城市交叉口群交通狀態識別方法研究

【摘 要】為了對交叉口群的交通狀態進行識別，論文設計了一種從路段與單個交叉口角度出發的整體識別方法。本文提出了交通狀態系數的概念，在分析對比相關指標體系的基礎上，分別提取平均行程車速、空間占有率和平均停車延誤、飽和度作為路段和交叉口的評價指標，對路段與交叉口交通狀態分別從時間指標和空間指標進行量化，從而得到交叉口群內各路徑的交通狀態系數，建立了路徑狀態矩陣及交叉口群交通狀態識別0-1矩陣，從宏觀上對交叉口群整體的交通狀態進行評估。

【關鍵詞】交叉口群；交通狀態；識別矩陣

【Abstract】 A new method is provided which can identify the integral conditions of the whole intersection group by identifying the conditions of road sections and intersections in this intersection group. It puts forward the concept of “traffic condition coefficient” which can quantify the traffic condition. It quantifies the road section traffic condition due to the average travelling speed and space occupation rate， and it quantifies the intersection traffic condition due to the degree of saturation and the . In the base of the traffic condition coefficient of road sections and intersections， the paper provides a method to compute the traffic condition coefficient of all the routes in an intersection group. Due to the result， it establishes a matrix of route traffic condition coefficient as well as a matrix of accessibility from which the holistic condition of the intersection group could be identified.

【Key words】 Intersection group； Traffic condition； Identification index system

目前我國機動車保有量急劇增加，城市道路交通總量隨之顯著增加。城市道路中交叉口的紅燈信號作為外部因素，導致了交通流的間斷特征，對路段上的車流具有周期性的阻滯作用，形成車輛的交叉口延誤，因此交叉口的通行能力成為城市道路通行能力瓶頸。隨著城市交通阻塞的頻繁發生，交叉口的交通問題受到越來越多的關注。

隨著城市道路交通量的增長、路網密度的增加，交叉口之間的相關性日益明顯，某個交叉口的擁堵可能會隨著時間的推移逐步波及到周邊數個交叉口乃至所在區域內的所有交叉口，此類交叉口即為交叉口群。在幾十年的時間里，對交叉口控制問題的研究從單個交叉口逐漸發展到對交叉口群。不同交

通狀態下采用相應的交通控制策略比使用單一的控制策略能進一步提高交通運行效率，因此對交叉口群交通狀態的準確辨識研究是研究交叉口群交通控制策略優化和調整的基礎信息和主要依據。交叉口群交通狀態信息在交通運行管理、交通管理規劃和路網規劃等方面都有著重要應用。

1.交通狀態量化

在對交叉口群整體進行交通狀態識別時，為了對交叉口群內各路段及各交叉口進行統一的交通狀態識別，論文引入了交通狀態系數的概念，對于路段和交叉口各選用一項時間參數與一項空間參數對其交通狀態進行量化，分別得到各自的交通狀態系數，在此基礎上對交叉口群整體進行交通狀態識別。

交通狀態是客觀事實和主觀感受在某種程度上綜合作用的結果，且城市道路交通狀態并沒有絕對的速度、占有率、停車延誤等限值來加以區別，即其判別具有相對性。因此，論文提出交通狀態系數S的概念，通過綜合各種指標描述城市道路路段及交叉口運行狀態。交通狀態系數S是一個連續變量，其取值范圍為[0，1]。S的取值處于不同范圍時，分別對應著不同的交通狀態。當S接近0時，說明交通暢通，沒有阻塞情況發生，當S接近1時，說明交通阻塞嚴重，即R的數值越大，交通狀態越差。

2.路段和交叉口交通狀態識別

2.1 路段交通狀態識別

大多數城市道路的交叉口都有信號控制，對交通流的連續運行有很大的影響，因此將路段定義為同一道路同一方向上從交叉口出口道開始到下一交叉口進口道渠化開始處結束。

考慮交通參數間的內在關系，選用路段車輛的平均行程速度vp（km·h-1）與空間占有率Rs（%）兩個變量作為城市道路路段交通狀態的判別指標。這兩個變量從時間和空間上分別反映了車輛在城市道路路段上通行的狀態，以及城市道路空間的使用情況。

行程速度是車輛行駛的距離除以行程時間，行程時間包括行駛時間和中途受阻時的停車時間。因為城市道路交通流是間斷流，車輛不能連續通過若干交叉口，所以行程速度可以反映一段路程的交通運行情況。當行程速度較低時說明存在一定程度的擁擠，當行程車速較高時說明道路較暢通?？臻g占有率為在一瞬間已知路段上所有車輛占用的長度占路段長度的百分比。

2.2 交叉口交通狀態識別

從時間與空間的角度各選取一個參數作為判別交叉口交通狀態的指標，通過對各項參數的對比，選取時間參數交叉口的延誤時間D與交叉口飽和度B作為判別城市交叉口交通狀態的指標。

由于最終需進行交叉口群整體的交通狀態識別，在對各路徑進行識別時涉及到交叉口進口道的不同轉向，因此在對交叉口交通狀態進行量化時需對單獨考慮各進口道的各轉向車道。城市道路中交叉口各進口道都由左轉車道、直行車道及右轉車道組成（若出現直右車道則該車道既視為直行車道又視為右轉車道，當某種車道不止一條時取其算術平均值，如計算出直右車道的狀態系數后，計算直行方向的狀態系數時需將該直行車道的系數參與計算進行平均，同樣計算右轉方向時也需將該車道的系數參與計算進行平均），即每個交叉口有12個交通狀態系數，在調查延誤與飽和度時也需對不同車道分開調查。作為判別指標的進口道某車道延誤取該進口道引道上每輛車的平均延誤。某車道飽和度通過該車道的流量與通行能力兩部分計算獲得。

定義Sc為交叉口交通狀態系數。顯然，與路段類似，交叉口的交通狀態系數Sc由該交叉口的延誤 與飽和度 得到，且Sc分為Scl、Scs、Scr。定義Sd與Sb分別為延誤D與飽和度B所表征的那部分交通狀態系數，Sd繼續分為左、直、右車道的交通狀態系數Sdl、Sds、Sdr，同樣Sb分為Sbl、Sbs、Sbr。以左轉車道為例計算其交通狀態系數 ，其它車道計算方法相同。

4.2交叉口群交通狀態識別0-1矩陣

得出路徑狀態矩陣后，為了對交叉口群內各交叉口之間的狀態進行更為直觀的統一判斷，在路徑狀態矩陣的基礎上建立一個新的交叉口群交通狀態識別0-1矩陣。

在鄰接矩陣中，元素“1”或“0”并不真正具有數值上的含義，而是代表了節點之間“有”邊相聯或“無”邊相聯的情況，用同樣的方法在路徑狀態矩陣的基礎上建立交叉口群交通狀態識別0-1矩陣。用元素“1”代表該路徑狀態較好，交叉口之間可達性較好，“0”則相應地代表較差。對于“較好”與“較差”的判斷則用路徑狀態矩陣S中的元素來判斷，先在仿真的基礎上設定一個路徑狀態系數臨界值Scv，Scv即為得出交叉口群交通狀態識別0-1矩陣的判斷標準。即

需要注意的是，由于交通狀態是客觀事實和主觀感受在某種程度上綜合作用的結果，其判別具有相對性，所以Scv也具有相對性，并不是一個固定不變的數，其數值可根據不同情況設定不同的值。如在高峰小時的Scv值可高于非高峰小時的Scv值。在對路徑狀態矩陣作這樣的處理得到交叉口群交通狀態識別0-1矩陣后，通過交叉口群交通狀態識別0-1矩陣不僅可以更直觀地對交叉口群內所有交叉口之間的可達性進行判斷，還可以更直觀地對整個交叉口群所處的狀態進行宏觀上的評估。

4.3交通狀態識別0-1矩陣的應用

得到路徑狀態矩陣與交叉口群交通狀態識別0-1矩陣后，可對交叉口群整體交通狀態進行識別和評估。

通過路徑狀態矩陣，可通過路徑狀態系數對交叉口群內所有路徑的交通狀態進行評估。建立交叉口群交通狀態識別0-1矩陣后，可獲得該交叉口群內狀態較好路徑所占百分比，從而更直觀地評估交叉口群的整體狀態。道路使用者可根據路徑狀態矩陣通過反向追蹤獲取交叉口之間的最優路徑，從而進行路徑選擇。

5.仿真分析

對比小流量和大流量條件下的路徑狀態矩陣，在大流量條件下，路徑狀態矩陣中的元素明顯高于小流量條件下對應的元素，即大流量條件下交叉口群交通狀態較差。路徑狀態系數能夠有效地反映出交叉口群內各路徑的交通狀態。

而由于路徑狀態系數臨界值的相對性，不同條件下路徑狀態矩陣的臨界值不同，所以根據臨界值得到的交叉口群交通狀態識別0-1矩陣僅能夠反映此條件下能夠被視為狀態較好的路徑所占的百分比，在不同條件下的交叉口群交通狀態識別0-1矩陣不具有可比性。

6.總結

在已有道路交通狀態判別技術與方法的基礎上，結合對交叉口群運行特征的分析，總結了一種新的交叉口群交通狀態識別方法。引入了交通狀態系數的概念，對交通狀態進行了量化。將交叉口群內各路徑劃分為若干單元段的組合，單元段由一條路段與一個交叉口組成。在分析交通運行特性的基礎上，分析對比各項指標，提取出識別指標體系，對于路段和交叉口各選用一項時間參數與一項空間參數對其交通狀態進行量化，分別得到各自的交通狀態系數，從而得到各單元段與各路徑的交通狀態系數，并根據交通狀態系數建立了路徑狀態矩陣與交叉口群交通狀態識別0-1矩陣，在此基礎上對交叉口群整體進行交通狀態識別。最后通過Vissim仿真驗證，對比不同交通量情況下方法的適用性，結果表明，該方法能有效識別出交叉口群交通狀態。

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作者簡介：

馮岑，（1991-），女，碩士研究生。