城市信号控制交叉口仿真研究与优化设计

文章分析了西安市翠华路-育才路道路交叉口拥堵的原因,研究了从改善信号配时方案角度对交叉口进行优化的可行性,并相应地进行仿真评估,以出行时间、平均排队长度为指标对现状配时方案比较,说明优化效果。     

基于排队紧张系数的瓶颈交叉口信号配时研究

针对传统单点交叉口信号配时方法对于过饱和状态下瓶颈交叉口不适用的情况,定义了排队紧张系数并提出了基于排队紧张系数的瓶颈交叉口信号配时方案,讨论了过饱和状态下最佳周期时长的计算；用实测交叉口数据进行VISSIM仿真,对比分析了传统信号配时方案和基于排队紧张系数的配时方案的效果,结果表明基于排队紧张系数的配时方案对瓶颈路段排队强度的改善有非常明显的作用.     

基于交通预测的多态交通流信号控制

为解决现有信号控制方法对多态交通流交叉口适应性不足的问题,通过在交叉口设置多功能进口车道和车辆检测器、车道控制器等硬件设施,进行了短时交通流预测基础上的多态交通流条件下交叉口信号配时优化研究。根据交通量预测数据,建立信号控制延误估计模型,以交叉口总延误最小为优化目标选取多功能车道流向,根据每相位最大排队长度逐步优化绿灯时长并实施信号控制。短时交通预测以小波分析为基础,采用RBF神经网络及Markov链分别预测交通流的稳态与随机部分。使用VISSIM软件对设置多功能车道的交叉口多态流信号控制方法进行了交通仿真。分析结果表明：该方法可有效降低行车延误,提高交叉口服务水平。     

基于轨迹数据的单交叉口信号配时优化方法

随着城市化的发展,城市路网变得更加复杂,交通量日益增多.传统的数据采集方式如线圈、卡口存在铺设难度大、维护成本高、数据缺失等缺点.随着网络出租车的兴起,海量的轨迹数据被收集起来.本文整合了基于轨迹数据的交叉口排队模型和交叉口启动波模型,估计路口各相位排队长度,并应用交通波理论对交叉口各相位配时进行优化,建立了基于轨迹数据的单交叉口信号配时模型.该模型采用交叉口SCATS系统实际数据进行路口建模,经仿真验证,相较于原配时方案与Webster配时方法,该模型能够将交叉口延误分别降低61.37%和36.95%,验证了该模型的有效性.      

信号交叉口延误及排队长度的实证研究和应用

信号交叉口进口道延误、排队长度和信号周期、配时、车流到达率及交通量的关系研究，是城市道路交通微观运行分析和评价的核心。经典的Webster信号交叉口进口车道延误计算公式，在我国城市无法直接采用。本文通过实证研究，设计有效的调查方法，通过大量信号交叉口进口道调查数据拟合出相关性很高的城市或城市特定地区的定量关系式，可用来预测和评价交通供给或交通流量变化后的交通运行状况。最后以实际项目为例，进行交通影响评估研究。     

环形信号交叉口进口道车辆延误及排队长度计算方法

由于环形交叉口的内在局限性,大部分的环形交叉口被改造为常规的十字交叉口或环形信号交叉口。为了分析环形交叉口内车流特性,针对环形信号控制交叉口,分析影响进口车道车辆延误与排队长度的因素;提出了2种常见的环形交叉口相位方案;根据每种相位方案,考虑进口道内侧车道、外侧车道的交通流运行特性,分别建立了进口道内侧车道、外侧车道的车均延误和平均排队长度计算模型,将内外侧车道区别考虑有利于分析环形交叉口内车流特性。以哈尔滨市博物馆环形交叉口为例,通过Vissim仿真软件得到仿真结果,将模型计算结果与仿真输出结果进行比较,结果基本相近。论证了模型的准确性。     

过饱和条件下信号交叉口协调控制可靠性优化

以避免交叉口出现死锁和减少绿灯时间浪费为目标,利用交通流波动理论,建立了一种过饱和条件下的信号交叉口协调控制的可靠性优化模型,并提供了可靠性区间的计算方法.该模型基于信号控制交叉口处不同的排队溢出形式和交通流波动状态的分类研究,以控制排队溢出形式和上下游交叉口通行能力匹配作为约束条件,以增大排队溢出缓冲时间作为优化目标.通过仿真试验表明,该策略可以减少延误24.6％,同时交叉口的死锁概率降低30％,能有效地承受过饱和交通流的冲击,提高路网的可靠性.     

检测器数据的精确度对全感应控制的影响分析

为了研究交叉口检测器的精确度对全感应信号控制的影响效果,利用Python程序模拟全感应信号控制的控制策略,使用淮安市实际交叉口调查数据在Vissim软件中对单个交叉口进行交通仿真建模.分析对比在不同车辆检测器的精确度下,交叉口采用全感应信号控制方案时的评价指标,主要包括排队长度、车均延误、停车次数等.结果表明,在低峰、平峰和高峰时期,当车辆检测器的精确度分别达到90%,85% 和70% 时,对排队长度、车均延误和停车次数的改善效果最为明显.交通流量的大小会影响检测器的精确度对全感应信号控制的控制效果.交通流量较小时,全感应信号控制对检测器的精确度要求较高.随着交通流量增大,即使较低精确度的检测器也可以使全感应信号控制达到较为理想的控制效果.而当交通流量达到饱和或者过饱和时,检测器的精确度将不再影响全感应信号控制的控制效果.      

信号交叉口增量延误分析

为了对交通信号控制参数进行优化,需对交叉口延误进行定量分析与计算.对已有的平面信号交叉口增量延误模型提出了改进,并且对该模型进行了校正.针对交叉口处于非饱和与过饱和状态下的交通状况,用排队论分析并推导了交叉口增量延误公式.其结果既完善了现有的延误计算理论,又可为设置信号相位提供理论依据.     

基于比功率法的信号控制交叉口排队车辆尾气排放估计

为了优化信号控制参数以降低机动车在交叉口上的尾气排放,分别根据排队车辆的减速工况、怠速工况、加速工况,按照比功率法建立了一种新颖的反推估计方法,定量估计信号控制交叉口前排队车辆的尾气排放总量,并建立了信号控制参数优化的尾气排放评价依据,最后应用建立的模型对某个单点定时信号控制交叉口前排队车辆的尾气排放进行了估计.研究结果表明:该方法能依据比功率计算公式反推出加速过程和减速过程经历的所有比功率区间对应的时间长度;可根据车辆的到达和离去特征、信号配时参数计算每周期的总停车次数和平均停车延误,以此作为受信号控制影响的停车车辆总数及怠速工况对应的时间长度;应用该方法估计尾气排放是可行的.     

信号交叉口排队长度预测的神经网络方法

预测信号交叉口的排队长度可以为交通信号控制和管理提供非常重要的信息。基于神经网络，针对定时和感应信号交叉口两种不同情况，成功实现了单、双车道排队长度的预测。同时，感应器与停车线之间的距离对预测精度的影响也进行了初步分析。模拟结果同时表明，神经网络对左转车道排队长度的预测效果不佳，不能为信号控制和管理提供有效的信息。     

信号控制交叉口过饱和状态识别研究综述

信号控制交叉口过饱和交通状态的准确识别是进行控制策略调整及优化的前提和基础,文中对其研究进行综述分析。在文献研究的基础上,给出了信号控制交叉口过饱和状态研究的总体脉络,将研究分为过饱和状态界定和过饱和状态辨识2个主要部分。在过饱和状态界定方面,从孤立交叉口过饱和状态与交叉口群过饱和状态两个方面人手综述了过饱和状态界定的条件和方法。在过饱和状态识别方面,基于本交叉口交通流检测数据的过饱和状态识别基础模型和考虑关联交叉口状态数据及信号控制数据的修正模型2方面综述了信号控制交叉口过饱和状态的识别方法。结合最新研究成果对未来发展方向进行了分析。     

Shockwave-based queue estimation approach for undersaturated and oversaturated signalized intersections using multi-source detection data

With the progress of information and sensing technologies, estimating vehicular queue length at signalized intersections becomes feasible and has attracted considerable attention. The existing studies provided a solid theoretical foundation for the estimation; however, the studies have some restrictions or limitations more or less. This paper presents a new methodology for estimating vehicular queue length at signalized intersections using multi-source detection data under both undersaturated and oversaturated conditions. The methodology applies the shockwave theory to model queue dynamics. Using data from probe vehicles and point detectors, analytical formulations for calculating the maximum and minimum (residual) queue lengths of each cycle are developed. Ground truth data were collected from numerical experiments conducted at two intersections in Shanghai, China, to verify the proposed methodology. It is found that the methodology has mean absolute percentage errors of 17.09% and 12.28%, respectively, for maximum queue length estimation in two tests, which are reasonably effective. However, the methodology is unsatisfactory in estimating the residual queue length. Other limitations of the proposed models and algorithms are also discussed in the paper.     

基于抽样车辆轨迹数据的信号控制交叉口排队长度分布估计

排队长度是评价信号控制交叉口运行状态的重要参数之一。现有大多数基于抽样车辆轨迹数据的排队长度估计方法可以实现周期级排队长度估计，但是需要信号配时、渗透率或车辆到达分布等实践中难以获取的输入信息。此外，这类方法在低渗透率条件下往往难以确保估计结果的准确性和可靠性，极大地限制了其实用性。因此，提出一种抽样车辆轨迹数据驱动的时段级信号控制交叉口排队长度分布估计方法，可不依赖任何交通流理论模型和前述输入信息实现排队估计。首先，通过理论推导可以证明时段内抽样车辆的停车位置分布和排队长度分布之间可互相转化；然后，提出一种扩展的核密度估计方法来拟合并平滑抽样车辆停车位置分布，从而有效地适应不同日期和周期的轨迹叠加所带来的波动，提高方法的适用性；最后，基于前述推导和拟合的停车位置分布实现时段排队长度分布、平均排队长度和百分位排队长度估计。分别采用仿真和实证数据对上述方法进行验证和评价。结果表明，通过叠加5 d相同时段的抽样轨迹数据，15 min的平均排队长度估计误差仅为1.59 veh，相对误差仅为9%。同时，面向不同分析时长，只要给定超过100 veh抽样车辆的观测样本，无论渗透率高低，所提出的方法在定时或自适应信号控制交叉口都可实现时段排队长度分布的准确估计，其成果可进一步用于信号控制交叉口运行可靠性评估以及多时段定时信号控制的鲁棒优化。     

考虑拖延行为的排队长度模型研究

HCM2000 Back of Queue模型(BQ模型)的计算值比实际调查值偏大,而且模型关于排队车辆的界定不能保证现场调查的客观性。提出了车辆拖延行为的定义,分析了拖延行为使BQ模型偏大的2种情况。建立了拖延行为模型,将车辆减速-停车等待-加速过程转化为温和减速-低匀速-温和加速的3阶段模型。通过低匀速行驶时间与停车时间之间的关系,可以得到车辆发生拖延行为的条件。建立了考虑拖延行为的排队长度与BQ模型之间的关系,并以首辆拖延车辆能否通过交叉口以及饱和度是否大于1为判别条件,提出了排队长度修正模型。通过实例验证了修正模型的可行性,而且修正模型可以保证现场调查的客观性和可操作性。     

Probe vehicle lane identification for queue length estimation at intersections

Vehicles instrumented with Global Positioning Systems, also known as GPS probe vehicles, have become increasingly popular for collecting traffic flow data. Previous studies have explored the probe vehicle data for estimating speeds and travel time; however, there is very limited research on predicting queue dynamics from such data. In this research, a methodology was developed for identifying the lane position of the GPS-instrumented vehicles when they are standing in the queue at signalized intersections with multiple lanes, particularly in the case of unequal queue. Various supervised and unsupervised clustering methods were tested on data generated from a microsimulation model. Among the tested methods, the Optimal Bayes Rule that utilizes probability density functions estimated using bivariate statistical mixture models was found to be effective in identifying the lanes. The methodology for lane identification was tested for queue length estimation. This research confirms that the lane identification is an important step required prior to the queue length estimation. The accuracies of the models for lane identification and queue length estimation were evaluated at varying levels of demand and probe vehicle market penetrations. In general, as the market penetration increases, the accuracy improves as expected. The result shows that 40% market penetration rate is adequate to reach about 90% accuracy.     

基于FSM的多Agent信号交叉口微观建模仿真

利用多Agent技术对信息环境下信号交叉口进行建模,分析了驾驶员Agent和信号灯A—gent的有限状态机结构,探讨了基本转换规则的状态转换,并给出了系统模型实现的框架。所提出的模型能充分描述信息环境下信号交叉口的各个体的行为状态以及状态转换,转换规则可以根据实际交通数据进行修改和标定,可适用于信息环境信号交叉口的运行分析。     

信号交叉口控制延误模型研究

信号交叉口延误是评价信号交叉口运行效率和服务水平的重要度量。本文在分析已有控制延误模型的基础上,根据不同的交通状况,采用对增量延误协调变换的方法得到了新的控制延误模型,同时对模型中的参数加以标定,并与美国通行能力手册给出的延误公式作了比较。     

惠州市鹅岭立交改造工程方案研究

为充分论证环形立交改造方案的科学性和合理性,通过间隙接受理论模型和国内普遍推荐的信号交叉口通行能力计算方法分析了惠州市鹅岭立交现状和改造后的通行能力。结果表明,环形立交的通行能力较低,已不适应当今汽车保有量较高的城市发展需求,改立交为信号控制的平交口可有效提高交叉口的服务水平。可见,改环形立交为平交是合理、可行的。