考慮排隊(duì)動態(tài)演變過程的多相位信號交叉口最小交通延遲研究.pdf

1、交通流理論的研究現(xiàn)象主要是車輛交通及其引起的交通堵塞現(xiàn)象。當(dāng)很多人以各種出行目并以各種出行方式同時出現(xiàn)在某個交叉口時，交通堵塞就會隨之出現(xiàn)。為了改進(jìn)道路安全并緩解交通堵塞，交通管理部門引入了交通信號燈，而信號燈的概念是來自鐵路管理技術(shù)中的控制方法。由于未能很好地理解汽車交通的內(nèi)部運(yùn)行方式，信號燈控制的效果并不明顯。在20世紀(jì)中葉，一些著名科學(xué)家的研究工作奠定了汽車交通理論研究的基礎(chǔ)。交通流模型應(yīng)該建立在對交通流物理特性的理性考慮之上，因

2、為模型的主旨就是要描述真實(shí)交通流現(xiàn)象。交通流理論，不僅需要模擬交通運(yùn)動，而且需要模擬城市交叉口的運(yùn)動特性。通過模擬城市交叉口，人們可以通過某些裝置（如交通信號燈）或者某些方法（如管理通過控制點(diǎn)的交通流量）來改進(jìn)交叉口的通行能力。
　　本文在前人研究的基礎(chǔ)上，解析分析了多相位信號交叉口的最小交通延遲，并提出了考慮排隊(duì)動態(tài)演變過程的兩相位十字信號交叉口的元胞自動機(jī)模型，本文的主要工作如下:
　　在考慮了排隊(duì)動態(tài)演變的基礎(chǔ)上，解析

3、研究了兩相位信號交叉口的最小交通延遲。延遲函數(shù)受到兩個約束條件的影響，當(dāng)兩個約束條件至少有一個取等號時，交通延遲最低。我們給出了最小延遲及相應(yīng)的交通信號周期的解析表達(dá)式，解析結(jié)果表明，在兩種情況下，系統(tǒng)平均延遲最低:第一種情況是一個相位需要額外的綠燈時間，另一種情況是兩個相位都不需要額外的綠燈時間。我們的研究工作說明，雖然很多實(shí)驗(yàn)結(jié)果都顯示Newell的“清除策略”的交通延遲最低，但或許還有更好的方法。
　　在兩相位信號交叉口解析

4、研究的基礎(chǔ)上，我們考慮了排隊(duì)動態(tài)演變過程，通過建立連續(xù)方程，解析研究了三相位T型信號交叉口的最小交通延遲。我們得到了三相位T型信號交叉口的延遲函數(shù)，并考慮了三個約束條件。三個約束條件組成了一個三維空間，該三維空間由三個平面構(gòu)成，通過研究延遲函數(shù)的性質(zhì)，我們首先確定了最小延遲一定在三個平面上得到。三個平面彼此兩兩相交，因此有三條邊界，我們接下來證明了最小延遲一定在三條邊界上取得。我們通過分析延遲函數(shù)在三條邊界上的性質(zhì)，最后得知最小延遲一定

5、在兩個位置取得:其中一個位置是三條邊界的交點(diǎn)處，另一個位置是三條邊界中的其中一條邊界上。如果最小延遲在第一個位置取得，那么在這種情況中，三條入流車道都不需要額外的綠燈時間。如果最小延遲在第二個位置得到，那么三條入流車道中入流量最大的車流需要額外的綠燈時間。
　　我們考慮到現(xiàn)實(shí)交通應(yīng)用的需要，用元胞自動機(jī)模型模擬了兩單向單車道兩相位十字信號交叉口，模型分別采用了固定周期策略與排隊(duì)完全疏散自適應(yīng)策略。固定周期策略模擬結(jié)果表明，當(dāng)兩車道

6、入流量相等時，模擬結(jié)果與解析結(jié)果吻合度較高，當(dāng)分配給兩條車道的綠燈時間相等時，系統(tǒng)平均延遲最低。當(dāng)兩條車道入流量不相等時，模擬得到的平均延遲高于解析結(jié)果。當(dāng)系統(tǒng)采用自適應(yīng)策略時，無論兩條車道的入流量是相等還是不相等，模擬得到的平均延遲均低于解析結(jié)果。模擬結(jié)果說明，兩單向單車道兩相位十字信號交叉口中，系統(tǒng)流量越高，交通延遲越高，同時自適應(yīng)策略優(yōu)于固定周期策略。
　　我們接下來用元胞自動機(jī)模擬了兩雙向雙車道兩相位十字信號交叉口，信號控

7、制策略同樣采用了固定周期策略與交通自適應(yīng)策略。模擬結(jié)果表明，當(dāng)采用固定周期策略時，模擬得到的平均延遲與解析結(jié)果之間的大小關(guān)系與系統(tǒng)流量有關(guān)，如果系統(tǒng)流量較低，模擬得到的平均延遲低于解析結(jié)果，如果系統(tǒng)流量較高，解析得到的平均延遲低于模擬結(jié)果。當(dāng)系統(tǒng)采用自適應(yīng)策略時，如果東西向與西東向的入流量相等，或者南北向與北南向的入流量相等，模擬得到的排隊(duì)長度大于解析得到的排隊(duì)長度，解析得到的平均延遲低于模擬結(jié)果。但當(dāng)東西向與西東向的入流量不等并且南北