基于混合交通流通行效率的城市道路平面交叉口复杂度模型及控制方法研究

With the aim of controlling the complexity degree and enhancing the efficiency for intersections, the mixed traffic has been selected to be the study object considering the intersection working mechanism, different layouts and control types. Based on the objective of this study, the intersection degree of complexity and efficiency will be modeled; the relationship between them is also going to be studied; and, last but not least, the applications of the models in transportation engineering and planning will be discussed. .Based on the traffic survey results and data analyses of traffic flow theories on a microscope level, the study is going to fulfill the following tasks to develop a complexity degree model: (1) quantifying the factors which influence the significance of the complexity degree; (2) analyzing the mechanism which causes complex phenomenon; (3) defining the concept of the complexity degree; (4)explaining the definition of complexity degree in details; and finally (5) developing the model of complexity degree. . For the efficiency model, the study is going to (1) select optimal parameters for the model; (2)develop different models for different transportation modes, including motor vehicles, non-motor vehicles and pedestrians from the aspect of working conditions;(3)describe the characteristics of resource consumption at intersections when traffic flow crossing each other;(4)define the conversion index between non-motor vehicles, pedestrians and motor vehicles and further specify their values; and finally (5) develop the efficiency model for intersections with mixed traffic. .In addition, the study will analyze the values of complexity degree and efficiency, present the competing characteristics for time-space resources and re-distributing characteristics of the mixed traffic during traffic conflicts, study the mechanism of complexity degree acting on efficiency, and develop the relationship model between them. At last, the research will suggest the optimal design plan which will be validated and evaluated with simulation models to provide guidance for intersection design and planning.

以控制交叉口复杂度和提升通行效率为目标，基于交叉口空间布局和控制方式的差异性，以混合交通流交通冲突为研究对象，通过交通流微观运行特性的调查实验与数据分析，在交叉口内部运行机理层面量化表征交叉口复杂度的显著性影响因素，剖析交叉口复杂现象产生的机理，定义交叉口复杂度概念，阐述交叉口复杂度内涵，建立交叉口复杂度模型；选择最佳参数指标，在交叉口外部运行状态层面分别建立机动车、非机动车和行人的通行效率模型，描述不同类型交通流穿越交叉口的资源消耗特性，提出混合交通流通行效率换算系数并求解其数值，建立交叉口混合交通流通行效率模型；解析交叉口在不同条件下的复杂度及其对应的通行效率数值，揭示发生交通冲突时混合交通流对于交叉口时空资源的竞争性及重分布特性，探寻复杂度对于通行效率的作用机理，建立二者间关系模型；提出交叉口优化设计方法，并通过仿真进行验证与评价，为交叉口规划与设计提供理论指导与决策支持。

作为城市道路网络的节点，交叉口汇集了包括机动车、非机动车和行人在内的不同特性、不同方向且相互冲突的混合交通流，其在交叉口反复地分流、交叉、合流，使得交通冲突非常严重，导致交叉口效率低下、事故频发，成为制约城市道路网络运行的瓶颈。根据系统论的观点：在一定范围内随着系统结构复杂性的增加，系统功能稳定性随之增强；但当超过一定临界点时，系统结构复杂性进一步增加则会导致系统功能稳定性降低。因此，作为微观系统的交叉口，其空间布局和信号控制并非越复杂越好，这一点在以往没有引起足够重视。.本项目将交叉口混合交通流交通冲突产生的一系列交通问题称为交叉口复杂现象，将交通冲突对交叉口运行的影响程度称为交叉口复杂度，因此复杂度是交叉口交通冲突的量化指标。而对于交叉口这样一个时间-空间二维系统，需同时考虑时间和空间两个因素，因此本项目使用综合考虑流量和通行时间的通行效率指标表征交叉口的运行状态。.在此基础上，本项目以控制交叉口复杂度和提升通行效率为目标，基于交叉口空间布局和控制方式的差异性，以混合交通流交通冲突为研究对象，通过交通流微观运行特性的调查实验与数据分析，在交叉口内部运行机理层面量化表征交叉口复杂度的显著性影响因素，剖析交叉口复杂现象产生的机理，定义交叉口复杂度概念，阐述交叉口复杂度内涵，建立交叉口复杂度模型；选择最佳参数指标，在交叉口外部运行状态层面建立通行效率模型，描述不同类型交通流穿越交叉口的资源消耗特性，提出混合交通流通行效率换算系数并求解其数值，建立交叉口混合交通流通行效率模型；解析交叉口在不同条件下的复杂度及其对应的通行效率数值，揭示发生交通冲突时混合交通流对于交叉口时空资源的竞争性及重分布特性，探寻复杂度对于通行效率的作用机理，建立二者间关系模型，提出交叉口空间设计优化、控制方式优化与配时优化方法；最后以右转渠化、右转专用车道和普通交叉口三类型式作为具体实例，应用Vissim软件仿真，通过交叉口复杂度控制来确定通行效率最优时的交叉口型式以及其具体优化设计方法，从而为交叉口规划与设计提供理论指导与决策支持。