城市交叉口群交通狀態(tài)識(shí)別方法研究

【摘 要】為了對(duì)交叉口群的交通狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別，論文設(shè)計(jì)了一種從路段與單個(gè)交叉口角度出發(fā)的整體識(shí)別方法。本文提出了交通狀態(tài)系數(shù)的概念，在分析對(duì)比相關(guān)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，分別提取平均行程車速、空間占有率和平均停車延誤、飽和度作為路段和交叉口的評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)路段與交叉口交通狀態(tài)分別從時(shí)間指標(biāo)和空間指標(biāo)進(jìn)行量化，從而得到交叉口群內(nèi)各路徑的交通狀態(tài)系數(shù)，建立了路徑狀態(tài)矩陣及交叉口群交通狀態(tài)識(shí)別0-1矩陣，從宏觀上對(duì)交叉口群整體的交通狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。

【關(guān)鍵詞】交叉口群；交通狀態(tài)；識(shí)別矩陣

【Abstract】 A new method is provided which can identify the integral conditions of the whole intersection group by identifying the conditions of road sections and intersections in this intersection group. It puts forward the concept of “traffic condition coefficient” which can quantify the traffic condition. It quantifies the road section traffic condition due to the average travelling speed and space occupation rate， and it quantifies the intersection traffic condition due to the degree of saturation and the . In the base of the traffic condition coefficient of road sections and intersections， the paper provides a method to compute the traffic condition coefficient of all the routes in an intersection group. Due to the result， it establishes a matrix of route traffic condition coefficient as well as a matrix of accessibility from which the holistic condition of the intersection group could be identified.

【Key words】 Intersection group； Traffic condition； Identification index system

目前我國機(jī)動(dòng)車保有量急劇增加，城市道路交通總量隨之顯著增加。城市道路中交叉口的紅燈信號(hào)作為外部因素，導(dǎo)致了交通流的間斷特征，對(duì)路段上的車流具有周期性的阻滯作用，形成車輛的交叉口延誤，因此交叉口的通行能力成為城市道路通行能力瓶頸。隨著城市交通阻塞的頻繁發(fā)生，交叉口的交通問題受到越來越多的關(guān)注。

隨著城市道路交通量的增長、路網(wǎng)密度的增加，交叉口之間的相關(guān)性日益明顯，某個(gè)交叉口的擁堵可能會(huì)隨著時(shí)間的推移逐步波及到周邊數(shù)個(gè)交叉口乃至所在區(qū)域內(nèi)的所有交叉口，此類交叉口即為交叉口群。在幾十年的時(shí)間里，對(duì)交叉口控制問題的研究從單個(gè)交叉口逐漸發(fā)展到對(duì)交叉口群。不同交

通狀態(tài)下采用相應(yīng)的交通控制策略比使用單一的控制策略能進(jìn)一步提高交通運(yùn)行效率，因此對(duì)交叉口群交通狀態(tài)的準(zhǔn)確辨識(shí)研究是研究交叉口群交通控制策略優(yōu)化和調(diào)整的基礎(chǔ)信息和主要依據(jù)。交叉口群交通狀態(tài)信息在交通運(yùn)行管理、交通管理規(guī)劃和路網(wǎng)規(guī)劃等方面都有著重要應(yīng)用。

1.交通狀態(tài)量化

在對(duì)交叉口群整體進(jìn)行交通狀態(tài)識(shí)別時(shí)，為了對(duì)交叉口群內(nèi)各路段及各交叉口進(jìn)行統(tǒng)一的交通狀態(tài)識(shí)別，論文引入了交通狀態(tài)系數(shù)的概念，對(duì)于路段和交叉口各選用一項(xiàng)時(shí)間參數(shù)與一項(xiàng)空間參數(shù)對(duì)其交通狀態(tài)進(jìn)行量化，分別得到各自的交通狀態(tài)系數(shù)，在此基礎(chǔ)上對(duì)交叉口群整體進(jìn)行交通狀態(tài)識(shí)別。

交通狀態(tài)是客觀事實(shí)和主觀感受在某種程度上綜合作用的結(jié)果，且城市道路交通狀態(tài)并沒有絕對(duì)的速度、占有率、停車延誤等限值來加以區(qū)別，即其判別具有相對(duì)性。因此，論文提出交通狀態(tài)系數(shù)S的概念，通過綜合各種指標(biāo)描述城市道路路段及交叉口運(yùn)行狀態(tài)。交通狀態(tài)系數(shù)S是一個(gè)連續(xù)變量，其取值范圍為[0，1]。S的取值處于不同范圍時(shí)，分別對(duì)應(yīng)著不同的交通狀態(tài)。當(dāng)S接近0時(shí)，說明交通暢通，沒有阻塞情況發(fā)生，當(dāng)S接近1時(shí)，說明交通阻塞嚴(yán)重，即R的數(shù)值越大，交通狀態(tài)越差。

2.路段和交叉口交通狀態(tài)識(shí)別

2.1 路段交通狀態(tài)識(shí)別

大多數(shù)城市道路的交叉口都有信號(hào)控制，對(duì)交通流的連續(xù)運(yùn)行有很大的影響，因此將路段定義為同一道路同一方向上從交叉口出口道開始到下一交叉口進(jìn)口道渠化開始處結(jié)束。

考慮交通參數(shù)間的內(nèi)在關(guān)系，選用路段車輛的平均行程速度vp（km·h-1）與空間占有率Rs（%）兩個(gè)變量作為城市道路路段交通狀態(tài)的判別指標(biāo)。這兩個(gè)變量從時(shí)間和空間上分別反映了車輛在城市道路路段上通行的狀態(tài)，以及城市道路空間的使用情況。

行程速度是車輛行駛的距離除以行程時(shí)間，行程時(shí)間包括行駛時(shí)間和中途受阻時(shí)的停車時(shí)間。因?yàn)槌鞘械缆方煌魇情g斷流，車輛不能連續(xù)通過若干交叉口，所以行程速度可以反映一段路程的交通運(yùn)行情況。當(dāng)行程速度較低時(shí)說明存在一定程度的擁擠，當(dāng)行程車速較高時(shí)說明道路較暢通。空間占有率為在一瞬間已知路段上所有車輛占用的長度占路段長度的百分比。

2.2 交叉口交通狀態(tài)識(shí)別

從時(shí)間與空間的角度各選取一個(gè)參數(shù)作為判別交叉口交通狀態(tài)的指標(biāo)，通過對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的對(duì)比，選取時(shí)間參數(shù)交叉口的延誤時(shí)間D與交叉口飽和度B作為判別城市交叉口交通狀態(tài)的指標(biāo)。

由于最終需進(jìn)行交叉口群整體的交通狀態(tài)識(shí)別，在對(duì)各路徑進(jìn)行識(shí)別時(shí)涉及到交叉口進(jìn)口道的不同轉(zhuǎn)向，因此在對(duì)交叉口交通狀態(tài)進(jìn)行量化時(shí)需對(duì)單獨(dú)考慮各進(jìn)口道的各轉(zhuǎn)向車道。城市道路中交叉口各進(jìn)口道都由左轉(zhuǎn)車道、直行車道及右轉(zhuǎn)車道組成（若出現(xiàn)直右車道則該車道既視為直行車道又視為右轉(zhuǎn)車道，當(dāng)某種車道不止一條時(shí)取其算術(shù)平均值，如計(jì)算出直右車道的狀態(tài)系數(shù)后，計(jì)算直行方向的狀態(tài)系數(shù)時(shí)需將該直行車道的系數(shù)參與計(jì)算進(jìn)行平均，同樣計(jì)算右轉(zhuǎn)方向時(shí)也需將該車道的系數(shù)參與計(jì)算進(jìn)行平均），即每個(gè)交叉口有12個(gè)交通狀態(tài)系數(shù)，在調(diào)查延誤與飽和度時(shí)也需對(duì)不同車道分開調(diào)查。作為判別指標(biāo)的進(jìn)口道某車道延誤取該進(jìn)口道引道上每輛車的平均延誤。某車道飽和度通過該車道的流量與通行能力兩部分計(jì)算獲得。

定義Sc為交叉口交通狀態(tài)系數(shù)。顯然，與路段類似，交叉口的交通狀態(tài)系數(shù)Sc由該交叉口的延誤 與飽和度 得到，且Sc分為Scl、Scs、Scr。定義Sd與Sb分別為延誤D與飽和度B所表征的那部分交通狀態(tài)系數(shù)，Sd繼續(xù)分為左、直、右車道的交通狀態(tài)系數(shù)Sdl、Sds、Sdr，同樣Sb分為Sbl、Sbs、Sbr。以左轉(zhuǎn)車道為例計(jì)算其交通狀態(tài)系數(shù) ，其它車道計(jì)算方法相同。

4.2交叉口群交通狀態(tài)識(shí)別0-1矩陣

得出路徑狀態(tài)矩陣后，為了對(duì)交叉口群內(nèi)各交叉口之間的狀態(tài)進(jìn)行更為直觀的統(tǒng)一判斷，在路徑狀態(tài)矩陣的基礎(chǔ)上建立一個(gè)新的交叉口群交通狀態(tài)識(shí)別0-1矩陣。

在鄰接矩陣中，元素“1”或“0”并不真正具有數(shù)值上的含義，而是代表了節(jié)點(diǎn)之間“有”邊相聯(lián)或“無”邊相聯(lián)的情況，用同樣的方法在路徑狀態(tài)矩陣的基礎(chǔ)上建立交叉口群交通狀態(tài)識(shí)別0-1矩陣。用元素“1”代表該路徑狀態(tài)較好，交叉口之間可達(dá)性較好，“0”則相應(yīng)地代表較差。對(duì)于“較好”與“較差”的判斷則用路徑狀態(tài)矩陣S中的元素來判斷，先在仿真的基礎(chǔ)上設(shè)定一個(gè)路徑狀態(tài)系數(shù)臨界值Scv，Scv即為得出交叉口群交通狀態(tài)識(shí)別0-1矩陣的判斷標(biāo)準(zhǔn)。即

需要注意的是，由于交通狀態(tài)是客觀事實(shí)和主觀感受在某種程度上綜合作用的結(jié)果，其判別具有相對(duì)性，所以Scv也具有相對(duì)性，并不是一個(gè)固定不變的數(shù)，其數(shù)值可根據(jù)不同情況設(shè)定不同的值。如在高峰小時(shí)的Scv值可高于非高峰小時(shí)的Scv值。在對(duì)路徑狀態(tài)矩陣作這樣的處理得到交叉口群交通狀態(tài)識(shí)別0-1矩陣后，通過交叉口群交通狀態(tài)識(shí)別0-1矩陣不僅可以更直觀地對(duì)交叉口群內(nèi)所有交叉口之間的可達(dá)性進(jìn)行判斷，還可以更直觀地對(duì)整個(gè)交叉口群所處的狀態(tài)進(jìn)行宏觀上的評(píng)估。

4.3交通狀態(tài)識(shí)別0-1矩陣的應(yīng)用

得到路徑狀態(tài)矩陣與交叉口群交通狀態(tài)識(shí)別0-1矩陣后，可對(duì)交叉口群整體交通狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別和評(píng)估。

通過路徑狀態(tài)矩陣，可通過路徑狀態(tài)系數(shù)對(duì)交叉口群內(nèi)所有路徑的交通狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。建立交叉口群交通狀態(tài)識(shí)別0-1矩陣后，可獲得該交叉口群內(nèi)狀態(tài)較好路徑所占百分比，從而更直觀地評(píng)估交叉口群的整體狀態(tài)。道路使用者可根據(jù)路徑狀態(tài)矩陣通過反向追蹤獲取交叉口之間的最優(yōu)路徑，從而進(jìn)行路徑選擇。

5.仿真分析

對(duì)比小流量和大流量條件下的路徑狀態(tài)矩陣，在大流量條件下，路徑狀態(tài)矩陣中的元素明顯高于小流量條件下對(duì)應(yīng)的元素，即大流量條件下交叉口群交通狀態(tài)較差。路徑狀態(tài)系數(shù)能夠有效地反映出交叉口群內(nèi)各路徑的交通狀態(tài)。

而由于路徑狀態(tài)系數(shù)臨界值的相對(duì)性，不同條件下路徑狀態(tài)矩陣的臨界值不同，所以根據(jù)臨界值得到的交叉口群交通狀態(tài)識(shí)別0-1矩陣僅能夠反映此條件下能夠被視為狀態(tài)較好的路徑所占的百分比，在不同條件下的交叉口群交通狀態(tài)識(shí)別0-1矩陣不具有可比性。

6.總結(jié)

在已有道路交通狀態(tài)判別技術(shù)與方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合對(duì)交叉口群運(yùn)行特征的分析，總結(jié)了一種新的交叉口群交通狀態(tài)識(shí)別方法。引入了交通狀態(tài)系數(shù)的概念，對(duì)交通狀態(tài)進(jìn)行了量化。將交叉口群內(nèi)各路徑劃分為若干單元段的組合，單元段由一條路段與一個(gè)交叉口組成。在分析交通運(yùn)行特性的基礎(chǔ)上，分析對(duì)比各項(xiàng)指標(biāo)，提取出識(shí)別指標(biāo)體系，對(duì)于路段和交叉口各選用一項(xiàng)時(shí)間參數(shù)與一項(xiàng)空間參數(shù)對(duì)其交通狀態(tài)進(jìn)行量化，分別得到各自的交通狀態(tài)系數(shù)，從而得到各單元段與各路徑的交通狀態(tài)系數(shù)，并根據(jù)交通狀態(tài)系數(shù)建立了路徑狀態(tài)矩陣與交叉口群交通狀態(tài)識(shí)別0-1矩陣，在此基礎(chǔ)上對(duì)交叉口群整體進(jìn)行交通狀態(tài)識(shí)別。最后通過Vissim仿真驗(yàn)證，對(duì)比不同交通量情況下方法的適用性，結(jié)果表明，該方法能有效識(shí)別出交叉口群交通狀態(tài)。

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作者簡介：

馮岑，（1991-），女，碩士研究生。