城市信号交叉路口排队运用学术

内容提要：
道路信号交叉路口是一种具有连接道路使其发挥网络化机能的设施，也是人流、车流的主要集中地，交通拥挤首先反映在交叉口上。排队论是研究“怎么写作”系统因“需求”拥挤而产生等待行列(即排队)的现象，以及合理协调“需求”与“怎么写作”关系的数学理论，也称“随机怎么写作系统理论”。 排队论应用到城市道路信号交叉路口信号灯的管理中，针对现实情况提出从信号配时与最佳周期的调整、冲突点控制以及人的控制着三种调整信号交叉口通行能力的方案，将有效提高城市道路的通行能力。
关键词：交通 城市 信号灯 排队论
正文：
目前，交通紧张已经成为大中城市一个严重的社会问题。由于汽车日益增多，导致城市交通拥挤、事故增多、空气污染、噪声污染等问题，因此造成严重的社会经济损失。所以改善城市交通势在必行。
道路信号交叉口是一种具有连接道路使其发挥网络化机能的设施，也是人流、车流的主要集中地，交通拥挤首先反映在交叉口上。在整个路网中,平面交叉路口日益成为通行能力与交通安全上的卡口,日常交通堵塞，大部分是由于平面交叉路口的通行能力不足造成的。而信号交叉口的排队长度与延误一样，能反映交叉口处车流运行情况。研究交叉口排队长度对现有信号配时方案进行评价，对信号交叉口改善措施有效性分析等都具有重要意义。

一、信号交叉路口的通过能力特性

我国城市交叉口的通行能力普遍较低，这是由诸多原因综合而成的，本文的探讨对象是平面信号交叉路口，平面信号交叉路口的突出特点如下：
（一）它是道路系统中通行能力的“瓶颈”，据统计，平面交叉口的通行能力较路段下降46%到50%。

(二)它是交通事故的主要发源地。在我国所有的交通事故中，发生在交叉口的约占64%。

（三）在我国的大部分城市，交叉口处各种机动车、自行车、行人甚至畜力车、人力车交叉混合行驶，彼此之间相互干扰，形成我国特有的“平面混合交通”。

二、排队论在信号交叉路口的应用研究

(一)单通道排队怎么写作系统

排队等待接受怎么写作的通道只有单独一条。如图1所示
图1单通道排队怎么写作系统

(二)多通道排队的怎么写作系统

排队系统中，因怎么写作通道有N条，所以叫多通道怎么写作系统。根据排队方式不同，又可分为：1)单路的排队多通道怎么写作指排成一个队等待数条通道的怎么写作的情况。排队中头一辆车可视哪个通道有空就到哪里去接收怎么写作。如图2所示。
图2多通道怎么写作系统
多路排队多通道怎么写作指每个通道各排一个队，每个通道只为其相对应的一队车辆怎么写作，车辆不能随意插队，如图3所示。
图3多路多通道怎么写作系统

三、城市信号交叉路口排队论基本原理

(一)排队论的基本概念

排队论是研究“怎么写作”系统因“需求”拥挤而产生等待行列(即排队)的现象，以及合理协调“需求”与“怎么写作”关系的数学理论，也称“随机怎么写作系统理论”。排队单指等待怎么写作的，不包括正在被怎么写作的，而排队系统既包括等待怎么写作的，又包括正在怎么写作的车辆。如一队汽车在收费站排队等待交费，它们与收费站构成一个排队系统。其中尚未轮到交费依次排队等待的汽车行列，称为排队，排队的车辆和正在接受怎么写作的车辆一起称为排队系统。

(二)排队系统的三个组成部分

输人过程：指各种类型的顾客(车辆或行人)按怎样的规律到来。
排队规则：指到达的顾客按怎样的次序接受怎么写作。
怎么写作方式：指同一时刻有多少怎么写作台可接纳顾客，为每一顾务了多少时间。

(三)排队系统的主要数量指标

等待时间：从顾客到达时起到开始接受怎么写作的这段时间。
忙期：怎么写作台连续繁忙的时期，这关系到怎么写作台的工作强度。
队长：有排队顾客数与排队系统中顾客的数之分，这是排队系统提供的怎么写作水平的一种衡量。

四、建立交叉口通过能力分析模型

(一)信号交叉口处排队论分析模型

根据排队论的观点，到达交叉口的车辆可视为顾客，交叉路口可视为怎么写作机构。由于车辆的到达具有随机性，使之与供汽车停泊等候的道路和信号配时的红绿灯一起构成了交叉口的随机怎么写作系统。根据该系统的基本特征——输入过程（车辆到达）、怎么写作机构和排队规则，可建立数学排队模型，利用排队理论计算该路口各条道路上的平均排队长度，等待时间等。

(二)排队规则

信号交叉口怎么写作系统中等待通过车辆的排队一般符合等待制,且排队长度无限制。具体地说就是:车辆到路口后,若遇红灯就停靠；若道路被占用,就按先后次序排队,并且当道路足够长时,不论排队多长也不中途离开道路。这一过程可用图4表示
图4信号交叉口怎么写作系统

(三)通过能力分析

通行能力是指在一定时间内通过某交叉口所有进口道停车线车辆数之和。交叉口的通行能力不仅与控制策略有关，还与实际道路条件(包括引道宽度、车道数、转弯半径、转弯长度、引道坡度)和交通条件(车流量、车辆种类、拐弯车比例、车速、非机动车和行人干扰、车道功能划分等)密切相关。除了上述几个评价指标外，还有诸如旅行时间、拥挤时间、耗油量、废气排放等其他指标。在一个控制系统中，这些评价指标并不能同时到达最好。例如需想提高通行能力和减少起停次数，就必须加大信号周期，但是信号周期超过最优周期，延误指标就会变坏。所以对于多目标的信号控制系统，就必须引进综合指标这一概念。
综合指标用上述某几项指标的加权和表示。最常用的综合指标表示如下:
式中——加权系数
D——延误时间指标;
S——停车次数指标;
Q——通行能力指标。
此三个指标的权值并非固定，而是根据交通流的变化，加以调整，以便优先考虑某一指标，适应当时的交通状况。例如当交通处于欠饱和

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状态时，加大k,值，应尽量使得延误指标最好;当交通处于过饱和时，加大k，值，使得通行能力指标最好，以尽快消除堵塞。交叉口的各种交通状况可以用检测器检出的实时交通数据，通过基于事件检测算法的判断进行确定。

(二)改善信号交叉路口通过能力的途径

信号配时与最佳周期
信号配时的原理与路口渠化的相同，它是把交叉口的时间资源按各流向交通流量的大小成比例地分配给各流向，所以信号配时的关键在于确定最佳周期长度。
根据研究表明信号周期过短，周期损失时间所占比例增加，通行能力下降，车辆延误增大:信号周期过长，通行能力提高不明显，车辆延误增大。所以存在一个最佳周期，在此周期下，既保证一定的通行能力，又使车辆延误为最小。
本文探讨主要集中在平面信号交叉口，重点用排队论的数学方法计算平面信号交叉口的排队情况。这种交叉口在全国的大小城市非常普遍，也很有代表性。同时针对交叉口提出的排队模型分析路口的通过能力；通过分析数值，得出路口的通行能力及存在的问题，同时提出比较可行且比较经济的改进方案为调整信号配时参考。针对现实情况提出从信号配时与最佳周期的调整、冲突点控制的方案，提出在交叉路口建设方面的建议和意见，对于提高道路通行能力方面将有较大帮助。

参考文献
李美玲.信号交叉口交通组织优化方法研究.北京工业大学,硕士学位论文
于志青.排队论在交通工程中的应用研究. 河南:中州大学学报, 2005年
[3] 王殿海.交通流理论. 北京:人民交通出版社,2002年1月
[4] 陈宽民,严宝杰.道路通行能力分析.北京:人民交通出版社, 2003年10月
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