基于尾氣排放的信號(hào)交叉口綜合評(píng)價(jià)劉琳2015年1月中圖分類(lèi)號(hào)：U491UDC分類(lèi)號(hào)：656基于尾氣排放的信號(hào)交叉口綜合評(píng)價(jià)作者姓名劉琳學(xué)院名稱(chēng)機(jī)械與車(chē)輛學(xué)院指導(dǎo)教師王武宏教授答辯委員會(huì)主席王建群教授申請(qǐng)學(xué)位工學(xué)碩士學(xué)科專(zhuān)業(yè)交通運(yùn)輸工程學(xué)位授予單位北京理工大學(xué)論文答辯日期2015年1月ComprehensiveEvaluationofSignalizedIntersectionsBasedonVehicleEmissionsCandidateName:LiuLinSchoolorDepartment:SchoolofMechanicalEngineeringFacultyMentor:Prof.WangWuhongChair,ThesisCommittee:Prof.WangJianqunDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:TrafficandTransportationEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:January,2015研究成果聲明本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文是我本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作獲得的研究成果。盡我所知，文中除特別標(biāo)注和致謝的地方外，學(xué)位論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得北京理工大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)所使用過(guò)的材料。與我一同工作的合作者對(duì)此研究工作所做的任何貢獻(xiàn)均已在學(xué)位論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。特此申明。簽名：日期：北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文I摘要近年來(lái)，隨著城市交通系統(tǒng)的不斷發(fā)展，交通尾氣排放帶來(lái)的大氣污染已經(jīng)嚴(yán)重影響了人民的生活，引起越來(lái)越多的關(guān)注和研究。因此，將尾氣排放作為道路評(píng)價(jià)的指標(biāo)，尤其在信號(hào)交叉口這一交通節(jié)點(diǎn)處，可以更好地解決尾氣排放優(yōu)化問(wèn)題。本文在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，以信號(hào)交叉口綜合評(píng)價(jià)為研究對(duì)象，充分考慮尾氣排放指標(biāo)在交叉口綜合評(píng)價(jià)中的作用，建立基于車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)的對(duì)交叉口的尾氣排放計(jì)算模型，并采用主成分分析法，實(shí)現(xiàn)定量化交叉口綜合評(píng)價(jià)。本論文主要在一下幾方面進(jìn)行了探索和研究：首先對(duì)國(guó)內(nèi)外尾氣排放及交叉口評(píng)價(jià)相關(guān)研究進(jìn)行了梳理總結(jié)，分析了使用較為廣泛的機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放模型和交叉口管理控制技術(shù)對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放的影響，重點(diǎn)對(duì)交叉口綜合評(píng)價(jià)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行研究，為交叉口處尾氣排放計(jì)算和交叉口綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)建立奠定了較好的理論基礎(chǔ)。其次從城市信號(hào)交叉口處交通特性入手，引入比功率參數(shù)來(lái)描述車(chē)輛運(yùn)性工況與污染物排放因子之間的關(guān)系，并給出各VSP區(qū)間內(nèi)機(jī)動(dòng)車(chē)的污染物排放因子，利用交叉口處車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)將交通微觀仿真模型與尾氣排放模型相結(jié)合，建立基于車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)的交叉口尾氣排放計(jì)算模型。然后針對(duì)城市道路平面信號(hào)交叉口的特點(diǎn)及評(píng)價(jià)指標(biāo)選取原則，建立交叉口綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和主成分分析評(píng)價(jià)模型。利用主成分分析法將高維度的評(píng)價(jià)指標(biāo)變?yōu)榈途S度不相關(guān)的主成分指標(biāo)，確定其權(quán)重系數(shù)，并得到交叉口處綜合評(píng)價(jià)值。最后以典型信號(hào)交叉口為例，展開(kāi)模型的應(yīng)用分析。利用基于車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)的交叉口尾氣排放計(jì)算模型對(duì)交叉口尾氣排放進(jìn)行計(jì)算，驗(yàn)證了該尾氣計(jì)算模型具有良好的可行性和適用性。同時(shí)利用多個(gè)交叉口仿真數(shù)據(jù)對(duì)交叉口綜合評(píng)價(jià)模型進(jìn)行驗(yàn)證，不僅可以科學(xué)地計(jì)算出各個(gè)交叉口的綜合評(píng)價(jià)值，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)多交叉口間定量化比較，對(duì)交叉口的評(píng)價(jià)及優(yōu)化有著重要的意義。關(guān)鍵詞：交叉口；尾氣排放；主成分分析法；綜合評(píng)價(jià)分類(lèi)號(hào)：656北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文IIAbstractInrecentyears,astheurbantransportsystemdevelops,theairpollutioncausedbyvehicleemissionhasseriouseffectonpeople’slife.Inordertosolvethisproblem,theemissionfactorisusuallyusedasanindexintrafficevaluation,especiallyattheintersection.Comprehensiveevaluationofasignalizedintersectionisstudiedinthispaperbasedonpreviousresearches.Anemissioncalculationmodelbasedonvehicleoperationstatusisestablishedwhichisonlyusedforintersections.Principalcomponentanalysisisusedtoquantifytheweightsofeachindexandgetthecomprehensiveevaluationvalueoftheintersection.Thispaperfocusonthefollowingaspects:Firstofall,theexistingstudyaboutemissionsandevaluationofintersectionhasbeensummarizedincludingemissionmodelwhichiswidelyusedandtheinfluencebetweenintersectionmanagementcontroltechnologyandemissions.Themainresearchiscomprehensiveevaluationmethodandevaluationindexofintersectionswhichcanprovidethetheoreticalbasisforthefurtherstudy.ThenVSPisusedtodescribetherelationshipbetweenvehicletravelconditionandemissionfactorsofeachpollutantandalsotheemissionfactorineachVSPintervalisgiven.Theemissioncalculationmodelbasedonvehicleoperationstatusisestablished.Itmakestrafficmicro-simulationmodelandemissionsmodelworkingtogethertogettheemissionsoftheintersection.Moreover,accordingtothefeaturesofurbansignalizedintersectionsandtheprincipleofevaluationindexes,comprehensiveevaluationsystemofasignalizedintersectionisestablished.PCAisusedtoreducethedimensionsofthecomplicatedevaluationsandmaketheremainingprincipalcomponentsuncorrelated,thenalsotoquantifytheweightofeachofprincipalcomponentandtocomprehensiveevaluationvalueofintersection.Atlast,anexampleisgiventoshowthefunctionoftheevaluationmodel,bothoftheevaluationvalueandthesequenceresultsinseveralintersections.Thecalculationofemissionsoftheintersectionthroughtheemissionmodelbasedonvehicleoperationstatusvalidatesthegoodfeasibilityandapplicabilityofthemodelproposedinthispaper.Simultaneoususingsimulationdataofmultipleintersectionstovalidatethecomprehensiveevaluationmodelcannotonlycalculatethecomprehensivevalue,but北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文IIIalsoachievequantitativecomparisonamongmultipleintersections.Themodelproposedinthispaperhasimportantsignificancefortheevaluationandoptimizationoftheintersections.KeyWords:Intersection;Emission;PrincipalComponentAnalysis;ComprehensiveEvaluation北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文IV目錄摘要......................................................I第1章緒論................................................11.1研究背景.....................................................11.2研究目的和意義...............................................21.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀...............................................21.4本文主要研究?jī)?nèi)容和技術(shù)路線(xiàn)...................................61.4.1主要研究?jī)?nèi)容...........................................61.4.2技術(shù)路線(xiàn)...............................................71.5本章小結(jié).....................................................8第2章城市道路信號(hào)交叉口交通特性分析...................102.1城市交叉口系統(tǒng)..............................................102.2信號(hào)交叉口交通特性分析.....................................112.2.1交通沖突特性..........................................112.2.2信號(hào)交叉口機(jī)動(dòng)車(chē)交通流特性分析........................142.3本章小結(jié)...................................................15第3章交叉口綜合評(píng)價(jià)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo).....................163.1評(píng)價(jià)方法...................................................163.2交叉口綜合評(píng)價(jià)指標(biāo).........................................193.2.1交叉口運(yùn)營(yíng)指標(biāo)........................................193.2.2交叉口安全指標(biāo)........................................222.2.3交叉口環(huán)境指標(biāo)........................................233.3本章小結(jié)...................................................26第4章基于行駛狀態(tài)的交叉口尾氣排放計(jì)算模型.............274.1建模思路...................................................27北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文V4.2機(jī)動(dòng)車(chē)比功率參數(shù)...........................................274.3交叉口處車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)分析...................................304.3.1車(chē)輛不同運(yùn)行工況下的尾氣排放特性......................304.3.2交叉口車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)分析................................324.4基于車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)的交叉口尾氣排放計(jì)算模型....................354.5實(shí)例計(jì)算...................................................374.5.1研究對(duì)象..............................................384.5.2數(shù)據(jù)分析..............................................384.6本章小結(jié)...................................................40第5章交叉口評(píng)價(jià)方法及評(píng)價(jià)技術(shù).........................425.1信號(hào)交叉口交通特性.........................................435.2選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)的原則.........................................435.3交叉口綜合評(píng)價(jià)體系建立.....................................445.4評(píng)價(jià)方法....................................................465.4.1主成分分析法..........................................465.4.2主成分分析法交通評(píng)價(jià)模型..............................475.5本章小結(jié)...................................................48第6章實(shí)例分析..........................................496.1評(píng)價(jià)對(duì)象...................................................496.2數(shù)據(jù)分析...................................................506.3本章小結(jié)...................................................53結(jié)論與展望...............................................541總結(jié).........................................................542研究創(chuàng)新與展望...............................................54參考文獻(xiàn).................................................56攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文與研究成果清單....................59致謝.....................................................60北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文1第1章緒論隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市化加快，機(jī)動(dòng)車(chē)的保有量不斷增加，在城市道路交通中，擁堵不僅僅是唯一的問(wèn)題，機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放造成的環(huán)境污染也受到越來(lái)越多的關(guān)注。在這種情況下，在對(duì)交通重要節(jié)點(diǎn)——交叉口進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，更多的考慮機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放指標(biāo)，尤其是交通管理技術(shù)對(duì)尾氣排放的影響，對(duì)交叉口的整體評(píng)價(jià)及優(yōu)化有著重要的意義。1.1研究背景城市道路是城市的基礎(chǔ)設(shè)施，是城市的骨架，與城市生活、生產(chǎn)有著密切的關(guān)系。隨著城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市規(guī)模的日益擴(kuò)大，城市交通量迅速增長(zhǎng)，城市交通出現(xiàn)了日趨緊張的局面。主要問(wèn)題是道路設(shè)施與交通需求相比增長(zhǎng)緩慢，道路系統(tǒng)不健全。例如，從1978年到1997年的二十年間，我國(guó)汽車(chē)保有量已從136萬(wàn)輛猛增到1219萬(wàn)輛，年平均增長(zhǎng)率為12.2%，而城市道路的建設(shè)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于需求增長(zhǎng)的速度[1]。這種需求與供給的不均衡突出表現(xiàn)在道路交叉口處，特別是在信號(hào)控制交叉口，由于其交通量較大，因而更容易形成堵塞，引起嚴(yán)重的延誤、噪聲、廢氣污染、能源浪費(fèi)等，以至波及路段及整個(gè)城市路網(wǎng)系統(tǒng)。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)交通的需求越來(lái)越大，雖然城市道路的密度和各種配套設(shè)施有了很大程度的提高，但是交通負(fù)荷還在持續(xù)增長(zhǎng)，小汽車(chē)的保有量逐年快速增大，加重了城市道路的運(yùn)轉(zhuǎn)能力。信號(hào)交叉口作為城市道路網(wǎng)的重要組成部分，具有交通組成復(fù)雜且多向的特點(diǎn)，這使得交叉口既是道路網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，也往往是城市路網(wǎng)的瓶頸所在。交叉口處信號(hào)的控制會(huì)造成機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行工況的變化，即經(jīng)歷減速、停車(chē)和加速的過(guò)程，在這一過(guò)程中會(huì)不可避免的產(chǎn)生一定的延誤。另外，由于機(jī)動(dòng)車(chē)的排放特性，使得機(jī)動(dòng)車(chē)在頻繁加減速的過(guò)程中會(huì)比勻速行駛時(shí)排放更多的污染物。研究顯示，車(chē)輛在一條道路上行駛，在交叉口上產(chǎn)生的延誤約占全程行車(chē)時(shí)間的31％，2005年我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放在城市大氣污染中的分擔(dān)率達(dá)到79%左右，城市交通的燃油消耗占到了全國(guó)燃油消耗總量的17.2%。因此將環(huán)境因素作為交叉口評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，研究城市道路交叉口管理控制技術(shù)與車(chē)輛尾氣排放之間的關(guān)系，通過(guò)信號(hào)交叉口進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)來(lái)為交叉口的優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)，進(jìn)而使得城市交通網(wǎng)絡(luò)的達(dá)到減北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文2少車(chē)輛尾氣排放和緩解交通擁堵的目的，己成為亟待解決的重要問(wèn)題。城市信號(hào)交叉口是由多種因素相互作用，相互影響，相互制約下形成的一個(gè)復(fù)雜的綜合交通系統(tǒng)。信號(hào)交叉口的綜合評(píng)價(jià)實(shí)質(zhì)上是對(duì)影響道路交通狀況的有關(guān)人、車(chē)、路及環(huán)境在內(nèi)的各種交通要素作系統(tǒng)綜合效應(yīng)分析。為了正確衡量交叉口的服務(wù)水平，需運(yùn)用系統(tǒng)工程的理論和方法，選擇恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)指標(biāo)，合理確定信號(hào)交叉口分級(jí)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，找出存在的關(guān)鍵問(wèn)題，對(duì)其運(yùn)行功能進(jìn)行改進(jìn)和完善。1.2研究目的和意義交叉口作為多向交通流的集散點(diǎn)和交通網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，對(duì)其功能的需求不僅僅體現(xiàn)在運(yùn)行效率上，快速、安全、環(huán)保與舒適并行已經(jīng)成為人們對(duì)交叉口更高的要求。由于這集中要求之間即屬性不同又有著相互關(guān)聯(lián)，因此科學(xué)、合理的解決信號(hào)交叉口各評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的關(guān)系，對(duì)信號(hào)交叉口進(jìn)行定量化綜合評(píng)價(jià)，正是交叉口綜合評(píng)價(jià)的關(guān)鍵。隨著空氣質(zhì)量的不斷惡化，機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放問(wèn)題引起了廣泛的關(guān)注。要從交通角度解決尾氣排放為題，首先需要明確尾氣排放與交通流之間的關(guān)系。將交通模型與尾氣排放模型連接起來(lái)，將尾氣排放作為一項(xiàng)重要指標(biāo)引入到交叉口綜合評(píng)價(jià)中，對(duì)于信號(hào)交叉口的綜合評(píng)價(jià)和尾氣排放的優(yōu)化，都有著至關(guān)重要的意義。本文的研究目的針對(duì)上述交叉口綜合評(píng)價(jià)及尾氣排放優(yōu)化的要求，研究城市道路交叉口的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，將尾氣排放作為交叉口評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)來(lái)建立交叉口綜合評(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)交叉口定量化評(píng)價(jià)，為交叉口的優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。主要思路是：通過(guò)引入VSP參數(shù)將微觀交通仿真模型與機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放模型結(jié)合，建立基于車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)的交叉口尾氣排放計(jì)算模型。同時(shí)將尾氣排放值作為交叉口綜合評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，利用主成分分析法對(duì)交叉口進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)已得到定量化評(píng)價(jià)值。1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放研究現(xiàn)狀為了實(shí)現(xiàn)交通系統(tǒng)中機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放的量化評(píng)價(jià)，目前國(guó)內(nèi)外大量專(zhuān)家學(xué)者都對(duì)此展開(kāi)了研究，并開(kāi)發(fā)了多種量化評(píng)價(jià)尾氣排放的模型。按照模型的應(yīng)用層北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文3次和開(kāi)發(fā)思路，現(xiàn)有的尾氣排放模型可以劃分為宏觀、中觀和微觀三個(gè)層次。宏觀尾氣評(píng)價(jià)通常以基于平均速度的排放因子作為計(jì)算參數(shù)來(lái)計(jì)算和評(píng)價(jià)廣域范圍內(nèi)尾氣的排放情況。宏觀排放模型主要有美國(guó)環(huán)保署開(kāi)發(fā)的MOBILE模型[2]，美國(guó)加州空氣資源局的EMFAC模型[3]和歐盟環(huán)境署自助開(kāi)發(fā)的COPERT模型[4]等；中觀尾氣主要用于對(duì)車(chē)道、交通小區(qū)等區(qū)域進(jìn)行狹域內(nèi)的尾氣排放分析和評(píng)價(jià)，典型的中觀尾氣排放模型包括MEASURE、VT—Micro等。為了真實(shí)細(xì)致的反映道路上的尾氣排放情況，研究交叉口信號(hào)、匝道管理等交通管理措施對(duì)尾氣排放的影響，微觀尾氣排放模型得以提出。微觀尾氣模型能夠?qū)μ囟▍^(qū)域或者交叉口的排放進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)機(jī)動(dòng)車(chē)實(shí)時(shí)尾氣排放量，典型的微觀尾氣模型有CMEM、ONRORD等。美國(guó)環(huán)保署從2002年起開(kāi)發(fā)的MOVES模型能夠在宏觀、中觀和微觀不同層次上預(yù)測(cè)各種車(chē)型的排放[5]。在MOVES的排放計(jì)算中，首先對(duì)車(chē)輛進(jìn)行分類(lèi)，其分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)依次為燃油類(lèi)型、客貨類(lèi)型、生產(chǎn)年份、排放階段、車(chē)齡，然后計(jì)算每類(lèi)車(chē)輛在不同運(yùn)行模式下的排放率，接著，按每類(lèi)車(chē)運(yùn)行模式的分布情況，對(duì)排放率加權(quán)平均，計(jì)算得到總排放。最后，對(duì)各階段排放進(jìn)行修正及加和，得到總排放[6]。2.信號(hào)控制管理技術(shù)對(duì)尾氣排放的影響研究隨著交通擁堵和機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放的不斷加劇，各位專(zhuān)家學(xué)者在開(kāi)展宏觀方面研究的同時(shí)也把注意力集中向路網(wǎng)的局部區(qū)域，比如采用交通控制措施的特殊路段、交叉口等，并通過(guò)研究路段的交通特性和機(jī)動(dòng)車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)分析機(jī)動(dòng)車(chē)的尾氣排放。SugawaraandNiemeier[7]將機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放作為最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值，并貼近實(shí)際情況的選取了不同平均車(chē)速下的尾氣排放情況進(jìn)行了研究。研究結(jié)果顯示，如果將單一的考慮排放最優(yōu)與單一的考慮行程時(shí)間最優(yōu)的UE和SO平衡配流模型相比，尾氣排放最優(yōu)的情況下能夠相對(duì)的減少排放量，在運(yùn)行條件擁擠的道路網(wǎng)絡(luò)中，結(jié)果非常的明顯，減少量甚至可以達(dá)到30%。Ericsson[8]等通過(guò)提取瑞典德隆的交通基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以交通燃油和污染物排放最小化為目標(biāo)來(lái)研究出行者的路徑選擇行為，通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析研究，得出了大約46%的機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛員在自由選擇駕駛路徑的情況下燃油利用率比較低下，如果通過(guò)人為的路徑選擇優(yōu)化可以節(jié)省8.2%的燃料消耗量。Kyoungho[9]通過(guò)對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛員實(shí)際選擇行為進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)有些駕駛員為了節(jié)省時(shí)間或避免擁堵會(huì)選擇速度快，耗費(fèi)時(shí)間少的出行路徑?；谶@種情況，通過(guò)對(duì)選擇不同路徑的燃油消耗情況和排放情況進(jìn)行研究分析，發(fā)現(xiàn)燃油消耗量和污染物排放量大的路徑往往是行程時(shí)間小的路徑，相反，燃油消耗量和污染物排放量小的路徑往往是行程時(shí)間和行駛速度較北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文4低的路徑。當(dāng)出行者選擇旅行時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)的路線(xiàn)時(shí)能節(jié)省旅行中的燃油消耗，節(jié)省比例能達(dá)到7.63%。Jaeyoung[10]等利用微觀仿真模型TRANSIMS和微觀能耗模型VT-Micro模型相結(jié)合，設(shè)置合理的接口，同時(shí)應(yīng)用遺傳算法來(lái)研究交通走廊的時(shí)間消耗、能耗和排放的問(wèn)題，研究結(jié)果表明對(duì)交通走廊所有交叉口的信號(hào)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制可以很好的達(dá)到交通控制的目標(biāo)，對(duì)比了信號(hào)協(xié)調(diào)控制前后的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)進(jìn)行信號(hào)協(xié)調(diào)控制后可以節(jié)約近20%的能源消耗，減少8%-20%的污染物排放，節(jié)約27%的時(shí)間消耗。Coensel[11]等將交通干線(xiàn)上機(jī)動(dòng)車(chē)污染物的排放和噪音污染作為主要指標(biāo)，構(gòu)造了一個(gè)由微觀仿真模型，污染物排放模型和噪音傳播模型組成的綜合模型，通過(guò)場(chǎng)景設(shè)置，研究不同交通強(qiáng)度，不同信號(hào)控制策略和不同的信號(hào)參數(shù)對(duì)噪音和主要污染物的排放的影響。研究發(fā)現(xiàn)，合理的進(jìn)行干線(xiàn)綠波帶協(xié)調(diào)控制可以降低10%-40%的污染物的排放，同時(shí)交叉口處的噪音排放有所緩解，但路段上的噪音排放卻有一定的增加。Zito[12]用流量探測(cè)器和污染物排放檢測(cè)器來(lái)研究協(xié)調(diào)的交通信號(hào)控制策略對(duì)路邊的CO和的濃度的影響，文章以信號(hào)周期和延誤時(shí)間作為基本的變量，通過(guò)不同的場(chǎng)景設(shè)計(jì)獲得了路邊的CO和的濃度隨信號(hào)周期和延誤時(shí)間的變化規(guī)律。國(guó)內(nèi)學(xué)者在交通管理控制的宏觀層面也做了大量的工作，并取得了豐碩的成果。陸化普[13]等人指出，現(xiàn)行的城市規(guī)劃對(duì)于城市道路系統(tǒng)的規(guī)劃考慮的不周全，同時(shí)針對(duì)交通對(duì)環(huán)境的影響和資源的利用情況重視程度不夠，沒(méi)有充分考慮交通的發(fā)展與城市發(fā)展之間相互制約、演化的作用，針對(duì)存在的各種問(wèn)題，作者從現(xiàn)在存在的問(wèn)題出發(fā)提出了基于環(huán)境和能源問(wèn)題對(duì)策的交通規(guī)劃框架流程。Pandian等人研究了交通特性、道路特征和車(chē)輛性能對(duì)尾氣排放的影響。其中細(xì)致分析了加速、減速、平均速度、駕駛模式、車(chē)輛行駛里程對(duì)交叉口排放的影響，但該分析只做出了定性的分析和比較，沒(méi)有對(duì)交叉口排放狀態(tài)進(jìn)行量化評(píng)價(jià)[14]。Frey等人將車(chē)輛在信號(hào)交口處的運(yùn)行模式分為車(chē)輛勻速、減速、怠速、加速四個(gè)狀態(tài)，對(duì)應(yīng)每個(gè)狀態(tài)下車(chē)輛賦予不同的排放速率[15]。Coelho等人研究了環(huán)形交叉口的排放特征，基于車(chē)輛比功率的計(jì)算方法，將交叉口的車(chē)輛運(yùn)行特征分為不停車(chē)、1次停車(chē)、2次停車(chē)三類(lèi)模式，對(duì)每種模式分別計(jì)算機(jī)動(dòng)車(chē)比功率排放速率[16]。Midnent等人分析了自適應(yīng)信號(hào)控制交叉口的尾氣排放狀況，將交叉口的車(chē)輛運(yùn)行特征分為停車(chē)和非停車(chē)兩類(lèi)模式，各類(lèi)模式中又分為加速、減速及怠速狀態(tài)(非停車(chē)類(lèi)運(yùn)行模式不含怠速)，對(duì)各狀態(tài)分別計(jì)算排放因子，通過(guò)本實(shí)驗(yàn)方法的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)自適應(yīng)信號(hào)控制系統(tǒng)比定時(shí)信號(hào)能夠有效減少交叉口的排放量[17]。宋國(guó)北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文5華[18]在其博士論文中對(duì)主要的交通能耗和排放的測(cè)算方法和預(yù)測(cè)模型進(jìn)行了綜述分析，從交通管理和交通規(guī)劃兩個(gè)層面研究了車(chē)輛的能源消耗和污染物的排放情況，在分析了機(jī)動(dòng)車(chē)比功率（VSP)與輕型車(chē)油耗排放的關(guān)系后，VSP被識(shí)別為油耗排放建模的解釋變量，結(jié)合VSP聚類(lèi)方法，提出了油耗排放的標(biāo)準(zhǔn)化方法。然后建立了面向交通管理策略評(píng)價(jià)的油耗排放量化模型（FETM)。張瀅瀅，陳旭梅等[19]和張瀟[20]利用車(chē)載尾氣檢測(cè)技術(shù)收集和比較了北京市典型信號(hào)協(xié)調(diào)路段與普通路段的實(shí)測(cè)尾氣排放數(shù)據(jù)，分析了兩種控制策略下的機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣污染水平與分布規(guī)律，結(jié)合微觀交通仿真模型VISSIM和基于VSP變量的尾氣排放建模方法，搭建了微觀交通尾氣仿真平臺(tái)，通過(guò)實(shí)例仿真評(píng)價(jià)了不同信號(hào)配時(shí)和不同交通流量?jī)煞N交通控制策略下的尾氣排放。余柳[21]等充分利用了VISSIM微觀仿真軟件的功能，將VISSIM仿真軟件與遺傳算法相結(jié)合，設(shè)置VISSIM微觀仿真軟件的自動(dòng)調(diào)用程序來(lái)進(jìn)行交叉口的信號(hào)優(yōu)化過(guò)程，在進(jìn)行優(yōu)化過(guò)程中將交叉口處的車(chē)輛的平均延誤和主要污染物的排放情況進(jìn)行加權(quán)處理，作為優(yōu)化過(guò)程的評(píng)價(jià)指標(biāo)，最后選取典型的實(shí)際交叉口作為研究對(duì)象，對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，信號(hào)優(yōu)化可以有效的緩解交叉口處車(chē)輛的延誤，同時(shí)可以一定程度的減少交叉口處車(chē)輛污染物的排放。3.交叉口綜合評(píng)價(jià)研究現(xiàn)狀信號(hào)交叉口的交通問(wèn)題是城市交通系統(tǒng)問(wèn)題的一個(gè)極其重要組成部分，在國(guó)內(nèi)外都有大量的研究。國(guó)外對(duì)信號(hào)交叉口評(píng)價(jià)的重點(diǎn)在于對(duì)信號(hào)交叉口服務(wù)水平的劃分上，如美國(guó)通行能力手冊(cè)(HMC2000)采用延誤計(jì)算的結(jié)果作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，把交叉口的服務(wù)水平分為A-F六級(jí)[22]；日本根據(jù)交通量與通行能力之比即飽和度指標(biāo)將信號(hào)交叉口的服務(wù)水平劃分為三個(gè)等級(jí)[23]；前蘇聯(lián)根據(jù)實(shí)際行駛速度與自由行駛速度之比即速度系數(shù)將信號(hào)交叉口服務(wù)水平分為四個(gè)等級(jí)。國(guó)內(nèi)針對(duì)交叉口綜合評(píng)價(jià)的研究主要從綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、綜合評(píng)價(jià)方法、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面著手展開(kāi)。吳海燕等[24]在對(duì)城市道路交叉口的交通特性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等層面選擇指標(biāo)，通過(guò)層次分析法建立交叉口綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并將指標(biāo)進(jìn)行綜合量化，得到了交叉口的綜合評(píng)價(jià)值。這種方法較全面的考慮了交叉口涉及的多方面因素，對(duì)研究交叉口的性能和輔助決策具有其可行性，但是涉及的指標(biāo)較多，指標(biāo)間的相關(guān)性較強(qiáng)，對(duì)調(diào)查和收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)帶來(lái)了較大的困難。同濟(jì)大學(xué)江欣國(guó)[25]等將城市道路交叉口評(píng)價(jià)系統(tǒng)分為4個(gè)子系統(tǒng)，包括交叉口布局指標(biāo)、營(yíng)運(yùn)指標(biāo)、管理指標(biāo)和環(huán)境指標(biāo)，并分別給出了北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文6各個(gè)子系統(tǒng)的相關(guān)指標(biāo)及其評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)的建議值，采用系統(tǒng)工程中的矩陣綜合評(píng)分法和特爾斐法(Delphi)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。湖南大學(xué)李嘉等[26]對(duì)我國(guó)混合交通交叉口的綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)進(jìn)行了嘗試并提供了有益的思路。針對(duì)我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)、非機(jī)動(dòng)車(chē)和行人在交叉口混行嚴(yán)重的特點(diǎn)，采用五個(gè)指標(biāo)全面反映混合交通狀況下交叉口的綜合性能，運(yùn)用灰色聚類(lèi)綜合評(píng)價(jià)的方法對(duì)交叉口綜合質(zhì)量進(jìn)行灰色評(píng)價(jià)。北京工業(yè)大學(xué)的楊峰[27]從分析信號(hào)交叉口的系統(tǒng)特性入手，探討與交叉口相關(guān)的各種因素，從效率、安全和環(huán)境三個(gè)方面出發(fā)，建立了評(píng)價(jià)指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)體系。然后，參考以往的研究并結(jié)合一些實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，采用定量與定性結(jié)合的方法確定了各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)及其分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。并用層次分析法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，建立綜合評(píng)價(jià)模型。江蘇大學(xué)的陶經(jīng)輝[28]提出了對(duì)各種常用評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行篩選的各種方法和用于指標(biāo)相關(guān)性粗選的最小獨(dú)立變量模糊聚類(lèi)方法。次要指標(biāo)篩選采用保持信號(hào)交叉口綜合實(shí)力按線(xiàn)性加權(quán)效應(yīng)排序其順序不變的方法，并對(duì)該法進(jìn)行了探討。借助于專(zhuān)家咨詢(xún)和層次分析法原理，建立了信號(hào)交叉口交通系統(tǒng)分層評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并給出了評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建議值。在對(duì)信號(hào)交叉口交通系統(tǒng)綜合實(shí)力排序方法進(jìn)行系統(tǒng)地探討之后，指出單一準(zhǔn)則下不同的指標(biāo)權(quán)重計(jì)算方法，并對(duì)具體信號(hào)交叉口進(jìn)行了應(yīng)用性研究。同濟(jì)大學(xué)楊曉光[29]等總結(jié)了適合我國(guó)混合交通的交叉口交通設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)方法，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了城市道路交叉口交通設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)軟件，選用的交通效益指標(biāo)為:通行能力及飽和度、延誤及服務(wù)水平、停車(chē)次數(shù)和排隊(duì)長(zhǎng)度，提供了一套簡(jiǎn)易、實(shí)用的評(píng)價(jià)工具。1.4本文主要研究?jī)?nèi)容和技術(shù)路線(xiàn)1.4.1主要研究?jī)?nèi)容本論文的研究目標(biāo)在于以信號(hào)交叉口尾氣排放作為一項(xiàng)重要評(píng)價(jià)來(lái)建立交叉口綜合評(píng)價(jià)體系，研究信號(hào)交叉口處交通控制管理技術(shù)對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放情況的影響，借助微觀交通仿真模型、機(jī)動(dòng)車(chē)排放模型構(gòu)建交叉口微觀尾氣排放模型，并將計(jì)算結(jié)果作為交叉口環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)交叉口進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)基于主成分分析法來(lái)確定運(yùn)行指標(biāo)、安全指標(biāo)與環(huán)境指標(biāo)之間的權(quán)重，建立交叉口綜合評(píng)價(jià)模型，并通過(guò)案例研究,對(duì)所提的方法進(jìn)行論證。針對(duì)以上研究目標(biāo)，本論文的主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:1.研究現(xiàn)狀分析北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文7對(duì)城市道路交叉口的交通特性、尾氣排放特性及評(píng)價(jià)指標(biāo)等做了詳細(xì)的分析，從機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放研究、交通管理控制技術(shù)對(duì)尾氣排放的影響和交叉口綜合評(píng)價(jià)的研究三方面對(duì)國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)行了綜述。2.交叉口綜合評(píng)價(jià)綜述針對(duì)交叉口綜合評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)方法的意義、特點(diǎn)及適用情況進(jìn)行詳細(xì)的研究；同時(shí)對(duì)交叉口綜合評(píng)價(jià)中各單項(xiàng)指標(biāo)的含義、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算方法進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，為建立信號(hào)交叉口綜合評(píng)價(jià)體系提供了充足的理論基礎(chǔ)。3.建立基于車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)的交叉口尾氣計(jì)算排放模型從城市信號(hào)交叉口處交通特性入手，引入比功率參數(shù)來(lái)描述車(chē)輛運(yùn)性工況與污染物排放因子之間的關(guān)系，并給出各VSP區(qū)間內(nèi)機(jī)動(dòng)車(chē)的污染物排放因子，利用交叉口處車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)將交通微觀仿真模型與尾氣排放模型相結(jié)合，建立基于車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)的交叉口尾氣排放計(jì)算模型。4.建立城市道路平面信號(hào)交叉口的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系針對(duì)城市道路平面交叉口的特點(diǎn)，建立交叉口綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系并主成分分析法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，建立綜合評(píng)價(jià)體系。5.實(shí)例分析在實(shí)際調(diào)查的基礎(chǔ)上，利用VISSIM對(duì)若干交叉口的交通狀況進(jìn)行仿真，利用仿真獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉口綜合評(píng)價(jià)。1.4.2技術(shù)路線(xiàn)本文研究技術(shù)路線(xiàn)主要從以下幾個(gè)方面展開(kāi)：首先展開(kāi)國(guó)內(nèi)外綜述，整理和分析了目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于交叉口綜合評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)的研究、機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放模型以及信號(hào)交叉口與尾氣排放之間關(guān)系的研究，這部分內(nèi)容為后續(xù)的研究提供了理論支持和參考依據(jù)。其次，對(duì)交叉口處車(chē)輛運(yùn)行特性進(jìn)行分析，指出了信號(hào)交叉口處周期內(nèi)不同時(shí)刻到達(dá)的車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)規(guī)律，并引入VSP參數(shù)刻畫(huà)車(chē)輛工況與污染物排放因子間的關(guān)系，以此為基礎(chǔ)建立交叉口處的尾氣排放計(jì)算模型，以計(jì)算得到交叉口處、HC、CO的排放因子。然后依據(jù)交叉口綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)選取原則建立交叉口綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用主成分分析法對(duì)維數(shù)較高的多個(gè)相關(guān)指標(biāo)變量轉(zhuǎn)化為維數(shù)較少的互不相關(guān)的指標(biāo)變量，以得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重?cái)?shù)，建立基于尾氣排放的交叉口綜合評(píng)價(jià)模型。北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文8最后針對(duì)典型交叉口進(jìn)行實(shí)例分析，利用基于尾氣排放的交叉口綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)多個(gè)信號(hào)交叉口進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)并給出量化性評(píng)價(jià)指標(biāo)，以驗(yàn)證模型及算法的有效性。國(guó)內(nèi)外研究綜述基于車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)的交叉口尾氣排放計(jì)算模型基于尾氣排放的交叉口綜合評(píng)價(jià)模型模型應(yīng)用分析機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放模型交叉口控制管理技術(shù)與尾氣排放交叉口綜合評(píng)價(jià)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)總結(jié)VSP參數(shù)交叉口車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)分布基于運(yùn)行狀態(tài)的交叉口尾氣排放計(jì)算模型基于VSP分布的污染物排放因子車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)的VSP分布特性交叉口處總排放因子NoxHCCO評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立運(yùn)行指標(biāo)環(huán)境指標(biāo)安全指標(biāo)主成分分析法交叉口綜合評(píng)價(jià)值交叉口綜合評(píng)價(jià)序列圖1.1技術(shù)路線(xiàn)圖1.5本章小結(jié)本章首先介紹了本論文的選題背景及研究意義，在機(jī)動(dòng)車(chē)保有輛日益增長(zhǎng)、北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文9交通環(huán)境日益惡化的情況下，將交叉口處尾氣排放作為一項(xiàng)重要指標(biāo)加入到交叉口綜合評(píng)價(jià)當(dāng)中。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的分析，明確了主要研究?jī)?nèi)容和研究方法，擬提出一種考慮交叉口處車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)的尾氣排放計(jì)算模型，并綜合考慮機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放、運(yùn)行效率以及安全因素等建立交叉口綜合評(píng)價(jià)體系，對(duì)交叉口進(jìn)行科學(xué)、合理的評(píng)價(jià)。北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文10第2章城市道路信號(hào)交叉口交通特性分析2.1城市交叉口系統(tǒng)城市道路交叉口作為城市道路網(wǎng)絡(luò)的基本單元，既是城市交通系統(tǒng)的重要節(jié)點(diǎn)，也是交通系統(tǒng)的瓶頸點(diǎn)。因此在要解決城市交通系統(tǒng)問(wèn)題，通常以交叉口作為入手點(diǎn)進(jìn)行研究。本文以城市平面交叉口作為主要研究對(duì)象，平面交叉口是指相交道路都在同一平面之內(nèi)，各種交通流的組織主要采用時(shí)間上分離的方法來(lái)進(jìn)行：立體交叉口是相交道路不在一個(gè)平面上，各條道路通過(guò)空間分隔的交叉方式使得各種交通流按照相應(yīng)指向道路運(yùn)行。平面交叉口由兩條以上道路相交構(gòu)成，并依據(jù)服務(wù)功能不同劃分為交通功能區(qū)和公共服務(wù)區(qū)。根據(jù)交叉口交通功能區(qū)按照其服務(wù)對(duì)象的不同劃分為機(jī)動(dòng)車(chē)行駛區(qū)、非機(jī)動(dòng)車(chē)行駛區(qū)和人行區(qū)。其中機(jī)動(dòng)車(chē)行駛區(qū)包括機(jī)動(dòng)車(chē)道、信號(hào)控制設(shè)施、交叉口渠化設(shè)施以及針對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)的交通標(biāo)志等，機(jī)動(dòng)車(chē)行駛區(qū)域是信號(hào)交叉口的重要組成部分，也是本研究的核心區(qū)域。非機(jī)動(dòng)車(chē)行駛區(qū)是指非機(jī)動(dòng)車(chē)在路段上行駛區(qū)域在交叉口處的延伸部分，通常在交叉口處非機(jī)動(dòng)車(chē)行駛區(qū)并不明顯。信號(hào)交叉口行人區(qū)是指交叉口處專(zhuān)供行人使用的區(qū)域，主要包括步行街、道路人行道、行人過(guò)街設(shè)施(主要是地下通道、天橋和人行橫道)以及其他輔助行人的道路設(shè)施等。交叉口公共服務(wù)區(qū)是指交叉口區(qū)域內(nèi)除了交通服務(wù)區(qū)以外的其他區(qū)域，如交叉口周邊的商業(yè)設(shè)施、居民樓、城市廣場(chǎng)等其他公共設(shè)施。交叉口功能區(qū)的劃分決定了交叉口交通運(yùn)行的多樣性和復(fù)雜性，只有充分考慮交叉口的交通服務(wù)和公共服務(wù)兩種功能，才能實(shí)現(xiàn)交通主體和客觀環(huán)境之間的協(xié)調(diào)高效。根據(jù)交通參與者的實(shí)際交通狀態(tài)變化強(qiáng)弱的不同可以分為交叉口內(nèi)部區(qū)域和交叉口外部區(qū)域。交叉口內(nèi)部區(qū)域指的就是傳統(tǒng)的交叉口內(nèi)部空間區(qū)域，即機(jī)動(dòng)車(chē)停車(chē)線(xiàn)斷面圍城的區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)交通主體的交通狀態(tài)改變明顯，是研究交叉口交通的主要研究部分；交叉口外部區(qū)域指的是影響交通參與者行為的起始位置或道路橫斷面變化位置(機(jī)動(dòng)車(chē)道增減處)直至停車(chē)線(xiàn)的范圍，該區(qū)域是交叉口與路段的銜接處和過(guò)渡帶[30]。由于交叉口特性和信號(hào)控制管理技術(shù)的存在，交叉口功能會(huì)對(duì)交通主題的運(yùn)行產(chǎn)生一定的影響，如車(chē)輛在通過(guò)交叉口的過(guò)程中會(huì)發(fā)生減速停車(chē)、啟動(dòng)加速、車(chē)道變換等明顯的交通運(yùn)行狀態(tài)的變化，這一系列交通北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文11主體狀態(tài)的變化，通常都在交叉口內(nèi)部區(qū)域發(fā)生。2.2信號(hào)交叉口交通特性分析道路交叉口作為城市交通系統(tǒng)微觀層面上最關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)，其效用在于將道路網(wǎng)絡(luò)中不同方向上的道路串聯(lián)起來(lái)形成一個(gè)整體，使得道路網(wǎng)絡(luò)中機(jī)動(dòng)車(chē)可以完成左右轉(zhuǎn)、掉頭、直行等交通行為[31]。由于多個(gè)方向交通流在交叉口處的交匯，使得此處交通沖突點(diǎn)增加，各方向交通流特性因此受到影響。2.2.1交通沖突特性1.交叉口沖突特性分析交叉口的控制方式經(jīng)歷了從無(wú)信號(hào)相位到增加信號(hào)相位再到減少信號(hào)相位的螺旋上升過(guò)程。主干道上的交叉口，由于交通流量較大，所以通常針對(duì)直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和掉頭方向都有明確的信號(hào)控制，使得車(chē)輛按照詳盡的信號(hào)指示行駛以避免發(fā)生交通沖突。非主干道上的交叉口，由于交通流量通常較小，為了提高交叉口的通行效率，減少不必要的信號(hào)等待時(shí)間，通常只設(shè)置直行信號(hào)控制。在這種情況下，由于左轉(zhuǎn)交通流沒(méi)有相應(yīng)的信號(hào)控制，因而在行駛過(guò)程中左轉(zhuǎn)車(chē)輛與直行車(chē)輛將會(huì)發(fā)生交通沖突，為保證直行車(chē)輛的優(yōu)先通行權(quán)，此時(shí)左轉(zhuǎn)車(chē)輛通常需要避讓?zhuān)匾獣r(shí)候需要停車(chē)等候。不同方向的交通流進(jìn)入交叉口后以較大的角度互相穿行時(shí)會(huì)形成交叉，在這一過(guò)程中可能發(fā)生碰撞的點(diǎn)稱(chēng)為交通沖突點(diǎn)。在交叉口處，交通沖突點(diǎn)越多，對(duì)交叉口安全及通行能力的影響越大。按照交通沖突方式劃分，交叉口沖突點(diǎn)可以劃分為交叉沖突點(diǎn)、合流沖突點(diǎn)和分流沖突點(diǎn)。(a)(b)(c)圖2.1交叉口交通沖突點(diǎn)劃分(a)交叉沖突點(diǎn)；(b)合流沖突點(diǎn)；(c)分流沖突點(diǎn)北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文12由于信號(hào)交叉口處信號(hào)控制技術(shù)的存在，車(chē)流通過(guò)交叉口時(shí)在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)，會(huì)經(jīng)歷會(huì)遇到紅燈而停車(chē)等待，當(dāng)綠燈開(kāi)啟后加速行駛并最終以均一的流率通過(guò)交叉口這一過(guò)程。因此交叉口信號(hào)的設(shè)置對(duì)車(chē)輛行駛狀況和交通沖突點(diǎn)都有著很大的影響。在只考慮機(jī)動(dòng)車(chē)沖突點(diǎn)的情況下，以單車(chē)道為例，信號(hào)交叉口沖突點(diǎn)分布如圖2.2所示。交叉沖突點(diǎn)合流沖突點(diǎn)分流沖突點(diǎn)圖2.2信號(hào)交叉口機(jī)動(dòng)車(chē)沖突點(diǎn)分布表2.1和表2.2分別給出在僅考慮機(jī)動(dòng)車(chē)情況下和考慮行人、非機(jī)動(dòng)對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)流的影響的情況下，信號(hào)交叉口各類(lèi)沖突點(diǎn)的出現(xiàn)情況。表2.1信號(hào)交叉口處機(jī)動(dòng)車(chē)沖突點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表沖突點(diǎn)類(lèi)型交叉沖突點(diǎn)合流沖突點(diǎn)分流沖突點(diǎn)總計(jì)沖突點(diǎn)個(gè)數(shù)2248北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文13表2.2信號(hào)交叉口機(jī)動(dòng)車(chē)、非機(jī)動(dòng)車(chē)、行人間沖突點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表沖突對(duì)象交叉沖突點(diǎn)合流沖突點(diǎn)分流沖突點(diǎn)小計(jì)機(jī)-機(jī)2248機(jī)-非1212機(jī)-人22非-非2248非-人22總計(jì)204832由表2.1和表2.2對(duì)比可以看出，信號(hào)交叉口非機(jī)動(dòng)車(chē)和行人使得沖突點(diǎn)大量增加，嚴(yán)重影響了信號(hào)交叉口的安全和交通運(yùn)行情況，在對(duì)信號(hào)交叉口進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)考慮非機(jī)動(dòng)車(chē)及行人對(duì)交通流的影響，以實(shí)現(xiàn)交叉口評(píng)價(jià)的全面性和合理性。2.左轉(zhuǎn)車(chē)流沖突特性分析在交叉口車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中，左轉(zhuǎn)車(chē)流面臨著來(lái)自對(duì)向直行車(chē)輛及同向車(chē)輛的潛在威脅。在眾多與左轉(zhuǎn)車(chē)輛發(fā)生的沖突中，左轉(zhuǎn)車(chē)輛與對(duì)向直行車(chē)輛之間產(chǎn)生的沖突是最為普遍且危險(xiǎn)性最大的。（1）左轉(zhuǎn)車(chē)流的空間沖突目前交叉口信號(hào)的工作方式為依次開(kāi)放不同方向的信號(hào)，輪流給予不同相位的車(chē)輛和行人通行權(quán)。不同相位的劃分從時(shí)間上隔離了不同方向車(chē)流，減少了不同方向車(chē)輛間的沖突點(diǎn)，但左轉(zhuǎn)車(chē)輛與對(duì)向直行車(chē)輛之間的沖突點(diǎn)仍然存在。由于左轉(zhuǎn)及對(duì)向直行方向車(chē)道數(shù)目不同，其車(chē)流交叉方式也不同，造成的沖突程度也不相同。具體交叉方式劃分如圖2.3所示。方式a方式b方式c方式d方式e圖2.3信號(hào)交叉口左轉(zhuǎn)車(chē)流交叉方式（2）左轉(zhuǎn)車(chē)流的交通影響分析北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文14左轉(zhuǎn)交通流對(duì)交叉口交通的影響主要有以下三個(gè)方面：第一，直行車(chē)流交通沖突點(diǎn)增加。在信號(hào)控制下平面交叉口避免了直行車(chē)流之間的正面沖突，但交叉口處的左轉(zhuǎn)車(chē)流增加了交通流之間的交叉沖突點(diǎn)，同時(shí)左轉(zhuǎn)車(chē)流還會(huì)產(chǎn)生合流沖突點(diǎn)和分流沖突點(diǎn)。這些沖突點(diǎn)直接影響了各個(gè)相位直行車(chē)流行駛的平順性，使得個(gè)方向車(chē)流行駛速度降低，交通安全隱患增加，嚴(yán)重影響到信號(hào)交叉口的整體運(yùn)行效能。第二，非機(jī)動(dòng)車(chē)及行人沖突點(diǎn)增加。左轉(zhuǎn)車(chē)輛與非機(jī)動(dòng)車(chē)和行人間產(chǎn)生交叉沖突點(diǎn)，這些沖突點(diǎn)不僅易引發(fā)交通事故，更影響了非機(jī)動(dòng)車(chē)和行人的通行能力，影響了交叉口處機(jī)動(dòng)車(chē)和行人的通行。第三，周期內(nèi)左轉(zhuǎn)車(chē)流無(wú)法全部駛離。當(dāng)信號(hào)交叉口沒(méi)有為左轉(zhuǎn)交通流設(shè)置單獨(dú)的相位時(shí)，說(shuō)明直行方向交通量遠(yuǎn)高于左轉(zhuǎn)方向交通量。在這種情況下，在同一個(gè)相位內(nèi)，左轉(zhuǎn)車(chē)輛很難獲得穿過(guò)直行車(chē)流的機(jī)會(huì)，使得一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)到達(dá)的左轉(zhuǎn)交通流無(wú)法全部駛離，阻擋了下一個(gè)相位車(chē)輛的行駛，嚴(yán)重影響了交叉口處的交通組織。2.2.2信號(hào)交叉口機(jī)動(dòng)車(chē)交通流特性分析交叉口處機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛?cè)蝿?wù)可分為接近、減速、轉(zhuǎn)彎、離開(kāi)四個(gè)階段，典型的駕駛失誤均有可能在這4個(gè)階段發(fā)生[32][33][34]。紅燈期間到達(dá)交叉口的車(chē)輛由于紅燈影響，需要減速停車(chē)，當(dāng)交叉口處信號(hào)由紅燈轉(zhuǎn)為綠燈時(shí)，停車(chē)線(xiàn)后排隊(duì)的車(chē)輛開(kāi)始啟動(dòng)加速駛過(guò)停車(chē)線(xiàn)，其流率會(huì)很快由零增加到飽和流量S。此后停車(chē)線(xiàn)后的后續(xù)車(chē)流將以飽和流量S向前越過(guò)停車(chē)線(xiàn)，直到停車(chē)線(xiàn)后面積存的車(chē)輛全部放行完畢，或者雖未放行完畢但綠燈時(shí)間已經(jīng)截止[35]。在綠燈開(kāi)啟的最初幾秒，停車(chē)線(xiàn)后車(chē)輛從靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始加速并逐漸達(dá)到正常行駛速度，此時(shí)交叉口出口處流率變化很大，且稍低于飽和流率S。同理當(dāng)綠燈結(jié)束黃燈開(kāi)啟或綠燈結(jié)束前最后幾秒時(shí)，由于車(chē)輛已經(jīng)采取的制動(dòng)措施開(kāi)始減速行駛，因此此時(shí)通過(guò)交叉口的流率開(kāi)始逐漸下降。由以上研究可以發(fā)現(xiàn)，車(chē)流通過(guò)交叉口時(shí)損失的時(shí)間與交叉口處信號(hào)相關(guān)。當(dāng)交叉口信號(hào)綠燈剛開(kāi)啟時(shí)，交叉口處排隊(duì)車(chē)輛受到啟動(dòng)損失和加速損失的影響，總損失時(shí)間較長(zhǎng)；當(dāng)綠燈開(kāi)啟一段時(shí)間后，停車(chē)線(xiàn)后排隊(duì)的車(chē)輛逐漸消散，啟動(dòng)損失和加速損失對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)車(chē)頭時(shí)距的影響逐漸消失，此時(shí)車(chē)流的總損失逐漸趨于穩(wěn)定，車(chē)頭時(shí)距穩(wěn)定在一個(gè)特定數(shù)值附近。北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文152.3本章小結(jié)本章對(duì)交叉口功能區(qū)域進(jìn)行劃分，明確了本文研究對(duì)象及在信號(hào)交叉口處的研究范圍。同時(shí)從交通沖突點(diǎn)和交通流特性角度對(duì)信號(hào)交叉口交通特性進(jìn)行分析，指出了交叉口沖突點(diǎn)和交通流狀況尤其是左轉(zhuǎn)交通流狀態(tài)對(duì)交叉口運(yùn)行狀況的影響，為研究交通流運(yùn)行狀態(tài)對(duì)尾氣排放的影響以及對(duì)交叉口盡心綜合評(píng)價(jià)提供了充足的理論基礎(chǔ)。北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文16第3章交叉口綜合評(píng)價(jià)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)3.1評(píng)價(jià)方法城市道路信號(hào)交叉口是一個(gè)復(fù)雜、全方位的系統(tǒng)，因此對(duì)交叉口進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)需要綜合考慮多方面的因素，構(gòu)建合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用適當(dāng)?shù)木C合評(píng)價(jià)方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)交叉口科學(xué)、有效地評(píng)價(jià)。隨著交通行業(yè)研究的不斷深入，越來(lái)越多的綜合評(píng)價(jià)方法應(yīng)用到交通系統(tǒng)評(píng)價(jià)當(dāng)中，常用的方法包括Delphi法、主成分分析法、聚類(lèi)分析法、灰色關(guān)聯(lián)度法、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法、層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法等。1.Delphi法Delphi法,即專(zhuān)家咨詢(xún)法,是將需要評(píng)價(jià)的決策問(wèn)題通過(guò)各種通訊途徑發(fā)到專(zhuān)家手中，由專(zhuān)家提出相關(guān)意見(jiàn)和建議,最終整理出綜合性意見(jiàn)。具體步驟包括：①組成2~50人專(zhuān)家小組,禁止專(zhuān)家之間對(duì)于評(píng)價(jià)內(nèi)容的溝通交流；②向?qū)＜姨峁﹩?wèn)題相關(guān)資料；③專(zhuān)家提出決策意見(jiàn)并闡述理由；④調(diào)查員進(jìn)行匯總，將匯總結(jié)果返回至各位評(píng)審專(zhuān)家，請(qǐng)專(zhuān)家研讀,進(jìn)行判斷和修改；⑤再次收集結(jié)果，匯總后發(fā)放給各專(zhuān)家，逐輪修改，直到所有專(zhuān)家堅(jiān)定個(gè)人評(píng)價(jià)結(jié)果為止；⑥調(diào)查員對(duì)最終結(jié)果進(jìn)行總結(jié)。Delphi法通過(guò)對(duì)專(zhuān)家意見(jiàn)的反復(fù)問(wèn)詢(xún)、總結(jié)、修改、匯總，使各專(zhuān)家意見(jiàn)逐步集中，最終得到統(tǒng)一的專(zhuān)業(yè)一致性建議，從而做出較為正確的判斷。由于該方法涉及專(zhuān)家較多，主觀性較強(qiáng)，在一定程度上不是十分可靠，一般情況用于一些不是很復(fù)雜的系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。2.主成分分析法主成分分析法是一種對(duì)多個(gè)變量進(jìn)行綜合分析的方法。主要通過(guò)將多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行正交變換，轉(zhuǎn)換為新的隨機(jī)變量，將高維系統(tǒng)進(jìn)行降維得到低維系統(tǒng)后，構(gòu)造價(jià)值函數(shù)，再次變換為一維系統(tǒng),最終簡(jiǎn)化為幾個(gè)綜合性指標(biāo)。該方法能夠減少指標(biāo)之間的信息重疊，降低其相關(guān)性，化繁為簡(jiǎn)，將復(fù)雜的多維空間轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)單的低維空間，通過(guò)主要因子對(duì)系統(tǒng)做出評(píng)價(jià)，是多元統(tǒng)計(jì)分析常用方法之一。其具體步驟包括：①建立初始化矩陣，對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；②解得矩陣特征值和特征向量；③根據(jù)方差大小,選擇評(píng)價(jià)的主成分；④對(duì)選擇出的主成分加權(quán)求北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文17和，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，獲得評(píng)價(jià)結(jié)果。3.聚類(lèi)分析法聚類(lèi)分析法是一種在研究對(duì)象所屬類(lèi)別信息不清晰的情形之下，根據(jù)研究對(duì)象內(nèi)在結(jié)構(gòu)的不同，通過(guò)衡量研究對(duì)象之間的相似度，對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)的數(shù)學(xué)方法。系統(tǒng)聚類(lèi)分析法具體操作步驟包括：①將每一個(gè)研究對(duì)象單獨(dú)劃分為一類(lèi)，若有N個(gè)研究對(duì)象，則一共劃分為N類(lèi)；②計(jì)算各類(lèi)之間的距離，將距離最小的兩類(lèi)合為一類(lèi)，從而將類(lèi)別減少到N-1個(gè)；③以此類(lèi)推，將N-1個(gè)類(lèi)別減少到N-2個(gè)；④重復(fù)上一個(gè)步驟，直到將所有研究對(duì)象合為一類(lèi)為止。通過(guò)把所有研究對(duì)象逐個(gè)進(jìn)行類(lèi)別合并，完成分析。聚類(lèi)分析法包含五大類(lèi)具體方法：離差平方和距離法、類(lèi)平均距離法、重心距離法、最短/最長(zhǎng)距離法、可變法。計(jì)算各個(gè)類(lèi)別之間的距離時(shí)，主要釆取相似性測(cè)量法、歐式距離法、歐式距離平方法等方法。4.灰色關(guān)聯(lián)度法灰色系統(tǒng)，是指由于評(píng)判根據(jù)不足、事物發(fā)展變化迅速、各種干擾等原因，導(dǎo)致部分信息不明確、信息不完全的系統(tǒng)?；疑碚搹V泛應(yīng)用于氣象、環(huán)境、軍事、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部特殊規(guī)律的觀測(cè)、研究、處理，了解系統(tǒng)內(nèi)部變換規(guī)律，是一種研究數(shù)據(jù)缺失、信息貧乏的不確定問(wèn)題的方法，能充分利用已知的信息條件，有效的將灰色系統(tǒng)白化?；疑P(guān)聯(lián)度法是基于灰色系統(tǒng)理論的一種動(dòng)態(tài)研究方法，通過(guò)對(duì)各要素之間的相似性和差別性的研究，比較各因素之間的時(shí)間序列和相互關(guān)系，確定各要素中影響較大的主導(dǎo)因素，量化系統(tǒng)動(dòng)態(tài)發(fā)展變化狀態(tài)，通過(guò)判斷各個(gè)要素發(fā)展曲線(xiàn)的相似度，探究系統(tǒng)灰色過(guò)程發(fā)展情況，分析其關(guān)聯(lián)程度，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)過(guò)程的分析研究需求。灰色關(guān)聯(lián)度法根據(jù)灰色過(guò)程發(fā)展態(tài)勢(shì)進(jìn)行研究，對(duì)樣本量的需求較小，對(duì)分布規(guī)律沒(méi)有太多要求，在變量數(shù)目較多的情況下，也可以保證關(guān)聯(lián)度量化結(jié)果與定性分析結(jié)果的一致性，在數(shù)據(jù)量不足、資料缺少的評(píng)價(jià)系統(tǒng)中有著非常廣泛的應(yīng)用。5.數(shù)據(jù)包羅分析法數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法，簡(jiǎn)稱(chēng)DEA，是將需要評(píng)價(jià)的對(duì)象及其重要性進(jìn)行匯總，在考慮用戶(hù)需求的基礎(chǔ)上，由各單位按照自身的特殊性，選擇各自的評(píng)價(jià)權(quán)重系數(shù)，計(jì)算出代表該單位的效率值，主要用于評(píng)價(jià)相同類(lèi)型的部門(mén)之間的相對(duì)有效性，是應(yīng)用于多輸入多輸出問(wèn)題的多目標(biāo)評(píng)價(jià)方法。數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法通過(guò)比較特定對(duì)北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文18象和一組類(lèi)似對(duì)象的績(jī)效，最大化評(píng)價(jià)對(duì)象的效率，通過(guò)比較獲得百分之百效率的對(duì)象即為相對(duì)有效率對(duì)象，剩余對(duì)象則是相對(duì)無(wú)效率對(duì)象，該方法可以有效識(shí)別不同對(duì)象的效率性情況，為進(jìn)一步研究減低無(wú)效率性的方法提供基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法在公共交通評(píng)價(jià)領(lǐng)域的應(yīng)用,將不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)統(tǒng)一起來(lái)，為可靠性水平的評(píng)價(jià)提供綜合性指標(biāo)，便于對(duì)各條公交線(xiàn)路的對(duì)比分析，便于薄弱站點(diǎn)、區(qū)間、線(xiàn)路的識(shí)別。6.層次分析法層次分析法，簡(jiǎn)稱(chēng)AHP，是一種系統(tǒng)化分析方法，能夠有效的將定性分析與定量分析相結(jié)合。層次分析法根據(jù)研究對(duì)象本身的性質(zhì)和評(píng)價(jià)要達(dá)到的總體目標(biāo)，將復(fù)雜的研究因素分解為多個(gè)不同的決策因素，并依據(jù)這些因素相互間的內(nèi)部關(guān)系將其為相互關(guān)聯(lián)的、階梯狀的有序?qū)哟?，以建立多層次、系統(tǒng)化分析模型。進(jìn)而對(duì)每一層各個(gè)因素的重要性進(jìn)行相互之間的比較，確定下一層每一個(gè)要素對(duì)上一層要素的重要程度，最終計(jì)算得出底層指標(biāo)要素對(duì)于最高層總目標(biāo)的影響和貢獻(xiàn)程度，即權(quán)值。層次分析法將人們主觀定性判斷轉(zhuǎn)換為定量數(shù)學(xué)表達(dá)，將錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系和決策思維過(guò)程系統(tǒng)化、數(shù)字化，將需要判斷的各個(gè)元素之間的差異數(shù)值化，使決策過(guò)程更加系統(tǒng)、透明、方便、簡(jiǎn)潔，能夠保持人們思維過(guò)程的一致性，具體步驟包括：①根據(jù)系統(tǒng)目標(biāo)，建立高、中、低層次結(jié)構(gòu)；②構(gòu)造、檢驗(yàn)、修正判斷矩陣；③層次單排序，計(jì)算相鄰層次元素間重要度權(quán)值；④完成判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)；⑤層次總排序，計(jì)算所有評(píng)價(jià)因素的權(quán)值。層次分析法可靈活、有序的對(duì)復(fù)雜的多項(xiàng)因素進(jìn)行定性定量相結(jié)合評(píng)價(jià)，適用于處理多層次、多目標(biāo)、多準(zhǔn)則、多要素的綜合性問(wèn)題，具有較優(yōu)的問(wèn)題有效性和實(shí)施可行性。7.模糊綜合評(píng)價(jià)法模糊綜合評(píng)價(jià)法，對(duì)現(xiàn)實(shí)中存在的不能用一個(gè)精確值來(lái)描述的問(wèn)題，基于模糊關(guān)系合成原理，利用模糊變換和最大隸屬度方法，根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)測(cè)值，對(duì)研究對(duì)象的各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析，對(duì)無(wú)法量化的指標(biāo)進(jìn)行研究將定性分析轉(zhuǎn)換為定量分析，在論域內(nèi)的各個(gè)方案之間進(jìn)行相互對(duì)比，選擇相對(duì)較優(yōu)方案。該方法數(shù)學(xué)模型包括因素集、權(quán)重集、評(píng)價(jià)集，首先建立單位因素模糊矩陣，進(jìn)而建立模糊評(píng)價(jià)模型，將多指標(biāo)問(wèn)題綜合成為一個(gè)單指標(biāo)問(wèn)題，是一種基于模糊數(shù)學(xué)理論、對(duì)多種因素共同影響的事物進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的方法?，F(xiàn)實(shí)中有很多對(duì)于事物的評(píng)價(jià)都是模糊的，沒(méi)有明確的界限，并且一般情況北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文19不僅由一種因素決定，往往由多種指標(biāo)共同決定，這樣能夠減少單方面指標(biāo)評(píng)價(jià)帶來(lái)的片面性。模糊綜合評(píng)價(jià)法針對(duì)評(píng)價(jià)過(guò)程的非線(xiàn)性評(píng)價(jià)論域，對(duì)眾多指標(biāo)進(jìn)行綜合量化運(yùn)算，系統(tǒng)性強(qiáng)，評(píng)價(jià)結(jié)果清晰，能夠有效的將定性化指標(biāo)進(jìn)行定量化處理，是解決模糊非確定性評(píng)價(jià)問(wèn)題的一種常用辦法。3.2交叉口綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)3.2.1交叉口運(yùn)營(yíng)指標(biāo)1．延誤延誤是指由于交通干擾、交通管理及控制設(shè)施等因素引起的車(chē)輛運(yùn)行時(shí)間損失。它可以從車(chē)輛通過(guò)交叉口所產(chǎn)生的時(shí)間損失、駕駛員舒適性及油耗等多方面反映出交叉口運(yùn)行狀態(tài)，是評(píng)價(jià)信號(hào)交叉口服務(wù)水平的重要指標(biāo)。根據(jù)延誤發(fā)生的原因可分為固定延誤、運(yùn)行延誤、停車(chē)延誤、行程時(shí)間延誤、排隊(duì)延誤、引道延誤和控制延誤等。根據(jù)《美國(guó)通行能力手冊(cè)》提出的2000版HCM模型規(guī)定，通常采用控制延誤作為劃分信號(hào)交叉口服務(wù)水平的依據(jù)。2000年版《美國(guó)能力通行手冊(cè)》中交叉口車(chē)道延誤計(jì)算公式為公式(2-1)和公式(2-2)所示。1)當(dāng)無(wú)出示車(chē)輛排隊(duì)時(shí)（即）時(shí)，(3-1)2)當(dāng)存在初始車(chē)輛排隊(duì)（即）時(shí)，(3-2)當(dāng)X≤1.0,且t=T時(shí):，；當(dāng)X≤1.0,且t=min時(shí):,；當(dāng)X>1.0時(shí):,,。式中，P為車(chē)輛在綠燈時(shí)間的到達(dá)比率；為綠燈時(shí)車(chē)隊(duì)到達(dá)補(bǔ)充調(diào)節(jié)系數(shù)；C為信號(hào)周期；g為有效綠燈時(shí)間；X為飽和度；T為調(diào)查交叉口的延誤時(shí)間；k為取決與信號(hào)設(shè)置的延誤增加系數(shù)；L為上游合流、分流的調(diào)節(jié)系數(shù)；c為通行能力（輛/h）；為調(diào)查開(kāi)始時(shí)出事排隊(duì)車(chē)輛數(shù)；t為調(diào)查時(shí)間段T內(nèi)未存在車(chē)輛北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文20排隊(duì)的時(shí)間區(qū)間；u為延誤參數(shù)。2.飽和度[36]在交通信號(hào)控制中，飽和度是指交通量與通行能力之比，用以描述交叉口交通需求與供給之間平衡的程度。飽和度是反映交叉口交通運(yùn)行狀況的一個(gè)定量化參數(shù)，飽和度數(shù)值越大說(shuō)明交叉口的飽和程度也越高。交叉口飽和度反映所有相位交通供求之間平衡的程度，它取相位飽和度中的最大值，而并不是各相位飽和度之和，當(dāng)各個(gè)相位的飽和度均小于1，即均運(yùn)行于欠飽和時(shí)，整個(gè)交叉口自然運(yùn)行于欠飽和，交叉口飽和度就小于1。相反，相位飽和度中只要有一個(gè)大于1，則整個(gè)交叉口就處于過(guò)飽和狀況，交叉口飽和度也就大于1。即:（3-3）（3-4）式中：X為交叉口飽和度；為相位i飽和度；為相位i關(guān)鍵車(chē)道到達(dá)交通量（率），輛/h（輛/s）；為相位i關(guān)鍵車(chē)道通行能力，輛/h（輛/s）；i為第i相位，；n為交叉口相位總數(shù)。當(dāng)交叉口飽和度接近或超過(guò)1.0時(shí)，交叉口處于擁擠狀態(tài)，在這種情況下，只通過(guò)延誤來(lái)判定交叉口的運(yùn)行狀態(tài)是不合適的，需要結(jié)合飽和度來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)，以確定其服務(wù)水平（表3.1）。表3.1考慮飽和度的信號(hào)交叉口服務(wù)水平劃分服務(wù)水平停車(chē)延誤(s)飽和度（v/c）A5.00.90B5.0~15.0C15.1~25.0D25.1~40.0E40.1~60.0F1.0北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文213.交叉口利用率信號(hào)交叉口的通行能力是以飽和流量和飽和流率的概念為基礎(chǔ)的。飽和流率的定義為在通常的道路和交通條件下，能通過(guò)交叉口指定的引道或車(chē)道組的最大流率(假定引道或車(chē)道組有100%的實(shí)際時(shí)間作為有效綠燈時(shí)間)。交叉口的利用率等于到達(dá)率與通行能力的比值。利用率根據(jù)車(chē)道組或各引道來(lái)確定，這不僅能使評(píng)價(jià)結(jié)果更為有效，而且還能對(duì)路網(wǎng)交通流的調(diào)配提供指導(dǎo)。對(duì)于指定的引道或車(chē)道組i。（3-5）式中：為引道或車(chē)道組i的利用率；為引道或車(chē)道組i的車(chē)輛到達(dá)率，veh/h；為引道或車(chē)道組i的通行能力，veh/h；為引道或車(chē)道組i的飽和流率，veh/h；為引道或車(chē)道組i的綠信比。交叉口利用率與飽和度不同，飽和度只是針對(duì)獨(dú)立的交叉口，反映的是交叉口的擁擠狀況，作為延誤評(píng)價(jià)的一種輔助手段，飽和度越小，交叉口的服務(wù)水平越高，與延誤評(píng)價(jià)一致。而利用率指標(biāo)不僅立足于交叉口，還包含有路網(wǎng)與交叉口的相互作用含義。4.排隊(duì)長(zhǎng)度排隊(duì)長(zhǎng)度是指停駛車(chē)輛占用道路的空間長(zhǎng)度，它是交叉口控制效果評(píng)價(jià)的一個(gè)重要指標(biāo)，根據(jù)車(chē)流到達(dá)累積曲線(xiàn)和車(chē)流駛離累積曲線(xiàn)，就可以確定出交叉口在t時(shí)刻的排隊(duì)車(chē)輛數(shù)為：NtQtSt（3-6）式中：Nt為t時(shí)刻的排隊(duì)車(chē)輛數(shù)。在實(shí)際，排隊(duì)長(zhǎng)度指標(biāo)主要有平均排隊(duì)長(zhǎng)度、最大排隊(duì)長(zhǎng)度以及二次排隊(duì)長(zhǎng)度，下面分別對(duì)它們進(jìn)行介紹。1)最大排隊(duì)長(zhǎng)度最大排隊(duì)長(zhǎng)度是交通系統(tǒng)中常見(jiàn)的指標(biāo)，它主要用于防止車(chē)輛排隊(duì)過(guò)長(zhǎng)上溯到上游交叉口而導(dǎo)致多個(gè)交叉口陷入交通癱瘓的境地。在交通系統(tǒng)中，如果綠燈期間的駛離率大于車(chē)輛的到達(dá)率，則可以認(rèn)為紅燈截止，綠燈開(kāi)始時(shí)刻的排隊(duì)車(chē)輛數(shù)為最大排隊(duì)車(chē)輛數(shù)，即北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文22NNrm（3-7）式中：mN為車(chē)流最大排隊(duì)車(chē)輛數(shù)；Nr為紅燈結(jié)束時(shí)刻的排隊(duì)車(chē)輛數(shù)。如果綠燈期間的駛離率小于車(chē)輛的到達(dá)率，那么車(chē)輛就會(huì)越積越多，各個(gè)周期的最大排隊(duì)長(zhǎng)度也會(huì)越來(lái)越大。此時(shí)各個(gè)周期的最大排隊(duì)長(zhǎng)度則會(huì)出現(xiàn)在周期結(jié)束時(shí)刻，即，NNcm（3-8）式中：Nc為整個(gè)周期結(jié)束時(shí)刻排隊(duì)車(chē)輛數(shù)。2)二次排隊(duì)長(zhǎng)度的確定二次排隊(duì)長(zhǎng)度是過(guò)飽和狀態(tài)的主要表現(xiàn)。如果不產(chǎn)生過(guò)飽和狀態(tài)，就不會(huì)有二次排隊(duì)；如果產(chǎn)生過(guò)飽和狀態(tài)，則二次排隊(duì)長(zhǎng)度就不0，而且隨著過(guò)飽和程度的加劇，值會(huì)越來(lái)越大。二次排隊(duì)長(zhǎng)度是指在綠燈起始時(shí)刻到達(dá)交叉口的所有車(chē)輛中，在這次綠燈期間無(wú)法離開(kāi)交叉口的那部分車(chē)輛形成的排隊(duì)長(zhǎng)度，即：NQcSco（3-9）式中：ON為車(chē)流二次排隊(duì)車(chē)輛數(shù)；Qc為綠燈結(jié)束時(shí)刻的到達(dá)累積車(chē)輛數(shù)；Sc為綠燈結(jié)束時(shí)刻的駛離累積車(chē)輛數(shù)。3)平均排隊(duì)長(zhǎng)度的確定平均排隊(duì)長(zhǎng)度，反映交叉口在整個(gè)周期中的排隊(duì)長(zhǎng)度情況，用于判斷交叉口的整體排隊(duì)是否過(guò)長(zhǎng)。它根據(jù)周期各個(gè)時(shí)刻的排隊(duì)長(zhǎng)度模型確定，即：ctNENttNtdt（3-10）式中：N為進(jìn)口道某股車(chē)流平均排隊(duì)長(zhǎng)度，m。3.2.2交叉口安全指標(biāo)1.事故率法[37]交叉口交通事故率是評(píng)價(jià)交叉口安全的綜合性指標(biāo)。交叉口事故率有每百萬(wàn)臺(tái)車(chē)發(fā)生交通事故的次數(shù)表示：(3-11)北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文23式中：為交叉口事故率，次/100萬(wàn)臺(tái)車(chē)；D為交叉口范圍內(nèi)發(fā)生的事故次數(shù)；V為通過(guò)交叉口的車(chē)輛數(shù)。2.交通沖突指數(shù)交叉口作為各種車(chē)輛進(jìn)行匯集和轉(zhuǎn)向的區(qū)域，不同流向的車(chē)輛之間會(huì)發(fā)生沖突，這也是交叉口交通事故不可避免的根本原因。交叉口沖突點(diǎn)的數(shù)量與交叉口的事故率密切相關(guān)，能夠較敏感地反映不同形式或不同信號(hào)控制策略下交叉口的安全狀況。所以將交叉口沖突點(diǎn)數(shù)量的多少作為一項(xiàng)指標(biāo)來(lái)表征交叉口的安全程度是可行的，也是有效的。為了使指標(biāo)具有可比性，采用沖突點(diǎn)面密度，即交叉口每百平方米沖突點(diǎn)的數(shù)量來(lái)表示。由于不同類(lèi)型沖突點(diǎn)造成的事故嚴(yán)重程度不同，因此以沖突點(diǎn)作為交叉口評(píng)價(jià)指標(biāo)是，可以對(duì)不同類(lèi)型的沖突點(diǎn)（分流沖突點(diǎn)、合流沖突點(diǎn)、交叉口沖突點(diǎn)）賦予一個(gè)相應(yīng)的權(quán)重，并對(duì)其求和得到交叉口沖突點(diǎn)總數(shù)。沖突點(diǎn)面密度指的是交叉口幾何區(qū)域內(nèi)每100所存在的等效沖突點(diǎn)數(shù)量。交叉口的等效沖突點(diǎn)數(shù)計(jì)算公式如下：（3-12）式中:C為交叉口沖突指數(shù)；為沖突點(diǎn)對(duì)于事故嚴(yán)重程度的相對(duì)權(quán)重；為沖突點(diǎn)數(shù)；i為沖突點(diǎn)類(lèi)型。大量研究表明交叉口處分流沖突點(diǎn)易導(dǎo)致追尾事故，合流沖突點(diǎn)易導(dǎo)致側(cè)面碰撞事故，交叉沖突點(diǎn)易導(dǎo)致迎面碰撞和直角碰撞事故。因此，在賦予權(quán)重時(shí)，通常交叉沖突點(diǎn)權(quán)重最高，合流沖突點(diǎn)其次，分流沖突點(diǎn)權(quán)重最低。交叉口環(huán)境指標(biāo)城市交通在環(huán)境污染方面主要有機(jī)動(dòng)車(chē)排放廢氣、交通灰塵、機(jī)動(dòng)車(chē)制動(dòng)和運(yùn)行所帶來(lái)的交通噪聲及交通振動(dòng)等。常用于交叉口評(píng)價(jià)的指標(biāo)有空氣質(zhì)量指標(biāo)和噪聲指標(biāo)等。1.空氣質(zhì)量指標(biāo)機(jī)動(dòng)車(chē)污染物排放的指標(biāo)有很多，其中最常用機(jī)動(dòng)車(chē)排放因子來(lái)刻畫(huà)機(jī)動(dòng)車(chē)的尾氣排放情況。所謂機(jī)動(dòng)車(chē)排放因子，是指一輛機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行單位里程或小時(shí)或3.2.3北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文24消耗單位燃料所排放的污染物的量，其單位為g/km、g/kg或g/s。通過(guò)機(jī)動(dòng)車(chē)排放因子來(lái)比較不同車(chē)輛的排放情況，可以消除由于機(jī)動(dòng)車(chē)類(lèi)型、運(yùn)行狀況等因素不同造成的非可比性，為進(jìn)行交通排放的評(píng)估提供了良好的工具[38]。獲得機(jī)動(dòng)車(chē)排放因子通常有兩種方式，一種方式是通過(guò)現(xiàn)有的排放模型來(lái)計(jì)算機(jī)動(dòng)車(chē)的排放因子，另一種方式是利用機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣實(shí)測(cè)方法來(lái)獲取機(jī)動(dòng)車(chē)的排放因子。排放因子用來(lái)反映機(jī)動(dòng)車(chē)的排放水平，為進(jìn)行尾氣排放控制對(duì)策研究提供最基本的依據(jù)，會(huì)受到很多因素的影響，其中包括車(chē)輛的行駛工況、車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型、外界的運(yùn)行環(huán)境、駕駛情況和燃料類(lèi)型等。機(jī)動(dòng)車(chē)的主要污染物排放包括以下幾種[39]：(1)氮氧化物燃料在高溫燃燒過(guò)程中剩余的氧與氮化合形成的產(chǎn)物就是氮氧化物,機(jī)動(dòng)車(chē)排放中主要是N0，約占95%；其次是，約占5%。NO是一種無(wú)色微刺激性氣體，當(dāng)其濃度達(dá)到一定值時(shí)會(huì)給人和動(dòng)物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)帶來(lái)危害。作為赤褐色的刺激性氣體對(duì)人類(lèi)的生活和健康有很大的影響，當(dāng)人吸入后，由于其溶解性較低，很難被上呼吸道吸收，就會(huì)進(jìn)入到下呼吸道以及肺部，并會(huì)在這些部位造成嚴(yán)重的危害，甚至?xí)斐煞尾克[及而危害生命。(2)一氧化碳CO一氧化碳是有機(jī)物氧化物燃燒的中間產(chǎn)物，是機(jī)動(dòng)車(chē)及內(nèi)燃機(jī)排氣中有害濃度最大的產(chǎn)物。機(jī)動(dòng)車(chē)排放產(chǎn)生了現(xiàn)代城市空氣污染中80%左右的CO。CO是一種無(wú)色無(wú)味的有毒氣體，由機(jī)動(dòng)車(chē)燃料的不完全燃燒產(chǎn)生，被人體吸收后，能與比氧氣強(qiáng)20倍的結(jié)合能力同血液中的血紅蛋白結(jié)合，使體內(nèi)的供氧量不足，繼而造成中樞神經(jīng)麻搏，使人發(fā)生頭痛、惡心等癥狀,嚴(yán)重時(shí)會(huì)危害人的生命。此外，CO還會(huì)對(duì)胎兒和幼兒的生長(zhǎng)發(fā)育造成很?chē)?yán)重的影響。(3)碳?xì)浠衔颒C碳氧化合物HC是僅由碳和氧兩種元素組成的有機(jī)化合物,又叫烴。烷烴、烴、環(huán)烷烴、稀烴、芳香族化合物和含氧化合物醛、醇、醚類(lèi)和酮類(lèi)等是機(jī)動(dòng)車(chē)排放中的主要的碳?xì)浠衔锝M成。這些碳?xì)浠衔锒紩?huì)在一定程度上對(duì)人體造成危害，包括刺激雙眼和呼吸道，引起惡心、貧血等。(4)光化學(xué)煙霧光化學(xué)煙霧是碳氧化合物(HC)和氮氧化物()等一次污染物在陽(yáng)光(紫外光)作用下會(huì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成二次污染物，參與光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的一次污染北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文25物和二次污染物的混合物所形成的煙霧污染現(xiàn)象。它會(huì)危害人類(lèi)和動(dòng)物的健康、影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)、對(duì)建筑物造成破壞、降低大氣的能見(jiàn)度，繼而增加交通事故發(fā)生的可能性。(5)微粒機(jī)動(dòng)車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)排放許多的固態(tài)和液態(tài)微粒，而這些微粒的直徑一般都在1