交叉口交通流仿真研究论文（共7篇）
交叉口交通流仿真研究论文 篇1
控制城市交叉口交通流的方法通常是交通信号控制, 即根据未来交通流动态行为, 通过改变道路绿时长度或周期长度来控制信号灯的离散切换行为、调节交通流。近10 a来出现了很多交通控制的研究方法, Recker等人[1,2]研究了马尔可夫过程在交通控制中的应用, 卢燕俊等人[3]研究了混杂Petri网在交叉口建模中的应用, 赵晓华等人[4]研究了基于混杂系统的信号灯控制方法。
本文将交叉口视为混杂系统, 包含车辆数实时变化的连续动态部分, 及信号灯相位切换的离散事件部分。采用混杂自动机建立交通路口模型, 以道路车辆排队长度为连续状态变量, 以信号灯状态为离散状态变量。采用混杂自动机建模方法, 首先给出混杂自动机的定义, 在交通路口物理模型的基础上, 采用混杂自动机建立了1个4相位信号交叉口模型。最后采用CheckMate 3.6混杂系统工具箱进行仿真, 详细说明了基于混杂自动机模型的CheckMate仿真方法用于分析交通流的有效性。
1 混杂自动机
混杂自动机是1种应用于许多领域的数学建模工具。下面给出混杂自动机的基本描述。
定义1 。混杂自动机[5,6,7]是1个多元组, H= (Q, X, Init, f, Inv, E, G, R) 。其中混杂状态空间Q×X, Q={q1, q2, …, qn}是离散状态集合, X= (x1, x2, …, xv) 是连续状态空间;Init=Q0×X0是初始状态的集合;f (Q, X) ={f (q1, X) , f (q2, X) , …, f (qn, X) }为各个离散状态qi∈Q下的连续动态方程的集合;Inv:Q→2x是1个函数, 赋予每个离散状态qi∈Q一个不变集, 当系统在某一离散状态下的连续轨迹脱离不变集时, 则发生离散转移;E是离散状态转移的集合, E⊆Q×Q;G:E→2x是1个函数, 对每1个离散状态转移e= (q, q′) ∈E设定1个连续状态变量必需满足的条件, 称为保证集, 当系统连续轨迹到达状态 (q, x) ∈G (e) 时, 将发生离散转移;R:E×X→2x是1个函数, 在每1次离散转移e= (q, q′) ∈E时对连续状态和离散状态进行重新赋值。混杂自动机模型可以用图1所示。
2 交通路口混杂自动机模型的建立
考虑一种4相位单交叉口, 如图2所示, 交叉口有8条车道x1, x2, x3, x4, x5, x6, x7, x8, 交叉口的相位设置如图3所示。
为了研究方便, 作如下简化:①信号灯只有红和绿2种状态;②车辆到达率和驶出率在1个相位时间内维持不变, 即到达率和驶出率在1个相位时间内是常量;③道路车辆排队长度是连续时间变量。
以上的假设在一定的条件下是可行的。通常的情况下黄灯时间很短, 基本不影响整个系统的分析, 另外, 建模的主要目的采用CheckMate仿真交叉路口的交通流动态, 在交叉口信号灯1个相位时间比较短的情况下, 可以近似认为在1个相位时间内车辆的到达率和驶出率是常量。研究交通流动态行为, 仅仅在车辆到达率和驶出率比较高的情况下才有意义, 而在这种情况下, 可以把交叉口车辆的排队长度处理为连续时间变量。
基于以上假设, 作如下设定:
1) 设每个车道xv在第i个相位的车辆到达率和驶出率分别是λv i和μv。当信号灯为红灯时, 车道上车辆的变化只受到达率影响;当信号灯为绿灯时, 车道上车辆的变化由到达率和驶出率共同决定。
2) xv (t) 为在车道xv上时刻t的车辆排队长度, 假设排队长度是一个连续时间变量。
3) t1、t2、t3和t4分别表示相位1、相位2、相位3和相位4的绿灯时间, 用X (t) 为8维连续状态变量, X (t) = (x1 (t) , x2 (t) , x3 (t) , x4 (t) , x5 (t) , x6 (t) , x7 (t) , x8 (t) ) ′。下面写出各个相位的每个车道车辆排队长度的连续动态方程。
在相位1, 如图3所示, x1和x5是绿灯, 其他车道是红灯, 根据设定1, 各个车道上车辆排队长度的连续动态方程为:
同理, 在相位n, 车道xn和xn+4是绿灯, 其他车道为红灯, 各车道车辆排队长度动态方程为:
根据上面的分析, 4相位单交叉口交通流动态模型可以建立为混杂自动机模型如图4所示, 模型中4个离散状态Q={q1, q2, q3, q4}分别表示交叉口的相位1、相位2、相位3和相位4。
3 基于CheckMate的仿真实验
本文采用Carnegie Mellon大学电气与计算机工程系开发设计的CheckMate 3.6[8,9,10]混杂系统工具箱在Matlab环境下对交叉口混杂自动机模型进行仿真研究。CheckMate能够用于对阈值事件驱动的混杂系统 (threshold-event-driven hybrid system) 进行建模。1个阈值事件驱动的混杂系统 (TEDHS) 由3个子系统构成:切换连续系统、阈值事件发生器、有限状态自动机, 可以由图5表示。
在CheckMate仿真系统中, TEDHS模型由以下3个主要模块组成:切换连续系统模块定义在不同的离散状态下系统的连续动态行为, 能够定义线性或非线性动态方程;多面体阈值判决模块为不同离散状态之间的切换定义转移条件, 该模块在仿真系统中产生事件, 驱动各个离散状态之间的切换;有限状态自动机模块定义1个由事件驱动的有限状态转移系统的离散状态及各个离散状态之间的切换序列。主要模块如图6[10]所示。
采用CheckMate建立的基于Stateflow的单交叉口有限状态自动机模型如图7所示, 在Matlab环境下使用CheckMate建立的交叉口混杂自动机Simulink仿真模型如图8所示, 采用北京市西大望路大望桥处的4相位交叉口实际观测的交通流数据, 在交通流高峰期, 不同车道的车辆到达率一般为0.20～0.40 辆/s , 不同车道的车辆驶出率一般为0.7～1 辆/s 。由于不同车道的车辆驶出率受车道宽度影响最大, 故在交通流高峰期可将车道的车辆驶出率在1个信号周期内视为恒定值。
取1个信号周期长度为110 s, 相位1、相位2、相位3和相位4的绿灯时间分别为30、20、35和25 s, 各车道的初始排队长度为:[15, 11, 10, 12, 13, 9, 7, 14], 各车道的车辆到达率:在相位1时为[0.30, 0.20, 0.30, 0.20, 0.30, 0.20, 0.30, 0.20];在相位2时为[0.21, 0.22, 0.32, 0.21, 0.31, 0.22, 0.29, 0.23];在相位3时为[0.20, 0.21, 0.31, 0.20, 0.23, 0.20, 0.30, 0.21];在相位4时为[0.22, 0.23, 0.30, 0.31, 0.22, 0.21, 0.29, 0.30]。各车道的车辆驶出率为:[0.8, 1.0, 0.9, 1.0, 0.8, 1.0, 0.9, 1.0]。设定仿真时间为1个信号周期长度110 s, 可得到车道x1和x3的车辆排队长度的动态变化过程如图9所示, 图中x轴表示车道x1的车辆排队长度, y轴表示车道x3的车辆排队长度。设定仿真时间为2个信号周期长度220 s, 可得到车道x1和x3的车辆排队长度以及各相位的时间变化过程如图10所示。
结合图9和图10, 可以得出, 系统从初始点出发, 在相位1的状态下, 车道x1是绿灯、x3是红灯, x1 (t) 减少、x3 (t) 增加;在相位2的状态下, 车道x1和x3都是红灯, x1 (t) 和x3 (t) 都增加;在相位3的状态下, 车道x1是红灯、x3是绿灯, x1 (t) 增加、x3 (t) 减少;在相位4的状态下, 车道x1和x3都是红灯, x1 (t) 和x3 (t) 都增加。其他各车道排队长度的变化情况同样可以得到。仿真结果不仅能够明确地刻画出各车道车流的动态变化过程, 而且能够得出在给定的信号灯配时方案情况下, 各车道车辆排队长度在一定的时间区间内可能到达的上限值。
4 结束语
在交通路口中, 动态的车流具有连续时间特性, 动态信号灯的切换具有离散事件特性, 这导致传统的方法难以对这类问题进行建模和分析。本文采用混杂自动机对1个4相位的交通路口进行建模, 考虑了动态车流的连续性和动态信号灯的离散性, 并详细分析了车流和信号灯的混杂特性。根据北京市西大望路大望桥处的4相位交叉口实际观测的交通流数据, 采用了CheckMate 3.6混杂系统仿真工具箱对模型进行了仿真研究。仿真结果显示采CheckMate建立的单交叉口混杂自动机模型不仅能够刻画各车道车流的动态变化过程, 而且能够验证信号灯配时方案对交叉口车流控制的有效性, 为信号灯配时设计提供1种有效的检验方法。
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交叉口交通流仿真研究论文 篇2
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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交叉口交通流仿真研究论文 篇3
现实表明,交叉口是道路交通的瓶颈,也是交通事故的多发地带,道路交叉口安全设计对整个路网的通行能力和安全性有重要影响,因此在交叉口设计中,对其安全性进行研究意义重大。国内外对城市道路交叉口安全性评价的研究已经取得了一些成果[1,9],主要采用调查统计和仿真的方法对交通安全性及影响因素进行研究。已有研究成果的研究对象主要是城市路网,绝大部分机动车为小汽车。在港区路网中车辆构成相对复杂,大型车辆比例较大。由于大型车辆和小汽车的运动力学特性如加减速、跟车等交通特性差异很大,而这些性能直接影响交叉口安全性,因此对港区交叉口安全性进行评价时,不能完全按照城市道路交叉口安全性评价方法进行。本文主要采用仿真方法建立港区平面交叉口微观仿真模型,提取评价指标,对模型有效性及港区交叉口安全性进行评价。
1 面向港区平面交叉口安全性评价的微观交通仿真模型
本文采用二维元胞自动机模型来描述港区交叉口微观仿真模型。
1.1 交通冲突制动距离
交通冲突制动距离是交叉口安全性评价的一个重要参数,仿真中的车辆潜在交通冲突区域及严重程度是根据制动距离来进行划分的,不同类型、不同初始速度和驾驶行为的车辆,其交通冲突的制动距离有很大的差别。考虑驾驶员反应时间、制动力产生时间及制动力增长时间等参数,交叉口交通冲突中的制动距离s可简化为[9]:
上式中,vo表示汽车初速度,可以通过相似路口调查统计得到;t2表示开始踏下踏板到汽车上出现制动力所经过的时间,t3表示制动力增长时间,jmax表示汽车最大制动减速度,t2、t3、jmax可以通过不同类型车辆的动力学特性实验得到。
1.2 大型车辆交通冲突轨迹
列车-半挂车结构车辆在交叉口转弯时,牵引车头与半挂车不在同一直线上,车头和半挂车正常转弯轨迹为圆弧形,而刹车制动时,车头会沿车轮位置沿直线前进,半挂车绕铰接点以圆弧轨迹逐渐顺直,直行流与右口左转流情况下的大型车辆交通冲突轨迹如下图1a所示。
如下图1a所示,左转车辆以半径为r的弧度转向目标车道,当直行车辆C2突然制动时,右口左转车辆C1为避免与C2碰撞而进行刹车制动,C1车头沿着行车方向继续前进,当车头左侧位置分别在A1和A2时,制动后行进到与车辆C2碰撞的最长距离分别为s1和s2,在已知车型、初始车速等条件下,制动距离s可由公式(1)得到,因此比较s与s1、s2的大小可判断车辆是否存在潜在冲突。上述冲突情况是直行车辆与右口左转车辆的冲突轨迹,大型车辆不同冲突角度的轨迹是不同的,上图1b为右转车辆与右口左转车辆发生冲突的轨迹示意图。图1b中,两辆车D1,D2在正常情况下均按圆弧轨迹行进,当D2突然制动时,车头仍按轨迹继续直线前进,半挂车随铰接处绕一定的弧度前进。为避免碰撞,车辆D1也进行刹车制动,其车头向前运行,D1车头在不同角度下与D2的潜在冲突点分别为A2,B2,C2,为避免发生碰撞,车头位置在A1,B1,C1点时,对应制动距离s需要小于s1、s2、s3。其他角度下的冲突与上述两种情况类似,不再赘述。
1.3 交通冲突区域的仿真描述及冲突严重程度判别
本文采用二维元胞对交叉口仿真区域进行描述,每个元胞的长宽均为1.25米,由于大型车辆宽度一般不超过2.5米,所以车辆宽度占有的元胞数最多不超过3个。交叉口区域被二维元胞离散后,仿真中需要采用元胞数量及元胞位置来描述车辆的运行轨迹,下图为大型直行车与右口左转车辆冲突中车辆位置及元胞表示图。
交叉口安全性评价中,需要根据交通冲突次数和严重程度进行评价。本文根据当前车辆和相邻车辆占用元胞的重叠程度对交通冲突及严重程度进行判别。将冲突严重程度分为三级:一般冲突,中等冲突,严重冲突,其对应重叠的元胞数分别为1,2,3及以上。值得注意的是,重叠只是在车辆没有采取紧急措施情况下才会发生,是一种存在的可能性,并不表示一定碰撞了,另外,二维元胞上是一种位置的近似表达(车辆边角处并没有充满整个元胞),也并不意味着两个元胞重叠实际车辆就发生了接触。
1.4 仿真行驶规则
车辆在通过交叉口的,必然也受到前方车辆的影响,其仿真驾驶行为在本文微观模型中采用以下几个方面进行概括:
1.4.1 加速规则:
1.4.2 减速规则:
在普通元胞模型中,车辆之间的最小距离为零,相邻车辆占有的元胞不会出现重叠现象,因此不能判定冲突的严重程度。本文模型不设置最小距离,根据驾驶行为和车辆动力学特性确定仿真中车辆之间出现的元胞重叠情况,用来进行冲突严重程度判别。如果则v(t+1)=max(0,v(t)-Dkmax),其中s(t,k,v(t))表示k型车在时刻t、初始速度v(t)下的最小制动距离,si(t)为当前车辆在方位i制动后的运行距离,Dkmax表示k型车辆在交叉口行驶的最大减速度。
1.4.3 位移规则:
x(t+1)=x(t)+vx(t),y(t+1)=y(t)+vy(t)。其中vx(t)表示在t时刻x轴方向的以元胞数表示的速度,其中vy(t)表示在t时刻y轴方向的以元胞数表示的速度。
2 数值仿真
2.1 仿真环境
采用十字标准交叉口进行仿真。交叉口入口车道均为3车道,车道宽度为3.75米,采用二维元胞对交叉口进行网状分割,元胞长宽均为1.25米,仿真车型分为三种,分别为大型车(长度10米的列车-拖挂车),中型车(长度6米的列车-拖挂车)和小型车(长度5米的小汽车),控制信号采用二相位固定配时,周期为90秒。不同车型在交叉口自由流速度为30km/h-40km/h。交叉口四个入口处上游的发车频率区间为[0.2,0.6],呈周期性变化来模拟各时段交通流量。交叉口采用固定配时信号,周期为120秒。
2.2 仿真结果及分析
2.2.1 交通冲突次数的时段分布
本次实验的仿真时间为早上6点到晚上22点,共计57600秒。下图3为不同时段冲突数据。可以看出,从冲突次数来看,一般冲突的数量远远大于中等冲突和严重冲突,全天统计总数达到951次。中等冲突和严重冲突之和的总数为355次,仅为一般冲突的三分之一。严重冲突次数较少,全天统计仅为72次,且部分时段的冲突数为0次。但从图3可知,虽然不同类型冲突的统计次数不同,但其峰值都出现在7-9点、12-14点、下午18-20点之间,而这些时段为仿真交叉口早、中、晚三个高峰交通流量区间,这说明冲突次数与交叉口流量的大小是正相关的。要减少交通冲突次数,需要特别加强流量较大时段的交通管理和组织措施。
2.2.2 交通冲突比例的时段分布
下图4为各时段的交通冲突类型比例。由图4可以看出,交通冲突类型比例没有按呈现出高峰和非高峰特征,这说明交通冲突类型的比例与通过交叉口的交通流量大小关系不大。由上图可知,跟驰冲突的比例远大于正面冲突和侧面冲突比例,侧面冲突比例最小,一方面是由于交叉口参与跟驰的车辆比例较大,导致跟驰冲突次数增加,另一方面是与司机的驾驶行为相关,一般来说,跟驰冲突造成的事故远小于正面和侧面冲突,司机的警惕性相对较小,而在其他的冲突形式特别是侧面冲突中,很容易造成人员伤亡事故的发生,司机驾驶也更加小心,这也是符合现实驾驶规律的,从另一个侧面也证明了本文仿真模型的有效性。
2.2.3 交通冲突对交叉口通行能力的影响
将交叉口四个入口处上游的发车频率区间设为[0.4,0.5],通过交叉口区域车辆的平均速度来考查不同类型交通冲突对交叉口通行能力的影响。由于这10次仿真试验的交通流发生强度基本一致,因此可以采用不同类型和数量交通冲突条件下的平均速度来反映交叉口通行能力。下图5为120分钟内,交通冲突次数、类型与交叉口平均车速关系图。
通过对表中数据进行相关性分析,得到跟驰冲突、正面冲突、侧面冲突与车辆平均车速的线性相关性分别为-0.17、-0.15、-0.76,这说明侧面冲突对交叉口的通行能力影响最大,而跟驰冲突和正面冲突与平均的关系相对不明显。同时我们也能通过上图各曲线之间的关系定性分析各冲突与车速数据之间的关系,而在存在侧面冲突的统计周期,通过交叉口的车辆的平均车速降低明显,证明了上述相关性分析的正确性。通过分析可知,在交叉口交通冲突的控制措施方面,应该特别注重减少侧面冲突的发生次数。
3 结束语
本文对港区平面交叉口上比例较大的大型货运车辆转弯行驶轨迹进行了分析,通过建立二维元胞模型,对元胞加速、加速、位移规则进行了改进,通过港区平面交叉口微观交通仿真,得出跟驰冲突是影响平面交叉口安全性的主要冲突类型,同时侧面冲突是影响交叉口通行能力的首要冲突类型。
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交叉口交通流仿真研究论文 篇4
1 Synchro仿真软件简介
Synchro系统是进行交通信号配时与优化的专业仿真软件, 由美国Trafficware公司开发, 目前已经推出了最新的7.0版本。Synchro仿真软件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, 对硬件系统无依赖性, 是一种方便实用的信号配时优化软件, 具有很高的工程应用价值。
Synchro交通仿真软件设计所需主要数据:
(1) 路口地面渠化; (2) 每方向相位上的交通流量; (3) 车道宽度; (4) 车道坡度; (5) 地区类型 (CBD或其他) ; (6) 路边停车区长度; (7) 路边停车区车道数; (8) 转弯速度; (9) 每小时每方向行人数量; (10) 每小时公共汽车数量; (11) 重型车辆比例; (12) 是否设置右转控制相位; (13) 车辆行驶速度。
设计完成后所形成的主要数据有:
(1) 单一路口配时方案; (2) 线控道路路口配时方案及相位差; (3) 车辆行驶延误时间; (4) 路口配时设计方案的服务水平; (5) 燃料 (汽油等) 消耗量; (6) 废气 (CO、NO等) 排放量; (7) 搭配Sim Traffic作交通模拟展示。
2 交叉口现状调查
以西安市友谊东路和文艺路交汇处信号控制交叉口作为研究对象, 如图1所示。其中友谊东路是连接东西的主干道, 文艺路连接了环城南路与南二环, 加之四周商铺林立、人流密集, 因此经常在上下班高峰期间发生交通拥堵。
此交叉口采用三相位信号控制系统, 平峰和高峰时段配时方案相同, 如图2所示。交叉口平峰、高峰时段交通量数据如表1、表2所示。
3 现状优化仿真分析
应用Synchro系统的配时优化模型对交叉口高峰信号配时现状进行优化。经过优化, 交叉口的信号周期为160s, 最大v/c比1.88, 平均控制延误为252.4 s, 交叉口的整体服务水平为F, 详细数据如表3所示。
由表3可知, 信号配时经过优化后, 各主要评价指标仍然不够理想, 整体延误和服务水平并未得到有效改善。因此, 仅通过信号配时优化并不能彻底解决交叉口的拥堵问题, 应该考虑采用渠化、增加车道数和信号配时优化相结合的方法来解决。
4 改善方案优化仿真分析
考虑到目前交叉口的实际状况, 将北进口原有车道调整为两条左转车道, 三条直行车道, 一条右转专用车道;南进口直右车道改为右转专用道, 如图3所示。
4.1 高峰信号配时优化分析
在上述交叉口几何改造的基础上, 通过对改善方案高峰配时进行优化仿真, 交叉口的信号周期优化为95 s, 最大v/c比1.14, 平均控制延误为54.8s, 交叉口的整体服务水平为D, 详细数据如表4所示, 高峰配时优化方案如图4所示。
与表3数据相比, 表4中各项评价指标数据都有明显改善, 交叉口的整体服务水平大幅度提高, 基本达到了缓解交通拥堵的目的。
4.2 平峰信号配时优化分析
考虑到平峰与高峰交通量的差异性, 为了提高平峰时段车辆的通行效率, 需要单独制定平峰时的相位周期, 在改善方案的基础上, 用Synchro系统对平峰交通量下信号周期进行优化仿真。交叉口的信号周期优化为80s, 最大v/c比0.90, 平均控制延误为23.2s, 交叉口的整体服务水平为C, 详细数据如表5所示, 平峰优化配时方案如图5所示。
5 结语
通过仿真应用实例可以看出, Synchro软件对信号配时的优化弥补了人工计算的麻烦, 具有快速简便的优势。可以对交叉口各种方案改善下的信号配时进行优化, 并输出一系列运行评价指标, 对于信号交叉口的方案优化比选具有很好的适用性。
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交叉口交通流仿真研究论文 篇5
关键词：交通仿真,交通信号控制,VC++程序设计,ADO技术
0引言
城市道路交叉口经常成为路网容量的瓶颈,人们出行的大部分交通延误是由于交叉口的通行能力不足造成的。为此,就需要建立一个交叉口信号控制仿真系统来研究改善这种现状的方法。交叉口信号控制仿真系统可以模拟交通中出现的各种问题,帮助人们了解交通系统特性,通过优化系统设计方案来改善交叉口的通行能力。本文以多个交叉口作为研究对象,通过VC技术构建一个多交叉口信号控制实时动态仿真系统。
1基于VC技术的道路交叉口仿真模型的建立
1.1 模型的整体构造
在建模过程中,把整个路网看成是由若干车道、交通标线、交叉口、信号灯、车辆等实体组成的。这些实体按性质可抽象成3种不同类型的对象:动态对象、静态对象和数据管理对象。动态对象在系统中受到其它因素的影响和制约,随时发生变化,如车辆和控制信号;静态对象在一次仿真运行开始后不再发生变化,如道路和交通规则等;数据管理对象,如路网参数的调入和仿真结果的保存等。因此,仿真模型就必须由以下几个类组成:静态模型类、动态模型类、数据管理类。其中,静态模型类包括交叉口类(CSingleIntersection)、车道类(CSingleLane)、 信号灯类(CSingleLight)等;动态模型类即车辆类(CVehicle);数据管理类则采用ADO类型库实现与数据库的交互。ADO(Active Data Object)是一种基于OLE DB的访问接口,它继承了OLE DB的优点,对OLE DB接口作了封装,定义ADO对象可以使程序开发得到简化。
1.2 仿真模型的建立
1.2.1 交叉口模型
交叉口模型由交叉口、车道、交通标线、信号灯等静态对象组成,其中交叉口类型、车道数、路段的连接等参数均由数据库中的信息决定,并通过一个路口参数设置的对话框来进行数据调入,此模型为静态模型,从仿真初始化以后就不再变化。
1.2.2 车辆产生模型
车辆的到达在某种程度上具有随机性,因此,车辆的产生应该用概率分布来描述。由于本模型是在不超车和车流量较低的情况下进行的仿真,故选用移位负指数分布来描述发车规律,其车头时距h大于每个计数间隔持续时间t概率的基本计算公式为:
P(h>t)=exp[-λ(t-τ)] (t≥τ) 。 (1)
式中:λ——车流的平均到达率,辆/s;
τ ——车辆之间保持的最小车头时距,s。
1.2.3 车辆跟驰模型
跟驰模型是交通系统仿真中最重要的动态模型,跟驰模型的实质是一种“刺激-反应”形式,它是根据驾驶员接受某种刺激后作出的反应来分析和研究车辆列队行驶时发生的跟驰现象,其表现形式为:反应=灵敏度×刺激。其基本表达式为:
undefined。 (2)
其中:Xn(t)为前车在t 时刻的位置;Xn+1(t)为跟驰车在t 时刻的位置;undefined为t时刻前车速度;undefined为t时刻跟驰车速度;undefined为t1时刻跟驰车速度;undefined为t1时刻跟驰车加速度;α为比例常数,一般为路段畅行速度。
2基于VC的道路交叉口仿真模型的实现
2.1 路网数据获得
在开始仿真之前,把存储在数据库中的相关路网参数一一读入程序,这就需要把数据库和仿真程序连接起来。本程序以SQL Server 2000为数据源,利用ADO类型库中Connection对象和数据库建立连接,用Recordset对象获取数据库中某表数据。例如要从数据库中获取某十字路口的车道宽度,把它赋值到参数设置对话框相对应的变量中,故可写为:
在加入以上程序段之前,要用import指令来引入ADO类型库,在stdafx.h中加入如下语句:
2.2 动态模型仿真程序表达
动态仿真作为整个仿真过程的主体,不仅可再现路网的整体交通状况,还可以记录路网中的每个参与者每一时刻的信息。因此,对动态模型进行仿真编程就显得尤为重要。
2.2.1 信号灯状态程序表达式
在仿真过程中,由于车辆始终根据信号灯的颜色状态而启停,所以在信号灯类中应定义一个结构体LIGHTSTATE,记录每个小灯的当前状态。此结构体包括成员变量{COLORREF clrRGB;UINT time;}。现以单路口二相位配时方案为例来分析东、西方向信号灯在一个仿真周期内的状态变化。首先定义一个结构体数组LIGHTSTATE m_PhaseState[3],用来存储信号灯一周期内的所有变化状态,即控制方案的设置;通过这个控制方案可以判断信号灯在一个仿真周期内每一时刻的状态,随着时间段的不同信号灯的颜色也会随之变化。以下是东、西方向信号灯在一周期内状态变化的部分代码:
2.2.2 车辆程序表达式
将路网中的所有车流分成车道上的车流和交叉口处的车流两种类型,用链表形式表示。车辆程序表达式实现过程如下:类CVehicle定义为双向链表,其中包括{CVehicle *pprev;CVehicle *pnext},这是为了灵活地遍历每条车流中的汽车。由于车流被分为车道上的和交叉口处的,故应定义两个链表{CTypedPtrArray
2.3 程序仿真流程
程序仿真流程如下:
(1)从存有路网参数(包括交叉口参数、交通量数据、相位配时、信号灯参数等)的数据库中读取数据,传到程序相应的参数对话框中,实现对仿真模型的初始化,十字交叉口参数设置对话框见图1,其中编辑框、列表框的数据均从数据库中读取。
(2)在给定的交通需求情况下,按照一定的随机分布使车辆在其各自的产生点一辆一辆地进入路网,然后用时间扫描法描述每一时段内每一辆车在路网上行驶的情况,直至车辆到达其目的地后从路网上消失,具体仿真界面见图2。
(3)查看仿真结果并将其写回到数据库的交通状况表中,以备将来作各种方案的对比。
3结束语
相同条件多次运行,均可获得分布比较理想的交通流画面,其性能评价指标如交叉口通行能力、饱和度、平均速度、平均延误、停车率等都与实际情况有较好的吻合。但由于仿真模型的随机性和理想化,使得仿真与实际交通环境还有相当的差距,所以本系统还有待于进一步的完善和改进。
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交叉口交通流仿真研究论文 篇6
步行和非机动车作为健康、可持续的替代出行交通方式, 越来越受到各国交通规划与管理人员的重视和鼓励。而我国城市居民以步行、非机动车交通方式出行的分担比率较西方发达国家更高, 因此, 混合交通可以说已成为我国城市道路交通的显著特征之一。以机动车流、非机动车流和行人流为主体的混合交通条件, 使得我国交通流运行规律和交通拥堵的形成机理相对国外以机动车交通为主导的情况更为复杂。信号交叉口是各种城市道路交通流汇集、交汇、混杂的瓶颈之处, 相对更为显著地受到混合交通带来的不利影响。例如通行能力水平的下降、延误的增加和事故发生频率的上升。
交叉口的交通延误和通行能力是衡量交叉口性能和衡量交通控制效果的重要指标。交通延误是指车辆在行驶中, 由于受到其他车辆或交通信号的影响损失的时间。车辆驾驶员所期望的通行时间与实际的通行时间之差即延误的长度。在无信号控制的交叉口中, 延误主要是因为冲突车流需要相互避让。而在信号控制的交叉口中, 延误主要是信号灯造成。
信号交叉口通行能力通常指:在一定道路、交通、环境、控制条件下, 一段时间内能够通过交叉口某一车道或车道组的停车线 (或冲突区) 的最大车辆流率。通行能力是饱和交通条件下重要的交叉口交通运行效率指标, 是决定交通状态、表征交通供给的最为重要的指标之一。交通信号灯在相位切换时, 相邻两个相位之间常用黄灯间隔开。当信号灯切换到下一个绿灯时, 驾驶员需要一定的反应时间驶入交叉口。在其他条件下, 使信号控制交叉口的延误较小和通行能力较大是两个互相冲突的目标。因为延误小要求信号周期小, 而较大的通行能力则需要较大的信号周期。在确定信号灯控制方案时需根据具体的交通情况和设计目标取得较为均衡的效果。
2 城市道路系统中交叉口设计元素分析
2.1 平面线形设计
2.1.1 渠化设计
渠化主要是结合导流岛和路面标线, 对冲突的车流进行分割或者控制, 将车流引入到一定的路线, 合理设置渠化便于通行, 规范车流和行人的运行轨迹, 使车流冲突减少, 达到对交通流以及冲突角度进行控制与调整的目的, 从而促使车辆有序顺畅进行交叉口交通转换。渠化设计能够将不同速度的车辆进行优化, 能够节省道路空间, 提高道路交叉口的行车能力与行车安全。根据相关的路线设计规范规定, 比如渠化交叉口节点进口道至少增加一条左转车道, 有公交停靠需求时应设置专门公交站;交叉口进口道最小宽度按3m控制, 出口道最小宽度按3.25m控制, 可不设路缘带等原则, 可以对有渠化条件的路口进行梳理和改造, 从而最大限度的改善交通, 提高交叉口通行能力。
2.1.2 交叉角设计
作为进出口车道线的重要组成部分, 交叉口平面线形若是锐角交叉, 则使驾驶员对进口道进入的车流不容易识别, 并且不利于大型车转弯通行, 对于车辆和行人来说, 穿越交叉口的时间与距离增加了, 为此采用直角或者接近直角交叉较为适宜。有时由于一些客观因素的影响使得交叉口呈90°难以实现, 例如地形特征、进出口线性以及周围开发用地等情况。若交叉口角度不大于60°, 建议重新规划设计交叉口。例如在交叉口前方提前调整道路线形, 以增大交叉口交角;或者在不具备调整条件, 必须维持原先倾斜角度时, 就要尽量消除由于几何因素带来的不利影响, 通过设置信号灯、警示标志标线等, 以达到对交叉口的优化设计。
2.1.3 转弯车道
拥有大交通量转弯车流的路口一般需要设置专用转弯车车道。转弯车道除了提供排队车辆的排队区域外, 还需要提供直行行车道以外的区域供驾驶员在转弯之前先减速。如果交通量很大, , 则应考虑使用双转弯车道。但过多转弯车道的使用需要附加道道路用地, 增加穿越距离和行人暴露时间的同时, 也增加了行人绿绿灯时间。
2.2 纵断面线形设计
2.2.1 进口道坡度
在坡度为3%的路面上, 客车停车和加速与在平面上没什么显著差别, 但是坡度大于3%时, 将增加车辆停止的距离, 降低车俩 (特别是货车) 的加速能力, 一般应避免大于3%的坡度, 且极限情况下不能超过6%。在坡度大的进口道上, 在交叉口前方应设置缓和坡段, 减少坡度的突然变化, 给车辆提供平缓的停车区域。
2.2.2 交叉坡度
对交叉道路横向坡度的处理要慎重考虑, 因为交叉道路横向坡度以直角交汇, 必须考虑到车辆行驶和行人步行的功能需求。主要道路的横向坡度需要优先考虑, 主要道路横向坡度贯穿于交叉口, 次要道路必须调整以适应主要道路。但是平整或翘曲交叉口内道路的纵断面线形和横向坡度, 可避免一个或多个进口方向的斜面影响而带来的路面不平整。
2.2.3 横断面
道路横断面设计包括车道划分、中央分隔带、人行道、缘石、路拱、排水特征和路面厚度等。非机动车及行人的设施也必须包含在交叉口横断面特征的设计中, 城市区域交叉口还必须包括人行道和缘石坡道等内容。在行人导向区域, 交叉口可以通过不同形式的设施带或路缘延伸, 使进口道变窄。这样可降低交叉口及附近的运行速度;在横穿道路之前, 给行人提供足够的空间排队, 还可以减少行人横穿距离。
3 提升道路交叉口交通通行能力的对策
3.1 兼顾各影响因素, 全面把握
作为道路设计重中之重的交叉设计, 设计人员要兼顾各种影响因素, 全面把握, 才能设计出高质量的设计方案。首先, 设计人员应当考察现场, 综合了解各相关因素, 尤其是道路所处的自然环境、所在地的经济水平、经济发展需求等因素, 进而保障设计方案的合理性和可行性。其次, 还应当根据现有的设计方法及水平, 综合应用并不断的进行尝试和创新。应当积极借鉴先进的、成功的经验来解决面临的问题, 不断完善道路交叉设计方案, 提供多套可用设计方案, 优中选优。
3.2 交叉口的信号控制
交叉口的信号控制是利用交通信号, 对进入交叉口的各方向车流分配通行, 在时间上分隔冲突的交通流。交叉口信号控制是通过如交通信号灯等设施对交叉口范围内的交通进行实时管理。其目标是充分利用交叉口的时空资源, 在时间或者空间上分离相互冲突的交通流, 提高交叉口的安全性能和通行能力;协调邻近交叉口, 进行系统控制;保障非机动车和行人的安全通行。
两相位信号控制方案是指交叉口信号灯先对东西或南北方向放行, 此时从东西方向直行和左转的车流均允许进入交叉口, 南北方向禁止车辆驶入。两相位控制方案简单易行, 具有较高的配时效率, 更便于相邻交叉口协调控制实现绿色交通。由于左转车流对交叉口运行影响较大, 若在某一方向的左转车流量较大, 这样使得左转车流直行车流有较大的互相干扰, 因此需引入一个左转专用相位。在左转专用相位时, 只允许特定方向的车流进行左转, 其他方向的车辆需排队等待。
两相位和三相位的控制方案都允许了某些方向的左转车流和其他方向的车流发生冲突。位于城市主干道上的交叉口往往交通量较大, 因此需要设置两个左转保护相位, 在左转保护相位, 只允许特定方向的左转车流进入交叉口, 这样就形成了四相位的控制方案。这种控制方案适用于主干道与主干道相交形成的交叉路口或左转车流量大的地方, 在城市主干道使用得较多。
在设置交通信号灯之前, 设计者需取得交叉口各个方向的车流的交通量, 并根据相关道路的功能定位决定信号灯的设置。当交通量较小时, 可允许有存在冲突点的相位。当交通量增大, 需根据实际增加左转保护相位。
信号控制交叉口的优点是;相位分配灵活, 既可适用于交通量较小的情况, 也可在交通量较大的情况。经过合理设计的信号控制交叉日具有不低于立体交通的通行能力。此外, 由于信号控制交叉口不需要对现有道路进行太大改动, 因此投资省, 占地少。在城市主干道上, 将信号控制交叉口进行信号协同控制, 可设计主干道的绿波交通。
4 结语
本文对城市道路交叉口交通优化展开讨论, 从已得成果来看, 很多地方的工作已经取得较大进展, 未发生恶性循环的情况。日后, 应针对城市道路交叉口展开深入的研究, 运用多元化的方法实施交通优化设计。
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交叉口交通流仿真研究论文 篇7
为适应交通量猛增的趋势，缓解道路拥堵状况，国内外许多城市采取延长道路、加宽路面、建高架路(立交桥)等措施，收效虽明显，但由于土地资源的稀缺性而受到限制。合理地对城市交通信号灯进行控制，建立合理的信号灯配时方案，对于提高交叉口的通行能力，减少交通污染，降低能源消耗，实现交通流的安全性、快速性和舒适性都能起到很大作用。根据城市道路交通流特征，对单交叉口提出一种信号灯配时与车流速率同步变化的优化配时方案，并通过计算机软件进行仿真性评价。
1 模型建立
在交通路口，交通流量呈现很大的随机性，因而信号灯配时应针对不同的车流情况采取不同的配时方案，一种配时方案的改变，将对各个车道的车流产生很大影响。目前，对于城市交通网络的优化控制研究大多是针对城市交通网络的交通流分配进行优化，或依据出行者起止点之间路径按时间最短优化控制，或是按城市流通能力最大的交通流分配优化控制等。但对于交叉口多相位交通信号配时智能化涉及很少。下面针对单交叉口多相位的交通信号配时智能化进行讨论。
1.1 单交叉口交通流动态模型
城市单交叉路口的交通流如图1所示。
单交叉口有东、南、西、北4个方向，每个方向均存在左转、直行、右转3个车流。对路口各个车道车流量进行实时检测而获得车流量信息，为优化决策提供必要的数据。由于各个方向的车流是随机变化的，若依据各个车道的车流检测信息，以交叉路口排队等候的车辆数最少为优化目标函数，对交叉路口配时相位进行优化，将有利于减轻交通拥挤程度、降低交通能耗和交通污染，使之获得最佳性能指标。
1.2 单交叉口优化设计后各相位通行时间分配
单交叉口互为成对的方向为：东西向直行、南北向直行、东左转西左转、南左转北左转四相，如图1所示。单交叉口各相位通行顺序设为东西向直行→东左转西左转→南北向直行→南左转北左转→东西向直行。优化设计后各相位的通行时间之比为：
λ2jn,j=1,2,3,4：表示优化设计后j相第n个周期的绿信比;
ujn,j=1,2,3,4：表示j相所对应道路第n个周期的车流速率，即互为成对方向的车流速率之和。
各相位的通行时间为：
t2jn,j=1,2,3,4：表示优化设计后j相第n个周期的通行时间;
T：单交叉口的信号灯周期。
1.3 单交叉口优化设计后通过能力评价
单交叉口通过能力可通过对优化设计前后单位时间内排队等候的车辆数进行比较来评价，排队等候的车辆越少，通行能力越强。为方便起见，在此引入通过能力评价因数，该因数的计算公式为：
η：单交叉口通过能力评价因数;
Q1：单交叉口优化设计前单位时间内排队等候的车辆数;Q2：单交叉口优化设计后单位时间内排队等候的车辆数。由(3)式可知：η为负值时，优化设计后该交叉口的通行能力增强;η为正值时，优化设计后该交叉口的通行能力减弱。单交叉口单位时间内排队等候的车辆数计算公式为：
Qi,i=1,2：单交叉口单位时间内排队等候的车辆数，当i=1时为优化设计前的值，当i=2时为优化设计后的值;
Qin,i=1,2：单交叉口第n个周期排队等候的车辆数，当i=1时为优化设计前的值，当i=2时为优化设计后的值。Qin可由下式计算：
qijn,i=1,2;j=1,2,3,4：单交叉口j相所对应道路第n个周期排队等候的车辆数，当i=1时为优化设计前的值，当i=2时为优化设计后的值。qijn可由下式计算：
当i=1时，t1jn为优化设计前的值，不随ujn变化而变化;当i=2时，t2jn为优化设计后的值，随ujn变化而变化。综合(2)、(3)、(4)、(5)、(6)式可得：
2 实例分析
本文通过宁波市泽民交叉口对改进后的信号灯相位进行效益分析。泽民交叉口是典型的单交叉口，东西向为中山西路，南北向为环城西路，如图2所示。该交叉口的信号灯周期为130s，一个周期内东西向直行、东左转西左转、南北向直、南左转北左转的通行时间分别为45s、35s、30s、20s。为方便起见，将东西向直行、东左转西左转、南北向直、南左转北左转分别定为1、2、3、4相。
通过实地调研统计获得泽民交叉口各相的车流速率如表1所示。
根据该交叉口车流速率和优化前各相的通行时间，由公式(1)、(2)、(5)、(6)可计算出优化后各时间段各相的绿信比及优化前、后各时间段排队等候的车辆数如表2所示。
由表2数据通过excel软件绘制交叉口优化前、后排队等候车辆数随时间的变化状况如图3所示。
从图3可以看出，不管车流量处于高峰还是处于低谷，交叉口优化后排队等候的车辆数都不同程度地小于优化前排队等候的车辆数。由公式(3)、(4)可以算出η为-0.3，即优化后排队等候的车辆数比优化前排队等候的车辆数降低了30%。
3 结束语
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