（交通运输规划与管理专业论文）交通仿真在交通管理规划中应用的研究.pdf

摘要 随着我国国民经济的快速发展和城市化进程的加快，如何解决城市交通问题 已经成为城市可持续发展的一个重要课题，城市道路交通管理工作也面临着严峻 的挑战。为了促进城市经济发展和社会稳定，提高城市交通管理科学化水平，公 安部、建设部在全国开展了“畅通工程”，要求各城市制定城市交通发展政策和 道路交通管理近期和中长期规划，为城市交通管理的可持续发展创造良好条件。 交通仿真可以动态、逼真的模拟交通流和各种交通现象，深入分析道路环境、 车辆、司机行为、控制设施、交通流的综合特征。对于交通管理规划中所要求的 交通现状分析、交通管理方案的制定以及评价等方面，交通仿真都体现出了自己 的优势。因此，如果将交通仿真应用到交通管理规划中，对交通管理规划来说可 以起到很好的辅助作用，而交通仿真也能充分发挥自己的优势所在。 本论文结合编制交通管理规划的一些实际经验，对在交通管理规划中引入交 通仿真这一强有力的工具进行了探讨。论文重点在如何建立起行之有效的道路交 通仿真系统方面进行了研究，并对这一操作流程进行了详细的说明。另外特别结 合江西省吉安市的交通管理规划中对交通仿真的使用对这一构想进行了论证。在 实例分析中，进行了现状分析、管理措施的改进，并对管理效果进行了对比分析， 最终根据仿真结果结合实际情况提出了相应的建议。 关键词交通仿真；交通管理规划：交通管理 a b st r a c t a l o n gw i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o u n t r ye c o n o m ya n da c c e l e r a t i o no f u r b a n i z a t i o n ，i th a sb e e na ni m p o r t a n tt a s ko fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n tt h a th o wt o s o l v et r a f f i cp r o b l e m s ，a n dt r a f f i cm a n a g e m e n tc o m et ob mf l i n t yt e s t ，t op r o m o t e d e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n ds o c i a ls t a b i l i t ya n di m p r o v es c i e n t i f i cm a n a g e m e n t ， m i n i s t r yo fp u b l i cs e e u r i t ya n dm i n i s t r yo fc o n s t r u c t i o ne x e c u t e s m o o t ht r a f f i c p r o j e c t ”i td e m a n dc i t i e s i n s t i t u t eu r b a nt r a f f i ce x p a n s i o n a r yp o l i c ya n dt r a f f i c m a n a g e m e n tp l a n n i n gt oc r e a t ee x c e l l e n te n v i r o n m e n to ft r a f f i cd e v e l o p m e n t s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t r a 衢cs i m u l a t i o nc a ns i m u l a t et r a f f i cf l o wa n ds e v e r n lk i n d so ft r a 衔c p h e n o m e n a ，d e e p l ya n a l y z ec h a r a c t e r i s t i c so fr o a de n v i r o n m e n t 、v e h i c l e 、d r i v e r b e h a v i o r 、c o n t r o lf a c i l i t y 、t r a f f i cf l o w o t h e r w i s e ，t r a f f i cs i m u l a t i o nh a sa d v a n t a g e so f t r a f f i ca n a l y s i s ，e s t a b l i s h m e n ta n de v a l u a t i o no ft r a f f i cm a n a g e m e n tp 啊e e l ，s ot r a f f i c s i m u l a t i o nc a ns u p p o r tt r a f f i cm a n a g e m e n tp l a n n i n gi fw eu s ei t t h i st h e s i sc o m b i n e ss o m ep r a c t i c a le x p e r i e n c eo fw o r k i n go u tm a n a g e m e n t p r o j e c to ft h et r a f f i c ，t oi n t r o d u c i n gi n t ot h i sp o w e r f u lt o o lo ft r a f f i ce m u l a t i o na n d c a r r y i n go nt h ed i s c u s s i o ni nt h em a n a g e m e n tp r o j e c to ft h et r a f f i c t h et h e s i sf o c u s o nh o wt os e tu pe f f e c t u a lr o a dt r a f f i cs i m u l a t i o ns y s t e m a n dh a sc a r r i e do nt h e d e t a i l e de x p l a n a t i o nt ot h i so p e m t i o np r o c e d u r e i na d d i t i o n ，t h et h e s i sc o m b i n e st h e t r a f f i cm a n a g e m e n tp r o j e c to fj i a n g x ip r o v i n c ej i a nc i t yt op r o v ei ti se f f e c t u a lt h a t i n t r o d u c i n gt r a f f i cs i m u l a t i o ni n t ot r a f f i cm a n a g e m e n tp l a n n i n g i nt h ei n s t a n c e a n a l y s i s ，ih a v ec a r r i e do nt h ec u r r e n ts f f u a t i o na n a l y s i s ，i m p r o v e m e n to fc o n t r o l m e a s u r e s ，a n dc m n p a r et h er e s u l tb e t w e e nd i f f e r e n tm e a s u r e s ，f i n a l l nc o r r e s p o n d i n g s u g g e s t i o n sw e r em a d ea c c o r d i n gt oa r t i f i c i a lr e s u l ta n da c t u a lc o n d i t i o n s k e yw o r d s t r a f f i cm a n a g e m e n t ；t r a f f i cm a n a g e m e n tp l a n n i n g ；t r a f f i cs i m u l a t i o n 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：奎婆日期：堕墨蔓 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) 魏蛰l 翩虢塑丝日期竺弘 第l 章绪论 1 1 研究背景 第1 章绪论 近年来，全国城市道路建设和交通管理工作，在各级人民政府的领导和有关 部门的支持下，取得了很大成绩。但是，随着我国经济、社会的快速发展，道路 交通的需求迅速增长，而道路交通供给却严重不足，一些城市总体规划和交通规 划不完善、交通综合运输体系不健全、交通运输结构不合理、路网结构不科学、 道路交通设施匮乏、公民交通法制意识淡薄等问题日益突显，城市道路交通面临 的社会要求高和管理水平低的矛盾十分突出。主要表现为一些城市交通拥堵严 重，交通秩序较乱，交通事故不断上升。上述问题导致了运输效益和安全度降低， 加重了环境污染，制约了城市经济、社会的发展。 为了促进城市经济发展和社会稳定，提高城市交通管理科学化水平，公安部、 建设部于2 0 0 0 年起在全国3 6 个大城市开展了“畅通工程”活动，2 0 0 1 年该项 活动在全国所有建制市全面展开。并且结合在工作中认识到的经验，于2 0 0 2 年 对评价体系进行了相应的修订。其中要求：对城市道路要全盘考虑，制定城市交 通发展政策和道路交通管理近期和中长期规划，为城市交通管理的可持续发展创 造良好条件。 为了推动公安部、建设部提出的“畅通工程”工作的进一步实施，促进吉安 市交通管理水平的进一步提高，使交通管理向科学化、现代化方向发展。吉安市 市政府非常重视此项工作，希望能够以“畅通工程”为契机，使吉安市交通管理 水平上一个新的台阶，结合科学的发展观，对城市的交通发展认真分析，科学论 证，为促进城市经济建设和市民日常活动创造良好的交通环境，并且适应不断发 展的现代化交通的需要。 1 2 课题来源 吉安市公安局交通警察支队受市政府“畅通工程”领导小组委托，与北京工 业大学交通研究中心研究协商决定，委托北京工业大学交通研究中心制定吉安市 北京工业大学工学顺士学位沦文 交通管理规划实施方案，对吉安市的道路交通组织和管理做出分阶段的规划，并 结合城市发展，制定交通规划简本，在中远期规划的层次为吉安的交通发展确定 有关指标。双方于2 0 0 4 年2 月2 5 日在吉安市达成协议并签署了交通管理规划合 同。 本论文便是在此基础上来完成的，研究交通仿真在交通管理规划中的应用情 况。 1 3 研究的意义 交通管理规划的目的是在全面了解现状道路交通系统的情况，通过对调查数 据的科学分析来发现路交通系统中存在的问题，从而提出相应的解决措施，并进 一步对将来的交通管理提出指导性的意见。一方面是要解决现在的问题，另一方 面是要提高将来的管理水平。 交通规划需要对城市的交通现状进行调查，找出其中存在的问题，提出改进 方案并对改进方案进行评价。现在通常采用定性分析的方法，根据经验对问题进 行分析，因此同样的问题可能会因个人经验的不同得出不同的结论，管理规划的 水平也会局限于编制者的主观意志。 将交通仿真引入交通管理规划的编制工作当中，充分发挥交通仿真在在模拟 现实、再现交通状况、详细输出各项效能指标的功能，可以直观地得出各项反映 交通状况的效能指标，对各项问题进行更加客观的定量分析。其意义也是不言而 喻的：首先由于各项数据直观明了，问题很明显地显现出来，更便于发现问题： 其次，通过对数据的分析，处理问题更有针对性，更容易找到合适的解决方法： 最后，交通仿真还可以很容易地将具体解决方案模拟出来，实施效果一目了然， 对方案评价也提供了数据支持。 交通仿真技术在交通状况重现、分析问题、方案预演、方案比选中起到很好 的支持作用，因此将交通仿真技术应用到交通管理工作中，对交通管理工作的作 用是显而易见的。而现在这方面的应用较少，因此本论文在交通仿真应用于交通 管理规划的研究是颇有其现实意义的。 2 1 4 主要研究内容和研究方法 本论文主要就如何将交通仿真引入交通管理规划制订过程中的问题进行了 研究，以江西省吉安市的具体情况为例，分别运用两种当今流行的国外交通仿真 软件t s i s ( 5 0 ) 和s y n c h r op l u s ( 5 0 ) 对城市的交通状况进行仿真，并将 仿真结果用来对一些具体问题进行分析改进。通过实例分析显示出交通仿真工具 在把握城市交通状况、交通问题诊断、管理方案研究、改进效果分析等方面所具 有的独特的优势，并就此探讨交通仿真对于交通管理规划的辅助意义。 主要内容归纳： 1 制定城市交通管理规划 2 根据规划建立城市道路交通仿真系统( 资料收集、建立系统) 3 模拟分析，根据交通管理规划相应指标评价交通状况 4 对交通管理措施进行改进、比选，给出相应建议 北京工业大学工学硕士学位论文 第2 章交通仿真应用于交通管理规划的研究现 状 2 1 国外的研究现状 交通仿真是计算机技术在交通工程领域的一个重要应用，它不仅可以复现交 通流时空变化的技术、为交通道路设计规划提供技术依据，而且还可以对各种参 数进行比较和评价，以及环境影响的评价等。同时，交通仿真系统通过计算机动 画手段能够非常直观地表现出路网上车辆的运行情况，动画过程中哪个局部位置 的交通拥挤比较突出，哪个地方比较畅通，均可以做到一目了然。因此，交通仿 真就成了交通工程研究人员测试和优化各种道路交通规划、设计方案、描述复杂 道路交通现象的种直观、方便、灵活、有效的交通分析工具。 交通仿真是2 0 世纪6 0 年代以来，随着计算技术的进步而发展起来的采用 计算机数字模型来反映复杂交通现象的交通分析方法。交通仿真是计算机仿真技 术在交通工程领域的一个重要应用。在交通仿真技术出现之前，交通工程师多采 用经验方法和数学分析方法来分析交通现象。然而，交通系统是一个典型的复杂 系统，系统内要素的状态及其相互作用规律受多维随机因素的影响，往往难以用 经验模型或数学分析模型来准确地描述。而仿真模型如微观仿真以交通系统最基 本的要素如单个车辆、车道、信号灯等为建模单元，因而能非常灵活地反映各种 道路和交通条件的影响。根据以上的分析，我们可以给交通仿真如下的定义：交 通仿真是用数学模型复现交通流时间空间变化的技术。 随着2 0 世纪8 0 年代末和9 0 年代初国外i t s 研究的吕益热门，世界各国都 展开了以i t s 为应用背景的交通仿真软件的研究，并达到了交通仿真研究前所 未有的高潮，出现了一大批的评价和分析i t s 系统效益的仿真软件系统。 随着计算机技术的迅速发展，利用计算机模拟方法研究交通问题已经成为一 种国际潮流和研究交通问题的重要手段，到目前为止，国外开发了众多的仿真模 型，最为著名的有c o r s i m ，s i m t r a f f i c 等，交通仿真系统的输出指标一般包括 以下几方面：网络上车辆行驶的信息，如总旅行时间，旅行距离，平均速度；经过 的交通检测设备，如记数器，速度，车道占有情况，点到点时间，车辆类型，突发事件信 第2 苹交通仿真应用于交通管理州划的训蔸现状 息等；路段交通数据，包括路段交通密度，路段平均速度，旅行时间等；仿真运行 中的警告及错误信息；环境排放与燃料消耗数据；车辆运行与路段交通数据的 图形显示。输出仿真指标是反映仿真系统功能的重要方面，也是充分发挥交通仿 真作用的重要步骤。 目前国外已经将交通仿真应用于控制方案优化、高速路系统可行性研究、城 市交通规划、交通控制策略评估和道路收费系统评估、事故模拟等方面。基本上 现在交通仿真主要是应用于系统的评估方面，随着交通仿真技术的不断完善以及 软件功能的增强，将会逐步应用于交通工程理论研究等更广泛的方面。 国终在交通管理方面已经发展了相当长的时间，从8 0 年代起就已经在进行 交通管理方面的工作，现在已经将工作做的非常的细化。在应急系统方面曾做过 区域交通仿真系统，事实证明交通仿真在应急系统的准备工作以及为交通机构提 供技术支持以及评价交通策略方面是相当有效的。 2 2 国内的研究现状 与国外相比，由于我国交通国情的限制，长期以来交通仿真并未引起有关部 门的重视，国内在交通仿真方面的研究长期处于一种未受重视的状态，在国内的 专业文献中鲜有报道。随着i t s 在世界各国研究的广泛开展，我国交通界认识到 了在我国开展i t s 研究的重要性。与此同时，作为i t s 核心技术之一的交通仿真 也受到了极大的关注。国内已认识到了交通仿真在交通工程领域中的重要作用， 从8 0 年代中期也开始了交通仿真的研究与应用。这方面的主要研究有： 早在1 9 8 4 年，北京工业大学就开始了交通仿真的研究工作，为了解直行汽 车车队通过灯管路口的运行状态，用b a s i c 语言编制了个仿真程序，来求解 头车运动方程和跟驰方程；1 9 8 5 年，采用以p a s c a l 语言编制的程序并基于事 件扫描方法对灯管路口交通特性进行了仿真研究：9 0 年代初，采用以c 语言编 制的程序对高速公路路段通行能力进行了计算机仿真；1 9 9 6 年，在w i n d o w s 环 境下以面向对象的程序设计语言v i s u a lc + + 开发了用于高速公路基本路段行车 仿真研究的软件；近两年来，又开展了高速公路基本路段通行能力和道路交织区 交通行为的仿真研究。 2 0 世纪9 0 年代以后，国内交通工程界逐渐注意到交通仿真研究的重要性， 北京 业大学 = 学坝j ：学位论义 2 0 世纪9 0 年代以后，国内交通工程界逐渐注意到交通仿真研究的重要性， 同济大学、东南大学、交通部公路科学研究所等一批科研单位开始展开这方面的 实质性研究并取得了一定的成果。但总体来看，国内的交通仿真研究更多的偏 重于从系统工程、计算机应用、自动控制等方面去着手，而没有更多的引入交通 特性。有些算法，在控制方面很成熟，但在交通特性方面就显得很单薄而无法进 行更深入的应用。目前国内的仿真研究仍较为零散，往往只局限于解决单一问题， 很少从整个交通环境的大系统来考虑，如对二车道公路通行能力的仿真研究、高 速道路入口匝道范围交通仿真、优先控制t 型交叉口交通仿真等等。 鉴于这种研究水平上的差异，我国所自主研究开发出来的仿真软件在平常的 研究工作中应用的并不多。在平常的研究应用中，大家更多地是使用国外的已经 相对比较成熟的技术，但是，由于我国与国外在交通条件、道路条件方面均不相 同，国外仿真模型在运用于我国时是否能够较好的描述国内的交通状况是一值得 探讨的问题。 在应用方面，由于国内在仿真方向发展较晚，现在也还没有应用较广泛的国 产仿真软件，基本上还是采用国外的软件，这对交通仿真的推广应用也起到了一 定的限制。 不过现在也已经有很多研究及应用课题涉及到了交通仿真，主要是交通控制 方案的优化评价。国内的很多机构和个人也对交通仿真的推广应用进行了一些尝 试，比如交通影响分析、交通事故研究、通行能力研究等方面，不过主要还是集 中于交通信号控制研究。 在交通管理规划的编制中，对交通仿真的应用尚不太多，在个别信号周期优 化中有过应用，但是还没有系统地将交通仿真与交通管理规划结合的先例。 2 3 本论文使用软件介绍 2 3 1 s y n c h r 0 软件介绍 s y n c h r o 是应用于交通组织建摸和信号配时最优化的软件包，其交通信号协 调及配时设计软件是根据美国交通部标准h c m 2 0 0 0 编制的。除了具有分析能力 以外，s y n c h r o 还可以最优化信号周期长度，信号相位以及起步时差。而且它还可 6 第2 章交通仿真应用于交通管理规划的 ：，现状 s y n c h r 0 5 版本。 s y n c h r o 的主要功能包括： ( 1 ) 通行能力分析： s y n c h r o 系统采用了2 0 0 0 年公路通行能力手册第1 6 章的基本方法以 w i n d o w s 为平台，方便的解决了交叉路口的通行能力分析和信号灯时间最优化等 问题。 除了计算道路通行能力以外、s y n c h r o 可以最优化信号灯的时间周期从而避 免为了得到最佳周期时间而单纯性的增加信号灯的时间。 所有的用途都采用简单易懂的形式，中间过程和最后结果均采用同一种形 式。 如果所有的交叉点都是坐标关系，那么s y n c h r o 可以很准确的计算出其行进 因数，借助公路通行能力软件，可以自动并且准确的计算出各点之间的相互影响参 数。 ( 2 ) 自动调整： s y n c h r o 可以很快自动生成最优化时间计划，它可以最优化分离时峨信号灯 的时间周期和抵消时间，这样可以减少车辆的延误时间不同于其它相关软件的是 s y n c h r o 是相互影响的，如果改变其中的一个输入值，那么其结果会马上自动校正。 ( 3 ) 信号灯配时： s y n c h r o 是信号灯建摸软件组中唯一相互影响的软件。信号灯的时间周期长 度依据要进入交叉路口的车辆数目来决定。s y n c h r o 系统可以根据将要进入交叉 路口的车辆的具体数目来对信号灯的周期时间做出相应的调整。但是这并不能避 免车辆在路口的停留，仅仅是最大限度的减少车辆的耽搁时i 司。 ( 4 ) 时空图： s y n c h r o 可以生成华荚的，信息量大的时空图，可以完全显示交通流的整个动 态流动过程，在这个动态图中，单个车辆的停驶、排队以及行进过程都可以很清晰 的表示出来，甚至可以比现实的车流更加清晰。 在s y n c h r o 中用到的仿真模型是s i m t r a f f i c 模型，该模型是交通领域 革命性的发展，使用者可以很容易地进行逼真的模拟。s i m t r a f f i c 模型中包 括根据美国联邦公路局的研究定义的车辆和驾驶员的行为特性。 ， 北京工业大学工掌坝：学位论义 括根据美国联邦公路局的研究定义的车辆和驾驶员的行为特性。 s i m t r a f f i c 是用来模拟信号交叉口和非信号口的路网，以此来检验和调 整控制措施尤其用在分析一些复杂的交通情况以及比较难以进行宏观模拟的情 况： 1 临近交叉口的拥堵问题； 2 监控交叉口的变换车道问题； 3 信号灯对临近无信号交叉口和车道的影响； 4 严重拥护交叉口的运行。 s i m t r a f f i c 还可以模拟下列情况： 1 ) 定时信号 2 ) 感应式信号 3 ) 双向停车控制交叉口 4 ) 全向停车控制交叉口 5 ) 高速公路 6 ) 道路曲线 7 ) 较大的环型交叉口( 进行了简化) 8 ) 车道增加和车道减少 9 ) 小汽车，卡车，公共汽车 1 0 ) 行人自行车( 最大1 7 0 0 ) 现在s i m t r a f f i c 还不能模拟匝道控制、公交车站、公交路线、公交专用道、 轻轨、占道停车和事故等。在以后的版本中，这些应该会加上的。 s i m t r a f f i c 模型的输出报告中包含的效率指标： 1 ) 减速延误 2 ) 停车延误 3 ) 停车次数 4 ) 排队长度 5 ) 车速 6 ) 运行时间和距离 7 ) 燃料消耗和功效 ，! ，。：。：。丝三耋，耋塑鎏：耋窑星耋耋堡篁些坐型墼些塞些些。：。： 9 ) 感应绿灯时间 2 3 2t s i s 软件介绍 t s i s 是一种可以让用户完成交通操作分析的集成的软件包。本论文中使用 的是t s i s5 0 版本，它由七个部分组成： 1 ) t s h e l l t s h e l l 是t s i s 集成软件包的图形操作界面，让用户可以方便地管理仿真项 目，同时它还提一个方便操作t s i s 其它组件的操作界面。 2 ) c o r s i m c o r s i m 是t s i s 的核心部分，由两个微观仿真模型组成( n e t s i m 和 f r e s i m ) ，n e t s i m 用来研究城市道路交通情况而f r e s i m 则用来研究高速公 路交通情况。微观仿真模拟单个车辆的行为以及驾驶员行为的影响。因而，可以 用来分析极细小的影响例如公交车站的重新选址或停车限制的改变。 3 ) t r a f e d t r a f e d 是基于图形用户界面的一种工具，可以很容易地用来建立和编辑 路网以及输入c o r s i m 模型所需数据。 4 ) t r a f v u t r a f v u ( t r a f 可视化效果) 是c o r s i m 微观交通仿真系统后处理程序 的艺术级的图形显示。t r a f v u 可以显示路网，推动模拟交通流运转，推动和 显示仿真输出效率指标，并可以显示使用者指定的模拟路网对象的输入参数。 5 ) t s i st e x te d i t o r t s i s 文本编辑器是可以读懂c o r s i mt r f 文件格式的标准文本编辑器。当 用此编辑器来编辑t r f 文件的时候，t s h e l l 输出窗口显示输入区指针所在位 置内容的文字描述和记录式样。点击输出窗口的文字描述区域时，输入区中的相 应位置会被标示出。这使得文本文件的手动编辑比使用别的文本编辑器方便得 多。 6 ) t s i ss c 却tt o o l t s i ss c r i p t t o o l 用来执行v b 编辑功能的编辑器和工具。它是用来扩展t s i s 组件功能的强有力的工具。 9 t s i ss c r i p tt o o l 用来执行v b 编辑功能的编辑器和工具。它是用来扩展t s i s 组件功能的强有力的工具。 7 ) t s i st r a n s l a t o r t s i s 编译器用来将t r f 文件转变成可供t r a f e d 使用的t n o 文件，同时 可以将t r a f e d 创建的t n o 文件转变成用于c o r s i m 和其它工具的t r f 文件。 如上所述t s i s 由七大组件构成，它主要可以实现三大功能：基于图形用户 界面的建立路网和输入编辑数据的功能( 由t r a f e d 组件来完成) ：交通模拟运 行( 由c o r s i m 组件来完成) ；模拟演示与分析( 由t r a f v u 组件来完成) 。 另外，在进行交通预测和交通分配时使用了t r i p s 软件，由于t r i p s 在交 通影响评价中应用较多，应用技术较为成熟，因此不再多做介绍。 本章小结 本章主要介绍了国内外在交通仿真应用方面的研究现状，并重点介绍了一下 本论文所使用的仿真软件。 第3 章交通管理规划概述 随着我国国民经济的快速发展和城市化进程的加快，如何解决城市交通问题 已经成为城市可持续发展的一个重要课题，城市道路交通管理工作也面临着严峻 的挑战。 为了促进城市经济发展和社会稳定，提高城市交通管理科学化水平，公安部、 建设部于2 0 0 0 年起在全国3 6 个大城市开展了“畅通工程”活动，2 0 0 1 年该项 活动在全国所有建制市全面展开。并且结合在工作中认识到的经验，于2 0 0 2 年 对评价体系进行了相应的修订。其中要求：对城市道路要全盘考虑，制定城市交 通发展政策和道路交通管理近期和中长期规划，为城市交通管理的可持续发展创 造良好条件。 道路交通管理规划的目的是解决要不要管、什么时间管、怎么管、管什么地 方等问题。通过规划，人们能预先考虑到管理策略实施后的效果，避免由于盲目 管理而带来政策上的失衡和经济上的巨大损失。 3 1 道路交通管理规划的基本内容 3 1 1 城市道路交通现状调查 应调查、搜集的资料包括：交通小区划分及小区经济、土地利用资料、交通 网络结构及道路几何要素资料、历史道路交通蠹及流向资料、居民出行特征资料、 机动车出行特征资料、货物出行特征资料、现有交通管理设施及效果资料等。在 这方面。由于交通调查面广，调查工作量大，资金投入多，因此，有的城市交通 规划编制单位，甚至有关政府部门领导对基础数据调查工作不够重视，认为只要 在原有交通规划资料搜集的基础上，作些补充调查即可，以致于艘划方案与现实 脱节，其针对性和可操作性差。这是- - 3 十极为错误和片面的观点，应引起有关部 门的高度重视。 北京工业大学工学硕士学位论文 3 1 2 现状分析与问题的诊断 从道路基础设施状况、土地利用与公共交通、交通管理设施及现代化程度、 交通秩序、交通质量及交通安全以及交通管理体制、政策、规划及宣传教育等方 面对城市道路交通及管理现状进行分析、诊断。 3 1 3 城市交通需求分析 通过交通需求模型的建立和计算( 具体模型及方法将在下一节讨论) ，获得 交通管理规划方案实施( 评价) 年份的各车种( 客车、摩托车、公交车、出租车、 货车、自行车) 的o d 矩阵，为后期交通规划提供规划依据和参数。 3 1 4 城市交通管理方案的制定 一个城市的交通管理方案，往往是由多种管理策略和数种管理措施组合而成 的。一般包括交通需求管理策略，如优先发展策略、限制发展策略、禁止出行策 略、经济杠杆策略：交通系统管理策略，如结点交通管理、干线交通管理、区域 交通管理。 3 1 5 城市交通管理方案的评价 通过方案评价，分析交通管理措施是如何影响交通流的，预测交通管理措施 实施下的交通运行指标，分析是否达到了管理目标。 交通管理方案的评价可按道路网络抽象化、交通管理方案抽象化、交通流重 分布模拟以及管理效果分析四个步骤进行。 3 2 道路交通管理规划的层次 道路交通管理规划可分为三个层次。三个规划层次的效果是不一样的，层次 越高，其规划效果越大。 宏观交通发展战略规划的目的是制定城市交通发展政策，影响、优化交通结 构。优化城市交通结构的本质是优化城市道路资源的利用，它通过交通政策的引 第3 章交通管理捌划撇述 导来实现，而政策的实施需要强有力的保证体系。 道路交通网络的组织规划的目的是在城市交通网络已建成的情况下，通过实 施各种技术措施，平衡整个交通网络的交通流量，均衡交通分布，提高运输效率， 使这个交通网络发挥最大的效用。如通过实臆单行线、专用线、诱导系统、绿波、 特殊运输线路、转向限制等措施的综合运用，使交通网络的时间资源、空间资源 得到优化利用。 重点交叉口、路段的交通管理方案设计是交通管理虽基础的工作，也是解决 近期局部交通问题撮简捷的手段。具体措施有：交叉口渠化、信号灯配时优化设 计、转向控制、路段机非分隔、车道划分、港湾式公交停靠站设计、停车管理、 墁“严管街”等。 3 3 交通管理规划发展现状 西方国家城市交通系统发展经历了两个阶段，即建设阶段：二战后至二十世 纪7 0 年代；管理阶段：二十世纪8 0 年代至现在。重点在公共交通系统、小汽车 发展、单项交通、交通信号控制以及道路的有效利用等多方面进行交通管理规划。 随着全国城市道路交通畅通工程的深入开展，许多城市的交通状况得到了很 大的改观，而且一系列先进的交通管理设备和先进的管理模式被采用，取得了很 好的效果。如厦门、大连、南京、青岛、济南、杭州等城市的交通管理工作均很 有成效，先后被评为畅通工程“优秀管理水平”。 但是总体来讲，我国大部分城市的交通管理水平还有待进一步提高，因为城 市网络很复杂，交通的运行很复杂，产生交通问题的因素也很复杂，相应制定的 城市交通管理方案往往由多个管理策略、管理措施组合而成，任何一个建设或管 理措施的实施都会引起整个城市路网上交通运行情况的改变。如将一条路的某个 路段改为单行道或单双号通行、将交叉口的类型改变( 无控制改为信号控制) 、 将某路段改为公交专用道、打通某条路或拓宽某条路等，都会引起整个城市 8 0 9 0 以上的主要道路交通流量和车速的改变。因此，交通管理问题是一个 系统工程，必须用科学的方法解决，常用的经验性的方法是不能完全解决的。因 此交通管理需要做规划，实际上，目前些城市所实施的有些管理措施，都是做 过规划的，只是不太系统、全面而已。 1 1 为了改变当前城市交通管理规划滞后的局面，北京工业大学、哈尔滨工业大 学、长安大学、清华大学、同济大学和东南大学等高校以及公安部交通科学研究 所、中国城市规划设计研究院等部门正致力于部分城市的道路交通规划编制工 作，为提高我国道路交通管理水平作出应有的贡献一j 。 根据我所参加过的交通管理规划的编制工作的经验，交通仿真软件对于交通 管理规划的微观层次即交叉口、路段的交通管理方案设计可以起到很好的辅助作 用，而重点交叉口、路段的交通管理方案设计是交通管理规划的基础工作，交通 仿真软件对交通管理规划的辅助作用是显而易见的。因此，针对交通管理规划的 三个层次提出了如图3 - 1 所示的研究方法构架。 在目前的交通管理规划的编制工作中，交通规划软件得到很多的应用，但是 对于交通仿真软件在管理规划中的应用并不多见。因此，本论文结合在吉安市交 通管理规划编制工作中对交通仿真软件的应用对这一问题进行了探讨，对其中的 经验与不足作了初步的研究。 图3 - 1 交通管理规划层次与分析方法示意图 f i g u r e3 - 1 h i b e r a r c h ya n da n a l y t i c a lm e t h o do ft r a f f i cm a n a g e m e n tp l a n n i n g 本章小结 本章对交通管理规划所包含的内容及发展现状做了简要介绍。 l 礴 ：。，；兰：耋耋堡錾塞壁星主耋鍪：些! ! ，。， 第4 章交通仿真应用于交通管理规划 4 1 技术路线 本论文采用的技术路线是使用s y n c h r o p l u s 和t s i s 两种微观仿真软件 建立起现状道路网仿真系统，通过现状数据对仿真模型进行标定，然后根据规划 数据和预测信息模拟规划路网的运行情况，分析交通运行状况，对管理方案做出 评价以及改进，来达到以交通仿真辅助管理规划的目的。 4 2 交通仿真应用于交通管理规划 交通仿真如何应用于交通管理规划? 交通仿真能为交通管理规划提供多少 帮助? 这就是本论文所讨论的主要问题。 道路交通管理规划的目的是解决要不要管、什么时间管、管什么地方、怎么 管等问题。 要不要管? 要回答这个问题，首先需要知道的是交通运行的状况。只有准确地把握交通 运行的情况爿能得出要不要管的结论。使用交通仿真软件对城市的交通情况进行 模拟分析可以得出运行速度、延误、排队情况、排放情况等数据。其中既有可以 比较容易实测到的，也有很难通过实测得到的。通过这些数据我们就可以比较准 确地把握交通运行状况。 什么时间管? 管什么地方? 对不同时间的交通情况进行模拟，通过观察反映道路运行状况的动画以及分 析交通仿真的结果( 包括不同路段的运行速度、延误等具体运行指标) ，可以对 城市的不同地点不同时段的交通状况有一个较为准确的整体把握，对于确定工作 重点十分有用。 怎么管? 效果怎么样? 通过以上的分析，城市交通中存在的问题已经找出来了，接下来就是如何来 解决的问题了。对于交通管理规划来说，自然是要从交通管理的角度来考虑了。 究竟怎么管才能够真正解决问题呢? 北京工业大学工学颂士学位论文 对于城市道路而言，交叉口是城市交通的关键，大量事实也证明交叉口的拥 挤现象最严重，它是整个城市道路的瓶颈地带，可以说交叉口的交通运行状念与 整个城市的交通运行状态密切相关，解决了交叉1 2 1 的问题就解决了城市交通的关 键。因此，交通管理工作中，对交叉口的管理尤为重要。 如今，大部分城市的重要交叉口都采用了信号控制，因此我选择信号交叉口 做重点讨论。要想使得信号灯的控制科学合理，就要对信号相位方案及信号配时 进行科学的计算。这个环节可以通过公式进行信号配时计算，也可以通过交通仿 真软件的信号优化功能进行配时。 控制方案的效果具体如何，使用普通方法是很难预知的到的，这时，交通仿 真的优势就体现出来了。使用交通仿真软件，可以很容易地在路网上实现预想的 控制方案，并通过结果的对比来判断控制方案的优劣。这样可以避免因为实施不 合理的控制方案而造成的损失，也可以通过预演发现控制方案的不足以进行改 进。 这里仅就交通仿真运用效果最明显的信号交叉口进行了说明，对于其它一些 管理措施还需要结合实际具体问题具体对待。 4 3 研究方法 4 3 1 制定城市交通管理规划 1 交通调查及交通信息数据库的建立 要制定合理的交通管理规划需要对城市的交通状况有准确的把握，因此首先 要进行一系列调查以掌握交通现状，通常要进行以下几种调查： ( 1 ) 城市社会经济及土地利用基础资料调查； ( 2 ) 城市居民出行o d 调查： ( 3 ) 城市流动人口出行o - d 调查； ( 4 ) 城市机动车出行o d 调查； ( 5 ) 货物源流调查( 货流o d 调查) ； ( 6 ) 公交运营及线路客流调查； 第4 章交通仿真应用于交通省。理i 批划 ( 7 ) 城市道路流量调查； ( 8 ) 道路交通基础设施调查； ( 9 ) 道路交通管理调查； ( 1 0 ) 道路交通环境调查。 一般来说，这十项调查对于城市交通管理规划都是必要的。但是对于在近期 进行过城市交通规划的城市，如果在交通规划中进行过上述交通调查中的若于项 调查，则可以利用已调查的数据，注意应根据实际情况对已进行过的那些项目做 适当的补充调查。 2 现状分析与问题诊断 为客观全面地分析城市交通系统的现状并诊断存在的问题，方便对各城市的 交通管理工作检察、评比，公安部、建设部“畅通工程”专家组制订了城市交 通管理评价指标体系，给出了具体的评分标准，该指标体系和评分标准可以作 为现状分析与问题诊断的重要参考。 在交通调查的基础上，以城市交通管理评价指标体系为指导，确定从 道路基础设施状况：土地利用与公共交通：交通管理设施和措施；交通管 理效果；交通管理体制、规划、法规和宣传教育；交管部门队伍建设共六个 方面入手，对城市交通系统的现状进行全面深入的评价、分析，对存在的问题做 出渗断。 ( 1 ) 道路基础设施状况 1 ) 道路网布局 2 ) 路网密度 3 ) 干道密度 4 ) 人均道路面积 5 ) 车均车道长度 6 ) 路面完好率 7 ) 主干道亮灯率 8 ) 百辆汽车停车位数 9 ) 城市交通基础设施投资 北京t 业大学 _ _ 学r o i _ 1 ：学位论文 ( 2 ) 土地利用与城市交通方式结构 1 ) 交通影响分析 2 ) 公共交通优先政策 3 ) 公交分担率 4 ) 万人拥有公交车辆 5 ) 公交车辆平均安全运行里程 6 ) 公共交通进场率 7 ) 公交车辆报废率 ( 3 ) 交通管理设施、措施 1 ) 交通管理设施投资 2 ) 标线施划率 3 ) 标志设置 4 ) 行人过街设施设置率 5 ) 路口渠化率 6 ) 交叉口灯控率 7 ) 人行横道灯控率 8 ) 指路标志 9 ) 交通违章检测仪器设嚣率 1 0 ) 交通指挥中心 1 i ) 道路交通管理信息系统 1 2 ) 中心城区道路管控范围 ( 4 ) 交通管理效果 1 ) 主干道平均车速 2 ) 平均行车延误 3 ) 交叉口堵塞率 第4 章交通仿真战用十变通管理规划 4 ) 社会停车场利用率 5 ) 支路利用率 6 ) 主干道机动车遵章率 7 ) 主干道非机动车遵章率 8 ) 主干道行人遵章率 9 ) 主干道违章停车率 1 0 ) 违章占用道路率 1 1 ) 万车事故率 1 2 ) 万车死亡率 ( 5 ) 体制、规划、法规及宣传教育 1 ) 交通综合协调机构 2 ) 交通规划 3 ) 交通管理规划 4 ) 交通法规和交通安全常识普及率 5 ) 交通法规、交通安全教育 ( 6 ) 交管部门队伍建设 1 ) 警队人员文化素质 2 ) 白天接出警时间 3 ) 夜间接出警时间 4 ) 群众对交通管理工作的满意率 5 ) 民警千人违纪率 6 ) 民警执勤执法形象 ( 7 ) 问题诊断 经过对上面六个方面内容的分析，就可以对城市交通系统的现状形成深刻的 认识，城市交通系统特别是城市交通管理方面存在的问题将会一目了然。 现状分析和问题渗断为制订科学的城市交通管理规划，提出针对性的解决方 1 9 北京j 一业大学工学顺士学位论义 案提供了宝贵的依据 3 城市交通需求分析与预测 城市交通需求分析与预测的内容，主要是根据交通系统及其外部系统的过去 和现状预测未来，根据历史经验、客观资料和逻辑判断，寻求交通系统的发展规 律和未来趋势的过程。由此可见，城市交通需求预测是对未来的一种预见，更是 一种决策。即既要探索和掌握交通需求未来的发展规律，更是基于现状有限的资 源条件下f 确引导和合理控制未来的交通需求。城市交通需求分析与预测是城市 交通管理规划的关键环节之一，其结果的准确与否，严重地影响着交通管理规划 的科学性和合理性。 服务于城市交通管理规划的城市交通需求分析与发展预测包括城市社会经 济分析及发展预测、城市客运交通分析及发展预测和城市货运交通分析及发展预 测三大部分。 具体来说，城市交通需求分析及发展预测的目的就是要确定当年( 现状) 、 近期、中期、远期各特征年份的各车种( 客车、摩托车、公交车、出租车、货车、 自行车) o d 矩阵，以便在对未来城市交通管理规划方案进行评价时，能对其实 施效果有一个科学的“事前”的预见和客观的评价，从而避免交通管理的决策失 误。 城市交通需求分析与预测的方法很大程度上取决于所掌握的城市交通信息 状况，现状及短期( 0 - 3 年) 交通需求分析可以根据调查的现状各车种0 d 矩阵 数据，通过扩充、修正获得分析年份的各o d 矩阵。无现状各车种o d 矩阵调 查数据的城市，可限据交通小区人口、各车种拥有量、居民( 或车辆) 出行参数 等资料、通过交通