信号交叉口时空资源综合优化实用方法研究

摘要

信号交叉口时空资源综合优化就是对交叉口时空资源进行整合得到最优的设计方案，它是信号交叉口优化设计的关键技术，更是论文的研究主题。以该主题为核心，论文的研究范畴可划分为五大部分：设计流程、空间优化设计、相位和相序设计、时间优化设计以及时空资源综合优化。第一部分是框架，中间三部分是制定初始设计方案，第五部分则是对初始方案的优化，后四部分是对第一部分的展开，是论文的核心，构成一个彼此联系、完整统一的方法体系。 在什么情况下交叉口需要设置信号灯? 设置信号灯的交叉口应该按照什么样的流程进行优化?论文的第一部分回答了这2个问题，并提出信号交叉口设计应以最优为原则，而不应仅停留在满足服务水平的层面上，从而明确论文研究的前提和大方向。 空间设计的土要任务是完成交叉口车道功能划分，对此，论文的第二部分重点研究了三方面：①左转车道设置；②右转车道设置；③车道功能划分。 左转是交叉口最难以处理的问题，始终是交通工程师面临的难点。主要讨论以下几个方面：①左转车道的设置依据；②左转设计长度；③多条左转车道的设置；④左转车道的设置形式和设计方法；⑤左转车道的几何设计和其它注意事项。用概率论和排队论研究了左转车道的设置依据——左转交通量的阈值。综合考虑交通运行效率和安全两个方面，建议在一般情况下，交叉口进口道都应设置左转专用车道。左转车道的设计长度是一个关键的设计要素，首先研究了渐变段和减速段长度的计算，分别研究了有左转保护相位和无左转保护相位时左转存储车道长度的设讣方法，并提供了设计表格。对多条左转车道的设置条件和相关事项进行了讨论。正确的设置方式和设计对左转车道安全、高效地发挥其运行效率至关重要，因此，讨论了左转车道的设置方式、转弯半径、交叉口转弯导流线以及标志、标线等。建议在有条件的情况下，左转车道应采用“屏蔽”的设置方式，并给山了不同情况下的设置方法。 对于我国混合交通流的状况，右转交通的解决也很重要。与左转车道类似，研究了右转车道的设置依据、存储长度和几何设计等。从安仝和交通运行效率两方面分析了右转车道设置的依据，根据HcM2000的研究结粜，绘制了进口右转车道设置准则图。右转车道长度除了满足减速和排队的要求，还要满足停车视距的要求。 在研究了左转车道设置和右转车道设置两个子问题的基础上，以进口道车道数与路段车道数的匹配和进口道与出口道的匹配为准则，建立了车道功能划分的方法，确定车道功能划分矩阵。 信号相位设计是交通信号设计中最具创造性的部分，这是论文第三部分的研究内容。从安全和交通效率两个方面研究左转相位的设置。分析了左转保护相位的设置原则和设置条件，建立了判断左转保护相位的流程，并制定了判定表格。对典型左转保护相位的形式进行研究，讨论了其各自适用情况和条件。同样，对右转讨论了右转保护相位的设置条什、相位形式、适用情况及RTOR。简要分析了相位转换的兼容性，包括直行与直行、直行与左转、左转与左转等。以基本两相位为起点进行逐个判定，判断是否需要设置左转和右转保护相位，设置什么形式等，根据相位的兼容性选择恰当的相位连接方式，即得到了完整的相位方案。 信号交叉口设计包括车道功能划分、相位设计和信号配时，前两个问题在论文第二和第三部分中已得到解决，沦文的第四部分要解决信号配时，从而完成信号交叉口初始方案设计。 利用东南大学交通学院建立的城市交通数据库，在总结国内近30个城市的200多个交叉口调查数据的基础上，给山符合我国城市特点、不同作息制的信号交叉口控制时段划分方案。 研究的配时参数包括：①行人相位时间：②最短相位时间；③绿灯间隔时间；④相位损失时间；⑤绿信比；⑥周期时长。其中，周期时长是最重要的目标参数，根据交通流理论，以1条关键车道为单位，分别讨论了不同饱和度情况下最小周期时长、期望周期时长的计算方法，并制定了初始周期时长的确定方法。 将上述方法整合成完整的确定信号配时的方法，根据信号配时的基本步骤，制定了信号交叉口初始配时方案的流程表格。 信号交叉口设计的最终目标是获得最优方案，由初始设计方案到最终方案，必须进行调整与优化，为了达到该目标必须解决时空综合优化策略的问题，这就是论文的第五部分内容。信号交叉u时空资源综合优化是以交通效益评价为手段和依据，重点解决两个问题：①方案是不是最优?②如何进行调整?选取延误为主评价指标，停车、排队等为辅指标，利用Vissim对方案进行模拟评价。从流罩比、饱和度、排队长度和周期时长等方面研究信号交叉口时空资源整合策略和方案的调整措施。研究了用爬山法优化周期时长，给出了了初始周期时长、优化区间和调整步长的确定方法。指山在必要的情况下，采取交通管制措施，并给山特殊设计方案，包括中央分隔带u转弯、壶柄设计方案和连续流交叉口。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图目录及表目录和符号、略缩词注释表

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第一章绪论

1.1立题的背景及意义

1.1.1城市的交通问题的严重性及对策

1.1.2交叉口信号控制

1.1.3研究意义

1.2国内外研究概况

1.2.1国外研究概况

1.2.2国内研究概况

1.2.3现有研究的不足

1.3研究目标及主要内容

1.3.1研究目标

1.3.2主要研究内容

1.3.3拟解决的关键问题

1.3.4论文章节安排

1.4研究方法和技术路线

1.4.1研究方法

1.4.2技术路线

1.5本章小结

第二章信号交叉口交通设计方法体系构建

2.1信号控制交叉口系统

2.1.1交叉口空间界定和进口

2.1.2交叉口的矩阵表示

2.1.3交叉口信号控制系统

2.1.4信号控制交叉口的特点

2.2信号交叉口交通设计

2.2.1信号交叉口交通设计的概念

2.2.2信号交叉口交通优化设计的目标

2.2.3信号交叉口交通优化设计的原则与要求

2.2.4信号交叉口交通优化设计的组成部分和设计内容

2.3信号交叉口时空资源优化设计方法

2.3.1信号交叉口时空资源优化设计的现行流程

2.3.2现行设计方法存在的问题

2.3.3信号交叉口交通设计方法体系

2.4信号交叉口设置的条件和依据

2.4.1交通信号灯的优缺点

2.4.2设置交通信号控制的依据

2.5本章小结

第三章信号交叉口空间布局优化方法研究

3.1概述

3.1.1空间优化设计的目标和原则

3.1.2空间优化设计的内容

3.1.3空间优化设计流程

3.2设计交通量

3.2.1 设计小时

3.2.2设计小时交通景

3.2.3信号交叉口设计交通景的调查

3.3左转车道的设置

3.3.1设置左转车道的必要性

3.3.2左转车道的设置依据

3.3.3设置左转车道对交通安全的影响

3.3.4左转车道设置的建议

3.3.5左转车道的长度

3.3.6左转车道的存储长度

3.3.7多条左转车道的设置

3.3.8左转车道的设置形式

3.3.9左转车道的几何设计和注意事项

3.4右转车道的设置

3.4.1设置右转车道的定性分析

3.4.2右转车道设置的依据

3.4.3右转车道设置的建议

3.4.4右转车道的存储长度

3.4.5右转车道的几何设计和注意事项

3.5车道功能划分

3.5.1概述

3.5.2车道宽度

3.5.3车道功能划分的原则

3.5.4车道功能划分的具体实施

3.5.5节点时空资源整合

3.5.6车道功能划分的其它注意事项

3.6本章小结

第四章信号交叉口相位相序优化设计

4.1概述

4.1.1相位相序的重要性

4.1.2传统研究的评价

4.1.3研究中存在的难点

4.1.4重点解决的问题

4.2基本概念

4.2.1信号相位和信号阶段

4.2.2相位时间

4.2.3车流和相位

4.2.4相位图和线圈图

4.3左转相位设计

4.3.1左转相位的分类

4.3.2左转保护相位的设置条件

4.3.3左转保护相位形式的判定

4.4右转相位设置

4.4.1红灯时右转的处理

4.4.2右转保护相位的设置

4.5相位方案

4.5.1相位设计的基本原则

4.5.2相位方案初选的影响因素

4.5.3相位方案的生成策略

4.5.4相位放行顺序

4.5.5行人和非机动车相位

4.5.6信号相位图的画法

4.6本章小结

第五章信号交叉口配时初始方案的制定方法

5.1引言

5.1.1基本概念

5.1.2信号配时的主要优化策略和目标

5.2基于全日交通流变化的时段划分

5.2.1单点信号交叉口的控制方式和策略

5.2.2时段划分

5.3信号配时主要参数的确定

5.3.1行人相位时间

5.3.2最短相位时间

5.3.3绿灯间隔

5.3.4相位损失时间

5.3.5绿信比

5.3.6初始周期时长

5.4初始配时方案的确定

5.5本章小结

第六章信号交叉口时空资源综合优化方法

6.1空间布局和信号配时综合优化

6.1.1时空综合优化的必要性

6.1.2本章主要研究的问题

6.2信号交叉口评价指标的选取

6.2.1评价的意义

6.2.2评价指标选取的原则和要求

6.2.3评价指标的组成

6.2.4本文采取的评价指标和评价方法

6.3交通模拟和方案评价

6.3.1交通模拟及其优点

6.3.2 VISSIM简介[144]

6.3.3 VISSIM在信号配时中的应用

6.4互动优化的基本方法和措施

6.4.1可行性的调整

6.4.2最优性的调整

6.4.3时空资源整合

6.4.4不同调整方案的适用情况

6.5交通管制和特殊方案

6.5.1交叉口流向禁限

6.5.2特殊设计方案

6.6本章小结

第七章研究成果应用

7.1实例交叉口概况

7.1.1交叉口性质和沿线环境

7.1.2现状几何条件

7.1.3现状信号控制特征

7.2交通调查和交通特性分析

7.2.1交通量调查

7.2.2地点车速调查

7.2.3延误调查

7.3信号灯安装依据判断

7.4时段划分

7.5初始方案设计

7.5.1车道功能划分

7.5.2相位方案设计

7.5.3配时方案

7.6方案优化

7.6.1现状方案评价

7.6.2方案优化设计

7.7本章小结

第八章结论与展望

8.1主要研究结论

8.2主要创新点

8.3研究展望

致谢

参考文献

附录A目前国外主要的交通模拟软件

附录B单点信号交叉口时空资源综合优化设计流程调查问卷

附录C交通信号灯设置依据分析表

附录D信号交叉口设置左转专用车道的准则

附录E信号交叉口设置左转保护相位存储车道长度

附录F信号交叉口设置左转保护相位存储车道长度图

附录G信号交叉口无左转保护相位存储车道长度

附录H信号交叉口左转保护相位设置判定表

附录I信号交叉口初始配时方案计算流程表

附录J北京东路——丹凤街交叉口交通量调查结果

附录K北京东路——丹凤街交叉口地点车速调查结果

附录L北京东路——丹凤街交叉口设计方案评价仿真结果

攻读博士学位期间发表论文及参与科研情况