可变导向车道条件下的交叉口应急车辆优先策略分析与方案设计开题报告

1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）

研究背景：随着我国国民经济的发展，城市化进程不断加快，城市的规模不断的扩大。同时居民机动车保有量也在不断提高，机动化水平的稳步增长给城市交通网络带来了巨大交通压力。城市人口的高度集中，资源的益聚集导致城市存在较大的受灾隐患，一旦有灾害或者事故发生，将造成人员伤亡和财产损失。所以城市必须具备抵抗各种突发事件的应急交通负载能力。

总所周知，应急车辆到达的时间越短，事故或灾害便越有可能得到有效控制，损失也就越小。故应急车辆的到达的快速程度成为城市应急救援服务的重中之重。但如今城市中的交通拥堵问题日益严重，虽然应急车辆有的高优先权，但因为受到社会车辆的影响，应急车辆很难真正实现优先通行，特别是在交叉口拥堵路段，应急车辆很难超越排队车辆，对它造成了极大的延误，严重影响了城市应急救援服务的效率。而在可变导向车道的情况下，它允许对车道功能进行优化协调可以充分利用交叉口内的空间资源，应急车辆要优先经过信号交叉口，则往往要经过车道转变车道来实现，所以通过变导向车道条件下的交叉口应急车辆优先选择救援路径以及适当的交叉口信号配时方案来保证应急车辆的优先通行是非常有必要的。

研究意义：当突发事件发生时，应急车辆需要在第一时间搭载救援设备赶到现场，而交叉口作为城市路网的关键组成部分，已然成为制约整个路网能力的关键所在，因此交通管理措施必须在保证安全的情况下，我们要无条件满足应急车辆的优先通行权。虽然国内外研究车辆路径问题的资料比较多，但大多数是于社会普通车辆的路径问题相关，关于应急车辆这种高优先权车辆的路径选择问题研究则少之又少。故本题目主要针对交叉口处在设置可变导向车道条件下，结合车道方向改变以及信号配时，对应急车辆优先通行的策略和方案进行研究。通过对城市应急车辆在交叉口通行延误的减少来改善城市应急车辆服务效率从而达到降低和减少城市事故灾害的损失

文献综述（对已有相关代表性研究成果的综合介绍与评价）：

1.国内研究现状：

毕煦东^[1]等对突发事件特点与应急救援概念进行了阐述，提出了城市应急车辆优先通行问题中的两个关键问题：路径选择问题与交叉口优先通行问题。他们通过国内外研究现状的分析提出了应急车辆优先通行权的路径选择问题，通过对实施应急车辆优先通行措施后路段状态的预测，选择应急车辆出行时间最短路径，并采用改进的Dijkstra算法求解，最后用并算例证明了其可行性。提出了应急状态下的交叉口信号配时方案选择方法，以实现在应急车辆到达前消散排队车辆并能够绿灯通行的目的，并用算例证明了其可行性。

贾永幸 ^[2]在其文章中分别通过对单一应急车辆的调度问题，多种应急车辆调度问题以及应急车辆调度模型实例验证，研究了不同情况下的下应急车辆调度方案,结果表明与实际应急车辆调度情况比较相符,可以为重特大交通事故处置人员快速搜索应急车辆资源并生成合理地应急车辆调度方案提供重要参考依据。

谢秉磊、胡正、赵航 ^[3]等通过对应急车辆交叉口信号有限控制来降低应急车辆的救援时间这一方面，在分析应急车辆运行特性的基础上,得到了交叉口车辆检测器和应急车辆检测器的设置方式,并且建立了应急车辆信号优先控制的两阶段转换和优化模型,一方面保证应急车辆安全无延误地通过交叉口，另一方面减少应急车辆通过前后其他车辆的排队和延误，并对应急车辆信号优先利用Vissim软件进行仿真，验证了通过信号控制来减少应急车辆通过交叉口配对时间的可行性和有效性。

宋辉华 ^[10] 在文章中分析并阐述了多个应急车辆到达信号交叉口时涉及到的信号优先问题，总结了应急状态下的交叉口所具备的特点。文中借助多智能体相关技术提出针对此情况的信号交叉口优先控制系统结构。通过协调不同的相位智能体，得到绿灯相位时长。通过管理智能体从整体出发，得到各相位最佳的排序。运用结合了专家知识的模糊推理方法来协调以上两种智能体，最后得到信号优先控制策略。

张睿 ^[4]在他的文章中研究运输应急资源的车辆调度问题,重点研究了基于最短完成时间和动态可挽救性的应急车辆调度模型及算法等问题。主要介绍了应急物流和车辆调度的有关知识以及国内外相关研究的现状,强调了最短完成时间和动态可挽救性在应急车辆调度中的重要作用,并给出了应急车辆调度问题的模型和算法,并用实例进行了模型验证。

总体来说，国内关于交叉口应急车辆优先通行的研究大都是交叉口信号或者运筹规划的角度来探索的，并没有引入可变当向车道的概念，多种方法结合处理解决交叉口应急车辆优先通行问题。而这也是本次设计的主要方式和重点所在。

2.国外研究现状

国外的应急车辆优先策略研究起步较早，1929年美国程委员会出版的《交通标志,信号和标线》里面就涉及到应急车辆信号优先控制,但由于技术限制,一开始并未得到广泛的重视，随着后来计算机机通信技术的发展，应急车辆优先控制硬件及系统设计也得到了提升。Brian Wolshon 博士和 Laurence Lambert II^[14]从可变车道的控制方法、发展以及使用的场所等各个方面对可变车道的设置和控制的相关设施进行了研究；Bachelder^[17]等提出基于感应线圈的应急车辆信号优先控制系统; 美国的 Hoose.H J^[16]对可变车道的信号控制和相应的交通规则进行了研究，保证可变车道实施时轻交通方向的正常通行和整个系统的有效性，从而保证整个可变交通系统的安全性；Bretherton^[18]等通过对设置在美国佐治亚州的一条公路上的可变车道设置前后的道路安全指标对比分析，同样发现在路段设置可逆车道后，交通事故有所增加。

总体来说国外在应急车辆信号优先方面的研究主要集中在应急车辆信号优先硬件及系统设计方面,对交叉口应急车辆信号优先的具体转换方法以及优化模型涉及得较少。

2、基本内容和技术方案

主要针对交叉口处在设置可变导向车道条件下，结合车道方向改变以及信号配时，对应急车辆优先通行的策略和方案进行研究。

研究基本思路：

[1] 查阅国内外文献，利用国内外研究情况结合本科期间所学知识整理总结现行集会活动交通组织优缺点，并模拟分析可能出现的情况和安全隐患。

[2] 主要通过两个方面进行设计，一是通过对交叉口信号灯的控制来减少应急车辆在交叉口的延误，二是通过对应急车辆赋予交叉口车道更多的通行空间、通行权及通行方式来提高交叉口应急车辆通行效率。

[3] 通过武汉当地一些主要交叉口的交通调查，了解应急车辆过交叉大致情况，并了解在普通车道上的应急车辆运行情况相结合进行分析。

[4] 对现有交叉口提出新的或不同应急车辆信号配时方案，并进行仿真模拟，得到最优方案。

[5] 将设计成果进行模拟分析是否符合实际情况，并进行可行性分析。

主要章节及内容：

第一章 绪论

第二章 应急车辆车道优先概念；

第三章 车道优先的通行效率；

第四章 交叉口可变导向车道设置策略；

第五章 应急车辆交叉口延误现状调查与分析；

第六章 应急车辆交叉口优先通行策略。

技术方案

1.研究目标

通过本科所学知识，查阅国内外文献中的相关资料，在老师的指导下，提出交叉口应急车辆优先可行方案，加以创新，总结出一套自己的全新的交叉口信号控制和车辆组织方法，在对其他社会车辆影响较小为应急车辆提供一个良好的通行空间和权利。具体需要完成任务如下：

1、提出对交叉口信号灯的控制来减少应急车辆在交叉口的延误的方案。

2、通过仿真模拟来研究信号方案的可行性和有效性

3、提出对应急车辆赋予交叉口车道更多的通行空间、通行权及通行方式的各种方案，并权衡利弊，找到最优，最可行的方案

技术方案

研究技术路线图如下：

3、进度安排

1、第一周 消化选题，查阅国内外相关文献，完成文献综述。

2、第三周 拟定论文架构，完成开题报告；

3、第四周 完成论文所需数据资料的采集工作；

4、第七周 完成论文总体框架和核心内容；

5、第八周 提交论文初稿；

6、第十一周 对初稿进行修改，提交论文二稿；

7、第十三周 对二稿进行修改，提交论文终稿和外文资料翻译；

8、第十五周 毕业论文答辩。

4、参考文献

[1] 毕煦东.城市应急车辆优先通行关键问题研究[D].西南交通大学,2014.

[2] 贾永幸 重特大交通事故现场处置中应急车辆调度问题的研究[D].吉林大 学,2011.

[3] 谢秉磊,胡正,赵航.交叉口应急车辆信号优先控制的两阶段模型[J].系统工 程学报,2011,04:492-499

[4] 张睿.基于最短完成时间和动态可挽救性的应急车辆调度问题研究[D].山东 大学,2010.

[5] 丁靖 信号控制交叉口可变导向车道的研究 [D].大连理工大学,2015.5

[6] 赵韩涛 城市应急车辆调度模型优化研究 [D].哈尔滨工业大学

[7] 庞浩 、刘杨 城市应急车辆配置决策支持系统结构设计与应用[D].南京农业 大学

[8]周洋、林浩、顾姗姗、陈峻 信号交叉口可变导向车道上游检测器布设及触 发条件研究 北京理工大学学报2013-12-15

[9] 陈东静、李林波、朱锐、吴兵 信号交叉口可变车道主预信号配时协调关系 研究重庆交通大学学报 2013-01-23

[10] 宋辉华 基于多智能体的多应急车辆信号优先控制问题研究：哈尔滨工业大 学交通科学与工程学院，

[11]徐红领 信号交叉口可变车道预信号关系的研究 北京工业大学 2014-06-01

[12] Wong C K, Wong S C, Tong C O. A Lane-Based Optimization Methodfor the Multi-Period Analysis of Isolated Signal- ControlledJunctions[J]. Transportmetrica, 2006, 2(1):53-58

[13] Transportation Research Board. Highway CapacityManual2000[R]. Washington, D .C .National Research Council,2001.

[14] Wolshon B.Lambert L. Reversible lane systems: Synthesis ofpractice[J]. Journal of Transportation Engineering, 2006,132(12): 933-944.

[15] David N Wormley. Sharon D. Banks Robert E Skinner NCHRPReport 395 Capacity and OperationalEffects of Midblock Left-Turn Lanes[J]. Transportation Research BoardNational Research Council, 1997.

[16] Hoose, H J. Planning Effective Reversible Lane Control[J].TIE Journal, 2005, 25(2): 408-413.

[17] Bachelder A. Foster .C. System would predictivelypreempt traffic light for emergency vehicles

[18] Retherton W M ,Elhaj M .IS A REVERSIBLE LANE SYSTEM SAFE [C] .Compendium of Technicalpapers for the 66^th ITE An nal Meeting . 1996: 277-281

