城市道路交叉口通行能力的建模与优化管理

1城市道路交叉口通行能力的建模分析与优化管理摘要本文立足于我国混合交通交叉口的运行规律与特点，研究混合交通条件下道路信号交叉口通行能力的根底理论与方法。从研究思路、研究方法等方面，分析并综合利用国内外现有相关研究，建立了量化行人、非机动车对通行能力影响的解析模型，最后着眼于混合交通交叉路口的道路建设和交通管理方面，建立了基于遗传算法的信号配时优化模型，对信号交叉口配时方案提出优化方案。首先，在合理抽象和简化的根底上，描述了某一典型混合交通交叉路口的自行车、机动车、行人的情况，并针对给出的交叉路口，从信号控制、渠化别离、平安教育三个方面提出了相应的交通管理方案和建议。对于第二个问题，本文基于间隙接受的通行能力计算方法，以冲突区为着眼点将通行能力的计算分为以下三个方面详细进行讨论计算：针对机动车与机动车冲突问题，考虑在理想状况下采用国内普遍使用的停车线法，就直行车道、直右车道、直左车道三种类型的车道分别计算其通行能力。并依据进口道设计通行能力为各车道设计通行能力之和的原那么，对上述数据进行加总即得机动车与机动车冲突区的道路通行能力。针对行人与机动车冲突问题，就单向车流与单向人流相交这一简单情形，建立人车冲突区机动车通行能力的计算模型，依据饱和流与非饱和流的计算，对机动车通行能力进行细化求解。并通过考虑双向人流，对上述模型进行一定的修正，使计算结果更符合实际。针对非机动车与机动车冲突问题，首先针对机动车右转车情形，将非机动车对机动车的影响分为绿灯初期非机动车占用冲突区的影响等四类，求出右转车道上的通行能力。在此根底上，类似的分别计算机动车左转车道和直行车道上的通行能力。最后在计算所研究的车流上的各个冲突区(行人一机动车、非机动车一机动车以及机动车一机动车)通行能力的根底上，根据“木桶理论〞的思路，确定车流通行能力瓶颈，进而确定车流通行能力。对于第三个问题，在混合交通条件下，对传统的F.韦伯斯特—B.柯布理论进行了改良，并结合第一问典型交叉路口的相关数据，进行信号配时方案的优化研究。结合我国混合交通状况的实际，构建了以延误时间最小、停车最少、通行能力最大为目标函数的优化模型，采用遗传算法，通过Matlab编程实现交叉口信号配时优化模型的求解。最后与现有配时方案进行对照，比照分析了两种配时方案的效益。在模型建立与求解后，我们对模型的科学性和可靠性进行评述，讨论了模型的优缺点，并提出所建模型的改良与推广方法。最后，在道路建设、科学交通管理、整顿交通秩序、加强政府职能等方面提出混合交通交叉路口管理的方案与建议。关键词：混合交通通行能力木桶原理信号配时遗传算法1.问题重述近年来，随着我国国民经济的开展，城市化进程的加快，城市交通系统得到相当大的改善。但随着我国机动车拥有量的增多，交通拥挤堵塞以及由此导致的交通事故的增加、环境污染的加剧，已经成为我国城市尤其是大城市面临的极其严重的“城市病〞之一，严重制约国民经济的进一步开展和人民生活水品的提高。交通拥堵阻碍了我国城市社会、经济与环境的健康开展，成为社会和公众关注的热点问题。国内外许多研究说明，路段上一般不会发生阻塞和拥挤现象。路段是不会因为通行能力缺乏而产生堵塞，于是交通拥挤现象的症结主要在混合交通路口。混合交通指的是汽车与非机动车或车辆与行人，在同一道路上混行的交通。混合交通是一种客观现象，所谓混合交通在不同国家和不同时代其含意是不同的。在经济兴旺国家，公路上行驶的根本是汽车，混合交通是特指车速较高的小型汽车与车速较低的大型汽车所组成的交通，即行驶车辆之间存在的“速度差〞；在我国，混合交通所指的是自行车、机动车、行人组成的混合交通，这种混合交通引发的交通拥堵、交通事故增加、城市环境不断恶化、运输效益下降等一系列问题，严重地影响了道路交通秩序，降低了道路通行能力，增加了道路交通管理难度。给我过交通规划、设计、管理、控制及组织提出了更为严峻的挑战。因此，如何从道路建设、科学交通管理、整顿交通秩序、加强政府职能等措施来减少混合交通相互之间的干扰，降低交通事故率是当前人们关注的问题。因此本文就以下三个问题进行研究：1.就某由一典型混合交通交叉路口的自行车、机动车、行人的情况，给出该交叉路口的交通管理方案；2.在适当假设下，建立描述混合交通交叉路口道路通行能力的数学模型，并根据相应分析结果提出改良措施；唐3.遍谷为混榴合交迈通交责叉路剥口的慈道路蛋建设凉和交浩通管鉴理提印供优破化方析案。杜将2.愁贤模型码的假吸设与池符号粱说明畅疏2.弓1.储杀模型惭的假辆设订孙1.意零本文牢所选章的混遵合交址叉路障口具昼有典总型性恩，可中以代见表一迫大类狗交通逮路况获；搁饶2.部续混合系交通鸦路口眉处，鼓机动薪车、鼓行人港以及绸非机敬动车榴都是邪随机玻到达监，其悔到达层概率拆服从啊一定面的分跨布，任行人绒群到突达时腔距服锦从移滴位负显指数慎分布爷，使仁用泊东松分茧布描蛾述非加机动奥车的俩随机往到达厚；德枪3.言识机动洽车、着行人难以及坊非机惰动车旦的行此为特鸣征具馆有普叉遍性略，研毫究中寻忽略光特殊苗情况糊，北舰例如终违章蹲情况黎等。稳返2.畅2.假设兄符号鬼的说氏明格一条裁有直锅行车点道的亲设计少通行碑能力披(p部cu恰/h岸)度；景泥信号种周期连(s滑)扩；巨甩信号做周期诸的绿兔灯时揉间颜(s恨)挂；肥农烫信号安周期竭的红鼻灯时逼间亏(s键)哲；换础低信号扯交叉批口右呀转向崭机动维车豪—弄行人盛冲突黑区通拒行能筑力；敏烫藏信号链交叉样口右趣转向柏机动揪车特—雕行人因冲突索区左陡转车估道通痛行能潜力；磁锤尝信号震交叉翁口右遍转车婶道机慨动车恋—色非机虑动车欺冲突乏区通庆行能瘦力；印欧信号政交叉买口左率转车反道机古动车疼—预非机包动车傍冲突叮区通宏行能纽力；岸视信号寻交叉敞口直拆行车筋道机址动车水—应非机岁动车为冲突散区通共行能候力；密补其他皱变量句符号微在文夹中使木用时疯给出渔说明辈。处拉哨者源肆笼划叫沟痕变午才训评3.话勇问题全分析盒虾问题椅一就拼某一伤典型涛混合贞交叉膝路口储，在洽合理揪假设沃下，傅给出耳了该课路口友的实酒际存茄在的殿交通巴管理貌方案董，由坛于大貌局部鞠混合馅交通俩路口缺多为单信号拉交叉寺路口听，因除此给击出的甜方案美即为抱信号絮灯的兵相位辟配时木方案隐；畏糟针对鸡问题稻二，疯分析偿了通民行能涨力的沃定义直以后尽，可灾得一张个路念口的漫通行汉能力顿可分夫为：楼组机动耻车与昂机动架车相在互影代响下苏道路助的通舌行能吧力，且行人丰影响贺下道揉路机跳动车驱的通往行能结力，榴叶非机鹿动车倦影响钩下道呜路机丽动车涛的通多行能匠力。扣计算兼通行侧能力谈的方劫法国船内外孤不一笛。在慌国内乖，其碗中具路有代晓表性胡的有毫：停吓车线恒法、载中国粥?城皆市道玻路设剑计规校范?蚁推荐近方法吵、冲哥突点塘法。评国外导主要锹使用三以下颜方法粪：副HC鼠M底推荐借的饱唇和流单率折时减系奉数计筛算方艘法，毛冲突妄技术抬方法拘……丈通过傅计算梯信号朝交叉望口道童路通素行能鲁力，权可以崖得到养各个斤相位轿实际悲存在探的通咏行能哗力，都蝇据此挎可以药给出拖各个引相位睛配时安时长璃，即解可给堵出问度题一叼中典谨型交遣叉路秒口处执交通唇管理驰方案全的改涛进措寒施。炮捡问题取三简恢单而戴言，岗就是红一个年非线耀性优荣化问驰题。君面对遥信号造交叉眨口相护位配也时问薪题的看优化员，本绢文使老用絮F.郊韦伯中斯特推-B条.冰柯布宜方法蹲对信显号配表时方盯案进争行优泻化，肌并利末用遗边传算萍法设瞎计出访混合尚交通甚条件逆下的跑信号迹配时锁方案企。沿彻用改贼进的退F.摸韦伯疲斯特威-B隔.弊柯布深公式变计算消了一绢些参形数，剂为遗逃传算垫法服澡务。丘守姨爬抵投展独幸4.捧郑模型咬的准执备粮戚4.遍1.匆偏相关耐术语缩解释难套1.全尤信号上交叉乘口：犹各种扔城市便道路爽交通王流汇醒集、身交汇籍、混马杂的司瓶颈翠之处灿；跌歇2.孕舞信号贺相位咐：在拒一个冻信号肿周期铜内分跪配给钟一股政或多位股独厨立交何通流胃的一谈组绿搂、黄黑、红答灯变趁化的笨信号贪时序瓦；砖殿3.村瞒通行惯能力倘：饱漠和交夜通条获件下忆重要帮的交极叉口梨交通厨运行拨效率呀指标妖，是芝决定亮交通史状态武、表智征交桨通供机给的译最重暮要的剥指标移之一油[1直]瞧；刷负4.吴从信号辆交叉够口机数动车厕通行仿能力乌：在傲一定丸道路寇、交敲通、蹈环境资、控闹制条夹件下苍，一召段时嫌间内屿能够零通过脂交叉骆口某验一车锄道或而车道卸组的厕停车销线〔题或冲图突区削〕的痛最大厕车辆富流率含；礼晒5.守劫交通求冲突迷：在圣交叉炕口安牌全评斤价中庆，交凑通冲匀突是惹在可诉观测绕条件迟下，神两个刘会两编个以推上道教路使煎用者巨在同乒一时摆间，极空间厉上相缓互接梢近，肢如果奖其中赞一方旧采用励非正吓常交决通行谎为，轨想转尚换方偿向、数改变昌车速奸、突碗然停懂车、绢交通式违章乏等，哭除非惧另一肝方也湿采用滨避险吵行为张，否渐那么，季会处糕于碰侄撞的罩境地渴；层竞6.些足冲突军区：吓导致粒信号卧交叉愿口交苍通混腹乱、顶事故锁多发围的主宰要根蒸源，赚就是急交叉俯口处诊混合窗交通馒流产倡生的啦大量踏冲突垫点。遣当两卖股不杰同流呆向的不交通咸流同登时通倍过某故空间原某点争时，零就会扰产生剧交通忌冲突愤，该税点就释称为签冲突蹄点，窑冲突忆点所矮在区抹即为稳冲突伞区。末欢5.齐飞问题鸡一庄觉典型磨混合域交叉光路口唤交通惕管理捞方案煮柳以图假假1报所示腔信号鸡交叉方路口挑作为漫一典燃型混昌合交奇叉路少口，块该交窑叉口耕处于铲普通牛地区张，各选个入令口的鹿直左态、直升右机木动车圈道宽陈度均保为去3m托，坡锤度为助0和，基也本饱祝和流删量分优别为邀16果50患、钉15减50蚊ve嚼h/抱h跌，各振进口迷人行筒横道进双向膊行人玩流量缩为爽80匀0p与ed瓣/h错。搁图摊护1现典型迈信号锅交叉驶路口辆示意其图少阻针对匀此信夺号交观叉路耳口，稿交叉逃口对源机动宋车采锄用左2取相位可信号捏控制冰，对亏行人型采取刷只允殿许行圆人随鸭本向仰直行允机动冻车同息时通拢行的蛙控制傻方式壤。根挑据该徒交叉羊路口滔的机毁动车艺、自壁行车拆、行疯人的顿情况皂，给拢出具泊体交维通管病理方碑案如酒下：弟菜1.严哈迟两相汁位控党制，形周期斯时长蚕为嫁75冶s龙，其棕中南勤北方个向绿此灯时建间军25愉s金，东句西方先向绿牌灯时出间起40筋s荡，黄锁灯时拍间电3s朵，各典相全圈红时锈间为眠2s壶，红配灯期历间允糊许右融转，懂相位芽图见龄图奖息2洪；答皂2.卡病东西夫南北断进口匪车道挥均为钻2散条，存其中哥直左过合用敏车道爽1狠条，黎直右露合用魂车道园1答条，寺宽度瞒均为哭3m暑；仔缓3.戒喜东召西向棕与南口北向替的外幸侧均尾设有丽4m两宽的根供机丈动车歪和行速人通翁行的岔非机崇动车鼓道和党人行祖道。饼民矮萝没躁拳含圆黄类传古蔬宴图中菠2招交叉面路口倡相位羞图扇除此订之外妖，为养增加丽交叉康口通幅行能考力，忍提供恨了相煤关改于进建扬议：乱挽1.念周信号雕控制溪殊通过册信号舅灯的居设置贷，从个时间刑上分尺离产梢生交神通冲唱突的线车流竭，可狱采用箩：殊抄(1蓝)境设置肢自行厨车专顽用相倘位；疫悉(2推)示两次秤绿灯翻法，忙非机赶动车安绿灯淋提前关启亮怀，使边自行誉车在钳时间祥上优牧先通慢过信桨号交抗叉口狼。渣可2.蝶话渠化立别离着烈通过单渠化茧措施勒，优谎化交摧叉口卸，在践空间市上分诉离产扔生交描通冲字突的虑车流释，可忠采用舍往(1氏)其右转缘弯专摘用车桌道；驱烂(2丛)看左转争弯专缎用车握道；掌锹(3努)棉左转驱自行瞧车二雷次过预街。喘煮3.付拼平安台教育铅圈通过捧平安冻教育连和安炕全法喇规制繁度来受标准沃行人倚和驾光驶员常行为毁，使更交叉控路口妥各行巾进方锄向的解参与焰者，宗能遵赌守交括通规驳那么，凤使各抗行进介的交舒通车掌流能虫规律拥有序杜地通侧过交摊叉口电。爽胞6.追事问题嚷二竭兼混合狸交通辨交叉章路口撤道路全通行熊能力映模型榜钱我国背城市杏道路声交通早中，问机动奔车时评道路疲交通惰的主互要交亿通工荐具，下机车召与机屈车之玻间的些相互兵影响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