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原文传递出口左转控制交叉口交通流排队模型及性能分析

论文题名：	出口左转控制交叉口交通流排队模型及性能分析
关键词：	信号控制交叉口;非常规设计;左转交通;排队模型
摘要：	信号交叉口的交通状态评估是现代交通控制和管理的基础。近年来，出口左转交叉口设计已被证实是在左转需求较高时提高交叉口通行能力的有效方法，具有不需要额外的基础设施建设、应用灵活等优点。然而，由于非常规交叉口设计的独特性，当采用出口左转控制策略时，交叉口的左转车辆排队过程将受到显著影响，这使得出口左转控制交叉口的交通评估较为困难，特别是交通需求的随机性将进一步增加车辆排队预测估计的难度，且不同形式的中央分隔带也可能直接影响出口左转策略控制下的左转交通性能。近年来出口左转交叉口的几何设计、性能评估和运行安全等方面的研究已经取得较为丰富的发展，但分析和描述出口左转策略控制下车辆排队的随机性和动态特征的方法尚未建立。此外，现有文献主要集中于左转专用车道的出口左转控制策略研究，但该策略在设有直左共享车道的逆时针单口放行交叉口同样具有重要应用，直左混合交通流产生的分隔带开口阻塞现象会对车辆排队过程乃至整个交叉口的交通性能造成显著影响。为此，针对非常规交叉口多信号联合控制下车辆排队的动态特征，本文提出随机模型分析方法，实现对出口左转控制交叉口各类型交通流排队形成与消散的量化描述，在此基础上建立一个全面交通性能分析框架，并进一步澄清各种交通因素对车辆关键排队性能的影响。论文所提出方法将为出口左转控制交叉口运行状态的预测以及交通性能的评估提供理论依据，有助于进一步丰富和改进出口左转控制策略的应用方法。论文主要工作包括：　　(1)针对一般出口左转交叉口，以左转交通流在双信号控制下的车辆动态排队行为特征为基础建立四维马尔可夫排队模型，利用矩阵分析技术获得任意时刻左转车辆队长的稳态概率分布。除队长的平均指标外，进一步导出一系列沿信号时间变化的关键排队性能指标，由此构建出口左转交叉口全面量化分析框架，在模型有效验证的基础上，通过数值实验方法明确出口左转交叉口控制策略的优势和应用条件。　　(2)针对出口左转控制下的直左混合交通流，考虑交通需求的随机性以及直左共享车道车辆排队行为的独特性，建立五维马尔可夫排队模型，获得车辆队长随时间变化的稳态概率分布，实现对车辆周期队长演化过程的明确描述，最后通过数值实验阐明不同直左车辆比例分布下各交通因素对车辆排队动态的作用机理，结果有助于从队长的角度提高出口左转控制策略在特殊交叉口条件下的使用质量。　　(3)针对出口左转控制策略在不同中央分隔带形式的交叉口的应用，考虑分隔带阻塞特征作用下的车辆排队行为，在一般出口左转交叉口排队模型的基础上，建立有分隔带阻塞特征的左转交通流排队模型，通过对比实验分析分隔带阻塞特征对出口左转控制交叉口车辆排队性能的影响，结果有助于丰富出口左转策略在不同分隔带形式的交叉口的设计指导。
作者：	乔峥
专业：	控制工程
导师：	杨乔礼;陈博
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022