大运河桥封闭施工下影响区域内的交叉口信号控制方案设计
城市交叉口是城市道路网的咽喉要道，其通行能力制约着城市道路的通达，是影响道路畅通的瓶颈。充分利用交叉口的时空资源，按照交通运行状况给予相应的最适宜的交通信号控制方案，最大程度提高交叉口的通行能力，不但能提高车辆通过交叉口的速度，减少延误，节约人们的出行时间，同时能避免该交叉口发生堵塞，影响交叉口临近路段的顺利通行。因此，对交叉口实行科学的管理与控制是重要研究课题,是保障交叉口的交通安全和充分发挥交叉口的通行能力的重要措施。论文通过对大运河桥封闭施工下影响区域内的主要交叉口采取信号配时与优化等改善措施，从而减少交叉口通行时间，加强通行效率，进而提高整个城市交通运行的健康性，并运用VISSIM软件对主要交叉口进行仿真优化和评价，以确定其是否满足实际需求。关键词 交叉口，信号配时，优化，VISSIM仿真，延误
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外的研究现状 1
1.3 研究思路 3
2 交通信号控制基础理论 4
2.1 交通信号控制分类 4
2.2 交通信号控制参数 5
2.3 交通信号控制设置依据 6
2.4 交通控制系统评价指标 7
2.5 交叉口信号配时与优化 7
3 大运河桥封闭施工下交叉口信号控制方案设计 8
3.1 影响区域的确定 9
3.2 现状数据调查与分析 12
3.3 影响区域内各主要交叉口优化设计与仿真 20
4 基于VISSIM仿真的评价与优化 26
4.1 软件介绍及评价指标 26
4.2 交叉口现状仿真评价分析 27
4.3 交叉口优化方案仿真评价分析 33
总 结 40
致 谢 41
参 考 文 献 42
1 绪论
1.1 研究背景
城市交通是国民经济与社会发展的基础性产业，是社会经济活动中客流、物流的主要载体，与国民经济的发展和人民群众的生产生活息息相关。
城市交叉口是城市道路网的咽喉要道，其通行能力制约着城市道路的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
通达，是影响道路畅通的瓶颈[1]。充分利用交叉口的时空资源，按照现实的交通流给予相应的最适宜的交通信号控制，最大程度提高交叉口的通行能力，不但能提高车辆通过交叉口的速度，减少延误，节约人们的出行时间，同时能避免该交叉口发生堵塞，保证交叉口临近路段及更远路段的顺利通行。现代城市交叉口信号控制理论研究证明：交叉口信号间的协调优化，使得交通流在交叉口处遇到绿灯信号而不停车等待(即形成道路双向交通流的“绿波带”)，将极大地改善交通拥堵现象。因此，对交叉口实行科学的管理与控制是重要研究课题,是保障交叉口的交通安全和充分发挥交叉口的通行能力的重要措施[2]。
淮安市运河大桥老桥建于1960年，位于主城区南北向的中轴线上，是淮海路的主要交通节点，交通量大，通行率高，但只有双向两车道。目前，大运河老桥从2016年9月20日至2019年3月19日进行拆除重建,主要是因为大运河老桥的通行能力较差，通行效率较低，桥梁承载力下降，已经成为市区交通流的瓶颈路段，与此同时，老桥通航孔已经不能满足正常通行的航道要求，存在较大的安全隐患。
论文通过对大运河桥封闭施工下影响区域内的主要交叉口采取信号配时方案设计与优化的改善措施，减少车辆通过交叉口的时间，加强通行效率，从而提高整个城市交通运行的效率，并运用VISSIM仿真软件对主要交叉口进行仿真优化和评价，以确定其是否满足实际需求。
1.2 国内外的研究现状
1.2.1 国外研究现状
从19世纪开始，人们已经使用交通信号控制灯指挥车辆安全通过交叉口。在交通信号配时方面，最为典型的信号配时模型为Webster信号配时模型。世界各国也先后研制出了一些大的信号协调控制系统，其中比较典型的有英国的TRANSYT系统和SCOOT系统、澳大利亚的SCATS系统、美国的RT TRACS系统、德国的MOTION系统以及日本的STREAM系统等。2015年，俄罗斯莫斯科理工学院的Babicheva T.S.通过对排队论的研究与优化交通信号来控制道路十字路口，他研究了基于在十字路口车辆的行为的排队论理论，推导了延误车辆来自一个方向的的基本公式，从长远角度分析了车辆在十字路口的行为并将获得公式应用到实际十字路口[3]；2015年，俄罗斯学者Babicheva T.S.，Babichev D.S.通过对交通流量的数值方法的建模研究来优化道路十字路口的信号配时，他首先对各种模型进行描述，用计算机微观模拟信号来控制道路交通的十字路口，然后针对不同十字路口状况相应采用不用的模型来控制道路十字路口[4]；2016年，美国学者Hao Chen，Hesham A.Rakha， Amara Loulizi，Ihab ElShawarby 和Mohammed H. Almannaa初步开发了实地测试车载EcoSpeed控制系统来控制十字路口，他首先对实地测试车载EcoSpeed控制系统进行了介绍，然后基于车辆保持常速或者加速通过十字路口和车辆需要减速到一个较低的速度然后保持速度通过十字路口这两个假设，提出EcoSpeed控制算法，并进行仿真数据分析[5]。
1.2.2 国内研究现状
我国对城市交通信号控制系统的研究起步较晚，但近年来，我国的许多学者也大量研究了交叉口的信号控制系统，并取得了一定成果。2014年，南京航空航天大学姜峰对城市道路交叉口信号智能控制方法进行了研究，他提出了一种基于模糊逻辑的六相位交通信号控制方法和具有公交优先的单交叉口模糊信号控制方法，同时他以车辆延误、停车次数和通行能力为控制目标，通过引进公交优先因子将公交车和社会车辆分开考虑，建立单交叉口的多目标优化模型，并对模型进行求解来获得最优的道路交叉口信号配时[6]；2015年，张庆彬，董文雷，马博元，贺媛媛对基于分布估计算法的单路口交通信号控制进行了研究，介绍了单路口交通信号控制优化模型，介绍了分布估计算法，包括分布估计算法运算流程，PBIL算法和EMNA算法[7]；2015年，上海理工大学的慕飞飞，张惠珍对基于遗传算法的单点交叉口信号配时优化做了研究，对遗传算法做了详细介绍以及算法迭代步骤，并通过实际案列进一步分析了基于遗传算法的优化配时方案[8]；2015年，北京交通大学的王明月对基于博弈论的道路交叉口信号配时方案做了研究，他阐述了博弈论的基本概念，介绍了典型博弈模型与博弈算法，分析了交叉口信号控制及其博弈方案的可行性，提出了基于合作博弈的交叉口信号配时方案[9]；2016年，吉林建筑大学的王西对公交优先策略下城市交叉口信号配时方法进行了研究，他先分别介绍了公交优先有信号配时的联系，然后对交叉路口信号配时方案改进前后对比分析，考虑了车辆延误的一般性交叉口信号配时，提出公交优先配时方案策略并对交叉口配时方案进行了改进[10]；2016年，湖州师范学院陶超，李超，赵骞等对基于模糊控制的城市单交叉口信号灯配时优化做了研究，他们首先对模糊控制理论做了简单概述，然后介绍了算法设计过程:包括数据获取、模糊控制模块的设计、模糊关系推算、解模糊化、计算车辆平均延误时间以及模拟生成交通流，最后对方案进行仿真及其结果分析[11]。
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外的研究现状 1
1.3 研究思路 3
2 交通信号控制基础理论 4
2.1 交通信号控制分类 4
2.2 交通信号控制参数 5
2.3 交通信号控制设置依据 6
2.4 交通控制系统评价指标 7
2.5 交叉口信号配时与优化 7
3 大运河桥封闭施工下交叉口信号控制方案设计 8
3.1 影响区域的确定 9
3.2 现状数据调查与分析 12
3.3 影响区域内各主要交叉口优化设计与仿真 20
4 基于VISSIM仿真的评价与优化 26
4.1 软件介绍及评价指标 26
4.2 交叉口现状仿真评价分析 27
4.3 交叉口优化方案仿真评价分析 33
总 结 40
致 谢 41
参 考 文 献 42
1 绪论
1.1 研究背景
城市交通是国民经济与社会发展的基础性产业，是社会经济活动中客流、物流的主要载体，与国民经济的发展和人民群众的生产生活息息相关。
城市交叉口是城市道路网的咽喉要道，其通行能力制约着城市道路的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
通达，是影响道路畅通的瓶颈[1]。充分利用交叉口的时空资源，按照现实的交通流给予相应的最适宜的交通信号控制，最大程度提高交叉口的通行能力，不但能提高车辆通过交叉口的速度，减少延误，节约人们的出行时间，同时能避免该交叉口发生堵塞，保证交叉口临近路段及更远路段的顺利通行。现代城市交叉口信号控制理论研究证明：交叉口信号间的协调优化，使得交通流在交叉口处遇到绿灯信号而不停车等待(即形成道路双向交通流的“绿波带”)，将极大地改善交通拥堵现象。因此，对交叉口实行科学的管理与控制是重要研究课题,是保障交叉口的交通安全和充分发挥交叉口的通行能力的重要措施[2]。
淮安市运河大桥老桥建于1960年，位于主城区南北向的中轴线上，是淮海路的主要交通节点，交通量大，通行率高，但只有双向两车道。目前，大运河老桥从2016年9月20日至2019年3月19日进行拆除重建,主要是因为大运河老桥的通行能力较差，通行效率较低，桥梁承载力下降，已经成为市区交通流的瓶颈路段，与此同时，老桥通航孔已经不能满足正常通行的航道要求，存在较大的安全隐患。
论文通过对大运河桥封闭施工下影响区域内的主要交叉口采取信号配时方案设计与优化的改善措施，减少车辆通过交叉口的时间，加强通行效率，从而提高整个城市交通运行的效率，并运用VISSIM仿真软件对主要交叉口进行仿真优化和评价，以确定其是否满足实际需求。
1.2 国内外的研究现状
1.2.1 国外研究现状
从19世纪开始，人们已经使用交通信号控制灯指挥车辆安全通过交叉口。在交通信号配时方面，最为典型的信号配时模型为Webster信号配时模型。世界各国也先后研制出了一些大的信号协调控制系统，其中比较典型的有英国的TRANSYT系统和SCOOT系统、澳大利亚的SCATS系统、美国的RT TRACS系统、德国的MOTION系统以及日本的STREAM系统等。2015年，俄罗斯莫斯科理工学院的Babicheva T.S.通过对排队论的研究与优化交通信号来控制道路十字路口，他研究了基于在十字路口车辆的行为的排队论理论，推导了延误车辆来自一个方向的的基本公式，从长远角度分析了车辆在十字路口的行为并将获得公式应用到实际十字路口[3]；2015年，俄罗斯学者Babicheva T.S.，Babichev D.S.通过对交通流量的数值方法的建模研究来优化道路十字路口的信号配时，他首先对各种模型进行描述，用计算机微观模拟信号来控制道路交通的十字路口，然后针对不同十字路口状况相应采用不用的模型来控制道路十字路口[4]；2016年，美国学者Hao Chen，Hesham A.Rakha， Amara Loulizi，Ihab ElShawarby 和Mohammed H. Almannaa初步开发了实地测试车载EcoSpeed控制系统来控制十字路口，他首先对实地测试车载EcoSpeed控制系统进行了介绍，然后基于车辆保持常速或者加速通过十字路口和车辆需要减速到一个较低的速度然后保持速度通过十字路口这两个假设，提出EcoSpeed控制算法，并进行仿真数据分析[5]。
1.2.2 国内研究现状
我国对城市交通信号控制系统的研究起步较晚，但近年来，我国的许多学者也大量研究了交叉口的信号控制系统，并取得了一定成果。2014年，南京航空航天大学姜峰对城市道路交叉口信号智能控制方法进行了研究，他提出了一种基于模糊逻辑的六相位交通信号控制方法和具有公交优先的单交叉口模糊信号控制方法，同时他以车辆延误、停车次数和通行能力为控制目标，通过引进公交优先因子将公交车和社会车辆分开考虑，建立单交叉口的多目标优化模型，并对模型进行求解来获得最优的道路交叉口信号配时[6]；2015年，张庆彬，董文雷，马博元，贺媛媛对基于分布估计算法的单路口交通信号控制进行了研究，介绍了单路口交通信号控制优化模型，介绍了分布估计算法，包括分布估计算法运算流程，PBIL算法和EMNA算法[7]；2015年，上海理工大学的慕飞飞，张惠珍对基于遗传算法的单点交叉口信号配时优化做了研究，对遗传算法做了详细介绍以及算法迭代步骤，并通过实际案列进一步分析了基于遗传算法的优化配时方案[8]；2015年，北京交通大学的王明月对基于博弈论的道路交叉口信号配时方案做了研究，他阐述了博弈论的基本概念，介绍了典型博弈模型与博弈算法，分析了交叉口信号控制及其博弈方案的可行性，提出了基于合作博弈的交叉口信号配时方案[9]；2016年，吉林建筑大学的王西对公交优先策略下城市交叉口信号配时方法进行了研究，他先分别介绍了公交优先有信号配时的联系，然后对交叉路口信号配时方案改进前后对比分析，考虑了车辆延误的一般性交叉口信号配时，提出公交优先配时方案策略并对交叉口配时方案进行了改进[10]；2016年，湖州师范学院陶超，李超，赵骞等对基于模糊控制的城市单交叉口信号灯配时优化做了研究，他们首先对模糊控制理论做了简单概述，然后介绍了算法设计过程:包括数据获取、模糊控制模块的设计、模糊关系推算、解模糊化、计算车辆平均延误时间以及模拟生成交通流，最后对方案进行仿真及其结果分析[11]。
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