信號交叉口公交優(yōu)先信號配時方法研究

PAGE36第1章緒論1.1研究背景隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，我國城市化進程迅速推進，城市人口急劇增長，城市范圍不斷擴展，而城市交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)卻跟不上城市交通快速發(fā)展的步伐。城市人多地少、車多路少、設(shè)施集中、用地緊張、活動頻繁的特點決定城市可用于交通的土地資源極其有限，于是，城市交通需求與供給之間日益突出的矛盾導(dǎo)致城市“乘車行車難”的局面加劇，交通阻塞也由點及線、由線及面的擴張。同時，由交通問題所引發(fā)的環(huán)境問題也嚴重影響著城市居民的正常生活以及社會經(jīng)濟的健康快速發(fā)展。即使一些大中城市的交通基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀能夠滿足交通需求，但由于經(jīng)濟的快速發(fā)展，汽車工業(yè)的發(fā)展，城市交通機動化趨勢越發(fā)明顯，這些城市也同樣存在著交通隱患，在城市化和機動化的雙重壓力下，城市交通問題亟待解決。城市交通問題已成為全球各大城市關(guān)注的中心，“公交優(yōu)先”尤其是交叉口的公交優(yōu)先措施被奉為解決城市擁擠問題的有力手段。然而目前公共交通在運行中存在如下問題：運行速度低，行程時間長，缺乏公交專用的快速通道，且準時性差，服務(wù)質(zhì)量不高等，其中公交車輛延誤嚴重，與其他社會車輛相互影響較大的現(xiàn)象尤其普遍。這些都導(dǎo)致人們不愿意選擇公交出行，因此有必要在不同城市因地制宜的實行適當?shù)墓粌?yōu)先通行措施。公交優(yōu)先的實質(zhì)就是改變當前城市交通系統(tǒng)資源分配的不合理狀況，減少出行者在路上的延誤時間，以體現(xiàn)交通資源利用的經(jīng)濟合理性。城市交通中車輛的延誤包括路段延誤和交叉口延誤兩部分，在整個城市交通結(jié)構(gòu)中，交叉口是路網(wǎng)結(jié)構(gòu)中重要的節(jié)點，也是事故多發(fā)，交通擁擠以及交通延誤等交通問題最嚴重的地點。根據(jù)理論計算和調(diào)查分析可知，交叉口延誤所占比例要遠遠大于路段延誤，處理和解決好交叉口公交優(yōu)先通行的問題，對于城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)調(diào)整，更加合理實現(xiàn)公交優(yōu)先有著重要的意義。設(shè)計研究出對車輛影響較小的交叉口公共交通優(yōu)先通行方案對實現(xiàn)公交優(yōu)先能起到很重要的作用。1.2研究目的及意義本文的研究目的在于，通過對信號交叉口公交優(yōu)先信號配時優(yōu)化方法的研究，提出一種最優(yōu)化的信號配時方法，以提高公交優(yōu)先的效率，達到公交優(yōu)先的目的。公交優(yōu)先信號配時的目的是減少公交車輛在信號交叉口的延誤。交叉口信號配時的主要設(shè)計參數(shù)是信號周期和綠信比，傳統(tǒng)的交叉口信號配時方法中周期時長是以車總延誤最小為目標來確定的，而綠信比是按照相位車輛流量比分配的。也就是說，傳統(tǒng)的信號配時方法將公交車輛與其他社會車輛同等對待。由于公交車單車載客量明顯大于社會車輛的單車載客量，這對于交通流量中公交車輛比例較大的相位來說是不公平的，不能體現(xiàn)“以人為本”的思想。為此,本文提出了兩種能體現(xiàn)公交優(yōu)先的信號配時優(yōu)化方法,以達到減少公交車輛通過交叉口的延誤。1.3國內(nèi)外研究狀況1.3.1國外研究狀況法國最早在1960年提出“公交優(yōu)先”的概念，之后，許多專家和學者在這方面進行了研究。公交優(yōu)先從技術(shù)上講，包括時間上的優(yōu)先和空間上的優(yōu)先。本文就從時間上的優(yōu)先來進行著重研究。公交車“時間優(yōu)先”體現(xiàn)在公交優(yōu)先信號控制上。在控制策略上包括：公交車感應(yīng)信號、調(diào)整信號周期、增加公交車通行次數(shù)和公交車放行專用信號燈。而本文則是從調(diào)整信號周期、增加公交車通行次數(shù)上來進行研究的。目前，一般交叉口信號配時方法有很多種，具有代表性的英國的TRRL方法、澳大利亞的ARRB方法。下面將這兩種方法做一個簡單介紹。這兩種方法都存在共同的前提假設(shè)，先假設(shè)如下：設(shè)某交叉口的相位方案共包含n個相位，相位總損失時間為L（在信號周期的這部分時間里，所有的相位均為非綠燈顯示，對與信號顯示的安全更迭確保綠燈階段通過停車線的尾車真正通過交叉口是必不可少的），相位中第幾相位用i(i=1，2，…n)表示，第i相位有m條車道，且相應(yīng)的綠信比（i相位飽和流量所能獲得的有效綠燈時間與周期時長的比值）為第幾車道用j(j=1，2，...m)表示；則第i相位第j車道的車輛到達率為（pcu/h）。1.TRRL方法在所有假設(shè)的基礎(chǔ)上，TRRL方法是采用了韋伯斯特（Webster）提出的交叉口車均延誤公式為基礎(chǔ)的。實際交叉口中，車輛的到達率在不同周期之間是會隨機波動的，盡管在整個時間段內(nèi)總平均飽和度（車輛到達率與交叉口通行能力之比）未超過1，但卻不排除在個別周期內(nèi)由于車輛到達率的隨機波動而導(dǎo)致暫時的過飽和情況。韋伯斯特（Webster）用模擬方法給出了這種情況下的車均延誤公式：(2-1)式中，d——每輛車的平均延誤；c——周期時長（s）；g——有效綠燈時間（s）；x——飽和度；q——到達率（pcu/h）；S——飽和流率（pcu/h）。式（2-1）中，第一項為車輛到達率恒定時的正常相位延誤，第二、三項表示車輛到達率隨機波動時產(chǎn)生的附加延誤。當飽和度較低時，第二、三項所占的比重很小，但隨著飽和度的增加，第二、三項對結(jié)果的影響會增大?；陧f伯斯特的延誤公式，便可以進行下一步的交叉口信號配時設(shè)計。由于原韋伯斯特公式的二、三項當飽和度較低時對結(jié)果影響較小，當飽和度很高的時候影響較大，且有前人指出第三項對計算結(jié)果的影響大概在5%~15%之間，同時從便于介紹和分析的角度，取消第三項，這樣，仍然可以保留第二項因隨機波動時產(chǎn)生的附加延誤而不至于太影響結(jié)果。于是得到韋伯斯特的調(diào)整公式，即第i相位第j車道車均延誤為：（2-2）計算信號配時的基礎(chǔ)，首先要以該延誤公式得出交叉口所有車輛的總延誤時間和車均延誤時間?？傃诱`時間D如式（2-3）：（2-3）代入式（2-2），得到式（2-4）：（2-4）車均延誤，即用總延誤時間除以各進口道車流量總數(shù)，得到式（2-5）：（2-5）在得到所有的延誤公式基礎(chǔ)上，可以進行周期時長和綠燈時間的確定了，TRRL確定周期時長和綠燈時間的思想簡單，即以交叉口車總延誤為唯一衡量指標來進行配時方案的優(yōu)化。在計算求解時，以該指標最少為最終目標，因而以（2-4）式為目標函數(shù)，取其最小值所對應(yīng)的最佳周期時長如式（2-6）（2-6）在求解過程中，由于綠信比是根據(jù)該相位車流量通過交叉口所需要的綠燈時間來確定的，因而它跟該相位的車流量最大的車道通過的車流量大致成正比關(guān)系，如式（2-7）：（2-7）上兩式中，為關(guān)鍵車道即第i相位車流量最大的車道r的車流量比。根據(jù)（2-7）可得出各相位的綠信比，從而確定綠燈時間，進一步確定最終的信號配時設(shè)計方案。2.ARRB方法在同樣的前提假設(shè)基礎(chǔ)上，學者們對于交叉口交通流的研究，米勒（Miller）和阿賽立科（Akcelik）都提出了類似于韋伯斯特（Webster）的車輛延誤公式，ARRB方法是在阿賽立科（Akcelik）提出的延誤公式的基礎(chǔ)上提出的能更好反應(yīng)車輛在交通擁擠條件下延誤特征的方法。阿賽立科（Akcelik）的延誤公式用到了平均飽和排隊車輛數(shù)的概念，即在整個計算時間內(nèi)由于個別周期過飽和以致綠燈結(jié)束時仍然滯留在停車線后的車輛數(shù)。阿賽立科（Akcelik）的車均延誤公式和車總延誤公式如下：（2-8）（2-9）其中：（2-10）其中，為一個閾值，即飽和度大于時，則出現(xiàn)平均飽和排隊車輛數(shù)，按下式計算：（2-11）與TRRL方法確定交叉口所有車輛的總延誤時間、車均延誤時間、人總延誤時間和人均延誤時間一樣，ARRB方法也按公式（2-4）、（2-5）、（2-6）、（2-7）確定，不同就是替換為公式（2-8）。但是，在確定周期時長和綠燈時間的過程中，ARRB方法并不只是單單考慮車總延誤這個唯一的目標函數(shù)，其還增加了對停車率和油耗的控制，進而得到其最佳周期時長為：（2-12）其中，f為停車損失系數(shù)，按不同優(yōu)化取之不同，油耗最小時，f=0.4，延誤和時間損失最小時，f=0.2，只考慮延誤最小時，f=0。最后綠燈時間的確定還是同之前一樣，綠信比根據(jù)各方向的實際車流量確定，從而得到各相位的綠燈時間。1.3.2我國對城市公共交通優(yōu)先通行技術(shù)的研究起步較晚，到目前為止，對于公交優(yōu)先通行的研究大多處于理論階段，宏觀的闡述公交優(yōu)先對城市發(fā)展的重要性，將理論結(jié)合實際應(yīng)用的不多。目前的一般交叉口信號配時方法有很多種，包括我國學者根據(jù)我國交通流特性提出“的停車線法”和“沖突點法”。用“沖突點法”法分析單點定時信號的配時和通行能力，更接近車輛通過道路交叉口的實際運行狀態(tài)，用這種方法分析得到的定時信號周期時長、綠燈時長、黃燈時長、通行能力能夠有效的對通過交叉口的交通進行控制管理，提高交通設(shè)施的效率，使道路暢通，減少各種交通公害，促進經(jīng)濟發(fā)展。但是它計算比較復(fù)雜，而且對于停車線斷面的數(shù)據(jù)要求較高，不易采集。上海在綜合交通規(guī)劃時所提出的信號配時方法充分考慮了行人的通行狀況，但實際配時比較繁瑣，對于開始配時的工作多采用的方法為嘗試，因此經(jīng)常造成配時失敗，需多次大量進行配時，而且往往算出的結(jié)果還不盡如人意。對于韋伯斯特算法是其它算法的基本，它從延誤最小為出發(fā)點，考察斷面是停車線，所以此方法中的計算參數(shù)都以停車線斷面為準，且現(xiàn)在實際各交叉口大多采用這種計算方法，它是其他各種算法的基礎(chǔ)，且對于飽和流量的計算比較簡單。鄭長江,陳紹寬（2005）,曹成海（2006）等人對混合交通條件下基本車道飽和流量的各影響因素進行了分析,對比基本車道飽和流量影響因素修正方法,給出了基本車道飽和流量及各類車道通用校正系數(shù)常用計算方法。分析了公交車在連線上的運行特性,基于單點定時式公交優(yōu)先信號配時模型,以人均延誤最小為目標,建立了定時式兩相鄰交叉口公交優(yōu)先信號協(xié)調(diào)配時模型；基于以人總延誤最小為目標建立了定周期兩相鄰交叉口公交優(yōu)先信號協(xié)調(diào)配時模型。利用實際調(diào)查數(shù)據(jù),采用仿真分析方法驗證本文提出的混合交通條件下定時式兩相鄰交叉口公交優(yōu)先信號協(xié)調(diào)配時模型的正確性。陳學武（2001），吉林大學楊兆升，楊慶芳（2006）等人提出了基于自動車輛監(jiān)控的公交優(yōu)先技術(shù)：基于公交車輛自動監(jiān)控系統(tǒng)的公交優(yōu)先措施可選擇公交優(yōu)先車道和交叉口處公交信號主動優(yōu)先兩種技術(shù)。公交車輛自動監(jiān)控系統(tǒng)就是利用GPS、GIS等高新技術(shù),通過先進的檢測技術(shù)、先進的通信技術(shù)和傳感技術(shù)等,對公交車實行實時監(jiān)控。根據(jù)對公交車位置的判斷,參照公交車運行時刻表判斷站點處各個公交車是否發(fā)生延誤,并計算出該路段公交車上人的總延誤為多少,若大于預(yù)先設(shè)定的閾值D0,則判斷該路段發(fā)生延誤的公交車數(shù)量為多少,如果大于閾值K0（該閾值由路段上運行的公交車數(shù)量和滿載率來設(shè)定）,則請求公交車道優(yōu)先（可用可變信息板發(fā)布臨時公交車道優(yōu)先信息）和交叉口處公交優(yōu)先信號。如果發(fā)生延誤的公交車輛數(shù)很少,并沒有超過預(yù)先設(shè)定的閾值K0，則僅考慮交叉口處信號優(yōu)先。1.3.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析目前國外針對公交優(yōu)先技術(shù)的研究大部分還是在如何具體、實時的實現(xiàn)空間上公交專用道的公交優(yōu)先和時間上交叉口的信號公交優(yōu)先，國外學者在公交優(yōu)先信號配時方面稍有研究；但在國內(nèi)，涉及到關(guān)于公交優(yōu)先信號配時方法上的研究相對較少。本文則主要從公交優(yōu)先信號配時優(yōu)化方法上，結(jié)合國內(nèi)公交車運行的實際情況，對具體交叉口的公交信號優(yōu)先做一定的研究。1.4論文主要內(nèi)容及技術(shù)路線本文主要以條件公交優(yōu)先思想理論為依據(jù)，運用基于條件公交優(yōu)先的信號配時方法，以提高交叉口公共交通的通行能力，改善公交服務(wù)水平，降低交叉口人均延誤，同時最大程度的降低對其它社會車輛影響，解決實際交叉口的具體問題為目標，對十字交叉口的公交專用道設(shè)置及公交優(yōu)先通行相位及信號設(shè)計進行了理論研究及仿真驗證。論文的主要內(nèi)容第一章，緒論。主要是對研究背景、目的意義的闡述及研究現(xiàn)狀的綜述。第二章，提出研究公交優(yōu)先信號配時方法。第三章，紅旗大街與先鋒路信號交叉口路況調(diào)查與分析。第四章，以紅旗大街與先鋒路信號交叉口信號配時為例，分析、計算、數(shù)據(jù)處理。通過研究計算比較，確定信號配時方案中最佳方法。第五章，結(jié)論與展望。總結(jié)論文提出的信號交叉口公交優(yōu)先信號配時優(yōu)化方法，分析其應(yīng)用場合、控制效果及所發(fā)揮的優(yōu)勢，并對未來研究工作和研究方向做出展望。通過各種渠道學習信號配設(shè)置方法通過各種渠道學習信號配設(shè)置方法提出最優(yōu)化的信號配時方法通過實例分析，證明優(yōu)化方案的可行性初步審核，查找不足之處，修改研究方案再次復(fù)核，最終確定研究方案，完成研究內(nèi)容第2章公交優(yōu)先的信號配時方法介紹一般信號交叉口的信號配時，都是以車輛為考慮因素，相應(yīng)的周期時長和綠間也都是以保證車流在交叉口的通行力，以車均延誤最小為目標來設(shè)定的，綠信比也是按照相位的車流量比進行分配的，并且一般的交叉口信號配時設(shè)計都是將所有車輛同等對待。2.1信號交叉口公交優(yōu)先一般信號配時方法“停車線法”對于韋伯斯特算法是其它算法的基本，它從延誤最小為出發(fā)點，考察斷面是停車線，所以此方法中的計算參數(shù)都以停車線斷面為準，且現(xiàn)在實際各交叉口大多采用這種計算方法，它是其他各種算法的基礎(chǔ)，且對于飽和流量的計算比較簡單。（1）設(shè)計交通量確定設(shè)計交通量時應(yīng)按交叉口每天交通量的時變規(guī)律，分為早高峰時段、下午高峰時段、晚高峰時段，早、晚低峰時段，中午低峰時段及一般平峰時段等各時段，然后確定相應(yīng)的設(shè)計交通量。已選定時段的設(shè)計交通量，必須按時段內(nèi)交叉口各進口道不同流向分別確定，其公式如下：（2-13）式中：——配時時段中，進口道m(xù)、流向n的設(shè)計交通量（pcu/h）；——配時時段中，進口道m(xù)、流向n的高峰小時中最高15min的流率（pcu/15min）。（2）飽和流量計算飽和流量的定義是：在一次連續(xù)的綠燈信號時間內(nèi)，在進口道上一列連續(xù)車隊能通過進口道停止線的最大流量，單位是pcu/h。韋伯斯特算法中飽和流量的計算：（2-14）式中：——飽和流量（pcu/h）；——表示車道所處的位置。=1用于靠邊車道；=0用于非靠邊車道；——對于下坡，因其坡度對飽和流量沒有影響，可以引進一個虛擬變量；取=1時，表示上坡；=0時，表示下坡；——坡度；——車道寬度（m）；——轉(zhuǎn)彎車輛所占比例；——轉(zhuǎn)彎車輛轉(zhuǎn)彎半徑（m）。（2-15）式中：——進口道飽和流量（pcu/h）；——各車道的飽和流量（pcu/h）。（3）配時參數(shù)計算=1\*GB3①信號周期時長選用最佳周期時長，按下式計算：（2-16）式中：——最佳周期時長；——每個周期的總損失時間（s）；——組成周期的全部信號相位的各個最大之和，。=2\*GB3②信號總損失時間：（2-17）式中：——起動損失時間，在這里取1.48s；——綠燈時間間隔（s），即黃燈時間加全紅燈清路口時間，一般黃燈為3s,全紅為2~4s；——黃燈時間（s）。=3\*GB3③綠燈間隔時間：（2-18）式中：——停止線到?jīng)_突點的距離（m）；——車輛在進口道上的行駛車速（m/s）；——車輛制動時間（s）。當計算的綠燈間隔時間I＜3s時，配以黃燈時間3s；I＞3s時，其中3s配以黃燈，其余時間配以紅燈。=4\*GB3④流量比：流量比是到達量同飽和流量之比。車道流量比即為進口道上各條車道的到達量同該車道飽和流量之比。即：（2-19）式中：——車道流量比；——車道到達流量（pcu/h）；——車道飽和流量（pcu/h）。=5\*GB3⑤總有效綠燈時間：每周期的總有效綠燈時間按下式計算（2-20）=6\*GB3⑥各相位有效綠燈時間：（2-21）=7\*GB3⑦各相位的綠信比：（2-22）=8\*GB3⑧各相位顯示綠燈時間：（2-23）式中：——啟動損失時間（s）。（4）飽和度計算（2-24）式中：——總的綠信比；——總有效綠燈時間。（2-25）式中：——飽和度；——流量（pcu/h）。（5）信號交叉口的延誤計算（2-26）式中：——每輛車的平均延誤（s）；——周期時長（s）。（2-27）式中：——交叉口每車的平均信控延誤（s/pcu）；——進口道A的平均信控延誤（s/pcu）。2.2信號交叉口公交優(yōu)先傳統(tǒng)配時方法基于公交優(yōu)先信號配時傳統(tǒng)方法就是一切設(shè)計以人為本，延誤考慮人總延誤和人均延誤，車延誤需要分社會車輛延誤和公交車輛延誤以及交叉口車總延誤，而且綠信比的考慮也應(yīng)該按客流量大致成正比的關(guān)系進行劃分。因此，其相應(yīng)的基本前提會區(qū)別于一般交叉口信號配時設(shè)計，具體如下：TRRL和ARRB兩種方法都存在共同的前提假設(shè)，先假設(shè)如下：設(shè)某交叉口的相位方案共包含n個相位，相位總損失時間為L，相位中第幾相位用i(i=1，2，...n)表示，且i相位的綠信比為,第i相位中，有b條公交專用道，s條社會車道，第幾車道用j(j=1，2，...b或j=12，...s)表示，社會車輛達率為（pcu/h），公交車輛到達率為（pcu/h），飽和流率為（pcu/h），公交車折換為小汽車的當量系數(shù)為K，并且便于簡化分析，將折換系數(shù)K定為常數(shù)；將所有社會車輛均看作小汽車，設(shè)1pcu的社會車輛平均載客人數(shù)為，同理，1pcu的公交車輛載客人數(shù)為。在此基礎(chǔ)上，將公交車通過折換系數(shù)K換算成與社會車輛同樣的當量值，可以得到第i相位第j公交專用進口道的飽和度為，社會車輛車道的和度為；第i相位第j公交專用進口道的流量比為，i相位第j公交專用進口道的流量比為。根據(jù)Webster延誤調(diào)整公式=可以得到第i相位第j車道的社會車輛車均延誤和公交車輛車均延誤分別為：(2-28)(2-29)而基于Akcelik延誤公式，又可以得到第i相位第j車道的社會車輛車均延誤和公交車輛車均延誤分別為：(2-30)(2-31)在此兩種基本延誤公式的基礎(chǔ)上，可以計算出交叉口的公交車輛車總延誤、輛車總延誤、交叉口所有車輛車總延誤和公交車人總延誤、社會車輛人總延誤、交叉口人總延誤。交叉口公交車輛車總延誤：(2-32)交叉口社會車輛總延誤：(2-33)交叉口所有車輛車總延誤：(2-34)交叉口公交車人總延誤：(2-35)交叉口社會車輛人總延誤：(2-36)交叉口所有客流人總延誤：(2-37)為最終確定周期時長和各相位綠燈時間時需要優(yōu)化的目標函數(shù)?？紤]按照客流量的比例進行分配，即以保證各相位客流量最大的車道所有的客流均能通過為目標，綠信比則與各相位中客流量最大車道所通過的客流量成正比關(guān)系，計算式如下：(2-38)式中，為第i相位客流量最大的車道的總客流量：為所有相位客流量最大的車道通過的客流總和，。2.3信號交叉口公交優(yōu)先信號配時優(yōu)化方法2.3.1配時優(yōu)化方法中用到的公式一個進口方向的通行能力：在信號交叉口，車輛只能在有效綠燈時間內(nèi)通過交叉口，因此，其一個進口方向的通行能力為(2-39)式中：為相位i的j進口方向的通行能力(pcu/s)；為相位i的j進口方向的飽和流率(pcu/s)；為相位i的綠燈時長(s)；為相位i的綠信比；C為交叉口的周期時長(s)。美國《道路通行能力手冊》最新版本HCM2000推薦的飽和流率計算方法為(2-40)式中為高峰小時系數(shù)，可取為0.92；為相位i的j進口方向的車道數(shù)一個進口方向的飽和度：交叉口進口方向的飽和度是進口方向的車輛到達流量與進口方向通行能力的比值。其一個進口方向的飽和度為(2-41)式中：為相位i的j進口方向的飽和度；為相位i的j進口方向的車輛到達率(pcu/s)；為相位i的j進口方向的車輛流量比。進口方向的飽和度是判斷其能否處理到達交通量的重要指標。當某進口方向的飽和度超過1.0時就不能處理到達交通量，而需要采取調(diào)整信號配時方案，改善交叉口的幾何構(gòu)造，變更交通控制等措施。此外，因為信號變化時刻會產(chǎn)生不能有效地處理交通流的時間(損失時間)，而且車輛到達具有隨機性，所以如果某進口道的平均飽和度達到0.9以上，事實上就很難順利地處理到達交通量。在這種情況下，該進口方向就會出現(xiàn)長的等待車隊，交通延誤時間將會大大增加。延誤計算方法信號交叉口延誤分析模型是確定信號配時方案的基礎(chǔ)，關(guān)于信號交叉口車輛延誤的研究很多，比較權(quán)威的研究成果是美國《道路通行能力手冊》中的系列延誤模型，本文采用其最新版本HCM2000中推薦的交叉口車輛延誤計算模型，即(2-42)式中：為相位i的j進口方向車輛平均延誤(s)；為均勻延誤修正系數(shù)，推薦缺省值為1；T為分析期(h)，推薦缺省值為0.25；K為取決于控制設(shè)置的修正系數(shù)，推薦缺省值為0.4；I為上游車輛過濾修正系數(shù)，推薦缺省值為1；為初始排隊延誤(s)，推薦缺省值為0。交叉口沒有實施公交優(yōu)先通行措施時，同一進口方向的社會車輛與公交車輛具有同樣的延誤。所以其一個進口方向的人總延誤應(yīng)該等于該進口方向車均延誤與車載乘客的乘積，而交叉口的人總延誤應(yīng)該等于各進口方向人總延誤之和。假定1pcu的公交車平均載客數(shù)為，1pcu的社會車輛平均載客數(shù)為，則交叉口沒有實施公交優(yōu)先通行措施時1h的人總延誤為：(2-43)式中：為第i相位的第j個進口方向1h的人總延誤(s)；為第i相位的第j個進口方向的社會車輛到達率(pcu/s)；為第i相位的第j個進口方向的公交車輛到達率(pcu/s)；n為交叉口相位個數(shù)；為第i相位的進口方向數(shù)。2.3.2周期時長的優(yōu)化方法周期時長的優(yōu)化方法：傳統(tǒng)的交叉口信號配時方法中周期時長是以車總延誤最小為目標來確定的。交通運輸?shù)哪康氖菍崿F(xiàn)人和物的移動，而不是車輛的移動，為此，下面將依據(jù)人總延誤最小來確定交叉口的信號周期。因為公交車輛的車均載客量大于社會車輛，這種方法相當于提高了公交車輛的權(quán)重，而不是將公交車與社會車輛同等看待，從這個意義上講，這種確定周期的方法是基于公交優(yōu)先通行的。增大周期時長，則單位時間內(nèi)交叉口相位變換次數(shù)少，可減少單位時間內(nèi)的信號損失時間，提高交叉口的通行能力。但這并不意味著周期越長越好，實際上周期過長會存在以下缺陷。調(diào)查和研究表明，一般當周期過長后，通行能力反而提高緩慢甚至減小，而延誤卻增長很。(2)周期過長存在交通處理上的問題。因為增加周期時長，各相位紅燈時間也會相應(yīng)增加，每個相位紅燈期間排隊等待的車輛也會相應(yīng)增多，因此需要設(shè)置較長的進口車道，這在實際上往往難以實施，尤其是轉(zhuǎn)向進口道是采用拓寬交叉口來獲得的情況下。如果進口車道長度不夠，則會導(dǎo)致轉(zhuǎn)向車輛進不了轉(zhuǎn)向進口道，或者因為轉(zhuǎn)向車輛占據(jù)直行車進口道而使得直行車輛無法進入直行進口道。(3)較長的紅燈等待時間往往會使得交通參與者失去耐心，容易出現(xiàn)交通參與者尤其是行人和非機動車違章通行的情況。調(diào)查表明，大多數(shù)交通參與者能接受的最長紅燈時間在60~80s之間?；谏鲜龇治觯疚恼J為最長周期可按照以下方法來確定。1)首先由各進口方向所允許的最大排隊長度來確定各相位允許的最長紅燈時長。一個進口方向所允許最大排隊長度等于其進口道的平均長度,因此其允許的最長紅燈時長為(2-44）式中：為第i相位的第j個進口方向所允許的最長紅燈時長(s)；為第i相位的第j個進口方向進口車道數(shù)量；為第i相位的第j個進口方向的進口車道平均長度(m)；為第i相位的第j個進口方向到達交通量(pcu/s)；l為1pcu車輛所需要的停靠長度(m)。相位i允許的最長紅燈時長等于該相位中各進口方向所允許的最長紅燈時長的最小值，即(2-45)式中：為相位i允許的最長紅燈時長(s)。當大于交通參與者的忍耐極限時間時，則令等于交通參與者的極限忍耐時間。2)由各相位允許的最長紅燈時長來確定最長周期。交叉口各相位有效綠燈時間與周期之間有如下關(guān)系(2-46)式中：L為交叉口一個周期總的損失時間(s)，將代入式(2-46)，可得到(2-47)將各相位允許的最長紅燈時長代入式(2-47)，可得到最長周期的計算方法如下：(2-48)調(diào)查和研究表明，當周期時長超過120s時，交叉口通行能力提高緩慢，因此當由式(2-48)計算出的最大周期如果大于120s，建議取120s為好。也可以比120s更長，但最好不超過180s。周期時長也不宜過短，最短周期時長應(yīng)考慮兩個因素所需最短綠燈時間，即車輛能安全通過交叉口所需最短時間和行人過街所需最短時間，也就是說，最短周期由各相位最短綠燈時間決定，即(2-49)式中：為最短周期時長(s)；為相位i所需的最短綠燈時間。綜上所述，基于公交優(yōu)先通行的交叉口信號周期優(yōu)化方法如下。目標函數(shù)為：(2-50)約束條件為：(2-51)上述優(yōu)化函數(shù)的實質(zhì)就是在最長周期和最短周期之間尋找使交叉口人總延誤相對最小的周期。編程運算時可以先令周期等于最小周期，然后按照一定的步長向上搜索，使人總延誤相對最小的周期，搜索到最大周期為止。2.3.3綠信比的優(yōu)化方法：傳統(tǒng)的交叉口信號配時方法中的綠燈時間是按照流量比來分配的，即相位綠信比正比于該相位車輛流量比，這種分配方法可以確保各進口道方向具有相同的飽和度，但不利于公交車輛的通行。本文認為，為減少交叉口的人總延誤，綠信比的確定應(yīng)由乘客流量比和機動車飽和度兩個因素來共同決定。具體地說就是將綠信比正比于相位乘客流量比，而不是相位車輛流量比。但對客流量較少的相位來說，按相位乘客流量比計算出的綠燈時間可能出現(xiàn)小于最小綠燈時間的情況，或者使得一些相位(通常為社會車輛比例較大的相位)出現(xiàn)接近飽和或過飽和的情況。為避免這種情況帶來交通惡化(前已述及，當某相位的飽和度超過0.9左右時，該相位將難以處理其到達交通量)，所以本文將相位飽和度不大于某一給定值(建議取0.9)和相位綠燈時間不小于最小綠燈時間作為確定綠信比的約束條件。即由上述方法計算出的綠信比必須滿足式(2-52)和式(2-53)的要求(2-52)(2-53)式中：為相位i的車輛流量比，等于相位i各進口方向車輛流量比的最大值。由式(2-52)可得(2-54)令，則i相位的最小綠信比為(2-55)由式(2-56)可判斷交叉口在滿足各相位最小綠信比的前提下是否有過剩的綠燈時間(2-56)式中：ΔG為交叉口過剩的綠燈時間(s)。當ΔG<0時，表示交叉口通行能力不能滿足現(xiàn)有交通需求，沒有過剩的綠燈時間；當ΔG=0時，表示交叉口通行能力恰好滿足現(xiàn)有交通需求，沒有過剩的綠燈時間；當ΔG>0時，表示交叉口通行能力能滿足現(xiàn)有交通需求，且有過剩的綠燈時間。當交叉口有過剩綠燈時間時，將過剩綠燈時間按照各相位客流量在交叉口總的客流量中所占的比例分配給各相位(2-57)式中：為分配給i相位的過剩綠燈時間(s)；為i相位的客流量(人/s)；為交叉口總的客流量(人/s)。如果將按照最小綠信比所確定的相位綠燈時間定義為相位基本綠燈時間，則一個相位總的綠燈時間就等于相位基本綠燈時間與過剩綠燈時間之和(2-58)鑒于公交車單車載客量大于社會車輛，上述確定綠信比的方法更有利于公交車輛的通行，可以說是基于公交優(yōu)先通行的一種綠信比分配方法。2.4本章小結(jié)本章主要介紹了公交優(yōu)先信號配時中的一般方法，傳統(tǒng)方法以及優(yōu)化方法。信號配時介紹中，也詳細說明了傳統(tǒng)信號配時方案的延誤模型和基于此的公交優(yōu)先信號配時傳統(tǒng)模型方法，以及公交優(yōu)先信號配時優(yōu)化方法。信號配時中的優(yōu)化方法為本論文采用的優(yōu)化方法，其理論和方法都為文章的后續(xù)完成奠定了充分的理論基礎(chǔ)。第3章紅旗大街與先鋒路信號交叉口路況調(diào)查哈爾濱紅旗大街與先鋒路交叉口為典型的四相位十字形交叉口，其交叉口的車道比較多，其交通量較大，信號配時復(fù)雜，公交車數(shù)量較多，且未設(shè)置公交專用道，也沒有在信號配時設(shè)計上體現(xiàn)公交優(yōu)先的措施，故其可作為信號交叉口公交優(yōu)先信號配時方法的研究的研究目標。這部分將舉哈爾濱市紅旗大街與先鋒路交叉口為例，通過對該交叉口交通流量與信號配時的調(diào)查，得到相應(yīng)數(shù)據(jù)，再運用公交優(yōu)先信號配時方法進行優(yōu)化，最后得到最佳優(yōu)化方法。3.1道路交通條件紅旗大街與先鋒路交叉口幾何條件現(xiàn)狀：該交叉口道路幾何條件現(xiàn)狀如下：該交叉口為十字型交叉口。東進口有6條機動車車道，1條非機動車車道，其車道寬度從中央分隔帶到非機動車車道依次為：3.3m，3.3m，3.0m，3.1m，3.4m，4.1m，1.9m。西進口有5條機動車車道，1條非機動車車道，其車道寬度依次為：3.1m，3.2m，4.1m，3.0m，3.2m，1.7m。南進口有4條機動車車道，1條非機動車車道，其車道寬度依次為：3.1m，3.2m，3.4m，3.2m,2.0m。北進口有5條機動車車道，1條非機動車車道，其車道寬度依次為：3.1m，2.7m，3.1m，3.2m，3.4m，2.5m。如下圖3.1所示圖3.1紅旗大街與先鋒路信號交叉口平面幾何圖3.2信號交通條件3.2.1紅旗大街與先鋒路交叉口相位情況紅旗大街與先鋒路信號交叉口，第一相位南北直行；第二相位南北左轉(zhuǎn)；第三相位東西直行；第四相位東西左轉(zhuǎn)。具體情況如下圖所示：第一相位第二相位第三相位第四相位3.2.2紅旗大街與先鋒路信號配時方案第一相位第二相位第一相位第二相位第三相位第四相位南北直南北左東西直東西左周期C=182s黃燈時間A=3sG1=40sG2=30sG3=63sG4=37s3.3本章小結(jié)本章主要是對紅旗大街與先鋒路交叉口進行了實地調(diào)查，對其交通量與信號配時等進行了調(diào)研。對其信號配時現(xiàn)狀有了深入的了解，為研究其配時現(xiàn)狀有了重要的實際數(shù)據(jù)，對論文的繼續(xù)研究起到重要作用。第4章紅旗大街與先鋒路信號交叉口公交優(yōu)先數(shù)據(jù)處理與分析4.1紅旗大街與先鋒路信號交叉口現(xiàn)狀的數(shù)據(jù)計算4.1.1飽和流量的計算：由公式（2-40）得：第一相位第二相位第三相位(西→東)(東→西)第四相位4.1.2各相位有效綠燈時間的計算：由公式（2-23）得：4.1.3綠信比的計算：由公式（2-22）得：4.1.4通行能力的計算：由公式（2-39）得：第一相位第二相位第三相位第四相位4.1.5相位飽和度的計算：由公式（2-41）得：第一相位（直行）：南→北,北→南第二相位（左轉(zhuǎn)）：南→西,北→東第三相位（直行）：東→西,西→東第四相位（左轉(zhuǎn)）：東→南,西→北4.1.6由公式（2-42）得：第一相位（直行）：南→北第一相位（直行）：北→南第二相位（左轉(zhuǎn)）：南→西第二相位（左轉(zhuǎn)）：北→東同理其他各相位延誤為：第三相位（直行）：東→西s，西→東s第四相位（左轉(zhuǎn)）：東→南s，西→北s由公式（2-27）得交叉口車均延誤為：4.1.7由公式（2-43）得各相位人總延誤：第一相位（直行）：南→北北→南第二相位（左轉(zhuǎn)）：南→西北→東第三相位（直行）：東→西西→東第四相位（左轉(zhuǎn)）：東→南西→北交叉口的人均延誤=842304.6/16152=52.1s4.2紅旗大街與先鋒路信號優(yōu)先方法的數(shù)據(jù)計算4.2.1周期時長優(yōu)化方法的計算：4.2.1.1東進口道長度為22.1m，西進口道長度為18.3m，南進口道長度為14.9m，北進口道長度為18m。1pcu車輛所需要的停靠長度l=2.5m由公式（2-44）得各相位的最長紅燈時長：第一相位（直行）：南→北==北→南==第二相位（左轉(zhuǎn)）：南→西北→東第三相位（直行）：東→西西→東第四相位（左轉(zhuǎn)）：東→南西→北由公式（2-45）得：由公式（2-17）（2-18）得信號總損失時間：其中交叉口停車距S=10m,停駛速度v=30km/h，A=3s，l=1.48s。

由公式（2-48）得優(yōu)化后的周期時長：=123s4.2.1.2其中1pcu的社會車輛平均載客人數(shù)為，1pcu的公交車輛載客人數(shù)為。由公式（2-38）得，第一相位第二相位第三相位第四相位4.2.1.3由公式（2-24）得：由公式（2-23）得：經(jīng)過基于公交優(yōu)先優(yōu)化后交叉口的配時圖如下第一相位第二相位第一相位第二相位第三相位第四相位南北直南北左東西直東西左周期C=123黃燈時間A=3sG1=29G2=6G3=28G4=164.2.1.由公式（2-40）得：第一相位第二相位第三相位(西→東)(東→西)第四相位4.2.1.由公式（2-39）得：第一相位第二相位第三相位(西→東)(東→西)第四相位4.2.1.由公式（2-41）得：第一相位（直行）：南→北,北→南第二相位（左轉(zhuǎn)）：南→西,北→東第三相位（直行）：東→西,西→東第四相位（左轉(zhuǎn)）：東→南,西→北4.2.1由公式（2-42）得：第一相位（直行）：南→北s北→南s同理其他各相位延誤為：第二相位（左轉(zhuǎn)）：南→西s,北→東s第三相位（直行）：東→西s,西→東s第四相位（左轉(zhuǎn)）：東→南s,西→北s由公式（2-27）得交叉口車均延誤為：4.2.1由公式（2-43）得各相位人總延誤：第一相位（直行）：南→北s北→南s同理其他各相位延誤為：第二相位（左轉(zhuǎn)）：南→西s北→東s第三相位（直行）：東→西s西→東s第四相位（左轉(zhuǎn)）：東→南s西→北s交叉口的人均延誤=398918.1/16152=24.7s4.2.2綠信比優(yōu)化方法的計算：4.2.2.1各相位綠燈時間計算第一相位的最大車流量比為2718÷4719=0.58第二相位的最大車流量比為689÷1573=0.44第三相位的最大車流量比為2591÷4719=0.55第四相位的最大車流量比為1464÷3146=0.47由公式(2-52)，（2-53），（2-54），（2-55）可知，通過調(diào)查可知最小綠燈時間g最小為30s,C=182s令，，則i相位的最小綠信比為第一相位：，由公式（2-56），由公式（2-57）紅旗大街與先鋒路交叉口總的客流量為16152/h=4.49人/s，（見附表）第一相位的客流量為1.47人/s由公式（2-58），s，故第一相位綠燈時間為135s第二相位：，由公式（2-56），由公式（2-57）紅旗大街與先鋒路交叉口總的客流量為16152/h=4.49人/s，（見附表）第二相位的客流量為0.37人/s由公式（2-58），s，故第二相位綠燈時間為96s同理，可計算得到s，s。根據(jù)綠信優(yōu)化方法計算后，紅旗大街與先鋒路信號配時分布圖見下表所示第一相位第一相位第二相位第三相位第四相位南北直南北左東西直東西左周期C=182s黃燈時間A=3sG1=135sG2=96sG3=82sG4=106s4.2.2.2由公式（2-23）得：4.2.由公式（2-22）得：4.2.2由公式（2-39）得：第一相位第二相位第三相位(西→東)(東→西)第四相位4.2.2.5由公式（2-41）得：第一相位（直行）：南→北,北→南第二相位（左轉(zhuǎn)）：南→西,北→東第三相位（直行）：東→西,西→東第四相位（左轉(zhuǎn)）：東→南,西→北4.2.2.6由公式（2-42）得：第一相位（直行）：南→北s第一相位（直行）：北→南第二相位（左轉(zhuǎn)）：南→西第二相位（左轉(zhuǎn)）：北→東同理其他各相位延誤為：第三相位（直行）：東→西s，西→東s第四相位（左轉(zhuǎn)）：東→南s，西→北s由公式（2-27）得交叉口車均延誤為：4.2.2.7交叉口人均延誤的計算：由公式（2-43）得各相位人總延誤：第一相位（直行）：南→北北→南第二相位（左轉(zhuǎn)）：南→西北→東第三相位（直行）：東→西西→東第四相位（左轉(zhuǎn)）：東→南西→北交叉口的人均延誤=268874.85/16152=16.6s紅旗大街與先鋒路信號交叉口信號配優(yōu)化前后狀況配時優(yōu)化方法周期/s綠燈時長s/綠信比車均延誤/s人均延誤/s第一相位第二相位第三相位第四相位南→北南→西東→西東→南北→南北→東西→東西→北現(xiàn)狀18240/0.228/30/0.173/63/0.355/37/0.212/51.852.1周期時長優(yōu)化12329/0.2516/0.06528/0.24216/0.14039.324.7綠信比優(yōu)化182135/0.7596/0.53682/0.459106/0.59118.116.6從上表對比中可以看出，兩種配時優(yōu)化方法中，綠信比優(yōu)化方法可以做到將延誤降到最低。4.3本章小結(jié)本文以人均延誤最小為信號周期時長的優(yōu)化目標,以相位乘客流量比和相位飽和度確定綠信比,其目的是在保障交叉口交通順暢的前提下體現(xiàn)公交優(yōu)先。其配時方法的根本思想就是將交叉口富余的通行能力不是按照車流量比例分配給各相位,而是按照人流量的比例分配給各相位。因為公交車平均單車載客量比社會車輛要多,這就使得公交車輛比例較大的相位所分配到的綠信比,要大于用傳統(tǒng)的配時方法所分配的綠信比,從這個意義上講,本文所采用的信號配時方法更有利于公交車輛的通行。上述優(yōu)化方法也表明,當交叉口已經(jīng)處于飽和或過飽和狀態(tài)時,交叉口沒有富余的通行能力,如果要實施公交優(yōu)先的信號配時,則必須首先對交叉口進口道的空間結(jié)構(gòu)進行改造。此外,本文所提出的優(yōu)化方法是基于車輛到達率和車載乘客數(shù)量已知的前提,車輛到達率可通過在上游設(shè)置監(jiān)測器的方法來獲取；車載乘客數(shù)量可通過調(diào)查,然后近似取交通高峰和平峰時公交車與社會車輛載客數(shù)量的均值。第5章總結(jié)與展望公交在城市交通中占有重要的地位，發(fā)揮著巨大的作用，與城市居民生產(chǎn)、生活等活動息息相關(guān)相關(guān)。城市公交的優(yōu)先、大力發(fā)展能有效解決日益嚴重的城市交通擁堵問題、能加速實現(xiàn)城市客運交通機動化、更加有助于提高城市環(huán)境質(zhì)量。而交叉口作為道路相交的結(jié)點，最容易影響公交車輛的正常運營，公交車的服務(wù)水平和速度在交叉口也最容易因為交叉口復(fù)雜的交通情況而降低。因此，解決公交車輛在交叉口的優(yōu)先通行是采取公交優(yōu)先措施的重要手段。公交車如何在交叉口享有的絕對優(yōu)先通行權(quán)已被得到廣泛的研究和應(yīng)用，尤其在信號控制領(lǐng)域。但絕對優(yōu)先對于交叉口其他車輛的影響日益顯著，在采取絕對公交優(yōu)先之后面對公交車本身仍有沒有解決的問題的情況下，在今天要求和諧發(fā)展的大環(huán)境下，如何更好的解決公家車晚點問題從而加強其運行連貫性最終提高服務(wù)水平，如何降低公交車在交叉口的對其他車輛的影響已經(jīng)開始成為公交優(yōu)先領(lǐng)域亟待研究的課題。本文主要在前人的研究基礎(chǔ)上，運用信號配時優(yōu)化方法，計算驗證了配時優(yōu)化后的信號配時，可以減少車輛的延誤，尤其是公交車輛的延誤，從而提高了通行能力。參考文獻 [1]D.Jepson,L.Ferrira.Assessingtraveltimeimpactsofmeasurestoenhancebusoperation,part2Assessmentcriteriaandmainfinding.JournalofTransportationEngineering，1999，9（1）：3-18.[2]PeterG.Furth,TheoH.J.Muller.Conditionalbuspriorityintersection:betterservicequalitywithlesstrafficdisruption.TransportationResearchBoard,2000：1-14.[3]王殿海.交通流理論[M].北京：人民交通出版社，2002.[4]Jian-pingWu，NickHounsell.BusPriorityUsingPre-signals[J].TransportationResearchPartA，1998，32（8）：563-583.[5]季彥婕，鄧衛(wèi)，王煒，張衛(wèi)華.基于公交優(yōu)先通行的交叉口相位設(shè)計方法研究[J].公路交通科技，2004，21(12).[6]季彥婕,鄧衛(wèi).交叉口預(yù)信號公交優(yōu)先方案及效益評價[J].華中科技大學學(城市科學版)，2003，20(1)：83-84.[7]張衛(wèi)華,王煒.基于公交優(yōu)先通行的交叉口預(yù)信號設(shè)置方法研究[J].公路交通科技，2004，21（6）：9-12.[8]張衛(wèi)華，陸華普.公交優(yōu)先的預(yù)信號控制交叉口車輛延誤分析[J].中國公路學報，2005,（18）4：78-82.[9]鄭長江,王煒.混合交通流條件下信號交叉口配時優(yōu)化設(shè)計[J].公路交通科技，2005，22（4）：116-119[10]陳紹寬,郭謹一,王璇,毛保華.信號交叉口延誤計算方法的比較.北京交通大學學報[J].2005，29（3）：77-80[11]曹成海，裴玉龍.城市交叉口公交優(yōu)先信號協(xié)調(diào)模式探討[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2006（10）：22-28.[12]譚曉雨，平面交叉口公交優(yōu)先信號設(shè)置方法研究.[D]2009[13]吳兵、李曄編著.交通管理與控制.北京:人民交通出版社,2005.[14]張衛(wèi)華,陸化普,石琴,劉強.公交優(yōu)先的信號交叉口配時優(yōu)化方法.交通運輸工程學報[J].2004(9)[15]陸化普.城市交通現(xiàn)代化管理[M].北京:人民交通出版社,1999.[16]陸建.交通管制條件下的城市平面交叉口延誤分析[D].南京:東南學,1998.[17]TRB.Highwaycapacitymanual2000[R].NationalResearchCouncil,Washington,DC,USA,2000.[18]任剛.交通管制下的交通分配算法研究[D].南京:東南大學,2004. 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