考虑冲突类型的信号交叉口实时安全分析与控制优化研究.pdfVIP

摘要

信号交叉口是城市交通系统中的一个重要组成部分。在信号配时的过程中，

当左转流量不大时，有时会采用两相位或三相位控制策略。然而，这种控制策

略通常会导致直行交通流与对向左转交通流存在冲突，从而对出行者的安全构

成威胁。因此，针对此类交叉口构建实时安全分析模型，并深入探究其应用领

域，具有重要的学术研究价值。

首先，选取典型交叉口提取交通量和交通冲突数据。为了分析交通冲突极

值统计模型中不同冲突类型间的关联，优化现有的基本模型，选取哈尔滨市五

个具有直左冲突的典型交叉口进行数据采集，每个交叉口采集约3个小时。利

用视频识别软件Kinovea来获取交通冲突数据，根据数据的获取难度和实际拍

摄条件，选取TTC和PET作为交通冲突度量指标。同时，采集了交叉口信号配

时参数、交通流参数以及车辆特性，统计了交通冲突数据、冲突类型及数量，

为冲突模型的建立提供数据支持。

其次，提出了考虑冲突类型的极值统计模型构建方法。基于极值理论以及

现有的极值统计模型，分别提出了不同类型冲突层级贝叶斯区组极值模型和不

同类型冲突层级贝叶斯超阈值极值模型的构建方法，模型结构包括三层，分别

为数据层、过程层、先验层。基于极值理论安全分析原理，选取了事故风险以

及事故周期重现水平作为安全分析指标来进行实时安全分析。

然后，基于冲突极值模型对信号交叉口进行实时安全分析。利用视频中所

提取的交通冲突数据、交叉口信号配时参数、交通流参数等交通信息，分别构

建了追尾冲突及侧面碰撞冲突双类型冲突极值模型以及单类型冲突极值模型。

其中，区组极值模型的构建将重点解决确定区组大小、选取协变量和关联函数

的问题，超阈值极值模型的构建则重点解决选取阈值、处理非独立极值的问题。

采用WinBugs软件来标定模型参数，基于偏差信息准则来比较得出最优的区组

极值模型以及超阈值极值模型参数。从数据利用效率和模型预测可靠性两个方

面对模型进行对比分析。研究结果表明，双类型冲突模型在预测准确性上要优

于单类型冲突模型，双类型区组极值模型和双类型超阈值极值模型在具有充足

的观测时长以及样本个数的情况下都具有良好的预测效果。但是要将其应用于

信号交叉口实时安全分析时，区组极值模型更具优越性。

最后，基于实时安全分析模型，在一个信号周期时间内将事故周期重现水

平与各种动态交通参数联系起来，以事故周期重现水平和平均车辆延误最小为

优化目标，提出信号控制优化策略。基于Q学习和自适应信号控制优化方法，

对状态空间、动作空间、奖励函数等主要模块进行设计，在Sumo中进行仿真

实验，建立了兼顾事故风险与通行效率的信号动态控制优化模型。研究结果表

明，在仿真环境下，相较于传统的定时信号控制，Q学习自适应信号控制算法

可以在一定程度上降低具有直左冲突的信号交叉口的事故周期重现水平以及车

均延误。

总之，本文提出了一种考虑不同类型冲突的极值统计模型，将其应用于具

有直左冲突的信号交叉口可以直观的得到交叉口每个信号周期的安全状况，提

出了一种兼顾事故风险及通行效率的信号控制动态优化方法，对实际交叉口信

号控制优化应用有一定参考价值。

关键词：冲突类型；极值理论；实时安全分析；信号控制优化；仿真建模

Abstract

Thesignalizedintersectionisanimportantcomponentofurbantransportation

systems.Inordertoachievehighertrafficefficiency,two-phaseorthree-phase

controlstrategyissometimesadoptedwhentheleft-turnflowisnotlarge.However,

thiscontrolstrategywillleadtotheconflictbetweenthestraighttrafficflowandthe

left-turningtrafficflow,thusposingathreat