1、都市道路交叉口通行能力的建模分析與優(yōu)化治理；摘要；本文立足于我國(guó)混合交通交叉口的運(yùn)行規(guī)律與特點(diǎn)，研；關(guān)于第二個(gè)問(wèn)題，本文基于間隙同意的通行能力計(jì)算方；針對(duì)機(jī)動(dòng)車與機(jī)動(dòng)車沖突問(wèn)題，考慮在理想狀況下采納；針對(duì)行人與機(jī)動(dòng)車沖突問(wèn)題，就單向車流與單向人流相；針對(duì)非機(jī)動(dòng)車與機(jī)動(dòng)車沖突問(wèn)題，首先針對(duì)機(jī)動(dòng)車右轉(zhuǎn)；最后在計(jì)算所研究的車流上的各個(gè)沖突區(qū)(行人一機(jī)動(dòng)；關(guān)于第三個(gè)都市道路交叉口通行能力的建模分析與優(yōu)化治理摘 要本文立足于我國(guó)混合交通交叉口的運(yùn)行規(guī)律與特點(diǎn)，研究混合交通條件下道路信號(hào)交叉口通行能力的基礎(chǔ)理論與方法。從研究思路、研究方法等方面，分析并綜合利用國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有相關(guān)研究，建立了量化行人、非機(jī)動(dòng)車對(duì)

2、通行能力阻礙的解析模型，最后著眼于混合交通交叉路口的道路建設(shè)和交通治理方面，建立了基于遺傳算法的信號(hào)配時(shí)優(yōu)化模型，對(duì)信號(hào)交叉口配時(shí)方案提出優(yōu)化方案。 首先，在合理抽象和簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)上，描述了某一典型混合交通交叉路口的自行車、機(jī)動(dòng)車、行人的情況，并針對(duì)給出的交叉路口，從信號(hào)操縱、渠化分離、安全教育三個(gè)方面提出了相應(yīng)的交通治理方案和建議。關(guān)于第二個(gè)問(wèn)題，本文基于間隙同意的通行能力計(jì)算方法，以沖突區(qū)為著眼點(diǎn)將通行能力的計(jì)算分為以下三個(gè)方面詳細(xì)進(jìn)行討論計(jì)算：針對(duì)機(jī)動(dòng)車與機(jī)動(dòng)車沖突問(wèn)題，考慮在理想狀況下采納國(guó)內(nèi)普遍使用的停車線法，就直行車道、直右車道、直左車道三種類型的車道分不計(jì)算其通行能力。并依據(jù)進(jìn)口道

3、設(shè)計(jì)通行能力為各車道設(shè)計(jì)通行能力之和的原則，對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行加總即得機(jī)動(dòng)車與機(jī)動(dòng)車沖突區(qū)的道路通行能力。針對(duì)行人與機(jī)動(dòng)車沖突問(wèn)題，就單向車流與單向人流相交這一簡(jiǎn)單情形，建立人車沖突區(qū)機(jī)動(dòng)車通行能力的計(jì)算模型，依據(jù)飽和流與非飽和流的計(jì)算，對(duì)機(jī)動(dòng)車通行能力進(jìn)行細(xì)化求解。并通過(guò)考慮雙向人流，對(duì)上述模型進(jìn)行一定的修正，使計(jì)算結(jié)果更符合實(shí)際。針對(duì)非機(jī)動(dòng)車與機(jī)動(dòng)車沖突問(wèn)題，首先針對(duì)機(jī)動(dòng)車右轉(zhuǎn)車情形，將非機(jī)動(dòng)車對(duì)機(jī)動(dòng)車的阻礙分為綠燈初期非機(jī)動(dòng)車占用沖突區(qū)的阻礙等四類，求出右轉(zhuǎn)車道上的通行能力。在此基礎(chǔ)上，類似的分不計(jì)算機(jī)動(dòng)車左轉(zhuǎn)車道和直行車道上的通行能力。最后在計(jì)算所研究的車流上的各個(gè)沖突區(qū)(行人一機(jī)動(dòng)車、非

4、機(jī)動(dòng)車一機(jī)動(dòng)車以及機(jī)動(dòng)車一機(jī)動(dòng)車)通行能力的基礎(chǔ)上，依照“木桶理論”的思路，確定車流通行能力瓶頸，進(jìn)而確定車流通行能力。關(guān)于第三個(gè)問(wèn)題，在混合交通條件下，對(duì)傳統(tǒng)的F.韋伯斯特B.柯布理論進(jìn)行了改進(jìn)，并結(jié)合第一問(wèn)典型交叉路口的相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行信號(hào)配時(shí)方案的優(yōu)化研究。結(jié)合我國(guó)混合交通狀況的實(shí)際，構(gòu)建了以延誤時(shí)刻最小、停車最少、通行能力最大為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化模型，采納遺傳算法，通過(guò)Matlab編程實(shí)現(xiàn)交叉口信號(hào)配時(shí)優(yōu)化模型的求解。最后與現(xiàn)有配時(shí)方案進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比分析了兩種配時(shí)方案的效益。在模型建立與求解后，我們對(duì)模型的科學(xué)性和可靠性進(jìn)行評(píng)述，討論了模型的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出所建模型的改進(jìn)與推廣方法。最后，在道

5、路建設(shè)、科學(xué)交通治理、整頓交通秩序、加強(qiáng)政府職能等方面提出混合交通交叉路口治理的方案與建議。關(guān)鍵詞：混合交通 通行能力 木桶原理 信號(hào)配時(shí) 遺傳算法1. 問(wèn)題重述近年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)展，都市化進(jìn)程的加快，都市交通系統(tǒng)得到相當(dāng)大的改善。但隨著我國(guó)機(jī)動(dòng)車擁有量的增多，交通擁擠堵塞以及由此導(dǎo)致的交通事故的增加、環(huán)境污染的加劇，差不多成為我國(guó)都市尤其是大都市面臨的極其嚴(yán)峻的“都市病”之一，嚴(yán)峻制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步進(jìn)展和人民生活水品的提高。交通擁堵阻礙了我國(guó)都市社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的健康進(jìn)展，成為社會(huì)和公眾關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外許多研究表明，路段上一般可不能發(fā)生堵塞和擁擠現(xiàn)象。路段是可不能因?yàn)橥ㄐ心?/p>

6、力不足而產(chǎn)生堵塞，因此交通擁擠現(xiàn)象的癥結(jié)要緊在混合交通路口?；旌辖煌ㄖ傅氖瞧嚺c非機(jī)動(dòng)車或車輛與行人，在同一道路上混行的交通?；旌辖煌ㄊ且环N客觀現(xiàn)象，所謂混合交通在不同國(guó)家和不同時(shí)代其含意是不同的。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家，公路上行駛的差不多是汽車，混合交通是特指車速較高的小型汽車與車速較低的大型汽車所組成的交通，即行駛車輛之間存在的“速度差”；在我國(guó)，混合交通所指的是自行車、機(jī)動(dòng)車、行人組成的混合交通，這種混合交通引發(fā)的交通擁堵、交通事故增加、都市環(huán)境不斷惡化、運(yùn)輸效益下降等一系列問(wèn)題，嚴(yán)峻地阻礙了道路交通秩序，降低了道路通行能力，增加了道路交通治理難度。給我過(guò)交通規(guī)劃、設(shè)計(jì)、治理、操縱及組織提出了更

7、為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此，如何從道路建設(shè)、科學(xué)交通治理、整頓交通秩序、加強(qiáng)政府職能等措施來(lái)減少混合交通相互之間的干擾，降低交通事故率是當(dāng)前人們關(guān)注的問(wèn)題。因此本文就以下三個(gè)問(wèn)題進(jìn)行研究：1. 就某由一典型混合交通交叉路口的自行車、機(jī)動(dòng)車、行人的情況，給出該交叉路口的交通治理方案；2. 在適當(dāng)假設(shè)下，建立描述混合交通交叉路口道路通行能力的數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)相應(yīng)分析結(jié)果提出改進(jìn)措施；3. 為混合交通交叉路口的道路建設(shè)和交通治理提供優(yōu)化方案。2. 模型的假設(shè)與符號(hào)講明2.1. 模型的假設(shè)1. 本文所選的混合交叉路口具有典型性，能夠代表一大類交通路況；2. 混合交通路口處，機(jī)動(dòng)車、行人以及非機(jī)動(dòng)車差不多上隨機(jī)

8、到達(dá)，其到達(dá)概率服從一定的分布，行人群到達(dá)時(shí)距服從移位負(fù)指數(shù)分布，使用泊松分布描述非機(jī)動(dòng)車的隨機(jī)到達(dá)；3. 機(jī)動(dòng)車、行人以及非機(jī)動(dòng)車的行為特征具有普遍性，研究中忽略專門情況，例如違章情況等。2.2. 符號(hào)的講明Ns 一條有直行車道的設(shè)計(jì)通行能力(pcu/h)；tc 信號(hào)周期(s)；tg 信號(hào)周期的綠燈時(shí)刻(s)；tr 信號(hào)周期的紅燈時(shí)刻(s)；信號(hào)交叉口右轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)車行人沖突區(qū)通行能力；CapL 信號(hào)交叉口右轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)車行人沖突區(qū)左轉(zhuǎn)車道通行能力；V 信號(hào)交叉口右轉(zhuǎn)車道機(jī)動(dòng)車非機(jī)動(dòng)車沖突區(qū)通行能力；VapBL 信號(hào)交叉口左轉(zhuǎn)車道機(jī)動(dòng)車非機(jī)動(dòng)車沖突區(qū)通行能力；VapBT 信號(hào)交叉口直行車道機(jī)動(dòng)車非機(jī)

9、動(dòng)車沖突區(qū)通行能力；其他變量符號(hào)在文中使用時(shí)給出講明。 Cappr3. 問(wèn)題分析問(wèn)題一就某一典型混合交叉路口，在合理假設(shè)下，給出了該路口的實(shí)際存在的交通治理方案，由于大部分混合交通路口多為信號(hào)交叉路口，因此給出的方案即為信號(hào)燈的相位配時(shí)方案；針對(duì)問(wèn)題二，分析了通行能力的定義以后，可得一個(gè)路口的通行能力可分為：機(jī)動(dòng)車與機(jī)動(dòng)車相互阻礙下道路的通行能力，行人阻礙下道路機(jī)動(dòng)車的通行能力，非機(jī)動(dòng)車阻礙下道路機(jī)動(dòng)車的通行能力。計(jì)算通行能力的方法國(guó)內(nèi)外不一。在國(guó)內(nèi)，其中具有代表性的有：停車線法、中國(guó)都市道路設(shè)計(jì)規(guī)范推舉方法、沖突點(diǎn)法。國(guó)外要緊使用以下方法：HCM推舉的飽和流率折減系數(shù)計(jì)算方法，沖突技術(shù)方法?

10、通過(guò)計(jì)算信號(hào)交叉口道路通行能力，能夠得到各個(gè)相位實(shí)際存在的通行能力，據(jù)此能夠給出各個(gè)相位配時(shí)時(shí)長(zhǎng)，即可給出問(wèn)題一中典型交叉路口處交通治理方案的改進(jìn)措施。問(wèn)題三簡(jiǎn)單而言，確實(shí)是一個(gè)非線性優(yōu)化問(wèn)題。面對(duì)信號(hào)交叉口相位配時(shí)問(wèn)題的優(yōu)化，本文使用F.韋伯斯特-B.柯布方法對(duì)信號(hào)配時(shí)方案進(jìn)行優(yōu)化，并利用遺傳算法設(shè)計(jì)出混合交通條件下的信號(hào)配時(shí)方案。沿用改進(jìn)的F.韋伯斯特-B.柯布公式計(jì)罷了一些參數(shù)，為遺傳算法服務(wù)。4. 模型的預(yù)備4.1. 相關(guān)術(shù)語(yǔ)解釋1. 信號(hào)交叉口：各種都市道路交通流匯合、交匯、混雜的瓶頸之處；2. 信號(hào)相位：在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)分配給一股或多股獨(dú)立交通流的一組綠、黃、紅燈變化的信號(hào)時(shí)序；3

11、. 通行能力：飽和交通條件下重要的交叉口交通運(yùn)行效率指標(biāo)，是決定交通狀態(tài)、表征交通供給的最重要的指標(biāo)之一1；4. 信號(hào)交叉口機(jī)動(dòng)車通行能力：在一定道路、交通、環(huán)境、操縱條件下，一段時(shí)刻內(nèi)能夠通過(guò)交叉口某一車道或車道組的停車線（或沖突區(qū)）的最大車輛流率；5. 交通沖突：在交叉口安全評(píng)價(jià)中，交通沖突是在可觀測(cè)條件下，兩個(gè)會(huì)兩個(gè)以上道路使用者在同一時(shí)刻，空間上相互接近，假如其中一方采納非正常交通行為，想轉(zhuǎn)換方向、改變車速、突然停車、交通違章等，除非另一方也采納避險(xiǎn)行為，否則，會(huì)處于碰撞的境地；6. 沖突區(qū)：導(dǎo)致信號(hào)交叉口交通混亂、事故多發(fā)的要緊根源，確實(shí)是交叉口處混合交通流產(chǎn)生的大量沖突點(diǎn)。當(dāng)兩股不

12、同流向的交通流同時(shí)通過(guò)某空間某點(diǎn)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生交通沖突，該點(diǎn)就稱為沖突點(diǎn)，沖突點(diǎn)所在區(qū)即為沖突區(qū)。5. 問(wèn)題一 典型混合交叉路口交通治理方案以圖 1所示信號(hào)交叉路口作為一典型混合交叉路口，該交叉口處于一般地區(qū)，各個(gè)入口的直左、直右機(jī)動(dòng)車道寬度均為3m，坡度為0，差不多飽和流量分不為1650、1550veh/h，各進(jìn)口人行橫道雙向行人流量為800ped/h。圖 1典型信號(hào)交叉路口示意圖針對(duì)此信號(hào)交叉路口，交叉口對(duì)機(jī)動(dòng)車采納2相位信號(hào)操縱，對(duì)行人采取只同意行人隨本向直行機(jī)動(dòng)車同時(shí)通行的操縱方式。依照該交叉路口的機(jī)動(dòng)車、自行車、行人的情況，給出具體交通治理方案如下：1. 兩相位操縱，周期時(shí)長(zhǎng)為75s，

13、其中南北方向綠燈時(shí)刻25s，東西方向綠燈時(shí)間40s，黃燈時(shí)刻3s，各相全紅時(shí)刻為2s，紅燈期間同意右轉(zhuǎn)，相位圖見(jiàn)圖 2；2. 東西南北進(jìn)口車道均為2條，其中直左合用車道1條，直右合用車道1條，寬度均為3m；3. 東西向與南北向的外側(cè)均設(shè)有4m寬的供機(jī)動(dòng)車和行人通行的非機(jī)動(dòng)車道和人行道。圖 2交叉路口相位圖除此之外，為增加交叉口通行能力，提供了相關(guān)改進(jìn)建議：1. 信號(hào)操縱通過(guò)信號(hào)燈的設(shè)置，從時(shí)刻上分離產(chǎn)生交通沖突的車流，可采納：(1) 設(shè)置自行車專用相位；(2) 兩次綠燈法，非機(jī)動(dòng)車綠燈提早啟亮，使自行車在時(shí)刻上優(yōu)先通過(guò)信號(hào)交叉口。2. 渠化分離通過(guò)渠化措施，優(yōu)化交叉口，在空間上分離產(chǎn)生交通沖突

14、的車流，可采納(1) 右轉(zhuǎn)彎專用車道；(2) 左轉(zhuǎn)彎專用車道；(3) 左轉(zhuǎn)自行車二次過(guò)街。3. 安全教育通過(guò)安全教育和安全法規(guī)制度來(lái)規(guī)范行人和駕駛員行為，使交叉路口各行進(jìn)方向的參與者，能遵守交通規(guī)則，使各行進(jìn)的交通車流能規(guī)律有序地通過(guò)交叉口。6. 問(wèn)題二 混合交通交叉路口道路通行能力模型我國(guó)都市道路交通中，機(jī)動(dòng)車時(shí)道路交通的要緊交通工具，機(jī)車與機(jī)車之間的相互阻礙會(huì)導(dǎo)致路面交通能力的下降，當(dāng)機(jī)車數(shù)過(guò)多，或者大量機(jī)車通行某處時(shí)，就有可能產(chǎn)生擁堵現(xiàn)象；行人作為交通道路上最有可能受損害的主體，受到極大的愛(ài)護(hù)，機(jī)車基于行人優(yōu)先原則，對(duì)行人多以避讓，由此道路通行能力受到阻礙；自行車作為要緊非機(jī)動(dòng)車交通工具

15、對(duì)機(jī)動(dòng)車流的運(yùn)行阻礙有較大阻礙。從自行車的特性分析，其出行距離近，出行時(shí)刻短，人均占用道路面積較大，需要配套的停車空間多，靈活性大，這些特性既威脅道路交通安全，又降低機(jī)動(dòng)車的通行能力，交叉口處存在機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車的交叉交匯，機(jī)動(dòng)車受非機(jī)動(dòng)車的阻礙更為顯著。因此，深入研究機(jī)動(dòng)車與機(jī)動(dòng)車相互阻礙下、行人和非機(jī)動(dòng)車阻礙下信號(hào)交叉口的通行能力是有必要的，這不僅為信號(hào)交叉路口建設(shè)、治理、操縱和評(píng)價(jià)提供有效的理論依據(jù)，而且也為解決混合交通交叉路口的安全問(wèn)題提供治理方案2,3。6.1. 理想狀況下道路通行能力模型信號(hào)燈管制十字形交叉的設(shè)計(jì)通行能力按停車線法計(jì)算，停車線法是國(guó)內(nèi)計(jì)算信號(hào)交叉路口通行能力最常用的

16、方法，停車線法在計(jì)算每個(gè)周期以第2種方式通過(guò)的左轉(zhuǎn)車的最大車輛數(shù)時(shí)，采納如下公式Cs?Csn?2；Cs為每條直行式中n為每個(gè)周期第二種方式可能通過(guò)；車道在一個(gè)周期內(nèi)以飽和流率通過(guò)的車輛數(shù)；Cs為；數(shù)；十字形交叉的設(shè)計(jì)通行能力為各進(jìn)口道設(shè)計(jì)通行能力之；6.1.1.直行車道設(shè)計(jì)通行能力；Ns?3600?s(tg?t1)/(tis?1)；tis直行或右行車輛通過(guò)停止線的平均間隔時(shí)刻(s；?s直行車道通行能力折減系數(shù)，可采納0.9；6.1.Cs?Cs n?2Cs為每條直行式中n為每個(gè)周期第二種方式可能通過(guò)交叉口的左轉(zhuǎn)車輛數(shù)，車道在一個(gè)周期內(nèi)以飽和流率通過(guò)的車輛數(shù)；Cs為每個(gè)周期內(nèi)實(shí)際到達(dá)的車輛數(shù)。十字

17、形交叉的設(shè)計(jì)通行能力為各進(jìn)口道設(shè)計(jì)通行能力之和，進(jìn)口道設(shè)計(jì)通行能力為各車道設(shè)計(jì)通行能力之和。依照相關(guān)文獻(xiàn)，下面直接列出在不考慮行人和非機(jī)動(dòng)車的情況下直行車道、直右車道及直左車道的通行能力。6.1.1. 直行車道設(shè)計(jì)通行能力Ns?3600?s(tg?t1)/(tis?1)/tc (1) 式中： t1變?yōu)榫G燈后第一輛車啟動(dòng)并通過(guò)停止線的時(shí)刻(s)，可采納2.3s；tis直行或右行車輛通過(guò)停止線的平均間隔時(shí)刻(s/pcu)；?s直行車道通行能力折減系數(shù)，可采納0.9。6.1.2. 直右車道設(shè)計(jì)通行能力式中6.1.3. 直左車道設(shè)計(jì)通行能力式中 Nsr?Ns Nsr一條有直右車道的設(shè)計(jì)通行能力(pcu

18、/h)。 (2) Nsl?Ns(1?/2) (3) Nsl一條有直左車道的設(shè)計(jì)通行能力(pcu/h)；?直左車道中左轉(zhuǎn)車所占比例。6.2. 混合交通條件下道路通行能力模型上述理想模型要緊著眼于機(jī)動(dòng)車交通環(huán)境，而針關(guān)于我國(guó)現(xiàn)行道路狀況來(lái)講，混合交通條件下，行人、非機(jī)動(dòng)車與機(jī)動(dòng)車的沖突是導(dǎo)致機(jī)動(dòng)車通行能力下降、延誤時(shí)刻增加以及交通安全系數(shù)下降的重要緣故。因此，我們分不就行人交通與非機(jī)動(dòng)車交通對(duì)信號(hào)交叉口通行能力的阻礙問(wèn)題建立模型，進(jìn)行詳細(xì)的討論。6.2.1. 人車沖突區(qū)機(jī)動(dòng)車通行能力模型行人-機(jī)動(dòng)車沖突區(qū)是信號(hào)交叉口的瓶頸，是計(jì)算行人阻礙下信號(hào)交叉口通行能力的重要依據(jù)。盡管在交通信號(hào)操縱下，交叉口

19、內(nèi)一部分行人-機(jī)動(dòng)車沖突區(qū)能夠去除，但由于信號(hào)周期長(zhǎng)度和相位數(shù)的限制，交叉口通常仍然存在行人-機(jī)動(dòng)車沖突區(qū)。如圖 3所示，給出了常見(jiàn)的行人-機(jī)動(dòng)車沖突區(qū)。圖 3常見(jiàn)行人-機(jī)動(dòng)車沖突區(qū)6.2.1.1. 沖突區(qū)道路交叉口通行能力分析為了能清晰的講明行人-機(jī)動(dòng)車沖突區(qū)處通行能力的計(jì)算模型，以圖 4所示的簡(jiǎn)單情形所示，即一支單向車流V與一支單向人流P相交。圖 4單向車流與單向人流通過(guò)交叉口將車流V與人流P各通行一次所需總時(shí)刻定義為一個(gè)“沖突周期”C。在沖突周期內(nèi)包括車流V與人流P的通行時(shí)刻TV、TP，則有C?TV?TP。車流V在一個(gè)周期內(nèi)通過(guò)沖突區(qū)的數(shù)量期望值能夠分為飽和流部分和非飽和流部分，分不設(shè)為

20、NSV和NUV，則其期望值NV?NSV?NUV，相應(yīng)的通行時(shí)刻TV?TSV?TUV。當(dāng)飽和流通過(guò)時(shí)行人無(wú)法通行；而當(dāng)非飽和流通過(guò)時(shí)，若出現(xiàn)可同意空隙行人則會(huì)伺機(jī)截?cái)嘬嚵鞫ㄟ^(guò)。同樣，人流P也能夠類似的分為飽和流與非飽和流，兩部分相應(yīng)通行時(shí)刻可設(shè)為TSP、TUP。當(dāng)行人非飽和流部分出現(xiàn)機(jī)動(dòng)車可同意空隙時(shí)，等候機(jī)動(dòng)車會(huì)阻斷人流獲得通行。結(jié)合模型一所示的信號(hào)交叉口，其同意機(jī)動(dòng)車紅燈右轉(zhuǎn)。因此，假設(shè)機(jī)動(dòng)車在綠燈放行行人前取得優(yōu)先權(quán)領(lǐng)先到達(dá)沖突區(qū)，然后行人在機(jī)動(dòng)車流出現(xiàn)足夠大的間隙時(shí)占據(jù)沖突區(qū)，此后，在沖突區(qū)無(wú)行人需要到達(dá)等候，則機(jī)動(dòng)車以飽和速率通過(guò)而不受任何干擾。據(jù)以上分析，設(shè)周期內(nèi)有效綠燈時(shí)刻為tG

21、和有效紅燈時(shí)刻tR，而在一個(gè)有效綠燈周期內(nèi)可能運(yùn)行著若干個(gè)“沖突周期”，關(guān)于每個(gè)沖突周期i，能夠Ci?TVi?TPi和NVi?NSVi?NUVi，而有效綠燈時(shí)刻內(nèi)無(wú)行人到達(dá)等候的時(shí)刻為tfree。綜上則可得公式tG?Ci?tfree?(TVi?TPI)?tfree，其排隊(duì)狀態(tài)如圖 5所示。 iinn圖 5沖突區(qū)排隊(duì)狀況圖6.2.1.1.1. 機(jī)動(dòng)車飽和流部分當(dāng)機(jī)動(dòng)車流V飽和流部分通過(guò)時(shí)，車頭時(shí)距最小為tmin，設(shè)車流飽和流部分通過(guò)沖突區(qū)時(shí)的流速為SV，車流V在信號(hào)交叉口的機(jī)動(dòng)車到達(dá)率為?V。則在飽和流部分通過(guò)機(jī)動(dòng)車數(shù)為：NSV?TSVSV/3600?(TP?TSV)?V/3600依照上述等式可

22、得 TSV?TP?V SV?V (4)6.2.1.1.2. 機(jī)動(dòng)車非飽和流部分當(dāng)機(jī)動(dòng)車之間出現(xiàn)可同意間隙即車頭時(shí)距h大于或等于行人群臨界間隙tcP時(shí)，行人可截?cái)嘬嚵鳙@得通行權(quán)。本論文假定車隊(duì)非飽和流部分車頭時(shí)距h服從負(fù)指數(shù)分布，則h的累積概率分布為： P(h?t)?1?e?(t?tmin)1?tmin令XV?e?V(tcP?tmin)1?VtminnP(h?tcP)?1?XV，則P(h?tcP)?XV，故Pn?1(?XV)XV。 非飽和流通行機(jī)動(dòng)車數(shù)為：NUV?nPn?n?1?1?1XV (5)因?yàn)檐嚵鞒霈F(xiàn)間隙大于或等于tcP時(shí)車流會(huì)被截?cái)?，因此車?duì)非飽和流部分車頭時(shí)距的變化范圍是tmin,t

23、cP，又因?yàn)閔服從移位負(fù)指數(shù)分布，可得到車隊(duì)非飽和流部分車頭時(shí)距的均值HUV?1(tcP?tmin)XV 1?XV?V?則機(jī)動(dòng)車非飽和流部分通行時(shí)刻為TUV?NUVHUV。6.2.1.1.3. 行人飽和流部分依照論文中已有分析，在形成行人飽和流前會(huì)有一段較長(zhǎng)的等待時(shí)刻，同時(shí)行人飽和流是緊接著機(jī)動(dòng)車非飽和流而出現(xiàn)。通常，等待行人中某個(gè)行人會(huì)領(lǐng)先同意較小的間隙而打斷車流，其他行人就會(huì)隨之穿越?jīng)_突區(qū)?？芍獩_突區(qū)等待時(shí)刻和等待人數(shù)是行人個(gè)體臨界間隙的要緊阻礙因素，可設(shè)行人等待人數(shù)為QP，行人個(gè)體的臨界間隙為tcP，等待時(shí)刻為d。參考相關(guān)文獻(xiàn)可知沖突區(qū)內(nèi)，等待人數(shù)QP和d之間存在強(qiáng)相關(guān)關(guān)系，因此行人臨界

24、間距可表示為d的函數(shù)tcP?f(d,QP)?g(d)設(shè)行人飽和流P中，行人軀體占據(jù)范圍直徑為?P，與行人流沖突的機(jī)動(dòng)車平均寬度為l，行人隊(duì)列長(zhǎng)為lq，車隊(duì)靜止時(shí)機(jī)動(dòng)車間距l(xiāng)s，單向行人飽和流平均行人行進(jìn)速度為vP1。 其參數(shù)間存在如下關(guān)系：2lQP?PTSP? vP1vP1ls再設(shè)行人平均到達(dá)率為qP，且累積到達(dá)時(shí)刻為d?TSP，則有QP?qp(d?TSP)。 結(jié)合上述兩式，可得行人飽和流部分通行時(shí)刻：l?Pqp?dvP1vP1ls TSP?2?PqP1?vP1ls26.2.1.1.4. 行人非飽和流部分為方便觀測(cè)和計(jì)算，假設(shè)假如到達(dá)人行橫道處的行人的時(shí)刻距離在1s內(nèi)則將他們視為同一行人群。易

25、知平均每群中的人數(shù)與行人的流量應(yīng)該是相關(guān)的，行人流量越大則平均每群中人數(shù)越多，可通過(guò)回歸分析，當(dāng)行人流量為p時(shí)，平均每群中的人數(shù)N為：N?0?1p (N?1)則平均達(dá)到時(shí)距為HP?3600N/p與車隊(duì)非飽和流部分相似，行人流P的非飽和流部分通過(guò)時(shí)，行人在沖突區(qū)不受延誤。車流V在行人流出現(xiàn)可同意間隙，即行人群到達(dá)時(shí)距大于機(jī)動(dòng)車臨界間隙tcP時(shí)，阻斷行人流獲得通行權(quán)。利用計(jì)算機(jī)動(dòng)車非飽和流部分的分析方法，可得到Pn?(1?XP)nXp，其中?(tcV?1)HP?1XP?e。 ?n?1通過(guò)沖突區(qū)的行人群數(shù)的期望值為NUP?nPn?部分車頭時(shí)距的均值HUP?1?(tcV?1)Xp1?Xp1?1，行人群

26、非飽和流XP。則可求出非飽和流行人通行時(shí)刻為：TUP?NUPHUP6.2.1.1.5. 沖突時(shí)段內(nèi)通行的機(jī)動(dòng)車數(shù)結(jié)合前四節(jié)對(duì)沖突時(shí)段內(nèi)各時(shí)刻段的分析，關(guān)于某一沖突周期i，均可依照上述方程聯(lián)立方程組求解出TSVi,TUVi,tcPi,NUVi,HUVi,TSPi和di的值，則車流V與人流P在行人-機(jī)動(dòng)車沖突時(shí)段內(nèi)通行的機(jī)動(dòng)車數(shù)與行人數(shù)分不為NV?NVi NP?NNPiii6.2.1.2. 信號(hào)交叉口典型人車沖突區(qū)通行能力6.2.1.2.1. 考慮雙向行人交通流的修正模型通常，信號(hào)交叉口人車沖突區(qū)處的行人交通流為雙向行人交通流，雙向行人條件下通行能力的計(jì)算與前述方法差不多相同，只是在以下兩方面做出

27、修改：相關(guān)研究表明，在行人密度較大時(shí)雙向行人的平均行進(jìn)速度(記為vP2)通常明顯低于單向行人的行進(jìn)速度4，同時(shí)行人的到達(dá)率也應(yīng)該改為雙向行人到達(dá)率之和；將兩個(gè)流向行人當(dāng)作整體研究時(shí)，行人群的最小時(shí)距為0，則行人群數(shù)據(jù)服從負(fù)指數(shù)分布，即p(hp?t)?1?e?tHP?16.2.1.2.2. 行人交通阻礙下機(jī)動(dòng)車在信號(hào)交叉口的通行能力結(jié)合修正模型可得出信號(hào)交叉口右轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)車一行人沖突區(qū)通行能力為 CapPR?3600(NV?SVtfree)Cs(6)關(guān)于機(jī)動(dòng)車左轉(zhuǎn)情況，考慮到在可利用的通行時(shí)刻內(nèi)，左轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車須穿越隨機(jī)到達(dá)的對(duì)向直行機(jī)動(dòng)車流和非機(jī)動(dòng)車流，因此，行人阻礙下的左轉(zhuǎn)車道通行能力為CapL?

28、min(CapPL,CapML) (7)其中，CapML為左轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車與在與對(duì)向直行機(jī)動(dòng)車的沖突區(qū)的通行能力。 同時(shí)，依照理想狀況下道路通行能力模型可求出機(jī)動(dòng)車直行通行能力CapBT。6.2.1.3. 模型的分析驗(yàn)證從實(shí)際情況動(dòng)身，沖突車流的通行能力專門大程度上取決于有效綠燈時(shí)刻內(nèi)沖突區(qū)人車沖突的平均次數(shù)。能夠想象，當(dāng)沖刺次數(shù)越多，行人占用沖突區(qū)的時(shí)刻就越長(zhǎng)，而且因通行權(quán)轉(zhuǎn)換造成的機(jī)動(dòng)車啟動(dòng)停止的損失時(shí)刻就越長(zhǎng)。而通過(guò)運(yùn)行程序計(jì)算，能夠發(fā)覺(jué)隨人流量的增加會(huì)導(dǎo)致車流通行能力大大降低(如圖 6所示)，同時(shí)沖突區(qū)人車沖突增多(如圖 7所示)，即模型正確的反映了這一現(xiàn)象，也驗(yàn)證了模型的正確性。圖 6車流

29、通行能力隨人流量變化的趨勢(shì)圖 7平均沖突次數(shù)對(duì)行人流量的靈敏度6.2.2. 非機(jī)動(dòng)車交通對(duì)信號(hào)交叉口通行能力的阻礙在混合交通交叉路口，機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車的相互作用過(guò)程較為復(fù)雜。在都市道路運(yùn)行的機(jī)動(dòng)車流、非機(jī)動(dòng)車流及人流各自運(yùn)行的速度、特性和目標(biāo)各不相同，從而造成混合交通流中一個(gè)流體對(duì)其他流體的阻礙和干擾。自行車數(shù)量較大，交叉路口紅燈信號(hào)轉(zhuǎn)綠燈信號(hào)時(shí)，由于自行車具有體積小，啟動(dòng)快，而且啟動(dòng)速度慢于機(jī)動(dòng)車速度等緣故，在綠燈信號(hào)初期，往往出現(xiàn)自行車流位于機(jī)動(dòng)車流的前面，其速度又低于機(jī)動(dòng)車流啟動(dòng)后的速度，阻礙和干擾了機(jī)動(dòng)車的正常運(yùn)行。本文要緊將非機(jī)動(dòng)車對(duì)機(jī)動(dòng)車的阻礙歸為4類：1. 綠燈初期非機(jī)動(dòng)車占用沖

30、突區(qū)阻礙。非機(jī)動(dòng)車靈活，易于啟動(dòng)加速，綠燈初期非機(jī)動(dòng)車搶先密集通過(guò)沖突區(qū)，造成機(jī)動(dòng)車可利用通行時(shí)刻的損失；2. 等候穿越的非機(jī)動(dòng)車阻礙。非機(jī)動(dòng)車在沖突前等候穿越時(shí)，機(jī)動(dòng)車主為保證安全通常采取減速措施，現(xiàn)在沖突區(qū)車流的平均速度明顯低于非沖突區(qū)或無(wú)非機(jī)動(dòng)車等候穿越時(shí)的平均速度；3. 非機(jī)動(dòng)車穿越?jīng)_突區(qū)造成的阻礙。非機(jī)動(dòng)車開(kāi)始穿越?jīng)_突區(qū)時(shí)，立即到達(dá)沖突區(qū)的機(jī)動(dòng)車會(huì)進(jìn)一步減速以幸免碰撞，現(xiàn)在對(duì)沖突區(qū)車流的平均速度下降。由于非機(jī)動(dòng)車穿越造成的車流速度的波動(dòng)數(shù)使機(jī)動(dòng)車飽和流率下降；4. 交叉口內(nèi)滯留非機(jī)動(dòng)車占道阻礙。在沖突區(qū)前等候的非機(jī)動(dòng)車，一部分在出現(xiàn)可同意間隙時(shí)穿越，另一部分滯留在沖突區(qū)前的等候區(qū)域。

31、當(dāng)滯留的非機(jī)動(dòng)車數(shù)量超過(guò)等候區(qū)域的存儲(chǔ)容量時(shí)，就會(huì)占用臨近時(shí)車道，臨近車道上的機(jī)動(dòng)車速度會(huì)因此發(fā)生突發(fā)性下降。除上述4種直接阻礙外，在交叉口存在大量非機(jī)動(dòng)車交通的情況下，為確保其在相位切換時(shí)安全通過(guò)沖突區(qū)，綠燈間隔時(shí)刻有必要有所延長(zhǎng)5，這也將導(dǎo)致機(jī)動(dòng)車可通行時(shí)刻的損失。6.2.2.1. 右轉(zhuǎn)車道機(jī)動(dòng)車-非機(jī)動(dòng)車沖突區(qū)通行能力6.2.2.1.1. 綠燈初期非機(jī)動(dòng)車占用沖突區(qū)時(shí)刻設(shè)非機(jī)動(dòng)車在綠燈初期搶先密集通過(guò)沖突區(qū)所需時(shí)刻為TGB，這些車輛是由紅燈時(shí)刻tR和TGB時(shí)刻內(nèi)累積的，因此滿足公式：(tR?TGB)?B?Nt(B?0.5)TGB即得 TGB?BtRNt(B?0.5)?B其中，?B為非機(jī)動(dòng)

32、車到達(dá)率，Nt為非機(jī)動(dòng)車通道斷面飽和流率，建議為0.613bic/s?m6，B為沖突區(qū)非機(jī)動(dòng)車通道寬度。在TGB時(shí)段內(nèi)，機(jī)動(dòng)車無(wú)法前行，只能等該批非機(jī)動(dòng)車通過(guò)后才可通行。6.2.2.1.2. 無(wú)非機(jī)動(dòng)車阻礙的通行能力假設(shè)非機(jī)動(dòng)車隨機(jī)到達(dá)，并用泊松分布描述該特征，則在時(shí)段之內(nèi)，沖突區(qū)前無(wú)非機(jī)動(dòng)車到達(dá)概率為P0?P(X?0)?e?B?。其中，X為時(shí)段?內(nèi)到達(dá)的非機(jī)動(dòng)車數(shù)。則沖突區(qū)前無(wú)非機(jī)動(dòng)車等候的時(shí)刻近似為P0(tG?tGB)。設(shè)在該段時(shí)刻內(nèi)，沖突車流以速度v0沖過(guò)沖突區(qū)，對(duì)應(yīng)流率為q0(veh/h)，可得各個(gè)周期內(nèi)，沖突車流在無(wú)非機(jī)動(dòng)車等候期間的車輛數(shù)為： Vnon?q0p0(tG?tGB) (

33、8)6.2.2.1.3. 非機(jī)動(dòng)車穿越阻礙期間的通行能力設(shè)非機(jī)動(dòng)車處于等候時(shí)，沖突區(qū)車流以速度v1，流率q1(veh/h)通過(guò)沖突區(qū)。當(dāng)非機(jī)動(dòng)車開(kāi)始穿越?jīng)_突區(qū)時(shí)，車流平均速度由v1降到v2，沖突車流由于非機(jī)動(dòng)車穿越，而由原來(lái)狀態(tài)(v1,q1)變化成低速高密度狀態(tài)?v2,q2?，這種狀態(tài)變化過(guò)程持續(xù)的時(shí)刻恰為非機(jī)動(dòng)車通行沖突區(qū)的時(shí)刻TB，經(jīng)TB時(shí)刻后，隊(duì)列內(nèi)的車輛數(shù)為(q1?q2)TB。當(dāng)機(jī)動(dòng)車穿越完畢，沖突車流開(kāi)始加速通過(guò)沖突區(qū)，交通流由低速高密度(v2,q2)狀態(tài)恢復(fù)到原狀態(tài)(v1,q1)也通過(guò)時(shí)刻TB。在該段時(shí)刻內(nèi)，車流流速是不斷變化的，其均值可表示為q12?v1v2q(v)dvv1?v2

34、其中，q(v)在機(jī)動(dòng)車流量關(guān)于機(jī)動(dòng)車流速度v的函數(shù)。因此，非機(jī)動(dòng)車一次穿越時(shí)刻內(nèi)，通過(guò)機(jī)動(dòng)車車輛數(shù)為：n?2q12TB沖突區(qū)有非機(jī)動(dòng)車穿越的概率Ppt應(yīng)為有非機(jī)動(dòng)車到達(dá)且機(jī)動(dòng)車流中出現(xiàn)可同意間隙的概率，假設(shè)機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車的到達(dá)是相互獨(dú)立的，則Ppt?P(X?0)P(t?tcB)?(1?P(X?0)P(t?tcB)其中，t為右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車流淌到達(dá)時(shí)刻，tcB為非機(jī)動(dòng)車臨界間隙值。右轉(zhuǎn)沖突車流到達(dá)時(shí)距t服從移位負(fù)指數(shù)分布?？傻玫椒治鰰r(shí)段內(nèi)，?Ppt?(1?e?B?)?e?v(t?tm)dttcB其中，?v為右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車平均到達(dá)率；tm為機(jī)動(dòng)車流最小隨車時(shí)距。時(shí)段?內(nèi)平均機(jī)動(dòng)車穿越次數(shù)為：Npt?(1?

35、e?B?)?e?v(tcB?tm)?(?v?1)由Npt可得到機(jī)動(dòng)車可利用的通行時(shí)刻內(nèi)非機(jī)動(dòng)車平均穿越次數(shù)Npt。則機(jī)動(dòng)車流在非機(jī)動(dòng)車穿越阻礙時(shí)段內(nèi)通過(guò)車輛數(shù)為：Vpt?N?pt?n?3600? (9)6.2.2.1.4. 等候穿越的非機(jī)動(dòng)車阻礙期間的通行能力在時(shí)段?內(nèi)，沖突區(qū)前有非機(jī)動(dòng)車的概率應(yīng)為：?B?P1?P(x?0)?(1?P(x?0)?1?e則在機(jī)動(dòng)車可利用通行時(shí)刻內(nèi)，沖突區(qū)前有非機(jī)動(dòng)車到達(dá)的時(shí)刻近似為P1?(tg?TGB)。故得非機(jī)動(dòng)車到達(dá)但無(wú)法通過(guò)而等候的時(shí)刻為：?P1?(tg?TGB)?2?TB?Npt則沖突車流在非機(jī)動(dòng)車等候穿越時(shí)刻通過(guò)的車輛數(shù)為：?Vat?q1?(P1(tg

36、?TGB)?2?TB?Npt) (10)6.2.2.1.5. 右轉(zhuǎn)車道機(jī)動(dòng)車非機(jī)動(dòng)車沖突區(qū)通行能力計(jì)算在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)，綠燈期間能夠通過(guò)的右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車輛數(shù)為：V?Vnon?Vpt?Vat則右轉(zhuǎn)車道的機(jī)非沖突區(qū)通行能力為V?(Vnon?Vpt?Vat)/Cs其中Cs是信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)。 (11)6.2.2.2. 左轉(zhuǎn)車道機(jī)動(dòng)車-非機(jī)動(dòng)車通信能力左轉(zhuǎn)車道通行能力(記作VapBL)計(jì)算，差不多上與上文所述右轉(zhuǎn)車道機(jī)非沖突區(qū)通行能力計(jì)算方法相同。若不考慮行人干擾，信號(hào)交叉口左轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車流在通行時(shí)可能與對(duì)向直行機(jī)動(dòng)車和非機(jī)動(dòng)車發(fā)生沖突。在非專用相位內(nèi)，左轉(zhuǎn)車輛常須讓行與直行機(jī)動(dòng)車。在綠燈放行初期，對(duì)向直行交通以

37、飽和流通過(guò)，左轉(zhuǎn)車輛只能在待行區(qū)等候。左轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車實(shí)際可利用的通行時(shí)刻為maxtG?max(TSBTO,TSMTO),0，其中TSMTO,TSBTO分不為對(duì)向直行機(jī)動(dòng)車，非機(jī)動(dòng)車以飽和流率通行的時(shí)刻。在可利用通行時(shí)刻內(nèi)，左轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車須穿越隨機(jī)到達(dá)的對(duì)向直行機(jī)動(dòng)車流和非機(jī)動(dòng)車流。因此，非機(jī)動(dòng)車阻礙下的左轉(zhuǎn)車道通行能力為：VapBL?min(VapBL,VapML) (12)其中，VapML為左轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車在與對(duì)面直行機(jī)動(dòng)車的沖突區(qū)的通行能力。此外，除了在可利用的綠燈時(shí)刻穿越?jīng)_突車流通過(guò)交叉口，左轉(zhuǎn)車輛還可能迅速起動(dòng)，從而可能利用黃燈一時(shí)刻通過(guò)交叉口，黃燈期間的通行能力計(jì)算可參照文獻(xiàn)7。6.2.2.3.

38、非機(jī)動(dòng)車阻礙下的直行通行能力執(zhí)行機(jī)動(dòng)車在通行時(shí)可能受到兩種形式的非機(jī)動(dòng)車干擾：一種是本向和對(duì)向左轉(zhuǎn)非機(jī)動(dòng)車在信號(hào)放行初期搶先通行的阻礙；另一種是滯留在交叉口內(nèi)的上一個(gè)相位直行或本相位左轉(zhuǎn)非機(jī)動(dòng)車的阻礙。6.2.2.3.1. 綠燈初期非機(jī)動(dòng)車占用沖突區(qū)時(shí)刻直行機(jī)動(dòng)車在信號(hào)放行初期要緊受到本向和對(duì)向左轉(zhuǎn)非機(jī)動(dòng)車搶先通行的阻礙。設(shè)tw為左轉(zhuǎn)非機(jī)動(dòng)車在與同向、反向直行機(jī)動(dòng)車的沖突區(qū)之間的行駛時(shí)刻，TSBL,TSBLD分不為本向、對(duì)向直行機(jī)動(dòng)車飽和流部分通過(guò)時(shí)刻。關(guān)于本向直行機(jī)動(dòng)車與左轉(zhuǎn)非機(jī)動(dòng)車的沖突區(qū)，當(dāng)TSBL?TSBLD?tw時(shí)，直行機(jī)動(dòng)車流被阻斷的時(shí)刻tL?TSBL；當(dāng)TSBL?wt時(shí)，本向左轉(zhuǎn)

39、非機(jī)動(dòng)車通行后，對(duì)向左轉(zhuǎn)非機(jī)動(dòng)車尚未到達(dá)，因此機(jī)動(dòng)車阻斷非機(jī)動(dòng)車流并以飽和流率通過(guò)，直行機(jī)動(dòng)車被阻斷的時(shí)刻tL?tSBLD?tw。6.2.2.3.2. 交叉口內(nèi)滯留非機(jī)動(dòng)車占道阻礙模型當(dāng)滯留非機(jī)動(dòng)車的數(shù)量以超過(guò)等候區(qū)域的存儲(chǔ)容量nA時(shí)，滯留非機(jī)動(dòng)車就會(huì)占用臨近直行車道，直行機(jī)動(dòng)車流速度會(huì)因此下降8，交叉口處車流速度的下降，造成飽和流量的降低。交叉口一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)滯留的非機(jī)動(dòng)車數(shù)，等于一個(gè)周期內(nèi)到達(dá)的非機(jī)動(dòng)車數(shù)減去通過(guò)的非機(jī)動(dòng)車數(shù)。滯留非機(jī)動(dòng)車阻滯機(jī)動(dòng)車的時(shí)刻tsu約為：tsu?int(ns?nA)/ktcBtcB/(?e?V(t?tmin)dt) ?cB其中，kt為一個(gè)同意間隙所能穿越的非機(jī)動(dòng)

40、車數(shù)目，int()為取整函數(shù)。 cB6.2.2.3.3. 非機(jī)動(dòng)車阻礙下的直行車通行能力非機(jī)動(dòng)車阻礙下的直行車通行能力為VapBT?(tG?tL?tsu)q0t?tsuq4)/Cs (13)其中，q0T為無(wú)非機(jī)動(dòng)車干擾時(shí)直行機(jī)動(dòng)車道的飽和流率，q4為滯留非機(jī)動(dòng)車阻滯阻礙下的機(jī)動(dòng)車飽和流率。6.2.2.4. 模型的分析驗(yàn)證利用本模型計(jì)算非機(jī)動(dòng)車阻礙下的機(jī)動(dòng)車右轉(zhuǎn)通行能力如圖 8所示。圖 8非機(jī)動(dòng)車阻礙下右轉(zhuǎn)車通行能力6.3. 集計(jì)行人、非機(jī)動(dòng)車對(duì)通行能力的阻礙“木桶原理”來(lái)源于古典經(jīng)濟(jì)學(xué)，其內(nèi)容要緊是：由長(zhǎng)短不一的幾塊木板制成的一個(gè)木桶，它的最大蓄水量是由幾塊木板中最短的那塊木板決定的。也確實(shí)是

41、講，任何事物的進(jìn)展總是受到一定的因素制約，即事物進(jìn)展的瓶頸。同樣，在確定混合交叉路口車道通行能力的計(jì)算中，本文考慮到了機(jī)動(dòng)車本身、行人和非機(jī)動(dòng)車等因素。援引上述“木桶原理”能夠得出道路的通行能力大小同樣存在瓶頸。故合理確定車道通行能力瓶頸，有效的應(yīng)用“木桶原理”，是解決這一難題的一個(gè)行之有效的方法。為得出混合交通路口的幾何、交通、信號(hào)操縱等因素互相阻礙下的通行能力，以HCM(2000)9為代表的折減系數(shù)方法通過(guò)連乘各種折減系數(shù)，疊加各個(gè)因素的阻礙。關(guān)于機(jī)動(dòng)車、行人和非機(jī)動(dòng)車三者對(duì)通行能力的疊加阻礙，HCM方法考慮到了行人流和非機(jī)動(dòng)車流可能存在相互遮擋的現(xiàn)象，提出了相關(guān)占有率的概念，由此計(jì)算出行

42、人-非機(jī)動(dòng)車聯(lián)合折減系數(shù)，合成行人和非機(jī)動(dòng)車對(duì)通行能力的阻礙。該計(jì)算方法的流程圖見(jiàn)圖 9。圖 9行人、非機(jī)動(dòng)車阻礙集計(jì)方法基于流程圖中的計(jì)算方法，通常從沖突區(qū)著眼，提取出分析的阻礙因素，再計(jì)算所研究的車流量在各個(gè)沖突區(qū)上的通行能力，依據(jù)“木桶原理”確定車流量通行能力瓶頸，進(jìn)而確定那個(gè)車道通行能力，從而得到各種沖突情況下合成的通行能力。圖 10 參照木桶原理得出的機(jī)動(dòng)車、行人與非機(jī)動(dòng)車阻礙下的道路通行能力實(shí)際上，車流在各種沖突情況下的運(yùn)行狀態(tài)是相互阻礙的，這種阻礙十分復(fù)雜。一種情況下，沖突交通流之間可能存在相互遮擋；另一情況下，車流上游阻礙車輛下游的運(yùn)行狀況和到達(dá)規(guī)律。因此，不管是以某種沖突情況

43、所得通行能力作為該處通行能力，依舊使用各種情況下的最小值作為最終結(jié)果，都存在一定的局限性。因此，如何更好的給出道路的通行能力，還能夠進(jìn)行更為深入的研究。7. 問(wèn)題三 混合交通條件下交叉口配時(shí)優(yōu)化研究7.1. 混合交通條件下的F.-韋伯斯特-B.柯布方法7.1.1. F.-韋伯斯特-B.柯布理論概述F.-韋伯斯特-B.柯布理論的差不多動(dòng)身點(diǎn)是：車輛通過(guò)交叉口時(shí)，以其受阻延誤時(shí)刻作為唯一的衡量指標(biāo)，然后對(duì)信號(hào)配時(shí)方案進(jìn)行優(yōu)選。利用F.-韋伯斯特-B.柯布理論對(duì)路口進(jìn)行信號(hào)配時(shí)時(shí)，要緊決定的兩個(gè)因素是信號(hào)周期和綠燈時(shí)刻。 1. 信號(hào)周期設(shè)計(jì)(1) 最短信號(hào)周期Cm:等于一個(gè)周期內(nèi)損失時(shí)刻之和加上全部

44、到達(dá)車輛以飽和流量通過(guò)交叉口所需時(shí)刻，即：Cm?L?V1VCm?2Cm?S1S2?VnCm Sn(14)Cm?L1?yi1n?L1?Y其中，L為周期損失時(shí)刻； (2) 最佳信號(hào)周期C0式中，?一般取1.510Vi為相位的最大流量比 SiC0?2Cm?2L?L?5?1?Y1?Y(15)7.1.2. F.-韋伯斯特-B.柯布公式的改進(jìn)由于傳統(tǒng)的計(jì)算公式只是考慮交叉口機(jī)動(dòng)車輛的情況，沒(méi)有考慮非機(jī)動(dòng)車輛對(duì)路口信號(hào)配時(shí)的阻礙。而在我國(guó)，由于受到本國(guó)實(shí)際情況的阻礙，非機(jī)動(dòng)車輛多是我國(guó)交通的一個(gè)專門顯著的特點(diǎn)。特不是上下班高峰期，非機(jī)動(dòng)車輛在有的路口成了要緊車流，有時(shí)路口非機(jī)動(dòng)車輛的擁擠卻成了交叉口擁擠的緣

45、故。因此，把非機(jī)動(dòng)車折合成機(jī)動(dòng)車流，然后把折合后的車流量和機(jī)動(dòng)車的車流量相加，即有如下計(jì)算公式：Vn?VnnonV1?V1nonV2?V2nonCm?Cm?Cm 最短信號(hào)周期Cm?L?S1S2Sn?L?5最佳信號(hào)周期C0?1?YVi為相位的非機(jī)動(dòng)車流量，?為折算系數(shù)。7.1.3. 基于混合交通條件下的信號(hào)配時(shí)設(shè)計(jì)1. 最佳周期時(shí)長(zhǎng)：信號(hào)操縱交叉口上，能使通車效益指標(biāo)最佳的交通信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)。1.5L?5C0?1?Y2. 最小周期時(shí)長(zhǎng)：應(yīng)依照行人過(guò)街所需最短時(shí)刻進(jìn)行確定。gmin?7?lpvp?I3. 信號(hào)損失總時(shí)刻L?l?I?A?i?1n4. 各相位的實(shí)際顯示綠燈時(shí)刻x?xi?A?l5. 平均延

46、誤c?1?di?21?yi26. 第i相位的通行能力Qi?si?xiC1.0?i1.0?yi7. 第i相位的車輛平均停車次數(shù)hi?0.97.1.4. 信號(hào)交叉口配時(shí)設(shè)計(jì)的參數(shù)計(jì)算 7.1.4.1. 信號(hào)交叉口交通量的設(shè)計(jì)下面依照問(wèn)題一設(shè)計(jì)的典型交叉路口對(duì)以上信號(hào)配時(shí)公式進(jìn)行驗(yàn)證，首先設(shè)計(jì)交叉路口的交通量為：表 1交叉路口交通量7.1.4.2. 各類進(jìn)口車道飽和流量校正系數(shù)表表 2各車道飽和流量校正表7.1.4.3. 差不多計(jì)算結(jié)果表 3各方向交通流量7.1.5. 配時(shí)參數(shù)計(jì)算127.1.5.1. 信號(hào)周期和綠燈時(shí)刻1. 信號(hào)總損失時(shí)刻：L?2*?5?3?3?10?s? 2. 最佳信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)為

47、：C0?L?51?Y?1.5?10?5?50?s?1?0.322?0.2783. 總有效綠燈時(shí)刻：Ge?C0?L?40?s?4. 各相位有效綠燈時(shí)刻：y10.322C?L?40?21?s? ?0?Y0.6y0.278g2?2?C0?L?40?19?s?Y0.65. 各相位實(shí)際顯示綠燈時(shí)刻：第1相位實(shí)際顯示綠燈時(shí)刻21?3?3?21?s?g1?第2相位實(shí)際顯示綠燈時(shí)刻19?3?3?19?s?7.1.5.2. 延誤與通行能力 1. 平均延誤c?1?1?東西相位（第1相位）平均延誤d1?13.18?s?21?y1c?1?2?南北相位（第2相位）平均延誤d2?28.96?s?21?y2222. 通行能

48、力s1?x17610.79?21?2131.02?s? C75s?x5527.55?19第2相位的通行能力Q2?22?1400.31?s?C753. 平均停車次數(shù)1.0?11?0.28第1相位的平均停車次數(shù)h1?0.9?0.9?0.96?次?1.0?y11?0.3221.0?21?0.25第2相位的平均停車次數(shù)h2?0.9?0.9?0.93?次?1.0?y21?0.278第1相位的通行能力Q1?7.1.5.3. 優(yōu)化前后的各交通流參數(shù)比較表 4改進(jìn)的Webber方法優(yōu)化后各參數(shù)比較7.2. 基于遺傳算法的信號(hào)配時(shí)優(yōu)化模型7.2.1. 遺傳算法概述遺傳算法，簡(jiǎn)稱GA，是一種基于生物自然選擇和基因

49、遺傳學(xué)原理的優(yōu)化搜索算法。遺傳算法的具體步驟：第1步 隨機(jī)產(chǎn)生初始群種，每個(gè)個(gè)體表示為染色體的基因編碼；第2步 計(jì)算個(gè)體的適應(yīng)度，并推斷是否符合優(yōu)化原則，若符合，輸出最優(yōu)解，并結(jié)束計(jì)算，否則轉(zhuǎn)第3步；第3步 依據(jù)適應(yīng)度選擇再生個(gè)體，適應(yīng)度高的個(gè)體被選擇的概率高，適應(yīng)度 低的個(gè)體可能被淘汰；第4步 按照一定的交叉概率和交叉方法，生成新的個(gè)體； 第5步 按照一定的變異概率和變異方法，生成新的個(gè)體； 第6步 由交叉和變異產(chǎn)生新一代的種群，返回到第2步。圖 11遺傳算法流程圖7.2.2. 信號(hào)交叉口實(shí)時(shí)配時(shí)優(yōu)化模型依照交通狀況的實(shí)際需求，以延誤時(shí)刻最短，停車數(shù)量最少，通行能力最大為目標(biāo)函數(shù)，利用能夠隨

50、交通需求變化的加權(quán)系數(shù)把這3個(gè)目標(biāo)結(jié)合為單目標(biāo)的函數(shù)，其優(yōu)化模型如下13：minf(x)?Ki1Di?Ki2Hi?Ki3Qii?1n?xi?ai?0,1?i?n;?n?(xi?li)?b;?i?1?yic0.75?0.95,1?i?n;?xi?式中：ai 第i相位最小有效綠燈時(shí)刻li 第i相位損失時(shí)刻b 最大周期時(shí)刻xi 第i相位有效綠燈時(shí)刻yi 第i相位的交通強(qiáng)，即交通流量與飽和流量之比 C 信號(hào)周期7.2.3. 遺傳算法的Matlab實(shí)現(xiàn) 7.2.3.1. 參數(shù)初始化采納Matlab語(yǔ)言編制程序，對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行仿真計(jì)算，仿真過(guò)程中的一些具體參數(shù)為：種群數(shù)目為80，最大遺傳代數(shù)為1000，染

51、色體編碼長(zhǎng)度為15，交叉概率為0.75，變異概率為0.001。代入數(shù)值，得到目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式為：Minf?x?2.12?x2?10?2/?x1?x2?10?2.12?x2?10?/?x1?x2?10?2.54x1?1.90?x1?10?2/?x1?x2?10?1.90?x1?10?/?x1?x2?10?2.54x2?0.428x1?0.322x2?3.22?0.628x1?0.472x?0.278x?2.78?0.672x?121易知目標(biāo)函數(shù)圖形如下：圖 12目標(biāo)函數(shù)f(x)其優(yōu)化過(guò)程是用MATLAB7.0編程實(shí)現(xiàn)(主程序見(jiàn)附錄)，限于篇幅關(guān)系，給出其部分優(yōu)化過(guò)程如下:圖 13每次迭代過(guò)程中所產(chǎn)

52、生最大最小及均值圖 14每次迭代過(guò)程產(chǎn)生的最佳函數(shù)值與均值對(duì)比7.2.3.2. Matlab求解結(jié)果計(jì)算結(jié)果表明，第一相位東西方向的綠燈時(shí)刻為21.461，第一相位南北方向的綠燈時(shí)刻為18.527。由此得到優(yōu)化結(jié)果圖和優(yōu)化前后的各交通流參數(shù)比較表。表 5優(yōu)化前后各交通參數(shù)對(duì)比表8. 模型的優(yōu)缺點(diǎn)8.1. 理想狀況下道路通行能力模型優(yōu)點(diǎn)：該模型是在排除了道路上存在的行人以及非機(jī)動(dòng)車的基礎(chǔ)上，計(jì)算出混合交通路口出，直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)車道的通行能力，使用計(jì)算方程簡(jiǎn)單易明白，所需參數(shù)也可容易取得；缺點(diǎn)：該模型是在假設(shè)道路上通行的全部差不多上機(jī)動(dòng)車的條件下給出，不具有普遍性，計(jì)算所得數(shù)據(jù)可靠性也較低。8.2. 人車沖突區(qū)機(jī)動(dòng)車通行能力模型優(yōu)點(diǎn)：行人-機(jī)動(dòng)車沖突區(qū)是信號(hào)交叉口的瓶頸，是計(jì)算行人阻礙下信號(hào)交叉口通行能力的重要依據(jù)。交叉口處車輛的轉(zhuǎn)向有左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和直行，因此分不給出了這三種情況下各自的通行能力計(jì)算公式。同時(shí)在交叉口行進(jìn)中，行人是雙向運(yùn)動(dòng)的，基于這一差不多現(xiàn)象給出了考慮雙向行人交通流的修正模型，考慮得更為周到；缺點(diǎn)：阻礙道路通行能力的因素相當(dāng)多，此處暫且不考慮非機(jī)動(dòng)車的干擾，僅考慮行人自然不夠合理，因此該模型還有