CN102157064A - 设置公交专用道的信号交叉口设计方法 - Google Patents

Abstract

一种设置公交专用道的信号交叉口设计方法，包括步骤：a)先确定设置公交专用道的信号交叉口通行能力，b)再设计该交叉口几何线型和信号配时。本方法对原有的饱和流率法进行了改进，考虑了在设置公交专用道的信号交叉口中公交车辆与社会车辆混行下的饱和车头时距等对交叉口通行能力的影响，适合于设置公交专用道的信号交叉口通行能力计算；本发明充分考虑了设置公交专用道的信号交叉口中公交车辆与社会车辆的相互作用对通行能力的影响，可以根据交叉口的具体交通状况确定相应的交叉口通行能力，能够更加真实的反应交叉口通行能力的特征情况，可信度较高。

Description

设置公交专用道的信号交叉口设计方法

技术领域

信号交叉口设计中交叉口几何线型设计和信号配时是极其重要的组成，而交叉口通行能力计算是几何线型设计和信号配时的重要依据。随着公交专用道的推广，公交专用道对交叉口通行能力的影响越来越不可忽略。本方法在设置公交专用道的信号交叉口的几何线型优化和信号配时设计方法中，引入以饱和流率法为基础的，考虑公交专用道影响的信号交叉口通行能力方法，用来优化设置公交专用道的信号交叉口几何线型和信号配时，为交通工程师科学、合理的进行交通规划管理提供了依据，属于交通规划与管理领域。

背景技术

信号交叉口通行能力是指在当前道路、交通、控制和环境条件下，该信号交叉口一小时内所能通过车辆的最大数。常见的十字形交叉口有四个进口方向，本发明求解的是设置公交专用道的信号交叉口进口方向(见说明书附图1)的通行能力，没有公交专用道的信号交叉口进口方向通行能力可采用常见方法求解，各进口方向通行能力之和即为整个信号交叉口的通行能力。

这种交叉口没有设置公交专用进口道，公交专用道在交叉口进口道之前已经终止。设置公交专用道后，公交在进入交叉口前需要由公交专用道驶出至目标车道，公交与社会车辆会进行一定的交织，形成交织区域。车流在进入交叉口进口道前一定长度的路段上必然发生较多的交织运行，同时在此路段上较多的车辆变换车道行为引发了交通流冲突与干扰，使其交通流特性与普通路段有较大不同。

目前对交叉口通行能力的研亢方法主要包括停车线法、冲突点法和饱和流率法等。国外的相关研亢主要集中在确定各种车型的当量小汽车换算系数，由此反映公交车对信号交叉口通行能力的影响；国内的研亢侧重于车型修正和停靠站对信号交叉口通行能力的影响，但在公交专用道对交叉口通行能力的影响方面的研亢较少，无法满足设置公交专用道的信号交叉口几何线型设计和信号配时的需求。

经发明人长期研亢发现，设置公交专用道的信号交叉口通行能力的影响因素主要包括：车道条件、信号设计条件以及交通条件。设置公交专用道后，会造成公交与社会车辆在交织区内的交织，如果能够考虑交织区的车辆运行对交叉口通行能力的影响，将会使通行能力计算更加符合实际，同时还为交通工程师进行交叉口几何线型设计和信号配时提供了技术支持。

发明内容：

技术问题：本方法在计算设置公交专用道的信号交叉口通行能力的过程中，考虑了车辆交织运行对信号交叉口通行能力的影响，提出了公交与社会车辆混行状态下的饱和车头时距计算方法。确定了公交车辆比例、公交车道变换、社会车辆车道变换和交织长度对信号交叉口通行能力的影响，利用层次分析法确定了每一种影响的权重值，最终得到了信号交叉口通行能力的公交专用道折减系数。本方法所建立的信号交叉口通行能力计算方法克服了原有计算方法中没有考虑公交专用道的影响所带来的误差，而且计算方法的适用性和计算准确性都较为理想，具有较高的实用价值。

技术方案：为达到上述目的，本发明提出一种设置公交专用道的信号交叉口设计方法，其特征是包括步骤：a)先确定设置公交专用道的信号交叉口通行能力，b)再设计该交叉口几何线型和信号配时；

设置公交专用道的信号交叉口通行能力计算方法是这样进行的：

1.)通过实际调查，获得以下数据：进口车道坡度G，公交专用道相邻车道每小时停车数N_m，公交车辆每小时停车数N_B，车道组中右转车的百分比P_RT，车道组中左转车的百分比P_LT，交叉口信号周期长度T，绿灯时间g_e，每小时通过的总车辆数n，每小时公交车数量r，左转公交车辆占所有公交车辆的比例V_bl，直行公交车辆占所有公交车辆的比例V_bs，公交车占所有车辆的比例V_b，右转社会车辆占所有社会车辆的比例V_pr，交织区长度L、车道宽度K、车道数N、前车为社会车辆的社会车辆车头时距h_pp、前车为社会车辆的公交车头时距h_pb、前车为公共汽车的社会车辆车头时距h_bp、前车为公共汽车的公交车头时距h_bb。

2.)利用调查得到的车头时距数据和交通量数据，计算公交与社会车辆混行状态下的饱和车头时距 

3.)利用调查得到的数据计算常见的流率修正系数，包括车道宽度修正系数f_w、车道坡度修正系数f_g、相邻车道停车次数修正系数f_p、公交车辆停车次数修正系数f_bb、地区类型修正系数f_a、车道组中右转车修正系数f_RT、车道组中左转车修正系数f_LT。然后利用公式∏f＝f_w×f_g×f_p×f_bb×f_a×f_RT×f_LT得到饱和流率修正系数∏f。

4.)利用调查得到的交通数据计算交织区修正系数，包括公交车比例修正系数F₁、公 交车左转修正系数F₂、公交车直行比例修正系数F₃、社会车辆右转修正系数F₄、交织长度修正系数F₅。

5.)利用常见的层次分析法得到各交织区修正系数的权重值W_i(i＝1，2，3，4，5)，然后计算公交专用道修正系数F_gj。

6.)利用上述步骤得到饱和车头时距 

饱和流率修正系数∏f和公交专用道修正系数F_gj，结合调查得到的数据计算设置有公交专用道的信号交叉口通行能力。

2.利用调查得到的车头时距数据和交通量数据，计算公交与社会车辆混行状态下的饱和车头时距 

的具体步骤为：

1.)当公交车未出现在车队的队首和队尾的时候，其概率 

此时车队的饱和车头时距为 

2.)当公交车仅出现在车队的队首的时候，其概率 

比时车队的饱和车头时距为 

3.)当公交车仅出现在车队的队尾的时候，其概率 

此时车队的饱和车头时距为 

4.)当公交车同时出现在车队的队首队尾的时候，其概率 

此时车队的饱和车头时距为 

5.)由公式 

计算混行状态下饱和车头时距 

3.利用常见的层次分析法得到各交织区修正系数的权重值，然后计算公交专用道修正 系数F_gj的具体步骤为：

1.)根据各交织区修正系数的相对重要性的比较，采用常见的九级标度法建立判断矩阵。计算判断矩阵的最大特征根和最大特征根对应的特征向量，规格化后得到各系数的权重。

2.)将交织区修正系数F_i(i＝1，2，3，4，5)的权重W_i确定之后，利用公式 

以得到公交专用道修正系数F_gj。

4.计算设置有公交专用道的信号交叉口通行能力的具体步骤为：

对于设置公交专用道的交叉口通行能力，采用本发明提出的方法进行求解。设置公交专用道的信号交叉口进口方向通行能力采用公式 

求解，没有设置公交专用道的信号交叉口进口方向通行能力可采用常见方法求解。最后各进口方向的通行能力求和即为整个信号交叉口的通行能力。

设计该交叉口几何线型和信号配时的步骤包括：

先获取交通流率v和整个信号交叉口通行能力C；根据交叉口具体情况来设置交叉口几何线型和信号配时，直至满足设计要求。

有益效果：本发明与现有技术相比具有以下优点：

1.)本方法对原有的饱和流率法进行了改进，考虑了在设置公交专用道的信号交叉口中公交车辆与社会车辆混行下的饱和车头时距、公交车辆比例、公交车道变换、社会车辆车道变换和交织长度对交叉口通行能力的影响，这种方法适合于设置公交专用道的信号交叉口通行能力计算，可以更好地为城市交通规划与管理服务。

2.)本发明充分考虑了设置公交专用道的信号交叉口中公交车辆与社会车辆的相互作用对通行能力的影响，可以根据交叉口的具体交通状况确定相应的交叉口通行能力，能够更加真实的反应交叉口通行能力的特征情况，可信度较高，可以更好地为设置公交专用道的信号交叉口几何线型设计和信号配时提供依据。

附图说明

附图1为设置公交专用道的信号交叉口示意图，图框内为设置公交专用道的信号交叉口进口方向。

附图2为设置公交专用道的信号交叉口通行能力计算方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明做进一步说明：

由于在设置公交专用道的信号交叉口通行能力计算方法过程中系数比较多，在此，对其进行详细说明：

A.设置公交专用道的信号交叉口通行能力计算方法数据调查

通过对设置公交专用道的信号交叉口进行实地调查，获取通行能力计算所需要的系数，调查过程需要满足时段需求：

a.可以直接实地调查获取的数据

包括进口车道坡度G、交叉口信号周期长度T、绿灯时间g_e、交织区长度L、车道宽度K、车道数N。

b.需要在高峰期内观测的数据

高峰期通常指工作日的上午7点至9点和下午17点至19点，需要在高峰期内观测的数据包括前车为社会车辆的社会车辆车头时距h_pp、前车为社会车辆的公交车头时距h_pb、前车为公共汽车的社会车辆车头时距h_bp、前车为公共汽车的公交车头时距h_bb。

c.需要进行长时间观测(至少5小时)得到的数据

包括公交专用道相邻车道每小时停车数N_m、公交车辆每小时停车数N_B、车道组中右转车的百分比P_RT、车道组中左转车的百分比P_LT、公交车占所有车辆的比例V_b，左转公交车辆占所有公交车辆的比例V_bl，直行公交车辆占所有公交车辆的比例V_bs，右转社会车辆占所有社会车辆的比例V_pr、每小时通过的总车辆数n，每小时公交车数量r。

B.利用调查得到的车头时距数据和交通量数据，计算公交与社会车辆混行状态下的饱和车头时距 

的具体步骤为：

a.当公交车未出现在车队的队首和队尾的时候，其概率 

此时车队的饱和车头时距为 

b.当公交车仅出现在车队的队首的时候，其概率 

比时车队的饱和车头时距为 

c.当公交车仅出现在车队的队尾的时候，其概率 

此时车队的饱和车头时距为 

d.当公交车同时出现在车队的队首队尾的时候，其概率 

此时车队的饱和车头时距为 

e.由公式 

计算混行状态下饱和车头时距 

C.利用调查得到的数据计算常见的饱和流率修正系数∏f

利用调查得到的数据计算流率修正系数，然后计算饱和流率修正系数∏f，具体步骤如下：

a.车道宽度修正系数f_w的计算

常见的车道宽度有3.75m和3.5m两种。当车道宽度K＝3.75m时，f_w＝1；当车道宽度K＝3.5m时，f_w＝0.95。

b.车道坡度修正系数f_g的计算

使用进口车道组的坡度G， 

c.相邻车道停车次数修正系数f_p的计算

使用公交专用道相邻车道每小时停车数N_m， 

d.公交车辆停车次数修正系数f_bb的计算

使用公交车辆每小时停车数N_B， 

e.地区类型修正系数f_a的计算

根据交叉口所在区域，中心商业区时f_a＝0.900，其他地区f_a＝1.000。

f.车道组中右转车修正系数f_RT的计算

使用车道组中右转车的百分比P_RT，当存在右转专用车道时，f_RT＝0.85，右转车使用 共用车道时，f_RT＝1.0-(0.15)P_RT，只有一条社会车道时，f_RT＝1.0-(0.135)P_RT。

g.车道组中左转车修正系数f_LT的计算

使用系数车道组中左转车的百分比P_LT，当存在左转专用车道时，f_LT＝0.95，左转车使用共用车道时， 

h.计算饱和流率修正系数∏f

利用公式∏f＝f_w×f_g×f_p×f_bb×f_a×f_RT×f_LT得到饱和流率修正系数∏f。

D.利用调查得到的数据计算各交织区修正系数

利用调查得到的交通数据计算各交织区修正系数，具体步骤如下

a.公交车比例修正系数F₁的计算

利用公交车占所有车辆的比例V_b， 

b.公交车左转修正系数F₂的计算

利用系数左转公交车辆占所有公交车辆的比例V_bl，

$F_2=0.0476V_{b1}^2-0.7595V_{b1}+0.9564.$

c.公交车直行比例修正系数F₃的计算

利用系数直行公交车辆占所有公交车辆的比例V_bs，

$F_3=0.1369V_{\mathrm{bs}}^2-0.2577V_{\mathrm{bs}}+0.9073.$

d.社会车辆右转修正系数F₄的计算

利用系数右转社会车辆占所有社会车辆的比例V_pr，

$F_4=-0.2381V_{\mathrm{pr}}^2-{0.4881V}_{\mathrm{pr}}+0.9193.$

e.交织长度修正系数F₅的计算

利用系数交织区长度L，F₅＝0.6345exp(0.0011L)。

E.计算公交专用道修正系数F_gj

利用常见的层次分析法得到各交织区修正系数的权重值，再计算公交专用道修正系数， 具体步骤为

a.上述交织区修正系数权重确定

根据各交织区修正系数的相对重要性的比较，采用常见的九级标度法建立判断矩阵。计算判断矩阵的最大特征根和最大特征根对应的特征向量，规格化后得到各系数的权重。

b.公交专用道修正系数F_gj的计算

将交织区修正系数F_i(i＝1，2，3，4，5)的权重W_i确定之后，利用公式 

可以得到公交专用道修正系数F_gj。

F.计算设置有公交专用道的信号交叉口通行能力

对于设置公交专用道的信号交叉口进口方向，结合上述步骤获得的各修正系数，其通行能力可以采用公式 

求解，没有设置公交专用道的信号交叉口进口方向通行能力可采用常见方法求解。最后各进口方向的通行能力求和即为整个信号交叉口的通行能力。

所述设计交叉口几何线型和信号配时，具体过程如下：

对于本交叉口，获取交叉口各进口方向的交通流率数据。

交叉口几何线型调整过程为：v_i为交叉口第i个进口方向的交通流率，C_i为利用前述方法计算的交叉口第i个进口方向通行能力。比较第i个交叉口进口方向的v_i和C_i。如果出现v_i＞C_i的情况，此时交通流率大于此进口方向通行能力，此时需要增加一条车道，然后再利用前述方法计算此时的C_i，如果依然出现v_i＞C_i的情况，再增加一条车道，如此反复计算，直到此进口方向满足v_i＜C_i，此进口方向几何线型调整结束。

交叉口信号配时的过程为：在交叉口相位数量和周期长度T确定的情况下，对于同一相位中的车道组，利用前述方法计算第j个车道组的通行能力C_j，使用此车道组的交通流率v_j除以C_j，得到v_j/C_j，然后比较同一相位下的所有v_j/C_j，得到最大的(v_j/C_j)_max，对应的车道组就是本相位的关键车道组。利用公式 

就可以计算此相位的绿灯时间g，其中s为利用常见的饱和流率法计算的该关键车道组的饱和流率。

Claims (8)

1.一种设置公交专用道的信号交叉口设计方法，其特征是包括步骤：a)先确定设置公交专用道的信号交叉口通行能力，b)再设计该交叉口几何线型和信号配时；

所述步骤a)的步骤包括：

1.)获得以下数据：进口车道坡度G、公交专用道相邻车道每小时停车数N_m、公交车辆每小时停车数N_B、车道组中右转车的百分比P_RT、车道组中左转车的百分比P_LT、交叉口信号周期长度T、绿灯时间g_e、每小时通过的总车辆数n、每小时公交车数量r、左转公交车辆占所有公交车辆的比例V_bl、直行公交车辆占所有公交车辆的比例V_bs、公交车占所有车辆的比例V_b、右转社会车辆占所有社会车辆的比例V_pr、交织区长度L、车道宽度K、车道数N、前车为社会车辆的社会车辆车头时距h_pp、前车为社会车辆的公交车头时距h_pb、前车为公共汽车的社会车辆车头时距h_bp、前车为公共汽车的公交车头时距h_bb；

2.)公交与社会车辆混行状态下的饱和车头时距

3.)利用调查得到的数据计算流率修正系数，包括：车道宽度修正系数f_w、车道坡度修正系数f_g、相邻车道停车次数修正系数f_p、公交车辆停车次数修正系数f_bb、地区类型修正系数f_a、车道组中右转车修正系数f_RT、车道组中左转车修正系数f_LT；然后得到饱和流率修正系数∏f＝f_w×f_g×f_p×f_bb×f_a×f_RT×f_LT；

4.)利用调查得到的交通数据计算交织区修正系数，包括：公交车比例修正系数F₁、公交车左转修正系数F₂、公交车直行比例修正系数F₃、社会车辆右转修正系数F₄和交织长度修正系数F₅；

5.)利用层次分析法得到各交织区修正系数的权重值W_i(i＝1，2，3，4，5)，然后计算公交专用道修正系数F_gj。

6.)先得到设置有公交专用道的信号交叉口进口方向的通行能力

再得到没有设置公交专用道的信号交叉口进口方向通行能力；最后各进口方向的通行能力求和即为整个信号交叉口的通行能力；

所述步骤b)的步骤包括：

先获取交通流率v和整个信号交叉口通行能力C，再根据交叉口具体情况来设置交叉口几何线型和信号配时，直至满足设计要求。

2.根据权利要求1所述的设置公交专用道的信号交叉口设计方法，其特征是所述步骤1)中，

需要在高峰期调查的数据包括前车为社会车辆的社会车辆车头时距h_pp、前车为社会车辆的公交车头时距h_pb、前车为公共汽车的社会车辆车头时距h_bp、前车为公共汽车的公交车头时距h_bb。

需要进行长时间观测得到的数据包括公交专用道相邻车道每小时停车数N_m、公交车辆每小时停车数N_B、车道组中右转车的百分比P_RT、车道组中左转车的百分比P_LT、公交车占所有车辆的比例V_b，左转公交车辆占所有公交车辆的比例V_bl，直行公交车辆占所有公交车辆的比例V_bs，右转社会车辆占所有社会车辆的比例V_pr、每小时通过的总车辆数n，每小时公交车数量r。

3.根据权利要求1所述的设置公交专用道的信号交叉口设计方法，其特征是所述步骤2)中，计算公交与社会车辆混行状态下的饱和车头时距

的步骤包括：

21)当公交车未出现在车队的队首和队尾的时候，其概率

此时车队的饱和车头时距为

22)当公交车仅出现在车队的队首的时候，其概率

此时车队的饱和车头时距为

23)当公交车仅出现在车队的队尾的时候，其概率此时车队的饱和车头时距为

24)当公交车同时出现在车队的队首队尾的时候，其概率此时车队的饱和车头时距为

25)由公式

计算混行状态下饱和车头时距

4.根据权利要求1所述的设置公交专用道的信号交叉口设计方法，其特征是所述步骤3)中，计算饱和流率修正系数∏f的步骤包括：

31)车道宽度修正系数f_w的计算：常见的车道宽度有3.75m和3.5m两种。当车道宽度K＝3.75m时，f_w＝1；当车道宽度K＝3.5m时，f_w＝0.95；

32)车道坡度修正系数f_g的计算：使用进口车道组的坡度G，

33)相邻车道停车次数修正系数f_p的计算：使用公交专用道相邻车道每小时停车数N_m，

$f_p=\frac{N-0.1-\frac{{18N}_m}{3600}}{N};$

34)公交车辆停车次数修正系数f_bb的计算：使用公交车辆每小时停车数N_B，

$f_{\mathrm{bb}}=\frac{N-\frac{{14.4N}_B}{3600}}{N};$

35)地区类型修正系数f_a的计算：根据交叉口所在区域，中心商业区时f_a＝0.900，其他地区f_a＝1.000；

36)车道组中右转车修正系数f_RT的计算：使用车道组中右转车的百分比P_RT，当存在右转专用车道时，f_RT＝0.85，右转车使用共用车道时，f_RT＝1.0-(0.15)P_RT，只有一条社会车道时，f_RT＝1.0-(0.135)P_RT；

37)车道组中左转车修正系数f_LT的计算：使用系数车道组中左转车的百分比P_LT，当存在左转专用车道时，f_LT＝0.95，左转车使用共用车道时，

38)计算饱和流率修正系数∏f：利用公式∏f＝f_w×f_g×f_p×f_bb×f_a×f_RT×f_LT得到饱和流率修正系数∏f。

5.根据权利要求1所述的设置公交专用道的信号交叉口设计方法，其特征在于所述步骤4)中，

41)公交车比例修正系数F₁的计算：利用公交车占所有车辆的比例V_b，

$F_1=-11.3636V_b^2+2.3212V_b+0.7807;$

42)公交车左转修正系数F₂的计算：利用左转公交车辆占所有公交车辆的比例V_bl，

$F_2=0.0476V_{b1}^2-0.7595V_{b1}+0.9564;$

43)公交车直行比例修正系数F₃的计算：利用直行公交车辆占所有公交车辆的比例V_bs，

$F_3=0.1369V_{\mathrm{bs}}^2-0.2577V_{\mathrm{bs}}+0.9073;$

44)社会车辆右转修正系数F₄的计算：利用右转社会车辆占所有社会车辆的比例V_pr，

$F_4=-0.2381V_{\mathrm{pr}}^2-{0.4881V}_{\mathrm{pr}}+0.9193;$

45)交织长度修正系数F₅的计算：利用交织区长度L，F₅＝0.6345exp(0.0011L)。

6.根据权利要求1所述的设置公交专用道的信号交叉口设计方法，其特征在于所述步骤5)中，

1.)根据各交织区修正系数的相对重要性的比较，采用九级标度法建立判断矩阵；计算判断矩阵的最大特征根和最大特征根对应的特征向量，规格化后得到各系数的权重；

2.)将交织区修正系数F_i(i＝1，2，3，4，5)的权重W_i确定之后，利用公式

以得到公交专用道修正系数F_gj。

7.根据权利要求1所述的设置公交专用道的信号交叉口设计方法，其特征在于所述步骤6)中，

61)对于设置有公交专用道的信号交叉口进口方向，结合上述步骤获得的各修正系数，其通行能力可以采用公式

求解。

62)求解没有设置公交专用道的信号交叉口进口方向通行能力的方法包括停车线法、冲突点法或饱和流率法。

最后各进口方向的通行能力求和即为整个信号交叉口的通行能力。

8.根据权利要求1所述的设置错开式公交专用进口道的信号交叉口设计方法，其特征在于所述步骤b)中，设置本交叉口几何线型和信号配时，过程如下：

交叉口几何线型调整过程为：v_i为本交叉口第i个进口方向的交通流率，C_i为本交叉口第i个进口方向通行能力；比较第i个交叉口进口方向的v_i和C_i，如果v_i＞C_i，此时交通流率大于此进口方向通行能力，则增加一条车道；然后再计算此时的C_i，如果依然出现v_i＞C_i的情况，再增加一条车道；如此反复计算，直到此进口方向满足v_i＜C_i，此进口方向几何线型调整结束；

交叉口信号配时的过程为：在本交叉口的相位数量和周期长度T确定的情况下，对于同一相位中的车道组，计算第j个车道组的通行能力C_j，使用此车道组的交通流率v_j除以C_j，得到v_j/C_j，然后比较同一相位下的所有v_j/C_j，得到最大的(v_j/C_j)_max，对应的车道组就是本相位的关键车道组；利用公式

就可以计算此相位的绿灯时间g，其中s为利用饱和流率法计算的该关键车道组的饱和流率。

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