CN102433811B - 港区道路交叉口最小间距确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于道路设计技术领域，涉及一种港区道路交叉口最小间距确定方法，该方法对与交叉口相连的港区道路的换道频繁区域以及交叉口进行二维元胞划分，其它部分采用一维元胞，构建交叉口附近港区道路的元胞模型，包括下列的步骤：(1)构建驾驶员感知模块(2)构建行为模块(3)设定各种车型在主路上出现的比例、速度及各种车辆发车频率，在不同交叉口间距和发车频率条件下进行仿真实验，通过分析仿真得到交通流时空图和车辆延误数据，得到不同交通条件下合适的交叉口最小间距。本发明能够较为精确地反映交叉口间距对港区道路通行能力的影响，从而为不同条件下的港区道路交叉口间距的确定提供方法。

Description

港区道路交叉口最小间距确定方法

技术领域

本发明属于道路设计技术领域，涉及一种港区道路交叉口最小间距确定方法。

背景技术

从国内外相关文献阅读可知，现有道路交叉口最小间距研究技术以路网通行效率和交通安全设计为基础，路网通行效率主要关注交叉口最小间距与整体路网通行能力、服务水平等指标之间的关系，交通安全主要关注交叉口最小间距与交叉口渠化设计、标志标线设计、交叉口视距等交叉口交通设计之间的关系。美国运输研究委员会(TRB)在1994公布的国家合作高速公路研究项目(NCHRP)研究报告Project 3-33，用于交通量调查和数据统计分析技术证明了，交叉口间距与道路自由流速度、道交通事故具有密切关系，并运用TTC(time to collision)、PET(post-encroachmenttime)等微观仿真软件研究交叉口间距如何影响交叉口交通安全，并提出优化措施。马永峰博士在《公路平面交叉口合理间距研究》中从满足交叉口识别距离要求、满足交通标志设置有效性要求、满足车辆换道要求、满足超车视距要求、满足交叉口视距和考虑车辆行车轨迹要求六个方面计算交叉口间距，并结合安全间距理论分析、信号控制、转角净距等因素综合分析交叉口合理间距。卢凯等在《经典干道协调控制信号配时数解算法的改进》中运用信号协调控制方法，基于最大绿波带设计理论确定干道沿线交叉口的合理间距；毛大德在《考虑排队长度的道路信号交叉最小间距问题》中为解决相邻交叉口间距太小造成交叉口交通拥堵问题，运用排队长度估算方法确定交叉口最小间距。

从已有相关文献阅读分析可知，针对道路交叉口最小间距研究的已有技术具有以下特点：

(1)道路交叉口最小间距研究对象是以城市小汽车为主，未发现针对港区大型车辆的道路出入口间距研究的相关文献；

(2)现有技术对车辆进入交叉口功能范围内驾驶行为、交通冲突的影响机制研究不明晰，即车辆单体车道变换、车辆跟驰等，而车辆单体在交叉口功能区的驾驶行为、交通冲突研究是探究交叉口间距与路网通行效率和交通安全之间相互关系的基础，这一过程的描述是非常复杂的，特别是港口大型车辆。

根据上述背景技术分析可知，现有国内外道路交叉口最小间距研究技术包括数据统计分析、微观交通仿真软件、安全间距计算、最大绿波设计、排队长度估算等，未对港区大型车辆在交叉口功能区复杂驾驶行为、交通冲突的影响机制深入研究，进而现状研究技术缺乏基础研究支撑。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种能够更为细致和准确地描述港区大型车辆在交叉口复杂交通环境下驾驶行为和交通冲突行为特征，继而获取合理的港区道路交叉口最小间距的方法，以此指导港区道路设计。本发明的技术方案如下：

一种港区道路交叉口最小间距确定方法，该方法对与交叉口相连的港区道路的换道频繁区域以及交叉口进行二维元胞划分，其它部分采用一维元胞，构建交叉口附近港区道路的元胞模型，包括下列的步骤：

(1)构建驾驶员感知模块

1)前方车道的拥堵感知

将不同范围内的拥堵对感知的影响采用权重来表示，并对其进行标定，通过车辆占有元胞占感知范围元胞总数的比例来计算前方各车道的感知道路占有率，具体方法如下：

设l_r表示驾驶员的感知-反应距离；

表示第i个感知范围的长度；l_v表示视距半径，则驾驶员i在t时刻车道l的感知交通拥堵程度p(i，l，t)可表示为

S_ls表示车道l感知范围的分段数量；

ω_lj表示车道l第j个感知范围的对总体感知的影响权重；

o_lj表示车道l第j个感知范围的估计占有率；

如果p(i，l，t)-p(i，l-1，t)＞ω_left，则h_w(i，t+1)＝h_w(i，t)+δ_hr；如果p(i，l，t)-p(i，l+1，t)＞ω_right，则h_w(i，t+1)：＝h_w(i，t)+δ_rr，其中，ω_left，ω_right表示由于拥堵而产生的向左、向右换道意愿的阈值，h_w(i，t)表示第i个驾驶员t时刻的换道意愿，δ_hr表示拥堵对r类驾驶员换道的影响系数，：＝表示利用符号右侧的参数对左侧变量进行替换；

2)信号灯的感知

1)如果驾驶员在视距范围内看到的当前车道的信号灯为红灯，

如果ξ≤p_r(r)，则h_w(i，t+1)：＝h_w(i，t)+δ_rr，其中p_r(r)表示红灯对r类驾驶员换道意愿的影响概率，δ_rr表示红灯对r类驾驶员换道的影响系数。

2)如果驾驶员在视距范围内看到当前车道的信号灯为黄闪状态，则

如果ξ≤p_y(r)，则v(i，t+1)：＝v(i，t)+a_r，p_y(r)表示黄闪对r类驾驶员加速意愿的影响概率，v(i，t)表示第i辆车t时刻的速度，a_r表示黄闪对r类驾驶员加速的影响系数。

3)相邻车辆状态

设C表示当前车辆，LB，LF，F，RB，RF分别表示位于当前车辆左后、左前、前、右后、右前位置的相邻车辆，元胞长度l_c，道路允许的最大车速为v_max，将车辆速度离散为N_v＝v_max/l_c个区间，则每个感知点速度的等级数为N_v个，分别表示的实际车速范围为[(k-1)l_c，kl_c]，k＝1，2，...，N_v；

(2)行为模块

1)建立跟驰行为规则

2)建立换道行为规则

设t时刻对应位置C，LB，LF，F，RB，RF的车辆速度分别为v_C(t)，v_LB(t)，v_LF(t)，v_F(t)，v_RB(t)，v_RF(t)，其所在元胞位置分别为p_C(t)，p_LB(t)，p_LF(t)，p_F(t)，p_RB(t)，p_RF(t)，则向左换道时不发生碰撞需要满足的条件为v_C(t+1)-v_LB(t+1)＞p_LB(t)-p_C(t)，v_LF(t+1)-v_C(t+1)＞p_C(t)-p_LF(t)，驾驶员可加减速以满足换道条件，即v_C(t+1)∈S_C(t+1)，S_C(t+1)＝{v_C(t)-1，v_C(t)，v_C(t)+1}，考虑其它车辆行驶速度，当前车换道时存在以下几种状态：

L1：车辆LB减速或匀速行驶，，LF加速或匀速行驶，进行换道的条件为

使得p_LB(t)+v_LB(t)-p_c(t)＜v_C(t+1)＜v_LF(t)+p_LF(t)-p_c(t)；

L2：车辆LB加速行驶，LF匀速行驶，可进行换道的条件为：

使得p_LB(t)+v_LB(t)+1-p_c(t)＜v_C(t+1)＜v_LF(t)+p_LF(t)-p_c(t)；

L3：车辆LB匀速行驶，LF减速行驶，可进行换道的条件为：

使得p_LB(t)+v_LB(t)-p_c(t)+1＜v_C(t+1)＜v_LF(t)+p_LF(t)-p_c(t)-1；

L4：车辆LB加速行驶，LF减速行驶，可进行换道的条件为：

使得p_LB(t)+v_LB(t)-p_c(t)+1＜v_C(t+1)＜v_LF(t)+p_LF(t)-p_c(t)-1；

港区驾驶员的换道意愿的产生公式： $h_w(i,t+1):=h_w(i,t)+\underset{k\∈H_l}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\δ}}_{k,r}+{\mathrm{\δ}}_r,$ 式中δ_k，r表示第k类换道规则对r类驾驶员换道的影响系数，H_l表示满足的换道条件集合。

2)超车行为

将超车行为模拟为两次换道行为，设当前车所在车道为A车道，发生超车的车道为B车道，则将超车行为分解为从A车道到B车道的换道行为和从B车道到A车道的换道行为，每一个换道行为按照上述的换道行为来描述。

3)牵引车-半挂车左转和直行相互行为

设C2为通过交叉口时直行的车辆，C1为正在左转并与C2发生相互影响的牵引车-半挂车，当直行车辆刹车时，会影响左转车辆的正常行驶轨迹，C1必须采用紧急制动措施来避免与C2发生碰撞，此时C1沿与C2轨迹成β角度的方向行驶，制动后行进到与车辆C2碰撞的最长距离

式中，v₀表示直行车辆初速度；t₂表示开始踏下踏板到直行车辆上出现制动力所经过的时间，t₃表示制动力增长时间，j_max表示汽车最大制动减速度，t₂、t₃、j_max可以通过不同类型车辆的动态特性实验得到；

(3)设定除了牵引车-半挂车之外的仿真车型的元胞长度及各种车型在主路上出现的比例、速度及各种车辆发车频率，在不同交叉口间距和发车频率条件下进行仿真实验，通过分析仿真得到交通流时空图和车辆延误数据，得到不同交通条件下合适的交叉口最小间距。

本发明采用二维元胞自动机模型模拟仿真港区大型车辆在交叉口复杂交通环境下驾驶行为和交通冲突行为特征，为不同条件下的港区道路交叉口最小间距规划设计提供指导。具体而言，本发明的优点在于：

1)以往港区道路交叉口间距设置基本采用城市道路标准，没有对港区大型车辆比例大等特定交通条件没有进行充分考虑。本发明通过交通微观模型对大型车辆道路行驶和接近交叉口等行为进行了更细致的描述，通过条件输入、仿真、评价和反馈几个步骤来确定不同条件下的最小交叉口间距，技术创新性强。

2)本发明在道路换道频繁区域和交叉口划分为二维元胞，能够更细致刻画大型车辆轨迹，而在道路其他位置用一维元胞进行分割，通过将一维和二维元胞模型相结合的方法，能兼顾仿真真实性和仿真效率。

附图说明

图1道路和交叉口元胞划分。图中，d_s表示标志识别距离，d_q表示标志牵制距离，d_x信号灯识别距离，d_h换道频繁区域。

图2前方车道的拥堵感知示意图。

图3相邻车辆感知点位置。

图4(a)t时刻车辆接近道路交叉口的换道示意图。

图4(b)t+1时刻车辆接近道路交叉口的换道示意图。

图5牵引车-半挂车左转和直行相互影响轨迹。

图6仿真框架。

图7仿真路网。

图8不同仿真条件下的平均延误。

图9出入口间距与平均延误关系图。

图10L＝500m，f＝1040pcu/h/ln的交通流时空图。

图11L＝700m，f＝1040pcu/h/ln的交通流时空图。

图12L＝1000m，f＝1040pcu/h/ln的交通流时空图。

图13不同车型比例和交叉口间距下车辆的平均延误。

图14车型比例4∶1，L＝650m的交通流时空图。

图15车型比例4∶1，L＝710m的交通流时空图。

图16车型比例4∶1，L＝800m的交通流时空图。

具体实施方式

(1)道路元胞的划分

对车辆在与靠近交叉口港区道路上换道频繁区域以及交叉口进行二维元胞划分，其它部分采用一维元胞进行构建。本发明道路和交叉口元胞划分方法如图1所示，在换道频繁区域和交叉口进行二维元胞划分的原因是由于大型车辆的特殊性，其转弯时间较长，轨迹比较复杂，一维元胞在一个步长内将车辆置于相邻元胞的过程不足以刻画大型车辆的换道和转弯过程。

(2)感知模块的构建

1)前方车道的拥堵感知

车辆接近道路交叉口时，前方各车道车辆的影响程度对车辆的换道选择有很大的影响，本发明采用前方各车道的感知道路占有率表示，不同范围内的拥堵对感知的影响采用权重来表示，并可以通过现场实验加以标定。

如图2所示，l_r表示驾驶员的感知-反应距离，它是速度的函数；

表示第i个感知范围的长度；l_v表示视距半径。则t时刻车道l的感知交通拥堵程度p(l，t)可表示为：

$p(l,t)=\underset{i=1}{\overset{S_{\mathrm{ls}}}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{li}}{o}_{\mathrm{li}}$

S_ls表示车道l感知范围的分段数量；

ω_li表示车道l第i个感知范围的对总体感知的影响权重；

o_li表示车道l第i个感知范围的估计占有率；

上述占有率的感知是通过车辆占有元胞占感知范围元胞总数的比例来计算的，如果是二维元胞，则只要占用一个元胞，则把当前车道相同x坐标对应的所有元胞都按占用计算如果。左或者右车道比当前车道通畅且达到一定阈值，那么换道意愿就增加：

如果p(i，l，t)-p(i，l-1，t)＞ω_left，则h_w(i，t+1)＝h_w(i，t)+δ_hr；如果p(i，l，t)-p(i，l+1，t)＞ω_right，则h_w(i，t+1)：＝h_w(i，t)+δ_rr，其中，ω_left，ω_right表示由于拥堵而产生的向左、向右换道意愿的阈值，h_w(i，t)表示第i个驾驶员t时刻的换道意愿，δ_hr表示拥堵对r类驾驶员换道的影响系数，：＝表示利用符号右侧的参数对左侧变量进行替换。

2)信号灯的感知

本发明以普通信号灯为例，主要描述信号灯对驾驶员的两种影响：一种是部分驾驶员看到信号灯黄闪时的加速通过路口行为，另一种是部分驾驶员看到当前行驶方向为红灯而换道行驶行为。采用规则如下：

1)如果驾驶员在视距范围内看到的当前车道的信号灯为红灯，如果ξ≤p_r(r)，则h_w(i，t+1)：＝h_w(i，t)+δ_rr，其中p_r(r)表示红灯对r类驾驶员换道意愿的影响概率，h_w(i，t)表示第i个驾驶员t时刻的换道意愿，δ_rr表示红灯对r类驾驶员换道的影响系数。

2)如果驾驶员在视距范围内看到当前车道的信号灯为黄闪状态，则

如果ξ≤p_y(r)，则v(i，t+1)：＝v(i，t)+a_r，其中p_y(r)表示黄闪对r类驾驶员加速意愿的影响概率，v(i，t)表示第i辆车t时刻的速度，a_r表示黄闪对r类驾驶员加速的影响系数。

3)相邻车辆状态

Chowdhury提出的著名的STCA模型，STCA模型中定义了双车道换道规则为：1)当前车辆加速或者保持限制车速后，前车阻碍了车辆的状态保持；2)当前车辆与相邻车道前车的距离能够满足当前车辆加速或保持限制车速的要求；3)当前车辆与相邻车道前后车的距离大于安全距离。由于本发明VMS下游路段涉及的左转、前行和右转三个方向都有各自专用转向车道，因此采用5个感知点来描述相邻车辆状态，如图3所示。无字母的方格表示各车道元胞，方格C表示当前车辆，方格LB，LF，F，RB，RF分别表示位于当前车辆左后、左前、前、右后、右前位置的相邻车辆。设元胞长度l_c，道路允许的最大车速为v_max，将车辆速度离散为N_v个区间，N_v＝v_max/l_c，则每个感知点速度的等级数为N_v个，分别表示的实际车速范围为[(k-1)l_c，kl_c]，k＝1，2，...，N_v。

(3)行为模块

1)换道意愿的产生

STCA模型中将驾驶员的目标设为追求最高车速，即在前方车辆阻挡当前驾驶员加速或保持最高车速，而相邻车道能满足驾驶员目标时，产生换道意愿，换道后不会产生减速行为。这与接近道路交叉口的换道目标明显不符，本发明场景中的车辆都已驶近路口，驾驶员换道意愿的产生是在标志、信号灯等条件影响下选择最优的下游路段，只要满足安全性，均可进行换道，如图4(a)和(b)所示，方框中第一个字母表示车辆代号，第二个数字表示车辆速度。

参见图4(a)和(b)，车辆c以速度4向前行驶，由于c车前方无车辆阻挡，因此在STCA模型规则下，不可能产生换道意愿，另外，即使c4产生了换道意愿，由于在加速或者保持现状车速下，c车会与b车发生碰撞，因此也不可能换道成功。然而在本发明换道规则中，驾驶员会寻求减速的方式使得换道成功。图5中，当车辆c减速后以速度3向左换道时，不会与b发生冲突，这是本发明场景中允许的换道行为。设t时刻对应位置C，LB，LF，F，RB，RF的车辆速度分别为v_C(t)，v_LB(t)，v_LF(t)，v_F(t)，v_RB(t)，v_RF(t)，其所在元胞位置分别为p_C(t)，p_LB(t)，p_LF(t)，p_F(t)，p_RB(t)，p_RF(t)，以向左换道为例，换道不发生碰撞需要满足的条件为v_C(t+1)-v_LB(t+1)＞p_LB(t)-p_C(t)，v_LF(t+1)-v_C(t+1)＞p_C(t)-p_LF(t)，在本发明场景中，驾驶员可加减速以满足换道条件，即v_C(t+1)∈S_C(t+1)。S_C(t+1)＝{v_C(t)-1，v_C(t)，v_C(t)+1}，考虑其它车辆行驶速度，换道时存在以下几种状态：

L1：v_LB(t+1)≤v_LB(t)，v_LF(t+1)≥v_LF(t)。此情况下车辆LB减速或匀速行驶，，LF加速或匀速行驶，可进行换道的条件为 $\∀v_C(t+1)\∈S_C(t+1),$ 使得p_LB(t)+v_LB(t)-p_c(t)＜v_C(t+1)＜v_LF(t)+p_LF(t)-p_c(t)。

L2：v_LB(t+1)＝v_LB(t)+1，v_LF(t+1)＝v_LF(t)。此情况下车辆LB加速行驶，LF匀速行驶，可进行换道的条件为： $\∀v_C(t+1)\∈S_C(t+1),$ 使得p_LB(t)+v_LB(t)+1-p_c(t)＜v_C(t+1)＜v_LF(t)+p_LF(t)-p_c(t)。

L3：v_LB(t+1)＝v_LB(t)，v_LF(t+1)＝v_LF(t)-1。此情况下车辆LB匀速行驶，LF减速行驶，可进行换道的条件为： $\∀v_C(t+1)\∈S_C(t+1),$ 使得p_LB(t)+v_LB(t)-p_c(t)+1＜v_C(t+1)＜v_LF(t)+p_LF(t)-p_c(t)-1。

L4：v_LB(t+1)＝v_LB(t)+1，v_LF(t+1)＝v_LF(t)-1。此情况下车辆LB加速行驶，LF减速行驶，可进行换道的条件为： $\∀v_C(t+1)\∈S_C(t+1),$ 使得p_LB(t)+v_LB(t)-p_c(t)+1＜v_C(t+1)＜v_LF(t)+p_LF(t)-p_c(t)-1。

港区驾驶员智能体的换道意愿的产生公式为： $h_w(i,t+1):=h_w(i,t)\underset{k\∈H_l}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\δ}}_{k,r}+{\mathrm{\δ}}_r,$ 式中δ_k，r表示第k类换道规则对r类驾驶员换道的影响系数，H_l表示满足的换道条件集合。

本发明中港区道路划分为了一维和二维元胞，但在换道意愿的产生方面，均按一维元胞进行处理，如果车辆在二维元胞中，则根据车辆所在的位置按一维元胞进行划分。

由于大型车辆的跟驰模型和标准元胞自动机模型中小汽车跟驰模型一致，另外超车模型实际是上述两次换道模型的结合，即：设当前车所在车道为A车道，发生超车的车道为B车道，则将超车行为分解为从A车道到B车道的换道行为和从B车道到A车道的换道行为，每一个换道行为按照上述的换道行为来描述，本发明对超车行为不进行赘述。有关标准元胞自动机模型(一维元胞模型)的仿真驾驶行为，如跟驰行为等，具体可参见专利201010278699.X(基于元胞自动机的港区道路弯道圆曲线要素设计方法)。

2)大型车辆交叉口相互影响轨迹描述

大型车辆通过交叉口时的相互作用是影响其通行能力的重要原因，本发明采用二维元胞自动机模型加以描述。由于大型车辆通过交叉口的跟驰行为与道路行驶类似，因此发明主要描述牵引车-半挂车在交叉口由于转弯而造成的相互影响。牵引车-半挂车在交叉口转弯时，由于牵引车转向而使得牵引车与半挂车之间存在一定角度，在没有受到其他车辆的影响时，牵引车和半挂车按一定的转动半径运行，而由于其他车辆的影响制动时，半挂车按当前方向沿直线轨迹前进，如图5所示为牵引车-半挂车左转和直行相互影响轨迹。

如图5所示，当直行车辆刹车时，会影响左转车辆的正常行驶轨迹，C1必须采用紧急制动措施来避免与C2发生碰撞，此时C1沿与C2轨迹成β角度的方向行驶，制动后行进到与车辆C2碰撞的最长距离

式中，v₀表示汽车初速度，可以通过相似路口调查统计得到；t₂表示开始踏下踏板到汽车上出现制动力所经过的时间，t₃表示制动力增长时间，j_max表示汽车最大制动减速度，t₂、t₃、j_max可以通过不同类型车辆的动特性实验得到。

(4)仿真框架

采用如图6仿真框架对港区道路交叉口最小间距进行确定。

(5)仿真实验及分析

1)仿真条件

采用如图7所示的主路和交叉口，交叉口之间的间距为L，其间有2个交叉口，交叉口采用固定配时2相位信号灯，周期为120s，两个相位的绿灯时间均为60s。主路车道为3车道，设计速度为60km/h，通行能力为1300pcu/h/ln，车道宽度为3.75米。仿真车型分为两种，分别为大型车(长度15米的列车-拖挂车，占10个元胞)和小型车(长度6米的小汽车，占4个元胞)。不同车型在主路的自由流速度为60km/h。次干路的车辆发车频率均为600pcu/h/ln。

2)仿真实验

(a)改变交叉口间距和发车频率

采用满足道路载荷系数为0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9的发车频率f，分别为520pcu/h/ln，650pcu/h/ln，780pcu/h/ln，910pcu/h/ln，1040pcu/h/ln，1170pcu/h/ln，大车和小车的比例为3∶2，交叉口间距分别采用400m、500m、600m、700m、800m、900m、1000m七种，将不同发车频率和交叉口间距进行交叉仿真实验。各实验车辆平均延误如下表1和图8、9所示。图10-12为发车频率f＝1040pcu/h/ln时，不同交叉口间距条件下的交通流时空图。

表1不同实验条件下的车辆平均延误

(b)改变交叉口间距和发车频率

由于在实验(1)中基本确定实验条件的交叉口间距在700米左右，实验(2)在f＝1040条件下，在区间[650，800]内，以30m为步长进行离散，并将车型大小车比例分为5∶0，4∶1，3∶2，2∶3，1∶4五类，以考察不同车型比例的最佳交叉口间距。图13为不同车型比例和交叉口间距下车辆的平均延误，图14-16为大小车比例为4∶1条件下，交叉口间距分别为650m，710m和800m时的交通流时空图。

3)实验分析

(1)由表1和图8、9可以看出，在不同的发车频率下，当交叉口距离小于700m时，随着交叉口距离的增加，平均车辆延误减少速度较快，而当交叉口距离大于700m时，平均车辆延误减少速度明显减慢。这说明在实验条件下，交叉口最小间距在700m左右是合理的。

(2)由图10-12可以直观看出随着交叉口间距的增加而使得道路拥堵得以缓解的趋势。在L＝500m，f＝1040pcu/h/ln时，两个交叉口的排队较长，且一个绿灯时间还不能使排队车辆全部通过交叉口，这是因为交叉口距离过短，其上下游车辆相互干扰而造成的结果。当交叉口距离增大时，由图11，12明显可以看到交叉口排队长度减小，且大部分车辆能在一个绿灯时间内通过交叉口，这从另外角度说明港区条件下，增大交叉口间距能缓解交通拥堵。

(3)图13-16说明港区条件下不同车型比例对交叉口最小间距的要求不同，随着大型车辆比例的增加，对交叉口最小间距的要求有增大的趋势。当大小车型比例小于3∶2时，推荐的交叉口最小间距为680m，当大小车型比例大于3∶2时，推荐的交叉口最小间距为710米。

Claims (1)

1.一种港区道路交叉口最小间距确定方法，其特征在于，该方法对与交叉口相连的港区道路的换道频繁区域以及交叉口进行二维元胞划分，其它部分采用一维元胞进行划分，构建交叉口附近港区道路的元胞模型，包括下列的步骤：

（1）构建驾驶员感知模块

1）前方车道的拥堵感知

将不同范围内的拥堵对感知的影响采用权重来表示，并对其进行标定，通过车辆占有元胞占感知范围元胞总数的比例来计算前方各车道的感知道路占有率，具体方法如下：

设l_r表示驾驶员的感知-反应距离；

表示第i个感知范围的长度；l_v表示视距半径，则驾驶员i在t时刻车道l的感知交通拥堵程度p(i,l,t)可表示为

S_ls表示车道l感知范围的分段数量；

ω_lj表示车道l第j个感知范围的对总体感知的影响权重；

o_lj表示车道l第j个感知范围的估计占有率；

如果p(i,l,t)-p(i,l-1,t)＞ω_left，则h_w(i,t+1)＝h_w(i,t)+δ_hr；如果p(i,l,t)-p(i,l+1,t)＞ω_right，则h_w(i,t+1):＝h_w(i,t)+δ_rr，其中，ω_left，ω_right表示由于拥堵而产生的向左、向右换道意愿的阈值，h_w(i,t)表示第i个驾驶员t时刻的换道意愿，δ_hr表示拥堵对r类驾驶员换道的影响系数，：=表示利用符号右侧的参数对左侧变量进行替换；

2）信号灯的感知

1）如果驾驶员在视距范围内看到的当前车道的信号灯为红灯，

如果ξ≤p_r(r)，则h_w(i,t+1):＝h_w(i,t)+δ_rr，其中p_r(r)表示红灯对r类驾驶员换道意愿的影响概率，δ_rr表示红灯对r类驾驶员换道的影响系数；

2）如果驾驶员在视距范围内看到当前车道的信号灯为黄闪状态，则

如果ξ≤p_y(r)，则v(i,t+1):＝v(i,t)+a_r，p_y(r)表示黄闪对r类驾驶员加速意愿的影响概率，v(i,t)表示第i辆车t时刻的速度，a_r表示黄闪对r类驾驶员加速的影响系数；

3）相邻车辆状态

设C表示当前车辆，LB,LF,F,RB,RF分别表示位于当前车辆左后、左前、前、右后、右前位置的相邻车辆，元胞长度l_c，道路允许的最大车速为v_max，将车辆速度离散为N_v＝v_max/l_c个区间，则每个感知点速度的等级数为N_v个，分别表示的实际车速范围为[(k-1)l_c,kl_c],k＝1,2,...,N_v；

（2）行为模块

1）建立跟驰行为规则

2）建立换道行为规则

设t时刻对应位置C,LB,LF,F,RB,RF的车辆速度分别为v_C(t),v_LB(t),v_LF(t),v_F(t),v_RB(t),v_RF(t)，其所在元胞位置分别为p_C(t),p_LB(t),p_LF(t),p_F(t),p_RB(t),p_RF(t)，则向左换道时不发生碰撞需要满足的条件为v_C(t+1)-v_LB(t+1)>p_LB(t)-pC(t)，v_LF(t+1)-v_C(t+1)>p_C(t)-p_LF(t)，驾驶员可加减速以满足换道条件，即v_C(t+1)∈S_C(t+1)，S_C(t+1)＝{v_C(t)-1,v_C(t),v_C(t)+1}，考虑其它车辆行驶速度，当前车换道时存在以下几种状态：

L1：车辆LB减速或匀速行驶，,LF加速或匀速行驶，进行换道的条件为

使得p_LB(t)+v_LB(t)-p_c(t)＜v_C(t+1)＜v_LF(t)+p_LF(t)-p_c(t)；

L2：车辆LB加速行驶，LF匀速行驶，可进行换道的条件为：

使得p_LB(t)+v_LB(t)+1-p_c(t)＜v_C(t+1)＜v_LF(t)+p_LF(t)-p_c(t)；

L3：车辆LB匀速行驶，LF减速行驶，可进行换道的条件为：

使得p_LB(t)+v_LB(t)-p_c(t)+1＜v_C(t+1)＜v_LF(t)+p_LF(t)-p_c(t)-1；

L4：车辆LB加速行驶，LF减速行驶，可进行换道的条件为：

使得p_LB(t)+v_LB(t)-p_c(t)+1＜v_C(t+1)＜v_LF(t)+p_LF(t)-p_c(t)-1；

港区驾驶员的换道意愿的产生公式：式中δ_k,r表示第k类换道规则对r类驾驶员换道的影响系数，H_l表示满足的换道条件集合；

3）超车行为

将超车行为模拟为两次换道行为，设当前车所在车道为A车道，发生超车的车道为B车道，则将超车行为分解为从A车道到B车道的换道行为和从B车道到A车道的换道行为，每一个换道行为按照上述的换道行为来描述；

4）牵引车－半挂车左转和直行相互行为

设C2为通过交叉口时直行的车辆，C1为正在左转并与C2发生相互影响的牵引车-半挂车，当直行车辆刹车时，会影响左转车辆的正常行驶轨迹，C1必须采用紧急制动措施来避免与C2发生碰撞，此时C1沿与C2轨迹成β角度的方向行驶，制动后行进到与车辆C2碰撞的最长距离

式中，v₀表示直行车辆初速度；t₂表示开始踏下踏板到直行车辆上出现制动力所经过的时间，t₃表示制动力增长时间，j_max表示汽车最大制动减速度，t₂、t₃、j_max可以通过不同类型车辆的动态特性实验得到；

（3）设定除了牵引车-半挂车之外的仿真车型的元胞长度及各种车型在主路上出现的比例、速度及各种车辆发车频率，在不同交叉口间距和发车频率条件下进行仿真实验，通过分析仿真得到交通流时空图和车辆延误数据，得到不同交通条件下合适的交叉口最小间距。

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