CN102122442A - 叠加相位的平面十字型交叉口定时信号配时方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种城市道路交通控制领域中的叠加相位的平面十字型交叉口定时信号配时方法，先计算各进口各流向的流量比，将一个流向的流量比之和较大的冲突点定为关键冲突点，关键冲突点对应的车流组合定为关键车流组，交叉口两个流向的关键车流组构成关键流量链；再根据公式计算关键流量链的周期时长，针对各个流向的车流进行分配绿灯时长，最后根据公式计算各向车流显示绿灯时长，确定叠加相位方案。本发明根据计算的配时结果自动生成科学、准确的叠加相位方案，可调整公式中的参数来控制车流的饱和度，自由设置各向车流的饱和度，调节周期时长，方便实现某向车流信号的优先，增加了交叉口通行能力和提高车流的服务水平。

Description

叠加相位的平面十字型交叉口定时信号配时方法
 
技术领域
本发明涉及平面十字型交叉口定时信号配时方法，属于城市道路交通控制领域。
背景技术
目前我国常用的平面十字型交叉口配时方法有韦伯斯特（Webster）方法和上海市工程建设规范《城市道路平面交叉口规划与设计规程》所推荐的方法（下简称上海规程法）；这两种配时方法都是针对常规信号相位，即非叠加相位，同一相位中所有车流的绿灯时间同时启动和结束；由于交通流的不均衡性总是存在的，这两种配时方法的缺陷是浪费了交叉口的绿灯资源，不仅如此，由于韦伯斯特方法中延误估算公式的固有缺陷，所以当交叉口较为拥挤时，韦伯斯特方法计算得出的周期时长会严重偏大；上海规程法计算得出的周期时长其实是最短周期时长，由于交通流的波动性，在交叉口会产生二次排队现象。
叠加相位又称组合相位，就是在某相位结束前提前启动另一个相位的一股或多股车流或者说在某相位开始前提前结束其前期相位的一股或多股车流，两个相位之间存在部分重叠，或者是，在信号周期中增加了一种“小相位”，正是这种“小相位”的存在，绿灯时间得以更加充分的利用，通行能力得以增加，交通效率可以提高。叠加相位方法是首先设计出适合交叉口交通流特点的叠加相位方案，然后通过参数修正，再采用韦伯斯特配时方法进行计算周期时长和分配绿灯时间。目前的叠加相位方法除了具有韦伯斯特方法延误估算公式的固有缺陷外，还存在叠加相位方案的设计过程复杂，阻碍叠加相位实际应用的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的平面十字型交叉口定时信号配时方法，无需事先设计复杂的叠加相位方案，简化、优化配时流程，充分利用绿灯资源，缩短周期时长。
本发明采用的技术方案是依次包括如下步骤：1）计算各进口各流向的流量比，将一个流向的流量比之和y较大的冲突点定为关键冲突点，关键冲突点对应的车流组合定为关键车流组，交叉口两个流向的关键车流组构成关键流量链；2）根据公式                                                
Figure 118788DEST_PATH_IMAGE001
计算所述关键流量链的周期时长C，式中：L是各关键车流组的总损失时间，X i 是关键流量链中车流i的饱和度，y i 是关键流量链中车流i的流量比；3）针对各个流向的车流进行分配绿灯时长，首先给关键流量链的各向车流分配绿灯时长，然后再给非关键流量链的车流分配绿灯时长，关键流量链的各向车流绿灯时长按公式
Figure 547364DEST_PATH_IMAGE002
计算，非关键流量链车流的绿灯分配时长按公式
Figure 760171DEST_PATH_IMAGE003
计算，式中：y j 是非关键流j对应的流量比，N是交叉口一个通行方向上关键车流组的流量集合；
Figure 92057DEST_PATH_IMAGE004
是交叉口一个通行方向上非关键车流组的流量集合；4）根据公式
Figure 364907DEST_PATH_IMAGE005
计算各向车流显示绿灯时长g i ，式中：A i 是车流i的黄灯时间，取3s；l i 是车流i的启动损失时间，取3s；5）根据计算所得的显示绿灯时长确定叠加相位方案，配时结束。
本发明的有益效果是：本发明提供了叠加相位的信号配时公式，根据配时公式进行配时计算，根据计算的配时结果自动生成科学、准确的叠加相位方案，可调整公式中的参数来控制车流的饱和度，自由设置各向车流的饱和度，调节周期时长，方便实现某向车流信号的优先，避免了事先设计叠加相位方案的复杂工作，增加了交叉口通行能力和提高车流的服务水平。
附图说明
图1是叠加相位的平面十字型交叉口定时信号配时流程图；
图2是平面十字型交叉口关键交通冲突示意图；
图3是平面十字型交叉口的相位图。
具体实施方式
参见图1，平面十字型交叉口定时信号配时的前期准备工作采用现有的常规方法，包括确定多时段信号配时的时段划分，调查配时时段内各进口道各流向的设计交通量，确定各进口道车道渠化方案，估算各进口各车道的实际饱和流量。
前期准备工作后计算各进口各流向的流量比，根据流量比之和y确定本发明的关键流量链，关键流量链的确定方法具体如下：
如图2所示的平面十字型交叉口关键交通冲突示意图，图2中的E、S、W、N分别表示交叉口的东、南、西、北道路方向，将绿灯分为两个方向，第一是南北道路方向（N-S）给予绿灯，第二是东西道路方向（E-W）给予绿灯，当设置左转专用相位时，假设右转机动车不受控制，左转车流和对向直行车流依次先后通过冲突点A、B、C、D。A点对应的车流是直行车流2和左转车流4，两个车流的流量比之和为y 2+y 4；B点对应的车流是直行车流1和左转车流3，两个车流的流量比之和为y 1+y 3；C点对应的车流是直行车流5和左转车流7，两个车流的流量比之和为y 5+y 7；D点对应的车流是直行车流6和左转车流8，两个车流的流量比之和为y 6+y 8。在交叉口的一个道路方向上，将一个流向的流量比之和y较大的冲突点定为关键冲突点。关键冲突点对应的车流组合，称之为关键车流组。交叉口两个流向方向的关键车流组构成关键流量链。信号配时只有要满足关键流量链的通行要求，则其它车流也能满足。常规的情况是：流量比之和y≤0.9，继续进行下一步骤，确定各个关键流量链的饱和度X i ，当计算的流量比之和y＞0.9时，则重新回到前期准备工作阶段。
在确定关键流量链后，计算关键流量链的周期时长C，具体步骤是：
信号交叉口配时的首要目标是满足通行要求，即关键流量链中的车流饱和度都应小于1，即：
Figure 280779DEST_PATH_IMAGE006
         （1）
式中，X i 代表关键流量链中车流i的饱和度；q i 代表关键流量链中车流i的小时流量；S i 代表关键流量链中车流i对应的车道组的小时饱和流量；CAP i 代表关键流量链中车流i对应的车道组的通行能力；C代表周期时长（秒）；g ei 代表关键流量链中车流i的有效绿灯时间（秒）；y i 代表关键流量链中车流i的流量比。
根据公式（1）可以得到关键车流组有效绿灯时间的表达式：
Figure 297277DEST_PATH_IMAGE002
                              （2）
各关键车流组的有效绿灯时间之和加上总损失时间L就是关键流量链的周期时长C：
                               （3）
把公式（2）带入到公式（3）中，可得到关键流量链的周期时长C的表达式：
Figure 190070DEST_PATH_IMAGE001
                               （4）
得到关键流量链的周期时长C后，针对各个流向的车流进行分配绿灯时长，分两个步骤：首先给关键流量链的各向车流分配绿灯时长，然后再给非关键流量链的车流分配绿灯时长，其中，关键流量链的各向车流绿灯时长按公式（2）式计算，非关键流量链车流的绿灯分配时长按以下公式（5）式计算：
Figure 140709DEST_PATH_IMAGE003
                      （5）
式中，y j 为非关键流j对应的流量比；N为交叉口一个通行方向（例如北道路通行方向）上关键车流组的流量集合；
Figure 210165DEST_PATH_IMAGE004
为交叉口一个通行方向（例如北道路通行方向）上非关键流量组的流量集合。
分配绿灯时长后便可计算显示绿灯时长，各向车流显示绿灯时长和有效绿灯时长的关系如下式：
                            （6）
式中：g i 为车流i的显示绿灯时间；A i 为黄灯时间，可取3s；l i 为车流的启动损失时间，一般取3s。
最后，根据计算的显示绿灯时长确定叠加相位方案。
和现有配时方法不同，本发明是对交叉口各个车流进行分配绿灯时间，由于车流的不均衡性，因此，根据该方法普遍可以得到叠加相位的方案。
下面提供一个具体的计算实施例对本发明作进一步说明。
实施例
假设图2所示的十字交叉口的流量和饱和流量见表1，各个流向都只有一个专用车道，配时总损失时间取12秒。
表1 算例交叉口的流量和饱和流量
南北方向上，y 1+y 3=0.4040，y 2+y 4=0.4545，后者大，则A点为关键冲突点，左转车流4和直行车流2为南北道路方向上的关键车流组；在东西方向上，y 5+y 7=0.2045，y 6+y 8=0.2576，后者大，则D点为关键冲突点，左转车流8和直行车流6为东西方向上的关键车流组，那么，关键流量链为：直行车流2、左转车流4、直行车流6和左转车流8。
假设南北方向为主要道路，东西方向为次要道路。取主要道路方向的关键车流饱和度为0.8，次路方向的关键车流饱和度为0.85，则周期时长C的计算如下：
Figure 506913DEST_PATH_IMAGE009
取C=93s
关键流向的绿灯时长分配如下：
Figure 114481DEST_PATH_IMAGE010
Figure 159606DEST_PATH_IMAGE012
Figure 22520DEST_PATH_IMAGE013
非关键流向的绿灯时长分配如下：
Figure 433779DEST_PATH_IMAGE014
Figure 717310DEST_PATH_IMAGE016
则各股车流的显示绿灯时间为：
g 1=29s, g 2=39s, g 3=24s, g 4=14s, g 5=11s, g 6=18s, g 7=17s, g 8=10s
规定车流的放行顺序为先直行后左转，则相位图如图3所示，图3中，直行车流2和左转车流3之间存在7s的叠加相位，直行车流6和左转车流7之间存在4s的叠加相位。

Claims (2)

1.一种叠加相位的平面十字型交叉口定时信号配时方法，其特征是依次包括如下步骤：
1）计算各进口各流向的流量比，将一个流向的流量比之和y较大的冲突点定为关键冲突点，关键冲突点对应的车流组合定为关键车流组，交叉口两个流向的关键车流组构成关键流量链； 
2）根据公式                                               
Figure DEST_PATH_IMAGE002
计算所述关键流量链的周期时长C，式中：L是各关键车流组的总损失时间，X i 是关键流量链中车流i的饱和度，y i 是关键流量链中车流i的流量比；   
3）针对各个流向的车流进行分配绿灯时长，首先给关键流量链的各向车流分配绿灯时长，然后再给非关键流量链的车流分配绿灯时长，关键流量链的各向车流绿灯时长按公式
Figure DEST_PATH_IMAGE004
计算，非关键流量链车流的绿灯分配时长按公式
Figure DEST_PATH_IMAGE006
计算，式中：y j 是非关键流j对应的流量比，N是交叉口一个通行方向上关键车流组的流量集合；
Figure DEST_PATH_IMAGE008
是交叉口一个通行方向上非关键车流组的流量集合；
4）根据公式
Figure DEST_PATH_IMAGE010
计算各向车流显示绿灯时长g i ，式中：A i 是车流i的黄灯时间，取3s；l i 是车流i的启动损失时间，取3s；
5）根据计算所得的显示绿灯时长确定叠加相位方案，配时结束。
2.根据权利要求1所述的叠加相位的平面十字型交叉口定时信号配时方法，其特征是：所述流量比之和y≦0.9时，根据公式
Figure DEST_PATH_IMAGE012
确定各个关键流量链的饱和度X i ，式中：q i 是关键流量链中车流i的小时流量；S i 是关键流量链中车流i对应的车道组的小时饱和流量；CAP i 是关键流量链中车流i对应的车道组的通行能力。
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