摘 要

科学的进步和发展使得人民生活水平提高，我国机动车保有量呈现持续增加趋势，出行需求日益增长，由此带来的城市交通问题也日趋显著。交叉口是多股交通流汇集之处，实现了路段的连接和车辆的转向，不同交通流间存在许多冲突，因此交叉口也是城市路网的瓶颈所在。所以，对交叉口交通组织进行合理地优化，有助于提高城市道路通行能力，减少行车延误，同时也是缓解交通拥挤、优化路网交通的重要举措。

本文以武汉市才华街—友谊大道交叉口为研究对象，通过详细的交通调查获得该交叉口实际的交通数据，分析该交叉口的交通现状及存在的主要问题，应用指数平滑法、趋势外推法等方法进行交通量预测，结合交通组织优化理论，从渠化设计、信号控制优化等方面提出该交叉口的交通组织优化方案（两个），运用VISSIM交通仿真软件进行仿真运行和评价，选出更匹配的优化设计方案。

仿真结果表明，该优化方案在车辆通过量、行程时间、延误、排队长度四个指标上均优于现状方案，对于提高才华街—友谊大道交叉口通行能力，减少行车延误具有重要意义。

关键词：信号交叉口；交通组织优化；渠化设计；信号优化；VISSIM仿真

Abstract

The advancement and development of science has led to an improvement in the people’s living standards.The number of motor vehicles in China has continued to increase, and the demand for travel has increased. The urban traffic problems caused by this increase have become more serious. Intersections are a collection of multiple traffic streams, linking the roads and turning the vehicles. There are many conflicts between different traffic flows, so the intersections are also the bottleneck of the urban road network. Therefore, the rational optimization of traffic organizations at intersections will help increase the capacity of urban roads and reduce delays in traffic. It is also an important measure to ease traffic congestion and optimize road network traffic.

This paper takes the intersection of Talent Street and Friendship Avenue in Wuhan City as the research object, and obtains the actual traffic data of the intersection through a detailed traffic survey, analyzes the current traffic situation and main problems at the intersection.，and uses exponential smoothing method and trend extrapolation method to forecast traffic volume. Combining with the traffic organization optimization theory, the traffic organization optimization schemes (two) of the intersection is proposed from aspects of canalization design and signal control optimization.And simulation operation and evaluation are performed using VISSIM traffic simulation software, then the most matching optimization design scheme is selected.

The simulation results show that the optimization scheme is better than the current scheme on four indexes of vehicle passing volume, travel time, delay and queue length. It is of great significance to improve the traffic capacity of the Talent Street-Friendship Avenue intersection and reduce the traffic delay.

Key words：Signalized intersection; Traffic organization optimization; Channelization Design; Signal optimization; VISSIM simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.1.1 研究目的 1

1.1.2 研究意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 渠化设计 2

1.2.2 信号控制 3

1.2.3 交通仿真 3

1.3 主要研究内容 4

1.4 技术路线 5

第2章 才华街—友谊大道交叉口交通现状及问题 6

2.1 交叉口交通调查方案设计 6

2.2 交叉口交通现状 7

2.3 交叉口交通问题分析 18

第3章 才华街—友谊大道交叉口交通组织优化 22

3.1 交通量分析及预测 22

3.1.1 交通量预测思路 22

3.1.2 交通量预测 22

3.2 渠化设计优化方案 27

3.3 信号控制优化方案 32

第4章 方案的VISSIM 仿真与评价 37

4.1 VISSIM仿真基本原理 37

4.2 VISSIM仿真流程 37

4.3 参数设置及仿真运行 38

4.4 仿真结果及评价 43

第5章 总结与展望 48

5.1 总结 48

5.2 展望 48

参考文献 50

致 谢 51

绪论

研究目的及意义

研究目的

随着我国经济的蓬勃发展与进步，人民的生活条件越来越好，我国机动车保有量急剧增加，汽车也成为每个家庭的“标配”。汽车的普及在使人们的出行变得更加方便的同时也带来了诸多的交通问题，尤其是在交叉口，交通拥堵现象越来越严重。交叉口作为多股交通流的汇集之处，它的作用是实现路段的连接和车辆的转向，因此它是城市路网中不可缺少的重要组成部分。与此同时，交叉口处的交通量大、各交通流间相互干扰大，使其通行能力下降，事故频发，成为了路网的瓶颈。从空间上来讲，交叉口分为立体交叉和平面交叉，尽管由平面交叉带来的许多的问题可以用建设立体交叉来缓解，但其设置是有条件的，并且受土地、资金等因素的限制较大，因此在城市中大量建设立交并不现实，目前依然是以设置平面交叉口为主。因此，对平面交叉口进行合理的交通管理、优化其交通组织，对于整个道路网络通行效率的提升有着十分重要的意义。才华街—友谊大道交叉口是一个重要的交通集散点，但其存在一些交通问题，在高峰时段十分明显，拥挤排队现象较为严重，为了改善其交通状况，需要运用所学专业知识，对其交通组织进行优化，以期给交通出行者带来更好的出行体验，创造一个畅通、高效、绿色、便利的出行环境。

研究意义

近年来，武汉市交通规划进一步完善，“公交优先”的发展理念逐步贯彻落实，但是随着机动车保有量和道路交通量的日益增加，现有的交通设施已经不能满足交通需求，加之交通组织设计不合理，交通问题日益严峻。尤其是在交叉口，高峰时段内常常处于饱和甚至超饱和状态，车辆排队、机动车与非机动车混行、交通违规等现象突出，交通状况亟待通过合理的交通组织设计来改善。

才华街—友谊大道交叉口位于武汉市武昌区才华街和友谊大道的交汇处，附近有徐东商圈，并有加油站、医院、学校、住宅小区等，因此是一个重要的交通集散点。本文对才华街—友谊大道交叉口交通组织进行研究，从实际出发，对该交叉口进行详细的交通调查，力求全面地分析其存在的交通问题，运用时间序列模型中的相关方法进行交通量预测，有针对性地从渠化设计和信号控制优化两个方面对其交通组织进行优化设计，并用VISSIM仿真软件对现状方案和优化设计方案进行仿真运行及方案评价，选出最适合才华街—友谊大道交叉口的优化方案。以期改善该交叉口运行状况, 提高其通行能力，给出行者提供良好的出行环境并带来良好的出行体验。这对于交叉口交通问题的研究、结合实际情况进行交通组织优化设计有一定的借鉴意义。

国内外研究现状

国内外的学者都对交叉口进行了深入的研究，并取得了丰硕的研究成果。下面对国内外研究现状进行介绍，主要包括交叉口渠化设计、信号控制、交通仿真三个方面。

渠化设计

交叉口渠化设计主要就是通过渠化的方法引导道路上的不同交通流按照各自的规定路线安全迅速地通过，进行渠化设计就是为了使车辆按照规定的路线行驶，减少不同交通流之间的相互干扰和冲突，确保非机动车和行人的交通安全。

围绕渠化设计，国外在很早就开始进行了相关研究，通常已经形成了一些固定的规范或手册，值得我们借鉴。美国的MUTCD（Manual on Uniform Traffic Control Devices）手册^[1]中介绍了不同类型交叉口相应的渠化方法和渠化理论， 并对交叉口周围的交通设施的设置位置及本身的形状、尺寸、颜色及其适用条件和需要注意的细节等作了详细的介绍。日本的《平面交叉路口的规划与设计》^[2] 一书中详细说明了渠化设计的相关内容，设置交通岛、绘制导流线、设置路障等是在国外通常被采用的渠化措施，并指出进行渠化设计是改善交通状况的主要途径。但值得注意的是日本的道路行驶规则是靠左侧行驶，因此在参考研究中应按照我国的实际行驶规则进行转换。Kenneth W Acheret^[3]也在其研究中详尽论述了左转车道的适用条件、注意事项及相关的规范等。2014年，韩国的研究人员Wonho Suh和Michael P.Hunter^[4]提出了一种把蒙特卡洛法运用于左转位置提前设计的方法，按照该方法设计后，能够减少甚至完全消除交叉口处的左转冲突，不管是在提高通行能力还是减少汽车尾气排放方面该研究都有着重要意义。

相较国外而言，我国的研究开始得比较晚，各位研究人员及交通工作者在参考国外研究成果的基础上，也进行了大量的研究，并取得了一些成果。1986年，学者曾静康^[5]提出了一种新的控制方法，该方法的关键目标是力求达到信号灯、信号相位和渠化设计三者之间的协调统一。1991年，陈洪仁在《道路交叉设计》^[6]一书中明确指出了交叉口渠化设计的重要性并且提出了具体的设置措施和适用条件等。2001年，我国第一本道路交叉口建设的规范——《城市道路平面交叉口规划与设计规程》^[7]在上海市出版，其中对交叉口应设置的各类设施做出了明确的规定，并指出了渠化设计可以采用的各类形式。2005年，佟炳勋^[8]认为随着交通量增加，已有的渠化设施已经不能满足路网处于饱和甚至超饱和状态时的交通需求，因此创新性地对渠化的尺寸、范围等做了补充。2010年，杨晓光、白玉等在《交通设计》^[9]一书中详尽阐述了渠化的目的、内容以及各种措施的适用条件、规范等。

信号控制

对于信号控制的研究最早开始于国外，并已经取得了丰硕的成果。在1980年前，一般使用Webster方法对单点信号交叉口进行配时计算，但该方法的不足之处是在进行优化设计时仅仅将延误作为唯一的评价指标。1994年,美国Oak Ridge国家实验室交通研究中心ITS研究室Rekha S.Pillai和Ajay K.Rathi^[10]创造性地提出了一种得到最大线控带宽的MILP方法并详细介绍了适用于有限支路和有限范围的交通系统中的该方法的产生及其发展过程。2001年，美国普渡大学的Abbas和Moniasir^[11]创造性地提出了一种在优化过程中同时考虑交通量和占有率的信号控制系统的绿时差转换计算规则，该方法的先进性还在于其能够良好的兼容传统的信号协调控制系统。2014年，Cristina Vilarinho^[12] 通过基于组的Akcelik方法确定每个可能的信号规划设计关键路径，周期长度以及绿灯时间。

我国在信号控制方面的研究开始得比较晚，交通工作者们结合国内交通流的具体特点进行了大量研究并取得了一些成果。1995年，同济大学杨佩昆^[13]教授提出了“冲突点法”，以冲突点作为考查地点，把饱和流率作为信号配时设计过程中的重要参数来考虑，该方法比较适用于两相位信号控制，直行和左转车流存在冲突的交叉口。1998年，顾怀中与王炜^[14]提出了一种应用于信号控制设计过程中的新方法即模拟退火全局优化算法，该方法是特别针对我国交通流的特点提出的。2001年，马建明、任福田^[15]等提出了一种综合考虑交通设施、信号控制及管理的交叉口设计方法，并运用微观仿真软件辅助进行设计。2004年，李美玲^[16]在其硕士论文中针对交通组织优化设计理论的特点，提出了一种对信号控制进行优化设计的辅助方法，该方法是以专家系统的思想为基础的。2015年，王璨^[17]优化了延误模型并提出了寻优方法，独创性地提出了带有Petri网的自适应式信号控制策略并将其应用于城市道路网溢流现象。

交通仿真

交通仿真是对实际的交通运行情况的模拟，涉及道路、车辆、交通运行规则和交通评价等问题，使得理论研究的可操作性得到极大提高，因此世界各国的专家学者们都对此进行了大量研究，也取得了丰硕的研究成果。

交通仿真技术最早出现于20世纪50年代，英、美等国都进行了大量的探索和研究，并以研究延误时间为主要指标的“GOOD”软件的出现作为真正的开端，但这一时期的研究基本都是单一行为的模拟。1960年后，由于计算机技术的发展和进步，大量的计算机模拟程序被开发出来，形成了微观仿真模型并在渠化设计、信号控制、交通评价等方面得到广泛应用。 1980年后，国外的学者们均开始了致力于统一标准的软件研究，其中应用最广泛的是美国联邦公路局研发的TRAF模拟系统。目前，国际上应用较广泛的一些仿真软件主要包括：美国Caliper公司研发的广泛应用于城市交通总体规划和交通体系规划的TransCAD；美国联邦公路署研发的CORSIM，它综合了用于城市道路的NETSIM和用于高速公路的FRESIM这两个模拟软件；英国Quadstone公司研发的PARAMICS；德国PTV公司开发的VISSIM；西班牙TSS公司研发的AIMSUN等^[18]。

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