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原文传递信号控制交叉口过街行人流仿真建模及应用

论文题名：	信号控制交叉口过街行人流仿真建模及应用
关键词：	道路交通;信号交叉口;过街行人流;人-车-路交互作用
摘要：	步行是最古老也是最基本的居民出行方式，是一切交通出行的起始和终结。信号交叉口行人过街交通是目前行人交通研究中的热点和难点问题之一。行人在通过信号交叉口时，一方面受到信号灯、人行横道线等措施和设施的保护可以相对安全的穿越机动车道，但另一方面又不可避免地会与机动车流、非机动车流发生冲突干扰。同时，由于交叉口往往集聚着大量的行人，过街行人群体内部也存在频繁的冲突碰撞作用。因此，提高行人过街效率、舒适性和安全性是行人交通问题研究的根本出发点，也是本文立意所在。基于此，论文以丰富的调查数据为基础，系统分析和研究行人过街交通行为和特性，建立可靠的信号交叉口过街行人流微观仿真模型，并以仿真模型为工具，提出行人过街设施的设计方法和步骤，对提高信号交叉口行人过街交通的效率、舒适性和安全性具有理论和实践的双层指导意义。　　本文中，我们首先开展行人过街交通特性分析。提出了基于时空轨迹的行人过街交通特性提取方法，通过行人轨迹跟踪和识别软件，批量获取行人过街过程中每个时刻的位置信息，并从中提取行人过街交通特性。通过对南京市进香河路-学府路、大石桥街-丹凤街、大石桥街-中山路、文枢东路-学衡路以及洪武路-淮海路5个人行横道的行人过街交通特性调查发现，过街行人流量存在明显的方向不均衡性，行人到达规律基本服从泊松分布。行人的过街时间分布呈现左偏厚尾的特征，并服从Buff分布。行人过街速度也服从Buff分布。行人过街延误分布呈现厚尾以及极端左偏的特性，服从GPD分布。分析行人与机动车的交互作用特性发现，每次行人-机动车冲突引起的平均行人过街延误在2.23-4.74s之间。　　在行人过街交通基本特性研究分析的基础上，提出了无机动车干扰的信号交叉口过街行人流仿真模型。该模型以元胞自动机模型为基础，考虑行人在运动过程中受到目标驱动力、个体之间的相互作用力、个体与边界之间的排斥力作用，并认为行人向邻域元胞运动的概率是由这些作用力决定的。模型中涉及到的参数通过反复迭代的方法进行标定。将仿真得到的行人过街时间、过街时间分布以及行人局部密度水平等指标与实际调查数据的对比，验证了模型的有效性。仿真结果分析得到，行人过街可分为组团聚集、延展、相遇和分离四个过程。相应地，行人过街速度实时变化曲线也呈现阶段性特征。进一步分析还发现，在人行横道宽度一定时，行人过街速度实时变化曲线与行人组团规模大小存在着一定关系。　　考虑到一般的信号交叉口行人信号与机动车信号并不完全分离，行人在过街过程中会与机动车存在一定的交互作用行为，建立了受机动车干扰的信号交叉口过街行人流仿真模型。该模型以第四章的行人仿真模型和经典的机动车流NaSch仿真模型为基础，嵌入机动车避让行人行为模型和行人穿越机动车流行为模型，以模拟行人-机动车互动干扰时的信号交叉口交通流运行情况。同时，为了加强模型的交通安全评价功能，仿真模型中融合了行人-机动车冲突的相关指标算法，使模型仿真可用以行人穿越安全时间滞差、行人-机动车冲突数以及冲突时间等的统计分析。模型使用大量详尽的行人和机动车交互作用行为数据进行标定。通过模拟大石桥街-中山路、大石桥街-丹凤街、进香河路-学府路、学衡路-文枢东路交叉口的人行横道发现模型在估计交叉口行人-机动车交互作用事件、机动车避让率等方面取得了较好的效果。仿真模型还能输出各个人行横道的安全穿越间隙比例、冲突率以及TTC等。通过参数敏感性分析发现冲突率与机动车避让率、机动车流量存在着一定的相关性。仿真结果还表明，当行人-机动车冲突数较小时，行人-机动车冲突产生的行人过街延误比较小，基本可以忽略不计。而不同行人流量时的机动车流的时空轨迹图发现当行人流量增加到1290ped/h时，会出现转向机动车在人行横道前的排队现象，这是机动车频繁避让行人所导致的。　　最后，以行人过街的四个过程分析为切入点，研究了行人过街时间、人行横道宽度和行人组团之间的定量关系。同时在已有的行人过街时间计算模型的基础上，结合仿真数据，考虑行人组团在延展和相遇时产生的延误，构建了新的行人过街时间计算模型。综合过街时间，延误占比和局部密度水平等指标，提出了在不同组团规模时的人行横道宽度确定方法。该方法既能满足实际工程应用时较高的成本效益比，又能保障行人过街的效率和舒适性。为进一步提高模型的实用性，基于MATLAB GUI平台开发了行人过街交通模拟软件，软件能实时输出各个时间步的行人流运行图和局部密度水平变化图，并能统计行人过街效率、舒适性和安全性指标。最后，以洪武路-淮海路北进口的人行横道作为案例分析对象，运用仿真软件进行了人行横道宽度和信号时长方案的设计改善。
作者：	陆丽丽
专业：	交通运输工程
导师：	任刚
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文