摘 要

随着交通需求的不断增加，越来越多的城市修建地下通道来缓解城市地面道路的交通压力，出现了地下通道出口紧邻信号交叉口的情况，这种情况下容易造成交通堵塞甚至交通事故，为了解决这个问题，本文就紧邻信号交叉口的地下通道出口路段展开研究，针对紧邻信号交叉口地下通道出口区域的交通特点，对地下通道出口和信号交叉口的衔接路段进行了分段研究，重点以交织段和排队段作为研究对象，研究了两部分路段的动态划分方法，以提高紧邻的地下通道出口与信号交叉口衔接路段的通行能力，减少冲突为目标，提出了交织段时空优化方法，基于路口排队段长度限制研究了排队段空间渠化和信号配时设计的联动优化方法，通过实证分析验证了方法模型的有效性。

关键词：层次交通；地下通道；交叉口；时空优化；冲突

Abstract

With the increasing demand for transportation, more and more cities have built underground passages to alleviate the traffic pressure on urban ground roads. There is a situation in which the exit of the underground tunnel is close to the signalized intersection. In this case, traffic jams and even traffic accidents are likely to occur. In order to solve this problem, this paper studies the exit section of the underground tunnel adjacent to the signalized intersection. According to the traffic characteristics of the exit area of the underground passage adjacent to the signalized intersection, the joint section of the underground tunnel exit and the signalized intersection is studied in stages, with emphasis on interweaving sections and queuing. As a research object, the segment studies the dynamic division method of two sections. In order to improve the traffic capacity of the adjacent underground channel exit and signalized intersection and reduce the conflict, the space-time optimization method of the interweaving segment is proposed. The linkage optimization method of queuing segment space and channel timing design is studied. The validity of the method model is verified by empirical analysis.

Key Words：Level traffic；underground tunnels；interweaving area；space-time optimization；conflict

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究目的及意义 1

1.1.1研究背景 1

1.1.2研究目的 1

1.1.3研究意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1变道行为研究 2

1.2.2变道行为对交通流的影响研究 2

1.2.3交通组织优化设计研究 2

1.3研究内容 3

1.3.1内容安排 3

1.3.2技术路线 4

第2章 紧邻信号交叉口地下通道出口路段分析 6

2.1紧邻信号交叉口地下通道出口的空间界定及判定准则 6

2.1.1紧邻的信号交叉口与地下通道出口的空间界定 6

2.1.2紧邻信号交叉口地下通道出口的判定方法 6

2.2紧邻信号交叉口地下通道出口路段交通特性分析 8

2.2.1紧邻信号交叉口地下通道出口路段车辆行为分析 8

2.2.2紧邻信号交叉口地下通道出口路段交通特性分析 9

2.3紧邻的地下通道出口与信号交叉口衔接路段动态划分 11

2.3.1衔接路段长度 11

2.3.2交织区长度 11

2.3.3排队段长度 13

2.3.4交织区长度和排队长度动态划分 14

2.4本章小结 14

第3章 紧邻信号交叉口地下通道出口路段时空优化方法 15

3.1紧邻信号交叉口地下通道出口路段时空优化原则 15

3.1.1排队段时空优化原则 15

3.1.2交织段时空优化原则 15

3.2紧邻信号交叉口地下通道出口路段时空优化基础 16

3.2.1排队段车道功能划分与信号配时 16

3.2.2不同交织构型交织区长度分析 17

3.3时空优化方法 20

3.3.1排队段的时空优化 20

3.3.2交织段的时空优化设计 22

3.4本章小结 25

第4章 案例分析 26

4.1地下通道出口及交叉口现状分析 26

4.1.1数据调查 26

4.1.2交叉口现状 27

4.2变道行为对交通流的影响 29

4.2.1变道行为分析 29

4.2.2变道行为对交通流的影响 30

4.3时空优化设计方法 31

4.3.1方案一 32

4.3.2方案二 33

4.3.3方案三 34

4.4优化结果对比分析 36

4.5本章小结 38

第5章 结论与展望 39

5.1主要研究成果 39

5.2创新点 39

5.3研究展望 39

参考文献 41

致 谢 43

第1章 绪论

1.1研究目的及意义

1.1.1研究背景

随着城市不断发展以及交通需求急剧增长，越来越多的城市修建地下通道来缓解城市地面道路的交通压力。城市地下通道构造上的特点决定了其交通受限于出入口，几乎所有的地下通道都不同程度地存在着出入口通行能力降低、交通组织混乱的问题，严重时出入口会出现排队现象，造成城市地下通道及周边道路交通阻塞^[1]，特别是紧邻信号交叉口设置的地下通道，行驶的机动车因为不同的转向需求采取不同的变道行为。紧邻信号交叉口的地下通道出口驶出的机动车速度较快，变道需求较大，行为特性较为复杂，且车辆从地下通道驶出后驾驶人难以对前方道路环境信息作出反应，极易造成认知失误，不能及时进行变道行为或者对其他车辆变道行为做出反应，变道的车辆极易与其他方向的车流形成冲突，在变道处易形成交通瓶颈，降低后续车流速度，造成通行能力下降。高峰时段交通流量大，变道行为很难在短时间内完成，影响后方跟驰车辆的正常行驶，导致车速稳定性差，出口车辆无法及时驶出，甚至会影响地下通道交通流正常运行，引发交通拥堵。

1.1.2研究目的

本次研究的目的为研究紧邻信号交叉口地下通道出口路段变道行为的时空特征；分析变道行为对地下通道出口交通流的影响；制定合理的交通流时空优化方案，以降低高峰时段出口处交通拥堵及行车延误，提高地下通道通行能力。

1.1.3研究意义

在紧邻信号交叉口地下通道出口路段，大部分驾驶人因转向需求进行变道，变道行为具有复杂的行为特征，地下通道将交通流从空间上分隔，地下通道驶出的机动车驾驶人很难对变道行为进行准确预测，变道车辆对直行车辆造成干扰，使交通流速度降低。本文旨在基于临近信号交叉口地下通道出口交织区域变道的时空特性对该路段进行时空优化设计，减少交通冲突带来的交通拥堵，有利于改善变道行为对紧邻信号交叉口地下通道出口路段交通流的影响，可为提高地下通道出口交通安全性、缓解高峰时段交通拥堵提供理论依据。

1.2国内外研究现状

1.2.1变道行为研究

国外的相关研究起步比较早，1986年，P.G.Gipps已经对驾驶员的变道决策做了相关研究。2016年，Mohd Erwan Sanik^[2]等确定了影响变道的车辆和几何方面的因素、特征以及变道的驾驶员的关键差别，指出影响车道变换事件的主要因素是车辆运动的流量，激进的驾驶行为可能导致交通事故。Dou Y^[3]等考虑到车辆变道的概率和安全隐患，提出了利用车辆间隙和速度的总体目标函数来解决机动车怎样保持跟车安全距离的问题。

国内学者则从具体的变道行为和实际数据出发对变道行为进行了研究。2017年，王雪松^[4]等基于上海自然驾驶数据，建立变道切入行为自动化的提取标准，解析了变道切入行为特征，通过中美对比分析了变道切入行为。2018年马艳丽^[5]等开展了匝道合流区车辆交通冲突识别研究，构建了基于后侵入时间算法的匝道合流区冲突识别模型，给出车辆交通冲突严重程度的确定方法，结合实测交通数据，确定了PET阈值范围。

1.2.2变道行为对交通流的影响研究

变道行为会降低车流的行驶速度，对交通流产生不同程度的影响，甚至造成交通堵塞。2003年，彭麟等^[6]研究双车道交通流模型的耦合效应及其对堵塞的影响。2006年，Jorge A.Laval等^[7]对车辆变道行为对交通流的影响进行了定量研究，指出了变道车辆加速能力要比直行车辆差，从根本上造成了交通流速度降低，通行能力下降。2009年，张发等^[8]研究了变道行为对宏观交通流特性的影响。2013年，Wen-Long Jin^[9]考虑道路条件和交通组成条件对变道行为的影响，提出变道强度的概念，并基于流量平衡方程，应用其模型来调整交通供需关系，以减轻变道交通流中的瓶颈效应。2017年，彭勇等^[10]通过建立车辆在不能完成变道被迫停止在导向车道线前等待变道和继续行驶两种情况下的交叉口元胞自动机模型，对比分析了车辆不能完成变道而停止在导向车道线前等待变道的情况对道路交通流产生的影响。

1.2.3交通组织优化设计研究

围绕存在变道行为的信号交叉口路段，国内外研究人员做了深入研究，取得了很多研究成果。苏贵民^[11]等研究了快速路下匝道与地面衔接区域的拥堵点识别问题，建立了基于交通大数据的衔接系统拥堵识别模型。2012年，X Chen^[12]提出了一种信号交叉口的多阶段模糊控制方法，可用于缓解城市高速公路匝道区域及与其关联交叉口的交通拥堵。2013年，王娜等^[13]针对快速路出口匝道拥堵问题，建立了快速路与关联交叉口的模糊协调控制方法，主要包括相位绿灯延时、相序优选优化模糊控制器，能有效缓解出口匝道拥堵问题。2015年王慧勇^[14]提出可接受排队长度控制的出口匝道与衔接交叉口的整合控制策略，以避免车辆排队回溯至高架快速路主线。2016年，Chen Y^[15]等进行了入口匝道计量和计量阈值分析，在研究区域内进行校准并建立了交通道路网络区域的流量和交通信号控制模型。2017年Shu-bin Li^[16]等运用动态交通网络分析方法探讨了区域内交通组织与优化的实用方法，改进了交通流模拟模型，并根据不同的优化内容和组织目标提出了算法。陈亮^[17]等建立了基于元胞自动机(CA)的多车道交织区离散模型，证明了为使交织区通行能力最大化其长度应不小于150 m。