交叉口优化论文（通用10篇）
交叉口优化论文 篇1
目前，混合交通是中国城市道路交通的显著特征之一，这使得中国交通组织相对较为复杂。而交叉口是交通流反复分流、合流及交叉之处，更容易受到混合交通的影响，致使平面交叉口成为制约城市路网容量的瓶颈。因此对交叉口的设施及信号控制进行研究、设计、优化，提高交叉口通行能力是十分必要的。
一、交叉口交通设施优化
交通设施是传递交通管理信息的道路语言，是确保交通安全、有序、畅通的重要手段。近年来，随着市政府对交通设施投入的增大，交通设施在完整性、连续性、鲜明性方面有了很大改善。为进一步满足人们的出行需求，提高交通安全，丰富交通文化，可以从色彩化、人性化方面进行探讨研究，对交通设施进行进一步的优化和完善。
（一）色彩化
色彩不仅给人的印象迅速，更有使人增加识别记忆的作用，所以在交通管理设施设计中色彩恰到好处地处理能起到融合表达功能和情感的作用，具有丰富的表现力和感染力。可以尝试从以下方面做起：(1)在行人较多的地方可以运用彩色斑马线，斑马线还是白色基本色的，只是在底下铺一层黄色的材料，这层材料覆盖的范围比斑马线略大，斑马线便可从“黑白”相间变成“黄白”相间。“黄色”斑马线要比一般黑白相间的斑马线醒目，因此会有很好警示的作用。司机从很远就可以看到并开始减速，行人过街也会比较从容。(2)尝试统一将南北方向(或者东西方向)的护栏上部刷成绿色，这对于外地驾驶员或者不了解当地状况的司机来讲，具有很好的指示作用。
交通管理设施的系统用色往往更能体现所在城市的独特性，可以代表当地独特的人文地域文化，但若缺乏系统管理，就会出现用色混乱状况。这就要求相关设计部门从城市的整体色彩环境出发，考虑大众审美，建立健全交通管理设施用色管理机制，对交通管理设施用色进行科学、合理的设计和改善。
（二）人性化
交叉口设施优化除考虑车辆行驶所需的必要信息外，对行人的道路信息指引也是十分必要的。其设计原则应该是在简洁明了的基础上传达尽可能多的信息[2]。在情况允许的条件下可尝试以下方法：(1)可在路侧指示标志上添加门牌号信息，如在“南”的下方加上“21+”，则表明人们沿着指示方向向南走，遇见的第一个门牌号就是21，继续向前走的话，门牌号依次增大。这样就可以在不用很大变动的情况下，为行人提供更多指示信息，进一步体现交通管理设施设计和应用的人性化。(2)做到“警”必“禁”，有“禁”必“指”，在禁令标志上游一般设立指示标志，提示下游禁限内容，从而减少违法行为的发生。真正做到交通管理标志内部管理与服务相协调，弥补道路建设中留下的安全隐患[3]。
二、交叉口信号控制——博弈论
当前，许多新理论被运用到交通分析与管理中，如熵理论、流体力学、层次分析、模糊数学、建模仿真等，这些理论的运用为交通问题分析注入了新的动力，带来了交通管理的新发展[4]。本文重点介绍的是基于多人合作博弈的单点交叉口信号控制方法。
（一）博弈论的基本要素
博弈论通过使用严谨的数学模型来研究冲突、对抗条件下的最优决策。构成一个博弈的基本三要素有：局中人、策略集和支付函数。
局中人集合N={1, 2，…n}：局中人即博弈参与人。
策略集Si：局中人可能采取的可行的行动方案称为局中人策略集。
支付函数Pi：每个局中人i都有一个支付函数只Pi (s)，它是局势S的函数，即表示局中人i在局势S下的收益。
（二）多人合作博弈概念
合作博弈中参与人有一个可实施的共同行动协议，其强调的是参与人之间联盟的形成、联盟的势力及对合作收益的合理分配。
设一个多人合作博弈：G=[N, v]。其中N={1, 2…n}n≥3，为博弈参与人，v为联盟特征函数。对有n个局中人参与的博弈，我们称集合N的任何一个子集S为一个联盟。
在局中人集合为N={1, 2，…n}，v (S)为定义在N的一切子集上的实值函数，满足：
则v (s)为一个特征函数。
（三）多人合作博弈的估值解
合作博弈的求解可通过一套公理化体系，得到唯一的“合理”的分配值，并且其求解方法较简单。
n人合作博弈G=[N, v]，存在的唯一估值为：
其中，|s|代表联盟s中局中人数量，(|s|-1)!代表形成联盟s后，不包含局中人I的联盟排列个数，((n-|s|)!表示联盟林NS的排列个数，n!表示n个局中人可能形成的排列个数，表示联盟s出现的概率，v (s)-v (s{i})表示局中人对i联盟的边际贡献。
（四）基于多人合作博弈的单点交叉口信号控制方法
以单点交叉口四相位信号控制为例，介绍博弈模型的建立。交叉口相位分布(如图1所示)：
1. 策略集的选取。对交通信号灯来说，可选择的策略有红灯或绿灯即(Red, Green)。对单点交叉口四相位信号控制来说只存在4个策略组合的情况下收益大于0即在同一时刻四个相位中有一个相位是绿灯，另外三个相位都为红灯。其他情况下的相位组合收益均为0。所以，策略集可表示为(Green, Red, Red, Red) (Red, Green, Red, Red) (Red, Red, Green, Red) (Red, Red, Red, Green)。
2. 赢得值的确定。博弈中的赢得值是个预测值，即博弈之初参与人对各种可能的策略组合下收益的一种预测。对信号交叉口控制来说，排队长度是最直观的收益值，因此本文中选取排队长度值最为博弈赢得值[4]。排队长度值的计算如式(3)所示：
公式中，queue length表示排队长度值;q为当前相位的排队长度;t为当前相位的执行时间;car-length为平均车长;average-speed表示当相位保持绿灯信号时，驶离交叉口的所有车辆的平均速度;当信号由红灯转换为绿灯或绿灯转换为红灯时，公式3中的Z1取0, Z2取0;当信号由绿灯转换为绿灯时Z1取-1, Z2取0;当信号由红灯转为红灯时，Z1取0, Z2取-1。
3. 收益矩阵的建立。对单点交叉口四相位信号控制来说，在某一时刻获得通行权的相位可能有四种情况，在确定收益矩阵的时候就会存在四种可能情况：
情况一：当前获得通行权的相位是第一相位，即当前4个参与人的信号灯状态为(Green, Red, Red, Red)，这种情况下4个参与人可以选择的策略组合(如表1所示)。表中，支付函数(S1n, Pn, Pn, Pn)表示相位1, 2, 3, 4分别选择策略(Green, Red, Red, Red)时各个相位上的赢得值。
同理，情况二：当前获得通行权的是第二相位，即当前4个参与人的信号灯状态为(Red, Green, Red, Red, Red);情况三：当前获得通行权的是第三相位，即当前4个参与人的信号灯状态为(Red, Red, green, Red)，和情况四：当前获得通行权的是第四相位，即当前4个参与人的信号灯状态为(Red, Red, Red, Green)时对应的博弈的收益矩阵也可获得。至此单点交叉口四人合作博弈模型确定了。然后，依据式2进行求解即可。
三、小结
管理设施优化和信号控制是交叉口管理的重要手段，本文从这两方面进行了探讨，提出了交叉口交通设施的色彩化与人性化，并引入了博弈论控制算法，具有一定的参考价值。需要指出的是在现代交通管理实践中，无现成的经验可遵循。因此，只有时刻以动态的观点看待交通，不断挖掘新方法、总结新规律，运用新理论，才能不断解决交通问题，将交通事业发展推向一个新的台阶。
参考文献
[1]刘文峰, 方守恩, 滕生强.交通设施色彩规划与设计[J].上海公路, 2004, (3) .
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[3]翟忠民.道路交通实战案例[M].北京:人民交通出版社, 2007:1.
[4]谈玲珑.交通信号控制系统中的数据处理及博弈控制算法研究[D].北京:北方工业大学, 2010:6.
交叉口安全评价方法评述 篇2
【摘 要】本文把国内外对交叉口安全评价的方法分为以交通事故统计为基础的直接评价方法和以交通冲突技术为基础的间接评价方法，并进行了总结评述，为今后政府部门及研究人员选择平面交叉口安全评估方法提供了良好的理论参考依据。
【关键词】交叉口安全；评估方法；事故统计；交通冲突技术
1.背景
平面交叉口在路网中有着非常重要的功能和作用，然而同时，交叉口的交通事故率非常高。因此，为了提高道路的安全性，对平面交叉口的安全状况作出合理的评价是很有必要的。在作出评价后，有关部门可以根据评价的结果来对已有平面交叉口进行一系列的调整和改善，从而有效地提高交叉口的安全程度。目前，国内外对交叉口安全评价的方法主要有以交通事故统计为基础的直接评价方法和以交通冲突技术为基础的间接评价方法。
2.以交通事故统计为基础的直接评价方法
以交通事故统计为基础的直接评价方法主要有事故绝对数法、事故率法、质量控制法、经验模型法、回归模型法和灰色评价法。
事故绝对数法即根据事故绝对数的大小评价交叉口[1]。该方法优点是简单、方便，缺点是没有考虑交叉口形式、流量等相关因素。
事故率法用一种相对指标来表达道路交通安全水平，其中使用最广泛的是万车死亡率、亿车死亡率以及当量死亡率等等[1]。但是由于交叉口的安全状态是由多种因素所决定的，在某些情况下单独使用某种事故率比较片面。
质量控制法认为交通事故发生的概率服从汽车每车公里平均事故次数的泊松分布[2]。计算一组合理数据的上限值UCL与下限值LCL，当路段发生事故的实测值大于UCL，则认为该路段为危险路段。该方法不仅考虑到了事故数的大小，还考虑到了流量对安全的影响。
经验模型法又可分为拉波波尔特模型和洛巴诺夫模型[3]。由于经验模型收集了大量数据资料，因此得出的结果非常直观实用，然而收集资料需要花费大量时间，并且资料受不同地方特定的条件影响较大，通用性较差。
回归模型法是通过研究某种或多种交叉口参数与交通事故间的关系分析，得出回归模型，预测交叉口事故，并作出安全评价[4]。此方法可以根据统计检验找出显著影响因素，然而同时需要采集较大的数据量，参数估计和统计检验也比较复杂。
灰色评价方法通过对少量已掌握的部分信息的筛选、加工、延伸和累加处理，将道路交通安全水平确定在某一灰域内，以实现对道路交通安全整体水平的评价[5]。总体来说，灰色评价方法综合了多种因素的影响，算法清晰，实用性比较强，但是受人为因素影响较大，缺乏一定的客观性。
3.以交通冲突技术为基础的间接评价方法
交通冲突技术自50年代在美国开始应用，目前在世界许多国家已经得到广泛应用。
以交通冲突技术为基础的间接评价方法主要有基于系统聚类的交叉口安全评价方法、基于交通冲突比率的交叉口安全评价方法、基于交通冲突的交叉口安全模糊综合评价方法、基于混合模糊聚类算法的交叉口安全评价方法和仿真评价方法。
基于系统聚类的交叉口安全评价方法应用交通冲突技术， 以早高峰、晚高峰以及平峰时期3个时段的交通冲突数与混合当量交通量的比值（TC/MPCU）作为安全评价指标进行评价[6]。田建等人（2006）采用此方法对昆明市部分道路交叉口安全性进行了评价，此评价结果与事故数据资料相比结果基本一致， 证明此评价方法可靠有效，但同时也需要看到，此方法需要较大的交通调查样本[6]。
基于交通冲突比率的交叉口安全评价方法是在分析交通冲突技术的基础上，引入基于交通冲突比率的安全评价模型，计算交通冲突比率，进而对交叉口的安全水平进行较为客观的评价[7]。此方法是一种更有效、更适用的交叉口安全评价方法，但是需要调查员有一定的技术水平，并且调查样本较大。
基于交通冲突的交叉口安全模糊综合评价方法在交通冲突技术的基础上，对传统的评价指标进行扩展，建立了适用于平面交叉口的评价指标、评分等级，又结合了模糊综合评价方法，建立了适用于评价平面交叉口安全的模糊综合评价模型。周家祥等人（2008）以南京市一交叉口为例进行了模糊综合评价，得出该交叉口应是一个处于“临界安全”偏“不安全”的交叉口[8]。然而，他们所做的结果虽然简单直观，但却并不能有效地证明此方法有较强的实用性，缺乏了一定的说服力。
基于混合模糊聚类算法的交叉口安全评价方法是采用交通冲突技术，以典型时段冲突数与当量交通量的比值作为评价标准，对城市交叉口的安全状况进行定量评价，结合混合模糊聚类算法进行聚类分析的方法[9]。可以说，基于混合模糊聚类算法的交叉口安全评价方法正是在基于系统聚类的交叉口安全评价方法、基于交通冲突比率的交叉口安全评价方法和基于交通冲突的交叉口安全模糊综合评价方法上发展而来的。
仿真评价方法通过交通仿真软件对交叉口的安全状况进行评估，具体的仿真方法根据不同的具体情况而定[10、11、12]。优缺点也各不相同。
4.总结
以交通事故统计为基础的直接评价方法是较早期的一种方法，我们可以看到，以事故为基础的直接评价法具有直观、精度高的优点，然而同时也具有评价周期长、事故统计不完善的缺陷。
以交通冲突技术为基础的间接评价方法则具有“大样本、短周期、小区域、高信度”的特点，却也存在着观测交通冲突数精度差，对不同严重程度的交通冲突没有加以区别等缺点[13]。
不难看出，两种方法各有利弊，而评价方法的趋势也是越来越有时代化、高科技化。相信随着时代科技的发展，对交叉口的安全评价方法也会不断发展，具有更多的优点和更高的准确性。 [科]
【参考文献】
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短连线交叉口控制方案优化研究 篇3
近年来,各城市交通状况日益严峻,这对城市道路交通系统的应急能力提出了较高的要求。本文就道路发生拥堵时,短连线交叉口处的控制策略展开研究。本文所提出的短连线交叉口指的是由短支路和次干道(干道)交叉形成的交叉口。单点信号的控制模式可分为固定配时和以感应控制为主体的自适应信号控制两大类。自适应控制的特点是配时跟着流量走,配时方案具有灵活多变的优点,然而正是其灵活性导致路网内很难形成较强的流量控制规律。作为固定配时方式的1种,多时段定时信号控制中当流量发生变化后信号配时不变,表面上看不够灵活,然而正是因为配时不变使得通过的交通流具有较强的控制规律性。李凤在其硕士论文中给出了单股车流出现过饱和与多股车流出现过饱和的交通控制策略,即控制交通需求和增大交通供给[1]。Gartner等人提出了1种多层实时、自适应交通控制设计过程。这个过程能够选择适应的控制策略来优化系统性能[2]。Ghassan等人提出了1种拥挤情况下的动态交通管理策略,包括动态控制算法和费用函数并计算出动态控制算法的相关性能[3]。可见自适应信号控制和多时段定时控制既有各种的优点同时存在着各自的不足,因此本文综合采用多时段定时控制策略与感应控制策略,从最大限度减小相位绿时变化对交通流的扰动出发,研究并实现在常规交通状态下分配各相位的绿灯时间的相位绿信比优化方法。当交通需求较大时,该交叉口进口道上的排队会发生回溯,严重时会导致城市交通“多米诺”现象的发生。如果恰当处理短连线交叉口处的交通拥堵问题可保证城市道路系统应急保障能力。目前一些基于遗传算法[4,5]、混合整数规划理论[6,7]、元胞传输模型[8]的优化算法相继出现,以路段上总延误或车辆数为优化目标,降低交通负荷[9,10]。以上算法皆刻意寻求最优解而采用了复杂的模型,降低了计算速度,难以用于实地控制中。因此本文将采用store-and-forward理论描述车流的到达和离去过程,降低模型复杂度;采用Frank-Wolfe优化计算方法[11],通过误差收敛和循环次数的限定寻求次最优解,保证优化方法的高效进行。本文的研究思路见图1。
1 短连线交叉口拓扑
本文定义进口路段中包含有短路段的交叉口为短连线交叉口,相应的路段为短连线路段(见图2)。在路段的两头设置单检测线圈检测器,拥堵检测器布设在交叉口的上游路段上。距离进口道停车线长度为:L′=L×α,一般取α=0.5～0.6。检测器提供进口路段上的总流量,设Q为检测器总流量,记直行流向流量为qt=Q·p。式中:pt为直行车辆的转弯率。同理有右转和左转流量表示为qr=Q·pr,ql=Q·pl。上述流量表达式中,各流向转弯率是不确定的,其受延误、车流量等因素的影响随时间变化不同,因此用随机过程来描述它并做出如下假设[12]:①描述转向率的分布服从于1个期望和方差已知的均匀分布;②在任意时刻能获取过去一段时间内各个流向转向率的测量值;③转向率测量值的误差分布为已知。本文中采用贝叶斯模型。
2 交叉口控制策略的研究
2.1 交叉口流量控制研究
2.1.1 自适应指数平滑流量预测模型
进行交叉口的主动控制,需要预测下一周期的车辆到达。指数平滑法是进行短时交通预测常使用的1种方法,但是常规指数平滑法的加权系数是固定的,模型无法反映时间序列趋势的变化[13]。因此本文使用1个能根据误差大小自行调整权值的自适应指数平滑预测方法,以便一定程度上提高模型的预测精度。定义平滑误差Ek=rek+(1-r)Ek-1、平滑绝对误差
式中:αk为自适应平滑系数;tf为相位f的绿灯时间。
2.1.2 基于Store-and-Forward理论的排队预测模型
拥挤状态下进入路段的车辆大多要参与排队,给出描述路段上车辆数守恒的状态平衡方程:
式中:qz(k)为第k周期进入路段的车辆数,为实测数据;uz(k)为第k周期离开路段的车辆数。在短路段中,dz(k)-yz(k)趋于零,本文忽略不计,并认为驾驶员不会轻易改变已选路径,因此有下式:
式中:nfz(k+1)为第k周期路段f相位对应的进口道上的车辆数,同理可知其他参数的意义。
式中:qz(k)为检测器流量数据;pfz(k)为f相位对应的转向率。
2.2 交叉口控制参数的优化
2.2.1 相位差的优化
当单个交叉口无法通过相位间绿灯时间的余缺调剂缓解交通拥堵时,需要进行相位差的优化,将该交叉口处的交通压力转移到其他邻接交叉口。定义τi(k)为第k周期时路段li上的行程时间,拥挤状态下路段行程时间可分为路段上的自由行程时间tfi(k)和交叉口的排队清空时间tci(k)2部分。
给出相位差的计算方法如下:
2.2.2 绿信比与周期优化
排队长度是交叉口交通状态的直观反映,排队小则交通相对通畅,反之则交通相对拥堵。然而由于等长的排队发生在不同的路段上描述着不同的拥挤情况,因此引入相位排队与最大运行排队比率来描述排队急迫度。本文在保证各需求个体具有公平的道路使用机会的前提下,以避免短支路上排队上溯和干道上需求的快速疏散为目的,综合考虑排队大小及排队急迫程度2个指标,建立如下控制目标函数:
该优化模型为1个特殊的非线性规划模型,到现在为止还没有1个普遍通用的解法。1975年LeBlanc等学者将Frank-Wolfe算法用于求解用户平衡分配模型,最终形成了目前广泛应用的1种解法,通常称F-W方法,其利用线性规划逐步逼近非线性规划,其具有算法简单、占用内存少等优点,因此经常被用于非线性规划模型的求解中。然而F-W方法收敛速度较慢,因此本文采用改进的F-W方法进行优化模型的求解。方法的改进从以下2个方面进行。
1) 迭代步长的确定(FWλ)。
令
2) 最优迭代方向的确定(FWD)。最优解表示为gi的凸组合。但是准确进行gi值的估计是很困难的,本文利用子规划问题的最优解
最后给出改进的F-W方法的计算步骤:
1) 初始化。g0为1个可行解向量,令k=1。
2) FWD决定迭代方向。计算dk。
3) FWλ决定迭代步长。计算λk。
4) 收敛检验。如果满足
由于协调控制策略的引入,采用固定周期C,则各相位的绿灯时间修正如下。
3 模型验证
本文采用济南市八里桥路口作为模型验证试验路口。此交叉口上游有3个居民小区、1所大学和1个大型水果交易市场,大量的集散交通流需通过该交叉口完成中转,早高峰小时系数达0.96,且该交叉口的北进口道经常处于过饱和状态。实地观测交叉口某1工作日12 h交通流量(辆/h)图示见图3。疏散需求在路网中的加载情况通过如下假设进行描述:
1) 疏散需求量大抵与早高峰小时交通量持平。
2) 疏散需求高峰会在短时内到达。
交叉口采用固定配时控制的方式,1个信号周期可分为4个相位阶段。其相位见图4。本文使用微观仿真软件Vissim,在模拟路网中加载疏散需求、交通控制策略等,仿真运行并收集交通参数评价数据验证短连线交叉口控制策略的有效性。
通过对比相位绿信比优化前后的排队长度、车辆延误以及通行能力来验证模型的有效性,优化前的高峰小时绿信比分配采用固定配时方式。图5～8给出优化前后的对比结果。
图5、6显示在周期22附近相位的延误及排队长度快速上升,而且排队在达到最大值后保持不变,发生了排队回溯;而经过绿信比优化后,相位在周期22以前保持降低的延误水平及排队长度,在周期22后由于需求的随机波动造排队增加,然而通过图6可见排队的增长仍在可控范围内,并在高峰小时的末尾周期呈下降趋势,因此认为优化模型很好的避免了相位的排队上溯。同时图7、8显示优化后相位和交叉口的总通过车辆数均较优化前有明显提高,可见该模型能够有效阻止短连线进口道上排队上溯还能提高整个交叉口的通行能力。
4 结束语
本文以基于Store-and-Forward理论的道路平衡方程为基础,以安全、公平、高效为指导原则开发了短连线交叉口处的控制算法,并给出基于Frank-Wolfe方法的求解算法。最后借助VISSIM仿真软件以实地观测数据再现八里桥交叉口交通状态,通过假设道路拥堵条件下的车辆到达情况模拟验证绿信比优化模型的有效性。结果表明模型能够有效阻止敏感相位的排队上溯并能提高整个交叉口的通行能力。然而模型的有效性还需通过实地道路需求数据进一步验证。
摘要：基于短连线交叉口拓扑结构,应用Store-and-Forward理论和排队论理论描述路段上车辆的到发平衡状况。重点研究交叉口处控制参数的优化。其中参数的优化包括相位差的优化和绿信比的优化。在保证各需求个体具有公平的道路使用机会的前提下,以避免短支路上排队上溯和干道上需求的快速疏散为目的,综合考虑排队大小及排队急迫程度2个指标,建立1个特殊的非线性规划模型。模型从安全、高效、公平3方面限定相位绿灯时间的阈值,而模型的求解工作则通过Frank-Wolfe算法完成。仿真结果表明:该优化模型能够有效阻止短连线进口道上排队上溯,同时还能提高整个交叉口的通行能力。
城市道路交叉口改善设计分析 篇4
关键词：城市道路 交叉口 改善设计 机动车辆
0 前言
近年来随着机动车辆的迅猛增长，城市道路的交通压力日渐增大，各大城市对旧城改造及城市道路建设的投入也不断扩大。通过强化交通管理，积极发展城市公共交通，城市交通有了一定程度的改善。但是，由于城市机动车辆增长太快，交通需求远大于供给，以致城市道路网负荷过大，城市交通日趋拥挤，道路交叉口经常出现车辆排队等候现象，高峰期间更是拥挤不堪。道路交通的拥挤不仅导致交通事故的增加，还产生了大量的废气排放和噪音，造成城市环境污染的加剧。本文针对道路平面交叉口设计的方法和改善予以分析探讨。
1 交叉口交通改善设计的主要内容
在多数城市道路交叉口中，由于对道路路段、路口的几何设计、信号配置及路面构筑物等因素缺乏整体的考虑，交通工程设计不够协调，从而对交叉口交通产生不利影响，使之成为路网交通的瓶颈。从调查情况看，此类问题在城市道路交通阻塞点中占有相当大的比例，而合理、迅速地解决这类问题，对于缓解路网压力、疏解地区交通具有重要意义。一般来说，城市道路交叉口交通改善设计的主要内容有以下几点：①适当增加交叉口进口车道数，进一步明确车道功能；②选择适当的车道宽度，合理组织行人、非机动车穿越路口；③改善交叉口信号配置；④强化交叉口交通管理措施，减少绿灯损失时间；⑤合理布置和安排交叉口附近公交站点及公交线路，减少对主线行车的干扰。
2 城市道路交叉口的一般设计方法
2.1 交叉口的选择
交叉口位置的选择是确定一个理想和最佳交叉门的首要条件。交叉口的位置一般根据交叉道路的等级、计算行车速度、转向车流的分布和交通量、自然条件和地形条件等因素选定，重点应考虑以下几个方面：
2.1.1 平面线型
平面线型的选择对交叉口有较大的影响。一般选择在既有路为直线段的位置上最为合适，这对行车安全，减少交叉长度和占地均是较优的。如果必须在曲线上衔接，也应尽量在大半径曲线上(不设超高的曲线)，避免和小半径曲线上，因为它对路面平顺衔接，行车安仝和占地都是小利的。衔接要尽量考虑正交或较大角度斜交，最小交角不宜小于45°。
2.1.2 地形条件
衔接点应尽量选择地形平坦、视线开阔的地方，避免挖方地段与既有路相接，因其对于行车视线及路基排水均为不利。
2.1.3 竖向条件
交叉口应尽量选择在水平坡段上，如条件限制，亦应设平缓坡段上。
2.2 衔接方式的确定
一般在交叉口的竖向布置上要符合行车舒适、排水通畅及视线开阔的要求，要使相交道路在交叉口内有一个平顺的共同面，使路面的水能及时的排泄。但是在与既有道路衔接的交叉，尤其是当既有路的等级较高，行车量较大时，则不能干扰既有路，新建路必须服从于既有路。在这种情况下，如何使设计能达到舒适、平顺、通畅的要求，是我们在设计中必须解决的问题。
2.2.1 顺坡衔接法
顺坡衔接足使新建路与即有路的路面边缘相接，在衔接点新建路的横断面与既有路路面边缘的纵剖面完全吻合，并沿着衔接方向的既有路路拱横坡顺一段坡。这种衔接方式的主要优点是：在不破坏原有路面及不影响其行车的情况下，使行车平顺、舒适，因为在汽车进入交叉口转向后既有路与新建路同处于一个纵坡段上，使汽车能平顺的地通过衔接点；可使路面排水通畅，由于新建路是顺既有路路拱横坡的坡面相接的，所以即使既有路处平坡路段，在衔接处也不能滞水，路面水可通过新建路的纵向斜面及逐渐过渡形成的横向路拱斜面排除。顺坡衔接法适合用在填方交叉口和新建路对高程损失控制要求不严的情况。在挖方地段衔接的交叉口和对高程损失控制要求严格的情况，应避免使用这种方法，因为它可能会给路基排水和线路拉坡造成困难。
2.2.2 变坡衔接法
这种方法的衔接点位置及衔接断面与顺坡法完全相同，不同的是衔接点后的线路纵坡不采用接既有路的路面横坡进行顺坡，而是以衔接点为变坡点，采用平坡或较缓的上坡为衔接纵坡。这种方法基本可以弥补顺坡法的不足，适合用在挖方地段路基排水困难和损失受限制的衔接条件。
2.3 连接纵坡
对衔接点后的连接纵坡的确定，是设计中所要解决的一个重要问题。纵坡长度的确定对行车有较大的影响，频繁的纵坡变化，旅客会感到颠簸，驾驶换档频繁，汽车悬挂受冲击频繁，油料和机械系统均有较大的损耗。其问题就在于坡长太短，而不能容纳较长缓的竖曲线。从此意义上讲，坡段设计以缓而长为最好。但由于地形，高程等条件限制，衔接点处的坡段不但难以做到缓而长，而且为了克服不利条件，希望能尽快变坡，坡段做得越短越好。
3 城市道路交叉口设计的完善
3.1 平交口立面设计
平交口立面设计是平交口设计的一个很重要的部分。立面设计主要足依据纵断面，道路横坡进行设计；设计时要使平交口路面等高线圆滑，没有菱角；各右转车道还应考虑车道横坡方向及大小。被交路是新建道路时，立面设计时应考虑与规划标高衔接；如被交路是旧路，立面设计时标高与横坡应与旧路接顺。如旧路设有超高，交叉口应在相接处渐变至同一方向大小的超高。设计时还应考虑整个交叉口的排水，排水不畅，形成积水的交叉口是失败的设计，因此排水设计对交叉口非常重要。排水设计时应考虑排水的方向、坡度及收水口位置，一般交叉口路面水应向四个转角方向汇聚，收水口设置在水汇聚的位置。
3.2 对交叉口进行渠化设计
通过合理布设交通岛、交通标志、地面标线，以引导车流按一定方向或路径行驶，也可达到减少和控制冲突点的效果。限制交叉口某些行驶方向。当相交道路等级差别较大，或各向交通流量和重要程度差别较大时，在设计中限制次要道路的交通流向，既保证主要道路的交通不受干扰，又提高交叉口的安全性和通行能力。
3.2.1 在设有行人通道的交叉路口，渠化交通应与行人交通安全结合起来，尤其是设置位置恰当、形状合理的导流岛、中央隔离带，不仅能对渠化交通起到关键作用，而且能对行人的安全起到很好的保障作用。
3.2.2 人行道长度超过20m时，应设置行人安全岛。行人穿越时间过长，与机动车流发生冲突的概率就会大大增加。虽然有时设置行人安全岛意味着占用一定空间，但是合理的设计可以给车辆和行人带来双重的便利。
3.2.3 信号灯相位保证。如果有较多行人穿越，应设置行人过街信号灯，提供安全的通道。对左右转交通较大的路口，应设行人过街专用相位，即单独的与车辆没有冲突的相位，以完全避免与机动车流冲突，确保行人过街安全。
3.2.4 建设行人立体过街设施。立体过街没施的设置能彻底地实现人车分流，消除大部分的人车冲突，在很大程度上能够减少行人的违规行为，从而问接地减少车辆的不必要延误，增加通行能力，确保行人过街安全。
3.2.5 公交停靠站。交叉口附近公交停靠站没置，因为大街为城市主干道，且为机动车和非机动车混行道路，所以采用沿人行道设置的港湾式公交停靠站。
3.2.6 左转弯待转区。根据交通量的调查，进入交叉口的左转车辆数量很大，此在交叉口内设置左转弯待转区。
4 结束语
交叉口优化论文 篇5
在现有的信号配时多目标优化研究中, 大多数学者仅考虑机动车性能指标, 很少考虑出行者因素、环境因素等对信号配时优化的影响, 同时很少考虑不同交通状态各控制指标的重要程度。近年来, 随着交通问题的日益突出, 城市交通可持续发展理念越来越受人关注, 单纯的机动车性能指标往往不能全面的评价交通信号控制效果, 还应结合出行时间、环境保护等因素综合考虑, 以此来确定综合的信号控制方案。本文针对城市平面交叉口交通信号控制多目标问题, 从道路使用率、出行时间成本、环境保护三方面综合平衡的交通效益出发, 建立平面交叉口信号配时多目标优化模型, 并运用遗传算法进行优化。
1 建立多目标优化模型
1.1 多目标的选取
从道路使用率、出行时间成本、环境保护三方面出发, 选取交叉口通行能力、延误时间 (包括机动车延误和行人延误) 、机动车尾气排放量为信号控制目标, 对配时参数进行优化。其中道路使用率可用交叉口的通行能力来体现, 出行时间成本可由车辆延误时间和行人过街延误时间来体现, 机动车尾气排放量反映了交通对环境的影响。
交叉口通行能力
其中:Qｉ为第i相位的通行能力
式中:sｉ为第i相位道路机动车饱和流率;λｉ为第i相位绿信比;C为交叉口信号周期时长;i=1, 2, …, n, n为相位数。
考虑Webster延误式仅适用于未饱和的情况, 交叉口机动车平均延误以Webster延误式和美国道路通行能力手册中的计算延误式为基础计算, 交叉口机动车延误
其中:Dｉ为第i相位车辆平均延误, 计算式为
式中:qｉ为第i相位交通流流量, yｉ为第i相位流量与该相位饱和流量之比。
行人延误是指在无干扰的情况下, 过街横道上由控制信号产生的延误, 其计算式为
其中, Pｉ为第i相位行人过街平均延误, 计算式为
式中:s′ｉ为行人过街饱和流率, s′ｉ=K/ltｑｈ, ped/s;K为过街横道的宽度, m;l为行人过街所需的横向宽度, m;tｑｈ为行人前后两人之间的时距, s;rｉ为过街行人的到达率, ped/s。
交通路网中尾气排放量主要包括路段的排放量和交叉口处的排放量, 在交叉口处, 主要是指车辆由于延误而处于减速或怠速状态下的排放量, 计算式为
式中:e为标准小汽车单位怠速排放因子, (g/pcu·h) 。
1.2 各目标权重系数
城市交通信号控制的目的主要是从时间上对交通流进行分离, 以保证交通流高效、安全的运行。在交通控制过程中, 交通流状态的不同, 所控制目标的重要程度也不尽相同。在交通流趋向饱和状态时, 应保证通行能力尽可能的大, 在交通流处于非饱和状态时, 应保证延误时间尽可能的小。由此可以得出延误权重系数与交叉口交通流成反比, 通行能力权重系数与交通流成正比的关系。对此学者们对各指标权重系数展开大量的研究, 并提出相应的计算式。针对机动车延误和行人延误的权重不仅与交叉口交通量成反比, 还与各相位的交通量有关, 对此, 本文对延误权重式作适当的修正, 提出各指标权重系数式为
式中:kｉ１为第i相位交叉口通行能力权重系数, kｉ２为第i相位机动车延误权重系数, kｉ３为第i相位行人延误权重系数, kｉ４为第i相位尾气排放权重系数, Y为组成周期的全部信号相位机动车流量比之和, Y =ｉ∑max{yｉ};y′ｉ为第i相位行人流量比。
1.3 多目标优化模型
针对平衡发展的理念, 从道路使用率、出行时间成本、环境保护三方面综合平衡的交通效益出发, 以交叉口通行能力、机动车延误、行人延误、机动车尾气排放量为信号控制目标建立多目标配时参数优化模型, 以饱和度、最小最大周期时间、最小最大相位时间作为约束条件, 优化模型为
式中:Cｍｉｎ, Cｍａｘ分别为交叉口最小周期时长、最大周期时长;gｉｍｉｎ, gｉｍａｘ分别为交叉口第i相位最小有效绿灯时间、最大有效绿灯时间;lｉ为第i相位的损失时间;β= max{yｉ/λｉ}为交叉口的饱和度。
2 基于遗传算法的模型求解
为找到最优的信号配时方案, 需对式 (9) 的多目标函数进行求解, 由于多目标模型求解相当复杂, 传统方法很难得到最优解, 需用智能优化算法求解, 目前常用的求解多目标最优函数的智能算法有遗传算法、粒子群算法等。遗传算法作为一种借鉴生物界自然选择和自然遗传机制的自适应搜索算法, 具有鲁棒性、全局最优、并行性等特点, 在复杂系统的优化领域应用广泛。
本文利用遗传工具箱进行遗传算法对多目标优化配时模型进行求解, 流程如图1所示。
Step1:初始化种群, 设置种群规模N、最大迭代次数K、交叉概率Pｃ与变异概率Pｍ, 相位最小绿灯时间与最大绿灯时间, 最小周期与最大周期, 并根据饱和度、最小最大周期、最小最大绿灯时间的约束条件采用实数向量编码的原则, 随机产生种群个体。
Step2:适应度选择, 取适应度函数F =1/f (C) 。
Step3:选择, 采用比率选择法进行选择。
Step4:交叉, 采用自适应遗传算法, 其交叉概率为Pｃ, 计算式为
式中:pｃ１=0.9, pｃ２=0.6为设定值;fｍａｘ为群体中最大适应度值;fａｖｇ为每代群体中平均适应度值, f′为交叉的两个个体中较大的适应度值。
Step5:变异, 变异概率为pｍ, 计算式为
式中:pｍ１=0.1, pｍ２=0.001为设定值。
Step6:判断是否满足条件, 如果找到最优解或者运行到最大迭代次数, 则结束遗传算法, 输出最佳个体 (最佳信号配时方案, 即最优周期、各相位绿灯时间) 。
3 实例分析
选取重庆市某十字交叉口为研究对象进行实例分析, 各进口道包含左、直、右3个通行方向, 交叉口机动车相位采用东西直行、东西左转、南北直行、南北左转的典型四相位设置, 行人相位与机动车直行相位对应。通过现场调查的方法得到不同交通状态下各方向交通量见表1。
取机动车车道饱和流率1 900pcu/h, 各进口人行横道饱和流率2ped/s, 标准小汽车单位怠速排放因子5g/pcu·h, 运用多目标优化模型及遗传算法对此进行求解。在遗传算法求解过程中, 设置最小周期、最大周期和最小绿灯时间、最大绿灯时间分别为50≤C≤150, 10≤g≤60, 设定种群规模为100, 最大迭代次数取200, 交叉概率取0.95, 变异概率为0.05。
根据实际调查得到的数据, 利用本文提出的多目标模型对该交叉口进行信号配时优化, 并同Webster算法和现状数据进行对比, 结果如表2 所示。通过计算得到, 该交叉口平峰时段饱和度为0.647, 高峰时段饱和度为0.876, 都处于未饱和状态。高峰时段, 本文算法较Webster算法, 通行能力提高9.3%, 机动车平均延误降低14.3%, 行人平均延误降低9.5%, 尾气排放量降低17.1%;平峰时段, 本文算法较Webster算法, 通行能力降低0.9%, 机动车平均延误降低19%, 行人平均延误增加5.9%, 尾气排放量降低20.3%。
从实验结果分析得出, 在交通高峰时段, 本文提出的多目标优化模型能较有效的提高道路的通行能力, 且能降低延误和尾气排放量;在交通平峰时段, 该模型能有效降低机动车平均延误和尾气排放量, 行人平均延误和通行能力基本保持不变。
4 结束语
交叉口优化论文 篇6
由于城市功能布局划分和市民通勤早晚差异,大多数城市道路及路口交通需求呈“潮汐式”分布,部分道路或车道出现在某些时段道路资源闲置,而在另外某些时段资源又显不足的现象。根据国内外多年实践经验,为缓解交通资源利用不合理现象,一种有效和可行的措施就是应用可变车道技术。可变车道技术是根据交通需求的变化特征,对原有的车道功能进行动态调整,以期达到时空资源优化目的的交通管理与控制技术。此技术的应用前提是,通过相关技术解决驾驶员适应性等问题,本文研究基于此前提展开。
国内外学者已对动态车道功能划分进行过相关研究,孙刚[1]等人介绍了国内外可变车道应用技术的道路基本构成以及交通管理标志设置等方法。J.B.Sheu[2]提出了一个确定时变的可变车道实施方案和预测机动车交通行为的随机系统建模方法,该成果主要应用于缓解因交通事故造成的道路堵塞。张好智[3]从系统的角度提出了一个在“潮汐式”交通流条件下车道调整方案的离散双层规划优化模型,并用经典的Sioux Falls网络实例验证了其有效性。马万经[4]从分析公交被动优先的角度得到单个进口道车道功能划分与通行时间分配存在相互制约和转化关系。上述研究主要集中在路段和路网层面,但对交叉口进口道车道功能的动态分配涉及不多,而这正是本文的研究重点。
延误是评价交叉口通行效益的一个重要指标,本文针对单个信号控制交叉口,结合信号相位的设置,建立了基于车道功能动态变换的以车均延误为目标函数的优化模型。
1 问题描述
为解决“潮汐式”交通流问题,可以在车道功能不变的前提下分时段进行信控处理,以解决某进口某流向增多的车辆通行问题,但这样的做法往往使同相位相异流向车辆因放行的绿灯通行时间增大而引起道路时空资源浪费。交叉口的时间-空间资源具有相互制约和相互转化的特征[5],绿信比的分配和车道功能的划分相互影响。本文以一个信号控制4路交叉口为例,基于进口道车均延误建立优化模型,动态改变图1进口道的直行与左转车道数,通过对比不同组合方式下的车均延误(或周期),验证本文模型能在不同的交通需求下求得最佳的动态车道功能,进而实现交叉口的时空资源优化。
2 基于车道动态分配的模型
国内外较常用的交叉口交通效益评价指标有通行能力、饱和度、延误、服务水平、行程时间、停车次数、油耗以及排队长度等[6]。其中延误与车辆到达和车辆驶离情况有关,主要是由交通管制引起的行驶时间损失,其与周期时长、绿信比和饱和度等指标密切相关。本文研究的目标函数为车均延误时间最小。
2.1 基本假设
1) 进口道的设计和信号相位设计如图1所示,左转车流和直行车流在不同的相位放行,不计右转车流的影响。
2) 交叉口的进口道总数一定,且无论进口道车道功能如何划分,交叉口进出口道数总能保证匹配。
2.2 模型建立
以图1中直行和左转车流(竞争车流)中所有车辆的车均延误最小作为优化目标函数,建立如下数学模型,模型中流量和某一车道功能的车道数是动态变化的。
目标函数
约束条件
式中:qi为左转、直行车流,i取1为直行车流流量,i取2为左转车流流量;xi为车流i的饱和度;λi为车流i的绿信比;ni为车流i分配的车道数;N为总车道数;di为车流i进口道车辆的车均延误,本文应用HCM2000模型;gei为相位i的有效绿灯时间;gemin为相位i的最小有效绿灯时间,一般取gemin为10 s;L为绿灯损失时间;Si为车道i的饱和流量;C为交叉口的信号周期,本算例中取120 s。
本模型中qi和ni是动态变化的,由于进口道的车道数有限,因而此优化模型求解可以采用枚举法。下面将该模型分别置于固定周期和非固定周期情形下进行算例分析。
2.3 模型算例分析——固定周期
假定图1中车流相位1、2中的关键车流均为本进口道的直行车流和左转车流。分2种情形(参见表1)。不失一般性,直行流量q1分别取不同的值,且对于q1的每个值,左转流量q2总是取线性递增。由于直行车道数与左转车道数之和N=4,可得到3种组合为
组合1 直行车道1,左转车道3;
组合2 直行车道2,左转车道2;
组合3 直行车道3,左转车道1。
当N=4,C=120 s,S1=1 800 pcu/h,S2=1 650 pcu/h。具体参数如表1所列。
车均延误随左转流量变化如图2所示。
从图2可以得出如下结论。
1) 当左转车流量变化时,在不同的车道功能划分方案下所得到的延误值不尽相同。
2) 当左转流量小于直行流量时,左转车辆车均延误随左转车道数的增加而增加,直行车辆车均延误随左转车道数的增加而减少;进口道车均延误随着左转车流量的增加而呈非线性递增趋势。
3) 当左转流量大于直行流量时,左转车辆车均延误随左转车道数的增加而增加,直行车辆车均延误随左转车道数的增加而减少;进口道车均延误随着左转车流量的增加呈非线性递增关系,在车道功能不同划分方案下,这种非线性递增趋势的增加率不同。
4) 无论左转流量和直行流量的对比情况如何,在信号周期固定的条件下,左转流量在某区间内变化,总会存在1组车道功能划分方案,使得左转和直行车流的饱和度都不超过其最大限值前提下,所产生的车均延误最小。
2.4 模型算例分析——非固定周期
以上分析是基于信号周期固定条件下,但在实际信号配时过程中应考虑关键相位。据此,现对模型提出改进,考虑同相位不同流向交通量大小,即图1中车流相位1、2中的关键车流不一定为本进口道的直行车流和左转车流。分析周期和进口道延误变化规律,以此来分析信号控制交叉口1个进口道的时空转化关系。
直行方向流量q1分别取不同的值,且q1取某一固定值时左转流量q2呈线性递增变化。N=4,直行单车道饱和流量为1 800 pcu/h,左转单车道饱和流量为1 650 pcu/h,其余3个进口道的实际直行与左转流量都取为200 pcu/h,具体参数见表2。
模拟结果如图3所示。
从图3可以看出:
1) 当左转流量小于直行流量时,所需的周期时长随左转车流量的增加而缓慢增加 (有时不变);当左转流量大于直行流量时,所需的周期时长随左转流量的增加而迅速增加,但是由于车道功能设置的不一,左转流量值在不同的范围总存在着一种车道功能划分方案使所需的周期时长最短。
2) 除了得到上面数值算例分析的结论外,特别是左转流量在不同数值区间时,进口道车均延误最小总是对应着不同的车道功能划分方案,且这种现象非常明显。
3) 在进口道车均延误最小时对应着的车道功能划分方案也使得到周期时长最佳,这个规律反映了交叉口时空资源相互转化的关系,同时也反映出此模型能够寻找出最优的动态车道功能划分方案。
从图3的对比结果可以看出,在3种车道功能划分分配方案下,车辆的延误时间存在很大差异,但是本文模型中车均延误时间明显降低。综合上述2种情形,将最佳组合方案与原分配方案(组合1)进行比较,最佳组合方案车均延误平均降低21.29%。
上述结果是建立在进口道的左转流量是线性增加的假设之上的。现假设左转流量是波动的(非线性增加),参见图4,左转流量和其他条件与表2中情形2相同,形成情形3,对车均延误和周期随左转流量的变化再次进行分析,所得结果如图5所示。从图5可以看出,当假设左转流量是波动时,仍可得到上述结论,因此可以证明此模型能够求出最佳的车道功能划分方案。
3 结 语
本文对1个进口道时空资源的相互关系进行了分析,并就1个进口道在相关假设基础上展开研究。本文模型能够在不同的交通流情形下,在显著降低车均延误的基础上得到车道功能动态划分方案。需要指出的是,本文方法在实际应用中还应考虑车道功能变换频率和驾驶员适应性等因素,将建模和分析范围扩展到整个交叉口乃至网络上的动态车道功能优化划分方案研究中,这将是很有价值的后续研究课题。
参考文献
[1]孙刚,王丰元.可变车道技术对提高交通高峰时段交通流量的研究[J].科技资讯,2006,25:176-177.
[2]Sheu J B.Ritchie S G.Stochastic modeling andreal-time prediction of vehicular lane-changingbehavior[J].Transportation Research Part B,2001,35:695-716.
[3]张好智,高自友.可变车道的道路交通网络设计优化方法[J].中国管理科学,2007,15(2):86-91.
[4]马万经.基于时空优化的单点交叉口公交被动优先控制方法[J].中国公路学报,2007,20(3):86-90.
[5]王秋平,谭学龙,张生瑞.城市单点交叉口信号配时优化[J].交通运输工程学报,2006,6(2):60-64.
交叉口优化论文 篇7
机动车是城市交通系统的重要组成部分, 对机动车排放进行研究是改善城市交通环境污染的基础。只有通过对机动车排放影响因素进行分析, 才能够有针对性的提出交通优化措施, 改善道路交叉口的通行能力和服务水平, 改善机动车的运行工况, 达到降低机动车排放污染, 改善交通环境的目的。
影响机动车排放的因素非常复杂, 主要受车辆技术条件、行驶环境、运行工况、以及人为因素的影响[1]。Randall L.Guensler将车辆特征参数、燃油参数、运行工况特征、行驶环境等归结为影响机动车排放的主要因素。
(1) 车辆特征参数:包括车辆的类型 (重量、发动机排量、发动机功率) 、车龄、车辆行驶里程 (VMT) 、燃料供给系、排放控制系统等;车辆的类型不同, 污染物在排放量方面存在很大的差异, 重型车的排放量远远大于小型车的排放量。大量实验研究表明:随着车龄和行驶里程的增加, 污染物的排放量也是逐渐增加的。通常条件下, 燃料供给系统以及排放控制系统技术越先进, 排放水平越低。
(2) 燃油参数:不同的燃油组分对机动车排放有着明显的影响。汽油的雷氏蒸汽压、挥发性、硫含量、烯烃含量、苯含量、硫含量等组分的含量对汽油车的排放水平影响显著。影响柴油机排放的主要组分主要有硫含量、燃油密度以及总的芳香烃含量。
(3) 运行工况:主要包括冷/热启动、运行速度、加速度、负载、过量空气系数、道路坡度等。车辆在冷启动时的排放远远高于热启动。城市道路特别是道路交叉口的交通拥堵情况对CO和HC排放的影响很大。研究表明:当车辆低速行驶时, 车速每增减5 km/h, CO和HC的排放量会在15%~20%范围内变化;车辆怠速或者加速行驶时, CO的排放量增加。怠速或者减速行驶时HC的排放量增加;中速或者匀速行驶时, CO、HC排放量减少, NOX排放量增加。
(4) 行车环境:车辆行驶时所处的环境包括地理位置和气象环境。机动车行驶在交叉口路段, 受多向交通流的干扰作用, 交通冲突现象经常发生, 使得车辆的排放量增加。同时环境温度和湿度对车辆排放的影响也较大。当温度下降时, 会导致CO和HC的排放量增加。当气温达到30度以上时, HC的排放量增加明显。而城市交叉口路段容易产生城市热岛效应, 此处气温通常高于其他路段。湿度是影响车辆排放的另一因素, 相对湿度越到, NOX排放量越低。
通过以上分析可以得出, 在车辆参数、行驶环境一定的情况下, 选用新型清洁燃料、改善车辆运行工况是降低交通污染的有效措施。制定合理的有针对性的交叉口交通优化措施的目的, 是提高道路交叉口道路通行能力和服务水平 (提高行驶速度、减少停车延误、减少交通拥堵等) , 改善机动车的运行工况, 从而达到降低车辆排放, 改善交通环境的目的。
2 城市平面交叉口交通排放优化措施分析
城市路网中, 道路交叉口是城市交通的瓶颈, 处理好交叉口的问题对提高交叉口路段道路通行能力以及服务水平、改善此路段车辆的运行工况, 减少机动车排放污染具有非常重要的作用。
2.1 平面交叉口交通规划
在平面交叉口, 由于多向机动车流、非机动车流、行人同时利用一个平面, 容易造成通行能力降低、引发交通拥堵, 导致交通污染加剧。国内外实践经验表明, 通过对现有的平面交叉口构造以及交通管理方法进行适当的改善以及对在建平面交叉口进行合理的规划、设计和运用, 对保障道路安全畅通、减少机动车排放污染具有非常重要的意义。
从我国城市路网设计的历程来看, 过去往往忽视采用交通分析和设计的方法来设计交叉口, 导致道路交叉口通行能力低, 无法适应混合交通的需求, 使得道路交叉口在交通高峰时段拥堵严重, 交通排放污染加剧。因此对平面交叉口进行设计的首要前提是展宽渠化, 有效的分隔人流和车流。香港地区的道路交叉口交通渠化措施很好, 并且在道路中央设置安全岛, 保障了行人过街的安全需要。在进行交叉口交通规划之前, 应该对交叉口的交通状况进行调查, 主要是观测交叉口各个时段的交通量、地理位置、道路几何条件, 为规划道路交叉口服务质量标准提供依据。
通过查阅相关文献对交叉口规划措施的分析, 将主要的交通规划措施归纳为以下几种:
(1) 道路工程改造
道路工程改造就是采用工程建设的手段对原有的交叉口进行改造, 改变其形状、进口车道数、进口道宽度等, 以提高交叉口通行能力, 改善交叉口的车辆运行工况[2]。通过进口拓宽, 根据实际观测的交通量增加进口车道的车道数, 提高道路交叉口的通行能力, 减少队列延误。
(2) 交通渠化
根据观测交通量以及转向流量的大小设置功能不同的专用车道, 使交叉口的时空资源得到优化利用。通过调整斑马线和停车线的位置, 设置行人等待区, 完善交通标志、标线等基础设施的建设。同时在行人比较多的交叉口架设过街天桥或者地下通道, 减少非机动车和行人对机动车通行的影响。例如江苏省常州市采取的非机动车道前置就是很好的例子, 能够减少行人对机动车的干扰, 提高交叉口的通行能力, 改善车辆运行工况, 减少交通拥堵和交通污染。
2.2 交通控制措施
(1) 采用ITS技术
采用ITS技术不仅可以减少道路交叉口交通拥堵, 而且可以使汽车运输对环境的影响降至最低。研究表明, 平均车速的提高可以使排放污染物减少, 采用ITS技术可以减少60%的交通拥堵, 提高近70%的运输效率, 使交通污染大大降低。
美国采用的交互式导航系统能够使机动车排放减少5%~16%。日本资料显示, 采用ITS技术后, 有望在30年内减少15%的CO2排放以及20%的NOX排放。同时现在运用的“智能车辆引导系统”, 使得车辆一路绿灯的机会大大增加, 极大的减少了车辆行驶延误, 降低了由于运行工况变化导致的排放增加[3]。
(2) 设置智能可变车道
智能可变车道就是根据交通量的变化随时调整左转和直行[4]。在国内济南市率先经十路阳光新路交叉口设置智能可变车道, 该段车道用锯齿状标识, 如图1所示。具体的措施为根据东进口左转车辆的交通需求, 将现有的第二排左转车道变为智能可变车道, 根据第一排左转车道的排队长度自动进行调整。
具体实施方式:在距离第一排左转车道70米和200米的位置分别铺设检测器来检测队列长度, 当第一排左转车道队列长度大于200米时, 智能可车道自动变为左转车道。另外江苏省扬州市在扬子江中路与江阳中路交叉口的皇都岗设置全市第一条可变车道, 如图2所示。在早高峰7∶00-9∶00和晚高峰17∶00-19∶00时, 可变车道为左转车道。在平峰时刻9∶00-17∶00和19∶00-7∶00时, 可变车道为直行车道。
(3) 设置逆向可变左转车道、直行等待区域
道路交叉口通行环境优化措施还包括设置潮汐车道、改变车辆放行模式、设置左转和直行等待区域、设置逆向可变车道、设置提前调头出口[5]。综合利用这些缓堵减排措施可以达到很好的效果。设置潮汐车道以及左转待转区域在我国大部分城市已经得到应用, 本节主要对改变车辆放行模式、设置直行等待区域、设置逆向可变车道进行介绍。
目前在我国很多城市交叉口存在直行和左转同时放行的现象, 但是这种控制模式容易造成交通拥堵、引发交通事故。为了改善这种现状, 济南市交警部门本着以时间换空间, 以空间换时间, 时空联动促畅通的交通理念, 优化信号相序, 由“先直行再左转”调整为“先左转再直行”, 并且在全国首创逆向可变左转车道。
以济南市经十路舜耕路口为例, 如图3所示。具体优化措施为:将路口四个方向信号相序由“先直行后左转”调整为“先左转后直行”, 使车辆能够达到充分利用逆向车道街道左转的目的;分布在距离东口40米和西口50米的位置设置逆向可变左转车道, 路面运用彩色进行标示, 并且设置信号控制灯和诱导显示屏引导车辆进入逆向可变左转车道待转。通过监测数据显示, 每个信号周期可以多放行8~12辆左转车辆。同时在逆向可变车道末端实施提前调头, 解决调头需求, 减少调头车辆占用左转车道。
除济南外, 山东临沂交警部门在通达路与银雀山路交会处北口也设置了逆行可变左转车道。通过两地交警部门统计, 实施此项措施后, 可以使通行效率提高30%~50%。通过以上分析可以得出通过设置逆行可变左转车道后可以大大减少机动车的排队延误, 有效改善机动车的运行工况, 减少机动车污染物排放。
另外, 通过设置直行等待区域可以提高道路交叉口的车辆通行能力, 减少机动车怠速排放。例如邯郸市在市区的9个交叉口设置了直行等待区域, 如图4所示。据邯郸市交警支队科研中心实地测算得知, 在一个信号周期内, 一条直行车道等待区可以多放行2~3辆车。
(4) 交通信号控制
在我国很多城市存在交通信号相序设置不合理, 信号周期过长等现象。在交通信号设置方面应该因地制宜, 交通管理部门应该通过对各个交叉口的交通量进行观测后, 科学、合理的设置交通信号灯。现在有的城市交通信号灯相序不一致, 呈现“先直行在左转”和“先左转后直行”并存的情况。
对于信号灯相序一种城市只能使用一种模式。在交通量特别大的交叉口路段可以采取“先直行后左转”的控制模式。同时对于红、绿灯时间长度应该根据交通量的变化进行实时控制。例如江苏省常州市的两长 (常) 一短工程, 该工程是指一种新型的交通信号配时模式, 高峰时长绿, 平峰时常绿, 低峰时短绿, 最大限度的减少道路交叉口延误, 并在此基础上提高城市快速道路“绿波带”, 大力推行交通智能控制。
清华大学交通研究所所长、全国畅通工程专家组副组长陆化普认为, 常州市的这种两长 (常) 一短工程在全国具有很大的推广价值和意义。该工程的核心目标是在交通量大的时候, 让通行能力最大;在交通量小的时候, 让车辆延误最小。在夜间低峰时期, 缩短信号周期, 减少交通延误, 提高通行效率。当交通量大时, 适当延长信号周期, 使交叉口的通行能力达到最大。常州市这种两长 (常) 一短的信号控制模式能够最大限度的提高交叉口通行能力和减少排队延误, 改善交叉口路段车辆的运行工况, 降低车辆排放。
(5) 交叉口禁左
由于在交叉口汇集多向车流, 交通状况比其他路段要复杂的多。同时交通冲突点的存在导致交叉口通行能力下降, 机动车排放增加。在各向交通流中, 左转车流最易引发交通冲突点, 特别是在左转和直行车流同时放行的路段, 交通冲突现象更加严重。
研究发现, 在四路交叉口, 采取禁左措施以后能使交通冲突点的个数由16个变为4个, 使通行能力和车辆运行工况得到优化。对于交通量比较大的交叉口, 可以采用高峰禁左或者全天禁左 (全交叉口禁左或者部分禁左) 来提高交叉口的通行能力。
3 结语
平面交叉口作为城市交通网络的重要节点, 交通状况比较复杂, 交通冲突点较多。机动车在交叉口路段行驶时运行工况变化频繁, 导致机动车在此路段行驶时产生比一般道路更多的尾气排放。
本文从平面交叉口交通规划、交通控制二个方面阐述汽车排放优化措施, 将为机动车污染治理以及交通环境改善提供技术支持。
摘要：文章针对城市平面交叉口交通污染严重的问题, 分析城市平面交叉口交通及行为特性、影响机动车排放的相关因素, 从平面交叉口交通规划、交通控制二个方面阐述汽车排放优化措施。
关键词：平面交叉口,汽车排放,优化策略
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交叉口优化论文 篇8
随着城市化进程的加快, 城市规模不断扩大, 城市道路网也在不断增加, 平面交叉口作为城市道路网重要的组成部分, 是连接相交道路, 使各种类形交通流在此汇集通过、分流转向的道路网络关键节点[1], 但受到地形、城市规划、历史原因等客观因素影响而形成的几何形状不规则的畸形交叉口, 其交通冲突点较多, 容易产生交通拥堵, 存在一定的交通安全隐患, 给交通组织管理带来了很大的困难, 因此, 需要进行详细的现场踏勘和规划设计。文中分析了城市畸形交叉口的主要形式和存在的主要问题, 归纳了畸形交叉口交通组织优化的主要方法, 并以唐山市卫国路—北新道—建华西道交叉口为例, 其现状交通组织比较混乱, 容易发生交通事故, 提出了几种交通组织优化方案, 利用交通仿真软件进行了方案实施效果的评价和比选。
1 畸形交叉口主要形式及存在问题
城市畸形交叉口有很多种, 主要形式包括3路不规则相交形成的“Y”形交叉口、4路不规则相交的“X”形交叉口、道路错位相交而形成的双“T”形交叉口、多路相交形成的各种形状不规则交叉口, 以及相邻交叉口不规则且间距较近等情况[2]。
畸形交叉口存在的主要问题为:
1) 交通冲突点较多, 冲突形式不规则。由于畸形交叉形成的交通流向的不规则使机动车、非机动车、行人的冲突点较多, 冲突形式多为锐角或钝角, 交叉口的通视性、通畅性较差。
2) 交叉口面积较大, 交通组织较难。部分畸形交叉口的面积过大使车辆和行人通过距离变大, 冲突区域变大, 如果是信号控制, 则信号周期变长, 绿灯利用率低, 降低了交叉口的通行能力, 行人与自行车的过街时间较长使闯红灯的几率增大。面积过大对信号配时和交通渠化提出了更高的要求, 需要进行合理的交通组织。
3) 交通渠化不合理, 缺乏必要的渠化措施。畸形交叉口的渠化有些不合理或者没有渠化, 使本来不规则的交通流向处于无序状态, 造成交通混乱, 机动车、非机动车、行人随意穿行, 没有设置导流线或导流岛等设施进行引导。
4) 信号灯配时设计不合理。对于畸形交叉口的信号配时, 尤其对于多路交叉, 如5路交叉口, 如果信号配时设计不当, 容易使出行者判断错误, 从而造成交叉口车辆停滞, 交通冲突加重。
2 畸形交叉口交通组织优化方法
畸形交叉口交通组织优化的基本原则主要包括:与城市总体规划、城市综合交通规划相协调, 根据上位规划对于相交道路的合理功能地位进行
合理的组织优化;满足交通需求, 提高交通流运行安全性;尽量减少行人、机动车、非机动车之间的干扰, 以及不同流向的各种交通流之间的干扰, 提高通行效率;交叉口几何结构要与交通控制渠化措施相匹配等。
根据畸形交叉口存在的主要问题及组织优化原则, 主要的交叉口改造方法有:
1) 交通渠化。在畸形交叉口交通问题不是很突出的情况下, 可以考虑交通渠化来进行交通组织优化, 主要的渠化措施包括:设置导流线、导流岛或安全岛等设施疏导车流和人流, 渠化的目的是在交叉口范围内重新组织交通流, 规范行人、机动车、非机动车行驶秩序, 诱导车辆安全行驶, 并在提高通行能力的前提下, 尽量减少交叉口内冲突点的数目。
2) 缩小交叉口的面积, 改变交叉口形式。通过将交叉口进口车道线、停车线、人行横道线提前的方式, 缩小交叉口的面积, 通过局部调整交叉口中心线等方式, 改变交通流相交角度, 使部分畸形交叉路口转换成规则的十字或T形交叉口, 这样有利于交叉口的交通组织。
3) 信号控制优化。在畸形交叉口交通冲突比较严重的情况, 可以考虑从时间上分离各向交通, 进行信号灯控制, 根据交通量情况合理确定周期时长和交通信号相位方案, 多路交叉的信号配时应尽量使各进口车流的相位分配明确, 在有必要的情况下, 还要考虑多个相邻交叉口之间的信号协调控制。
畸形交叉口交通组织优化方法还有远引组织、环交以及环交灯控相结合等, 每种方法都有其适用的对象, 应根据交叉口的具体情况采用。
3 交叉口交通组织优化分析实例
3.1卫国路—北新道—建华西道交叉口现状分析
卫国路—北新道—建华西道交叉口位于唐山市中心市区, 卫国路、北新道、建华西道均为城市主干路, 其中, 北新道为三幅路, 双向8车道, 卫国路为单幅路, 双向6车道, 北新道与卫国路相交为典形的十字信号交叉口, 信号控制, 卫国路与建华西道相交为Y形交叉口, 交叉口内设置一小形的绿化岛。2交叉口间距仅145 m, 交叉口现状见图2。
交叉口现状交通流组成以小汽车和自行车为主, 公交车和行人流量相对较小。从高峰小时交通流量图3可以看出, Y形交叉口处由建华西道左转至卫国路流量为724辆/h, 卫国路南进口右转至建华西道流量为832辆/h, 卫国路北进口直行流量为824辆/h, 这几个方向流量较大。2交叉口之间尤其是靠近Y形交叉口处区域, 现无车道线、导流线等渠化措施, 使得由建华西道左转与卫国路南北直行交通流形成了较大的冲突区域, 加之东西和南北方向过街行人和自行车流量较大, 且不走人行横道, 抄近路随意穿越现象较多, 行人、非机动车与机动车交通混杂, 交通秩序混乱, 时常发生交通事故。
从高峰小时交通流量图4可以看出, 十字交叉口处北新道东西直行方向流量较大, 分别为1 008 辆/h、1 336 辆/h, 由卫国路北进口左转和北新道西进口左转流量较大, 分别为670 辆/h、456 辆/h。总体来看, 从Y形交叉口汇集进入本处的交通流量较大, 北进口流量1 548 辆/h, 且南北方向过街的非机动车流量较大, 分别为700 辆/h, 644 辆/h, 由于该处为信号控制, 交通渠化较好, 交通问题不是很突出。
3.2 交叉口交通组织优化方案初步设计
根据该交叉口现状及存在的主要问题, 考虑采用交通渠化、信号控制、改变交叉口形式等方法主要对Y形交叉口及两交叉口间路段进行改造, 初步提出以下几种优化方案。
1) 改Y形交叉口为T形信号交叉口。
由于Y形交叉口道路相交时交织区域较大, 冲突范围也随之增大, 当交通流量较大时, 交通组织较为困难。而T形交叉口则有利于道路交通组织, 交织区域较小, 如果同时进行信号控制, 则能很好的从时间上分离各方向交通, 从而从根本上解决了交通问题。为减少交叉口冲突区域, 增加2交叉口之间间距, 初步考虑将现状绿化岛拆除, 对交叉口进行渠化, 在南进口和东进口附近设置导流线或导流岛, 也可作为行人和非机动车二次过街的驻足岛, 通过施划道路标线及人行横道线, 设置交通标志等措施, 将Y形交叉口改为T形交叉口, 同时进行信号灯协调控制。
在2交叉口之间增设道路中央护栏, 分离对向车流, 同时设置机非护栏, 防止非机动车和行人抄近路过街, 保护行人和非机动车交通安全;禁止Y形交叉口北进口车辆直接左转至建华西道, 少量左转车可在十字交叉口处调头;考虑到十字交叉口北进口左转车流量较大, 增加一条左转车道。以下简称方案1, 见图5。
2) 改Y形交叉口为T形信号交叉口, 同时削弱建华西道的交通功能。
考虑到建华西道的城市交通功能定位, 其路段上有体育场馆, 在举办大形活动期间容易发生交通拥堵, 影响交通正常运行, 规划未来逐步削弱建华西道的交通功能, 因此, 在上述交叉口组织优化方案1基础上, 即进行交叉口交通渠化, 信号控制的条件下, 考虑以下交通组织措施, 即在Y形交叉口卫国路南进口附近设置导流线或导流岛, 将Y形交叉口改为T形信号交叉口, 将南进口右转到建华西道的出口车道减为1条, 并不进行信号控制。以下简称方案2, 见图6。
3) 改Y形交叉口为环形交叉口。
同一般平面交叉口相比, 环形交叉口具有冲突点少、车流连续、行驶安全以及便于管理等优点, 因而在城市道路中被广泛采用[3]。考虑到Y形交叉口处面积较大, 拟采用环形交叉口进行交通改造。具体方案如下:拆除已有的绿化岛, 在Y形交叉口内设置三角形环岛, 设置减速让行和环岛标志, 施划导流线, 环岛北侧施划人行横道线。
环岛和十字交叉口之间设置中央护栏, 环岛南侧禁止环行, 左转车辆可在十字交叉口处掉头左转;同时设置机非护栏, 防止非机动车和行人随意穿行;十字交叉口处卫国路北进口增加一条左转车道。以下简称方案3, 见图7。
4 交叉口交通组织优化方案实施效果评价
在进行了优化方案的初步设计后, 借助先进的交通仿真软件模拟改善方案下的交通运行情况, 并通过输出的各项指标进行分析评价。
4.1 交通仿真软件介绍
Vissim是德国开发交通仿真软件, 能模拟车道类形、交通组成、交通信号控制等众多条件下的交通运行情况, 是分析许多交通问题的有力工具[4]。Synchro是进行交通信号配时与优化的理想工具, 具备通行能力分析仿真、协调控制仿真、自适应信号控制仿真等功能。
4.2 现状交叉口交通仿真效果分析
在利用Vissim进行交通仿真之前, 首先要进行路网模形关键参数的标定。然后根据现状交叉口几何条件、车辆构成以及信号配时方案等搭建路网, 进行交通模拟, 输出相关参数。这里采用延误作为评价指标, 延误是指机动车、非机动车、行人通过交叉口的实际旅行时间和理想旅行时间之差, 是衡量道路、设施等所提供服务水平的最重要指标[5]。
通过对现状交叉口的仿真输出表1和2可以看出, 十字信号控制交叉口处, 根据HCM2000交叉口服务水平度量标准[5], 机动车、非机动车、行人的服务水平分别为C级、E级、E级, 各项平均延误较大。Y形交叉口处机动车、非机动车、行人的服务水平分别为E级、B级、C级。机动车车均延误较大, 交通问题突出, 行人和非机动车平均延误相对较小, 但也容易产生冒险行为。
4.3 交通组织优化方案实施效果评价
4.3.1 交通信号配时优化方案
在进行方案的交通效果评价前, 首先利用Syncho软件根据改善方案在软件中搭建路网, 输入交通流量, 进行信号周期和各相位配时的优化, 得到在方案1和2改造后的T形交叉口最优信号周期为60 s、2相位, 南北相位放行卫国路南北方向直行机动车及南北过街行人和非机动车, 绿灯时间为29 s, 东进口相位放行建华西道左转的机动车及东西方向过街的行人和非机动车, 绿灯时间为25 s。十字交叉口的优化信号周期为120 s, 8相位。
4.3.2 交通组织优化方案评价
根据交通组织设计及信号配时方案, 利用Vissim软件得到仿真效果图8-10, 输出参数指标见表1和2。
从图表中可以看出, 方案1、2、3实施后, 交叉口的各项平均延误均有所减少, 各方案均符合交叉口改造的服务水平要求[6]。其中方案1实施后, 十字交叉口机动车服务水平仍为C级, 但已接近B级服务水平, Y形交叉口由E级变为B级。十字交叉口的非机动车和行人的平均延误均为D级, Y形均为A级, 方案实施后整个路网的运行效果较好, 尤其是Y形交叉口处的交通状况得到了明显的改善。
实施方案2后, 十字交叉口各项延误减少幅度及实施效果同方案1, Y形交叉口机动车、非机动车、行人的平均延误分别减少了63.0%、47.5%、40.9%, 较方案1的减幅要大, 其中机动车服务水平升为B级, 非机动车和行人服务水平均为A级, 改善后的整个路网运行效果良好。
实施改造方案3后, 十字交叉口的改善效果与方案1、2的效果类似, Y形交叉口机动车、非机动车、行人的平均延误分别减少了42.1%、35.6%、34.8%, 其中机动车服务水平为C级, 车流运行正常, 有一定延误, 非机动车和行人的服务水平分别为A级和B级, 与方案1、2相比, 本方案由于在Y形交叉口设置环岛, 未实行信号控制, 交通冲突虽比现状有所减少, 但仍存在, 因此, 其机动车平均延误减少的幅度相对较小, 不如实施信号控制后的效果明显。
5 结论
本文从城市畸形交叉口的主要形式和存在的主要问题出发, 提出了畸形交叉口交通组织优化的主要方法, 以唐山市建国路-北新道-建华西道交叉口为例, 提出了改造方案, 利用交通仿真软件进行了交叉口组织优化方案的信号配时和实施效果的评价, 结果显示3种改善方案均对现有交通状况有所改善, 其中方案1和2, 将Y形交叉口改为T形信号控制交叉口、并进行交通渠化的交通改善效果较好, 且方案2的交通改善效果优于方案1, 也符合城市交通长期发展的需要, 但改造花费的资金较高。而方案3环形交叉口的改造方案的改善效果虽不如方案1、2明显, 但资金花费相对较低。可以得出, 对畸形交叉口进行交通渠化、信号控制、改变交叉口的形式等组织优化后可以明显改善交通运行状况, 提高交叉口的交通运行效率。
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道路平面交叉口边线竖向设计新探 篇9
关键词：城市市政道路；交叉口；竖向设计
1 总体概述
城市市政道路的交叉口作为道路的重要组成部分，是车辆、行人汇集、转向和疏散的必经之地，为交通的咽喉。车辆、非机动车通过交叉口时，因驶向不同，相互交叉形成冲突点，因此道路交叉口的设计在整个道路设计中显得尤其重要。道路交叉口设计一般包括三大部分，即交叉口平面设计、竖向设计以及横断面设计。本文主要探讨道路交叉口竖向设计。
2 常用道路竖向设计方法边线竖向设计的缺点
市政道路交叉口竖向设计主要有三种设计方法：方格网格法、设计等高线法、方格网设计等高线法。
在三种方法中，首先都需要先计算出交叉口转弯缘石起点、中点、终点（即E、D、F）的标高（如图一），然后根据交叉口竖向设计方法计算出施工标高。E、F点在缘石半确定以后根据中线纵坡、道路宽度及道路横坡即可计算出标高。对于D点标高应取决于交叉口的交角和相交道路宽度是否相等（或是否同一个等级）。在有关的设计手册里关于计算D点的标高仅对道路正交和相交道路同宽的情况进行了介绍，即：如图一：
不难得出用（3）式计算的标高比（2）式趋于合理，但就整个边线的线型来讲，不是一条顺适的线，而是一条折线，虽然可以通过调整等高线来加以改良，但增加了诸多人为因素，也就是全取决设计者的经验和水平。
3 平面交叉口边线竖向设计
笔者根据多年的工程经验，总结出市政道路交叉口竖向设计的修正量化方案，现详细叙述如下：
首先，分析交叉口边线的类型。交叉口基本类型主要有如下四种：
其中斜坡形的边线类型根据i1、i2的相交情况亦可归纳为“凹形”和“凸形”边线两种类型。
第二，选择边线的设计线型。根据道路总体线形设计，交叉口边线为一般为一条顺适直线和圆滑曲线的组合，因此所组合的面应该是一个顺适的面。
第三，为了施工放样的方便，在满足规范、标准的前提下，尽量将竖向曲线的起、终点选在特殊点位上，比如交叉口范围点、路脊线与交叉口范围线交点等。
道路交叉口边线竖向设计步骤如下：
（1）计算两相邻坡度的代数和。即计算图中坡度i1与i3、i3与i4、i4与i2之间的代数和，若其两坡度的代数和≦±0.5%，那么直接计算各点设计标高。对于其两坡度的代数和>±0.5%，两坡度相交落点取在L/4或3L/4点时，竖向曲线一般以20米进行控制，或L/4进行控制；
（2）绘制交叉口边界线，确定交叉口的设计范围；
（3）定义路脊线；
（4）定义交叉口的各项基本参数；
（5）绘制等高线；
（6）调整等高线；
（7）根据等高线计算施工标高。
总结
在市政道路交叉口竖向设计中，根据交叉口的类型，分析交叉口相邻坡度的代数值，合理选取两坡度相交点位置，以实现在道路交叉口范围内良好的排水功能，并且优化解决道路在交叉口范围内的竖曲线问题，满足机动车在交叉口处行驶的舒适性。
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交叉口优化论文 篇10
所谓学科交叉是指突破已有的学科壁垒, 将不同的学科理论、方法或思维有机地融为一体的研究活动, 其实质是知识体系的渗透和融合[1]。20世纪后期, 随着科学科学技术的飞速发展, 以及人们认识自然、社会和人类自身能力的不断提高, 科学研究从高度分化走向交叉综合的发展趋势。环境、资源、经济、人口、健康甚至和平安全等关系到人类生存和社会可持续发展的领域在不断给我们提出单一学科的知识所不能解决的复杂课题, 学科之间相互融合与渗透, 在学科交叉的前沿领域, 新思想、新学科不断涌现, 并使得高水平的创新成果应运而生。学科交叉成为科学知识创新的主要途径。
著名科学家、教育家钱伟长曾说过:“很多关键性的新东西不属于哪一个专业, 常常是两个专业或几个专业合在一起产生的。”美国未来学家阿尔温·托夫勒指出:“当代重大的突破常常不是来自单项孤立的技术, 而是来自并列的几种技术或来自几种技术的综合。”英国著名学者贝弗里奇指出:“富有成果的研究路线, 出现于科学分支的交叉点上。”四川大学校长谢和平院士说过:“多学科交叉融合是优势学科的发展点, 新兴学科的生长点, 重大创新的突破点, 也是人才培养的制高点;当今世界科学前沿的重大突破、重大原创性科研成果的产生, 大多是多学科交叉融合的结果。”[2]近百年获得诺贝尔自然科学奖的三百多项成果中近半数的项目是多学科交叉融合取得的, 例如:DNA分子双螺旋结构的发现, 就是物理学、生物学、化学交叉融合的结果。
同时, 文理渗透、理工结合, 也是培养拔尖创新人才的有效途径。学理工科的一般长于逻辑推理和抽象思维;学人文科学的惯于直觉感受和形象思维。直觉与逻辑是科学思维和创造的两翼, 人文艺术与自然科学是人类文明进步的两轮[3]。俄罗斯莫斯科国立罗蒙诺索夫大学校长维·安·萨多夫尼奇教授在谈到如何留住拔尖人才的措施时, 强调开展多学科交叉研究是一条有效途径。
世界知名大学普遍高度重视推动多学科交叉融合与发展。麻省理工学院的跨学科研究中心和实验室已超过60个, 斯坦福大学实施了“生物学交叉学科”研究计划, 涉及生物工程、生物医学、生物科学三大领域, 跨越文理学院、工程学院、医学院三大学院。哈佛大学、密西根大学等普遍设立了合作基金或建立学科交叉专家委员会等机构, 以推动学科的交叉融合与发展。
在中国多学科交叉融合已成为许多综合性大学探索的热点。据教育部副部长吴启迪介绍, 多学科交叉融合分为两种方式:一种是北京大学、复旦大学等探索的“多学科融合”方式, 把理科、工科、医科、生命科学等结合起来, 搞平台实验室、中心等, 收到很好的效果;另一种是中国科技大学等探索的“多学科交叉”方式, 把物理、化学、生物等学科中间的东西放在一起, 有多位院士参与, 出人才、出成果、有可喜的前景。
北京大学校长许智宏院士在题为《北京大学创建世界一流大学的发展战略与实践》的演讲中, 把“适应科学发展进程, 促进学科交叉”列为北大建设世界一流大学的8项主要措施之一。学校还将本着鼓励大学科跨度研究, 以公共设施平台促进学科交叉, 建立实体研究机构, 探索新的运行体制的方针, 重点建设一批前沿交叉学科研究中心, 并组建交叉学科研究院。
当前交叉学科面临的困难和问题
交叉学科的研究需要多学科知识的交融和来自多学科专家学者的参与, 因而具有复杂性和综合特色, 需要观念上的转变和政策上的支持, 更需要高水平的队伍等保证。
1. 现行体制不鼓励多学科交叉融合
现行管理体制强化学科边界, 绝大部分高校学科点都在行政上隶属于学院或系, 学科资源分配主要以现有的相对固化的成熟学科、专业为根据, 人员编制隶属于单一学科基础上的院、系、所, 考核评价以传统学科标准为体系, 本专业同行评议为主, 森严的学科量限使我们失去了解其他学科发展动向的机会, 直接影响了高水平的交叉学科联合研究项目的实施。现行学科建设资金如“211工程”和“985工程”重点建设经费一般是按学科体系划分的学科进行投入, 交叉学科属于建设资金投入的“盲点”, 在各自的学科中极易受到排挤, 不易申请到建设资金或得到基金项目资助。现行管理体制造成学科人为条块分割, 学科之间产生壁垒保护, 限制了人员的流动和设备的共享, 这对学科交叉极为不利。
2. 教师本身素质缺陷
专业限制形成的教师研究方向偏窄, 多年来人们习惯于在有明确学科界限的范围内从事“纵深”式的研究, 各学科知识结构上的差异, 认识和探索方式上的不同, 都成为学科间“横向”交流与对话的障碍。由于受传统单一学科培养模式的局限, 知识面宽又懂得其他学科“语言”的科学家少, 从而使不同学科间的沟通困难;由于门户之见, 学科壁垒, 使一些科学家很难做到真正意义上合作交流, 寻找共同兴奋点、切入点的能力和意愿不够强, 习惯于关门研究的“小而全”模式, 超越本学科进行跨学科战略思维的科学家少。
3. 管理层面的问题
高校管理层缺乏战略思维, 认识不到位, 政策支持不到位, 措施落实不到位。大学的科研管理机构及其管理者必须相信其科研人员会努力工作, 营造诚信、责任、不断学习与合作的相互信任机制和提升科研能力的文化氛围, 建立客观的考评体系和合作激励制度, 特别要给那些酷爱科研、乐于独立思考、具有创新精神、虽然暂时还未出名的学术新人一个施展才华的舞台和机会, 鼓励他们对自己所承担的课题进行创新;还要探索完善鼓励创新和合作的考评、资源整合、组织管理等制度环境。
上述这些因素使处于学科交叉地带的新思想、新知识不易被认可, 队伍组织难以获得支持、成长壮大困难多。即使不少高校成立了“交叉学科中心”, 也由于上述原因而多以虚拟为主, 易流于形式。
建立学科交叉环境和培养土壤的措施
学科交叉涉及两个或以上的学科, 如何建立一套行之有效的管理机制, 既鼓励教师从事学科交叉的科学研究, 促进不同学科教师之间的合作, 建设一支在学科交叉领域培育创新人才的导师队伍, 又有监控和质量保证手段。借鉴国内外一流大学的经验, 并结合学校的实际, 在推进学科交叉发展, 加强教师队伍建设等方向采取必要的措施:
1. 成立学科交叉研究的专门机构
成立学科交叉专家委员会。委员会的成员背景应反映学校的学科布局情况, 同时应具备跨学科研究和教学的丰富经验。该委员会的职责主要有:对学校整体的学科交叉发展战略作出规划, 为学科交叉研究创造良好的学术氛围和文化氛围, 评审学科交叉的课题项目;评估学校跨学科研究机构的科研、教学情况, 考核教师参与交叉研究部分的工作情况。
成立学科交叉信息办公室, 建立学科交叉信息库。该办公室受学科交叉委员会领导, 主要职责有:搜集整理现阶段科学系统中已有的交叉学科, 了解其发展历程;通过对世界一流大学开展跨学科活动的研究, 找出现有跨学科科研与教学的模式, 对一些具有国际影响力的跨学科实验室、中心等进行案例分析, 确立开展学科交叉研究的要素;建立本校与跨学科工作有关的教师的基础信息库, 包括研究课题与进展等。定期组织学科交叉论坛, 开展学术交流, 为不同学科领域专家的合作和思想碰撞提供良好的条件, 促进研究人员的思想创新。
成立学科交叉研究中心。根据学校战略决策确定的重点发展领域和现有学科力量特色, 确定突破口, 组织建立一批跨学科的交叉研究中心, 以交叉研究中心为依托, 组织不同学科的学术力量, 开展跨学科的交叉研究, 并在研究发展的基础上, 促进学科水平提高。
2. 建立有利于学科交叉的管理机制
促进学科交叉必须建立一种适宜于多学科交叉的管理机制, 为学科交叉的发展创造良好的生长环境, 主要体现在以下几个方面:一是人才的培养机制。学校的建设、学科的发展需要具有创新的优秀人才作支撑。为培养优秀的学科交叉学术带头人, 学校应在政策上给予倾斜和支持, 让从事学科交叉领域的教师得到培养和发展机会, 在成果评审, 职称晋升等方面给予支持, 通过晋升、晋级、评奖、评估等有效机制培养一批有创新精神的新兴学科交叉的学术带头人。二是人才流动机制。建设开放式的由固定成员与流动成员结合组成的学科队伍, 鼓励学科队伍成员合理流动, 鼓励跨学科合作, 支持多学科联合申请课题, 使更多的学科在各种层次上实现交叉、融合、渗透, 寻求新的生长点, 促进学科可持续发展。三是资源共享机制。一个学科的自有资源是相对有限的, 综合性大学可以利用自身的资源优势, 一方面建立面向全校的开放式的仪器设备中心;另一方面出台政策鼓励不同学科间相互使用大型仪器设备, 使得学科自有设备与他有设备都能为我所用;为学科交叉提供设备保障。四是资金投入机制。设立学科交叉研究发展基金, 重点支持和扶持实质性学科交叉项目, 支持那些在国际科学前沿和国家重大需求结合点上新的研究方向, 促进原始创新, 研究发展基金提供合作平台, 使不同院系教师打破院系壁垒, 共同探讨科研合作契机, 从而营造一个鼓励实质性学科交叉的学术环境, 培育新的学科生长点, 形成和发展新的学科优势。增加人才引进的投入, 为学科交叉研究提供人力资源上的保障。五是激励机制。出台鼓励学科交叉的相关政策, 为学科交叉研究创造相对宽松的环境, 适当减轻交叉研究教师所在院 (系) 的工作量, 采用相对灵活的考核机制, 在晋升、晋职、评奖上给予倾斜和支持;鼓励研究生参与学科交叉研究, 对于参加多学科合作研究的研究生, 可以给予奖学金、助学金方面更多支持。
3. 调整学科结构, 建设优势交叉学科
学科结构的调整, 是实现学科跨越发展的关键, 为促进学科交叉融合, 加速学科新陈代谢, 承接重大科研项目提供更多的竞争机会, 通过学科结构的调整, 实行动态发展与滚动竞争, 突出学科的特色和优势, 促进学科交叉并凝练学科方向, 使学科发展向更高层次跃进。
通过学科课程化和课程综合化, 加速交叉学科的发展。一方面可以直接开设一些交叉边缘学科课程, 使学科发展向课程建设渗透;另一方面, 可以开设各类综合课程, 以促进各学科理论与知识的融合[4]。
4. 建设学科交叉学位点
以建设交叉性硕士点、博士点为契机, 进行学科交叉研究[5]。交叉性学位点建设, 由所涉及到的院系负责, 由研究生院学科建设办公室统一管理, 由相关学科教师组成导师指导小组, 导师指导小组对研究生各个培养环节全面负责, 并积极开设“新兴、前沿、交叉”特点的课程供学生选修, 为研究生安排跨学科的学术活动。
5. 以科研项目为纽带, 开展跨学科交叉研究
科研项目是学科的生存空间, 学科建设与科研项目之间相互作用, 互为依存, 有着不可分割的联系。高水平科研项目会带动学科发展, 促进学科水平提高, 而学科水平的提高, 又可进一步集中优势力量, 承担更重大的科研项目, 出更高水平的科研成果[7]。学科建设以科研项目为纽带, 以重大科研课题为牵引, 可集中人、财、物发挥综合优势, 形成对课题的联合攻关群体, 解决单一学科难以攻克的问题。促进相关学科的基础理论相互交融和技术手段的相互借用, 促进学科间的联合并形成多方优势。
6. 培养网络式协作研究的风气与环境
网络式协作研究的核心, 是引导知识的流通与碰撞。不仅指多学科间协作, 而且指产业、学校、政府部门协作, 也指市场、制造、研究之间的协作。不同行为知识主体之间的快速度多方向地输入输出。
参考文献
[1]路甬祥.学科交叉与交叉科学的意义[J].中国科学院院刊, 2005 (4) :32～35.
[2]谢和平.综合性大学的学科交叉融合与新跨越[J].国家教育行政学院学报, 2004 (5) :44～50.
[3]叶松, 张磊, 蒋国俊.深化体制创新促进学科交叉[J].广东工业大学学报 (社会科学版) , 2005 (6) :14～16.
[4]程莹.研究型大学开展学科交叉研究的问题、模式与建议[J].教育研究, 2003 (11) :77～80.
[5]赵伶俐、潘莉.发展交叉学科:21世纪高等学校创新的主题和难题[J].现代大学教育, 2003 (4) :31～41.
[6]余泽高, 张相乐.加强学科交叉促进学科建设[J].中国农业教育, 2003 (3) :17～19.
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