信号控制交叉口交通评价实验教学方案设计

高建杰，曹建军，欧居尚

(四川警察学院 道路交通管理系,四川 泸州 646000)

信号控制交叉口交通评价是各交通类专业必修的实验项目,也是工程实践中常开展的工作之一。为保证道路交通的安全,节省成本,许多院校在实验方案设计过程中多采用了仿真和虚拟实验的方法,研究了仿真软件在教学中的应用[1-5],而对实验教学方案的组织过程研究较少。

信号交叉口交通评价实验项目需要团队合作共同完成一项实验。如果实验教学组织不合理,会使学生在自主设计和实施实验方案的过程中,遇到实验工作任务分工不明确、任务分配不均衡、协调性差等系列问题,直接影响对学生实践能力的培养和教育公平性的体现。因此,本文以信号控制交叉口为研究对象,设计了交叉口交通评价实验教学方案,强调实验组织过程的开展,注重可操作性和学生工程意识、综合实践能力的培养,对指导教师组织实验,引导学生完成实验,具有现实意义。

1 实验原理与知识储备

信号控制交叉口的交通质量评价工作涉及交通畅通性、交通安全性、环境保护、用地和经济等方面的内容[6-8],本实验项目只考虑交通畅通性和交通安全性。由于交通安全性定量评价指标仅适合做长期评价,且考虑学生实验设计的可操作性,本实验项目设计仅对信号控制交叉口交通安全性进行定性评价(如果方便获取交叉口的交通事故数据,也应开展定量分析),评价方法参考文献[9]。交通畅通性的评价方法依据行业标准[10],分通行状态与控制效益两部分进行定量评价。

信号控制交叉口交通质量的评价分为现状的分析评价和改善方案的分析评价,且应进行改善前后的对比分析评价。本实验项目可在信号控制交叉口现状的情景下进行,也可在改善方案设计完成后的情景下进行。现状的分析评价结果可为制定交通组织改善方案提供依据,改善方案的分析评价可为方案有效性验证或改善方案间的比选提供理论支撑,使交通问题的分析更加科学严谨。

实验整体思路如图1所示。

图1 信号控制交叉口交通质量评价基本流程

1.1 信号控制交叉口交通安全性评价

对于信号控制交叉口,交通安全诊断内容包括几何条件、管理设施和交通环境三个方面。具体内容可参考文献[9]。

详细考察诊断信号控制交叉口每一项交通安全问题后,需要对交通安全问题的显著性和可能造成事故的恶性程度进行打分,显著性(打分值)分为不太明显(1～1.9)、明显(2～2.9)、较明显(3～3.9)、很明显(4～5)四个等级,可能造成事故的恶性程度分为轻(1～1.9)、中(2～2.9)、较重(3～3.9)、重(4～5)四个等级。将打分值作为排序模型的两个评价指标,计算排序指数,然后按照排序指数的大小对安全问题进行排序。计算排序指数的模型为:

Y＝0.39Ci＋0.61Si(i＝1,2, …,n) (1)式中,Y为交叉口交通安全问题的排序指数,Y值越大的是应优先考虑解决的问题；Ci为显著性指标的得分值；Si为可能造成事故恶性程度指标的得分值；i为所分析交叉口存在的第i个交通安全问题；n为所分析交叉口存在的交通安全问题数。

1.2 信号控制交叉口交通畅通性评价

信号控制交叉口交通畅通性评价分通行状态与控制效益两部分进行定量评价。具体评价指标见文献[10]。

评估指标可采用理论计算法、人工调查法、自动检测法、浮动车法、交通仿真法等方法获取。依据控制目标和需求,评估可采用单项指标评估,也可采用多项指标加权综合评估。

如果采用单指标确定交叉口服务水平,参考美国 《道路通行能力手册2010》及我国行业标准[11],对信号交叉口的机动车服务水平划分确定,应符合表1的规定。当交叉口现状的饱和度大于0.85,必须计算延误指标；当延误与饱和度对应的服务水平不一致时,则应以延误对应的服务水平为准[12]。

表1 信号交叉口机动车服务水平

2 实验方案设计

2.1 实验目的

2.1.1 知识方面

掌握信号控制交叉口交通安全性评价和交通畅通性评价的相关知识,掌握信号控制交叉口交通安全问题诊断分析的建立方法及关键性安全问题的排查方法,掌握VISSIM仿真交叉口交通质量的基本方法,掌握单项指标和多项指标加权综合评价的基本知识,掌握信号控制交叉口设计相关技术标准。

2.1.2 能力方面

具备针对信号控制交叉口交通安全隐患排查的能力,具备VISSIM仿真软件应用的工程实践能力,发现问题、分析问题的能力,具备小组协作能力和团体合作精神。

2.1.3 素质方面

具备基本的道路交通管理工程素养和职业素养,建立严谨的工作态度和踏实的工作作风。

2.2 组织方案

本实验项目采用班级分组、小组分工、团结合作的作业方式,完成实验后分小组进行PPT汇报,最后指导教师总结。

2.2.1 班级分组

指导教师根据班级人数进行分组,按照前述实验对象的选取原则,对每组指定一个信号控制交叉口。每组以8～12人为宜。

2.2.2 小组成员分工

小组成员先讨论选定组长(或者由指导教师指定),组长负责安排小组成员具体工作任务。首先应制定工作方案,确定小组人员工作任务分配情况,可参考表2所列进行人员分工。

表2 小组成员任务分工

说明:

1)工作任务中的交通安全性评价与交通畅通性评价应同时进行；通行状态评价与控制效益评价应同时进行。若有交叉口改善方案,则进行改善前后对比分析。

2)每项任务分解应安排1名负责人,并在要求时限内完成,不能影响下一项任务的开展。

3)具有先后顺序进行工作的人员安排,人员可重复,如:“交通安全问题诊断分析表”安排的1～2人完成工作后,可继续参与 “排序并确定关键问题”工作。

2.2.3 开展PPT汇报

指导教师组织,选定每组2名学生代表为PPT汇报过程中每组表现评分,最后指导教师做总结。

2.2.4 工作要求

1)总学时以4学时为宜,其中,交通安全性评价和交通畅通性评价同时进行,占用3学时,PPT汇报1学时。

2)实验实施过程实行组长负责制,团结合作完成实验项目。任务分工应尽量做到每个人的工作量基本相当。小组成员严格按照任务分工,按时完成工作任务,在此要求前提下,尽量让每个小组成员参与实验过程的各个环节。应杜绝某些个人不参与实验或实验任务量过小的情况。实验考核中小组成员相互打分应占一定比重。

2.3 实验准备

2.3.1 实验对象

指导教师选定某信号控制交叉口作为实验对象,选取原则为:

1)为训练学生对理论知识的应用能力,所选交叉口应具有典型性交通问题。

2)考虑学生对实验对象的熟悉程度,优先选择前期实验项目中实地调查过的交叉口或学校周边的信号控制交叉口。

3)指导教师应指定每个组对应一个信号控制交叉口,每个信号控制交叉口难易度、工作量尽量相差不大。交叉口的形式、特点宜有所差别。

2.3.2 实验场景

本项目实验是在室外作业(或指导教师提供基础数据)的基础上进行的室内作业,在实验室采用小组合作、分工协作的组织形式。实验场景可为一间或多间教室,并具备以下功能:

1)教室内应具备多台安装有Office办公软件和AutoCAD制图软件的计算机或足够的电源插座,学生可自带电脑,进行数据的分析处理工作。

2)教室内书桌可移动,便于学生开展小组讨论与协作。

3)教室内应具备多媒体投影系统。在实验最后阶段,能够满足学生分组PPT汇报的需要。

2.3.3 实验器材

1)VISSIM仿真软件。用于仿真再现或预演交通质量,并输出评价指标。应注意需要对VISSIM软件仿真参数进行校正之后,再输出所需评价指标。

2)Office办公软件。Excel电子表格用于分析处理数据,制作图表；PowerPoint用于制作PPT。

3)Google Earth或AutoCAD软件。用于制作VISSIM仿真软件需要的底图。

2.4 实验步骤

在实验准备完成后,应根据小组成员任务分工表(如表2所示)的安排,同时进行交叉口交通安全性评价和交通畅通性评价。

2.4.1 交通安全性评价

1)1～2人根据交叉口实际情况,参考文献[9]建立信号控制交叉口交通安全问题的诊断表。

2)3～4人负责联系并组织小组成员根据交通安全问题诊断表进行打分,有条件也可联系指导老师或专业教师打分。

3)统计打分结果,根据式(1)计算排序指数,对安全问题进行排序。交通安全问题的显著性和可能造成事故的恶性程度的打分值应由小组每位成员独立打分,然后取平均值。若有条件由教师打分,则应综合教师打分值与学生打分值来计算加权平均值,教师打分值的权重建议取0.6～0.7,学生打分值的权重建议取0.3～0.4,二者权重之和为1。

4)根据计算结果,确定交叉口需解决的几个关键交通安全问题,并对交通安全性评价进行总结。

2.4.2 交通畅通性评价

1)3～4人负责运用VISSIM软件对交叉口进行仿真。需要先进行仿真参数校正,然后仿真再现或预演交叉口的交通质量。

2)2～3人负责组织小组成员讨论确定通行状态评价指标,并选用评价方法。另外2～3人负责组织小组成员讨论确定控制效益评价指标,并选用评价方法。评价方法可采用单项指标评估,也可采用多项指标加权综合评估,所采用方法可由指导教师指定或由小组成员讨论确定。若采用单项指标评估,指标选取可由小组成员根据控制目标和需求讨论确定；但控制效益评价中,必须根据平均信号控制延误或饱和度评定交叉口的服务水平等级,应至少具体到交叉口每个进口道。若采用多项指标加权综合评估,各指标权重应依据控制目标和需求,结合查阅文献资料及指导教师的建议来确定。

3)根据选取的评价指标,分别计算或VISSIM仿真输出所需通行状态评价和控制效益评价指标值。

4)根据所选用的评价方法,分别对通行状态和控制效益进行评价,并对评价结果进行总结。

2.4.3 交叉口改善前后对比分析

若有交叉口改善方案,则应进行改善前后的对比分析。

1)学生应根据现状评价的工作任务分工和实验步骤,针对改善方案进行交通安全性和交通畅通性评价,并总结改善方案的评价结果。

2)分别从交通安全性和交通畅通性两个方面,对比交叉口改善前后的效果。要求运用图表进行改善前后的对比分析。参考形式如图2所示。

图2 改善前后对比分析

2.4.4 实验总结

1)小组成员共同讨论和总结实验结论,分工完成实验报告,同时安排1～2人制作PPT,准备PPT汇报工作。

2)指导教师组织开展PPT汇报。由指导教师选定每组2名学生代表为PPT汇报过程中每组表现评分,最后指导教师做总结。

2.5 实验考核

本实验项目内容包含了信号控制交叉口交通安全性评价、交通畅通性评价(含通行状态评价和控制效益评价)、改善前后对比分析、实验报告编制和PPT汇报等内容。为了更准确地评价学生在实验项目中发挥的作用和各小组进行交叉口评价的效果,本实验项目采用学生评价与教师评价相结合的考核方式,以教师评价为主,学生评价为辅,分阶段考核的形式。

2.5.1 考核内容

1)实验内容与结果的准确性。

实验内容的完整性,包含了交通安全性评价、交通畅通性评价、VISSIM仿真、改善前后对比等内容。

交通安全性评价的准确性,考核交通安全问题诊断表建立是否合理、交通安全问题的排序指数计算是否准确、评价过程是否严谨、交通问题诊断是否准确等。

交通畅通性评价的准确性,包含了通行状态评价和控制效益评价。考核VISSIM仿真过程及效果、评价指标选取是否合理、评价方法计算是否正确、评价结论是否准确等。

若有改善方案,应考核改善前后对比分析结论的可靠性、对比分析图表制作等。

2)实验报告的质量。

实验报告的完整性,考核是否包含了封面、目录、概述、交通安全性评价、交通畅通性评价、总结、附表等。

实验报告的规范性,考核报告正文的格式是否规范,结构是否严谨,语言文字表达是否准确流畅及逻辑性等。

3)PPT汇报的表现。

PPT制作展示效果,考核PPT内容是否有明显错误,PPT制作是否美观大方,幻灯片之间链接是否有序,与汇报内容的逻辑顺序是否吻合,是否能全面反映汇报内容提纲、总体效果等。

汇报人的汇报状况,考核汇报人是否思路清晰、逻辑性强、语言流畅、举止端庄大方,以及时间控制是否恰当等。

4)小组成员的表现。

由小组成员之间相互评分考核,主要根据小组成员承担的任务工作量的大小、任务完成情况、实验过程的认真程度、积极性、考勤等情况进行评分。

2.5.2 考核评分标准

上述每项考核内容,均按百分制评分,分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级,如表3所示。

表3 考核评分标准

2.5.3 考核成绩构成

1)考核内容中的实验内容与结果的准确性、实验报告的质量、PPT汇报的表现,由教师和学生代表共同评分。评分结果为每个小组的综合得分,每个学生该部分的成绩即为所在小组的得分成绩。

2)考核内容中的小组成员表现,由小组成员间进行相互评分,评分结果为每个学生的得分。

3)每个学生的成绩＝学生所在小组教师评分×60% ＋学生所在小组学生代表评分×20% ＋小组成员间评分×20%。

3 结束语

本文将信号控制交叉口交通评价分为交通安全性评价和交通畅通性评价两部分,以此为基础设计了实验教学方案。设计过程侧重于教学组织过程,注重解决教学组织过程中常遇到的问题,强调可操作性和教育公平性,有利于学生综合实践能力和工程意识的培养,为教师的实验教学组织提供了借鉴。