交叉口复杂度计量模型的研究

1、福建农林大学本科毕业论文论文题目： 交叉口复杂度计量模型的研究 学 院： 交通与土木工程学院 专业年级： 交通工程2009级 学 号： 091328057 姓名： 黄骏宁 指导教师、职称： 徐锦强 副教授 2013年 5 Intersection complexity measurement model research College： Transportation and Civil Engineering College Specialty and Grade：Traffic Engineering of Grade 2009 Number： 091328057 Name： Huang

2、Jun-ning Advisor： Associate Prof. Xu jin-qiang Submitted time: June,2013 2福建农林大学本科毕业论文目 录摘要4Abstract41 绪论51.1立题意义及其背景51.2 国内外研究状况51.3交叉口复杂度研究的内容72 复杂度的定义与分析82.1 复杂性的定义82.2 复杂性的基本原理82.2.1 主观复杂性82.2.2 客观的复杂性92.3 交叉口复杂度的研究方法103 交叉口冲突点数的计算及影响103.1 交叉口相交道路条数与冲突点的关系113.2 交叉口进口道车道数与冲突点的关系124 交叉口复杂度的其它影响因素分

3、析144.1 机动车通行布局的影响144.1.1 左转机动车通行空间布局的影响144.1.2 直行机动车通行空间布局的影响154.2 非机动车通行空间布局的影响174.3 行人通行空间布局的影响174.4 交叉口形状的影响184.5 交通流的车辆构成的影响185 交叉口复杂度计量模型195.1 交叉口复杂度计量模型的确定195.1.1 交叉口冲突点数的影响205.1.2 机动车通行分布的影响205.1.3 行人及非机动车通行空间布局的影响215.1.4 交通流中车辆构成的影响215.2 交叉口复杂度模型226 算例237 结束语24参考文献25致 谢26交叉口复杂度计量模型的研究摘要: 城市道

4、路平面交叉口的结构与形式日趋多样化、复杂化，其最终目的都是为了提高交叉口的通行效率。但是，由于当下缺少对交叉口运行综合效率的评价指标，这就使得我们难以对交叉口做出适当的评价。所以，研究交叉口复杂度计量模型是非常迫切的任务。从系统复杂度的研究理论基础出发，提出了复杂性的定义及基本原理，并通过对交叉口各类影响因素的分析研究挑出了5个对交叉口复杂度有重大影响的因素。其中，对最为重要的交叉口冲突点数进行了详尽的分析和计算，对于机动车、非机动车、行人通行的空间布局以及交通流的车辆构成布局也做了一定的分析，通过对这些因素的分析得出了一个较为可靠的交叉口复杂度线性计量模型。该模型能够较为准确的衡量一个交叉口

5、的复杂程度，从而便于对交叉口的综合运行进行改善。关键词:交叉口、复杂度、冲突点、空间布局、交通流构成、计量模型Abstract：Urban Road Intersection structure and form of increasingly diverse, complex, and its ultimate goal is to improve the efficiency of the traffic intersection. However, due to the current lack of comprehensive operational efficiency inters

6、ection evaluation index, which makes it difficult for us to make a proper evaluation of the intersection. Therefore, the study intersections complexity measurement model is very urgent task.Research from the system complexity theory, this paper proposes a definition of complexity and the basic princ

7、iples, and through the intersection of various influencing factors analysis picked out five pairs of intersections have a significant impact on the complexity of the factors. Among them, the most important intersection conflict points for a detailed analysis and calculation, for motor vehicles, non-

8、motor vehicles, pedestrians and traffic flow spatial layout of a vehicle constitutes a layout also done some analysis, through these factors reached a more reliable analysis of the intersection of complex linear econometric model. This model can accurately measure the complexity of an intersection,

9、thereby facilitating integrated operation for intersection improvement.Key words: Intersection, complexity, conflict points, space layout, Traffic flow composition，measure1 绪论1.1立题意义及其背景 近几年来由于国家经济的飞速发展导致人们对交通的需求量日益增加，居民的机动车拥有量也一直呈现出飞速发展的态势，这就给现有的交通带来巨大的压力。虽然国家政府对现有的交通不断的进行完善和扩充力求使交通设施的发展赶上居民对交通设施的需

10、求，但尽管如此交通问题依然已经成为一个“供不应求”的大问题，不是一朝一夕就可以缓解的。随着人们拥有的车辆不断增加使城市的交通问题日益严重，交叉口由于其独特的复杂性和多向性则最早达到饱和状态,作为城市道路网络的节点，交叉口汇集了行人、非机动车、公交车和社会机动车等各种不同特性、不同方向且相互冲突的混合交通流。这就使得对交叉口的研究和改进刻不容缓，交叉口复杂度的研究更是其中的重点。交叉口复杂度作为交叉口研究的一项重要指标，它在交叉口安全保障、交叉口通过效率研究、交叉口渠化等方面有着不可忽视的参考作用。其次，交叉口复杂度研究还是评估一个交叉口运转情况的重要指标，对于发现运转超负荷的交叉口有着相当巨大

11、的作用。研究显示：车辆通过平面信号交叉口的通行能力只相当于路段上的40%-50%，平面交叉口所消耗的时间约占全程时间的31%，而车辆行驶延误中有80%-90%由平面交叉口所造成。更有资料表明：美国平面交叉口事故数占总事故的36%左右，联邦德国农村的交通事故36%发生在平交路口，城市道路交通事故60%80%发生在平交路口，日本对1990年死亡事故发生地点进行统计表明，发生在交叉路口及其附近的事故数占总事故的42.2%1，这些血淋淋的数据都在提醒人们抓紧对交叉口的研究和管理的规范。事实上，国内城市交通领域的实践者、研究者和决策者早已意识到交叉口综合设计对于城市交通健康发展的重要性。特别是自2000

12、年以来，由国务院批准、公安部、建设部共同负责实施的全国城市交通“畅通工程”在全国600多个城市如火如荼地开展，我国城市交通建设与管理的科学化水平得到了明显改善，包括交叉口在内的城市交通环境已成为共识。根据系统论：一个系统在一定的范围内会随着复杂度的增加而增加其稳定性，但是超出这个范围则会降低其稳定性。所以对交叉口复杂度模型的研究要精确、要仔细。现如今对交叉口复杂度的计算还没有一个准确而公认的计算模型，这个我们对交叉口的设计和改善带来了很大的不便，所以研究出一个准确而公认的计算模型是眼下一个迫切的任务2。1.2 国内外研究状况 关于复杂性定义，国内外学者仍然看法各异。不同学者基于不同的学科背景和

13、研究对象，给出不同的复杂性定义。以下是一些学者提出的定义：R罗森：复杂性不但是系统相互作用的功能，而且是我们自身的功能；R. Trappl：复杂性是我们仅仅部分知道和不能把握的人工自制的自然系统的性质3；RA西蒙：系统具有多么复杂或多么简单，关键取决于我们描述它的方式。人工性和复杂性这两个论题不可避免地相互交织在一起4。钱学森：所谓复杂性实际是开放的复杂巨系统的动力学，或开放的复杂巨系统学例5。对于道路交叉口的复杂度前人已经有了一定的研究，早在上世纪80年代前苏联的费舍里松从三类冲突点的数量入手对交叉口的综合复杂性进行了研究，其结果是对交叉口的复杂程度做了定量的描述。而我国学者徐吉谦教授在费舍

14、里松的研究基础上并结合我国的交通状况，从四类冲突点数量入手对费舍里松的成果进行了改进6。费舍里松从交叉口内车流运行过程中所产生的冲突点入手，以分流冲突点、合流冲突点及交又冲突点为主要研究对象，从而得出城市道路交叉口综合复杂性公式为： （公式1.1）式中：交叉口综合复杂性； 车流的分流冲突点数； 车流的合流冲突点数； 车流的交叉冲突点数。徐吉谦教授提出的城市道路交叉口复杂性公式为： （公式1.2）式中：改进后交叉口复杂性系数； 系数； 分别为平面交叉口各类交通冲突点数。徐吉谦教授提出的城市道路交叉口复杂性公式是对前苏联学者费舍里松所作研究的深化，徐教授不仅考虑到平面交叉口内的冲突形式，而且还将冲

15、突角度一起作为研究对象。我国著名的东南大学也在这方面进行了深入的研究，东南大学在上述研究的基础上，对平面交叉口综合复杂性系数作了进一步深入研究，主要考虑平面交叉口3个影响方面和11个影响因素，采用系统分析方法，建立了平面交叉口综合复杂性系数AHP分析模型： （公式1.3）式中：平面交叉口综合复杂性系数指标； 复杂性第j个影响方面的权重； 交叉口第i个构成要素对第j个影响方面的影响权重； 交叉口第j个构成要素对第j个影响方面的影响分值。东南大学所建立的城市道路平面交叉口综合复杂性模型采用的是层次分析方法建模，这种方法主要适用多层次复杂系统的方案比选，成本效益的决策，资源分配的次序。此外，该方法权

16、重计算中相对重要度的确定一般需专家咨询，这就要求在使用该方法时必须对多位专家进行咨询并综合咨询结果进行权重的计算。1.3交叉口复杂度研究的内容1） 研究的路线城市道路平面交叉口自身是一个完整的系统因此，本文从复杂性理论入手，通过对事物复杂性的深入分析，找出城市道路平面交叉口复杂度的本质。通过分析城市道路平面交叉口系统的各个组成部分进行分析，从而明确道路平面交叉口复杂度内涵，并给出道路平面交叉口复杂度的计量模型。2） 交叉口复杂度影响因素交叉口的机动车空间分布、非机动车空间分布、以及行人通行的空间分布以及交通流车辆构成对交叉口复杂度有一定影响，本文对这四点进行了一定的分析。其次，交叉口中各类交通

17、冲突点数量是反映城市道平面交叉口复杂程度的综合性指标，然而，影响冲突点数量的因素却很多，从宏观的方面来讲，包括交叉口空间布局和交叉口运行组织：从微观的方面来讲，主要包括交叉口相交道路的条数、交叉口各进口横断面的构成、交叉口各进口车道条数、交叉口内部信号相位数、交叉口进口车道功能划分。因此，本文也对城市道路平面交叉口各类交通冲突点数的影响因素进行深入研究，从而为城市道路平面交叉口复杂度计量模型的建立奠定基础7。3） 交叉口复杂度计量模型的建立以城市道路平面交叉口各类交通冲突点影响因素分析为重点，并结合其他四点因素构建基本道路平面交叉口复杂度计量模型。2 复杂度的定义与分析2.1 复杂性的定义自然

18、科学中，复杂性与复杂度两种概念没有精确的定义，社会科学中，可以把复杂性分成两个层面：一是复杂性现象；另一个是复杂性刻画与度量复杂度。为了更好地理解复杂性从而为复杂度的研究奠定基础，本节先从复杂性的含义入手紧接着阐明复杂性原理，然后，综合介绍复杂性现象、复杂度及其研究方法。至今为止复杂性还没有一个确切的定义，在世界范围内主要存在以下三个主要的观点：1）我国著名科学家钱学森先生指出：复杂性是开放的复杂巨系统的动力学特征，复杂性问题是开放的复杂巨系统的动力学或开放的复杂巨系统的问题复杂性表示这类系统通过自组织与不断的适应，历经不同的复杂的变化阶段，不断向优化的、高级的秩序演进的过程、复杂性研究就是揭

19、示开放的复杂巨系统在不同层次上的复杂组成，认识它们之间的相互作用、它们与环境之间的相互作用、系统整体的特性及系统整体的作用机理与机制等等7。2）新英格兰复杂系统研究所的科学家认为，复杂系统是指系统整体行为不能从组成单元的行为加以推断的系统复杂系统之所以会有这样的特性，根本的原因是非线性相互作用，而不是因为系统内部巨大的个体数目8。 3）Santa Fe Institute的科学家认为，复杂性是处于混沌的边缘，复杂系统是一种复杂适应系统 9。2.2 复杂性的基本原理复杂性从根本上说是个相对的和心理的反映，为了更全面、深入地了解复杂性，应该首先从四个维度或两对维度上来研究复杂性，即：(1)从人与事

20、物维度研究复杂性：(2)从系统的元素以及元素之间相互关系维度上研究复杂性抽象点说，就是来自于人的“主观”复杂性和来自于物的“客观”复杂性10。2.2.1 主观复杂性包括3个方面：1） 人类本身是产生复杂性的根本例如：如果人类的思想跟猴子一样简单那样就少了很多复杂的东西，人类的世界就不会有那么多需要研究的地方。其实我们看来猴子的世界时非常简单的，对于我们来说基本没有复杂的地方，这里就体现出了一点:复杂性的产生是相对于它所对应的群体，如果抛开这个对应的群体那么复杂性的度量是不可以完成的。2）人们性格空间的差异造成了社会复杂性我们假设客观上存在一个“标准性格”，离标准性格不远范围内的性格叫作正常性格

21、，远离标准性格者叫非正常性格。应该看到，一个社会群体中，正因为人人的性格都共处一个范围内，才说得上有共通性。同时也正因为性格处于正常状态者是绝大多数，才说得上有共能的正常生活。比如在某种程度上存在共同的世界观与价值观，但这时更应强调的是，正因为各自的性格有差异才能形成五彩缤纷的世界也就是复杂的世界。因此，每个人的性格差异是社会复杂性产生的根本。3）人心理世界的模糊性和难度量性造成人的复杂心理。人的思维本身是非数量性的，特别是已知人对事物的分辨能力其精细程度一般不超过11%，可是模糊系统论告诉我们，客观世界总是模糊构成的，事物之间的分明性总是相对而言的或者说是人为的。这就是说当事物之间的模糊度低

22、于11%时，我们仅凭思维认识是难以继续进行的。那么这时可否借助工程技术上的度量原理对社会事物进行精确度量，以帮助人的深入认识呢？这是不可能的，因为社会事物不具有物理空间或一般欧氏空间的局部特征而是属于空间11。2.2.2 客观的复杂性包括2个方面：1)系统中需要识别的元素种类越多，数量越大，系统就越复杂。举一个数学方面的例子：假设有一个一元一次方程：x+1=2，那我们一眼就可以得出这个方程的解x=1，这是为什么呢？主要原因是因为这个方程的元素只有一个所以它的复杂性很低，我们才能一眼就解出来。同样一个一元一次方程：6x+5*（x+3）-2x=42，遇到这个方程我想数学再怎么厉害的人也没办法一眼给

23、出它的解吧，同样是一元一次方程但是由于它们元素含量的不同导致了它们复杂性的不同进而导致了我们解出它们的时间不同。2)系统元素之间的相互关系越紧密，相互联系的范围越广泛，系统就越复杂。元素之间的关系越紧密就意味着它们的特征相互约束、相互依赖和相互规定越强烈要了解其中之一必定需要了解相关的其他，要了解整体依赖于我们对部分的分析，而要了解部分又要对整体进行了解。所谓牵一发而动全身。这时系统的元素或模块很难运用分析和分解的方法加以分离而不破坏其系统整体本身，而不对其组成部分进行过细的分析又很难深入理解整体。这样无论理解整体还是理解部分都更为困难建模工作更难展开，预测系统的性状和控制系统的行为便更加困难

24、如是就呈现出一种较为错综复杂的局面11。2.3 交叉口复杂度的研究方法首先我们先对大众事物研究复杂性的基本方法进行描述，它是在唯物辩证法指导下的系统科学方法，可总结为以下几种方法12：1)定性判断与定量计算相结合通过定性判断建立系统总体以及各个子系统的概念模型，并尽可能将它们转化为数学模型，经求解或模拟后得出定量的结论，在对这些结论进行定性归纳以取得认识上的飞跃，形成解决问题的建议。任何系统都有定性和定量特性两个方面，定性特性决定定量特性，定量特性表现定性特性。只有定性判断，对系统行为特性的把握难以深入准确。但定性判断是定量计算的基础，定性认识不正确，不论定量结果多么精确漂亮，都是毫无意义的，

25、甚至还会把认识引入歧途。定量计算是为定性判断服务的。借助定量计算能使定性判断深刻化、精确化。2)局部分析与整体综合相结合从系统论的角度来看，局部分析只有和整体综合相结合，才能够形成系统的观点和看法。局部分析的目的是为了了解系统的组成元素以及它们之间的层次结构，而整体综合则是从功能结构和形成过程的角度来认识系统。整体由局部构成，整体统筹局部，局部支撑整体，局部受到整体的约束与支配。因此，应在系统的整体观对照下建立对局部的分析，综合所有局部分析以建立关于系统整体的综合。3)还原论和整体论相结合还原论和整体论的结合就是微观和宏观的结合，还原论从局部机制和微观结构入手，对系统构成元素进行深入的分析，而

26、整体论则强调系统内部构成元素之间内在的关系和相互作用。因此，只有还原论和整体论相结合，才能够深刻的了解系统的发展演化过程。4)科学推理与哲学思辨相结合科学理论是具有某种逻辑结构并经过一定试验检验的概念系统，科学家在表述科学理论时总是力求达到符号化和形式化，使之成为严密的公理化体系。但是，科学的发展往往证明任何理论都不是天衣无缝的，总有一些“反常”的现象和事件出现。这是就必须运用哲学思辨的力量，从个别和一般、必然性和偶然性等范畴，以及对立统一、否定之否定等规律来加以解释。3 交叉口冲突点数的计算及影响在影响交叉口复杂度的众多因素当中除了一些从根本上改变了交叉口的性质的因素例：交叉口形状，有无信号

27、灯控制等，剩余因素中最重要的莫过于一个交叉口冲突点的多少，它是最直观反应交叉口复杂度的因素，本章就常见交叉口的进行冲突点分析。3.1 交叉口相交道路条数与冲突点的关系首先，我们要对交叉口进行分类，这决定了交叉口的根本性质。一般来说城市中较为常见的交叉口有T型交叉口、十字型交叉以及复合交叉口，其对应的相交道路条数分别为三路交叉、四路交叉、五路及五路以上交叉（本文只对较为常见的五路交叉口进行分析）。在这里以较为典型的双向两车道为例，也就是说：在相同的进口道车道数的前提下根据不同的进口道数进行分析，分析冲突点包括：交叉冲突点、合流冲突点、分流冲突点。不同的相交道路条数所对应的交叉口机动车与机动车冲突

28、点的空间位置及数量如表3.1所示13。表1 双向车道不同相交道路条数的冲突点相交道路条数图示冲突点类型数量三路交叉口交叉冲突点3分流冲突点3合流冲突点3总数9四路交叉口交叉冲突点16分流冲突点8合流冲突点8总数32五路交叉口交叉冲突点50分流冲突点15合流冲突点15总数80从表图中的冲突点数量可以总结出双向两车道交叉口机动车与机动车冲突点数量与相交道路条数具有如下关系： （公式3.1）（其中，出代表交叉口机动车分流冲突点数，代表交叉口机动车合流冲突点数，代表交叉口机动车与机动车交叉冲突点数，代表交叉口相交道路条数(3)。3.2 交叉口进口道车道数与冲突点的关系不同的进口道车道数亦对冲突点的数量

29、有较大的影响，下面以城市中较为常见的十字型交叉口为例，研究对称型交叉口(各进口道数量相同)及非对称型交叉口冲突点数量及位置。1） 对称型十字交叉口不同车道数的冲突点表2 对称型十字交叉口不同车道数机动车冲突点相交道路条数图示冲突点类型数量2-2型交叉口直行直行交叉冲突点4直行左转交叉冲突点8左转左转交叉冲突点4分流冲突点8合流冲突点8总数324-4型交叉口直行直行交叉冲突点16直行左转交叉冲突点16左转左转交叉冲突点4分流冲突点8合流冲突点8总数526-6型交叉口直行直行交叉冲突点36直行左转交叉冲突点24左转左转交叉冲突点4分流冲突点8合流冲突点8总数80从图中的冲突点数量不难看出，相同进口

30、道数对称十字交叉口机动车与机动车冲突点数量与进口车道条数具有如下关系： (公式3.2) （其中，出代表交叉口机动车分流冲突点数，代表交叉口机动车合流冲突点数，代表直行-直行交叉冲突点，代表直行-左转交叉冲突点，代表左转-左转交叉冲突点,代表进口道的车道数。）2）非对称型十字交叉口不同车道数的冲突点对于非对称型十字交叉口而言，城市中较为常见的有42型交叉口、6-2型交叉口及6-4型交叉口，其机动车与机动车冲突点如表3-3所示。表3 非对称型十字交叉口不同车道数机动车冲突点数相交道路条数图示冲突点类型数量4-2型交叉口直行直行交叉冲突点8直行左转交叉冲突点12左转左转交叉冲突点4分流冲突点8合流冲

31、突点8总数406-2型交叉口直行直行交叉冲突点12直行左转交叉冲突点16左转左转交叉冲突点4分流冲突点8合流冲突点8总数486-4型交叉口直行直行交叉冲突点24直行左转交叉冲突点20左转左转交叉冲突点4分流冲突点8合流冲突点8总数64 从表中的冲突点数量不难看出，相同进口道数非对称十字交叉口机动车与机动车冲突点数量与进口车道条数具有如下关系： （公式3.3）其中，出代表交叉口机动车分流冲突点数，代表交叉口机动车合流冲突点数，代表直行-直行交叉冲突点，代表直行-左转交叉冲突点，代表左转-左转交叉冲突点, 分别代表两个进口道的车道数。从上文可知交叉口中主要冲突点可分为交叉冲突点、合流冲突点、分流冲

32、突点，后两种统称为交织冲突点。这三种冲突点是交叉口复杂度的最主要构成因素。4 交叉口复杂度的其它影响因素分析4.1 机动车通行布局的影响4.1.1 左转机动车通行空间布局的影响左转机动车道的数目, 左转待行区、左转机动车停车线的设置, 都对交叉口复杂度有不同程度的影响14。1） 左转机动车道数目对复杂度影响左转机动车道数目对交叉口复杂度的影响主要体现在左转交通流和直行交通流之间的冲突, 具体影响如下: 当直行机动车和左转机动车存在冲突时, 直行车道数一定( 假设为m ) , 每增加一条左转车道, 冲突点的数目将相应增加m个, 减少一条左转车道, 冲突点数目减少m个；当直行机动车和左转机动车存在

33、冲突时, 在直行车道数、直行交通量和左转交通量一定的情况下,随着左转车道数的增加, 冲突点数目增加, 冲突点的冲突概率减小, 但是复杂度是增加的。当直行机动车和左转机动车存在冲突时, 设置左转等待区或者将左转机动车停车线前移可以减少左转机动车的冲突流量, 从而降低左转车流与直行车流的冲突概率, 降低复杂度。图1 左转交通流与直行交通流冲突点2）左转待行区、左转停车线设置对复杂度影响左转待行区的设置减少了左转机动车到达冲突点的距离, 使得部分左转交通流能够在直行交通流到达冲突点之前通过交叉口, 减少了左转车流与对向直行车流发生冲突的流量, 从而减小了交叉口复杂度。左转停车线提前、直行停车线滞后和

34、左转待行区的设置具有相同的效果, 都能够降低交叉口复杂度。当然, 在实际应用过程中, 需要结合交叉口的型式综合考虑。图2 左转待行区设置4.1.2 直行机动车通行空间布局的影响对于无控交叉口, 随着交叉口进口道数量的增加, 直行机动车之间的交叉冲突点数量增加最快, 是导致交叉口机动车交叉冲突点总数急剧上升的根本原因。虽然信号灯的采用已经使得绝大多数与直行有关的交叉冲突点不复存在，但是多相位控制是在牺牲交叉口效率的基础上换得交叉口秩序的稳定性。在两相位信号控制交叉口仍然存在直行与对向左转的交叉冲突15。例：以左转交通量（一条左转车道），直行总交通量为例，根据公式： （公式4.1）式中：，分别为机

35、动车交叉、合流和分流冲突点数目，、分别为机动车交叉、合流和分流的冲突概率；为主要交通流的交通量；Q为次要交通流的交通量。当只有一条车行道时，时，个冲突点的平均冲突概率为0.3652，复杂度为=0.3652；当有两条车行道时，时，两个冲突点的平均冲突概率为0.1872和0.1522，复杂度为=0.1872+0.1522=0.3394；当有三条车行道时，时，三个冲突点的平均冲突概率为0.1256、0.1098、0.0978，复杂度=0.1256+0.1098+0.0978=0.3332计算结果见表4：表4 计算结果汇总表直行车道数冲突概率复杂度10.36520.365220.18720.33940

36、.152230.12560.33320.10980.0978从计算结果来看，机动车空间布局对交叉口复杂度的主要影响有以下几个方面：1）在左转车道数、左转交通量和直行交通量一定的情况下，增加直行车道能够明显降低各冲突点的冲突概率，但是总的复杂度减少量十分有限；2）当左转交通量和直行交通量都比较小的时候，不增加直行车道能够满足交通需求时，复杂度降低微小，没有必要因此而增加直行车道数目；3）当左转交通流和直行交通流都比较大时，这个时候单点的冲突概率已经接近1，说明发生冲突的可能性非常大，很可能造成交叉口延误过大，产生拥堵，因此，这个时候通过增加直行车道数目，均衡冲突点的冲突概率，不仅降低了复杂度，也

37、改善了交通流的运行状况。4.2 非机动车通行空间布局的影响 非机动车通行空间布局对复杂度的影响往往具有很大的不确定性。现如今大多数城市的交叉口中非机动车经过交叉口都是和行人一样通过穿越人行横道，但是有些地区居民的交通意识薄弱导致很多机动车经过交叉口时不仅不通过人行横道更有一些无视了信号灯，这就是导致了这个不确定因素的原因。所以，我认为非机动车对交叉口复杂度的影响跟当地居民是否遵守交通规则有很大的关系，对于非机动车不遵守交通规则胡乱通过交叉口很难进行定量甚至定性的分析，所以本文考虑的是在非机动车遵守交通规则的前提下通过交叉口的情况。这种情况下非机动车通过交叉口与行人通过交叉口的方式相同，唯一不同

38、时非机动车通过时所占得人行横道较大这里会在最后的总结公式中给予体现。图3 非机动车违反交通规则4.3 行人通行空间布局的影响一般而言，交叉口行人通行的处理方法有两种：平面过街和立体过街。显然，立体过街能够完全消除交义口内与行人相关的冲突点，这不仅有利于交叉口处行人安全和机动车的有序运行，还能降低交叉口的复杂度。但是过街天桥和地道造价较高，对交叉口条件要求也高并且会增加行人过街的距离和时间，所以通常情况下，只有当交叉口行人流量达到一定的值或者道路等级较高、所处区域特殊时行人过街才考虑采用过街天桥或者地道的形式。城市大部分交叉口行人过街方式还是采用设置人行横道。 当行人流量一定时，机动车一行人冲突

39、复杂度随着机动车右转流量的增加而增加。行人流量一定，机动车右转流量增加，平均车头时距减小，说明机动车所提供的能够使得行人穿越的可接受问隙变小，因此，行人和机动车发生冲突的可能性增大，机动车一行人冲 突复杂度增加。机动右转车流量一定，行人流量增加，说明单位时间内通过交叉口的行人数增加，要求机动车能够提供更大的间隙，因此机动车和行人势必会争抢通过权发生冲突使得机动车一行人冲突复杂度增加。行人流量较大时，机动车一行人复杂度增加的幅度较大。当机动车和行人流量都比较大时，局部复杂度突然增大时可以设置行人驻足岛使得机动车一行人冲突复杂度减小。图4 行人违反交通规则4.4 交叉口形状的影响交叉口形状对交叉口

40、复杂度影响这是交叉口复杂度影响因素的一个重要方面，在同样的交通流以及外部情况下，一个正规的十字交叉口和一个畸形交叉口哪个的复杂度会更高？这个问题我们稍加思索就可以得出答案，肯定是畸形交叉口的复杂度高。然而，这方面因素对交叉口复杂度影响到底有多大呢？我只能说：不同的形状都有其不同的影响因素，这个在亲眼见到交叉口之前我们是根本无法进行定量的判断甚至无法进行定性的判断，所以在下面章节有关这方面的影响在复杂度模型中只给出了一个参数，这个参数具体应该怎么定量就要因地制宜，要通过对具体交叉口的详细调查才能给出一个相对准确的值。本文下面讨论的交叉口都是正常的交叉口，对于畸形交叉口本文不进行讨论。4.5 交通

41、流的车辆构成的影响这里先提出一个问题：为什么城市内部大都不允许大型车辆进入呢？我们以前肯定碰到过这样的事，但是有没有考虑过原因呢？ 首先，大型车辆进入市区会污染城市环境，不仅因为大型车辆排放量大会造成空气污染还有就是大型车辆的声音也很大容易造成噪音污染。其次，这也是最重要的原因，就是大型车辆进入市区会给原本就拥堵的市区交通带来巨大的负担。我们可以试想一下，在同样的交通流下一个全都是小轿车通过的交叉口和一个有着小轿车、大货车、公交等不同车辆通过的交叉口复杂度能处于同一水平线吗?答案肯定是否定的，由于每一种车辆的特性不同导致了他们行使的轨迹、速度等方面的不同从而使复杂度得以提升。所以，在同样交通流

42、的前提下对于混合的交通车流在确定其复杂度的时候在这方面的权重要给予适当加重。例：对福州市金榕南路与金祥路各类车辆通过交叉口时间的调查（车辆的通过时间调查都是从车头碰到停车线到车尾完全进入出口道的时段，忽略在进口道耽误的时间）表5 各类车辆通过交叉口时间小车公交/大客车中货车大货车通过交叉口评价时间5.3s6.8s6.5s8.7s通过上面数据可知：各类车辆通过交叉口时间长短不一，假如通过车辆大都为小车那么在一个绿灯时长通过交叉口的效率一般较高，而当车流中混合了较多客车或货车时由于它们通过交叉口的速度慢就会使整个通过车流的速度都大幅度降低，从而降低了交叉口的通过效率，进而使交叉口的拥堵情况加剧即增

43、加了交叉口复杂度。5 交叉口复杂度计量模型5.1 交叉口复杂度计量模型的确定通过上文我们可以总结出在大环境下影响交叉口复杂度的几个比较重要的因素：交叉口冲突点数、机动车通行空间布局、非机动车通行空间布局、行人通行空间布局、交通流的称量构成这五个因素，下面对每个因素在计量模型中所占权重进行分析谈论。把模型定为： （公式5.1）式中：分别为冲突点数、机动车通行分布、非机动车通行空间布局、行人通行空间布局、交通流车辆构成所占的权重； 计量系数。具体参数含义将在本章中做详细分析。（本章部分重要内容是通过专家调查法得到的，通过电子邮件的形式发出了10份调查表给国内的专家，回复的有3份邮件）。5.1.1

44、交叉口冲突点数的影响根据前人研究的成果可以得出3者对交叉口复杂度影响的大小：交叉冲突点>合流冲突点>分流冲突点。为什么区分大小也是有自己的原因的，这个仔细看上面的图我们可以发现只有交叉冲突点是发生在交叉口中心区域而另外两种冲突点是发生在各个进口道的尾部和出口道的头部，这就大大降低了它们对交叉口复杂度的影响，所以这一点就可以很直观的判断出它们的影响大小。还有一点就是交叉冲突点的车辆在发生交叉冲突点的前后还可能在交叉口内与其他车辆发生冲突，而分流冲突点只可能在发生之后车辆才可能与其他车辆发生冲突，合流冲突点则是在发生之前车辆才可能与其他车辆发生冲突。再根据分流以及合流的特性可以判定合流

45、点的影响大于分流点。其中对于左转-左转冲突点、直行-左转冲突点、直行-直行冲突点不做具体的细化分析，把他们在模型中的体现统一归为冲突点。在模型中交叉口冲突点的影响会占到最大的部分，因为在抛出改变交叉口性质的无法定量判定的因素后只有交叉口冲突点数是改变交叉口根本的最重要因素，其他因素无论是车与行人的通行空间布局或者是车辆构成都只是改变交叉口复杂度的外在因素对交叉口本身没有任何的改变所以冲突点数是最重要的影响因素，其次只要我们稍微留意就可以发现冲突点数越多的交叉口在信号控制上也越复杂。具体冲突点在模型中所占权重大小根据专家调查法和分析判断在这五种因素中所占比例为60%。而这三种冲突点的权重则定位交

46、叉冲突点55%、合流冲突点30%、分流冲突点15%5.1.2 机动车通行分布的影响首先，在这里对空间布局进行简单的解释，其实它可以从空间和布局两个词进行拆分理解：空间指的是各个部位的相对位置和节点，布局指的是各个部位的形状和安放形式。综合起来可以解释为：在交叉口中机动车通过交叉口时各个车辆及道路的相对位置以及通过的各种形式（方式）。这里把机动车通行空间布局定位影响交叉口复杂度的第二大因素，因为交叉口中最为主要的交通流就是机动车交通流，相比于非机动车和行人交通流来说机动车交通流无论在总体所占空间大小或者对交叉口设施的占用程度来说都不是其他两种交通流所能比拟的。所以再出去交叉口本身因素的影响外把机

47、动车通行空间布局定为交叉口复杂度的第二影响因素是无可厚非的。根据4.1.2所得出的机动车左转以及直行的关系：当左转交通流和直行交通流都比较大时，这个时候单点的冲突概率已经接近1，说明发生冲突的可能性非常大，很可能造成交叉口延误过大，产生拥堵，因此，这个时候通过增加直行车道数目，均衡冲突点的冲突概率，不仅降低了复杂度，也改善了交通流的运行状况。可以得出当交叉口的某个进口道直行和左转交通量都相对比较大时机动车空间布局对交叉口复杂度的影响就相对加大，所以机动车通行空间布局对交叉口复杂度的影响应该是一个范围值而不是一个固定值。这里根据专家调查法以及分析判断得出机动车通行空间布局影响的权重范围为15%-

48、20%。5.1.3 行人及非机动车通行空间布局的影响在分析行人和非机动车通行空间布局对交叉口复杂度的影响时必须有一个前提条件就是：行人和机动车绝大部分在通过交叉口时遵守了交通规则。如果没有这个前提条件我们可以设想一下：所有行人和非机动车在通过交叉口时随心所欲那么整个交叉口必将非常混乱，这个就脱离了分析的目的所在。其次，这里为什么把行人和非机动车和在一起分析也是有原因的，因为在如今的交叉口中行人和非机动车通过交叉口的方式大都是通过穿越人行横道，所以它们对交叉口复杂度的影响无论在大小和方式上也就非常的接近。虽然行人和非机动车在交叉口中数量是最大的但是它们所占交叉口资源却小于机动车所以它对交叉口的影

49、响就相对较小。由于在一个绿灯时长内不论非机动车和行人的数量多少它们对交叉口的影响都是不变的（在遵守交通信号灯控制的前提下），所以讨论影响的大小主要是根据非机动车和行人有没有违反交通规则。不同的交叉口可根据各自不同的情况在所给权重范围内酌情进行权重定值。根据专家调查法和自己的分析判断得出在影响交叉口复杂度的因素中行人通行空间布局所占权重为4%-6%，非机动车通行空间布局为8%-12%。5.1.4 交通流中车辆构成的影响我们可以设想一个情况，假如整个城市出行都以公共交通或者其他某一种方式出行那么交通还会如此拥堵吗？为什么混合交通会影响一个交叉口的复杂度？其实这两个问题的答案基本一致，混合交通流由于

50、各种车辆之间的行使方式以及通行的速度等多方面因素的不同导致了它们在一起通行时会有很多的冲突点，所以组成交通流的车辆构成越复杂、种类越多则它们对交叉口复杂度的影响也就越大。其次为什么它的影响因素最小也是有原因的，我们可以先把这5种因素进行分级，第一级肯定是冲突点数因为它是交叉口本身的因素，第二级时车辆行人通行空间布局因为车辆行人是构成交叉口体系中体现在表面的直观点是不需要进行分析用眼睛就看得到的，第三级就是车辆的构成了因为它是一个隐性的影响因素是要通过深入分析才能得到的结果远远没有前几种因素那么直观，所以它的影响因素应该是最小的。还有这个因素的权重也是一个范围值，它的大小取决于某个交叉口车辆构成

51、的复杂度大小这就需要调查者对特定的交叉口进行特定的分析。根据专家调查法和自身的分析得出交通流中车辆构成对交叉口复杂度的影响所占权重为5%-10%5.2 交叉口复杂度模型根据前面给出的模型5.1所示，其中 （其中分别代表分流点、合流点、交叉点数）。其次对 进行定值，由于冲突点数的增加或者减少会对机动车、行人、非机动车、交通流的车辆构成对交叉口的影响造成一定程度的影响，所以这里的 要根据交叉口的具体情况进行定值。根据专家调查法得知这里对 的定值可以根据交叉口进口道总数进行定值，所以给出 = = = =进口道总数。综上所述可得交叉口复杂度计量模型： （公式5.1）式中：分别为冲突点数、机动车通行分布

52、、非机动车通行空间布局、行人通行空间布局、交通流车辆构成所占的权重，其中a=60%,b=15%-20%,c=8%-12%，d=4%-6%,e=5%-10%；分别代表分流点、合流点、交叉点数；等于所计量交叉口的进口道数。根据对多种类型交叉口进行计算和分析得出评价范围指标：当<10时，则认为交叉口简单；当10<20时，则认为交叉口中等复杂；当20时，则认为交叉口复杂，该评价范围指标的确定是通过对福州市多个不同交叉口进行模型带入计算，然后在计算后通过导师的指导而得出的一个较为合理的范围值。从定值可以看出在进口道数量较小时其它的四个因素对交叉口复杂度的影响相对较大，为进口道数量较大时其它四个因素的相对影响就会渐渐变小，这样的设计也是较为合理，因为在进口道少时冲突点也很少因此冲突点对交叉口复杂度的影响就不会很大，这就使得其它四个因素的影响相对较大，反之亦然。因此，根据研究结果可得出一个结论：城市道路平面交叉口复杂度是对城市道路平面交叉口的空间布局和运行组织复杂性程度的度量。6 算例1）福州市金山金榕南路与金祥路交叉口模型5.1计算该交叉口的复杂度，交叉口平面图见图5 图5 交叉口平面简图计算过程：根据模型 已知交叉口