 交x d 机动车和行人剧增，交叉口处于半瘫痪状态，( 东北视角) 导致流量下降较多。即便这样，该进口的流量仍能达到每周期2 3 1 p c u 。相对于对向，东进 口的转向比例更低，左右转均为1 7 ；南进口是一个机动车流量极少的进口，整个高峰小 时仅为1 4 6 p c u ，平均每周期3 1 p c u 。但是该进口的非机动车和行人流量特别大，尤其是非 机动车，更是占了绝大部分，这也是造成该交叉口效率较低的主要原因。在仅有的1 4 6 p c u 中，左转达到了4 8 6 ，右转也达到了1 8 5 ，转向超过了2 1 3 ；北进口的运行状态与对向 1 0 第二章现有交通控制系统运行状况调查及分析 基本一致，高峰小时总流量为1 7 7 p c u ，但是转向比例很高，左转1 4 7 ，右转5 8 2 ，两 项合计接近2 3 从南北两个进口道来看，大多车辆汇入了北京西路东向西的庞大交通流中 北京西路一西康路交叉口( 调查数据见附图1 3 7 至附图1 - - 4 0 ) 是一个较大的平面交 叉口。由于接近中共江苏省委、江苏省政府等主要党政机关，这个交叉口显得更有秩序，周 期也较上游3 个交叉口更长一些。 该交叉口西进口进入晚高峰后流量一直较稳定， 每周期流量在5 7 8 p c u 左右，但总流量相对于上游几 个交叉口稍小。左转比例1 6 9 ，右转比例1 2 9 ， 转向比例接近3 0 ；由于上游交叉口的车流受到影 响，东进口直到调查l 描近结束流量才稍有回落，平均 每周期流量在5 0 7 p c u 左右，仍属高位运行，而且还 会持续一段时间。该进口主要特点是左右转相差较 大，左转比例达到1 3 2 ，右转比例仅为0 7 图2 - - 1 1 北京西路一西康路交叉口( 东南视角) 可以看出由北京西路汇入西康路向南方向的车流也较多；与流量极大的北京西路相比，西康 路的流量就少了很多，南进口在整个高峰小时中的流量为5 5 9 p ，且直行流量一直处于相 对稳定的范围。南进口的主要特征就是左转比例极高，达到了4 1 ，右转也达到了2 5 ， 转向合计占到了2 3 。为了适应大量转向的需要，南进口设置了两条左转专用道；北进口的 交通流呈现明显的波浪式，起伏不定。流量在4 个进口道中最少，仅为4 0 0 p c u ，但是转向 比例特别高，左转比例8 5 ，右转比例达到了4 6 2 5 ，接近一半，超过了直行流量。 2 5 抽样随车调查主要情况 2 5 1 随车调查的目的 2 1 2 4 小节主要从交通控制系统总体运行情况上进行分析，主要是为了总结出我国交 通控制系统应用( 特别是高峰时段应用) 面i | 缶的一些实际问题和情况，通过观测交通流量流 向的变化趋势，结合道路情况分析现有控制系统的应用效果。与此同时，为了获得更为充实 的数据，从出行者个体角度观察现有交通控制系统对出行个体的影响，专门安排了两次随车 调查。 2 5 2 随车调查主要参数 调查时间：2 0 0 7 年1 月2 6 日1 7 ：0 0 一1 8 ：0 0 调查地点：2 1 节所列调查区域 调查方法：调查人员乘坐出租车，随车记录等待时间以及停车次数。 以进香河路3 5 号为起点，在进香河路一珠江路一丹凤街一北京东路的围合 区域，先顺时针行驶一周，再逆时针行驶一周，最后回到起点； 以北京西路一云南路( 上海路) 为起点，沿北京西路向西至西康路口，然后 1 1 东南大学硕士学位论文 调头返回 2 5 3 调查的主要数据 2 5 3 1 点控交叉口随车调查主要数据 根据随车记录的结果，整理成表2 1 和表2 2 。 表2 - 1 点控交叉口随车调查数据表 地点 说明等待时间( s )停车次数 顺时针方向学府路一进香河路交叉口减速让行对向左转车 0 o 珠江路一进香河路交叉口等待右转2 3l 珠江路一丹风街交叉口减速右转 o 0 学府路一丹凤街交叉口 等待直行 1 6l 北京东路丹凤街交叉口等待右转 1 2 1 北京东路一迸香河路交叉口减速右转 0 0 逆时针方向北京东路一进香河路交叉口等待左转 6 3 1 北京东路一丹风街交叉口等待左转5 7l 学府路一丹风街交叉口等待直行1 8l 璩江路一丹凤街交叉口等待左转 1 1 52 ， 珠江路一进香河路交叉口等待左转7 1 ，l 学府路一进香河路交叉口 减速、停车让行 1 01 合计3 8 51 0 表2 2 线控交叉口随车调查数据表 地点 说明等待时间( s )停车次数 东向西北京西路一云南路( 上海路) 交叉口等待直行 3 2l 北京西路一宁海路交叉口等待直行9 52 北京西路一玉泉路( 莫干路) 交叉口 等待直行 8 43 北京西路一西康路交叉口等待直行 2 7l 西向东北京西路一西康路交叉口等待直行 3 5l 北京西路一玉泉路( 莫干路) 交叉口等待直行1 8l 北京西路一宁海路交叉口等待直行4 41 北京西路一云南路( 上海路) 交叉口减速直行 o0 合计3 3 51 0 由表2 1 和表2 2 可以看出，点控区域平均等待时问为3 2 o s s ，平均停车次数为0 8 3 次；线控区域平均等待时间则达4 1 8 8 s ，平均停车次数达到1 2 5 次，而承担主要交通流向 的东向西方向，平均等待时间则高达5 9 5 s ，平均停车次数达到1 7 5 次各路段车辆行驶的 最高速度达到3 0 k m h 左右，最低行驶速度则在l o k n 川n 以下，效率较低。 第二章现有交通控制系统运行状况调查及分析 2 6 调查结果的分析 2 6 1 点控调查的结果分析 对2 0 0 7 年1 月2 4 日选定围合区域的6 个交叉口的调查结果，可以用图2 1 2 来表示。 卜 1 i f 嘲 h 1 图2 1 2 点控交叉口调查示意图 根据这些结果，以及其它一些单点控制信号交叉口的实际情况，可以类比总结出国内现 有单点控制信号交叉口在运行方面的一些共同问题： 1 两条道路功能等级相差较大的道路相交，交叉口情况较为复杂。如果两条道路功能等 级比较接近( 如珠江路一进香河路交叉口) ，交叉1 3 情况相对稳定，各方向车流、人流基本 能够按照给定相位和时段行使通行权；如果两条道路等级相差较大( 如学府路一进香河路交 叉口、学府路一丹风街交叉口) ，由于两条道路的车流相差较大而机非流较接近，不同通行 权之间相互侵占现象比较严重，造成了交叉口运行情况的恶化。 2 根据交叉口情况采取的分相位控制方式更为有效。在高峰时段，采用分相位的控制方 式，可以大大提高交叉口的运行效率，有效稳定车流人流。调查期间，学府路一丹凤街交叉 口和学府路一进香河路交叉口的学府路东西进口道均采用不分相位的统一信号，交叉口运行 r 东南大学硕士学位论文 情况很不理想，尤其是东向北和西向南方向的左转对对向直行车流干扰很大。2 0 0 7 年秋， 学府路一丹凤街交叉口的东西进口道增设左转专用相位，交叉口秩序显著改善，这充分说明， 即便左转流量不大甚至很小，在高峰时段设置左转专用相位也是有必要的。 3 行人对交叉口运行的影响非常突出我国交通管理和控制所要面对的一个重要事实就 是非机动车和行人流量极大，这一点在早晚高峰时段表现的尤为明显。从调查的结果和调查 现场的观察来看，非机动车和行人对交叉口运行效率的影响十分突出。由于非机动车和行人 的波动性、随意性较机动车大很多，所以这部分流量更难控制，相对于机动车，非机动车和 行人对交通秩序的重视程度明显不够，并且在交叉口通行权的使用和维护上表现的比较糟 糕非机动车和行人不按信号通行的情况十分严重，特别是在绿灯即将开始和已经结束的一 段时间，非机动车和行人的提前与拖延现象非常严重，给交叉口的运行带来了混乱 2 6 2 线控调查的结果分析 2 0 0 7 年1 月2 5 日对北京西路( 云南路一西康路) 一线进行的调查结果，可以用图2 1 3 来表示 圈2 1 3 线控交叉口调查示意图 南京市目前还没有标准的主干道控制( 线控) 方式，在中山北路、北京西路等主要干道 上实施的“线控”也仅为事先设定好周期的定周期控制，其核心仍然是用单点控制的办法进 行线控，可变性及适应性远不能满足实际的需求。 就目前运行的线控方式来看，主要存在以下几方面问题； 1 道路等级相差越大，交叉口越不稳定。这一点和单点控制时情况相同。线控方式产生 的背景就是主干道和多条次干路及支路相交，系统的运行有时是以牺牲次干路( 支路) 的效 率为代价保证的。但是，目前应用中的很多线控路段，既有主干道和支路相交，也有主干道 和主干道( 或承担主干道功能的次干道) 相交，导致了线控方式在应用中的效果并不十分理 想。 2 分相位控制的交叉口运行方式更为有效这点和单点控制时的情况相同，不再赘述 3 非机动车和行人对交叉口运行的影响较单点控制更为突出。非机动车和行人对单点控 1 4 毫 第二章现有交通控制系统运行状况调查及分析 制的影响主要集中在所在交叉口，对上下游交叉口影响较小( 交叉口距离很近的除外) ，但 其对线控方式的影响不单表现在交叉口，还表现在对整个线控区域的影响上，线控方式最大 的弱点就是一旦控制方式( 参数) 在一个交叉口运行失败，将会导致整个线控区域的效率急 剧下降，甚至不如实施单点控制时的效率。因此，非机动车和行人对线控方式的影响，要大 于对单点控制交叉口的影响，这种影响直接关系到线控方式的成败。 4 周期越长，交叉口状态越趋于稳定与单点控制交叉口不同，线控方式在信号配时参 数上表现出明显的特征，即周期越长，交通流特性越稳定。这一点尤其适用于主线流量一直 处于高位的情况。从线控路段的分析结果来看，周期最长的要属北京西路一西康路交叉口， 该交叉口中北京西路东西进口道的流量曲线明显比其它交叉口的东西主线流量平稳。而北京 西路一莫干路( 玉泉路) 交叉口，由于周期较短且道路等级相差极大以及非机动车和行人流 量很高，导致该点成为影响整