和平大道辅路和平大世界段信号协调控制设计毕业论文
2020-02-19 16:38:29
摘 要
随着机动车不断增多，城市道路的交通供给满足不了交通需求，城市道路也就变得越发的拥堵。交通拥堵的关键是交叉口，因此采用协调控制提高整个路段的通行能力是降低交通拥堵的可行方案。和平大道是武汉市的主干道之一，道路路幅宽达四十米，但在和平大道上的几个关键交叉口依然存在不同程度的拥堵，因此对和平大道进行干道信号协调控制研究也是有必要的。
本文主要目标是优化和平大道辅路和平大世界段的交通状况，提高路段的通行能力。优化的主要步骤有：1）对研究路段进行较为全面的交通调查，获取优化所需的基本数据，进行交通调查的主要方法是录像法和实地勘察，并且需要多次调查以了解路段的交通运行状况；2）查阅相关文献和书籍以了解主干道信号协调控制的相关概念以及评价指标，掌握主干道信号协调控制方案的设计方法；3）根据已知的交通信息选择合适的干道协调控制方案设计方法，然后为和平大道辅路和平大世界段设计一套可行的干道协调控制方案，并使用VISSIM仿真软件进行仿真与评价。最后根据仿真的结果对本文进行总结。
关键词：协调控制；信号控制；VISSIM仿真
Abstract
With the increasing number of motor vehicles, the traffic supply of urban roads can not meet the traffic demand, and the urban roads become more and more congested. The key to traffic congestion is the intersection. Therefore, using coordinated control to improve the traffic capacity of the entire road section is a feasible solution to reduce traffic congestion. Peace Avenue is one of the main roads in Wuhan. The road width is 40 meters wide. However, there are still some degrees of congestion at several key intersections on Heping Avenue. Therefore, there is a study on the coordination control of the trunk road signals on Heping Avenue is necessary.
The main goal of this paper is to optimize the traffic conditions of the Peace Avenue of the Hepingdashijie section and improve the traffic capacity of the road sections. The main steps of optimization are as follows: 1) Conduct a comprehensive traffic survey on the research section to obtain the basic data needed for optimization. The main methods for conducting traffic surveys are video recording and field survey, and multiple surveys are needed to understand the traffic operation of the road section. 2) consult relevant literature and books to understand the related concepts and evaluation indicators of the main road signal coordination control, master the design method of the main road signal coordination control scheme; 3) select the appropriate trunk coordination control scheme design based on the known traffic information The method then designs a feasible trunk coordination control plan for the Peace Avenue of the Hepingdashijie section, and uses VISSIM simulation software for simulation and evaluation. Finally, the paper summarizes the results based on the simulation results.
Keywords: coordinated control;signal control;VISSIM simulation
目录
第1章 绪论 1
1.1 目的及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.2.1 以增加绿波带宽度为目标的优化研究 1
1.2.2 以减少延误为目标的优化研究 2
1.2.3 与信号协调控制相关的其他优化研究 2
1.3 研究内容 3
1.4 技术路线 3
第2章 和平大道辅路和平大世界段交通调查 5
2.1和平大道辅路和平大世界段概述 5
2.2各交叉口基本交通情况调查 6
2.2.1和平大道-国盛路交叉口 6
2.2.2和平大道辅路-武理余区一号门交叉口 8
2.2.3和平大道辅路-德平路交叉口 9
2.3其他交通信息调查 11
2.4本章小结 11
第3章 干线信号协调控制优化 12
3.1信号控制的基本概念 12
3.2信号协调控制优化方法 12
3.2.1图解法 13
3.2.2数解法 14
3.3本章小结 14
第4章 信号协调控制方案设计及仿真评价 15
4.1信号协调控制计算流程 15
4.2干道各交叉口信号配时方案 16
4.2.1信号周期确定方法——韦伯斯特法 16
4.2.2和平大道-国盛路交叉口信号配时方案 17
4.2.3和平大道辅路-武理余区一号门交叉口信号配时方案 18
4.2.4和平大道辅路-德平路交叉口信号配时方案 18
4.3信号协调控制方案设计 18
4.4仿真与评价 19
4.4.1仿真过程 19
4.4.2仿真结果评价 20
4.5本章小结 21
第5章 总结与展望 22
5.1总结 22
5.2展望 22
参考文献 23
致谢 24
第1章 绪论
1.1 目的及意义
随着社会生活水平的提高，机动车保有量急剧增加，道路通行供给矛盾日益凸显，城市主干道的交通拥堵情况日益严重，机动车通行效率逐渐降低。交通状况与人民的生活息息相关，交通拥堵将会降低人民的生活质量和出行效率，所以研究缓解交通拥堵意义重大。由于城市道路交通需求飞速增长，在做信号控制优化通行能力时只采用单点交叉口的交通信号配时优化已经不能满足设计需求，很难实现预期的优化效果，因此在做信号控制优化时不应只考虑单点交叉口，而应该考虑整个主干道信号协调控制，研究交通拥堵的对象应是一整条干线或一段干线。
本文的研究对象为和平大道辅路和平大世界段，该段路有近距离的交叉口和分车带，设置有多个交通信号灯，路况复杂还要兼顾周围居民的过街需求，因此对干线道路进行信号协调控制设计，可以减少车流的停车等待时间，并且可以提高行车速度和通行效率。
1.2 国内外研究现状
近几年国内外关于信号灯控制研究开始由单个交叉口信号控制转变为路段的信号协调控制，甚至是区域内信号协调控制。按优化目标可以分为两大类：一是以增加绿波带宽度为目标的优化研究，一是以减少延误为目标的优化研究。但协调控制优化不局限于这两类优化目标，还有一些其他相关的研究内容，包括评价指标、协调控制设计方法、优化设计的新思路等。
1.2.1 以增加绿波带宽度为目标的优化研究
王胜霞[1]对相位变换方式、公共周期选择方式、绿灯时长分配方式以及相位差的计算方式都分别进行了优化和研究，应用经典的最大绿波带模型，在其基础上加以优化，形成新的最大绿波模型。
杨中生[2]采用遗传算法进行干线协调控制优化设计，通过计算信号相序、信号控制周期、相位差，确定了干线协调控制的方案。
郑丹云[3]以主干道的交通运行状况为主要研究对象，给出了一种以达到最大通行能力为目标最大绿波带的协调控制方案设计方案。
夏井新等[4]针对现有干线交通信号绿波控制方法采用平行等宽的绿波带宽，无法考虑相邻交叉口间交通流运行速度波动性的缺陷，引入了基于路段速度波动区间的不等绿波带宽，提出了干线交通双向绿波优化控制方法．
李琦[5]分析了目前我国大部分城市干道双向绿波协调控制存在的主要问题，提出了双向绿波协调控制的适用条件，进而设计了一种新的适用于不同交叉口群放行方式的双向绿波协调控制方法
郑淑鉴[6]以传统的混合整数线性规划模型为基础，通过分析路段最小速度和最大速度对绿波带宽度的影响和要求建立了基于路段速度区间的干道协调控制模型。
1.2.2 以减少延误为目标的优化研究
万孟飞[7]考虑车辆排队会对道路交通的运行效率和延误时间造成影响，增加排队长度作为协调控制的参数，分析协调交叉口的排队特性，并利用该特性对相位差模型进行构建，通过车辆到达类型的分类分析实现相位差优化，结合相位相序优化方法，设计出干线协调控制优化方案。
王红彩[8]设计了基于信号相位相序调整的干线协调控制策略，通过调整干线协调控制交叉口的相位相序，扩大协调控制基本参数的求解范围，从而发挥协调控制模型的最大效益。
王萍基等[9]基于实时交通状态信息对交通拥堵级别进行分析，并根据拥堵级别分层次动态设置干线交叉口交通信号灯的配时参数，以达到降低车辆通行平均时延的目的。
郭宏玉[10]提出运用干道协调控制方法来进行解决交通拥堵，着重注意如何准备确定关键交叉口，如何确定公共周期时长、绿信比、相位差等重要参数。
Jing Binbin等[11]针对现有双周期干道绿波信号协调控制方法存在的不足，以双向权重绿波带宽之和最大为优化目标，建立了适于双周期协调控制的绿波协调控制模型，模型生成的协调控制方案在高、中、低交通需求下均能够有效减少平均延误时间与停车次数。
1.2.3 与信号协调控制相关的其他优化研究
牛楠楠[12]尝试着将车速引入协调控制中，提出了基于相遇点位置设置与交叉口附近的思路。为交通协调控制提供了一种新的思路。
常在斌[13]从单点交叉口信号配时出发，建立干道绿波联动信号模型，应用MAXBANND模型改进最佳相位差选取方法，优化干道协调控制信号配时方案。
郭健[14]摆脱了单一指标交通评价的片面性以及线性综合指标的不准确性，实现利用交通数据对交叉口群的动态划分，同时还为折线型路径上多路口的协调控制提供了方案。
卢健归等[15]归纳总结了开展干线道路交通信号协调管控工作中在控制目标、管控策略、时段划分、协调管控方案、方案实施等环节中的重点工作内容、遵循原则、相关影响因素及相关参数等，给出了一套简单干线道路交通信号管控方案的设计方法。
Koehler Ekkehard等[16]提出了一种可以扩展循环时间的网络模型，其用途是优化交通分配的同时优化交通信号参数，最主要的优化参数是偏移、分段时间和相位阶数。
Zhou Hongmin等[17]描述了为在主干道信号协调中实现不均匀双循环（UDC）以解决该问题而开发的优化模型。
1.3 研究内容
本文以和平大道辅路和平大世界段为主要研究对象，通过实地调查和录像获得路段的交通信息，再结合协调控制设计一套信号控制优化方案，利用VISSIM仿真软件建立仿真模型，通过仿真的运行结果对优化方案与原方案进行对比和评价。
第一章绪论,介绍本文的研究背景、国内外研究现状、研究内容和技术方案。
第二章主要对和平大道辅路和平大世界段进行交通调查，包括车辆交通信息调查（机动车流量、车速、掉头车辆流量等）、道路几何信息调查（相邻交叉口间距、车道数及宽度、道路宽度等）、交通信号灯信息调查（交通信号灯间距、各信号灯相位及周期）、行人交通信息调查(行人流量、行人过街需求）以及交通管制信息调查等。
第三章主要介绍与干线交叉口信号协调控制相关的基本概念和优化方法。
第四章主要是根据研究路段的交通调查数据和干线交叉口信号协调控制相关的基本概念及优化方法为研究路段设计一个可行的信号协调控制方案，然后使用VISSIM仿真软件结合干线交叉口信号协调控制评价指标来评价信号协调控制方案的可行性。
第五章总结本文已完成的研究成果并对不足之处进行说明。
1.4 技术路线
本文主要通过摄像、实地勘察等手段对和平大道辅路和平大世界段进行实地观察研究，采集各项交通数据以及道路数据，如机动车交通量、行人交通量、道路宽度、交通信号灯间距、信号灯相位及周期等，并对这些资料进行整理分析，在此基础上得到该路段的交通运行状况。然后根据情况进行相位相序方案优化设计、公共周期优化设计和绿灯时长分配方式优化。完成信号协调控制方案设计与优化后，运用VISSIM软件进行仿真，最后根据运行结果进行分析总结。
技术路线如图1.1所示：
图1.1 技术路线图
第2章 和平大道辅路和平大世界段交通调查
交通调查是一种用客观的手段，测定道路交通流以及与其有关现象的片段，并进行分析，其目的是为了向交通、城市建设规划以及交通管理部门提供用于改善和优化道路交通的实际参考资料和数据。本章进行交通调查采用的方法主要是视频录像法和实地测量法，本次调查的对象是和平大道辅路和平大世界段，采集的数据主要包括道路几何信息、车辆交通信息、行人交通信息和交通管制信息。
2.1和平大道辅路和平大世界段概述
本文研究的路段是和平大道辅路和平大世界段。和平大道是一条宽幅约40m的城市主干道，承担着大量的交通运输任务，是一条车流量大，交通状况复杂的主干道。此次调查的路段西起和平大道-国盛路T形交叉口，东至和平大道辅路-德平路T形交叉口，除去首尾两个交叉口，路段还与武汉理工大学余家头校区一号门相交形成一个三路交叉口。也就是说和平大道辅路和平大世界段总共包含三个交叉口，全长约550m。为了方便，如图2.1所示，我们将和平大道由西向东的三个交叉口依次编号为一号交叉口（和平大道-国盛路）、二号交叉口（和平大道-武理余区一号门）、三号交叉口（和平大道-德平路）。
三号交叉口
一号交叉口
二号交叉口
图2.1 和平大道辅路和平大世界段示意图
相邻交叉口间距是干线交叉口信号协调控制的重要参数，按规定，以前一个交叉口的西进口停车线为起点，后一个交叉口西进口的停车线为终点所丈量出来的距离为相邻两交叉口的间距。根据以上规定，本次调查路段的一号交叉口与二号交叉口间距约为362m，二号交叉口与三号交叉口间距约为170m。
2.2各交叉口基本交通情况调查
2.2.1和平大道-国盛路交叉口
和平大道-国盛路交叉口是此次调查路段的一号交叉口，该交叉口西进口由于正在进行地铁施工，车道数为双向四车道，但交叉口西进口在交叉口处由两车道拓宽为四车道。该交叉口由西向东走向可前往二环线引桥和和平大道辅路段，因此该交叉口东进口路分为两个板块，一块是上二环线引桥的双向四车道，一块是和平大道辅路的双向六车道，两块路在交叉口东进口处合并成双向十车道。国盛路是一条支路，路幅宽度约为12m，双向两车道，并设有非机动车道。
和平大道-国盛路交叉口渠化情况，该交叉口了西进口正在进行施工，所以渠化情况不是很完善，道路分界线也不是很清晰，由右至左依次是直行车道、直行车道、直行车道、直左车道。北进口为国盛路，为单车道。东进口处是五车道，由右至左依次为直右车道、调头车道、直行车道、直行车道、调头车道。这样设置是因为考虑到车流是从两条路径来到该交叉口的。该交叉口示意图见图2.1。
图2.2 和平大道-国盛路交叉口示意图
和平大道-国盛路交叉口为信号灯控制路口，该交叉口信号控制包含三个相位，第一相位是东西直行，第二相位是东进口调头，第三相位是东进口调头和北进口同时放行，其信号控制相位示意图见图2.2。该交叉口信号控制周期长为96s，各相位时间分配见图2.3。信号周期图中由上至下依次为第一相位、第二相位、第三相位。
图2.3 和平大道-国盛路交叉口相位示意图
图2.4 一号交叉口信号周期图（单位：s）
交叉口交通量调查，该项调查使用的方法为视频录像法，调查时间为工作日的早高峰时段7:30~8:30。调查所得该交叉口交通量数据如表2.1所示，该表中数据已根据城市道路交通量调查以小汽车为标准的换算系数进行换算（换算系数：公交车/大型客车为3.0，3~5t载货汽车为2.0），表中数据单位均为：辆/小时。
表2.1 一号交叉口交通量数据
路口 | 交通量 | 小计 | |
国盛路 | 左转 | 666 | 789 |
右转 | 123 | ||
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