1. 研究背景和研究内容概述

    随着城市各路段交通流量的上升，车道展宽段容易发生排队溢出，堵塞渠化进口道导致交叉口有效绿灯时间的浪费，通行能力的下降。面对这种情况我们可以从展宽段的几何尺寸和交叉口的信号配时两方面进行考虑。相较于交叉口的几何尺寸改造，信号配时的优化无论是在时间成本还是投资成本上都具有明显的优势。所以针对展宽段的交叉口信号配时方法就显得尤为重要了。综上所述，充分考虑展宽段的信号配时研究亟需进行。

    本研究志于设计一个针对展宽段溢流的信号控制算法，以减少展宽段溢流的发生、减弱展宽段溢流带来的恶劣影响。为此，需要先弄清展宽段溢流产生的原因、发生时对车流带来的影响、与展宽段设计之间的关系等。基于此，进一步结合动态信号控制理论提出一个有效缓解展宽段溢流的控制算法。

左转展宽段溢流示意图

2.本研究主体内容

    首先，总结比较了国内外展宽段的设计原则和规范，然后将展宽段溢流与一般交叉口溢流进行对比分析，比较溢流带来的交通影响和检测方法。随后对展宽段溢流进行了定性分析，将展宽段溢流根据其对相邻车道的影响进一步分类，分为直行展宽段溢流、左转展宽段溢流和左转渐变段溢流。之后对实地采集的数据进行定量分析，初步得出以下结论。1）当展宽段溢流发生时，相邻车道的通行能力不会马上降为0，而是随着溢流影响的加剧，逐渐变为0。2）直行展宽段溢流对于相邻左转车道消散率不会有太大影响，但当直行车辆排队长度超过渐变段末端时，左转车道被彻底堵死，消散率降为0。3）当左转车辆排队长度大于一个关键长度后，相邻直行车道的车速会显著下降，消散率也随之下降，直到排队车辆延伸至渐变段末端，相邻直行车道的消散率变为0。

左转溢流分析图

    其次，基于实地采集数据的分析和结论，借鉴动态规划的方法，将传统的信号配时过程转变为一个离散多步决策过程。基于检测器采集到的排队长度、车辆到达率数据，将目标函数最优化过程分解为多个一步最优的控制过程。通过不断迭代计算交叉口的溢流概率来判断是否需要延长当前相位或是切换至其他相位。以此形成了一个针对展宽段溢流的动态信号控制算法。

动态信号控制算法示意图

    再次，为了检验和评价本文提出的信号控制算法，根据实地观测的数据结合经典的跟车模型开发了一款考虑展宽段溢流影响的仿真程序。仿真对象是一个进口道都做了展宽处理的单点交叉口。该程序可以给出延误、通行量、排队长度和溢流次数等等的仿真测试结果。随后，这款程序与VISSIM在完全相同的交通条件（低流量状态）下进行了仿真对比。结果显示，两者在延误、通行量和排队长度方面的仿真结果非常接近。

延误仿真结果对比

通行量仿真结果对比

直行车道排队长度仿真结果对比

    最后，用编写的程序将本研究提出的算法与Webster配时法在延误、通行量和溢流次数方面进行对比。为测试算法在不同交通环境下的效果，两个算法分别在对称流量、较高/较低左转率、非对称流量三种情景下进行了对比。仿真结果显示，在中低流量状态下，本研究提出的算法可以有效地降低交叉口车辆延误。当流量进一步升高时，虽然延误相较于定时控制有所增加，但溢流次数仍保持在一个很低的水平，相较于定时控制有非常明显的优势。另外，在左转率越是高的情况下，本研究提出的算法越是可以发挥灵活控制的优点，有效降低延误和溢流次数。最后，在对向进口道流量非一致的情况下，本研究提出的算法相较于定时控制的优势会被进一步扩大。

非对称流量仿真结果 (a)延误对比 (b)通行量对比

(c)左转溢流次数对比 (d)直行溢流次数对比

对称流量仿真结果 (a)延误对比 (b)通行量对比

(c)左转溢流次数对比 (d)直行溢流次数对比

不同左转率仿真结果 (a)延误对比 (b)通行量对比

(c)左转溢流次数对比 (d)直行溢流次数对比

3.答辩评阅意见

    展宽段溢流影响通行能力，进行控制方法的优化研究具有重要意义。论文对展宽段溢流进行了细致的分析，提出了针对展宽段溢流的动态信号控制算法，具有明确的理论意义和应用价值。

    论文首先分析了国内外相关领域的研究进展，并指出了现有研究的不足。进而对展宽段溢流进行了实地观察并且采集数据，对展宽段溢流进行了详细的分析，根据展宽段溢流对相邻车道的影响将展宽段溢流进一步细分。设计一个针对展宽段溢流的动态控制算法，编写仿真软件并对其测试。和VISSIM进行了对比，结论基本一致。

    论文内容完整，技术路线清晰，结构基本合理，反映该生基本地掌握了本专业的基础理论和专门知识，具备了独立从事科学研究、分析和解决工程实际问题的能力。

    论文答辩准备充分，表述清楚，回答问题正确。经答辩委员会无记名投票表决，一致同意通过金立名同学的硕士学位论文答辩，并建议授予硕士学位。