信号交叉口控制延误算法的适应性研究

智能交通系统中的交叉口信号配时优化方法比较研究智能交通系统（Intelligent Transportation System，简称ITS）的发展已经为城市交通管理和交通运输带来了巨大的变革。

而交叉口是城市道路网络中最繁忙、最复杂的部分之一，因此，交叉口信号配时的优化对于提高交通流效率、减少车辆延误、缓解交通拥堵具有重要意义。

本文将比较研究几种常见的交叉口信号配时优化方法，希望能够为智能交通系统的进一步发展提供参考。

一、传统的交叉口信号配时优化方法1. 固定配时方法固定配时方法是最早也是最简单的交叉口信号配时方法之一。

它是通过根据交叉口繁忙方向的通行需求确定各个方向的信号灯显示时间，并在整个时间段内保持不变。

这种方法的优点是操作简单、适用范围广；缺点是不能根据实时交通流量变化进行调整，因此在交通流量变化较大的情况下效果不佳。

2. 阶段配时方法阶段配时方法是基于事先确定的信号灯阶段组合，根据交叉口的流量情况及调度要求来选择合适的信号灯阶段组合，以适应交通流量的变化。

这种方法相对于固定配时方法来说，在适应交通流量变化方面有一定的灵活性，但是还是需要事先确定好阶段组合，对于交通流量变化较为剧烈的交叉口，效果依然不理想。

二、基于智能交通系统的交叉口信号配时优化方法1. 基于车辆传感器的实时配时方法该方法通过在交叉口的车道上安装车辆传感器，实时感知车辆的存在与否，以此为基础进行信号灯的配时。

当车辆经过传感器时，传感器会向交通信号控制器发送信号，交通信号控制器据此进行智能的信号配时。

该方法可以根据交通流量的变化进行即时调整，有效地减少车辆等待时间，提高交通效率。

2. 基于智能算法的优化配时方法这种方法利用智能算法（如遗传算法、模拟退火算法等）对交叉口的信号灯配时进行优化。

首先，利用传感器采集到的交通数据来建立优化模型，然后，应用智能算法对模型进行求解，以得到最优的信号配时方案。

这种方法可以根据实时交通数据进行智能调整，以适应交通流量的变化和优化交通状况。

摘要交通延误是评价道路运行效率和服务水平的重要度量，它不仅反映了司机不舒适性、受阻程度、油耗和行驶时间的损失，还反映了道路设计和交叉口信号控制方案设计的合理性。

因此，延误分析对评价道路服务水平、交叉口信控方案设计有着很大的意义。

本论文针对道路交通延误计算问题进行了研究，包括交叉口延误和路段延误。

首先论述了交通延误的各种概念，然后探讨了各种情况下道路交通延误的计算方法，并结合方法给出了具体实例分析，最后在此基础上还阐述了道路服务水平的评价方法。

具体地说，本文内容共由七部分组成。

第一部分为绪论，简要地提出了问题，并说明了本论文研究的目的和意义。

第二部分主要对交通延误的常用概念和影响因素作了简要介绍，并介绍了延误的研究状况和目前所存在的一些问题。

第三部分对交叉口延误的计算作了概述，分析了车头时距分布，并分别对无信号交叉口和信号交叉口的延误计算方法作了详细论述，这一部分是本篇论文的重点。

第四部分针对交叉口的延误计算做了实例分析，并对部分方法提出了改进方案。

第五部分对路段延误的计算方法作了详细论述，并结合实例进行了计算分析。

第六部分通过前面延误的分析讨论了道路服务水平的评价方法。

第七部分为结束语，对本文的研究成果和不足之处作了最后的总结。

关键词：交通延误；延误计算；车头时距；服务水平AbstractTraffic delay is the measurement on estimating road efficiency and service level, which not only reflects unconformity of drivers, block level, oil losing, and time losing, but also reflects the rationality of the traffic and signal design. Therefore, traffic delay analysis is of great importance to the estimate of road service level and traffic signal design. This study is aimed at the account of traffic delay, which includes road delay and intersection delay. This study firstly discusses kinds of traffic delay concept, secondly discusses the account means of traffic delay in different conditions, thirdly gives some examples of traffic delay account, and finally expatiates the means of road service estimate. In detail, this study consist s of seven chapters. The first chapter puts out the question in brief, and explains the purpose and significance of the study. The second chapter simply introduces some concepts and influence factors of traffic delay, shows the general situation and some problems of traffic delay research. The third chapter, which is the core of this study, gives a brief introduction of the account of traffic delay, analyses the vehicle time gap distribution, and expatiates the delay account means of intersection with and without traffic signal. The fourth chapter gives some example of intersection delay, and improves some means. The fifth chapter expatiates the account means of road delay, and gives some examples. The sixth chapter explains the means of road service estimate based on the analysis of delay above. And the seventh chapter is the end of the study, which explains the value and deficiency of the study, and sums up the effect on myself.Key Words: Traffic delay; Delay account; Vehicle time gap; Service level目录第一章绪论 (1)1.1问题的提出 (1)1.2本文研究的目的和意义 (2)1.3论文的内容安排 (2)第二章交通延误概述 (3)2.1交通延误的基本定义 (3)2.2交通延误的影响因素 (5)2.3延误研究的现状及趋势 (5)2.4目前延误研究存在的问题 (6)第三章交叉口延误计算 (8)3.1交叉口延误计算概述 (8)3.2车辆到达率和车头时距分布分析 (9)3.2.1 到达率服从Poisson分布的车头时距分析 (9)3.2.2 到达率服从负二项分布的车头时距分析 (10)3.3无信号交叉口延误计算 (11)3.3.1 无信号交叉口延误概述 (11)3.3.2 无信号十字交叉口延误计算 (11)3.3.3 无信号环形交叉口延误计算 (15)3.4信号交叉口延误计算 (20)3.4.1 传统数学模型法 (20)3.4.2 实地观测法 (23)3.4.3 路口拓宽条件下的延误计算 (26)3.4.4 交叉口设有左转信号灯的延误计算 (31)第四章交叉口延误计算实例分析与方法改进 (37)4.1点样本法的实例计算与方法改进 (37)4.1.1 实例分析 (37)4.1.2 点样本法的评价 (38)4.1.3 点样本法改进 (39)4.1.4 结论 (40)4.2路口拓宽条件下延误计算方法改进和实例 (41)4.2.1 改进方法 (41)4.2.2 改进方法实例分析 (42)第五章路段延误计算与实例分析 (45)5.1输入输出法概述 (45)5.2实例分析 (46)5.3输入输出法的评价 (49)第六章道路服务水平的评价 (50)6.1服务水平的概念 (50)6.2影响服务水平的因素分析 (50)6.3结论 (52)第七章结束语 (53)7.1本文的研究成果 (53)7.2本文的不足之处 (53)7.3小结 (54)参考文献 (55)第一章绪论1.1 问题的提出随着道路交通事业的发展，我国各大城市的高等级道路越来越多。

专 业 推 荐↓精 品 文 档(Transportation Science&Engineering)信号交叉口延误分析几种常用方法的比较3姚裔虎　赵跃萍(武汉理工大学交通学院　武汉　430063)摘要:延误是评价交叉口服务水平和车辆通行效率的一个重要指标.文中引入停车延误和控制延误的概念,分别采用现场调查法、HCM2000算法以及仿真方法对停车延误和控制延误进行了分析计算,并以武汉市小东门交叉口信号控制方案设计为例,应用V ISSIM4.10仿真软件对其延误进行了仿真计算分析,通过与点样本法、HCM2000算法的计算结果比较,表明V ISSIM软件在信控交叉口延误计算分析中具有较好的精准性和有效性,可以作为交叉口延误分析评价的有效方法之一.关键词:信号交叉口;延误分析;V ISSIM仿真中图法分类号:U491DOI:10.3963/j.issn.100622823.2009.04.0200　引 言信号交叉口延误是由于交叉口处信号控制引起交通流间断而损失的车辆行驶时间,包括排队延误、停车延误、控制延误、引道延误等[1].用于评价信号交叉口服务水平的延误主要是平均停车延误和平均控制延误.平均停车延误实际应用中易于测定,已被研究人员广泛接受,有许多研究用平均停车延误方法来评价信号交叉口的服务水平.但是进入交叉口的部分车辆还要经历减速延误和加速延误,这是由于交叉口的实际交通流是周期性中断的,每次交通流被迫减速、停止,然后再次启动、加速,这些都引起车辆运行时间的损失.为了全面评价信号交叉口的运行效率,1997年美国的通行能力手册引入了控制延误.控制延误是停车延误和加减速引起的损失时间之和[2].一般而言,控制延误往往易于用数学模型来描述,而停车延误则易于观测和度量[3].本文将分别运用点样本法、HCM2000法(美国道路通行能力手册)和V ISSIM4.1微观仿真软件计算武汉市小东门交叉口的延误,并对计算结果进行分析比较.1　信号交叉口延误分析的主要方法1.1　调查方法交叉口延误的调查方法主要有点样本法和抽样追踪法2种,考虑到点样本法容错性较好,在本文的分析中采用点样本法.在交叉口处,按15s 预定的时间间隔清点停在停车线后的车数,同时清点经过停车后通过停车线的车辆数(停驶数)和不经停车通过停车线的车辆数(不停驶数).连续不间断的重复上述过程,直至取得所需样本量或交叉口引道上交通显著地改变时为止.为保证调查精度,必须有足够的样本数,根据二项分布来确定需要调查的最小样本数为N=(1-p)x2pd2(1)式中:N为最小样本数;p为交叉口引道处停驶车辆百分比;x2为在所求置信度下x2值,一般情况下,置信度为90%时,相应的x2=2.7;d为停驶车辆百分率估计值的允许误差,范围是0.01～0.1,通常取0.1或0.05.交叉口点本样法延误调查,可得出以下数据总延误=总停驶数×抽样时间间隔(2)每一停驶车辆的平均(停车)延误=总延误/停车数(3)每一入口车辆的平均(停车)延误=总延误/入口交通量(4)停驶车辆百分比=停车数/总入口车数×100%(5)停车百分比的容许误差=(1-p )x 2pN(6)1.2　模型估算方法本文应用HCM2000延误计算模型.d =d 1P F +d 2+d 3(7)式中:d 为各车道每车平均信控延误,s/pcu ;d 1为均匀延误,即车辆均匀到达所产生的延误;P F 为均匀延误的调整参数;d 2为随机附加延误,即车辆随机到达并引起超饱和周期所产生的附加延误;d 3为初始排队附加延误,即在延误分析期初停有上一时段留下积余车辆的初始排队使后续车辆经受的附加延误.引道每车延误和整个交叉口的每车延误为d A =∑id iv i/∑ip i(8)d I =∑AdAv A /∑AvA(9)式中:d A 为引道A 的延误;d i 为引道A 中车道组i 的延误;v i 为车道组i 的调整流率;d I 为交叉口I 的每车延误;v A 为引道A 的调整流率.考虑调查初始时交叉口就存在车辆排队对延误的影响,所以模型中增加延误d 2考虑了交叉口过饱和情况下的增加延误,但假定车道组在分析期起点没有初始排队,如果存在初始排队则需要计算d 3,否则d 3等于0.1.3　仿真方法利用德国P TV 公司研发的V ISSIM 软件进行仿真研究计算.V ISSIM 系统核心仿真模型采用德国Karlsruhe 大学Wiedemann 教授建立在驾驶员反映行为之上的“心理2物理学跟车模型”[425].在使用V ISSIM 进行仿真过程中,需要根据车辆的位置、速度和加减速率采取不同的运行状态:(1)当车辆遇到信号控制或车辆排队时减速行驶;(2)车辆必须在车辆排队队尾或交叉口停车线前停止;(3)当排队消散或信号变为绿灯时,车辆加速再次达到正常运行速度;(4)车辆在无信号2　信号交叉口延误分析方法的比较1)点样本法的各个样本是相互独立的,某个样本的错误或遗漏对总的结果几乎没有影响.由于选择观测时间间隔避免了与信号周期的同步,使得各种停车运行状态的样本均可观测到,可以得到每一停驶车辆的平均延误和停驶车辆百分比等统计量.但是点样本法无法获得延误时间的分布特征.从式(4)可以看出:点样本法认为在统计时刻停留在停车线后面的车辆已完全停车了调查间隔值;在调查间隔区段内停车,而在统计时刻前起动加速驶离的车辆的停车延误则忽略不计.由此可见点样本法适用于停车延误较大的信号控制交叉口.一般应是信号周期较长,或者信号相位阶段较多的信控交叉口.该类交叉口由于有效红灯时间较长.绿信比较低,致使车辆因红灯停车延误较大.同时当交叉口停驶车辆百分比很高时,由于排队车辆较多,要在调查间隔时刻瞬间统计出停车排队车辆数,几乎是不可能的,致使点样本法很难适用,精确度不高.2)模型估算法运动方便,受主观因素的影响小,精确度较高.不足在于它是在一定的假设条件之上通过数学模型计算延误,缺乏考虑众多相关因素影响的能力,有时难以充分反映实际情况.HCM2000延误模型是针对美国城市交叉口交通流特征建立的,而我国城市交叉口与美国城市交叉口有很大差异.首先,交通方式要复杂得多.美国城市交叉口交通方式主要是机动化的,且以小汽车为主,而在我国城市交叉口,各种交通方式混杂,包括机动车非机动车和行人,且相互干扰,增加了交叉口的延误.其次,美国公民闯红灯者少,而在我国,城市交叉口闯红灯的现象比较普遍,干扰车辆的正常运行,增加了交叉口的延误.3)V ISSIM 通过模拟,再现路段交通流的运行情况,直观地反映车流的密集程度、拥挤状况、排队状况等,能模拟路段上的非机动车及行人、交叉口处等待过街和正在过街的非机动车及行人交通流.因此V ISSIM 不仅能描述信控交叉口车辆的延误,也能计算行人和非机动车的延误.但V ISSIM 需根据实际交通流情况,调整跟驰模型的参数或车辆动力特性参数等,从而确保其延误3　案例分析3.1　基础数据以武汉市的小东门信号控制交叉口(武珞路与中山路相交)为研究对象,如图1所示,采用四相位定时信号控制.表1为交叉口的小时机动车、非机动车和行人流量调查数据,表2为信号交叉口的相位分配情况.图1　小东门交叉口表1　小东门交叉口小时交通流量调查数据表方向编号 机动车/pcu 非机动车/辆 左直右总量左直右总量行人/人东21040039310033575164274648南30886833215085088234372510西692004627314082200322484北391107616216295192289433600表2　信号交叉口相位分配表s相位绿灯时间黄灯时间全红时间周　期北左直3632南左直3232东左直2232西左直25321353.2　结果分析定义排队计数器,按东、南、西、北的顺序,在该交叉口的各进口道停车线附近设置4组排队计数器.其中排队开始车速的上限值为5.0km/h、排队消散车速的下限值为10.0km/h ,车辆间的最大车头空距12m ,最大排队长度500m ;仿真时间0～3600s ,仿真计数间隔400s.通过V ISSIM 运行,可以得到延误输出文件,由于仿真的随机因素,一次仿真的结果具有不稳定性.所以,进行了3次独立的仿真,保证仿真结果的统计稳定性.再使用点样本法和HCM2000法计算延误,得到结果,见图2和表3.表3　延误结果分析表项 目东西南北V ISSIM 与点样本法误差/%9.1411.3418.3014.07V ISSIM 与HCM2000误差/%8.336.949.348.32 从图2和表3的结果分析数据可知:1)点样本法基于现场数据调查,其计算所得到的是停车延误,故计算结果小于HCM2000法计点样本法停车延误得到的控制延误值.由图2可知,点样本法停车延误与HCM2000控制延误曲线有相似性,所以点样本法停车延误可以乘以一定的转换系数,通过适当修正得到控制延误.2)由于南进口道的停车百分比较大,在点样本法实际调查中不能准确的在15s 的时间间隔内统计出停车车辆数,所以在南进口道,点样本法在计算停车延误时与V ISSIM 仿真有较大的偏差,其他进口道的点样本法停车延误与V ISSIM 仿真的停车延误误差不大.3)V ISSIM 仿真得到的控制延误数据与HCM2000法计算的延误在允许范围内存在一定的误差.这主要是因为HCM 延误模型是针对美国城市交叉口交通流特征建立的,而我国的交叉口交通流特性与美国的存在一定的差异,所以不能直接利用HCM 延误模型分析我国城市交叉口由图2可见,HCM2000延误模型计算曲线与V ISSIM仿真延误曲线变化趋势相似,可以近似认为两者存在一定的线性关系,可以适当修正HCM2000模型使之适合我国混合交通流条件下的信号交叉口的延误计算.4)V ISSIM4.1仿真软件提供了一个虚拟的平台,通过详细地描述交通主体的行为,设定相应参数来反应实际交通状况,因此利用V ISSIM仿真软件得到的交叉口延误数据准确度比较高.4　结束语本文着重论述了交叉口延误的点样本法、HCM2000算法以及模拟仿真的计算方法.利用V ISSIM4.10软件建立仿真平台,并运用这3种方法分别对武汉市小东门交叉口的延误进行了计算.通过实例运用的比较分析可以得到,V ISSIM 仿真软件在信控交叉口延误计算的结果与点样本法、HCM2000延误计算结果吻合较好,具有较好的精准度和实用性.参考文献[1]杨晓光.城市道路交通设计指南[M].北京:人民交通出版社.2003.[2]邵长桥.平面信号交叉口延误分析[D].北京:北京工业大学交通工程系,2002.[3]陈绍宽,郭谨一,王　漩,等.信号交叉口延误计算方法的比较[J].北京交通大学学报,2005,29(3):77280.[4]罗美清,隽志才.V ISSIM在交叉口交通设计与运行分析中的应用[J].武汉理工大学学报:交通科学与工程版,2004,28(2):2322235.[5]王玉鹏.基于VISSIM仿真的交叉口延误分析[J].物流科技,2006(4).25228.[6]Fu L P.A f uzzy queuing model for real2time adaptiveprediction of incident delay for A TMS/A TIS[J].Transportation Planning and Technology,2004, 33(2):19223.[7]Blue V J,Adler J L.Cellular automata microsimula2tion for modeling bi2directional pedestrian walkways [J].Transportation Research,2001,35(3):2932 312.[8]Cheng T C E,Allam S.A review of stochastic mod2elling of delay and capacity at unsignalized priority in2 tersections[J].European Journal of Operational Re2 search,1992,60(3):2472259.Comparison of Analysis Met hods ofIntersection Delay Under Singnal ControlYao Yihu　Zhao Yueping(S chool of T rans portation,W uhan U ni versit y of Technolog y,W uhan430063)AbstractThe t raffic delay is an important index to evaluate t he service levels and t he operation efficiency at t he signalized intersection.Based on presenting t he stopped delay and control delay,t his paper em2 p hatically analyses t he delay calculation of spot sample met hod,HCM2000algorit hm and t he simula2 tion met hod.Finally t his paper taking t he example of Wuhan Xiaodongmen intersection to calculate t he intersection delay by simulation software named V ISSIM4.10.According to t he comparison and analysis of V ISSIM simulation wit h spot sample met hod and HCM2000algorit hm,t he accuracy and effectiveness of t his software in calculation of delay at signal2cont rolled intersection have been proved. So t he V ISSIM simulation met hod can be used as an effective way to analyze and evaluate t he t raffic delay at t he signalized intersection.K ey w ords:signalized intersection;delay analyse;V ISSIM simulation。

信号交叉口延误调查与模型分析摘要车辆在信号交叉口的延误是评价交叉口服务水平和车辆通行效率的一个重要指标，研究信号交叉口延误分析模型将非常有意义。

本文着重对信号交叉口延误模型进行比较分析，分析模型主要分为Webster信号交叉口延误计算模型、美国HCM延误模型以及VISSIM仿真模型，通过比较分析，表明VISSIM软件在信控交叉口延误计算分析中具有较好的精准性和有效性,可以作为交叉口延误分析评价的有效方法之一。

经过延误调查方法比较分析，建立与城市交叉口延误相符合的延误分析模型，为城市信号交叉口和道路系统的分析评价提供理论依据。

关键词：信号交叉口；延误；HCM延误模型；VISSIM仿真模型。

AbstractDelays at signalized intersections vehicle is an important index for the intersection of service and vehicle traffic efficiency,so Signal Intersection Delay Analysis Model will be very meaningful.This article focuses on the intersection of signal delay model comparative analysis, analysis model is divided into Webster signalized intersection delay model, the United States HCM delay model and simulation model VISSIM。

Through comparative analysis, it showed VISSIM software has better accuracy and effectiveness of control in the letter intersection delay calculation and analysis can be used as an effective method of analysis and evaluation of intersection delays.After delays comparative analysis survey methods, establish and urban intersection delay model consistent delay, provide a theoretical basis for the analysis and evaluation of urban signalized intersection and the road system.引言信号交叉口是我国城市道路主要的交叉口形式，信号交叉口的延误计算是交通流理论研究的重要内容，是评价交叉口服务水平的重要指标。

基于延误的相邻信号交叉口联动控制研究基于延误的相邻信号交叉口联动控制研究摘要：相邻信号交叉口的交通信号灯配时对交通流量的调度至关重要。

本文通过研究基于延误的相邻信号交叉口联动控制方法，旨在提高交叉口的通行效率和交通流的平稳性。

在模拟实验中，我们采用了微观交通仿真软件VISSIM进行研究，并对比了传统的配时方法与延误控制方法的效果。

1. 引言交通拥堵已成为当今社会中的一个重要问题。

相邻信号交叉口作为城市道路网络中交通流量的关键点，其流量调节对道路网的整体通行能力起着至关重要的作用。

然而，现有的交通信号配时方法大多仅考虑单个交叉口的情况，忽视了相邻交叉口之间的联动效应。

因此，基于延误的相邻信号交叉口联动控制方法的研究对于提高交通效率具有重要的实际意义。

2. 相邻信号交叉口联动控制方法基于延误的相邻信号交叉口联动控制方法是一种通过优化信号灯配时来实现交通流量调度的策略。

其核心思想是将相邻交叉口的信号相互考虑，以减少延误时间，提高通行效率。

该方法主要包括以下几个步骤：（1）确定交叉口的流量参数：通过实地观测或历史数据分析，确定交叉口的流量特征，包括峰值流量、车辆类型等。

（2）建立交叉口模型：依据交叉口的实际情况，建立相应的交叉口模型，包括车辆排队长度、车辆延误时间等指标。

（3）优化信号配时：基于交叉口模型，采用优化算法对信号配时进行优化，以最大程度地降低延误时间。

（4）实时调整信号配时：根据实时交通情况，及时对信号配时进行调整，保证交通流的平稳性和通行效率。

3. 模拟实验与结果分析本文使用VISSIM软件进行了模拟实验，并将传统的配时方法与基于延误的相邻信号交叉口联动控制方法进行了对比。

实验结果显示，采用基于延误的相邻信号交叉口联动控制方法，交通流的平均延误时间较传统方法减少了约30%。

此外，交通流量的稳定性也有所提高，排队长度和排队车辆的平均数量明显减少。

4. 研究结论与展望通过对基于延误的相邻信号交叉口联动控制方法的研究，我们得出以下结论：相邻信号交叉口的联动控制能够有效提高交通流的通行效率和稳定性，减少延误时间，缓解交通拥堵。

文章编号:1673 0291(2005)03 0077 04信号交叉口延误计算方法的比较陈绍宽,郭谨一,王 璇,毛保华(北京交通大学交通运输学院,北京100044)摘 要:在论述控制延误、停车延误和引道延误概念和关系的基础上,着重分析了用于计算延误的调查法、分析法和仿真法,并以十字型交叉口为案例,分别使用点样本法、H CM2000法、SimT raffic 5系统和VISSIM3.60系统计算交叉口延误.经分析认为,VISSIM3.60系统在交通行为描述和参数设置方面更为细致,因此更适合计算国内混和交通流条件下信号交叉口延误.关键词:交通工程;信号交叉口;延误;仿真中图分类号:U491.114 文献标识码:AAnalysis and Simulation on Signalized Intersection DelayCH EN Shao_kuan,G UO Jin_yi,WAN G X uan,MA O Bao_hua(School of T r affic and T ransport,Beijing Jiaotong U niversit y,Beijing100044,China)Abstract:T his paper presents control delay,stopped delay and approach delay of a sig nalized intersec tion and analyzes their relations.It analyses survey method,analytic model and simulation model, w hich are used to compute the delay of an intersection.This paper computes respectively the delay of a crossed intersection through the dot_sample method,HCM2000method,SimTraffic5and VISSIM3.60.The results show that VISSIM3.60more fit for the intersections under mixed traffic environmentin Chinese than other methods because of its detailed parameter settings.Key words:traffic eng ineering;signalized intersection;delay;simulation信号交叉口延误是评价信号交叉口交通服务水平和运营效率的重要指标,它不仅反映了使用者通过信号交叉口时多付出的时间代价,还反映了信号交叉口在城市道路系统中的运营状态.信号交叉口运营状态良好,则延误较低;反之则高.因此,进行信号交叉口延误分析对城市道路规划、道路设计和评价信号配时方案非常重要.信号交叉口延误的分类包括排队延误、停车延误、控制延误、引道延误等,但普遍使用的主要有停车延误和控制延误.停车延误和控制延误由美国道路通行能力手册(HCM)提出并推广,H CM97版本之前普遍使用停车延误,1997年之后则采用更符合实际的控制延误来评价信号交叉口.信号交叉口延误的计算方法主要包括调查方法、分析方法和仿真方法3类.调查方法需要大量的实际数据为基础样本数据,耗费较多的人力和物力,并且计算得到的结果仍可能有较大偏差.分析方法则在一定的假设条件之上通过数学模型计算延误,缺乏考虑众多相关因素影响的能力,有时难以充分反映实际情况.仿真方法通过软件系统来模拟车辆运行过程,通过调整控制参数对比,分析不同方案而获得满意结果,但要求使用者对仿真软件系统有充分的了解.1 延误的基本概念信号交叉口延误是由于交叉口处信号控制引起交通流间断而损失的车辆行驶时间.常用停车延误、控制延误和引道延误来描述交叉口处的延误.其定收稿日期:2004 09 01基金项目:教育部科学技术研究重点项目(03039);教育部重点实验室交通运输智能技术与系统开放项目(2003-02)作者简介:陈绍宽(1977 ),男,陕西商州人,博士生.email:csk-puff@第29卷第3期2005年6月 北 京 交 通 大 学 学 报JOU RNAL OF BEIJING JIA OT ON G U N IV ERSIT YVol.29No.3Jun.2005义如下:停车延误是指车辆在交叉口范围内静止状态产生的延误;控制延误是指车辆受信号影响的行驶时间与自由流状态下行驶时间的差;引道延误则是指车辆自交叉口最大排队处至停车线的延误.停车延误和引道延误均为控制延误的一部分,区别在于:停车延误通过车辆行驶过程定义,而引道延误则通过车辆行驶空间定义.上述3种延误的关系满足如下关系d sp=d app-d ac c-d dec(1)d con=d sp+d acc+d dec(2)d app=d con-d con(3)式中,d sp为停车延误,d con为控制延误,d a pp为引道延误,d acc为加速延误,d dec为减速延误,d acc为停车线前的加速延误,d dec为停车线前的减速延误,d con 为越过停车线后的控制延误.式(1)表明停车延误为引道延误减去停车线前的加、减速延误.式(2)表明控制延误是停车延误与加、减速延误之和.式(3)表明引道延误是控制延误与越过停车线后的控制延误之差.在应用中,通常建立上述3种延误的换算关系.美国道路通行能力手册(H CM)认为控制延误在数值上约等于停车延误的1 3倍,但很多学者认为这个换算系数过于笼统.文献[1]认为3种延误之间彼此存在线性关系,但控制延误与停车延误的换算系数不是常数,而是受信号配时影响,与红灯时间相关.2 计算延误时间2 1 调查方法交叉口延误的调查方法主要有点样本法和抽样追踪法两种,考虑到点样本法容错性较好,在本文的分析中采用点样本法.点样本法的主要思路是记录一定时间间隔(通常是15s或20s)引道上停车和驶过的车辆数,然后根据车辆数和时间间隔计算各项延误指标.具体步骤如下:(1)记录调查期内一定时间间隔的车辆数,并分别记录停车车辆数和驶过车辆数.(2)计算调查期内总延误为D=N!t,式中,D为调查期内总延误,N为总停车车辆数,t 为时间间隔.(3)计算停车车辆的平均延误为d sp=D/n,式中,d sp为停车车辆的平均延误,n为停车车辆数.(4)计算引道车辆的平均延误为d a pp=D/n app,式中,d app为引道车辆的平均延误,n a pp为引道交通量.(5)计算停车车辆百分比为p=n spn app!100%,式中,p为引道上停车车辆的百分比,n sp为停车车辆数,n app为引道交通量.(6)计算停车百分比的容许误差为E=(1-p)K2pN min,式中,K为置信度,N mi n为进行延误调查的最小样本容量.点样本法的优点是调查样本中如果存在不良数据时对计算结果几乎没有影响,并且计算过程不受信号周期的约束.需要注意的是:∀点样本法得到的是引道平均延误;#当停车车辆百分比较大时,方法的适用性无法保证.2.2 分析方法分析方法通过建立数学分析模型计算得到延误数值,在本文中,主要分析应用较为广泛的HCM2000延误计算模型.首先,计算信号交叉口的车道组每车平均控制延误,公式为d=d1*P F+d2+d3(4)式中,d为车道组每车平均控制延误,s/辆;d1为假定车辆均匀到达时的控制延误,s/辆;P F为均匀延误行进的调整参数;d2为考虑随机到达和过饱和排队影响的增加延误,s/辆;d3为初始排队延误, s/辆.其次,计算引道每车延误和整个交叉口的每车延误,公式为d A=∃i d i v i∃i v i(5)d I=∃A d A v A∃A v A(6)式中,d A为引道A的延误,s/辆;d i为引道A中车道组i的延误,s/辆;v i车道组i的调整流率,辆/h;d I为交叉口I的每车延误,s/辆;v A为引道A的调整流率,辆/h.关于上述延误模型需要说明以下两点:∀延误模型为HCM2000中信号交叉口服务水平模型的主体,在输入参数模型、车道组流率模型、饱和流率模型和通行能力模型的基础上计算延误.#模型中增加延误d2考虑了交叉口过饱和情78北 京 交 通 大 学 学 报 第29卷况下的增加延误,但假定车道组在分析期起点没有初始排队;如果存在初始排队则需要计算d3,否则d3等于0.d3的计算过程较复杂,本文不再赘述. 2.3 仿真方法微观交通仿真软件以个体车辆为单位,对车辆的出行行为进行细致的定义,并跟踪和记录这些车辆在交通系统中的所有事件,因此,可以更准确地计算车辆延误.不同的仿真软件计算车辆出行过程各类延误的模型不相同,例如,Trafficw are公司开发的SimTraffic系统认为车辆速度低于3.0m/s的行驶时间为停车延误[2],这与本文第1部分中的停车延误定义有很大差别,但几乎所有仿真系统对于控制延误的定义都相同,从而为不同仿真系统结果的对比分析提供了依据.使用仿真方法计算信号交叉口控制延误需要根据车辆的位置、速度和加减速率采取以下运行状态:∀车辆在无信号控制影响状态时按理想运行速度行驶;#当车辆遇到信号控制或车辆排队时减速行驶; %车辆必须在车辆排队队尾或交叉口停车线前停止;&当排队消散或信号变为绿灯时,车辆加速再次达到正常运行速度.仿真系统记录车辆的实际行程时间,与以理想运行速度行驶的时间比较,两者的差值即车辆的控制延误.因此,理想运行速度的定义非常重要,如果理想速度定义较高,则车辆控制延误较大.国外城市道路条件好、车辆性能较优,通常理想运行速度定义较高,根据我国道路和车辆实际情况,建议选取较国外软件推荐值低的理想运行速度.V ISSIM3.60是应用较为广泛的微观交通仿真系统,由德国PT V公司开发,具有计算控制延误、停车延误和引道延误的功能.我国城市道路系统非机动车、行人交通量大,对信号交叉口通行能力及服务水平有较大影响[3].相比之下,SimTraffic5系统将非机动车、行人对机动车的影响通过折减系数来反映.而VISSIM3.60系统则建立更为细致的交通行为模型,针对每一类交通主体进行行为定义,不仅可计算机动、非机动车辆的控制延误,还对行人的延误进行统计[4].VISSIM3.60系统在计算车辆延误时采用行程时间段来测量延误,用户可以计算车道延误、交叉口内延误甚至是某一转向车流的延误.V ISSIM3.60系统用于描述交通行为的参数主要有:车辆参数(最大加减速度、期望加减速度、长度、宽度、重量、动力等);换道参数(最小车头距、等待换道的最大时间、换慢车道的最短车头时距);强制换道参数(最大减速度、可接受减速度);跟驰行为参数(停止车辆平均间距、特定速度时保持的车头时距、从静止起动时的期望加速度、80km/h的期望加速度等);横向行为参数(期望位置、最小横向间距).描述延误的参数主要有:每车平均总延误;每车平均停车时间;队列中车辆状态改变次数;总车辆数;每人平均总延误;总行人数.3 案例分析3.1 基础数据本文作者以北京海淀区学院南路与大柳树路的信号交叉口(又称中软大厦交叉口)为研究对象,此交叉口为十字形交叉口,采用两相位固定配时信号系统.通过调查得到信号配时数据和早高峰小时交通流数据.表1为早高峰的小时机动车、非机动车和行人流量调查数据;表2列出交叉口信号相位分配状况,信号周期为74.0s.细节数据可文献[5].表1 晚高峰(7:00-8:00)小时交通流量调查数据表T ab.1 T raffic volume at peak hour类 别方 向东进口西进口南进口北进口机动车/辆左转6011310169直行491666237246右转8394483181总计634873821496非机动车/辆左转211151824直行569532305543右转225923870总计612706561637行人/人总计7512412635重型车比例/% 7 8 8 8表2 交叉口信号相位分配情T ab.2 Sig nal phrase assignment at intersection s相位序相位绿灯时间黄灯时间全红时间周期学院南路东西30.0 2.0 4.0大柳树路南北38.0 2.0 4.074 03.2 结果分析本文根据3.1的基础数据,使用点样本法、HCM2000方法及SimTraffic5、V ISSIM3.60仿真系统计算中软大厦交叉口的停车延误、控制延误,结果如表3.分析表3的结果数据可知:(1)点样本法基于现场数据调查,可以认为是实际的交叉口延误,但此方法计算得到的是停车延误,因此,实际的控制延误应略大于调查数据.(2)H CM2000方法考虑了交叉口的增加延误d2,但在v/c比值大于1.0时(北进口为1.12)计算得到的控制延误数据偏大.HCM2000计算得到北进79第3期 陈绍宽等:信号交叉口延误计算方法的比较口控制延误(97.6s)远大于点样本法计算停车延误(35.6s),而其他进口的延误数据相差不大.表3 中软大厦交叉口延误计算结果表T ab.3 Delay at Zhongruan Building intersection方 法项 目东进口西进口南进口北进口点样本法停车延误/s15.9015.4013.3035.60HCM2000v/c0.880.720.80 1.12控制延误/s21.9015.8011.8097.60SimTra ffic5停车延误/s38.9025.9011.2023.10控制延误/s44.8035.8018.9037.50VISS IM3.60停车延误/s12.7013.3012.5024.80控制延误/s17.9019.0014.3038.90注:v/c为最大车流量与通过能力的比值.(3)SimTraffic5仿真得到的南、北进口控制延误数据与点样本法计算的停车延误相差不大,而东、西进口控制延误数据(44.8s和35.8s)偏大.此系统适应国外交通状况,较少考虑非机动车、行人对交通流的影响,因此在用于国内信号交叉口案例研究时无法较完整的反映实际情况,即难以细致描述非机动车和行人交通行为.(4)VISSIM3.60仿真得到的各进口控制延误数据与点样本法计算停车延误相差较小,并且系统详细描述了交通主体的行为,通过设定相应参数来反映实际交通状况,因此得到延误数据更贴近实际观察数据.4 小结在分析延误关系的基础上着重论述了计算延误的点样本法、HCM2000模型以及仿真方法的基本思路.文中以中软大厦交叉口为例,使用点样本法、HCM2000法、SimTraffic5系统和VISSIM 3.60系统计算得到交叉口延误数据,分析计算结果可知:(1)点样本法通过调查数据计算得到停车延误,可通过适当修正得到控制延误,例如乘以一定的转换系数.(2)H CM2000方法在计算国内信号交叉口延误时不太稳定,v/c比值大于1.0时计算结果的误差较大.(3)SimT raffic5系统和VISSIM 3.60系统均为国外商业化交通微观仿真软件,但相比之下, VISSIM3.60系统因其细致的可调整参数系统而更适合于计算国内混合交通流条件下的信号交叉口延误.参考文献:[1]邵长桥,荣建,任福田,等.停车延误、引道延误和控制延误关系研究[J].中国公路学报,2002,15(4),90-93.SHA O Chang_qiao,RO NG Jian,REN Fu_tian,et al.Study of the Relationship Among Stopped Delay,A ppro ach Delay and Control Delay[J].China Journal of Hig hw ay and T ransport,2002,15(4),90-93.(in Chinese) [2]David Husch,John A lbeck.SimT raffic5User G uide[R].T rafficware Co rporation,2000.[3]李建新,毛保华.混合交通流环境下有信号平面交叉口通行能力研究[J].交通运输系统工程与信息,2001,1(2),119-123.L I Jian_x in,MA O Bao_hua.Capacity Analysis on Signal ized Intersections under M ix ed T raffic Env ironment[J].Journal of Communication and T ransportation Systems En gineering and Information,2001,1(2),119-123.(in Chinese)[4]PT V P lanung T ranspor t V erkehr AG.VISSIM3.60UserManual[R].PT V Corporation,2001.[5]陈绍宽,徐彬.北京交通大学周边地区交通状况研究报告[R].北京交通大学交通运输智能技术与系统实验室, 2004.CHEN Shao_kuan,Xu Bing.A Report on Local T rans por tat ion around Beijing Jiaotong U niversity[R].K ey L ab oratory of the Intelligent T echnologies and Systems of T raffic and T ransportation,Beijing Jiaotong U niv ersity, 2004.(in Chinese)80北 京 交 通 大 学 学 报 第29卷。