延安路与淮海南路的交叉口信号控制优化
目 录
1 绪论 1
1.1 论文的研究背景和目的 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 主要研究内容 4
2 延安路与淮海南路交叉口现状 5
2.1 交叉口概况 5
2.2 交叉口交通流存在的问题 6
3 交叉口信号控制优化 8
3.1 交叉口交通调查 8
3.2 调查结果分析 12
3.3 交叉口渠化措施 13
3.4 交叉口信号配时优化 16
4 交叉口信号控制仿真与分析 18
4.1 VISSIM仿真软件介绍 18
4.2 交叉口信号控制仿真 18
4.3 仿真结果分析 21
结论 22
致谢 24
参考文献 25
1 绪论
1.1 论文的研究背景和研究目的
1.1.1 研究背景
随着经济的发展、城市化进程的加快以及小汽车逐步进入家庭，各城市的交通拥挤现象日趋严重，已经严重影响了城市的可持续发展及人民生活水平的提高；交通事故率居高不下，道路的交通安全已被广泛关注。然而，造成这些现象的主要原因是城市道路交叉口交通信号设置的不合理以及渠化设计的不科学。而信号配时不合理、渠化设计不科学的直接后果就是交叉口利用率低下，车辆通过交叉口的能力低。同时，由于我国人口众多，机动车、非机动车、行人之间的混行是交叉口交通拥挤最直接的原因。所以，优化现有交叉口的时空资源势在必行。国内外实践已经证明，交通信号配时和渠化设计对于组织、指挥和控制交通流的流向、流量、速度以及保证交通秩序、减少延误和交通事故均有十分重要的作用。实施交通信号与 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
渠化的优化设计，对提高信号交叉口的通行效率，减少交通事故具有现实的工程研究价值。
交叉口是提高整个城市道路网交通通行能力与交通安全水平的关键节点，日常交通拥挤大部分都是由于交叉口的通行能力不足造成的。车辆在平面交叉口处交通状况相当复杂，反复地分流、合流及交叉，各种交通流都在争夺有限的时空资源，通行空间的混乱和时间分配的失衡导致机动车和机动车之间、机动车和非机动车之间、机动车和过街行人之间相互干扰，既降低了行车速度，造成了交通堵塞，又容易产生交通事故，造成二次拥挤。
(1)交通拥挤产生的瓶颈在于交叉口。在我国大中城市中，每天都会发生不同程度的交通拥挤，从理论上讲是交通需求超过交通供给能力引起的，也有部分原因是交通事故、突发交通事件等引起。通常情况下，初始拥挤往往发生在城市道路的交叉口，但若响应和处理不及时，就会影响到路网的其他区域。
城市交通拥挤使交通延误增大，行车速度降低，带来了时间损失和燃料费用的增加；低速度行驶增加了排污量，导致环境恶化；另外，交通拥挤使交通事故增加，阻塞使人烦躁和不安，不但容易导致交通事故增多，而且影响工作效率和人的健康。
(2)交叉口是交通事故的常发地段。平面交叉口是城市道路交通网的重要枢纽点，其交通组成、交通特性非常复杂，是交通事故多发点之一。据资料统计，美国平面交叉口事故数占总事故数的36％左右：联邦德国城市交通事故的60％～80％发生在平面交叉路口；日本对死亡事故发生地点进行统计表明，发生在交叉路口及其附近的事故数占总事故数的42.2％；我国城市交通事故抽样统计表明，发生在交叉路口的交通事故数约为30％。此外，车辆在通过交叉口时，由于信号控制及其它因素干扰，将产生很大的延误，延误时间约占整个行程时间的31％。由此可见，正确地设计交叉口，合理地组织交通，对于减少交叉口对交通的不利影响，具有重要的现实意义。
因此如何改善交叉口行车秩序、在提高路网通行能力的基础上保证交通安全是亟待解决的问题。
1.1.2 研究目的
随着我国经济的快速发展，城市交通拥堵问题日益显著，对于交通问题，决策部门和研究机构的研究越加的深入，但是，道路资源非常紧缺，交通现状也不容乐观，而且，交通问题是一个比较系统的问题，也是一个非常复杂的问题，交通规划的建设需要一个直观的工具来引导，于是，交通仿真软件的出现显得尤其的重要。
交叉口是城市道路系统的重要组成部分，它是城市道路网中最常见和最直接的交通拥堵发生源，也是城市路网中最直接的交通事故多发地点，其直接导致的后果便是阻碍了交通的流畅和道路通行能力的降低，为了提高交叉口的通行能力和城市路网的通行能力，我们要从实际出发，了解交叉口交通运行的现状，找出交叉口为什么拥堵，从而有关部门根据拥堵原因正确的设计交叉口，对交叉口的交通进行合理的组织和渠化，这对整个城市交通的治理和改善都有很大的意义，交通仿真软件是对现实交叉口的模拟，从而得到仿真后的模拟数据，对于我们针对交叉口进行优化及改造起到很重要的作用。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1868年，英国的机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏特街口安装一种红绿两色的信号灯，这标志着城市交通信号使用的开始，由此在英国诞生了最早的采用信号方式控制交通流的思想。1926年，英国人在伍尔弗汉普顿安设了首座自动交通信号灯，标志着城市交通自动信号灯的诞生。这种自动信号灯，在缓解拥挤交通流和交通安全方面起了积极的作用。到了20世纪50年代，西欧、美国和日本等交通相对发达的国家，在引进并吸取英国信号机控制方式和思想后，各自在本国实现城市交通信号的自动控制。
1963年，加拿大建立了一套由计算机控制的交通信号控制系统，这是首个利用计算机技术对交叉口进行协调的交通信号控制系统，是交通信号控制技术发展的一个里程碑。计算机技术提高了信号控制系统的性能与水平，优化了信号配时[1]。从此，为有效解决日趋严峻的城市交通问题，世界各国先后都将计算机技术应用在交通信号控制中。
20世纪80年代初，先后出现了许多区域交通控制系统，如SCATS系统、SCOOT系统TRANSYT(Traffic Network Study Tool)系统、RHODES系统、OPAC（Optimization Policies for Adaptive Control）系统与PRODYN系统。
随着人工智能技术的发展，交通信号控制理论与方法引入了遗传算法、模糊控制和神经网络。1977年，Pappis提出城单向单点两相位的模糊控制方法，第一次把模糊数学应用在交叉口的信号控制中，为城市交通信号控制翻开崭新的一页。然而这种方法的建立基于理想的交叉口模型，不适合实际交叉口的应用。1986年，Anthony等人提出了将单交叉口的交通状况分为饱和状态、非饱和状态以及平稳状态、非平稳状态后再进行信号控制[2]。1992年，Foy等人提出了一种在两相位系统中使用GA来分配绿灯时间的方法[3]。2001年，Park等人针对固定周期提出了一种随机信号控制的优化方法。此方法利用仿真模型与一种GA的接口相结合来同时优化相位差、周期长度和绿信比[4]。2006年，Yi Jiang等人提出基于车队的主次干道的信号配时方法，这种方法主要针对主次干道，在现实应用中具有一定的局限性[5]。2007年，Ghassan Abulebdeh等人提出了拥挤状态下的交通信号控制方法，而这种方法需要通过已知交叉口拥挤持续时间来静态计算，存在一定的不足之处[6]。
1 绪论 1
1.1 论文的研究背景和目的 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 主要研究内容 4
2 延安路与淮海南路交叉口现状 5
2.1 交叉口概况 5
2.2 交叉口交通流存在的问题 6
3 交叉口信号控制优化 8
3.1 交叉口交通调查 8
3.2 调查结果分析 12
3.3 交叉口渠化措施 13
3.4 交叉口信号配时优化 16
4 交叉口信号控制仿真与分析 18
4.1 VISSIM仿真软件介绍 18
4.2 交叉口信号控制仿真 18
4.3 仿真结果分析 21
结论 22
致谢 24
参考文献 25
1 绪论
1.1 论文的研究背景和研究目的
1.1.1 研究背景
随着经济的发展、城市化进程的加快以及小汽车逐步进入家庭，各城市的交通拥挤现象日趋严重，已经严重影响了城市的可持续发展及人民生活水平的提高；交通事故率居高不下，道路的交通安全已被广泛关注。然而，造成这些现象的主要原因是城市道路交叉口交通信号设置的不合理以及渠化设计的不科学。而信号配时不合理、渠化设计不科学的直接后果就是交叉口利用率低下，车辆通过交叉口的能力低。同时，由于我国人口众多，机动车、非机动车、行人之间的混行是交叉口交通拥挤最直接的原因。所以，优化现有交叉口的时空资源势在必行。国内外实践已经证明，交通信号配时和渠化设计对于组织、指挥和控制交通流的流向、流量、速度以及保证交通秩序、减少延误和交通事故均有十分重要的作用。实施交通信号与 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
渠化的优化设计，对提高信号交叉口的通行效率，减少交通事故具有现实的工程研究价值。
交叉口是提高整个城市道路网交通通行能力与交通安全水平的关键节点，日常交通拥挤大部分都是由于交叉口的通行能力不足造成的。车辆在平面交叉口处交通状况相当复杂，反复地分流、合流及交叉，各种交通流都在争夺有限的时空资源，通行空间的混乱和时间分配的失衡导致机动车和机动车之间、机动车和非机动车之间、机动车和过街行人之间相互干扰，既降低了行车速度，造成了交通堵塞，又容易产生交通事故，造成二次拥挤。
(1)交通拥挤产生的瓶颈在于交叉口。在我国大中城市中，每天都会发生不同程度的交通拥挤，从理论上讲是交通需求超过交通供给能力引起的，也有部分原因是交通事故、突发交通事件等引起。通常情况下，初始拥挤往往发生在城市道路的交叉口，但若响应和处理不及时，就会影响到路网的其他区域。
城市交通拥挤使交通延误增大，行车速度降低，带来了时间损失和燃料费用的增加；低速度行驶增加了排污量，导致环境恶化；另外，交通拥挤使交通事故增加，阻塞使人烦躁和不安，不但容易导致交通事故增多，而且影响工作效率和人的健康。
(2)交叉口是交通事故的常发地段。平面交叉口是城市道路交通网的重要枢纽点，其交通组成、交通特性非常复杂，是交通事故多发点之一。据资料统计，美国平面交叉口事故数占总事故数的36％左右：联邦德国城市交通事故的60％～80％发生在平面交叉路口；日本对死亡事故发生地点进行统计表明，发生在交叉路口及其附近的事故数占总事故数的42.2％；我国城市交通事故抽样统计表明，发生在交叉路口的交通事故数约为30％。此外，车辆在通过交叉口时，由于信号控制及其它因素干扰，将产生很大的延误，延误时间约占整个行程时间的31％。由此可见，正确地设计交叉口，合理地组织交通，对于减少交叉口对交通的不利影响，具有重要的现实意义。
因此如何改善交叉口行车秩序、在提高路网通行能力的基础上保证交通安全是亟待解决的问题。
1.1.2 研究目的
随着我国经济的快速发展，城市交通拥堵问题日益显著，对于交通问题，决策部门和研究机构的研究越加的深入，但是，道路资源非常紧缺，交通现状也不容乐观，而且，交通问题是一个比较系统的问题，也是一个非常复杂的问题，交通规划的建设需要一个直观的工具来引导，于是，交通仿真软件的出现显得尤其的重要。
交叉口是城市道路系统的重要组成部分，它是城市道路网中最常见和最直接的交通拥堵发生源，也是城市路网中最直接的交通事故多发地点，其直接导致的后果便是阻碍了交通的流畅和道路通行能力的降低，为了提高交叉口的通行能力和城市路网的通行能力，我们要从实际出发，了解交叉口交通运行的现状，找出交叉口为什么拥堵，从而有关部门根据拥堵原因正确的设计交叉口，对交叉口的交通进行合理的组织和渠化，这对整个城市交通的治理和改善都有很大的意义，交通仿真软件是对现实交叉口的模拟，从而得到仿真后的模拟数据，对于我们针对交叉口进行优化及改造起到很重要的作用。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1868年，英国的机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏特街口安装一种红绿两色的信号灯，这标志着城市交通信号使用的开始，由此在英国诞生了最早的采用信号方式控制交通流的思想。1926年，英国人在伍尔弗汉普顿安设了首座自动交通信号灯，标志着城市交通自动信号灯的诞生。这种自动信号灯，在缓解拥挤交通流和交通安全方面起了积极的作用。到了20世纪50年代，西欧、美国和日本等交通相对发达的国家，在引进并吸取英国信号机控制方式和思想后，各自在本国实现城市交通信号的自动控制。
1963年，加拿大建立了一套由计算机控制的交通信号控制系统，这是首个利用计算机技术对交叉口进行协调的交通信号控制系统，是交通信号控制技术发展的一个里程碑。计算机技术提高了信号控制系统的性能与水平，优化了信号配时[1]。从此，为有效解决日趋严峻的城市交通问题，世界各国先后都将计算机技术应用在交通信号控制中。
20世纪80年代初，先后出现了许多区域交通控制系统，如SCATS系统、SCOOT系统TRANSYT(Traffic Network Study Tool)系统、RHODES系统、OPAC（Optimization Policies for Adaptive Control）系统与PRODYN系统。
随着人工智能技术的发展，交通信号控制理论与方法引入了遗传算法、模糊控制和神经网络。1977年，Pappis提出城单向单点两相位的模糊控制方法，第一次把模糊数学应用在交叉口的信号控制中，为城市交通信号控制翻开崭新的一页。然而这种方法的建立基于理想的交叉口模型，不适合实际交叉口的应用。1986年，Anthony等人提出了将单交叉口的交通状况分为饱和状态、非饱和状态以及平稳状态、非平稳状态后再进行信号控制[2]。1992年，Foy等人提出了一种在两相位系统中使用GA来分配绿灯时间的方法[3]。2001年，Park等人针对固定周期提出了一种随机信号控制的优化方法。此方法利用仿真模型与一种GA的接口相结合来同时优化相位差、周期长度和绿信比[4]。2006年，Yi Jiang等人提出基于车队的主次干道的信号配时方法，这种方法主要针对主次干道，在现实应用中具有一定的局限性[5]。2007年，Ghassan Abulebdeh等人提出了拥挤状态下的交通信号控制方法，而这种方法需要通过已知交叉口拥挤持续时间来静态计算，存在一定的不足之处[6]。
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