信號控制交叉口過街行人流仿真建模及應用.pdf

1、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終結。信號交叉口行人過街交通是目前行人交通研究中的熱點和難點問題之一。行人在通過信號交叉口時，一方面受到信號燈、人行橫道線等措施和設施的保護可以相對安全的穿越機動車道，但另一方面又不可避免地會與機動車流、非機動車流發(fā)生沖突干擾。同時，由于交叉口往往集聚著大量的行人，過街行人群體內部也存在頻繁的沖突碰撞作用。因此，提高行人過街效率、舒適性和安全性是行人交通問題研究的根本出發(fā)點，也

2、是本文立意所在?；诖?，論文以豐富的調查數(shù)據(jù)為基礎，系統(tǒng)分析和研究行人過街交通行為和特性，建立可靠的信號交叉口過街行人流微觀仿真模型，并以仿真模型為工具，提出行人過街設施的設計方法和步驟，對提高信號交叉口行人過街交通的效率、舒適性和安全性具有理論和實踐的雙層指導意義。
　　本文中，我們首先開展行人過街交通特性分析。提出了基于時空軌跡的行人過街交通特性提取方法，通過行人軌跡跟蹤和識別軟件，批量獲取行人過街過程中每個時刻的位置信息，并

3、從中提取行人過街交通特性。通過對南京市進香河路-學府路、大石橋街-丹鳳街、大石橋街-中山路、文樞東路-學衡路以及洪武路-淮海路5個人行橫道的行人過街交通特性調查發(fā)現(xiàn)，過街行人流量存在明顯的方向不均衡性，行人到達規(guī)律基本服從泊松分布。行人的過街時間分布呈現(xiàn)左偏厚尾的特征，并服從Buff分布。行人過街速度也服從Buff分布。行人過街延誤分布呈現(xiàn)厚尾以及極端左偏的特性，服從GPD分布。分析行人與機動車的交互作用特性發(fā)現(xiàn)，每次行人-機動車沖突引

4、起的平均行人過街延誤在2.23-4.74s之間。
　　在行人過街交通基本特性研究分析的基礎上，提出了無機動車干擾的信號交叉口過街行人流仿真模型。該模型以元胞自動機模型為基礎，考慮行人在運動過程中受到目標驅動力、個體之間的相互作用力、個體與邊界之間的排斥力作用，并認為行人向鄰域元胞運動的概率是由這些作用力決定的。模型中涉及到的參數(shù)通過反復迭代的方法進行標定。將仿真得到的行人過街時間、過街時間分布以及行人局部密度水平等指標與實際調查數(shù)

5、據(jù)的對比，驗證了模型的有效性。仿真結果分析得到，行人過街可分為組團聚集、延展、相遇和分離四個過程。相應地，行人過街速度實時變化曲線也呈現(xiàn)階段性特征。進一步分析還發(fā)現(xiàn)，在人行橫道寬度一定時，行人過街速度實時變化曲線與行人組團規(guī)模大小存在著一定關系。
　　考慮到一般的信號交叉口行人信號與機動車信號并不完全分離，行人在過街過程中會與機動車存在一定的交互作用行為，建立了受機動車干擾的信號交叉口過街行人流仿真模型。該模型以第四章的行人仿真模

6、型和經(jīng)典的機動車流NaSch仿真模型為基礎，嵌入機動車避讓行人行為模型和行人穿越機動車流行為模型，以模擬行人-機動車互動干擾時的信號交叉口交通流運行情況。同時，為了加強模型的交通安全評價功能，仿真模型中融合了行人-機動車沖突的相關指標算法，使模型仿真可用以行人穿越安全時間滯差、行人-機動車沖突數(shù)以及沖突時間等的統(tǒng)計分析。模型使用大量詳盡的行人和機動車交互作用行為數(shù)據(jù)進行標定。通過模擬大石橋街-中山路、大石橋街-丹鳳街、進香河路-學府路、

7、學衡路-文樞東路交叉口的人行橫道發(fā)現(xiàn)模型在估計交叉口行人-機動車交互作用事件、機動車避讓率等方面取得了較好的效果。仿真模型還能輸出各個人行橫道的安全穿越間隙比例、沖突率以及TTC等。通過參數(shù)敏感性分析發(fā)現(xiàn)沖突率與機動車避讓率、機動車流量存在著一定的相關性。仿真結果還表明，當行人-機動車沖突數(shù)較小時，行人-機動車沖突產生的行人過街延誤比較小，基本可以忽略不計。而不同行人流量時的機動車流的時空軌跡圖發(fā)現(xiàn)當行人流量增加到1290ped/h時，

8、會出現(xiàn)轉向機動車在人行橫道前的排隊現(xiàn)象，這是機動車頻繁避讓行人所導致的。
　　最后，以行人過街的四個過程分析為切入點，研究了行人過街時間、人行橫道寬度和行人組團之間的定量關系。同時在已有的行人過街時間計算模型的基礎上，結合仿真數(shù)據(jù)，考慮行人組團在延展和相遇時產生的延誤，構建了新的行人過街時間計算模型。綜合過街時間，延誤占比和局部密度水平等指標，提出了在不同組團規(guī)模時的人行橫道寬度確定方法。該方法既能滿足實際工程應用時較高的成本效益