CN102157065B - 设置直通式公交专用进口道的信号交叉口设计方法 - Google Patents

Abstract

一种设置直通式公交专用进口道的信号交叉口设计方法，包括步骤：a)先确定设置直通式公交专用进口道的信号交叉口通行能力，b)再设计交叉口几何线型和信号配时。本方法考虑直通式公交专用进口道影响的信号交叉口通行能力方法，可以用来评价和优化设置直通式公交专用进口道的信号交叉口几何线性。

Description

设置直通式公交专用进口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。本方法在设置直通式公交专用进口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，考虑直通式公交专用进口道影响的信号交叉口通行能力方法，用来优化设置直通式公交专用进口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直通式公交专用进口道的信号交叉口进口方向(见说明书附图一)的通行能力，没有此种公交专用进口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。

公交专用进口道是指：在信号交叉口的进口道中，有一个或多个进口道为公交车辆专用，其他社会车辆(不包含特殊车辆)不允许进入。它保证公交车辆在交叉口同社会车辆分离，红灯时不需排在其他社会车辆之后等待，可以直接到达停车线处，这样就能够在绿灯亮的时候以第一时间通过交叉口，减少公交车辆在交叉口所受的延误。直通式公交专用进口道是指公交专用道直接延伸到交叉口停车线，此时直行公交车可以直接行驶到进口道，无需变换车道，减少了进入交叉口前直行公交车与社会车辆的交织。

目前对交叉口通行能力的研究方法主要包括停车线法、冲突点法和饱和流率法等。国外的相关研究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；国内的研究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究较少，无法满足设置直通式公交专用进口道的信号交叉口几何线型设计和信号配时的需求。

经发明人长期研究发现，设置直通式公交专用进口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。设置直通式公交专用进口道后，直行公交车无需变换车道，可以直接进入交叉口进口道，减少了直行公交与社会车辆的交织，而左转和右转公交仍需通过车道变换进入目标车道，因此公交与社会车辆仍然存在交织，仍需要对其进行折减。直通式公交专用道减少了直行公交与社会车辆在交叉口之前的冲突，但是对于无右转专用相位的交叉口，直行公交与右转社会车流会在交叉口内会形成冲突。如果能够考虑公交车辆与社会车辆相互作用对交叉口进口道通行能力的影响，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：本方法在计算设置直通式公交专用进口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，确定了公交车辆比例、公交车道变换对信号交叉口通行能力的影响，利用层次分析法确定了每种影响的权重值，得到了信号交叉口通行能力的直通式公交专用进口道折减系数，并且对右转车道通行能力进行了交通冲突修正。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直通式公交专用进口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直通式公交专用进口道的信号交叉口设计方法，其特征是包括步骤：a)先确定设置直通式公交专用进口道的信号交叉口通行能力，b)再设计交叉口几何线型和信号配时；

设置直通式公交专用进口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：社会车道的饱和车头时距h_pp和公交专用进口道的饱和车头时距h_bb，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，进口方向有效绿灯时间g_e，右转绿灯时间g_r，直行右转同时放行的时间占右转放行时间的比例ψ_s，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，直行公交车每小时的交通量V_bss，每小时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、社会右转车道数N_r、社会直行车道数N_s、社会左转车道数N_l、公交专用进口道车道数N_b。

2.)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。

3.)利用调查得到的交通数据计算进口道修正系数，包括公交车比例修正系数F₁、公交车左转修正系数F₂。

4.)利用常见的层次分析法得到各进口道修正系数的权重值W_i(i＝1，2)，然后计算公交专用进口道修正系数F_gj。

5.)对右转车道进行交通冲突修正，利用上述步骤得到的饱和流率修正系数∏f和公交进口道修正系数F_gj，结合调查得到的数据计算设置有直通式公交专用进口道的信号交叉口通行能力。

2.利用常见的层次分析法得到各进口道修正系数的权重值，然后计算公交专用进口道修正系数F_gj的具体步骤为：

1.)根据各进口道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.)将进口道修正系数F_i(i＝1，2)的权重W_i确定之后，利用公式

可以得到公交专用进口道修正系数F_gj。

3.计算设置有直通式公交专用进口道的信号交叉口通行能力的具体步骤为：

1.)利用调查获得的数据计算右转车道通行能力修正系数

当不存在直行与右转相位同时放行时，P_pr＝1。

2.)对于设置有直通式公交进口道的交叉口进口通行能力，采用本发明提出的方法进行求解，其中社会右转车道通行能力利用公式

求解，社会直行车道通行能力利用公式

求解，社会左转车道通行能力利用公式求解，公交专用进口道通行能力利用公式

求解。

3.)先计算设置有直通式公交专用进口道的信号交叉口通行能力为(C_s+C_l+C_r+C_b)；

然后求解没有设置有直通式公交专用进口道的信号交叉口进口方向通行能力C_p；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C＝(C_s+C_l+C_r+C_b)+C_P；

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。

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，考虑了在设置有直通式公交专用进口道的信号交叉口中公交车辆比例、公交车道变换对交叉口通行能力的影响，并且解决了右转车道通行能力的交通冲突修正问题。这种方法适合于设置有直通式公交专用进口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.)本发明充分考虑了在设置直通式公交专用进口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，可以更好地为设置直通式公交专用进口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

附图一为设置直通式公交专用进口道的信号交叉口示意图，放大部分为设置直通式公交专用进口道的信号交叉口进口方向。

附图二为设置直通式公交专用进口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：

由于在设置直通式公交专用进口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.设置直通式公交专用进口道的信号交叉口通行能力计算方法数据调查

通过对设置直通式公交专用进口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，调查需要满足时段要求：

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、车道宽度K、进口方向有效绿灯时间g_e、右转绿灯时间g_r、直行右转同时放行的时间占右转放行时间的比例ψ_s、社会右转车道数N_r、社会直行车道数N_s、社会左转车道数N_l、公交专用进口道车道数N_b。

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，需要在高峰期获得的数据包括社会车道的饱和车头时距h_pp、公交专用进口道的饱和车头时距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，直行公交车每小时的交通量V_bss。

B.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，

其中N_i为相应车道组的车道数。

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，

其中N_j为相应车道组的车道数。

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，其他地区时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。

C.利用调查得到的数据计算各进口道修正系数F_gi

利用调查得到的交通数据计算各进口道修正系数，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

利用左转公交车辆占所有公交车辆的比例V_bl，

D.计算公交专用进口道修正系数F_gj

利用常见的层次分析法得到各进口道修正系数的权重值，再计算公交专用进口道修正系数，具体步骤为：

a.上述进口道修正系数权重确定

根据各进口道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.公交专用进口道修正系数F_gj的计算

将进口道修正系数F_i(i＝1，2)的权重W_i确定之后，利用公式可以得到公交专用进口道修正系数F_gj。

E.计算设置有直通式公交专用进口道的信号交叉口通行能力

利用上述系数，结合调查数据，分别计算社会车道和公交专用进口道的通行能力，继而得到此交叉口进口方向的通行能力，最后获得信号交叉口的通行能力。

a.利用调查获得的数据计算右转车道通行能力修正系数

当不存在直行与右转相位同时放行时，P_pr＝1。

b.对于设置有直通式公交进口道的交叉口进口通行能力，采用本发明提出的方法进行求解，其中社会右转车道通行能力利用公式求解，社会直行车道通行能力利用公式

求解，社会左转车道通行能力利用公式求解，公交专用进口道通行能力利用公式

求解。

c.利用公式C_s+C_l+C_r+C_b，将上述所得的各车道通行能力相加，即可得到设置直通式公交专用进口道的交叉口进口方向的通行能力。没有设置直通式公交专用进口道的信号交叉口进口方向通行能力C_p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C＝(C_s+C_l+C_r+C_b)+C_P。

本例中，所述设计交叉口几何线型和信号配时，过程如下：

对于特定交叉口，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 (3)

1.一种设置直通式公交专用进口道的信号交叉口设计方法，其特征是包括步骤：a）先确定设置直通式公交专用进口道的信号交叉口通行能力，b）再设计交叉口几何线型和信号配时：

所述设置直通式公交专用进口道的信号交叉口通行能力计算方法，包括如下步骤：

1.）获得以下数据：社会车道的饱和车头时距h_pp、公交专用进口道的饱和车头时距h_bb、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、进口方向有效绿灯时间g_e、右转绿灯时间g_r、直行右转同时放行的时间占右转放行时间的比例ψ_s、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、直行公交车每小时的交通量V_bss、每小时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、社会右转车道数N_r、社会直行车道数N_s、社会左转车道数N_l和公交专用进口道车道数N_b；

2.）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；然后计算饱和流率修正系数Πf=f_w×f_g×f_p×f_bb×f_a×f_RT×f_LT；

3.）计算进口道修正系数，包括公交车比例修正系数F₁和公交车左转修正系数F₂；

4.）利用层次分析法得到各进口道修正系数的权重值W_i，i=1,2，然后计算公交专用进口道修正系数F_gj；

5.）先对右转车道进行交通冲突修正，得到修正系数P_pr；再计算设置有直通式公交专用进口道的进口方向的通行能力为（C_s+C_l+C_r+C_b）；其中，

社会右转车道通行能力： $C_r=\frac{3600}{h_{\mathrm{pp}}}\×\mathrm{\Πf}\×F_{\mathrm{gj}}\×N_r\×\frac{g_e}{T}\×P_{\mathrm{pr}},$

社会直行车道通行能力： $C_s=\frac{3600}{h_{\mathrm{pp}}}\×\mathrm{\Πf}\×F_{\mathrm{gj}}\×N_s\×\frac{g_e}{T},$

社会左转车道通行能力： $C_l=\frac{3600}{h_{\mathrm{pp}}}\×\mathrm{\Πf}\×F_{\mathrm{gj}}\×N_l\×\frac{g_e}{T},$

公交专用进口道通行能力： $C_b=\frac{3600}{h_{\mathrm{pp}}}\×\mathrm{\Πf}\×F_{\mathrm{gj}}\×N_b\×\frac{g_e}{T},$

然后求解没有设置有直通式公交专用进口道的信号交叉口进口方向通行能力C_p；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C=（C_s+C_l+C_r+C_b）+C_P；

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；

所述步骤2）中，计算饱和流率修正系数Πf的步骤包括：

21）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；

22）车道坡度修正系数f_g的计算：使用进口车道组的坡度G，

23）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，

其中N_i为相应车道组的车道数；

24）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，

其中N_j为相应车道组的车道数；

25）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，其他地区时f_a=1.000；

26）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=1.0-0.15P_RT，只有一条社会车道时，f_RT=1.0-0.135P_RT；

27）车道组中左转车修正系数f_LT的计算：使用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，

28）计算饱和流率修正系数Πf：利用公式Πf=f_w×f_g×f_p×f_bb×f_a×f_RT×f_LT得到饱和流率修正系数Πf；

所述步骤3）中，

31）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，

F₁=-11.3636V_b ²+2.3212V_b+0.7807；

32）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，

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

所述步骤4）中，

41）根据各进口道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；

42）将进口道修正系数F_i，i=1,2的权重W_i确定之后，利用公式可以得到公交专用进口道修正系数F_gj；

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：

对于本整个信号交叉口，先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_e，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。

2.根据权利要求1所述的设置直通式公交专用进口道的信号交叉口设计方法，其特征是所述步骤1）中，

需要在高峰期内获得的数据包括社会车道的饱和车头时距h_pp、公交专用进口道的饱和车头时距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、直行公交车每小时的交通量V_bss。

3.根据权利要求1所述的设置直通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5）中，

右转车道通行能力修正系数：

当不存在直行与右转相位同时放行时，P_pr=1；

求解没有设置有直通式公交专用进口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。

Images