《交叉口车辆启动损失时间与交通设计》解读.docx

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《交叉口车辆启动损失时间与交通设计》解读

天津职业技术师范大学

TianjinUniversityofTechnologyandEducation

毕业设计

专业：

汽车服务工程

班级学号：

汽服1002-27

学生姓名：

指导教师：

二〇一四年六月

天津职业技术师范大学本科生毕业设计

交叉口车辆启动损失时间分析与交通设计

Intersectionvehiclestart-uptimelossanalysisandtrafficdesign

专业班级：

汽服1002班

学生姓名：

指导教师：

学院：

汽车与交通学院

2014年6月

摘要

随着天津城市化不断加快，居民出行次数和机动车保有量不断增加，导致一系列的城市交通问题，如交通组织管理不善，引起交通拥堵。

城市在进入汽车时代以后，汽车将遍及大街小巷，那种希望通过几个大的道路工程来解决全市交通拥堵的想法，显然已经不合时宜了。

只有把目光从几条线上转到“面”上，即把目光转到提高整个路网中所有道路的通行能力上来，设法使全市路网中所有的道路都变成快速路。

此次研究实地调查天津市典型交叉口进口道停车线处的车辆启动损失时间,从进口道信号灯为绿灯开始到车辆启动时刻的时间跨度，考虑时间段、进口道车道数、不同车型混合率、行人过街情况等因素影响，统计车辆启动损失时间的最大值、最小值、平均值，描述天津市典型交叉口的车辆启动损失时间的分布特征。

结合考虑车辆的启动损失时间，重新调整优化信号灯的配时方案，在交通仿真软件Vissim中进行相应的交通仿真，以行程时间、排队长度、停车次数等为评价指标，评估考虑车辆启动损失因素的信号优化方案的优劣性。

在研究的最后，对一个典型的交叉口的道路渠化形式进行改善设计，在AutoCAD软件中绘图。

关键词：

交叉口；启动损失；优化设计

ABSTRACT

AsurbanizationcontinuestoaccelerateTianjin,residentstraveltimesandincreasingvehiclepopulation,leadingtoaseriesofurbantrafficproblems,suchaspoororganizationandmanagementoftraffic,causingtrafficjams.Afterenteringtheeraofthecitycar,thecarwillbealloverthestreets,thekindofhopethatafewlargeroadprojectstoaddresstheideaof​​thecity'strafficcongestion,apparentlyoutdated.Onlyafewlinesfromtheeyestothe"face",thatistolooktoimprovethecapacityoftheentireroadnetworkinalltheroadsup,tryingtomakeallofthecity'sroadnetworkhavebecomefastroad.

TheresearchfieldworkTianjintypicalvehiclestoplineattheintersectionofimportedroadlosstostarttimeforthegreensignalfromtheinletchanneltothevehiclestarttimestarttimespan,consideringthetimeperiod,importsofroadlanes,differentmodelsmixingratio,conditionsandotherfactorsaffectingpedestriancrossing,themaximumlossstatisticsvehiclestarttime,minimum,average,typicalintersectionvehicledescriptionTianjindistributionlossesstarttime.

Combinedwiththelossoftimetoconsiderstartingthevehicle,re-adjustandoptimizethesignaltimingplan,thecorrespondingtrafficsimulationintrafficsimulationsoftwareVissimtotraveltime,queuelength,numberofstops,suchasfortheevaluationofindicatorstoassessthelossfactorstoconsidervehiclestarttheprosandconsofsignaloptimizationprograms.Attheendoftheroaddrainageformofresearchforatypicalintersectionimprovementdesign,drawinginAutoCADsoftware.

KeyWords：

Intersection;Startlosses;Optimizeddesign

1绪论

1.1研究目的与意义

随着经济持续快速发展,科技的不断进步,人们的生活不断富裕,很多人买了私家车。

国内各大、中城市的汽车保有数量迅速增加,汽车数量的增加在给人们的出行来带来方便的同时也增加了交通运输压力,导致了交通状况的持续恶化，主要有以下几个方面：

（一）机动车数量飞速增加，道路资源利用不充分。

2000年以前，我国车与路的发展比较均衡，城市交通拥堵现象并不十分明显。

2008年以后，机动车保有量成倍增加，尤其是2008年后，机动车增量惊人，车辆的增长速度和道路资源供应严重不协调，逐渐成为社会热点问题。

由于城市道路资源开发有限，而机动车数量仍呈现逐年增大的趋势，使得供给和需求呈“反比”式发展，城市交通拥堵状况更加雪上加霜。

（二）城市规划不尽合理，路网结构总体布局失调。

随着城市化进程的进一步加快，中国多数城市以旧城区为中心向周边辐射，形成“伞状”式的结构布局。

这种城市结构的特点是，城市的政治、文化、金融集中于城市的某些区域，形成城市的中心区，城市道路大都以适应某一区域的需要来布建，这决定了我国多数城市道路均属于这种典型的“树状”路网结构。

它以主路为干，派生出多条服务于某一点的支路。

干路要为支路合流服务，同时又要担负着商贸交易功能，其效果必然是源头广泛，合流集中，支路不足，干路爆满的交通现象。

（三）智能交通发展缓慢，交通引导运筹力不强。

目前，全国多数城市道路智能化程度偏低，主要体现在以下几个方面：

一是指挥调度系统缺少高技术支撑。

二是信号灯控制还不完善。

智能交通信号灯控制应能做到，利用交通流量分析系统整理出的最优数据来控制警力配置，引导交通流，解决盲目行车、无序行车的问题，当前多数城市交通信号仍不能实现智能化，很多城市交通还没有车辆调流诱导屏。

三是信息发布还没有实现共享。

（四）法律、法规不完善，对交通违法者约束力不强。

在路上，我们随时可以看见，驾驶人抢时抢道占道、违规超车、随意倒车；行人不遵守交通规则，乱穿马路、闯红灯等，破坏正常的交通秩序，这和国外一些发达城市相比，我们的出行文明程度还相差甚远。

在全国的很多城市，以天津市为例，有很大部分干道的人行横道信号灯很少与上下游交叉口信号灯进行配合协调，交通控制信号设置不合理，由此导致行人过街交通存在一定的隐患，在机动车高峰期，人行横道处的事故率有增加的趋势，特别是在繁华地段。

对于行人按钮式信号灯，除须在主街上设置车辆检测器外，还有一个缺点，就是主街交通量越大，行人过街的机会就越少。

所以根据分析行人过街信号与交叉口控制信号的协调配合是非常必要的。

城市交通交叉口研究的意义在于其已经成为城市交通的主要疏通地带。

信号控制交叉口的优化配时是减小城市道路网络上的车辆延误、有效利用道路设施、降低交通事故、减小环境污染和燃油消耗等的有效手段,是城市交通管理最有力的工具。

研究交叉口车辆启动损失时间，通过科学合理的交通控制手段，最大限度的提高交叉口的通过能力，降低延迟时间，节约每个人的时间，是建设资源节约型社会研究的重要课题，在诸多的交叉口信号控制方法中，优化信号配时是简单却有效的方法。

城市交叉口把城市道路相互连接起来构成道路网，其通行能力制约着道路的通畅，解决好城市交叉口的交通控制管理，减少在交叉口的停车和延误，是一项利国利民的重要研究工作。

1.2研究的问题与方法

由于汽车交叉口的启动损失时间会延误绿灯的时间，因此，为了较为全面的反映、描述不同环境下，不同车型带来的影响，需要以实际调查和数据分析，对以下问题进行研究：

（1）不同车型在红灯变成绿灯之后，对车辆启动损失影响如何？

（2）交叉口行人对车辆启动的影响如何？

（3）在上班高峰与平常的时间车辆启动时间有何不同?

为了能够解析不同环境下车辆启动损失时间，本研究以围堤道-气象台路交叉口，围堤道-友谊路交叉口对象进行研究，不同时间多次对其车辆损失时间进行拍摄、统计、分析。

图2-1围堤道-气象台路交叉口位置图2-2围堤道-友谊路交叉口位置

2国内外城市交通控制系统比较分析

2.1国外的城市交通控制系统分析

在国外，人们将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子控制技术以及计算机处理技术等有效地综合运用于整个运输管理体系，使人、车、路及环境密切配合，从而建立起一种在大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高效的综合管理系统，这便是智能交通系统（IntelligentTransportationSystem，简称（ITS），ITS可以有效地利用现有的交通设施、减少交通负荷和环境污染、保证交通安全、提高运输效率，因而日趋受到各国的重视并得到广泛应用，其主要应用的内容包括交通监测与协调、电子收费与停车管理、辅助驾驶、货运追踪等方面。

其主要方面就是智能交通系统通常由多个子系统组成，一般包括车辆控制系统、交通监控系统、运营车辆管理系统、旅行信息系统等。

通过学习和了解国外交通控制系统，分析主流信号系统的优点和缺点如表所示

表2-1交通控制系统比较[2]

主流信号系统

国别或开发公司

系统特点及优势

系统不足

TRANSYT

英国交通与道路研究所

TRANSYT系统是一种脱机操作的定时控制系统，将交通流信息和初始配时参数作为原始数据，通过仿真，得出系统的性能指标作为配时的优化目标函数，用“爬山法”进行优化，产生比初始配时更优越的新配时方案，再把新的信号配时输入到仿真部分，反复叠代，最后得到性能指标值达到最小的系统配时方案。

1、计算量太大，路网较大时问题则更加突出；

2、是脱机优化要求花费大量人力物力预先采集路网信息和交通流信息，同时也不能适应交通状况的实时变化；

SCATS

澳大利亚新南威尔士道路交通局

把信号周期、绿信比和相位差作为各自独立的参数分别进行优选，优选过程所使用的“算法”以饱和度和综合流量为主要依据。

它的优化过程并没有利用数学模型，而是在各种预定的方案中进行优选,方法简单

1、作为一种方案选择系统，没有使用交通流模型，限制了配时方案的优化程度；

2、是检测器安装在停车线处，难以监测车队的行进，没有车流实时信息反馈，这使得相位差优选可靠性较差；

3、系统只能实施在PDP系列数字计算机上，限制了推广应用。

SCOOT

TRL公司、

PEEK公司、

西门子公司

通过检测器定时采集和分析交通信息，交通模型和优化程序配合生成最佳配时方案，最后送入路口信号机予以实施；其优化程序采用小步长渐近寻优方法，连续实时地调整绿信比、周期和时差三个参数，降低了计算量，且也很容易跟踪和把握当前的交通趋势；系统检测器信息的敏感度低，所以优化器的个别错误不会导致整体的关键错误。

1、采用集中式控制结构，难以实现较大区域的控制；

2、建立交通模型需要采集大量路网信息和交通流信息，耗时费力；

3、绿信比优化依赖于对饱和度的估算和小步长的变化幅度，有可能不足以及时响应每个周期的交通要求；

4、信号相位和相序事先同定，不能参与自动变化；

5、控制子区的自动划分问题尚未解决；

RHODES

由美国亚利桑那大学

RHODES以相位可控化、有效绿波带、和预测

算法为核心技术。

；采用非参数化控制模型来完全适应实时交通信号控制，用相序和相位长度来确定配时方案

1、没有建模解决公交车上下客对其他交通流及其本身造成的延误；

2、是系统高层优化有待于进一步研究

OPAC

美国PBFarradyne公司和马萨诸塞大学

引人了有效定周期（VirtualFixed Cycle，VFC）的概念；它是一个真正的分布式系统，中心计算机只完成VFC优化，路口机完成车队预测、相位优化以及排队长度、停车次数和延误等参数状态的检测和估计；采用了动态规划、自校正、自调整算法等先进的优化方法和控制技术。

1、通信速率较低，只有9600bps，对等通信只能30s完成一次，一定程度上影响了应用；

2、是控制算法复杂，对调试人员要求较高。

SPOT/UTOPIA

意大利MizarAutomazione公司

SPOT是一个小型的分布式交通控制系统，在每个交通控制器上使用微观模型完成本地最优化工作UTOPIA是一个面控软件，可协调组织多个SPOT系统（作为子区）以组成区域控制系统；系统引入权重概念以实现其在公交优先功能中的特殊控制目标。

该系统更适合公共交通发达的交通情况，在公共交通一般或者不发达的情况下信号控制策略则需要进一步加强

ACTRA

由美国西门子公司

1、技术先进和性能可靠，适合大、中型城市；

2、强大的系统扩展能力；

3、分布式系统；

4、基于PC的系统，操作使用方便简洁，界面良好；

5、自适应协调控制功能，反应迅速、实用；

6、地优化和中心优化相结合的远程监控。

与其他系统的兼容性仍需加强

2.2国内的城市交通控制系统分析

相比于国外智能化交通系统，中国智能交通整体发展水平还比较落后，20世纪70年代北京市采用DJS一13O型计算机对干道协调控制进行了研究；20世纪80年代以来国家一方面采取引进与开发相结合的方针，先后建立了一些城市道路交通控制系统。

其中比较成功的有：

表2-2国内交通控制比较[2]

智能交通控制系统

特点

南京城市交通控制系统

初步建立了南京市交通管理系统集成平台，并集成交通信号控制子系统、交通信息采集子系统、交通诱导子系统、公交优先子系统、特种车辆VIP子系统等几个子系统。

海信HiCon交通信号控制系统

概述“HiCon交通信号控制系统”是路口信号机、通信服务器到区域控制服务器、中央控制服务器的整套解决方案,包括HST100集中协调式交通信号机、Hicon1.0交通信号控制系统软件、CMT1.0交通信号机配置与维护工具软件。

深圳市SMOOTH交通信号控制系统

SMOOTH系统的车辆检测器采用了ARM7嵌入式软硬件系统平台设计，不仅采集车辆通过线圈传感器的空脉冲群，产生原始数据，而且完成了对数据的初步处理。

信号控制机采用了ARM9嵌入式软硬件系统平台设计，实现了数据综合处理、状态目标区域识别、路口信号控制参数的本地决策、配时参数的输出控制和绿信比的战术微调。

3交叉口车辆启动时间调查分析

本研究分别在不同的时间段，进行了天津围堤道-气象台路交叉口，围堤道-友谊路交叉口车辆启动损失时间统计。

在调查研究过程中，分别对车流量高峰时期与非高峰时期的车辆损失时间统计；有无行人过街对应车辆启动损失时间的统计。

分别在白天行人人数过多和晚上没有行人时分别拍摄并统计，分别对不同的时段进行数据统计。

围堤道是天津的主干道，其主干道上路型复杂，车流量较大，因此在天津围堤道-气象台路交叉口，围堤道-友谊路交叉口进行数据统计具有典型意义。

3.1围堤道-气象台路交叉口调查

气象台路为南北向交通主干道，围堤道为东西向交通主干道，两条道路所在交叉口的道路断面形式及车道功能如图3-1所示。

图3-1交叉口断面形式

3.1.1高峰时段与非高峰时段车辆启动损失时间对比

为了研究汽车在高峰时段与非高峰时段的不同环境下的车辆启动损失时间，在2014年4月12日和2014年4月18日拍摄视频进行统计，在车流量高峰期和非高峰时期分别拍摄视频，拍摄高峰时期分别是上午8:

30-9:

30，下午17:

00-18:

00，非高峰时期是12:

00-15:

00，并作不同车型的启动损失时间统计，统计量为东西南北每个进口处三十辆左右，将统计的数据进行汇总表3-1,3-2。

（a）东进口（b）西进口

（c）南进口（d）北进口

图3-2交叉口各进口道情况

1.针对围堤道-气象台路的高峰时段不同车型的启动时间统计

表3-1东进口

车型

最大值MAX（s）

最小值MIN（s）

平均值（s）

方差DX

公交车

5.4

2.3

3.8

2.6

小型汽车

5.8

1.6

3.1

2.9

出租车

3.6

1.8

2.3

1.3

表3-1西进口

车型

最大值MAX（s）

最小值MIN（s）

平均值（s）

方差DX

公交车

5.1

2.1

3.6

2.1

小型汽车

5.3

1.4

3.2

2.2

出租车

3.4

1.6

2.2

1.4

表3-3南进口

车型

最大值MAX（s）

最小值MIN（s）

平均值（s）

方差DX

公交车

5.1

2.1

3.1

1.5

小型汽车

4.8

1.5

2.9

1.9

出租车

3.6

1.6

2.3

1.3

表3-4北进口

车型

最大值MAX（s）

最小值MIN（s）

平均值（s）

方差DX

公交车

5.1

2.5

3.6

1.8

小型汽车

5.2

1.6

3.1

2.6

出租车

3.6

1.8

2.3

1.3

2.针对围堤道-气象台路的非高峰时段不同车型的启动时间统计

表3-5东进口

车型

最大值MAX（s）

最小值MIN（s）

平均值（s）

方差DX

公交车

5.1

2.2

3.4

1.6

小型汽车

5.3

1.6

2.3

2.3

出租车

3.7

1.5

2.0

1.1

表3-6南进口

车型

最大值MAX（s）

最小值MIN（s）

平均值（s）

方差DX

公交车

5.0

2.1

3.5

2.5

小型汽车

5.4

1.6

2.9

2.6

出租车

3.7

1.8

2.1

1.4

表3-7西进口

车型

最大值MAX（s）

最小值MIN（s）

平均值（s）

方差DX

公交车

5.9

2.1

3.2

1.3

小型汽车

5.1

1.5

2.5

2.1

出租车

3.3

1.6

2.2

1.2

表3-8北进口

车型

最大值MAX（s）

最小值MIN（s）

平均值（s）

方差DX

公交车

5.5

2.1

3.5

1.5

小型汽车

5.7

1.6

2.6

2.5

出租车

3.5

1.6

2.3

1.6

3.1.2行人过街对车辆启动损失时间影响

交叉口车辆启动损失时间的影响因素很多，如行人过街、雪天、晴天都会对车辆启动损失时间有影响。

因为车流与行人之间的相互影响，行人穿越车流的步行速度要稍低于行人在人行道绿灯周期时穿越的步行速度。

行人在穿越进行中的车流时，开始总是以一种慢的速度试探的前进，当确定可以过去之后，才加速通过。

所以行人过街也是影响车辆启动损失时间的因素。

针对行人过街的影响分别在2014年4月28日白天和2014年5月4日晚上无行人时对围堤道-气象台路交叉口进行视频拍摄交叉口无行人过街时车辆启动损失时间，如下表所示。

图3-3行人过街对车辆启动影响图3-4无行人过街对车辆启动

表3-9东进口

车型

最大值MAX（s）

最小值MIN（s）

平均值（s）

方差DX

公交车

5.0

2.1

3.5

2.5

小型汽车

5.4

1.6

2.9

2.6

出租车

3.7

1.8

2.1

1.4

表3-10西进口

车型

最大值MAX（s）

最小值MIN（s）

平均值（s）

方差DX

公交车

5.1

2.2

3.6

2.4

小型汽车

5.3

1.6

2.7

1.8

出租车

3.5

1.7

2.2

1.3

表3-11南进口

车型

最大值MAX（s）

最小值MIN（s）

平均值（s）

方差DX

公交车

5.2

2.1

3.5

2.5

小型汽车

5.4

1.5

2.8

2.4

出租车

3.7

1.8

2.1

1.5

表3-12北进口

车型

最大值MAX（s）

最小值MIN（s）

平均值（s）

方差DX

公交车

5.3

2.1

3.5

2.5

小型汽车

5.2

1.4

2.6

2.1

出租车

3.3

1.7

2.2

1.3

3.2围堤道-友谊路交叉口调查

友谊路为南北向交通主干道，围堤道为东西向交通主干道，两条道路所在交叉口的道路断面形式及车道功能如图所示。

图3-4交叉口断面形式

3.2.1高峰时段与非高峰时段车辆启动损失时间对比

在2014年4月8日和2014年4月13日对天津围堤道-友谊路交叉口进行拍摄视频并作统计，在车流量高峰时段和非高峰时段分别拍摄视频，并作不同车型的启动损失时间统计，高峰时段是早8:

00-9:

00，非高峰时段是13:

00-16:

00在表4-5,4-6中汇总。

（a）东进口（b）南进口

（c）西进口（d）北进口

图3-5交叉口各进口道情况

1.针对围堤道-友谊路的高峰时段车辆启动损失时间统计

表3-13东进口

车型

最大值MAX（s）

最小值MIN（s）

平均值（s）

方差DX

公交车

5.3

2.2

3.2

2.1

小型汽车

5.1

1.3

2.3

1.8

出租车

3.2

1.3

2.2

1.3

表3-14西进口

车型

最大值MAX（s）

最小值MIN（s）

平均值（s）

方差DX

公交车

5.2

2.1

3.1

2.2

小型汽车

5.5

1.4

2.4

1.6

出租车

3.4

1.2

2.3

1.4

表3-15南进