本文主要依托国家973计划项目“公交主导型多方式交通网络的效能分析技术”,国家自然科学基金重点项目“城市交通供需结构演化机理与调控方法”和辽宁省教育厅项目“基于路网容量的城市交通流状态研究”,从车辆运动行为分析入手进行信号交叉口延误模型的分析研究。车辆在信号交叉口由于交通控制等原因会产生额外的、不期望的时间增加称为延误。延误是城市信号交叉口对服务水平以及运行状态进行评价的主要指标,延误最小是交叉口设置交通信号配时的优化目标,延误亦是交通流建模的重要参数之一。本文考虑车辆运动行为,以安全行驶为前提,推导出直行和转向车流的最小车头时距,对信号交叉口的起动损失和后损失进行分析,研究离散现象对车流延误的影响,建立了饱和状态下短连线路段信号交叉口的延误模型。研究内容具体如下:1.车辆在信号交叉口运行特性分析在城市道路上行驶的车辆经过信号交叉口时经常会遇到如下的一些情况:当交叉口绿灯开始闪烁或者黄灯启亮时,有些车辆会选择驶过交叉口,而有些车辆则会减速停车并在停止线后排队等候,会导致在这个时间段内车流不能以饱和流率(或称饱和流量)通过停止线;红灯亮起时,车辆会依次排队等候,当车流饱和度比较高时,车辆的排队长度也会很长,在某些路段(主要是短连线路段)会接近甚至等于路段长度,但是不可能超过路段的长度;当绿灯亮起时,排队车辆开始起动通过停止线,由于前几辆车的起动过程需要额外花费反应时间和操作时间,所以流率是从零逐渐达到一个稳定的数值,即饱和流率(或称饱和流量),前几辆车的起动过程就造成一定的时间损失;驶离交叉口的排队车辆由于行驶速度存在着差异,在到达下游交叉口停止线之前它们之间会渐渐拉开距离,即发生“离散”现象。车辆这一系列的运动行为产生了4种交通现象:在交叉口绿灯闪烁或黄灯亮起时车流不饱和通过交叉口的现象、短连线饱和状态下车辆溢出的现象、绿灯启亮时车流延迟起动未以饱和流率通过交叉口的现象和车流驶出交叉口在路段发生离散行为的现象。这4种交通现象对信号交叉口的延误带来了不同的影响,即:车流在交叉口起动和制动过程会产生起动损失延误和后损失延误,车流离散现象的不同亦会对延误产生不同的影响,车辆溢出时产生的延误是受到道路长度的限制,这些延误需要进行深入的研究,而饱和流率是延误计算的重要参数之一,所以也需要对饱和流率进行分析。2.依据车辆运动特性建立相应的模型针对上述交通现象建立4种延误模型,即:1)考虑信号交叉口车流释放特性前后损失延误分析车流在起动过程和制动过程中驶过停车线的时间与饱和车头时距的差值,称为起动损失延误和后损失延误。首先,分析单车及车流在信号交叉口的运动特性;接着,利用数理统计的方法对实地调查数据进行分析,确定饱和流率的开始位置以及饱和车头时距;最后,基于排队特性分析起动损失和后损失的延误,前后损失延误会对整个排队车流产生影响,针对这一现象建立了整个车流的起动损失和后损失相应的延误模型。2)考虑车辆运动行为的饱和流率分析饱和车头时距是分析饱和流率、起动损失和后损失较为重要的参数。饱和车头时距来自于车流行驶的饱和流状态,而此时车流中车头时距较小。饱和流的安全运行是避免发生意外延误的重要保证,交通安全是一切交通行为和交通管理措施的前提。本部分从安全的角度出发,利用车头间距建立最小车头时距的模型,推导出直行车流、左转车流和右转车流的最小车头时距,从而得出不同转向车流的饱和流率,并且用实测数据对理论模型进行了验证。3)考虑协调控制的车流离散行为延误研究车流通过停止线时随着速度的逐渐增加,车辆的车头间距也逐渐加大,车流发生离散现象,而车流的离散现象也会对下游交叉口的延误产生影响的。本部分先使用实测数据对车流的离散行为进行拟合,并对车流离散模型的参数进行修正,后又讨论协调控制条件下车流离散行为对下游交叉口延误的影响,并建立模型。4)考虑短连线车辆排队特性的延误模型研究交通流达到饱和状态时,信号交叉口的车辆排队长度有可能接近甚至达到路段的长度,这时如果使用传统的延误模型来计算会出现较大的偏差。本部分以考虑饱和状态下路段长度的限制为前提,建立短连线信号交叉口的延误模型。论文取得以下进展:1)以分析单车和车流在信号交叉口运动特性为基础,利用数理统计方法确定实测数据中饱和车头时距开始位置和具体数值,建立起动过程和制动过程造成起动损失和后损失的延误模型。2)从交通安全的角度出发,提出了利用安全车头间距确定最小车头时距理念。在车辆运行安全行为分析的基础上,推导了不同转向车流的最小车头时距模型,既包含直行的最小车头时距,也包含左转和右转的最小车头时距,从而确定不同转向车流的饱和流率,利用实测数据验证该模型是准确的。3)随着车辆行驶速度发生变化以及驾驶人的驾驶行为存在个体差异,车流驶离上游交叉口后车辆之间的车头间距会逐渐加大,伴随着离散行为的发生车流到达下游交叉口,研究离散车流不同达到情况对延误产生造成的不同影响。4)过饱和状态车辆在某些路段会发生溢出现象,即车辆排队上溯到上游交叉口,以往的研究没有考虑路段长度对延误的影响,针对这种情况建立适合于过饱和状态下短连线路段的延误模型,并且进行了算例分析。