城市四路交叉口信号灯设置关键问题研究

摘要

随着我国国民经济的高速发展和城市化进程的加快，小汽车逐步进入家庭，城市机动车拥有量急剧增加，城市交通拥堵状况日趋严重。尤其在大城市，道路交通拥堵、交通事故频发、交通污染严重等问题十分普遍。交叉口是城市道路网络的基本节点，由于车辆转向等交通行为需在交叉口处进行决策，导致交通流在此中断;交叉口也是城市道路网络交通流的瓶颈所在，交通阻塞也多发生于此。城市道路交叉口的交通问题归根到底是交叉口交通控制方式选择不合理、控制方法选择不得当的问题。因此，研究城市交叉口交通管理措施，尤其是研究交叉口信号灯设置的相关问题是缓解城市交通问题的当务之急。然而，我国现有关于交叉口信号灯设置方面的研究以经验判别为主，研究过程理论性与系统性不强，研究成果对不同交通特性条件下的城市交叉口适用性不强。对此，国家科技部和自然科学基金委专门立项，研究适合我国城市道路交叉口交通特性的、具有较强实用性和适用性的城市交叉口信号灯设置相关问题。本论文将依托国家科技支撑计划子课题(2006BAJ18B03)和国家自然科学基金项目(50978057)，深入研究城市四路交叉口信号灯设置关键问题。
　　 交叉口信号灯设置关键问题是指:通过分析交叉口信号灯设置的影响因素，研究信号灯的设置机理，确定交叉口信号灯的设置条件。本文将以城市四路交叉口常规信号灯和公交优先信号灯为研究对象，通过研究他们的设置机理，确定这两类信号灯的设置条件。
　　 本文将从效率和安全两个方面研究交叉口常规信号灯设置关键问题。在效率方面，将以交叉口主、次路车流率与通行能力为主要影响因素，以交叉口车均延误为判别指标，建立等车均延误模型，根据该模型计算出交叉口等车均延误阈值曲线，据此确定交叉口常规信号灯的设置条件。在安全方面，通过分析、量化交叉口事故和冲突的危险性程度，建模得出了综合考虑事故与冲突影响的交叉口安全状况评价指标——交叉口危险性系数，以此系数为判别指标确定出交叉口常规信号灯的设置条件。
　　 由于公交优先信号灯设置与否对交叉口的安全改善作用相对不明显，本文将主要从效率方面研究交叉口公交优先信号灯设置关键问题。论文将以公交车道和社会车道车流率和通行能力为主要影响因素，以交叉口修正延误为判别指标，建立等修正延误模型，根据该模型计算出交叉口等修正延误阈值曲线，并依据该阈值曲线确定交叉口公交优先信号灯的设置条件。
　　 除了受到效率与安全方面的因素影响外，交叉口信号灯设置还将受其他因素的影响，论文也将研究其他因素对城市四路交叉口信号灯设置的影响。在定性分析其他因素对信号灯设置影响的基础上，研究这些因素对交叉口进口道通行能力的影响，并以通行能力为“桥梁”，间接确定出这些因素对交叉口常规信号灯和公交优先信号灯设置条件的影响程度。
　　 本论文的研究将在完善我国交叉口信号灯设置相关理论、提升城市交叉口交通管理水平等方面产生十分重要的理论意义和实用价值，还将为交管部门在城市交叉口控制方式选择方面的决策提供强有力的理论支持与技术保障。

目录

声明

摘要

图目录

表目录

主要符号、缩略词注释表

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究概况

1．2．1 常规信号灯设置关键问题研究

1．2．2 公交优先信号灯设置关键问题研究

1．2．3 国内外研究现状综述

1．3 研究目标及主要研究内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 主要研究内容

1．4 研究方法及技术路线

1．4．1 研究方法

1．4．2 技术路线

1．5 论文组织结构

1．6 本章小结

第二章 城市交叉口信号灯设置关键问题分析

2．1 城市四路交叉口信号灯设置关键问题研究对象

2．1．1 常规信号灯设置

2．1．2 公交优先信号灯设置

2．2 城市四路交叉口信号灯设置关键问题影响因素

2．2．1 常规信号灯设置影响因素

2．2．2 公交优先信号灯设置影响因素

2．3 城市四路交叉口信号灯设置关键问题研究方法

2．3．1 常规信号灯设置研究方法

2．3．2 公交优先信号灯设置研究方法

2．4 城市四路交叉口信号灯设置判别条件

2．5 本章小结

第三章 基于效率考虑的常规信号灯设置关键问题研究

3．1 研究现状分析及本章研究思路

3．1．1 研究现状分析

3．1．2 研究思路

3．2 交叉口延误分析

3．2．1 无信号控制交叉口延误分析

3．2．2 常规信号灯控制交叉口延误分析

3．3 无信号控制交叉口车均延误计算模型

3．3．1 次路车流车均延误计算模型

3．3．2 主路左转车流车均延误改进模型

3．3．3 交叉口车均延误改进模型

3．4 常规信号灯控制交叉口延误计算模型

3．4．1 信号控制交叉口常规延误模型

3．4．2 考虑额外延误的信号控制交叉口延误模型

3．5 常规信号灯设置判别过程

3．5．1 常规信号灯设置判别思路

3．5．2 HCM-Webster等车均延误模型

3．5．3 排队-Webster等车均延误模型

3．5．4 模型变量分析及求解

3．5．5 等车均延误阈值曲线及设置条件

3．5．6 通行能力折减对等车均延误模型的修正

3．6 等车均延误阈值曲线及变量影响分析

3．6．1 等车均延误模型阈值曲线

3．6．2 模型变量对阈值曲线的影响分析

3．7 等车均延误阈值曲线校验

3．8 本章小结

第四章 基于安全考虑的常规信号灯设置关键问题研究

4．1 研究现状分析及本章研究思路

4．1．1 研究现状分析

4．1．2 研究思路

4．2 基于交通事故的交叉口安全程度评价

4．2．1 交通事故资料来源

4．2．2 交叉口交通事故危险性评价模型

4．2．3 交叉口事故危险性系数

4．3 基于交通冲突的交叉口安全程度评价

4．3．1 交通冲突数据来源

4．3．2 交叉口交通冲突危险性评价模型

4．3．3 交叉口冲突危险性系数

4．4 综合考虑事故和冲突的交叉口安全程度评价

4．4．1 交叉口事故-冲突危险性评价模型

4．4．2 交叉口危险性系数

4．5 常规信号灯设置安全方面的阈值条件

4．5．1 现有阈值条件

4．5．2 事故危险性量化

4．5．3 基于安全考虑的常规信号灯设置阈值条件

4．6 本章小结

第五章 公交优先信号灯设置的关键问题研究

5．1 研究现状分析及本章研究思路

5．1．1 研究现状分析

5．1．2 研究思路

5．2 交叉口延误分析及修正

5．2．1 车均延误分析

5．2．2 车均延误变化值计算

5．2．3 修正延误模型

5．3 公交优先信号灯设置判别过程

5．3．1 等修正延误模型建模

5．3．2 等修正延误阈值曲线及设置条件

5．3．3 通行能力折减对等修正延误模型的修正

5．4 等修正延误模型变量标定

5．4．1 次要变量观测

5．4．2 次要变量标定

5．5 等修正延误阈值曲线及变量影响分析

5．5．1 等修正延误模型阈值曲线

5．5．2 模型变量对阈值曲线的影响分析

5．6 本章小结

第六章 其他因素对信号灯设置的影响研究

6．1 研究现状分析及本章研究思路

6．1．1 研究现状分析

6．1．2 研究思路

6．2 其他因素影响定性分析

6．2．1 交叉口几何因素影响分析

6．2．2 交叉口交通秩序影响分析

6．2．3 交叉口交通控制条件影响分析

6．2．4 其他因素综合影响分析

6．3 其他因素对信号灯设置条件的修正

6．3．1 其他因素对信号灯设置影响的研究思路

6．3．2 各类因素对通行能力的影响

6．3．3 各类因素综合影响下的通行能力折减

6．3．4 其他因素对信号灯设置条件的修正

6．4 本章小结

第七章 交叉口信号灯设置判别方法总结与算例计算

7．1 信号灯设置判别方法总结

7．1．1 交叉口常规信号灯设置判别条件

7．1．2 交叉口公交优先信号灯设置判别条件

7．2 信号灯设置判别方法评价

7．2．1 交叉口常规信号灯设置判别方法评价

7．2．2 交叉口公交优先信号灯设置判别方法评价

7．3 算例计算

7．3．1 交叉口常规信号灯设置判别算例

7．3．2 交叉口公交优先信号灯设置判别算例

7．4 本章小结

第八章 结论与展望

8．1 主要研究成果

8．2 主要创新点

8．3 研究展望

致谢

参考文献

附录1 道路交叉口等延误模型计算程序源代码

附录1．1 常规信号灯设置等车均延误模型计算程序源代码

附录1．2 公交优先信号灯设置等修正延误模型计算程序源代码

附录2 422型交叉口常规信号灯设置等车均延误阈值曲线

附录2．1 不均匀系数和车辆左转比例变量影响的阈值曲线

附录2．2 车辆右转比例变量影响的阈值曲线

附录2．3 通行能力影响的阈值曲线

附录3 国内外道路交叉口事故、冲突资料

附录3．1 国内交叉口事故资料

附录3．2 2009年美国威斯康星州交叉口事故、冲突资料

攻读博士学位期间发表论文与科研情况