【正文】 研究背景 近年來，隨著社會經濟的迅速發(fā)展，機動車數量也以較快的增長速度增加。城市交通現實已經與日益增加的機動車數量不成正比，城市每天都會發(fā)生大面積的擁堵問題，嚴重影響通行效率，造成大氣污染嚴重，形成資源浪費。相對于道路路段而言，城市路口交通由于不同流向車流的轉向而引起的各種車流之間的交叉、交織、分流以及合流等行為，使得路口的交通特性比較復雜。也正是由于其復雜的交通特性，城市道路交通系統(tǒng)中，路口平面成為了道路通行能力的主要瓶頸。 大量事實也證明城市的道路交叉口的擁擠現象最嚴重， 80%以上的延誤都集中在城市道路交叉口，平面交叉口的通行能力不足道路的 50%，日常交通擁堵都是由于平面交叉口的通行能力不足造成的。 然而受限于土地和資源我們卻不能無限制的拓寬道路，所以我們需要對城鎮(zhèn)路口的交通組織和資源進行優(yōu)化，在盡可能減少投入的情況下增大路口的通行能力，緩解路口交通的困局。 馬鞍山是安徽省連接長三角的橋頭堡，毗鄰南京，水路、陸路交通便捷。近年來馬鞍山市經濟迅速發(fā)展，各種機動車電瓶車數量呈爆發(fā)式增長。城市交通道路建設跟不上交通發(fā)展的需要，馬鞍山市 路網經常面臨大面積擁堵、交通混亂等各種嚴重交通問題。特別是各個路口一直是城市交通不暢的癥結所在。所以，我們對城鎮(zhèn)路口的交通組織和資源進行優(yōu)化研究，在不需要無休止的拓寬道路、增加道路設施的前提下，增加道路的通行能力。這無疑能緩解城市交通的困局。 本課題選擇馬鞍山市江東大道與雨山路的道路交叉口作為一個典型的案例進行分析，對該路口的交通組織方式和資源進行優(yōu)化。雨山路、江東大道路口位于歐尚購物中心旁，兩條主干道的交匯處，各種單位、學校、廠礦上班必經之路。雖然兩條主干道都是雙向六車道，但是由于交通流量巨大，特別是早晚 高峰期間，交通堵塞依然存在。因此，我選擇對此樓口的交通組織方式、交通流量等等進行優(yōu)化研究，以期提高該路口的通行能力。 研究的目的及意義 研究的目的 本課題將從工業(yè)工程優(yōu)化的思想角度，運用排隊論、渠化設計、紅綠燈配時等基本理論對馬鞍山江東大道與雨山東路的十字型道路交叉口進行優(yōu)化研究，以提高道路交叉口的道路通行能力。本課題研究的主要目的是在不需要對道路交通設施進行大規(guī)模拓寬改造的前提下，在道路交叉口現有情況的基礎上采取進行交通組織的優(yōu)化、紅綠燈配時研究、渠化設計等的一系列優(yōu)化措施，以較低的成本代價提高道路口的道路通行能力。本課題的研究直指現代城市交通的關鍵所在，通過對這一個典型的十字交叉口的研究，想極力探索出一個提高城市道路交叉口道路通行能力的交通組織方案 ，將有助于解決現代城市交通的困局。 研究的意義 由于社會經濟的飛速發(fā)展，城市機動車數量呈指數式的增長，然而城市的道路交通設施建設卻跟不上城市交通的發(fā)展。城市受限于土地面積和良好的城市規(guī)劃，不能無限制的拓寬道路，這便給緩解城市交通的困局出了一個大難題。而城市交通擁堵主要發(fā)生在道路交叉口，城市道路交叉口由于不同車輛的轉向、交叉、分流，造成了非常復雜的交通狀況，一直是城市交通堵塞的癥結所在。尤其是對于一些大型的平面信號交叉口來說，由于其自身的交通特性更為復雜，它的交通運行狀態(tài)與整個城市道路的交通運行狀態(tài)密切相關， 能否提高道路信號交叉口的通行能力，將成為解決城市交通問題的重要舉措。 選題內容及技術路線 選題的內容 通過對馬鞍山市江東大道與雨山東路道路交叉口的交通組織方式及設施布置進行分析研究，實現對該道路交叉口的交通組織方式和設施布置進行優(yōu)化改善， 從而為實現提高道路交叉路口的綜合效能尋求有效途徑。選題當完成以下內容： （ 1）道路交叉口的交通組織優(yōu)化。 （ 2）道路交叉口的設施布置和渠化設計。 （ 3）道路交叉口的通行能力計算。 （ 4）道路交叉口紅綠燈配時優(yōu)化。 （ 5）道路交叉口新的交通方案的制定 （ 6）模糊評價法對新方案進行評價。 技術路線 本文的主要問題是對城鎮(zhèn)交叉口交通組織和資源進行優(yōu)化，針對這個核心問題本文采用如下技術路線。 第一步：文獻檢索。通過對課題相關的文獻的檢索、查詢了解國內外研究現狀。明確本課題發(fā)展到何種程度，了解已經取得的成果，和目前研究的瓶頸所在，以及對于本課題國內外一般采用哪些研究方法。 第二步：現場調研。通過對馬鞍山市江東大道與雨山東路道路交叉口的現場調研，收集車流量數據、到路口平面設施布局圖、信號燈相位時間等相關數據。基于這些數據本文講從交通組織方式、渠化設計、信號燈優(yōu)化三個方面對到路口交通組織方案進行優(yōu)化研究。 第三步：優(yōu)化設計?；诂F場的調研數據，接下來本文將以第三章重點論述對道路交叉口的優(yōu)化設計，主要從交通組織方式、渠化設計、信號燈優(yōu)化這三個方面。 第四步：方案評價。對道路交叉口交通組織及資源進行相關優(yōu)化后，本文將采用模糊評價法對優(yōu)化前后的方案進行分析評價。 技術路線圖如圖 11： 安徽工業(yè)大學管理科學與工程學院 第 9頁 共頁 圖 11 技術路線圖 國內外研究現狀 圍繞城市交叉口交通組織及資源優(yōu)化這個研究課題，國內外許多學者和研究人員做了大量的深入的研究，并取得了許多研究成果。下面我將從道路交叉口交通組織優(yōu)化、道路通行能力、渠化設計、信號燈控制等方面介紹國內外的研究成果。 國外研究現狀 國外城市化發(fā)展較快，起步更早，他們對城市交通方面的研究也更早。早在 19 世研究背景（提出問題） 文獻檢索（國內外研究現狀） 現場調研 車流量 設施布局圖 相位綠燈時間 現場調研 交通組織方式 渠化設計 相位綠燈時間 模糊評價法 紀，人們就開始研究交通信號，用信號燈來指揮道路上的車輛交通，控制車輛進入交叉口的次序。 1868 年，在英國倫敦 Westminster 街口出現了最早的交通信號燈，誕生了世界上第一個信號控制交叉口。從此，圍繞著交叉口的研究不斷地深入開展。英國、美國等發(fā)達國家率先對此進行了研究，他們以連續(xù)的交通流為前提，提出了左、右轉專用車道、渠化交通設施等方法，在交通管理方面采用信號控制與交通規(guī)則相結合的方法，如采用多相位控制、禁左或禁右等，來提高交通安全與通行能力。 （ 1）道路交叉口交通組織優(yōu)化方面。 1974 年， AISalman, 對信號交叉口右轉機動車組織方法進行了研究。提出了紅燈期間右轉方式下，右轉車流的通行能力及其延誤計算模型以及不同的右轉車道結構形式對交叉口安全效率的影響。 1995 年，Shebeeb ,Ousama 研究了道路左轉專用車道的設置依據及其安全和效率的評價，指明設置左轉專用車道可以有效地對進入交叉口的左轉車流進行組織。 1997 年， Suvrajeet Sen和 Head 提出一種用于交叉口實時信號控制的通用算法，這種方 法基于動態(tài)規(guī)劃，能夠對交叉口的各種性能指標進行優(yōu)化，如延遲、停止和排隊長度。 (2)道路通行能力方面。目前，諸如美國、加拿大、瑞典、澳大利亞、德國、印尼等許多國家均已根據本國的實際交通狀況，出版了具有實踐指導意義的道路通行能力手冊或指南。而交叉口通行能力計算是其中最重要的研究內容之一。這些研究為分析交叉口通行能力提供了科學的依據，也為進一步深入研究該問題奠定了基礎。其中，最具有代表性的是美國《道路通行能力手冊》（ Highway Capacity Manual， HCM2021）所提出的方法。該方法的基本思路是 ：以信號交叉口的車道或車道組的飽和流率為基礎，通過各種折減系數，考慮影響因素對車道或車道組的通行能力的折減效用。 （ 3）渠化設計方面，國外的渠化設計研究較為成熟，對左轉彎車道的設置右轉彎車道設計、進口道寬度、進口道車道數等做了大量研究，另外關于交叉口渠化、交叉口交角、交叉口緣石半徑也有相關的研究。目前，渠化設計在國外一般都形成了規(guī)范或手冊。如美國的 MUTCD 手冊，介紹了各種渠化措施以及設施的尺寸、顏色以及使用時需要注意的問題。日本的《平面交叉路口的規(guī)劃與設計》中對交叉口的渠化作了很多論述，認為渠化對解決交通 擁堵非常有效。其中，渠化的定義是：“為了減輕、改善平面交叉路口處交通流的交錯數量及性質，在正常交通流不利用的位置設置適當的‘島’，規(guī)定車輛的行駛位置，誘導車輛按正常方向行駛，為行人提供避車場所，以整頓交通流為目的，這就叫平面交叉路口的渠化。 （ 4）交通信號燈控制研究方面。 20 世紀 80年代以前，單點交叉口信號控制配時設計多數采用 （ FB） 的理論。這一理論的基本原理是：車輛通過交叉口時，以其受阻延誤時間為唯一的衡量指標，然后對信號配時方案進行優(yōu)化。再他之后，越來越 多的學者進行了相關研究。 1994 年，美國 Oak Ridge 國家實驗室交通研究中心 ITS研究室 和 Ajay 提出了如何在有限支路和有限范圍的交通系統(tǒng)中得到最大線控的帶寬，并介紹了獲得最大帶寬的一種啟發(fā)式的方法 MILP（ Mixed Integer Linear Progamming）的形成和發(fā)展過程，以及基于 MILP 的 MAXBAND線控軟件的優(yōu)、缺點，并提出了改進方法。 1999 年，日本學者 Inoue 和 Takeshi 通過仿真模型再現交通狀況，用事件掃描法對設計方案進行評價，并 在十字路口進行試驗的方安徽工業(yè)大學管理科學與工程學院 第 11頁 共頁 法，研究了在交通高峰時段的擁擠狀態(tài)下，信號協(xié)調控制系統(tǒng)相位差的設計方法。 2021年，美國普渡大學土木工程系 Abbas 和 Moniasir 提出了一種交通信號相位差的轉換運算法則，這種方法的獨特之處在于優(yōu)化過程同時考慮了交通量和占有率的影響，并且這種方法與傳統(tǒng)的信號協(xié)調控制系統(tǒng)有較好的兼容性。 國內研究現狀 我國在道路交叉口交通組織方面的研究起步較晚，最早有北京工業(yè)大學、同濟大學、北京市政設計研究院等單位對道路交叉口進行了研究。 1985 年，北京工業(yè)大學針對燈控平交路口混合交通的 通行能力進行了研究。之后，我國交通工作者借鑒國外先進的交通研究理論與經驗，結合我國的交通特征，對道路交叉口進行了大量研究。 （ 1）道路交叉口交通組織優(yōu)化方面。 2021 年北京工業(yè)大學馬建明等人以獨立信號交叉口為研究對象，采用信號配時、交通工程和交通管理等方法，利用微觀仿真模型， 提出了信號交叉口交通組織優(yōu)化的設計方法，討論了交通組織優(yōu)化的評價方法、交通仿真機制和模型框架等關鍵問題。 2021 年，四川交通職業(yè)技術學院劉德武，通過對平面交叉口的交通特性進行研究，提出了道路平面交叉口的交通組織與管制的具體方法和措施。 2021 年，長安大學南春麗從逼近性較好和易于計算機實現兩個角度，對城市交通組織優(yōu)化仿真模型中參數估計方法進行了研究，給出了極大似然估計法、范數理論的數據擬合以及三次 B樣條擬合方法，并對 3種方法的特點和適用條件進行了比較。 國內對于交叉口設計優(yōu)化較為系統(tǒng)的研究主要集中在以下文獻著作中，上海市 2021年出版了工程建設規(guī)范《城市道路平面交叉口規(guī)劃與設計規(guī)程》，對平面交叉口的規(guī)劃和設計做出了規(guī)定和設計流程，以此來指導上海市平面交叉口的規(guī)劃與設計；同濟大學楊曉光于 2021 年編著了《城市道路交通設計指南》一書，書中在國 內尚屬首次從交通設計層面對于平面交叉口的渠化設計、信號配時等總結了改善設計的方法和技術；北京工業(yè)大學馬建明博士的博士論文中提出了一種集幾何設計、渠化設計以及交通組織設計為一體的信號交叉口優(yōu)化專家系統(tǒng)。該專家系統(tǒng)確定的交叉口交通組織方案制定的方法是首先對交叉口進行系統(tǒng)調查，對交叉口現狀進行分析，根據交叉口的道路條件，通過對現有交叉流的合理匯集與再分配以及交通仿真分析方法，制定出能對車流運動狀態(tài)產生控制作用的、由多種多樣的交通管理措施組成的實施方案。 （ 2）道路通行能力方面。交叉口通行能力的大小直接影響到整個路 網效率，提高交叉口的通行能力是目前道路網的重要目標之一。對于交叉口通行能力方面，國內的主要研究方法是停車線法。該方法是北京市政設計院提出的，它以進口道的停車線為控制面，車輛只要通過該斷面就被認為通過交叉口。采用停車線法計算信號交叉口通行能力時，需先假定信號周期及其配時。一般情況下，根據交通量的大小，周期長度可以在 45秒～ 120 秒之間進行選擇，當周期長度未達到上限時，若計算的通行能力不能滿足交通量，可延長周期后再進行計算。為避免信號交叉口延誤過大，周期長度不可大于 180 秒。 （ 3）渠化設計方面。 2021 年，咚 炳勛提出的傳統(tǒng)的路口渠化設計方法，已經不能適應當前城市道路交通量驟增的形勢，對路口渠化長度和拓寬車道漸變段長度的確定，提出了新的補充意見。 2021 年，北京交通大學趙偉等人在參考國內外設計經驗的基礎上， 從左轉車道設置的原則、設置左轉車道的常用方式、左轉車道的長度和寬度等角度對左轉車道的設計問題進行了探討，提出對左轉車道進行合理偏移可有助于提高駕駛員的視距。 2021 年，竇瑞軍從理論上分析了交叉口處產生交通阻塞的原因，并結合具體工程提出在交叉口范圍內采取渠化交通管理措施，討論了渠化交通的適用原則、技術要求和應用方 法。實現了引導車流按一定路徑行駛，消除或減少沖突點、分流點和合流點，提高交叉口的通行能力，真正實現人車分流