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1、中文摘要 摘要:进入21世纪后,我国城市化快速发展,人口迅速增多,机动车保有量迅猛增长,使得城市交通系统的复杂性不断增大,城市交通已经成为不可忽视的能源消耗大户,同时由于机动车尾气排放所造成的环境污染日益严重,严重影响人们的生活水平。因此从可持续发展的角度考虑,需要从交通运营的视角对车辆尾气排放进行深入研究,分析影响车辆尾气排放的因素,寻求节能减排突破点。 道路交叉口是城市交通的关键部分,也是城市道路交通网络运行的关键点。在改善城市道路交叉口运行效果的众多方法中,优化信号配时可以方便快捷的达到提高运行效率的效果。对城市道路交叉口信号优化配时的研究具有重要的理论和实际意义。本
2、论文以基于减少汽车尾气排放的城市道路交叉口信号配时为研究对象,选择延误和停车率作为衡量配时方案的指标,建立城市道路交叉口信号优化配时模型,采用改进的遗传算法求解模型,并通过构建机动车尾气排放测算平台对信号优化前后的汽车尾气排放进行评估。 本论文的主要研究如下: 1、分析了交通信号控制的基本类型、参数、主要的评价指标、人工智能在交通信号控制中的应用以及考虑机动车尾气排放的交通信号配时优化问题。 2、釆用微观交通仿真模型(VISSIM模型)和基于VSP分布的污染物排放模型相结合,构建了机动车尾气排放测算的平台,根据VISSIM模型的输出数据获得车辆的平均延误和停车情况,同时利用VISSIM模
3、型输出的车辆实时运行数据和基于VSP分布的污染物排放模型获得机动车在城市道路交叉口的污染物排放。 3、分析了城市道路交叉口交通信号控制条件和方式,明确了交叉口信号优化模型的优化目标和主要优化参数,构建了城市道路交叉口信号优化模型。然后在基本遗传算法的基础上,对选择、交叉和变异策略进行改进,并通过改进后的遗传算法对所构建的模型进行了求解。 4、选取实际道路网络中的信号控制交叉口作为研究对象,在进行实际交通调查的基础上,搭建了交叉口微观仿真平台,设计了算法程序,对比了算法的有效性,并对所得结果进行具体分析,从交通量变化和优化目标中平均延误和停车率的所占比重发生变化方面进行了分析。 关键词
4、道路交叉口;信号配时;遗传算法;机动车尾气排放 ABSTRACT ABSTRACT: After entering 21st century, cities in our country develop rapidly, thetraffic demand of citizens has increased year by year,and the private car ownershipreveals a trend of dramatic increase. As a result, the urban transportation syst
5、em isbecoming more complex, and the urban traffic has become a big energy consumer.Meanwhile, motor vehicle exhaust emission caused by environmental pollution isbecoming more and more serious and influence people's standard living. Therefore, it isnecessary that considering from an angle of sustaina
6、ble development, study on trafficenergy consumption and pollutant emissions, analyze its influencing factors and seekingenergy-saving breakthroughs. As the intersection is the key point of urban road,it is the main cause of the roadcongestion and the bottleneck of urban road traffic system. There a
7、re so many ways toimprove the operating efficiency, in which signal timing is one of the most direct andeffective way. Therefore, there is important theoretic value and practical meaning tostudy urban road signal timing. In this dissertation, it takes signal control optimization of urban street int
8、ersection base on vehicle pollutant emissions assessment as theresearch object, and selects the delay, number of stops as the indexes of measuringtiming scheme to establish the model of the urban intersection signal timing optimization. The improved genetic algorithm is used to solve the model, and
9、 the vehicle exhaust emission measurement platform is established to evaluate the vehicle pollutant emissions.Based on the existed research results, this dissertation mainly takes the following research work: 1. This paper analyzes the base type, parameter and the main evaluation index of the urban
10、 signal control and summarizes the development of the urban signal control.Meanwhile, the artificial intelligence and the vehicle emission are considered in the traffic signal control 2. VISSIM microscopic traffic simulation model and the pollutants discharge model based on the distribution of VSP
11、is adopted to build the platform of vehicle exhaust emission measurement. Based on VISSIM model output data to obtain the average vehicle delay and parking rate. Meanwhile, vehicle running real-time data from VISSIM will be combined with the pollutants discharge model based on the distribution of VS
12、P to calculate the vehicle emission in the urban intersection. 3. Based on analyzing the urban intersection traffic signal control conditions and way, clearing the optimization object and the main optimization parameter,the model of the urban intersection signal timing optimization to be establishe
13、d. On the basis of the basic genetic algorithm to improve the choose,crossover and mutation strategy to establish the improved genetic algorithm which is used to solve and analysis the optimization model. 4. Select the actual road network as the signal control intersection research object. On the b
14、asis of the actual traffic investigation, structure the intersection microscopic simulation platform, run the algorithm procedures of the design in this paper and the results are detailed analysis and summary. And then,This paper analyzes the situation of flow change and parameter change. KEYWORDS:
15、 Road intersection; Signal control; Genetic algorithm; Pollutant emission 目录 中文摘要 iii ABSTRACT iv 1.1 论文选题背景和意义1 1.1.1选题背景 1 1.1.2研究意义2 1.2 主要研究内容2 1.3 技术路线3 1.4 本章小结5 2 国内外研究综述6 2.1 交通信号控制的基本问题6 2.1.1道路交通信号控制基本类型 6 2.1.2道路交通信号控制基本参数7 2.1.3道路交通信号控制的评价指标9
16、 2.2 交通信号控制国内外研究现状 11 2.2.1交通信号控制的发展概况11 2.2.2人工智能在交通控制中的应用13 2.3 机动车尾气排放研究现状15 2.3.1机动车尾气排放模型研究 15 2.3.2考虑排放的交通信号控制研究16 2.4 现有研究的不足18 2.5 本章小结 19 3 机动车尾气排放测算平台 20 3.1 机动车尾气测算平台 20 3.1.1平台分析思路 20 3.1.2机动车污染物排放因子和测算种类选取 21 3.1.3机动车尾气排放测算平台 22 3.2 基于VSP分布的机动车尾气排放模型24 3.2.1机动车比功率VSP 24
17、 3.2.2基于VSP分布的机动车尾气排放模型 26 3.3 VISSIM仿真模型的建立 28 3.3.1 VISSIM仿真模型的选择 28 3.3.2 VISSIM模型的信号配时 29 3.3.3 VISSIM模型指标的输出31 3.4 本章小结 33 4 城市道路交叉口信号优化模型及求解34 4.1 城市道路交叉口信号控制分析 34 4.2 城市道路交叉口信号优化模型构建 35 4.2.1目标函数 35 4.2.2约束条件 39 4.2.3优化控制模型总结 40 4. 3 基于改进遗传算法的模型求解40 4.3.1遗传算法优化方法 40 4.3.2基于改进
18、遗传算法的求解算法实现 44 4.4 本章小结 49 5 实例分析 50 5.1 研究对象与数据收集 50 5.2 案例的实现 52 5.2.1微观仿真模型建立 52 5.2.2交叉口信号优化 54 5.3 算法对比 55 5.4 结果分析 58 5.5 灵敏度分析 59 5.5.1流量影响分析 59 5.5.2参数影响分析 61 5.6 本章小结 64 6 结论与展望65 6.1 主要研究结论 65 6.2 研究展望 65 参考文献 67 独创性声明71 学位论文数据集 72 1绪论 随着经济发展、城市化加快,机动车的保有量不断增加,道路交通拥堵问题和
19、机动车尾气排放污染问题日益严重。在这种情况下,研究基于减少机动车尾气排放的城市道路交叉口交通信号优化配时具有重要的实际意义。 1.1 论文选题背景和意义 1.1.1 选题背景 经济的快速发展和城市化水平的不断提高,促使城市辖区范围不断扩大,常 住人口和居民出行量剧增,机动车保有量迅猛增长。机动车保有量的增加,导致 道路交通拥堵现象日益严重,交通拥堵持续时间逐渐增长,机动车尾气排放逐渐 增多。道路交通拥堵和污染物排放己经成为城市面临的重要社会问题。我国在《国 家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》中明确指出,交通领域的能源消 耗和环
20、境污染问题十分严峻,同时将交通安全和交通拥堵问题提上了议程,并指 出交通运行情况和和环境污染问题密切关系到城市经济的发展、人们生活环境的 优劣。 随着道路交通拥堵和污染物排放的恶化,交通管理者和相关的研究人员将城 市交通的拥堵和环境污染作为了重要的研究课题,并开展了多层次的研究工作。 其中包括完善基础设施、改善车辆技术和交通管理与控制等。在完善基础设施和 改进车辆技术等方面所能达到改善交通拥堵和污染物排放效果的功能已经很难再 向前推进的情况下,交通管理和控制逐渐受到了人们的广泛关注。其中应用计算 机强大处理能力和先进控制理论在减少道路交通拥堵和污
21、染物排放领域受到了最 广泛的应用,例如城市道路交叉口的信号配时技术、车辆诱导信息技术、单行路 交通政策和车道分配控制等在优化城市交通运行状况中起到了至关重要的作用。 目前,一些学者已经将环境因素逐步纳入到交通规划、控制和管理之中,并 开展了不同层次的相关研究。城市道路交叉口作为城市交通网络的重要组成部分 不容忽视,它是影响交通拥堵的重要影响因素。同时,车辆在交叉口处频繁的加 减速运动,使得城市道路交叉口成为车辆尾气排放相对集中的区域。因此,研究 城市道路交叉口信号控制并将其应用于实际的交通管理与控制中,从而达到减少 车辆尾气排放和缓解交通拥堵的目
22、的,己成为亟待解决的重要问题。 1 北京交通大学硕士学位论文 m. 1.1.2 研究意义 城市道路交叉口是城市交通网络的重要组成部分,是交通网络中多向交通流 的集中和分散处,这就使得城市道路交叉口成为了交通网络中的瓶颈地点。而交 叉口处信号的控制会造成机动车运行工况的变化,即经历减速、停车和加速的过 程,在这一过程中会不可避免的产生一定的延误。另外,由于机动车的排放特性, 使得机动车在频繁加减速的过程中会比勻速行驶时排放更多的污染物。针对上述 的分析,研究基于减少汽车尾气排放的城市道路交叉口信号优化配时就有了很实 际的意义。 首
23、先,我国大城市道路交通拥堵和环境污染问题日益凸显,严重影响了人们 的生活质量,如何缓解道路交通拥堵和减少车辆污染物的排放已经成为了亟待解 决的重大问题。其次,在城市道路交叉口信号优化配时研究中,选取不同的优化 方法会得到不同的优化效果,本论文提出的优化方法和相应的求解方法可以为后 续的城市道路交叉口信号优化研究提供参考。同时,应用模拟仿真和优化方法相 结合的思路也可以对其他研究有一定的启示。最后,本论文构建的机动车污染物 排放测算平台同样可以推广到交叉口以外的机动车污染物的排放测算研究中。由 于应用了本地化的污染物排放模型,对于研究本地的交通环境问题将
24、会更加实用 准确。 1.2 主要研究内容 本论文的研究目标在于提出城市道路交叉口的信号配时的优化模型,并且研 究信号交叉口在信号优化前后的车辆污染物排放情况,进而对指定的交叉口信号 进行优化,达到减少机动车尾气排放的效果;通过借助微观交通仿真模型、机动 车排放模型构建了机动车污染物排放的测算平台,设计了城市道路交叉口信号优 化配时模型,设计出基于改进遗传算法的优化算法程序并对模型进行求解分析, 并通过案例研究,对所提的方法进行论证。 针对以上研究目标,本论文的研究内容主要包括以下几个方面: (1)研究现状分析 对城市道路交叉口交
25、通信号控制的基本参数、基本类型和评价指标做了详细 分析,从交通信号控制的发展、人工智能在交通控制中的应用和考虑排放的交通 信号控制研究三个方面对交通信号控制的国内外研究进行了综述。 (2)机动车尾气排放测算平台构建 本论文的主要目标是对城市交叉口交通信号优化控制的环境效益进行研究, 2 北京交通大学硕士学位论文 绪论 针对于这一目标,采用微观交通仿真模型(VISSIM模型)和基于VSP分布的污 染物排放模型相结合构建了机动车尾气排放测算的平台,根据VISSIM模型的输出 数据获得车辆的平均延误和停车率,同时利用VISSIM模型的输出的车辆实
26、时运行 数据和基于VSP分布的污染物排放模型获得机动车在城市交叉口的污染物排放。 (3)建立了城市道路交叉口信号优化模型并用改进的遗传算法求解,对城市 道路交叉口交通信号控制的条件和方式进行分析,明确了交叉口信号优化模型的 优化目标和主要的优化参数,构建城市交叉口信号优化模型。然后在基本遗传算 法的基础上,对选择、交叉和变异策略进行改进,并通过改进后的遗传算法对所 构建的模型进行了求解,对结果进行分析。 (4)实例测算与结果分析 选取实际道路网络中的信号控制交叉口作为研究对象,在进行实际交通调查 的基础上,搭建交叉口的微观仿真平台,设计了算
27、法程序,并对所得结果进行具 体分析,对比了算法的有效性,从而对本论文所提的方法和理论的可行性和有效 性进行验证。 1.3 技术路线 本论文在分析交通信号控制基本问题和交通信号控制国内外研究现状的基础 上,通过选取微观交通仿真模型(VISSIM模型)和基于机动车比功率VSP的污 染物排放模型搭建了机动车尾气测算平台,对城市交叉口的交通信号控制进行了 分析,构建了城市交叉口交通信号控制模型,并用改进的遗传算法对构建的模型 进行求解分析。通过选取实际道路中的交叉口作为研究对象,对本论文所提的方 法和理论的可行性和有效性进行验证。本论文的技术路线如
28、图1-1所示。 3 北京交通大学硕士学位论文 □ 国 S本类型、参数 2 交通控制基木问题一 ^ r 基木评价指标 7卜 研 交通信号控制 _信号控制的发展 究 国内外研究现状 p-~如二匕一,,, 综 ~人T智能的应Mj 述 模型和信号控制 机动 VSP分布 H VSPBIN h ￡2 啡六剩H義舰h -1 f5 議个人H BIN排放率h 气排 T 「 放的 r- 运行工况 测算 排放计算 Vp' 9人 f
29、Uft/具 I 1 叶口 延误指标 I城市交叉u信号控制分析I — 口信 d优化0标卜 号优 城市交叉口信号— 化控 伏;化控制模型 L-j优化参数M 制模 I 52 ~改进的遗传i法~^1模型求解设计 求解 fi職聽h I城市交叉口信号I信号优化后 ^ L n优化控伟ij模型hi交叉口状况I 例 一-— II ?!机动车馬气测算平台— I 优化结果和灵敏度分析 I 图M本论文研究的技术路线 Fi
30、g. 1-1 The technical chart of thesis 木论文的内容包括以下六章: 第一章为绪论,主要阐述本论文研究的背景和意义,介绍主要研究内容和研 究H标,阐述研究的主要思路。 4 北京交通大学硕士学位论文 绪论 第二章是国内外相关研究综述,首先分析了交通信号控制的基本参数、基本 类型和主要的评价指标,然后对交通信号控制的国内外相关研究从三个角度进行 了分析。 第三章构建了机动车尾气测算平台,通过对机动车比功率的研究,选取基于 机动车比功率VSP的污染物排放模型用于机动车尾气排放的测算,选取VISSIM 微
31、观仿真模型研究车辆的运行情况。 第四章构建了城市道路交叉口交通信号优化控制模型,对城市道路交叉口交 通信号协调控制进行分析,将车辆量的平均延误和停车次数作为优化目标,将交 叉口的周期长度和各相位绿灯时间作为优化参数,最后通过改进的遗传算法对模 型进行分析求解。 第五章选取实际城市道路交叉口为研究对象,对城市交叉口交通状况进行交 通调查,结合搭建的机动车尾气排放测算平台,和构建的城市道路交叉口交通信 号优化控制模型,对城市交叉口的信号控制进行优化,并将所得结果与现行交通 信号控制策略比较。然后选取交通流量和优化指标参数进行灵敏度分析。 第六章
32、是主要研究结论和研究展望,首先对全文的研究成果进行简要总结, 并根据得到的结论给出下一步的研究方向。 1.4 本章小结 本章首先介绍了本论文的选题背景和论文的选题意义,然后明确了本论文的 主要研究内容与研究方法,在此基础上,最后给出了研究的技术路线和论文结构 安排。 5 北京交通大学硕士学位论文 国内外研究综述 2国内外研究综述 本章首先介绍城市道路交通信号控制的基本问题,包括交通信号控制的基本 类型、基本参数和主要的评价指标。然后对交通信号控制的国内外的研究现状从 交通信号控制的发展、人工智能在交通控制中的应用和考虑排放的交通
33、信号控制 三个角度进行了综述。 2.1 交通信号控制的基本问题 道路交通信号控制的基本问题主要包括城市交通信号控制的基本类型、基本 参数和主要的评价指标三个方面。 2.1.1 道路交通信号控制基本类型 道路交通信号根据控制的范围和方式的不同,其基本的类型也不同。从控制 范围的角度划分,交通信号控制的基本类型分为区域交通信号控制,交通干线的 协调控制和单个交叉口的控制三类⑴。 (1)区域交通信号控制 区域交通控制也可以称为面控,区域交通信号控制的对象是所控制区域内的 所有信号控制交叉口,通过对控制区域内全部的信号灯进行配置,实现对
34、所有的 交叉口信号灯的综合性协调控制,从而来提高交通控制区域内的车辆通行能力, 减少交通控制区域内车辆的损失情况。对区域交通信号控制范围较小的区域可以 釆用整区集中控制;对于范围较大的区域,可以把点控和线控组成特定的控制级 别,釆用分区分级管理的控制方法。区域交通信号控制的优化目标可以是车辆的 平均延误、排队长度和能耗排放等,控制参数一般情况下为周期、绿信比和相位 差。 (2)干线的协调控制 干线的协调控制也可以称为线控,控制的对象是城市主干线上若干个连续的 信号交叉口,通过特定的方式将交通干线上连续的交叉口连接起来,对这些连续 的信
35、号交叉口釆用协调的配时方法,可以使得车辆在干线上行驶时通过干线交叉 口时更多的遇到连续的绿灯,提高整个干线交通的运行效率,减少干线上车辆在 交叉口的平均延误和平均停车次数,缓解城市交通干线的压力。干线交通信号控 制的优化目标同样可以是车辆的平均延误、排队长度和能耗排放等;控制参数一 6 北京交通大学硕士学位论文 国内外研究综述 般情况下为周期、绿信比和相位差。 (3)单个交叉口的控制 单个交叉口的控制也可以称为点控,单个交叉口的控制的对象是城市交通网 络中的单个信号控制交叉口,通过对信号控制交叉口的主要信号配时参数进行配 置,实现对单
36、个信号控制交叉口的优化控制,从而来提高单个交叉口的车辆通行 能力和车辆在交叉口的排队长度和平均延误。单个交叉口的控制的优化目标可以 是车辆的平均延误、排队长度和交叉口的通行能力等;控制参数一般情况下为周 期、绿信比和相位时长。无论是区域交通信号控制、交通干线的协调控制或者单 个交叉口的控制,从控制的操作角度讲,三种交通信号控制都包含在定时控制和 感应控制中[2】。 (1)定时控制 定时控制是在城市道路网络中使用最广泛的一种交通控制方式,这种控制方 式易于实现,根据信号交叉口在特定时间内的交通流量数据就可以预先确定周期、 绿信比和相位差等所有
37、的控制参数。在交通管理控制中,可以一直采用一种配时 方案,即单时段定时控制;也可以在不同的时间段采用不同的配时方案,即多时 段定时控制。定时控制的参数不会随着交通情况的改变而改变,因此它并不能很 好的满足实际的交通需求。 (2)感应控制 感应控制没有固定的交叉口信号控制参数,是根据交叉路口的交通流量的变 化情况来实现信号实时控制的。通过在交叉口进口的上游设置车辆检测器来检测 车辆的到达情况,然后根据设定的计算方法进行信号参数的计算,从而实现交叉 口信号的感应控制。根据车辆检测器的设置情况可将感应控制分为半感应控制和 全感应控制两种类型。半感
38、应控制是指只在一部分交叉路口进口的上游设置检测 器;全感应控制是指在所有交叉路口进口的上游设置检测器。 2.1.2 道路交通信号控制基本参数 道路交通信号控制的基本参数包括相位、周期、绿信比、相位差等,用于交 通信号控制的直接控制参数是周期、绿信比和相位差。合理的分配信号控制交叉 口的控制参数,可以有效的减少交叉口处车辆的平均延误和平均停车次数,从而 改善实现交叉口的通行能力。 1.相位 信号相位是指交通节点单元在某个方向或几个方向上的交通流获得的通行权 的时间段。针对交通流所处的车道情况可以采取不同的放行策略,如果交通流合 7 北
39、京交通大学硕士学位论文 国内外研究综述 成在同一条车道,这些交通流将会在一个相位同时放行;相反,交通流分散在不 同的车道,它们可能被有选择的放行。针对单个交叉路口来说可以把它设计为两 相位、三相位也可以是更多的八相位,针对不同的相位设计出来的信号系统称之 为相位信号系统,多相位信号系统虽然可以提高交通的安全性,但是这使得路口 的利用率不高。在进行相位数和信号相位方案的设计时,以下两个重要的因素应 该得到重视。 (1)相位划分通过分离有交叉冲突的交通流可以减少危险。然而,信号相位 数量的增加,通常会增加车辆的等待时间和排队的长度从而降低信号操作
40、效率, 相位设计时应综合考虑各方面的影响。 (2)相位设计方案应该与交叉口处的具体情况包括车道的设置情况、地貌特 征、车辆运行情况、行人和非机动车等的需求想协调。 2.周期 对交通控制而言,信号灯从起始相位到终止相位所经历的时间称为一个信号 周期。适宜的周期长度的设置可以有效的减少交叉口处车辆的排队等待时间和更 快速的疏散交叉口处的车流量。信号周期长度与交叉口处车流量的关系应该是协 调变化的,信号周期长度随着交通流量增大而增大可以使单位周期内的车辆最大 可能的在绿灯时间内全部通过交叉口,从而使车辆延误最小,缓解交通拥堵状况; 另一方面
41、信号周期长度并不能随交通流量的变化而无限制的变化,因为周期过 长会导致其他道路上的红灯时间增长,增加这些道路上车辆的排队等待时间,同 时本车道上的路灯时间过长,会造成道路使用效率的下降,而周期太短将会造成 车流量疏散不及时,产生交通拥堵。所以,信号周期是交通信号控制的重要参数[3]。 3.绿信比 周期确定后,根据相位的关键交通流量将可用的绿灯时间分配给每一相位。 绿信比是指在一个周期内对某一指定相位有效绿灯时间与信号周期长度之比,通 常用A表示。绿灯时间是指一个相位内绿灯亮起的时间;损失时间指的是绿灯开始 时车辆起动所产生的延误时间和当交叉路口
42、车辆己清空时的转换间隔时间之和; 有效绿灯时间g,指的是车辆在获得通行权后能够有效使用的时间,它是由绿灯时 间和转换时间减去损失时间构成的。式(2-1)表示的是交叉口处的绿信比;I: ;1 = 1 (2-1) C 通过分析可知0<;1<1。交叉口处的绿信比反应的是所处相位的交通流通过交 叉口所需要的绿灯时间,是进行交叉口信号交通控制的重要参数,绿信比的优化 对道路交叉口处的交通流的快速疏散和减少交叉口处车辆的延误和排队有非常重 要的作用。 . 8 j匕鼓社输数 国内夕卜研究综述 4.相位差 相位差针对的是多个信号交
43、叉口而言的,当同时考虑多个交叉口的信号控制 时,问题将会变得更加复杂,除了相位、绿信比和周期外,相位差也是一个非常 关键的参数。设置合理的相位差可以使车流更加舒畅的经过有多个信号控制交叉 路口组成的道路,选择多个交叉口中的一个交叉口作为参考交叉口,其他交叉口 的相位开始时刻落后于参考交叉口出的相位起始时刻的最小时间长度称为绝对相 位差,在车辆前进的方向上相邻交叉口之间的协调相位的起始时刻的最小相位差, 称为相对相位差。 2.1.3 道路交通信号控制的评价指标 有效的道路交通信号控制可以使得复杂的交通流有效快速的通过城市交叉 口。在进行交叉口
44、信号控制时,经常考虑的因素有交叉口处车辆的通行情况、车 辆的排队情况、车辆的延误情况、车辆的燃油消耗情况和车辆的污染物排放t青况, 同时在信号控制时还要兼顾交通安全和利用效率。针对以上各种需要,主要常用 的交通评价指标包括延误、排队长度、通行量和停车次数等指标[4]。 1.延误 延误时间指的是在进行交叉口信号控制时车辆受到信号控制的影响所造成的 车辆行驶时间的损失。将交叉口处所有进道口的车辆延误进行平均可以得到交叉 口处车辆的平均延误;将交叉口处所有进道口的车辆延误进行求和可以得到交叉 口处车辆的总延误。延误是信号控制的关键指标,主要包括以下几种
45、[2]: (1)固定延误一在交叉路口处,由于设置交通信号控制装备或交通标志所造 成的车辆的延误,固定延误与道路上交通流的运行状态和以及在道路上行驶的其 它车辆的干扰无关。 (2)行驶延误一车辆在不拥挤的道路上以平均速度通过调查路线所耗费的时 间称为计算时间,而计算时间和实际行驶时间的差值成为行驶延误。 (3)停车延误一车辆由于信号信号控制的影响需要停车排队等待通过所耗费 的时间,其中包括驾驶员刹住车轮和车辆停止不动的时间,以及驾驶员的反应时 间。 (4)排队延误一在经过排队路段时,车辆以畅行车速通过所耗费的时间与车 辆排队通过所耗费的
46、时间的差值。 (5)引道延误一在入口引道上,由于信号控制的影响,造成车辆在引道上 行驶的延误称之为引道延误。 2.排队长度 9 北京交通大学硕士学位论文 国内外研究综述 排队长度作为衡量城市交叉口信号控制的非常重要的指标,受到了广泛的研 究。针对交叉口处车辆的排队情况,交叉口处车辆的排队情况可分为非饱和条件 下,饱和条件下和过饱和条件下的排队长度三种情形[5]: (1)非饱和条件下 在交叉口处,如果交通流量并没有达到饱和状态时,取饱和度为X,车辆在停 车线后的排队长度可以采用下面的公式计算: L = Lo+LR (2
47、2) L。=exp 卜(4 / 3) * (M * r *《,)。5 * (1 - jc) / X] / [2(1 - x)] (2-3) 式中,一绿灯.未开始时车辆的排队长度; 一红灯未开始时车辆的排队长度; 一红灯期间的车辆排队长度。 LR = qy*tR==g,*Til-u) (2-4) 式中,q!一每单位路宽的饱和流量; Teg —W效M- ;IT日寸I旬; r 一信号周期; 一到达交通流量; U 一绿伯比; tji一红灯时间。 (2)饱和条件下 在交叉口处,如果交通流量达到饱和状态时,假设z,_,表示
48、第/-1周期的车辆 的排队长度,表示第/周期的车辆排队长度,那么有下面的公式成立- A =A-1 + (《V-义+ (2-5) 式中,g—绿灯时间; —红灯时间; A一绿信比。 (3)过饱和条件下 在交叉口处,如果交通流量已经超过了饱和状态时,车辆的排队长度可根据 下面公式确定: L =,(x_l +如一 (2-6) 式中,&一交叉口入口通行能力。 ^ = 0.67+^^-^ (2-7) 600 3.停车次数 一个信号周期内,完全停车次数的总和就是停车次数。一个信号周期内,停
49、 车车辆数除以通过交叉口停车线的车辆总数叫做停车率。停车次数作为交通信号 10 北京交通大学硕士学位论文 国内外研究综述 控制中受到广泛应用的性能指标,可以通过反映车辆在交叉口处的停车情况从而 反映交叉口处信号控制的效果,在相同的环境下,停车次数越小则信号控制效果 最好。 4.通行能力 通行能力是指在现有的交通环境和交叉口信号控制的条件下,在规定的时间 段内通过交叉口进口道的停车线的车辆数的最大值。将所有的进口道在规定的时 间段内通过的车辆数相加可以得到交叉口的通行量[2]。交叉口的通行能力与信号周 期密切关联,周期越长,通行能
50、力越大,但无限制的增加信号周期并不能持续的 提高进口道的通行能力。值得注意的是,通行能力的增加还会造成交叉口处车辆 燃油消耗和环境污染和噪音污染的加重,所以在确定交叉口处车辆的通行能力时 要把握适当的程度。 2.2 交通信号控制国内外研究现状 2.2.1 交通信号控制的发展概况 随着经济发展,城市道路里程不断增多,城市道路交叉口数量猛增,交叉口 的安全和拥堵问题受到了人们的广泛关注,1850年人们就开始对城市交通信号进 行简单的控制。1968年,英国伦敦市首次使用燃气色灯信号,用于城市交通的控 制[6】,这使得在全世界范围内出现了真正意义上
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