【博士】城市道路交叉口復(fù)雜度及與通行效率關(guān)系研究【2009】

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　　學(xué)科專業(yè)：交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：東南大學(xué)　　學(xué)位年度： 2009年　　‘作為城市道路網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，交叉口匯集了行人、非機(jī)動(dòng)車及機(jī)動(dòng)車等不同方式、不同特性、不同方向且相互沖突的混合交通流。但因缺乏集交通組織、空間布局、安全保障和信號(hào)控制為一體的交叉口綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)，無法對(duì)混合交通流進(jìn)行合理有效的組織、分流、引導(dǎo)及控制，導(dǎo)致交叉口效率低下、事故頻發(fā)，成為瓶頸中的瓶頸。因此，平面交叉口雖是道路交通網(wǎng)的重要樞紐點(diǎn)，也是交通事故的多發(fā)點(diǎn)。更為嚴(yán)重的是，發(fā)生在交叉口的局部問題(比如擁堵和事故)能借助網(wǎng)絡(luò)的開放性，以非線性模式朝周圍迅速擴(kuò)散和積累，若處理不當(dāng)往往造成交通系統(tǒng)功能大范圍長時(shí)間受損甚至完全癱瘓，故交叉口也是城市綜合交通系統(tǒng)“矛盾的集中地、問題的發(fā)生源”，因而交叉口綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)是提升城市路網(wǎng)乃至整個(gè)綜合交通系統(tǒng)功能的關(guān)鍵?！　「鶕?jù)系統(tǒng)論，在一定范圍內(nèi)隨著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的增加，系統(tǒng)功能穩(wěn)定性增強(qiáng)，但超過一定臨界點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性增加會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)功能穩(wěn)定性降低。因此，作為微觀系統(tǒng)，交叉口的空間布局和運(yùn)行組織并非越復(fù)雜越好，這一點(diǎn)在以往沒有引起足夠重視。針對(duì)我國目前交叉口研究現(xiàn)狀，本文從宏觀及微觀兩個(gè)層面著手研究交叉口不同類型交叉口沖突點(diǎn)數(shù)量及不同交通流條件下的沖突概率，提出復(fù)雜度的概念并闡述其內(nèi)涵，建立復(fù)雜度的計(jì)量模型從而可評(píng)價(jià)交叉口的運(yùn)行狀態(tài)。為了衡量交叉口時(shí)空資源的利用程度，本文提出了交叉口通行效率的概念并建立了計(jì)算模型，分析其與交叉口復(fù)雜度之間的關(guān)系，從而可將交叉口復(fù)雜度控制在一個(gè)合理范圍內(nèi)選擇通行效率最大的交叉口作為設(shè)計(jì)目標(biāo)。因此本課題的研究可分為交叉口沖突點(diǎn)(沖突區(qū)域)研究、沖突概率研究、復(fù)雜度研究、通行效率研究以及復(fù)雜度與通行效率關(guān)系研究5部分。　　本文以機(jī)動(dòng)車與機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車及行人這3種交通方式的交叉沖突點(diǎn)為主，從宏觀層面分析了沖突點(diǎn)與交叉口空間布局型式的關(guān)系，主要包括不同相交道路條數(shù)、不同機(jī)動(dòng)車道數(shù)及不同相位設(shè)置三個(gè)方面，從理論上得出了交叉口各類沖突點(diǎn)的數(shù)量與空間布局之間的關(guān)系。但由于非機(jī)動(dòng)車自身的特性使得其在交叉口的行駛軌跡較不固定，因此機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車沖突點(diǎn)的位置并不固定，而是分布在某些區(qū)域內(nèi)。本文應(yīng)用攝影測(cè)量方法建立了其不同時(shí)刻在交叉口行駛位置的圖像坐標(biāo)與大地坐標(biāo)的聯(lián)系，通過采集非機(jī)動(dòng)車圖像坐標(biāo)數(shù)據(jù)獲得了非機(jī)動(dòng)車不同時(shí)刻在交叉口行駛位置的實(shí)際坐標(biāo)，將所有坐標(biāo)點(diǎn)描繪于交叉口范圍內(nèi)，其分布較為密集的區(qū)域則為非機(jī)動(dòng)車行駛區(qū)域，與機(jī)動(dòng)車行駛區(qū)域交叉部分則為機(jī)非沖突區(qū)域。　　在沖突點(diǎn)及沖突區(qū)域研究成果基礎(chǔ)上，論文從微觀角度研究了3種交通方式的交通流在沖突點(diǎn)及沖突區(qū)域發(fā)生沖突的概率。通過理論分析，以機(jī)動(dòng)車車頭時(shí)距、臨界間隙、非機(jī)動(dòng)車及行人沖突區(qū)域占用時(shí)間等參數(shù)建立了沖突概率的計(jì)算模型，并基于大量調(diào)查數(shù)據(jù)求解了各種類型的沖突概率?！　』谝陨蟽煞矫娴难芯砍晒?，本文從宏觀及微觀兩個(gè)層面建立了交叉口復(fù)雜度計(jì)量模型，并運(yùn)用該模型分別從單點(diǎn)及整個(gè)路網(wǎng)兩個(gè)層次計(jì)算了不同類型的交叉口在不同交通需求下的復(fù)雜度數(shù)值，分析了在不同條件下交叉口復(fù)雜度的變化趨勢(shì)?！　榱撕饬拷徊婵跁r(shí)空資源的利用程度，本文提出了交叉口通行效率的概念及計(jì)算模型，由于通行效率與交通沖突有較大的相關(guān)性，為了表征交通流在有無沖突兩種情形下的延誤大小，本文提出了沖突強(qiáng)度的概念，通過大量數(shù)據(jù)得出交通流在有無沖突情形下的功能區(qū)平均運(yùn)行時(shí)間可用來計(jì)算沖突強(qiáng)度。由于通行效率模型不僅考慮了交通流在交叉口功能區(qū)的流量，同時(shí)也考慮了其在功能區(qū)的運(yùn)行速度(運(yùn)行時(shí)間)，更能全面地對(duì)交叉口時(shí)空資源利用的合理性作出評(píng)價(jià)?！　』趶?fù)雜度及通行效率模型，論文計(jì)算了單點(diǎn)及整個(gè)路網(wǎng)交叉口在不同控制方式及不同交通需求條件下對(duì)應(yīng)的復(fù)雜度及通行效率數(shù)值，分析了不同情況下通行效率與復(fù)雜度之間的關(guān)系。基于以上的研究，在進(jìn)行交叉1：3設(shè)計(jì)時(shí)可選擇若干種復(fù)雜度在合理范圍之內(nèi)的交叉口，再以通行效率為指標(biāo)選擇最佳的型式，從而可實(shí)現(xiàn)基于復(fù)雜度控制的交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)。　　

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