信號(hào)控制交叉口過街行人流仿真建模及應(yīng)用.pdf

1、步行是最古老也是最基本的居民出行方式，是一切交通出行的起始和終結(jié)。信號(hào)交叉口行人過街交通是目前行人交通研究中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題之一。行人在通過信號(hào)交叉口時(shí)，一方面受到信號(hào)燈、人行橫道線等措施和設(shè)施的保護(hù)可以相對(duì)安全的穿越機(jī)動(dòng)車道，但另一方面又不可避免地會(huì)與機(jī)動(dòng)車流、非機(jī)動(dòng)車流發(fā)生沖突干擾。同時(shí)，由于交叉口往往集聚著大量的行人，過街行人群體內(nèi)部也存在頻繁的沖突碰撞作用。因此，提高行人過街效率、舒適性和安全性是行人交通問題研究的根本出發(fā)點(diǎn)，也

2、是本文立意所在?；诖耍撐囊载S富的調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)分析和研究行人過街交通行為和特性，建立可靠的信號(hào)交叉口過街行人流微觀仿真模型，并以仿真模型為工具，提出行人過街設(shè)施的設(shè)計(jì)方法和步驟，對(duì)提高信號(hào)交叉口行人過街交通的效率、舒適性和安全性具有理論和實(shí)踐的雙層指導(dǎo)意義。
　　本文中，我們首先開展行人過街交通特性分析。提出了基于時(shí)空軌跡的行人過街交通特性提取方法，通過行人軌跡跟蹤和識(shí)別軟件，批量獲取行人過街過程中每個(gè)時(shí)刻的位置信息，并

3、從中提取行人過街交通特性。通過對(duì)南京市進(jìn)香河路-學(xué)府路、大石橋街-丹鳳街、大石橋街-中山路、文樞東路-學(xué)衡路以及洪武路-淮海路5個(gè)人行橫道的行人過街交通特性調(diào)查發(fā)現(xiàn)，過街行人流量存在明顯的方向不均衡性，行人到達(dá)規(guī)律基本服從泊松分布。行人的過街時(shí)間分布呈現(xiàn)左偏厚尾的特征，并服從Buff分布。行人過街速度也服從Buff分布。行人過街延誤分布呈現(xiàn)厚尾以及極端左偏的特性，服從GPD分布。分析行人與機(jī)動(dòng)車的交互作用特性發(fā)現(xiàn)，每次行人-機(jī)動(dòng)車沖突引

4、起的平均行人過街延誤在2.23-4.74s之間。
　　在行人過街交通基本特性研究分析的基礎(chǔ)上，提出了無機(jī)動(dòng)車干擾的信號(hào)交叉口過街行人流仿真模型。該模型以元胞自動(dòng)機(jī)模型為基礎(chǔ)，考慮行人在運(yùn)動(dòng)過程中受到目標(biāo)驅(qū)動(dòng)力、個(gè)體之間的相互作用力、個(gè)體與邊界之間的排斥力作用，并認(rèn)為行人向鄰域元胞運(yùn)動(dòng)的概率是由這些作用力決定的。模型中涉及到的參數(shù)通過反復(fù)迭代的方法進(jìn)行標(biāo)定。將仿真得到的行人過街時(shí)間、過街時(shí)間分布以及行人局部密度水平等指標(biāo)與實(shí)際調(diào)查數(shù)

5、據(jù)的對(duì)比，驗(yàn)證了模型的有效性。仿真結(jié)果分析得到，行人過街可分為組團(tuán)聚集、延展、相遇和分離四個(gè)過程。相應(yīng)地，行人過街速度實(shí)時(shí)變化曲線也呈現(xiàn)階段性特征。進(jìn)一步分析還發(fā)現(xiàn)，在人行橫道寬度一定時(shí)，行人過街速度實(shí)時(shí)變化曲線與行人組團(tuán)規(guī)模大小存在著一定關(guān)系。
　　考慮到一般的信號(hào)交叉口行人信號(hào)與機(jī)動(dòng)車信號(hào)并不完全分離，行人在過街過程中會(huì)與機(jī)動(dòng)車存在一定的交互作用行為，建立了受機(jī)動(dòng)車干擾的信號(hào)交叉口過街行人流仿真模型。該模型以第四章的行人仿真模

6、型和經(jīng)典的機(jī)動(dòng)車流NaSch仿真模型為基礎(chǔ)，嵌入機(jī)動(dòng)車避讓行人行為模型和行人穿越機(jī)動(dòng)車流行為模型，以模擬行人-機(jī)動(dòng)車互動(dòng)干擾時(shí)的信號(hào)交叉口交通流運(yùn)行情況。同時(shí)，為了加強(qiáng)模型的交通安全評(píng)價(jià)功能，仿真模型中融合了行人-機(jī)動(dòng)車沖突的相關(guān)指標(biāo)算法，使模型仿真可用以行人穿越安全時(shí)間滯差、行人-機(jī)動(dòng)車沖突數(shù)以及沖突時(shí)間等的統(tǒng)計(jì)分析。模型使用大量詳盡的行人和機(jī)動(dòng)車交互作用行為數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定。通過模擬大石橋街-中山路、大石橋街-丹鳳街、進(jìn)香河路-學(xué)府路、

7、學(xué)衡路-文樞東路交叉口的人行橫道發(fā)現(xiàn)模型在估計(jì)交叉口行人-機(jī)動(dòng)車交互作用事件、機(jī)動(dòng)車避讓率等方面取得了較好的效果。仿真模型還能輸出各個(gè)人行橫道的安全穿越間隙比例、沖突率以及TTC等。通過參數(shù)敏感性分析發(fā)現(xiàn)沖突率與機(jī)動(dòng)車避讓率、機(jī)動(dòng)車流量存在著一定的相關(guān)性。仿真結(jié)果還表明，當(dāng)行人-機(jī)動(dòng)車沖突數(shù)較小時(shí)，行人-機(jī)動(dòng)車沖突產(chǎn)生的行人過街延誤比較小，基本可以忽略不計(jì)。而不同行人流量時(shí)的機(jī)動(dòng)車流的時(shí)空軌跡圖發(fā)現(xiàn)當(dāng)行人流量增加到1290ped/h時(shí)，

8、會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)車在人行橫道前的排隊(duì)現(xiàn)象，這是機(jī)動(dòng)車頻繁避讓行人所導(dǎo)致的。
　　最后，以行人過街的四個(gè)過程分析為切入點(diǎn)，研究了行人過街時(shí)間、人行橫道寬度和行人組團(tuán)之間的定量關(guān)系。同時(shí)在已有的行人過街時(shí)間計(jì)算模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合仿真數(shù)據(jù)，考慮行人組團(tuán)在延展和相遇時(shí)產(chǎn)生的延誤，構(gòu)建了新的行人過街時(shí)間計(jì)算模型。綜合過街時(shí)間，延誤占比和局部密度水平等指標(biāo)，提出了在不同組團(tuán)規(guī)模時(shí)的人行橫道寬度確定方法。該方法既能滿足實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)較高的成本效益