第11章 智能网联交通控制评价方法

第11章智能网联交通控制

评价方法11.1评价指标网联交通环境下，将所有用于交叉口运行质量评价的指标进行分类，可以归纳为四类，分别为基于效率准则的评价指标、基于安全准则的评价指标、基于环境准则的评价指标和基于乘坐舒适性准则的评价指标，分类结果见下表。在评价交叉口运行质量时，不可能在每一方面都选取一个或几个指标。评价指标太多，不仅不利于工程上的应用，而且在应用时难免会出现冲突的情况，并且这些指标间存在很强相关性。11.2评价方法停车次数指交叉口疏散的交通量中停车的车辆数。值得注意的是，并非所有受阻车辆都会完全停下来，有部分车辆在车速尚未降到0之前又会加速驶离交叉口。网联交通环境下，因可操控CAV在路段上的行驶速度和轨迹，尽可能少的在交叉口停车等待，会导致完全的停车次数较全人工驾驶环境下迅速减少；但路段上CAVs及其跟驰的CHVs/HVs压速行驶，又会形成大量的不完全停车且不完全停车的情形还有别于图中的情形。因而，网联交通环境下，停车次数一般很少作为交叉口管理与控制策略的优化目标。1.停车次数11.2评价方法延误等于车辆行程时间减去以正常行驶速度驶过路段和交叉口所需的行驶时间。无论从哪个角度对交叉口运行质量进行评价，延误作为一项重要指标，在各种评价体系中占据着突出地位。人工驾驶环境下，延误计算的参考值为以正常行驶速度驶过路段的行驶时间，这个正常行驶速度受交通流密度、道路条件等因素影响，往往小于道路的最大限速。而在网联交通环境下，特别是有CAV专用车道的情况下，CAV可根据前方交通信号的状态控制其行驶速度在最大、最小值之间变化，若仍参照人工驾驶环境下的延误计算方法，会出现一部分CAVs的延误为负值，显然与现实不符。为避免这种情况出现，现有研究均以最大速度驶过路段的行驶时间作为CAV延误计算的参考值；而人工驾驶车辆的延误计算仍沿用现有方法。网联交通环境下，受CAV轨迹控制的影响，CAVs和CHVs/HVs抵达交叉口的情况已经完全脱离了传统的随机到达假设，故传统的信号控制交叉口延误计算模型已失效。当用延误来优化交叉口信号控制参数时，需根据控制策略的特点，参照延误形成的基本原理，建立单车的延误计算模型。2.延误11.2评价方法服务水平指司机和乘客对道路交通运行所要求达到的服务质量的一种衡量标准。美国《道路通行能力手册》单一以平均停车延误作为服务水平分级的依据。他们认为诸因素对信号交叉口服务水平的影响程度，均可反映在延误的大小上，如饱和度、红灯平均阻车长度、交叉口条件(特别是进口道类型)、管理水平(特别是信号控制条件)等，同时延误也是造成额外燃料消耗和空气污染的主要原因。将延误按数值大小划分成不同区间，对应着不同的服务水平。美国《道路通行能力手册》将信号交叉口服务水平划分成了六个等级，分别为A、B、C、D、E、F，见下表。网联交通环境下，服务水平的确立方法未发生改变。未来可能会随着CAV渗透率的提升、交叉口通行状况的改善，服务水平每个等级划分的标准会有所调整。3.服务水平11.2评价方法排队长度是评价交叉口进口道设计长度合理性、交叉口拥挤程度等的重要指标。交通信号灯是引起车辆排队的最主要因素，交叉口进口道的排队长度对于控制方案的选择、拥堵状况的评价都有着重要的作用。网联交通环境下，特别是有CAV专用车道的情况下，在不限制CAV最低行驶速度时，传统的停车排队情况并不会出现，而是移动的车辆队列。此时，排队长度的内涵已发生改变，网联交通环境下，不宜再将排队长度作为优化信号控制参数的主要目标。4.排队长度11.2评价方法通行能力是表征道路交通设施处理交通的能力，定义为道路交通设施中，在要考察的地点或者断面上，单位时间内能够通过的最多交通单元，是交通规划、交通工程设计与交通管理中必不可少的重要评价指标。交叉口通行能力受道路条件、交通条件和信号控制条件制约。交叉口通行能力是对每一车道、车道组和进口道定义的。信号交叉口通行能力等于各进口道通行能力之和，进口道通行能力等于进口道上各条车道通行能力之和，一条进口车道的通行能力等于该车道饱和流量与所属相位绿信比的乘积。网联交通环境下，在无CAV专用相位时，信号控制交叉口通行能力的计算方法未发生改变；有CAV专用相位时，信号控制交叉口通行能力等于CAV专用相位的通行能力与传统相位通行能力之和。CAV专用相位通行能力的计算类似于停车控制交叉口，但较停车控制交叉口要复杂得多。5.通行能力11.2评价方法饱和度是一个信号相位的有效绿灯时间与周期时长之比。饱和度作为交叉口交通效益的一个评价指标，其极限值为1。饱和度反映了交叉口的交通忙碌程度，饱和度越大，交叉口信号控制效益越差。虽然饱和度的理论值可以达到1，但是实际情况下，当饱和度接近1时，交叉口的通行条件将迅速恶化。因为在饱和度很高的情况下，到达交叉口的车流量接近交叉口的允许通行能力，必然导致车辆受阻、延误和停车次数的急剧增加，形成较长的受阻车队。在相同交通条件下，饱和度与通行能力成反比，因此饱和度对交通信号控制效益的评价与通行能力等价。网联交通环境下，信号控制交叉口饱和度的定义及其计算方法仍适用。6.饱和度11.2评价方法行程时间是车辆行驶全程所需的时间，包含车辆行驶时间和延误、停止时间等所有损失时间。行程时间反映了车辆行驶全程的道路交通条件，是交通信号控制效益的重要评价参数。网联交通环境下，行程时间用来评价交通系统运行效率仍适用。7.行程时间11.2评价方法行程车速又称区间车速，是车辆行驶路程与通过该路程所需总时间(包括停车时间)的比值。行程车速是一项综合性评价指标，用以评价道路的通畅程度、估计行车延误等。而交叉口停车是影响行程车速的关键因素，要提高交通信号控制效益归根结底是要提高车辆的行程车速。8.行程车速11.2评价方法轨迹平滑性是反映乘坐舒适性的一个指标，一般用用单位时间内速度的变化量来量化。网联交通环境下，尽管根据前方交通信号的状态可控制CAV急加速或急减速行驶以降低延误、提升信号控制效率，但频繁地急加速与急减速，乘客的出行体验会很差，与我们追求的道路交通系统管控目标相悖。因此，在提升道路交通系统控制效率的同时，CAV速度的变化量越小越好，即：网联交通环境下，CAV轨迹平滑性同延误一样，往往作为交叉口管理与控制策略优化的目标之一。9.轨迹平滑性11.2评价方法油耗，又称汽车行驶完100公里所用的耗油量，是量化汽车经济性的一个重要指标。目前建立有三大类油耗模型：宏观模型、中观模型和微观模型。其中，微观模型主要描述车辆的瞬时油耗与状态参数之间的关系，适用于估计车辆通过某一路段或交叉口以秒为单位的瞬时燃油排放，代表模型有CMEM(ComprehensiveModalEmissionModel)和VT-Micro(VirginalTechMicroscopicEmissionmodel)。网联交通环境下，CAV的轨迹控制对汽车油耗量影响较大，该指标经常作为优化目标之一参与交叉口管理与控制策略的制定。10.油耗11.2评价方法车辆尾气排放是指从车辆废气中排出CO(一氧化碳)、HC+NOx(碳氢化合物和氮氧化物)、PM(微粒，碳烟)等有害气体，是对机动车尾气管排放的有害物质进行定量和定性分析的指标。同样，量化汽车尾气排放的模型也有宏观、中观和微观三类，其中，微观模型适用于交叉口汽车尾气排放的量化，代表模型有CMEM模型。网联交通环境下，CAV的轨迹控制同样对汽车尾气排放影响较大，上述尾气排放模型也常被选作交叉口管理与控制策略的优化目标。11.尾气排放11.2评价方法汽车噪声，即汽车行驶在道路上时，内燃机、喇叭、轮胎等都会发出大量的人类不喜欢的声音。汽车噪声是交通噪声中最主要的一部分。汽车噪声的主要来源有：发动机噪声、传动系统噪声、进气系统噪声、排气系统噪声、轮胎噪声、制动系统噪声和空气动力学噪声。为减少汽车行驶噪声的污染，各国和各大汽车厂商都制定标准限制汽车噪声，其主要内容包括：车外加速行驶噪声标准、车外匀速行驶噪声标准、车内噪声标准、发动机噪声标准、定置噪声标准、排气噪声标准等方面。因影响汽车噪声的因素多且量化困难，该指标一般不参与交叉口管理与控制策略的拟定。12.汽车噪声11.2评价方法交通事故率是评价交通事故多少的一个指标。13.事故率11.2评价方法13.事故率11.3

时空资源利用评价方法1.停车/让行交叉口11.3

时空资源利用评价方法2.信号控制交叉口11.3

时空资源利用评价方法3.环形交叉口(1)无信号控制环形交叉口参照停车/让行交叉口的方法计算无信号控制环形交叉口各个交织段的时空资源实际利用率。环形交叉口时空资源实际利用率等于各个交织段时空资源实际利用率的最小值。(2)信号控制环形交叉口参照信号控制交叉口的方法计算环形交叉口时空资源可用利用率。将环岛车道当作交叉口内的待行区对待，考察断面为进入环岛的停车线处。11.3

时空资源利用评价方法4.立体交叉各进口的时间资源可用利用率理论上均100%，各进口的空间资源可用利用率分别为