基于动态信号配时的非线性规划模型

为提高整个路网的通行效用,根据周期时长、相位绿信比与机动车延误特征,建立周期波动动态信号配时的非线性规划模型.信号控制系统根据路网中各路段机动车的流量特征,进行动态调整信号周期时长和各相位绿信比的最优配置,从而合理分配各进口车道的通行权.结果表明:运用动态信号配时法和固定信号配时法交通分配的结果基本一致,运用动态信号配时法与固定信号配时法相比,动态信号配时法使机动车在十字交叉口上效用提高10％左右,在T型交叉口上效用提高30％左右,较好地适应各种交通状态的变化.在非机动车交通量较小的交叉口,动态信号配时有利于非机动车通行效用的提高;而在交通量较大的交叉口上,动态信号配时对非机动车的通行效用有较小量的波动.     

含可变导向车道交叉口的车道功能与信号控制协同优化方法

可变导向车道作为1种灵活的交通组织方式,可通过动态调整进口道的车道功能来提高交叉口的通行效率,然而在实际运行过程中,仅在直、左车道间切换的可变导向车道交叉口存在时空资源利用率不足的问题。为此研究了1种可在直行、左转和直左合用车道间切换的车道功能与信号控制协同优化方法。根据交叉口实时的交通流数据,综合考虑不同车道功能下的交叉口车均延误、切换时间间隔、交通需求变化稳定性等指标对车道功能切换进行判断,实现车道功能与信号控制的动态优化;引入含可变导向车道交叉口的车道驶离流率修正系数改进延误公式,并考虑车道功能与信号相位之间的关系,基于相位矩阵建立以车均延误最小为目标的优化模型,确定最优的车道功能、相位和信号配时方案。利用VISSIM软件搭建仿真环境,以武汉市建设大道-新华路交叉口为例进行仿真验证,实验结果表明：相比于车道功能仅在直、左间切换的定时控制方法,采用在直行、左转和直左合用车道间切换的车道功能与信号控制协同优化方法的交叉口车均延误减少9.2%～12.5%,含有可变导向车道的进口道车均延误减少10.8%～25%,平均排队长度减少9.8%～12.3%。     

信号交叉口直右动态车道优化设计及评价分析

在现实城市道路网络中,信号交叉口进口道采用直右共用车道的设置形式,会产生红灯期间直右车道上直行车辆停车等待影响右转车辆正常通行的现象,从而引起交叉口右转车辆延误增加以及整个交叉口通行效率降低的问题.为了解决这一问题,依据预信号以及动态车道的理念,设计了直右车道和相邻直行车道上车辆的运行规则,同时将可变信息显示板与主信号...     

一种改进的移位左转车道信号控制方法及其效用分析

针对交叉口传统移位左转交通组织存在的交通冲突与通行效率问题，提出了一种改进的移位左转车道设置方法，并分析改进前、后的交通冲突状况。综合考虑行人与非机动车的过街需求，分析路段左转信号与交叉口主信号之间的协调控制关系，设计改进的移位左转交叉口相位方案，建立移位左转交叉口设计要点计算模型，包括移位左转车道长度、路段左转变道段长度、路段左转车储存段长度。假设车辆到达服从泊松分布，推导并建立改进的移位左转交叉口各相位的延误计算模型。以车均延误最小为目标，构建改进的移位左转交叉口信号控制参数优化模型，采用穷举法给出其求解算法。从左转交通量、移位左转车道长度、交叉方向右转车辆比重3个方面分析改进方法的适用条件，并借助VISSIM仿真，使用在哈尔滨市交叉口收集的数据验证改进方法的效用。研究结果表明：当移位左转车道长度为100 m左右时，该交通组织方式可以发挥最大效益；改进的移位左转交通组织较改进前交叉口车均延误下降了16.1%，验证了所提改进方法的有效性；当左转交通量小于400 pcu·h^-1，交叉方向右转交通量比重大于25%时，采用改进的移位左转方法，交叉口的通行效率改善更加显著。研究成果可为移位左转车道的设置及信号配时提供依据。     

基于通行能力的借对向车道左转交叉口信号控制模型优化

借道左转是一种在交叉口现有车道设置基本不变的情况下,为了保证更多的左转车辆可以快速通过交叉口而借用对向出口车道进行左转的新型交通组织方式。该交通组识方式适用于当前有专用左转信号相位且左转车流量较大的交叉口。基于苏州市人民路-十梓街交叉口的实际运行困境,在该交叉口进口道进行借对向车道左转的渠化设计和信号控制方案设计,以此来提高交叉口的交通流通行效率。通过分析车流到达情况和车道使用情况,基于传统交叉口通行能力公式,建立借道左转交叉口通行能力模型。接着以左转通行能力最大为目标,以预信号时长、借道左转车道的开口位置为优化变量,建立了交叉口信号控制方案优化模型,并采用迭代算法进行求解。最后通过仿真试验,利用人民路-十梓街交叉口的实际运行数据对所建立的优化控制方案进行验证,证明模型的有效性。结果表明:优化后的借道左转方案可以提高左转机动车通行能力,降低进口道延误,提高交叉口的整体运行效率;对于设置了借道左转车道的两个南北向进口道,左转车道的平均延误分别降低了35%和33%,平均排队长度也有显著下降,且对没有设置借道左转的东西进口道影响较小,说明该借道左转组织方案在左转车流量较大的交叉口适用性良好,具有实践价值和可操作性。     

交叉口移位左转设置方法研究及仿真分析

左转交通流在城市道路交叉口处产生的冲突点最多,合理组织左转交通流能够有效提高交叉口的通行效率.结合交叉口现实情况,提出移位左转放行方法,该方法将左转车道转移至对向车道,实现相对方向直行和左转车辆同时放行,消除交叉口左转产生的交通冲突、减少信号相位数、提高绿信比,从而提高直行车辆乃至整个交叉口的通行效率.针对此方法设计了移位左转交叉口的几何物理模型,进一步提出了一种联动控制算法来判定该方法的适用条件;阐述了该方式下慢行交通组织方法;并通过Vissim微观仿真对满足适用移位左转条件的实例交叉口进行了对比验证.仿真结果表明,设置移位左转后,该实例交叉口主信号总车均延误比现状交叉口主信号总车均延误减小了24.53s,交叉口通行效率得到提高.      

临界饱和状态交通干线协调控制模型

为提升临界饱和状态下干线车流通行效率，提出了一种基于冲击波理论的干线双向信号协调控制方法。首先，建立了考虑车速变化、转向比例、车道变化等因素的干线交通流模型，分析了临界饱和交通干线交通流运行状态与各参数间的关系。第二，构建了以干线双向通过量最大化为优化目标的混合整数线性规划模型，通过优化干线公共周期和各交叉口绿信比以提高干线通行能力。第三，构建了以延误最小化为优化目标的二次规划模型，并提出了相应的求解算法，通过优化相位差和相位方案实现了干线交叉口的信号协调。临界饱和交通干线协调控制模型由通过量最大化模型和延误最小化模型构成，考虑各交叉口间的制约影响关系，有效避免了排队滞留、溢出、交叉口“死锁”等现象。采用两阶段优化方法，通过通过量最大化模型优化周期及绿信比，继而应用延误最小化模型优化交叉口相位方案及相位差，获得干线系统双向信号协调最优控制方案。最后，应用临界饱和交通状态干线协调控制模型对南京市中山东路10个交叉口进行了信号协调优化，并对优化结果进行了仿真分析。结果表明：临界饱和交通状态干线协调控制模型能对双向临界饱和干线的信号控制方案进行优化，与对照方案相比，优化方案的双向总交通量提升了21.9%，车均延误降低了63.1%，通行能力与服务水平提升显著。     

出口车道左转交叉口几何及信号组合优化模型

为了进一步提高出口车道左转这种非常规交叉口的运行水平,提出了一种基于组合设计的优化方法。优化模型以储备通行能力最大作为优化目标,考虑交通流量、车道功能划分、主信号控制、预信号控制、综合功能区长度以及饱和度等约束条件,描述了优化参数间的相互关系,建立了混合整数非线性规划模型。该模型将交叉口几何布置与信号控制的关键参数整合在一个统一的优化框架中,以保障设计结果最优。通过将模型转化为一系列混合整数线性规划,采用分支定界法对其进行求解,进而通过算例和敏感性分析验证出口车道左转交叉口的优化效益。研究结果表明:利用出口车道左转的设计方法不仅可在饱和度较大的情况下显著提升交叉口通行能力,使原本处于过饱和状态的交叉口变为不饱和;而且在低流量水平下,也有助于减少交叉口延误和排队长度,算例中分别降低1.2%和5.1%;并且优化效益随左转交通量比例以及使用该设计方法岔口数的增加而增加,左转交通量比例每增加5%,该设计方法计算的通行能力将增加1%~5%,平均每增加1个岔口的使用,可使交叉口通行能力提高6.1%。     

借用公交专用道左转的主预信号控制方案优化

设置有路中式公交专用道的交叉口进口道存在因公交与其他车辆两股平行车流在路口同时左转、直行和右转而形成的多路交织现象，传统信号控制方案已无法消除这类交叉口相位放行造成的交织冲突问题。为解决该问题，设计了一种借用公交专用道左转的新型交叉口，规定了各流向车辆的运行规则，同时设计了主信号与预信号相位方案及相互协调配时关系。具体来说，根据公交直行车辆和其他左转、直行车辆的到达-驶离图式，分别建立各流向不同情况下车辆的延误与停车次数计算方法，以交叉口车均延误与车均停车次数加权的当量费用最小为目标，建立交叉口信号配时优化模型。为验证该优化控制策略的有效性，结合算例对传统控制方案和优化控制方案进行比较，并分析等待区长度对车辆排队演化过程的影响，确定优化方案适用场景。结果表明：相对于传统方案，优化方案增加了交叉口的通行能力，使得车均当量费用下降比例达到了32.3%；参数灵敏度分析显示，主信号等待区长度宜设置为80 m。所提出的控制策略通过借用公交专用道左转，提高了交叉口的利用效率，最大限度地降低了对公交优先策略实施的影响，能够完全消除设置有路中式公交专用道交叉口相位放行中的交通交织冲突现象，以保证交叉口行车安全。     

平行流交叉口延误计算及信号配时鲁棒优化模型

为解决平行流交叉口在实际应用中因交通波动导致主预信号协调效果不佳、移位左转车道上车辆排队溢出等问题,研究了基于情景的鲁棒优化控制方法。通过解析平行流交叉口交通运行机理,确定了交通需求、饱和流率和运行车速的随机波动会影响其运行稳定性,以此关联时变交通供给与平行流交叉口控制的耦合特征。进而构建了车均延误平均值-标准差目标函数,利用权重系数直观反映决策者对通行效率和稳定性偏好程度。在此基础上,考虑主预信号协调控制、车道功能划分、车道清空等约束条件,建立了平行流交叉口鲁棒优化模型。结合移位左转车道上车辆运行规则,基于车辆到达-驶离图式推导给出延误计算模型。研究结果表明：延误模型仿真验证中,左转和直行车均延误相对误差绝对值的平均值不超过3%,且最大值不超过6%,拟合效果较好。案例分析中,鲁棒优化相对于确定性优化,在延误均值仅增加2.24%的情况下,延误标准差降低了21.23%,说明鲁棒优化在几乎不损失交叉口通行效率的前提下,提高了平行流交叉口运行稳定性,使信号控制更符合实际交通运行需要。敏感性分析中,目标函数值随移位左转车道长度、设计速度的增加呈先减后增的变化趋势,故设计阶段移位左转车道长度的取...