交通管理與控制課程設計中交通延誤綜合分析

王春娥， 吳其勝， 焦寶祥， 鐘棟青

(鹽城工學院 材料工程學院, 江蘇 鹽城 224051)

交通管理與控制課程設計中交通延誤綜合分析

王春娥， 吳其勝， 焦寶祥， 鐘棟青

(鹽城工學院 材料工程學院, 江蘇 鹽城 224051)

為使學生加強對所學知識的理解和理論聯(lián)系實際能力的訓練，需要開展綜合性的課程設計。交通延誤是“交通管理與控制”課程設計中的子任務，其獲取方式較多，最常見的是點樣本法、HCM計算模型、VISSIM仿真。首先充分理解3種方法的基本原理，在此基礎上開展調(diào)查獲得相關數(shù)據(jù)；然后利用3種方法進行延誤計算；最后進行綜合分析，得出3種方法的優(yōu)缺點和適用性。通過該課程設計，可以鍛煉學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，效果良好。

交通管理與控制； 交通延誤； 點樣本法； 人力資本管理模型； VISSIM仿真； 綜合分析

0 引 言

“交通管理與控制”課程是交通工程專業(yè)的一門專業(yè)主干課程。為在專業(yè)教學中進一步培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力，需要添加課程設計實踐環(huán)節(jié)。交通管理與控制課程設計旨在使學生掌握基本知識和理論的基礎上，深化對所學知識和理論的理解，并加強理論聯(lián)系實際能力的訓練[1]。

交通延誤作為交叉口運行狀態(tài)的評價指標之一，不僅反映了交通參與者通過交叉口時多付出的時間代價，還反映了交叉口在城市道路系統(tǒng)中的運營狀態(tài)。交叉口運營狀態(tài)良好，則延誤較低；反之則高。因此，交叉口延誤分析對城市道路規(guī)劃、道路設計和評價信號配時方案非常重要。

1 課程設計的目的與思路

1.1 課程設計的目的

國內(nèi)外對于交通延誤的分析與研究很多，文獻[2-6]都是對信號控制交叉口延誤模型的對比分析。這些文章都是科研論文，主要特點是延誤公式的推導及模型參數(shù)的標定或者交通延誤的數(shù)學模型比較復雜，要求參數(shù)多。因此，很難將其中的方法直接用于本科生的教學實踐環(huán)節(jié)中。

交通延誤作為“交通管理與控制”課程設計中的子任務，最常用的獲取方式有3種。①利用點樣本法通過實地交通調(diào)查獲得；②利用理論課程中的相關公式模型計算得出；③通過交通仿真軟件獲取。在交通工程的實踐環(huán)節(jié)中，往往是通過一種方式獲得交通延誤即可，且絕大多數(shù)學生也想當然的認為通過任意一種方式得出交叉口的延誤就完成了任務，而這正是課程設計被忽略的問題之一[1,7-9]。

“交通延誤”課程設計旨在根據(jù)點樣本法、延誤計算模型、交通仿真軟件3種方式分別獲得交叉口的交通延誤數(shù)據(jù)，同時綜合分析3種延誤方法的優(yōu)缺點及適用性。在該課程設計環(huán)節(jié)中，學生首先要對理論知識的進行深入理解和分析，確定所需的調(diào)查參數(shù)；然后開展調(diào)查方案的設計及人員的分工，同時在調(diào)查中及時發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并解決問題；最后進行交通延誤的計算和綜合分析。因此，本次課程設計是一個綜合性很強的環(huán)節(jié)，通過該環(huán)節(jié)不僅進一步加深學生對點樣本法、延誤計算模型等理論知識的理解和對交通仿真軟件的熟練程度，同時對提高學生的實踐能力具有重要意義。

1.2 課程設計的思路

“交通延誤”課程設計的思路如圖1所示。

圖1 課程設計的思路

交通延誤分5個步驟完成：

(1) 通過初期的交通調(diào)查，獲得交叉口的交通數(shù)據(jù)(如交叉口幾何條件、交通量、信號配時方案等)，并對數(shù)據(jù)進行分析和處理，為后面的計算提供基礎。

(2) 根據(jù)點樣本法進行交通調(diào)查，獲得相關數(shù)據(jù)，通過計算獲得交通延誤。

(3) 根據(jù)初期的調(diào)查數(shù)據(jù)，選取延誤模型公式進行交通延誤的計算。

(4) 根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)，利用VISSIM仿真軟件完成建立路網(wǎng)、車輛加載、信號燈設置、檢測器布設等步驟，完成仿真。分析仿真數(shù)據(jù)，得到交通延誤。

(5) 綜合分析3個交通延誤值和3種延誤方法，得出結(jié)論。

2 3種交通延誤方法

2.1 點樣本法

點樣本法的調(diào)查過程為：交叉口的每一個入口引道需要3或4個調(diào)查人員，1人負責報時，1人負責清點每個時間間隔末(時間間隔取15 s)停在停車線后的車輛數(shù)，1人統(tǒng)計1 min內(nèi)實際停車數(shù)和不停駛數(shù)。連續(xù)不間斷的重復此過程，直至取得所需樣本量或交叉口引道上交通顯著地改變時為止。采集的數(shù)據(jù)通過下式進行交叉口延誤指標的計算。

總延誤=總停駛數(shù)×抽樣時間間隔(輛·s)

(1)

每一停駛車輛的平均停車延誤=

總延誤/停駛車輛數(shù)(s)

(2)

每一入口車輛的平均停車延誤=

總延誤/入口交通量(s)

(3)

(4)

2.2 延誤計算模型

交通延誤的計算公式較多，最為成熟且比較常用的是HCM法，如下所示：

(5)

(6)

(7)

式中：d1為均勻延誤(s)；d2為隨機延誤(s)；C為信號周期時長(s)；λ為綠信比；x為飽和度；T為分析時段的持續(xù)時長(s)；e為交叉口信號控制類型校正系數(shù)，定時信號取值為0.5；Q為車道通行能力(pcu/h)。

2.3 VISSIM仿真

VISSIM軟件是德國PTV公司開發(fā)的微觀、基于時間間隔和駕駛行為的交通仿真建模工具，它既可在線生成可視化的交通運行狀況，也可離線輸出各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)(如延誤等)，是評價交通工程設計和城市規(guī)劃方案的有效工具。因此在各個高校及科研院所被廣泛使用。

VISSIM使用手冊中對延誤時間檢測的定義為與理想的行程時間相比(沒有其他車輛，無信號控制)，在一個或一些路段上計算的所有觀測車輛的延誤時間的平均值[10]。將該定義通過以下公式進行表征：

(8)

(9)

式中：di為第i輛車通過交叉口所需要的時間損失(s)；t0為自由流情況下經(jīng)過交叉口所需要的時間(s)；ti為第i輛車實際通過交叉口的時間(s)；d為車輛平均延誤(s)；N為交叉口某方向一個分析時段內(nèi)經(jīng)過的車輛總數(shù)。

3 案例分析

3.1 數(shù)據(jù)采集

為了保證數(shù)據(jù)的典型性和有效性，本案例選取鹽城市某一典型十字交叉口為對象，通過交通調(diào)查獲得該交叉口的基礎數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 交叉口基礎數(shù)據(jù)匯總表

在表1中，交通量調(diào)查分大、中、小3種車型分別調(diào)查左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)車道的車輛數(shù)，最后進行折算；其中右轉(zhuǎn)車輛在交叉口前方通過右轉(zhuǎn)專用車道直接轉(zhuǎn)向，不受信號燈控制，故在該表中忽略右轉(zhuǎn)車流的交通量數(shù)據(jù)。交叉口進口方向每條車道寬度為3 m，信號控制采用四相位方案，信號周期為120 s，每一相位黃燈時間為2 s，無全紅燈時間。

除了以上基礎數(shù)據(jù)外，本論文還同時調(diào)查了以下數(shù)據(jù)：

(1)根據(jù)點樣本法的基本原理，調(diào)查每條車道每15 s間隔停在停車線后的車輛數(shù)、1 min內(nèi)實際停車數(shù)和不停駛數(shù)。

(2)交叉口每條車道的飽和車頭時距，由此計算每條車道的飽和流量和車輛損失時間。

3.2 延誤計算

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，利用點樣本法、HCM計算模型和VISSIM仿真分別獲得交叉口的延誤數(shù)據(jù)，其中交叉口的VISSIM仿真運行圖和信號配時圖見圖2、3。其中，圖2中展示的交叉口范圍為從停車線開始往上游追溯250～300 m的范圍，以充分考慮車輛換道對交通延誤的影響。

圖2 交叉口VISSIM仿真運行圖

圖3 交叉口VISSIM仿真過程中的信號配時圖

根據(jù)3種方法得到交叉口的延誤數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 交叉口延誤模型匯總數(shù)據(jù)表

4 3種延誤方法的分析

通過本次課程設計，對表2中的交通延誤及3種交通延誤法進行綜合性分析和總結(jié)。

點樣本法中樣本隨機、獨立、可靠，計算過程簡單，樣本數(shù)多，能比較完整地描述交叉口延誤情況。但是點樣本法計算出的延誤比其他兩種方法都小，原因是通過該方法得到的是交叉口的停車延誤，而實際延誤應略大于調(diào)查數(shù)據(jù)(見表2)。且點樣本法在每個交叉口所需人員多，調(diào)查人員工作量大，人工調(diào)查也存在一定誤差，因此該方法在調(diào)查人員不受限制時可以采用。

HCM延誤模型成熟，數(shù)據(jù)容易獲得，計算方法方便快捷，計算出的延誤最大，原因是該方法綜合考慮了均衡延誤、隨機附加延誤。缺點是該方法是在一定的假設條件之上通過數(shù)學模型計算延誤，忽略眾多相關的影響因素，有時難以充分反映實際情況，尤其是我國復雜的混合交通狀況；當飽和度大于1時，計算出的延誤誤差較大。因此HCM延誤模型在調(diào)查人員少，且對仿真軟件不太熟悉的情況下經(jīng)常使用。

VISSIM仿真法方便，且仿真過程直觀，得出的延誤比較準確。缺點是進行仿真前需要進行充分的調(diào)查，包含交叉口幾何條件、交通量大小、車種組成、轉(zhuǎn)向比例、配時方案、各種干擾因素的影響等，因此該方法所需人員較多，調(diào)查人員工作量大，且人工調(diào)查也存在一定誤差；調(diào)查結(jié)束后需根據(jù)實際交通狀況進行仿真模型的建立，同時需要反復標定與檢驗模型的參數(shù)來確保延誤數(shù)據(jù)的精度。因此VISSIM仿真法適用于調(diào)查人員充足，前期調(diào)查充分，且對VISSIM軟件熟練，參數(shù)標定準確的情況下，否則誤差較大。

5 結(jié) 語

“交通延誤”作為“交通管理與控制”的子任務，要求學生采用3種方法進行延誤計算并進行綜合性的分析總結(jié)。這種綜合性的課程設計，不僅彌補了傳統(tǒng)理論教學的不足，調(diào)動了學生的學習積極性，同時鍛煉和提高了學生的實踐能力與問題研究能力，真正體現(xiàn)了學生學習過程中的理論和實踐相結(jié)合的教學目標，在實際教學中取得了良好的效果。同時，這種課程設計方式同樣適用于“交叉口排隊長度”子任務的課程設計環(huán)節(jié)，因此該方法具有很好的推廣意義。

[1] 王艷麗,吳 兵,李林波.基于VISSIM的“交通管理與控制”實驗課程設計[J].實驗室研究與探索,2016,35(3):210-212,216.

[2] 邵長橋,榮 建,馬國旗.信號交叉口控制延誤模型研究[J].公路交通科技,2004,21(3):86-88.

[3] 陳紹寬,郭謹一,王 璇,等.信號交叉口延誤計算方法的比較[J].北京交通大學學報,2005,29(3):77-80.

[4] 姚裔虎,趙躍萍.信號交叉口延誤分析幾種常用方法的比較[J].武漢理工大學學報(交通科學與工程版),2009,33(4):687-690.

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[8] 鄧建華.交通工程專業(yè)實驗教學體系研究[J].實驗室研究與探索,2011,30(1):123-125．

[9] 帥 斌,楊 飛,鄭芳芳.交通工程專業(yè)實踐和實驗教學探討[J].實驗室研究與探索，2008,27(6):122-125．

[10] PTV Planung Transport Verkehr AG． VISSIM6.0 user manual[R]．PTV Corporation，2013．

A Comprehensive Analysis of Traffic Delay in the Course Design of Traffic Management and Control

WANGChune,WUQisheng,JIAOBaoxiang,ZHONGDongqing

(School of Materials Engineering, Yancheng Institute of Technology, Yancheng 224051, Jiangsu, China)

A comprehensive course design was carried out for strengthening the practical ability of student to learn knowledge and train ability. Traffic delay was a sub-task in the course design of traffic management and control. It can be got in many ways. The most common methods are the point sample method, HCM model, VISSIM simulation. Firstly, the basic principles of the three methods were fully understood for students. The relevant data should be surveyed on the basic principles of the three methods. Then the traffic delay was calculated by using the three methods. Finally, the advantages and disadvantages of the three methods were compared and analyzed. It was found that the course design was a good exercise for students to discover problems, analyze and solve the problems. The effect of the course design was good, and the course design has certain promotion significance.

traffic management and control; traffic delay; the point sample method; Humon Capital Management(HCM) model; VISSIM simulation; comprehensive analysis

2016-07-06

江蘇高校品牌專業(yè)建設工程資助項目(PPZY2015A025)

王春娥(1983-)，女，山東濰坊人，講師，主要研究方向為交通控制。Tel．：13914672506；E-mail:wce@ycit.cn

U 491；G 642

A

1006-7167(2017)05-0224-04