（交通运输工程专业论文）信号控制道路交叉口车辆延误模型研究.pdf

r e s e a r c ho nd e l a ym o d e l sa ts i g n a l i z e d b y z h a n gx u b o b e ( h u n a nu n i v e r s i t y ) 2 0 0 8 、| 1 1 1 11 1i iii ii t lli i f iiii y 19 0 7 5 6 0 i n t e r s e c t i o n s at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h e d e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g l n t r a n s p o r t a t i o ne n g i n e e r i n g i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a nu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rl is h u o m a y ，2 0 1 1 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律后果由本人承担。 作者签名：狄请悔日期：如f1 年6 月上日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编 本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名： 导师签名： 萎2 e l 期：匈f1 年彳月, ze t e l 期：山，年f 月上日 信仃控制道路交叉u 车辆延误模型研究 摘要 信号控制道路交叉口延误是评价信号控制交叉口的服务水平和车流车辆运行 效率的重要度量，它综合反映了车辆驶过交叉口受阻程度、司机的不舒适以及车 辆的油耗和车流的平均行驶时间损失，并且还反映出信号周期的管理和控制以及 设计是否合理。所以，延误模型的建立和分析对于信号控制交叉口的服务水平、 信号控制方案以及信号周期的设计和规划有着重要的意义。此论文对国内外信号 控制的交叉口延误模型的研究的发展和现状给予了比较全面的总结分析和横向对 比，并找出已有模型中的存在的不足；此文章针对平面信号控制道路交叉口的延 误模型及其计算方法进行了研究分析，深入探讨了车辆到达交叉口过程和驶离交 叉口的运行特性；由于目前被广泛采用的美国通行能力手册分析方法的基本适用 条件与我国城市道路信号控制交叉口混合交通的交通流特性有着显著的差异，所 以，应该借鉴此方法的研究思路并对其的延误模型进行适当修正，使之适用于我 国的城市道路交叉口。此外，由于我国城市信号控制交叉口越来越多设置了左右 转专用车道，并且左转右转交通流的延误研究成为目前研究的主要课题。所以本 论文的研究内容为以下几个部分：第l 章为绪论，简要论述了论文研究背景和意 义、国内外相关研究综述和研究的主要内容。第2 章对车辆到达交叉口的过程和 车辆驶离交叉口的过程作了比较详尽的分析，为后续延误模型的建立和模拟车辆 延误过程奠定了基础。第3 章分讨论了车辆在信号控制交叉口的直行左转延误， 并分别运用交叉口微观仿真软件、美国道路通行能力手册法和点样本法来计算长 沙市道路交叉口的延误，并对计算结果进行分析比较，建立与长沙市道路交叉口 延误相符合的延误计算模型。论文第4 章根据右转车运行特性的描述，讨论了信 控交叉口右转车流延误研究。最后总结论文的研究内容和研究成果，并对未来的 研究工作做了简要的前瞻。 关键词：信控交叉口；延误模型；通行能力；饱和度；排队 一一一一一一 a b s t r a c t v e h i c l e d e l a ya ts i g n a l i z e di n t e r s e c t i o n si st h em o s ti m p o r t a n t m e a s u r e o f r u n n m ge f f i c i e n c ya n ds e r v e rq u a l i t y i tn o t o n l yr e f l e c t st h ed r i v e r sd i s c o m f o r t ， r e s t r a i n , o i lc o n s u m e ，t i m el o s e ，b u ta l s or e f l e c t st h el o g i c a lo fs i g n a lc o n t r 0 1 a n d d e s l g n lh i sp a p e rm a i n l ya n a l y z e st h ec o n t r o ld e l a yw h i c h m a i n l ya tu r b a ns i g n a l i z e d m t e r s e c t l o n s t h i sp a p e rs i m p l yt a l k sa b o u tv e h i c l e s m o v e m e n tc h a r a c t e r i s t i c so f a m v a la n dd e p a r t p r o c e s s a c o m p r e h e n s i v eas u m m a r ya n da n a l y s i sa b o u tt h e r e s e a r c h e so fi n t e r s e c t i o n d e l a ym o d l e sb o t hi na n da b r o r di sp r o v i d e di nt h i s p a p e r ，a n qd e f i c i e n c i e sa r ea l s ob ef o u n d i nv i e wo ft h e t r a f f i cc h a r a c t e r i s t i c s d l f t e r e n c e sb e t w e e nt h ec i t yi no u rc o u n t r ya n da m e r i c a n c i t y , i t sn o ta p p r o p r i a t et o u s et h es l g n a li n t e r s e c t i o nd e l a ym o d l e si nt h eu s h c md e r e c t l y ，h o w e v e r ，w ec a n 1 m p r o v et h e l rm o d l e ss ot h a tt h em o d l e sc a n g i v ea p p r o p r i a t ed e s c r i p t i o n sa b o u to u r s l g n a li n t e r s e c t i o n i na d d i t i o n ，l e f t t u r n - l a n ea n dr i g h t t u r n 1 a n e a r es e tu pi nm o r e a n dm o r ei n t e r s e c t i o n s ，b mt h e o r ya b o u tt h er e s e a r c hi ss t i l ln o t c o m p l e t e d c o n c r e t e l v ， t h i sp a p 盯c o n s t i t u t e so ff o u rp a r t s t h ef i r s tc h a p t e ri sas u m m a r y ，w h i c hr e v i e w s t h e s t u d yh i s t o r ya n di n t r o d u c e st h eb a c k g r o u n da n ds o m es t u d yc o n c e p t s i nt h es e c o n d c n a p t e r ，t h ea r r i v a lp r o c e s sa n dd e p a r t p r o c e s sa r em a i n l ya n a l y z e db a s e do nt h e s u r v e yd a t a t h et h i r dc h a p t e ra n a l y z e st h ev e h i c l ed e l a ya ts i g n a l i z e di n t e r s e c t i o n s t h el e f tt u r nv e h i c l ed e l a ym o d e li ss i m p l ys t u d i e dt o o i na d d i t i o n ，t h i s p a p e rt a k e s t h ee x a m p l eo fc h a n g s h as h i z i l i n gi n t e r s e c t i o nt oc a l c u l a t et h e i n t e r s e c t i o nd e l a yb y s l m u l a t i o ns o f t w a r en a m e dv i s s i m 5 2 0 t h ec a l c u l a t i o nr e s u l t sa r ec o m p a r e dw i t h t h ec a l c u l a t i o nr e s u l t so fh c m 2 0 0 0 a n ds p o ts a m p l em e t h o d t h ec a l c u l a t i o no f d e l a v m o d e la tc h a n g s h a s i g n a l i z e di n t e r s e c t i o nh a sb e e ne s t a b l i s h e d i nt h ef o r t h c h a p t e r ， t h er i g h t t u r nv e h i c l e st r a f f i cc h a r a c t e r sa r ed i s c u s s e d a t1 a s t ，t h e p a p e rw o r ka n d f i n d i n g sa r es u m m a r i z e d t h ef u t u r ew o r ki sa l s os u g g e s t e d k e yw o r d s ：s i g n a l i z e di n t e r s e c t i o n sd e l a ym o d e l ；c a p a c i t y ；d e g r e eo fs a t u r a t i o n ； q u e u e n i 信廿控制道路交叉u 车辆延误模型研究 目录 学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书i 摘要i i a b s t r a c t i i i 插图索引一v i 附表索引v i i 第1 章绪论1 1 1 论文的研究背景及意义l 1 2 国内外相关研究综述2 1 2 1 交通流的间断运行特性j 2 1 2 2 交通工程学常用的几个概念3 1 2 3 车辆延误的影响因素5 1 2 4 模型分类6 1 2 5 计算车辆延误的质点或竖向无度排队模型6 1 2 6 道路通行能力手册延误模型7 1 2 7 交通流模型1 1 1 2 8 交通仿真模型15 1 3 本文主要研究内容1 5 第2 章信控道路交叉口车辆运行和受阻特征分析1 7 2 1 信号控制道路交叉口中交通流运行特征分析一1 7 2 1 1 信号控制道路交叉口交通流运行分析1 7 2 2 信号控制道路交叉口车辆受到阻碍过程分析2 3 2 2 1 信号控制道路交叉口对交通流的阻碍滞留作用2 4 2 2 2 车辆减- 力速过程和减速加速延误2 5 2 2 3 控制延误2 6 2 3 本章小结一2 7 第3 章定时信号控制道路交叉口直行和左转交通流延误分析2 8 3 1 初始车辆排队对平均控制延误影响2 8 3 1 1 对平均的均匀延误影响2 9 3 2 左转机动车的均匀延误计算3 0 3 2 1 左转交通流运行特征描述一3 0 3 2 2 直行和左转共用信号相位型的车辆延误模型3 l i v 硕l 学位论文 3 2 3 行人和自行车干扰下的均匀延误3 4 3 3 信号控制道路交叉口延误分析中的常见方法一3 7 3 3 1v i s s i m 仿真方法3 7 3 3 2h c m 2 0 0 0 延误模型法3 8 3 3 3 调查方法3 8 3 3 4 三种延误分析方法的优缺点3 9 3 3 5 三种延误计算方法的实例计算结果及对比分析4 l 3 4 本章小结一4 5 第4 章信控道路交叉口右转交通流特性分析及其车辆延误模型的建立4 6 4 1 右转交通流的运行特性表现4 6 4 2 右转交通流延误模型4 8 4 2 1 右转交通流延误模型的基本假设4 8 4 2 2 右转交通流车辆延误模型4 8 4 3 本章小结5 3 结论与展望5 4 参考文献5 6 致谢5 9 附录a 攻读学位期间所发表的学术论文目录6 0 v 信号控制道路交叉口车辆延误模型研究 插图索引 图2 1 信号控制道路交叉口某一进口车道车辆排队示意图1 9 图2 2 车辆在信控道路交叉口红灯时间受到阻碍停滞过程示意图2 4 图2 3 道路交叉口进口车道三种车辆受阻的减速加速过程图2 5 图3 1 共用信号型不同流向交通冲突情况3 1 图3 2 共用信号型信控道路交叉口左转车运行周期示意3 2 图3 3 共用信号型信控道路交叉口左转车辆到达一驶离示意图一3 3 图3 4 有过街行人和自行车干扰情况下的信控道路交叉口左转车辆运行状况3 4 图3 5 识字岭交叉口一4 0 图3 6v i s s i m 交通仿真截图4 l 图3 7 识字岭信号道路交叉口各进口道交通延误计算结果曲线一4 3 图3 8h c m 2 0 0 0 理论计算值和点样本法实测值散点图一4 4 图4 1 信号控制道路交叉口右转机动车流同其他类型交通流产生的相互干扰和交 织4 7 图4 2 到达道路交叉口进口道车流在一个信号周期内的总延误4 9 图4 3 直右共用车道右转车流的平均均匀延误的产生机理5 0 硕f ：学位论文 附表索引 表3 1 识字岭信号道路交叉口相位分配4 0 表3 2v i s s i m 交通延误仿真输出结果4 l 表3 3 识字岭道路交叉口交通参数的确定4 2 表3 4 识字岭交叉口交通延误调查结果4 2 表3 5 识字岭信号道路交叉口各进口道交通延误计算结果4 3 表4 1 美国道路通行能力手册中对初始排队交通延误的分类5 2 v h 硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 论文的研究背景及意义 道路交叉口和道路路段构成了城市道路交通网络，信号控制道路交叉口是城 市道路交通设施中的道路交叉口的重要的组成部分。车辆通过信号控制道路平面 交叉口是一种普遍的交通现象。从有利方面来讲，交通流在控制信号有序的调整 和控制作用下，在同一时间段内有效的避免了道路交叉口运行中的相互冲突，从 而使得不同方向交通流有序分离，进而提高车辆运行的安全性和效率；从不利方 面来讲，控制信号作用使得道路平面交叉口进口道上车辆周期性停车、排队，引 发车辆延误。描述且评价道路信控交叉口运行特性和状况的指标包括车辆平均延 误、车辆加速减速延误、车辆的排队长度、绿波带的大小、一个信号周期的放行 车辆比、平均每车通过信号交叉口所经历的周期长度和停车百分比【1 2 3 】。在以上 众多指标之中，车辆延误这一技术指标可以充分的表现出车辆通过道路交叉口的 时间损失、驾驶员等待通过道路交叉口的不舒适性、油耗的实际损失情况以及信 号参数的设计与规划的是否合理。 自二十世纪五、六十年代以来，道路交叉口车辆延误分析和计算一直是交通 科研人员关注的研究课题，并且已经提出了诸多有关车辆的延误分析模型以及具 体的评价方法和一些评价指标。但是，从现在已经存在的评价分析和计算方法来 看，仍然是存在着一些问题。第一，对于车辆在道路信号控制道路交叉口的延误 某些定义还存在分歧，有的略显模糊；第二，有诸多的文献均指明：现场实测延 误数据与一些理论计算方法所得出的延误值还存在着不可忽视的差异。值得注意 的是：现在车辆延误计算的所有模型均是由韦伯斯特提出假设交通流密度较小、 相互干扰不大的“车辆通过道路平面交叉口的运行特征 经过推导得出的【4 j ，对 于韦伯斯特模型的假设条件，是基本上符合国外道路交通的实际运行情况，在计 算延误上有较高的精度和准确性，然而并不完全适用于我国的道路和交通条件， 需要进行修改。主要原因有以下两点：第一点：国内交通流形态为混合型，由机 动车流、非机动车( 自行车和电动车) 流、以及行人流混杂所构成，这几种不同 性质的交通流之间的相互冲突干扰较大。国外的道路交通流形式为单一的形态， 基本上为小汽车流；第二点：国外已有的计算车辆延误的模型在道路交通量不大， 或者计算延误涉及到的几个相邻道路交叉口的相互干扰比较小的时候，一般国际 认为交叉口间距3 2 k m 1 2 ，引，此时车辆的到达服从泊松分布，车头时距的分布形 式为负指数分布，车辆延误的模型的计算结果比较合理和准确。相反，在道路交 信号柠制道路交叉口车辆延误模型研究 通量比较大，或者计算延误涉及到的几个相邻道路交叉口的间距0 5 k m l l ，2 3 j 的时 候，现有的计算车辆延误模型难以得出符合中国实际道路交通状况的合理结果。 总而言之，在国内混合型道路交通流形态为主的情况下，需要对现有的计算 车辆延误模型进行研究推导，使其能够适应我国复杂的交通状况，最终使其在计 算车辆延误上得出符合实际的和合理的结果，尽可能地推导出适应中国广泛的道 路信控平面交叉口交通运行状况的评价方法和指标。 对信号控制道路交叉口车辆延误进行分析，有助于解决以下几个问题： 硕l ：学位论文 差异，导致在这段时间内，交通流率很快的进行改变。随后，交通流将以较为稳 定的速度驶过停车线，进入道路交叉口，并以稳定的车流流率通过和离开道路交 叉口。当绿色信号周期转变为黄色信号周期时，到达车辆需要经历减速过程进而 停车。所以，信号控制道路交叉口的交通流一般会表现出周期性的运行特性。一 般情况，绿色信号周期最初显示的一段时间内以及黄色信号周期的部分时间没有 能够被车流车辆有效地利用，造成了绿灯时间车辆运行时间的损失。因此，车流 通过信号控制道路交叉口所表现出的周期性、间断性对于研究信号控制道路交叉 口的车辆延误有决定意义。 1 2 2 交通工程学常用的几个概念 1 2 2 1 交通信号 ( 1 ) 信号周期：道路交通信号循环显示一个周期的完整过程，用时间表示， 单位：s e c ； 。 ( 2 ) 周期时长：信号完成一个周期所需要的总时间，用c 表示，单位：s e c ； ( 3 ) 信号相位：在一个信号周期内，对信控道路交叉口不同交通流向的控制 状态，单位：s e c ( 4 ) 绿灯时间：绿色信号相位周期所持续的显示时间，单位：s e c ； ( 5 ) 有效绿灯时间：在给定的绿色信号相位周期中，具有特定通行权的车辆 在其流向上的能够通行并且有效而充分所利用的时间，具体计算为绿灯信号时间 长度加上信号转换时间间隔( 部分黄灯信号时长) 同时减掉绿灯损失时间，通常 用g 表示，单位：s e c ； ( 6 ) 有效红灯时间：是指有效禁止车辆通行所持续的时间长度，具体计算为 信号周期时长减去此信号相位中的有效绿灯时间，一般采用r 表示，单位：s e c ( 7 ) 绿信比：指有效绿灯时间g 与信号周期时长c 之比值，通常用“表示； 1 2 2 2 绿灯损失时间、饱和流率和饱和车头时距 ( 1 ) 绿灯损失时间：在绿灯信号时间内车辆不能充分利用行驶的时间，包括： 道路交叉口清场损失时间与车辆的起动损失时间。当信号灯迫使一队车流停止前 行时，要求可能的冲突车流在驶入信号控制道路交叉口之前需要有一定的清场时 间，来确保道路交通安全。在这段时间内，没有车辆驶入道路交叉口，所以此段 时间称为清场损失时间，单位：s e c ；车辆每次的起动过程都需要经过驾驶员反应 时间和车辆加速时间，所以，位于车队前面的几部车辆的车头时距要稍大于饱和 车头时距，起动时间损失就是指它们之间的时间差。车队总的起动损失时间是指 所有车辆起动损失时间之和，单位：s e c 。 ( 2 ) 饱和流率：指在同向稳定行驶的车辆队列中车流不间断行驶的条件下， 信号控制道路交叉口车辆延误模型研究 一个小时有效绿灯信号车辆通过信号控制道路交叉口每条车道的流率，即是每小 时每条车道通过道路交叉口的最大车辆数，通常用s 表示，其单位为：v e h g h l a n e 。 ( 3 ) 饱和车头时距：在绿灯时间内，同一车道上同向稳定行驶的车列中两 辆相邻车辆先后连续通过同一停车线的时间间隔，用h 表示，单位为s e c 。饱和 车头时距h 与饱和流率s 之间的关系为：h = 3 6 0 0 s ，单位：s e c 。 1 2 2 3 道路交叉口的通行能力、服务水平、以及服务流率 硕十学位论文 1 2 2 4 停车率和排队长度 ( 1 ) 停车率：指在一个信号周期内所有到达道路交叉口车辆中的停驶车辆所 占的比例。 ( 2 ) 排队长度：指车辆在经过信号控制道路交叉口时，由于道路交通流量、 道路交通管理与控制方案和道路几何线形的原因，导致车辆需要排队通过道路交 叉口，此时总的车辆排队距离被认为是排队长度，一般包括从停车线算起的绿灯 信号时间末的排队长队和红灯信号时间末的排队长度。 上述通常作为信号控制道路交叉口优化改善交通管理与控制或者交通设施 好坏的重要评价技术指标，并且可以从侧面反映出服务水平的高低，通常认为当 车辆停车率较低，排队长度不长的信号控制道路交叉口，其服务水平较好。 1 2 3 车辆延误的影响因素 一一 通过对上文所叙述的影响因素进一步的分析并且细化，可以从以下的三个方 面进行详细的讨论和考虑，包括有：影响绿灯损失时间的因素、影响道路通行能 力的因素、以及道路交通特性因素。 1 2 3 1 影响绿灯损失时间的因素 通过平均控制延误的含义可以了解：只有充分考虑车辆在信号控制道路交叉 口不能被利用的绿灯损失时间和能充分用于行驶的时间，才能够更加精确的估算 车辆延误。在绿灯时间内车辆不能充分利用行驶的时间包括：道路交叉口清场损 失时间和车辆的起动损失时间。当信号灯迫使一队车流停止前行时，要求可能的 冲突车流在驶入信号控制道路交叉口之前需要有一定的清场时间，来确保道路交 通安全。在这段时间内，没有车辆驶入道路交叉口，所以此段时间称为清场损失 时间，单位：s e e ；车辆每次的起动过程都需要经过驾驶员反应时间和车辆加速时 间，所以，位于车队前面的几部车辆车头时距要稍大于饱和车头时距，起动时间 损失就是指它们之间的时间差。对于我国而言，影响绿灯损失时间的因素十分复 杂：车辆类型较多，特别是存在大量的非机动车和行人( 行人过街) ，为道路混 合交通流，各种道路交通相互干扰( 公共交通的干扰) ，路侧停车而导致的车道 变窄，驾驶员的驾驶习惯等很多因素均会对车辆的起动损失时间有影响。 1 2 3 2 影响道路通行能力的因素 道路交通流量饱和度：指车辆的实际到达率q 和道路通行能力c 之间的比值， 用q c 表示，饱和度是信号控制道路交叉口车辆延误分析的重要参数指标。影响道 路通行能力因素包括： ( 1 ) 道路交通设施的类型及其所处的环境； ( 2 ) 道路的平面、纵断面和横断面的几何线形； 信呼控制道路交叉口车辆延误模型研究 ( 3 ) 道路交叉口进口车道数以及其宽度； ( 4 ) 道路交叉口进口道侧向净空以及路肩宽度； ( 5 ) 道路交叉口进口道设计行驶车速。 1 2 3 3 车辆到达分布类型 通过平均控制延误的含义可以了解：平均控制延误与车辆等待通过道路交叉 口的总时间相关，当等待通过道路交叉口的总时间较少时，可以认为平均控制延 误也较小。所以，车辆到达分布类型即车辆在不同的信号相位到达，会产生不同 的车辆到达分布1 , 2 , 3 】，当相邻道路交叉口信号采用联动协调控制或相邻道路交叉 口距离较近，车辆的到达更加的规律同时其随机性降低，此时车辆通过信号相位 的作用形成有序车队到达。因此，车辆在信号控制道路交叉口的到达分布类型对 车辆的延误计算分析影响较大，是评价道路交叉口交通流的重要指标。 1 2 4 模型分类 目前在本研究领域主要有以下几种类型的模型： ( 1 ) 质点( 或竖向、无度) 排队模型：包括确定型与随机型； ( 2 ) 道路通行能力手册延误模型：h c m l 9 9 4 、c c g l 9 9 5 、h c m 2 0 0 0 ： ( 3 ) 交通流模型：交通流描述参数、宏观交通流模型、微观跟车模型等； ( 4 ) 水平方向冲击波理论计算车辆延误( 有度排队) 模型； ( 5 ) 交通仿真模型。 1 2 5 计算车辆延误的质点或竖向无度排队模型 基本假设：( 1 ) 车辆在信控道路交叉口进口车道排队时不占用车道的长度空 间；( 2 ) 车辆到达信控道路交叉口遇红灯时能瞬时减速；( 3 ) 车辆在信控道路 交叉口停车线停车等候绿灯信号，一旦绿灯信号开通所有排队等候的车辆能够瞬 时加速【”。这种模型假设条件有较高的局限性，与现实状况不符。 1 2 5 1 均匀车辆到达率确定型分析 w e b s t e r ( 1 9 5 8 ) 【8 1 提出欠饱和交通流条件下的道路交叉口信控延误公式如 下所示： d = 描+ 南一o 6 5 ( 吾) i 3 妒】 2 ， 式中：d = 每车平均总延误( s e c ) ； 五= 有效绿灯时间占信号周期的比例( g c ) ： c = 信号周期长度( s e e ) ，= 车辆到达率( v e h h o u r ) ； 硕上学位论文 c = 道路通行能力( v e h h o u r ) ； g = 有效绿灯时间( s e c ) 。 a k c e l i k 和r o u p h a i l ( 1 9 9 3 ) 【9 1 提出了信控道路交叉口车辆延误模型，适应 于各种进口车道交通需求条件，如下所示： d ：。5 ( c - g ) + 9 。r g - 1 ) + 珂8 k ( x - x o ) ，x 1 。 ：掣9 。丁( x - 1 ) + l i ：i 二i 浮1 ，而 x 。 ：o s c o - u yx ( 1 一3 一，= x 矗( ) l u x ” 由于此模型中饱和度取值范围较大，大大增加了模型的适用范围。 1 2 5 2 概率分布随机型车辆达到分布分析 由于在道路交叉口进口道随机型车辆达到分布的分析很难得到正确的结果， 所以必须将复杂的问题简化，以下是简化的假设： ( 1 ) 车辆到达信控道路交叉1 2 1 数量的概率分布符合泊松分布，且平均到达车 流率是一常数； ( 2 ) 车辆到达信控道路交叉口遇红灯时能瞬时的减速；车辆在信控道路交叉 口停车线停车排队等候绿灯信号，一旦绿灯信号开通所有等候的车辆能够瞬时的 加速。这就意味着无绿灯损失时间，因此研究成果会受到局限。 1 2 6 道路通行能力手册延误模型 。 1 2 6 1 美国道路通行能力手册h c m l9 9 4 版 美国道路通行能力手册( h c m l 9 9 4 版) 【1 0 】假设： ( 1 ) 停车延误等于车辆完全停止状态下所产生的延误，故不包括由于交通控 制设施造成的车辆加减速所产生的延误； ( 2 ) 车辆总延误中的7 6 为停车延误； ( 3 ) 信控道路交叉口的延误计算公式为： d = 4 ( c f o r o r ) + 畋 其中 抽& c 鹄 x 2 + ( 1 4 ) 信号控制道路交叉口乍辆延误模型研究 式中：d = 平均停车延误( s e c v e h ) 4 = 均匀延误( s e c v e h ) ； 以= 增量延误( s e c v e h ) ； d f = 延误过程调整因素，无量纲； c f = 控制类型调整因素，无量纲； x = v cx ：里，无量纲； c = 信号周期长度( s e c ) ； c = 道路通行能力( v e h h o u r ) ； g = 有效绿灯时间( s e e ) ； m = 一个反映不同到达类型的增加的延误控制参数( 车辆随机到达的情况 下假设为1 6 ) ，无量纲。 1 2 6 2 加拿大道路通行能力手册c c g l 9 9 5 版 加拿大道路通行能力手册( c c g l 9 9 5 版) i l l 】假设： ( 1 ) 与确定型排队模型基本相同； ( 2 ) 调整了车辆总延误与停车延误之间的关系 1 ) 增加了信控道路交叉口延误的调整因素； 2 ) 减少了信控道路交叉口进口车道车速的调整因素。 ( 3 ) c c g l 9 9 5 与h c m l9 9 4 的比较 1 ) c c g l9 9 5 克服了h c m l9 9 4 的两个局限性：a 、不严格限制分析的时段 必须为l5 m i n 高峰时段；b 、提供了当v c 比= 1 0 一1 2 时的信控道路交叉口延误计 2 ) c c g l 9 9 5 公式计算总延误；而h c m l 9 9 4 公式计算停车延误。 3 ) c c g l 9 9 5 公式计算所用的车型是标准车，并且提供了车型的换算；而 h c m l9 9 4 公式计算所用的是自然车型。 ( 4 ) 信控道路交叉口延误计算公式 d = 西七，+ 畋 2 、t - 删5 0 c 网c ) 畋= 5 t 似一) + ( 1 5 ) 0 = ( 1 5 ) 式中：d = 平均控制延误( s e c v e h ) ； 4 = 均匀延误( s e c v e h ) ； 反= 增量延误( s e c v e h ) ； k r = 线控调整参数，无量纲： c = 信号周期长度( s e e ) ： g = 有效绿灯时间( s c c ) ； x = ，尼x ：里，无量纲； c 一一。 f = 通行能力( v e h h o u r ) ； 乞= 分析时间( m i n ) ； q g , = 绿灯时间的车辆到达率，v e h g h ； g = 总车辆到达率( p c u h ) ； 厶= 信号联动协调控制调整因子，孤立道路交叉口控制时取l ，线控时取小 于1 的值，无量纲。 1 2 6 3 美国道路通行能力手册h c m 2 0 0 0 版 美国道路通行能力手册( h c m2 0 0 0 版) 6 1 是在其h c m l 9 9 4 版的基础上经改 进而出版的，主要对信控道路交叉口延误改进的地方体现在： ( 1 ) p a n i e l ( 1 9 9 6 ) 1 1 2 1 标定了参数k 、i 、x ，用来计入非随机性的车辆到达 和信控道路交叉口类型，并在相邻的信控道路交叉口之间确定车辆运行的质量； ( 2 ) b r a n n 和i v a n ( 1 9 9 6 ) 1 3 1 等运用了现场的观测数据来校验比较模型； ( 3 ) a k c e l i k ( 19 9 6 ) 1 1 4 】对信控道路交叉口车辆排队长度进行预测，排队清 场时间，车队中完全停车的比例等考虑到模型当中； ( 4 ) 信控道路交叉口延误计算公式如下所示 d = 碣阿+ 吐+ 喀 fl 一墨1 碣：0 5 c 广l 型弋 卜砌( 1 ，x ) 墨j 吐= 9 。丁 似一，+ 乙碍 ( 1 6 ) 一 韵i c 一 一 ，l 信号控制道路交叉口车辆延误模型研究 p f ：业( 1 6 ) l 一墨 c 肌二尚，胛= 訾。 c 式中：d = 平均控制延误( s e c v e h ) ； 西= 均匀延误( s e c v e h ) ； d 2 = 增量延误( s e c v e h ) ； 以= 初始排队引起的延误( s e c v e h ) ； p f = 车辆续进调整因素，无量纲； c = 信号周期长度( $ e c ) ； g = 有效绿灯时间( s e c ) ； x = ，cx ：里，无量纲； c = 道路通行能力( v e h h o u r ) ； 七= 信控道路交叉口增加的延误因素。对于固定配时信号道路交叉口而言， k = o 5 ： ，= 上游调整因素。对于孤立道路交叉口而言，- - 1 0 ，无量纲： 丁= 分析时段的长度( h ) ，一般取1 5 m i n 分析时段，单位h ，即t = 0 2 5 h ； p = 绿灯时间车辆到达的比例，无量纲； 兀= 前进调整因素，无量纲。 反：1 8 0 0 q b ( 1 + u ) t ( 1 7 ) q = 分析时刻丁开始时的排队车辆数 f = 校j 下的车道组通行能力( v e h h o u r ) r = 分析时段的长度( h o u r ) 。一般取1 5 m i n 为分析时段，单位小时，即t = 0 2 5 f = 时间段r 内有排队长度的时间( h o u r ) “= 延误参数 参数f 初“可根据初始排队车辆数和饱和度计算。如果q 6 = o ，则f = o ；否则 r = m i n 仁矿羔网) 式中：胙车道组的饱和度。x ：里，若t o 时，冲击波向道路交叉口进口车道下游传播；当s w o o 时，冲 击波向道路交叉口进口车道上游传播；当s 觋= o 时，冲击波位置不变( 或不形 成冲击波) 。 ( 3 ) 信控道路交叉口的冲击波模型 1 ) 信控道路交叉口进口车道车流的排队长度与上游的道路交通流运行有关； 2 ) 模型的应用条件：需要知道信控道路交叉口进口车道的交通流率与交通 密度之间的关系；进口车道的交通流状态已知； 3 ) r o r b e c h ( 1 9 6 8 ) 2 4 1 提出将冲击波模型应用于信控道路交叉口。其分析局 限性是：a 在信控道路交叉口分析中车辆排队的影响不计入；b 只适用于一些线 性模型问题的分析；c 理论的提出是基于一些未经严格证明的几何学定理。 4 ) s t p h a n o p o u l o s ( 1 9 7 9 ) 1 2 5 j 模型，s t p h a n o p o u l o s ( 1 9 7 9 ) 模型加入了动态 车辆排队的形成与消散的因素： 5 ) m i c h a l o p o u l o s ( 19 8 0 ) 2 6 j 模型，m i c h a l o p o u l o s ( 19 8 0 ) 进一步分析了在 两个相邻的信控道路交叉口之间动态车辆排队的形成和消散。s t p h a n o p o u l o s ( 1 9 7 9 ) 和m i c h a l o p o u l o s ( 1 9 8 0 ) 分别提出了两种方法，这两种方法在本质上是 宏观的，并且认为交通流是连续的。这两种方法还论证了交通冲击波的存在和车 流在下游道路交叉口遇到控制信号时所产生的阶段性冲击波，并分析了冲击波是 如何的传播； 6 ) m i c h a l o p o u l o s ( 19 8 1 ) 1 2 7 ，确定了孤立信控道路交叉e l 真实信号的控制 算法，模型的建立是基于对停车线上游车流形成的冲击波的检测。 硕十学位论文 1 2 8 交通仿真模型 1 2 8 1 模拟信控道路交叉口信号周期 信控道路交叉口出口车道车流的中断是通过假设每次红灯开始时车辆停在停 车线前来模拟的。车辆有度排队、车辆之问的最小距离由阻塞密度来控制。 1 2 8 2 信控道路交叉口冲击波 绿灯开始时信控道路交叉口进口车道处形成了两个附加的冲击波，一个从停 车线向下游传播，它包括以饱和流率通过信控道路交叉口并驶向前方；另一个从 停车线向上游传播，这个冲击波构成了行驶车辆与停驶车辆之间的分界线。 1 2 8 3 均匀随机和过饱和的车辆延误计算 解析模型在评估由道路交通需求的随机和动态变化所造成的车辆延误是一个 复杂的问题，而这个复杂的问题能在i n t e g r a t i o n 交通仿真软件中通过计算均 匀、随机和过饱和的车辆延误有效的解决。交通仿真模型计算延误是通过计算机 仿真实现的，从比较实际交通条件下的单独车辆行车时间和自由流状态没有交通 信号计算的条件下预计行车时间而计算出来的，而不是以明确的数学公式为基础 计算出来的。 交通仿真模型还可以利用可接受插车间隙对左转车流进行建模和相邻信控道 路交叉口之间的信号参数协调设计。 1 3 本文主要研究内容 信号控制道路交叉口延误是评价信号控制交叉口的服务水平和车流车辆运行 效率的重要度量，它综合反映了车辆驶过交叉口受阻程度、司机的不舒适以及车 辆的油耗和车流的平均行驶时间损失，并且还反映出信号周期的管理和控制以及 设计是否合理。所以，延误模型的建立和分析对于信号控制交叉口的服务水平、 信号控制方案以及信号周期的设计和规划有着重要的意义。此论文对国内外信号 控制的交叉口延误模型的研究的发展和现状给予了比较全面的总结分析和横向对 比，并找出已有模型中的存在的不足；此文章针对平面信号控制道路交叉口的延 误模型及其计算方法进行了研究分析，深入探讨了车辆到达交叉口过程和驶离交 叉口的运行特性：讨论了车辆延误特性和相应的统计规律，为评价信控道路交叉 口的服务水平奠定了一定的基础。研究将从以下几个方面进行阐述： 第一部分为绪论，简要论述了论文研究背景和意义，并对国内外信控道路交 叉口交通延误模型的提出、发展过程以及研究现状给予了比较全面的总结分析和 比较，并对各种模型的基本假设和使用条件作出分析，从中找出现状信控道路交 叉口交通延误计算模型存在的不足； 信号控制道路交叉口车辆延误模型研究 第二部分对车辆到达交叉口的过程和车辆驶离交叉口的过程作了比较详尽的 分析，为后续延误模型的建立和