CN102956109B - 一种信号交叉口进口道外置左转车道设置需求判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种信号交叉口进口道外置左转车道设置需求判定方法，其步骤为首先从信号交叉口获取相关信息，并提取相关参数，然后基于逻辑回归模型建立信号交叉口驾驶人选择外置左转车道的概率与所提取参数之间的关系式，再通过指定相关参数的不同取值组合，计算相应的平均概率值H，得到综合有不同变量组合所对应的H值的城市道路信号交叉口左转车辆选择外置左转车道概率模型图；接着指定各参数组合所对应概率阈值，当某交叉口对应的参数组合的H值大于该阈值时，则该信号交叉口需要设置外侧左转车道；反之，则不需要设置。本发明的应用可缓解相关信号交叉口的交通拥堵情况，进而提升城市道路信号交叉口的通行效率。

Description

一种信号交叉口进口道外置左转车道设置需求判定方法

技术领域

本发明涉及道路交通拥堵处理技术，特别是一种信号交叉口进口道外置左转车道设置需求判定方法。

背景技术

随着小汽车保有量的不断增加，城市居民越来越多选择小汽车出行，导致城市交叉口拥堵问题越来越严重，因此一些非常规交叉口开始寻求相应的控制措施以缓解上述问题。

近几年来，出现了一种外置左转车道以及相应的左转保护相位，可以用来解决信号交叉口因左转车辆而产生的问题。结合说明书附图中的图1和图2所示，图1中信号交叉口的进口道设置了常规的左转车道011，而没有设置外置左转车道；图2中同时设置了常规左转车道011和外置左转车道012。如图所示，外置左转车道设置在进口道的右侧，这样设置的优势在于：(1)可以为大型车辆，如公交车等提供更大的左转半径，提高左转通行效率；(2)从进口道上游公交站台或者相交道路进入的左转车辆无须变道汇入最内侧左转车道。因而外置左转车道能够大大提高信号交叉口的通行效率，减少进口道处的交通冲突。

虽然外置左转车道在国内许多大城市开始得到应用，但是由于外置左转车道与常规内侧左转车道有很大的差异，因而外置左转车道的缺点是可能会引起驾驶人的误解，造成交叉口的安全问题。但是经过多方研究，如果能够根据信号交叉口的情况按需合理设置外置左转车道，外置左转车道的优势完全能够弥补外置左转车道的缺点，且能够显著提高城市信号交叉口的通行效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种信号交叉口进口道外置左转车道设置需求判定方法，本发明的方法基于不同信号交叉口的不同几何条件、交通流量以及左转车辆特征，来最终判断相应信号交叉口是否需要设置外置左转车道，从而实现在相应的信号交叉口合理设置外置左转车道，以缓解相关信号交叉口的交通拥堵情况，进而提升城市道路信号交叉口的通行效率。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种信号交叉口进口道外置左转车道设置需求判定方法，包括以下步骤：

1)1)从信号交叉口获取相关信息，所述相关信息包括：信号交叉口的几何条件、交通流量和左转车辆特征，并从所获取的信息中提取相应的参数，其中：信号交叉口的几何条件参数包括：进口道上游相交道路或公交站点距离交叉口的距离；交通流量参数包括信号交叉口进口道交通流量和每个信号周期内侧左转车道排队长度；左转车辆特征参数包括每辆左转车辆的车型以及每辆左转车辆来自主道还是相交道路；

2)逻辑回归模型logit regression model(简称logit模型)常用于建立离散因变量与自变量之间的统计学关系，本发明中因变量为驾驶员是否选择外置左转车道，因而基于logit模型(建立信号交叉口驾驶人选择外置左转车道的概率与步骤1)中所提取参数之间的关系式，即：

$P\left(x_i\right)=\frac{1}{1+e^{-x_i^{\′}\mathrm{\β}}}(i=\mathrm{1,2},....,n)---\left(1\right)$

其中P(x_i)代表第i个车辆样本中左转车辆选择外置左转车道的概率，x’_iβ为所提取的参数的线性组合，即

x′_iβ＝β₀+β₁x_1i+β₂x_2i+β₃x_3i+β₄x_4i+β₅x_5i    (2)

其中x_1i代表第i个车辆样本中左转车辆是否来自主线道路；x_2i代表第i个样本中交叉口进口道上游相交道路到交叉口的距离；x_3i代表第i个样本中交叉口进口道交通流量；x_4i代表第i个样本中当前信号周期内侧左侧车道的排队长度；x_5i代表第i个样本中左侧车辆的车型；

3)式(1)与式(2)中，β₀为常数项，β₁～β₅为自变量x_1i～x_5i的系数，代表自变量x_1i～x_5i对驾驶员选择外侧左转车道的影响大小；β₀～β₅的取值通过求解下式(3)的最大值来得到：

$\ln L(\mathrm{\β},x_i)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[{\mathrm{\β}}_0+{\mathrm{\β}}_1{x}_{1i}+....+{\mathrm{\β}}_k{x}_{\mathrm{ki}}-\ln (1+e^{{\mathrm{\β}}_0+{\mathrm{\β}}_1{x}_{1i}+....+{\mathrm{\β}}_k{x}_{\mathrm{ki}}})]---\left(3\right)$

4)建立信号交叉口中左转车辆选择外置左转车道的平均概率模型，即：

H＝P₁×H₁+P₂×H₂+P₃×H₃+P₄×H₄    (4)

其中，

P_i＝n_i/N₁  i＝1，2    (5)

P_i＝n_i/N₂  i＝3，4    (6)

式(4)～(6)中，H代表信号交叉口中左转车辆选择外置左转车道的平均概率值；n₁代表来自主线的左转大车车辆数；n₂代表来自上游相交道路的左转大车车辆数；n₃代表来自主线的左转小车车辆数；n₄代表来自上游相交道路的左转小车车辆数；N₁代表交叉口左转大车车辆数；N₂代表交叉口左转小车车辆数；P₁代表来自主线的左转大车在交叉口左转车辆大车中的比例；P₂代表来自上游相交道路的左转大车在交叉口左转大车中的比例；P₃代表来自主线的左转小车在交叉口左转小车中的比例；P₄代表来自上游相交道路的左转小车在交叉口左转小车中的比例；H₁,H₂,H₃和H₄分别对应上述四种左转车辆选择外置左转车道的概率，H₁,H₂,H₃和H₄即根据公式(1)计算得到的参数相对应的P(x_i)值；

5)指定1种以上变量x₁到x₅的不同取值组合，计算各种变量组合对应的H值，建立综合有不同变量组合所对应的H值的城市道路信号交叉口左转车辆选择外置左转车道概率模型图；

6)设定对应步骤(5)中各种变量组合对应的的H值的阈值为H₀，指定H₀的取值；当某交叉口中左转车辆选择外侧左转车道的平均概率值大于该阈值H₀时，则该信号交叉口需要设置外侧左转车道；反之，则不需要设置。

进一步的，本发明中上述H值的阈值H₀选定为0.5，即当某交叉路口中左转车辆选择外置左转车道的平均概率大于50％时，则此信号交叉口需要设置外置左转车道。

本发明的有益效果为：提出了一种信号交叉口进口道外置左转车道设置条件确定方法，可以用来作为信号交叉口进口道是否设置外置左转车道的理论依据，提高信号交叉口左转车辆的通行效率。同时，本发明通过建立左转车辆选择外置左转车道概率模型图能够简化操作流程，使用简便、实用性强，具有较好的应用前景。

附图说明

图1所示为未设置外置左转车道的道路信号交叉口示意图；

图2所示为设置了外置左转车道的道路信号交叉口示意图；

图3所示为本发明的方法流程图；

图4所示为本发明的一种具体实施例中左转车辆选择外置左转车道的平均概率示意图，其中x₁为左转交通量中主线车辆所占比例，上游相交道路到交叉口距离x₂<50米，主线交通量x_3i＝1500辆/小时，内侧左转车辆排队长度x₄＝16辆；

图5所示为同图4的实施例中左转车辆选择外置左转车道的平均概率示意图，其中x₁为左转交通量中主线车辆所占比例，上游相交道路到交叉口距离x₂<100米，主线交通量x_3i＝1500辆/小时，内侧左转车辆排队长度x₄＝16辆；

图6所示为同图4的实施例中左转车辆选择外置左转车道的平均概率示意图，其中x₁为左转交通量中主线车辆所占比例，上游相交道路到交叉口距离x₂<150米，主线交通量x_3i＝1500辆/小时，内侧左转车辆排队长度x₄＝16辆。

具体实施方式

为使本发明的内容更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式做进一步描述。

结合图3，本发明的信号交叉口进口道外置左转车道设置需求判定方法，包括以下步骤：

1)通过当地交管局资料和实地人工调查、数据采集等途径，分别从各个信号交叉口获取相关信息，所述相关信息包括：相应信号交叉口的几何条件、交通流量和左转车辆特征，并从所获取的信息中提取相应的参数，其中，信号交叉口的几何条件参数包括：进口道上游相交道路或公交站点距离交叉口的距离；交通流量参数包括信号交叉口进口道交通流量(辆/小时)，和每个信号周期内侧左转车道排队长度；左转车辆特征参数包括每辆左转车辆的车型(大车或者小车，如小于等于4个轮子为小车，否则为大车)，以及每辆左转车辆来自主道还是相交道路；

2)基于现有的logit模型建立各信号交叉口驾驶人选择外置左转车道的概率与步骤1)中所提取参数之间的关系式，即：

$P\left(x_i\right)=\frac{1}{1+e^{-x_i^{\&prime;}\mathrm{\&beta;}}}(i=\mathrm{1,2},....,n)---\left(1\right)$

其中P(x_i)代表第i个车辆样本中左转车辆选择外置左转车道的概率，x’_iβ为所提取的参数的线性组合，即

x′_iβ＝β₀+β₁x_1i+β₂x_2i+β₃x_3i+β₄x_4i+β₅x_5i    (2)

其中x_1i代表第i个车辆样本中左转车辆是否来自主线道路，可指定为若来自主线道路则参数值为1，若来自相交道路则参数为0；x_2i代表第i个样本中交叉口进口道上游相交道路到交叉口的距离；x_3i代表第i个样本中交叉口进口道交通流量；x_4i代表第i个样本中当前信号周期内侧左侧车道的排队长度；x_5i代表第i个样本中左侧车辆的车型，可制定若为大车则参数为1，若为小车则参数为0；

3)式(1)与式(2)中，β₀为常数项，β₁～β₅为自变量x_1i～x_5i的系数，代表自变量x_1i～x_5i对驾驶员选择外侧左转车道的影响大小；β₀～β₅的取值通过求解下式(3)的最大值来得到：

$\ln L(\mathrm{\&beta;},x_i)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}[{\mathrm{\&beta;}}_0+{\mathrm{\&beta;}}_1{x}_{1i}+....+{\mathrm{\&beta;}}_k{x}_{\mathrm{ki}}-\ln (1+e^{{\mathrm{\&beta;}}_0+{\mathrm{\&beta;}}_1{x}_{1i}+....+{\mathrm{\&beta;}}_k{x}_{\mathrm{ki}}})]---\left(3\right)$

4)建立各信号交叉口中左转车辆选择外置左转车道的平均概率模型，即：

H＝P₁×H₁+P₂×H₂+P₃×H₃+P₄×H₄    (4)

其中，

P_i＝n_i/N₁  i＝1，2    (5)

P_i＝n_i/N₂  i＝3，4    (6)

式(4)～(6)中，H代表信号交叉口中左转车辆选择外置左转车道的平均概率值；n₁代表来自主线的左转大车车辆数；n₂代表来自上游相交道路的左转大车车辆数；n₃代表来自主线的左转小车车辆数；n₄代表来自上游相交道路的左转小车车辆数；N₁代表交叉口左转大车车辆数；N₂代表交叉口左转小车车辆数；P₁代表来自主线的左转大车在交叉口左转车辆大车中的比例；P₂代表来自上游相交道路的左转大车在交叉口左转大车中的比例；P₃代表来自主线的左转小车在交叉口左转小车中的比例；P₄代表来自上游相交道路的左转小车在交叉口左转小车中的比例；H₁,H₂,H₃和H₄分别对应上述四种左转车辆选择外置左转车道的概率，H₁,H₂,H₃和H₄即根据相应参数标定后的公式(1)计算得到的P(x_i)值；

5)指定变量x₁到x₅的1种以上取值组合，并计算各种变量组合对应的H值，建立城市道路信号交叉口左转车辆选择外置左转车道概率模型图；

6)设定对应步骤(5)中所述各取值组合对应的的H值的阈值为H₀，指定H₀的取值；当某交叉口中左转车辆选择外侧左转车道的平均概率值大于该阈值H₀时，则该信号交叉口需要设置外侧左转车道；反之，则不需要设置。

结合图4至图6，具体实施例为假设某城市道路信号交叉口考虑是否采用外置左转车道，其中，上游相交道路到该交叉口的距离为130米，20％的左转车辆为大车，50％的左转车辆来自上游相交道路。

本发明的实际应用过程分为模型标定和模型使用两个过程。

模型标定：建立城市道路信号交叉口左转车辆选择外置左转车道概率模型图：

根据步骤(1)～(3)标定公式(1)，得到如下计算公式：

$P\left(x\right)=\frac{1}{1+e^{1.329-3.281X_1+0.009X_2-0.159X_3-0.045X_4-1.083X_5}}---\left(7\right)$

公式(7)中的变量含义见步骤(2)；根据各个信号交叉口的实际信息参数指定变量x₁到x₅的组合，分别计算各个变量组合对应的H值，即对应各个信号交叉口的左转车辆选择外置左转车道平均概率值，可得到与不同状况信号交叉口相对应的，如4至6的信号交叉口左转车辆选择外置左转车道概率模型示意图。

模型使用：由于待设计交叉口上游相交道路到交叉口的距离为130米，因而采用图5作为设计依据。在图中找到x₁＝50％对应的概率曲线，在纵坐标中找到x₅＝20％的点，从而在横坐标中找到这种情况下左转车辆选择外置左转车道的平均概率为0.55，大于在步骤(6)中指定的阈值(H₀＝0.5)，因而建议在该交叉口进口道中设置外置左转车道。

本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。

Claims (2)

1.一种信号交叉口进口道外置左转车道设置需求判定方法，其特征是，包括以下步骤：

1)从信号交叉口获取相关信息，所述相关信息包括：信号交叉口的几何条件、交通流量和左转车辆特征，并从所获取的信息中提取相应的参数，其中：信号交叉口的几何条件参数包括：进口道上游相交道路或公交站点距离交叉口的距离；交通流量参数包括信号交叉口进口道交通流量和每个信号周期内侧左转车道排队长度；左转车辆特征参数包括每辆左转车辆的车型以及每辆左转车辆来自主道还是相交道路；

2)基于逻辑回归模型建立驾驶人选择外置左转车道的概率与步骤1)中所提取参数之间的关系式，即：

$P\left(x_i\right)=\frac{1}{1+e^{-x_i^{\&prime;}\mathrm{\&beta;}}},(i=\mathrm{1,2},...,n)---\left(1\right)$

其中P(x_i)代表第i个车辆样本中左转车辆选择外置左转车道的概率，x’_iβ为所提取的参数的线性组合，即

x′_iβ＝β₀+β₁x_1i+β₂x_2i+β₃x_3i+β₄x_4i+β₅x_5i    (2)

其中x_1i代表第i个车辆样本中左转车辆是否来自主线道路；x_2i代表第i个样本中交叉口进口道上游相交道路到交叉口的距离；x_3i代表第i个样本中交叉口进口道交通流量；x_4i代表第i个样本中当前信号周期内侧左侧车道的排队长度；x_5i代表第i个样本中左侧车辆的车型；

3)式(1)与式(2)中，β₀为常数项，β₁～β₅为自变量x_1i～x_5i的系数，代表自变量x_1i～x_5i对驾驶员选择外侧左转车道的影响大小；β₀～β₅的取值通过求解下式(3)的最大值来得到：

$\ln L(\mathrm{\&beta;},x_i)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}[{\mathrm{\&beta;}}_0+{\mathrm{\&beta;}}_1{x}_{1i}+....+{\mathrm{\&beta;}}_k{x}_{\mathrm{ki}}-\ln (1+e^{{\mathrm{\&beta;}}_0+{\mathrm{\&beta;}}_1{x}_{1i}+....+{\mathrm{\&beta;}}_k{x}_{\mathrm{ki}}})]---\left(3\right)$

4)建立信号交叉口中左转车辆选择外置左转车道的平均概率模型，即：

H＝P₁×H₁+P₂×H₂+P₃×H₃+P₄×H₄    (4)

其中，

P_i＝n_i/N₁ i＝1，2    (5)

P_i＝n_i/N₂ i＝3，4    (6)

式(4)～(6)中，H代表信号交叉口中左转车辆选择外置左转车道的平均概率值；n₁代表来自主线的左转大车车辆数；n₂代表来自上游相交道路的左转大车车辆数；n₃代表来自主线的左转小车车辆数；n₄代表来自上游相交道路的左转小车车辆数；N₁代表交叉口左转大车车辆数；N₂代表交叉口左转小车车辆数；P₁代表来自主线的左转大车在交叉口左转车辆大车中的比例；P₂代表来自上游相交道路的左转大车在交叉口左转大车中的比例；P₃代表来自主线的左转小车在交叉口左转小车中的比例；P₄代表来自上游相交道路的左转小车在交叉口左转小车中的比例；H₁,H₂,H₃和H₄分别对应上述四种左转车辆选择外置左转车道的概率，H₁,H₂,H₃和H₄即根据公式(1)计算得到的参数相对应的P(x_i)值；

5)指定变量x₁到x₅的1种以上取值组合，并计算各种变量组合对应的H值，建立城市道路信号交叉口左转车辆选择外置左转车道概率模型图；

6)设定对应步骤(5)中各种变量组合对应的H值的阈值为H₀，指定H₀的取值；当某交叉口中左转车辆选择外侧左转车道的平均概率值大于该阈值H₀时，则该信号交叉口需要设置外侧左转车道；反之，则不需要设置。

2.根据权利要求1所述的信号交叉口进口道外置左转车道设置需求判定方法，其特征是，步骤6)中H值的阈值H₀为0.5。