CN103258436B - 一种确定信号控制交叉口进口道可变导向车道长度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定信号控制交叉口进口道可变导向车道长度的方法，属于交通工程中道路交通标志标线领域。其步骤为首先采集可变导向车道转向对应方向的交通数据信息，然后将获得的可变导向车道转向车道涉及的交通量换算成当量标准小汽车交通量，进而运用排队论中的 模型，按照多路排队多通道系统结合进口车道排队不均衡系数计算信号控制交叉口进口道停车线后的排队车辆数，最后将该车辆数换算成以米为单位的车辆平均排队长度作为信号控制交叉口进口道可变导向车道长度的取值。本方法能够使可变导向车道上游车辆顺利驶入交叉口进口道，提高进口道通行效率。

Description

一种确定信号控制交叉口进口道可变导向车道长度的方法

技术领域

本发明涉及交通工程中道路交通标志标线领域，特别是涉及一种应用可变导向车道的进口道长度确定方法。

背景技术

为了规范和提高信号控制交叉口的车辆通行效率，常用的做法是在交叉口进口处，对每条车道明确固定左转、直行或右转的行进方向。但是由于车流的随机到达特性，在某些时间段内，往往进口道某个转向的车流量远远多于其它方向，导致特定方向上车辆大量排队和延误的产生、另一些方向却浪费了通行权力，不利于交叉口整体时间和空间资源的充分利用。

可变导向车道，是指交叉口某条进口车道的行驶方向不再完全固定为左转、右转或直行，而是根据交叉口信号控制方案，在不同的时间段内实施不同的转向功能。这种车道设置形式，对于信号控制交叉口进口道在不适合加宽或多渠化车道、各转向车流不均衡性显著并且不适合通过信号控制手段解决交通问题的条件下效果尤其显著，可以明显提高交叉口整体通行效率。已经在我国的上海、杭州、无锡、唐山、烟台等城市进行了应用。

但是，作为一种特殊的车道设置形式，可变导向车道在转向功能发生的变化过程中，往往会给驾驶员带来如何变道、何时变道以及如何充分利用该车道行进等方面的困惑，合理的可变导向车道长度有利于进口道上游的车辆更好地驶入信号控制交叉口进口道，也将有助于提高交通设施设计的针对性。

目前，在交通规划与设计领域中，普通的进口展宽段和渐变段长度设置要求相对具体，但对于特殊的进口道样式，例如进口道不同的左转车道数量、存在可变导向车道等情况下，应用相关标准规范，往往不能达到较好的设置效果，对于应用可变导向车道系统的进口道，设置合理的进口道展宽段长度（即可变导向车道长度）能够使车辆顺利驶入交叉口进口道。

可变导向车道长度的优化设置是可变导向车道系统能够高效运行的重要环节，可变导向车道设计的过长，为车辆换道带来不便，甚至会引起违章、违规行驶；可变导向车道设计的短，增加车辆换道的随意性，在可变导向车道转向功能发生变化前后，易激增车辆间的相互扰动，引起进口道不必要的混乱。可变导向车道长度的优化设置也是确定设置可变导向车道的信号控制交叉口的影响区长度的关键，影响区长度的界定对于更好地发挥可变导向车道的功能、提高可变导向车道的运行效率十分重要。

发明内容

可变导向车道转向功能的发挥，都是使各转向车道的排队趋于均衡。本发明是在可变导向车道发挥功能的前提下，进口道由于有可变导向车道的存在，减小了各转向车道排队的不均衡性，从而提出了适合应用可变导向车道系统的可变导向车道长度的确定方法。

一种信号控制交叉口进口道可变导向车道长度的确定方法，包括如下步骤：

（1）确定信号控制交叉口交通流特征以及交叉口特性，获取交通数据。数据包括：可变导向车道转向所对应转向车道数量、可变导向车道转向方向涉及的所有车道单位时间内大型车和小汽车各自的交通量、信号控制交叉口信号周期，所述可变导向车道的转向包括以下几种情况①左转和直行、②直行和右转、③左转、直行和右转、④左转和右转；、应用以上数据计算基于转向不平衡的矛盾方向的到达率和驶出率，而作为可变导向车道不涉及的转向，由于其排队不对进口道排队产生较大矛盾，因此不做考虑。

（2）以排队理论的M/M/N模型按照多路排队多通道系统计算交叉口进口道停车线后的排队车辆数作为模型依据，结合可变导向车道特性，仅考虑进口道排队不均衡方向上的车辆，所以平均排队车辆数为：

$\stackrel{\‾}{q}=\frac{{\mathrm{\ρ}}^2}{1-\mathrm{\ρ}}\·N\·(1+k);$

k的计算相对复杂，在实际工程应用中可取3%-5%，建议取值5%。也可根据（其中：p(x)为上游车辆选择可变导向车道的概率（%））公式进行计算。

（3）将以排队车辆数为单位的平均排队长度换算成以米为单位的平均排队长度，按如下公式计算信号控制交叉口进口道可变导向车道长度。

$L=\stackrel{\‾}{q}\×l_m;$

其中：V_e—当量标准小汽车交通量；V—未经换算的总交通量；P_i—第i类车交通量占总交通量的百分比；E_i—第i类车的车辆换算系数；i表示大型车或小汽车；ρ—信号控制交叉口服务强度；λ—车辆平均到达率，λ=V_e，辆/小时；μ—信号控制交叉口平均服务率，即在单位绿灯时间内通过交叉口的车辆数，辆/小时；N—信号控制交叉口进口道可变导向车道涉及转向的车道数；—排队车辆数；

本发明方法与现有技术相比具有以下有益效果：

1）本发明可以减少信号控制交叉口进口道交通拥挤，提高交叉口运行效率，减少信号控制交叉口进口道的交通事故数。通过本发明所提出的方法计算得到的信号控制交叉口进口道可变导向车道长度符合各转向车流量的需求，；

2）本发明可以降低交叉口进口道的车辆违章率，减少行车延误。通过本发明所介绍的方法计算得到的信号控制交叉口进口道可变导向车道长度符合实际车流量的需求，与车辆排队长度相当，不至于过长，这样避免了车辆换道带来不便，甚至会引起违章、违规行驶等现象的发生；

3）本发明可以为可变导向交通标志牌的位置确定提供依据。

附图说明

图1是应用可变导向交通牌对可变导向车道进行控制的系统样式图。

图2是设置可变导向车道的信号交叉口进口道示意图

图3是本发明中交通数据采集点示意图。

图4是实施例信号交叉口进口道示意图。

具体实施方式

一种确定信号控制交叉口进口道可变导向车道长度的方法，其具体实施方式步骤如下：

1、确定信号控制交叉口进口道可变导向车道转向涉及方向作为交通数据采集的依据（数据包括内容在发明内容1中已提及，以下同）。这其中包括了几种情况①、左转和直行；②、直行和右转；③左转、直行和右转；④左转和右转。

2、交通数据信息采集

1）基于历史数据的获取。城市信号控制交叉口车辆的运行具有一定的稳定性，包括转向不平衡性发生的时段、持续时间一般而言会相对稳定，对于这类信息可以通过历史数据进行获取，其次，各转向的饱和车头时距、信号控制参数等也可以从历史数据获取。

2）如果缺乏历史数据，或者历史数据不全面，则需要进行全面的实际调查，调查需采用录像法结合人工调查法进行。

①、选择合适的观测点选定目标信号控制交叉口进口道上游距停车线距离S处为第一观测点，选取距离进口道停车线长度S为120m的位置作为观测点，架设摄像机，最好选择一个高点位置，方便观察记录。

②、在观测位置，以一个信号周期为时间间隔调查通过该点的小汽车和大型车的小时交通量V₁和V₂；通过人工处理录像视频资料确定各转向的交通量，应用同样的方式统计连续时段内（绿灯期间）各转向小车跟随小车情况下的车辆数。

③、选定目标交叉口进口道的停车线处为第二观测点，架设摄像机进行调查，调查在一个周期内通过停车线的车辆数q，记录目标信号控制交叉口周期时长C以及各相位信号时间。

3、交通量换算

首先，计算交通流中小车跟随小车的平均车头时距其次，计算交通流中所有车辆车头时距的平均值第三，计算大型车的车辆换算系数第四，将大型车交通量换算为当量标准小汽车交通量V_e=V∑P_iE_i=(V₁+V₂)·[p×E₁+(1-p)×1]，其中：Q₁为小车跟随小车的连续小时交通量，计量单位为：辆/小时；q_b为100%标准小汽车情况下的车流率，q_b=1/H_pp，计量单位为：辆/秒；q_m为混合车流率，q_m=1/H_m，计量单位为：辆/秒；p为交通组成中大型车的百分比，V为未经换算的总交通量，V=V₁+V₂；

4、计算交叉口进口道的排队车辆数

首先，计算交叉口的服务强度其次，计算交叉口进口道的排队车辆数其中：λ为车辆平均到达率，λ=V_e，计量单位为：辆/小时；μ为交叉口平均服务率，即单位绿灯时间内通过交叉口的车辆数，计量单位为：辆/小时，t为一个周期内的绿灯时间；N为信号控制交叉口进口道可变导向车道涉及转向的车道数；

5、计算信号控制交叉口进口道可变导向车道线长度

式中，为排队车辆数；l_m为前后排队车辆的车头间距，取7米至8米；

实施例：

杭州市莫干山路和文晖路信号控制交叉口为例，见附图4。该交叉口周期时长为190s，南进口道有4条车道，分别为一条专用左转车道，一条可变导向车道，一条直行车道和一条右转车道，其中左转车道和直行车道排队长度经常出现明显的不均衡现象，可变导向车道转向功能在左转和直行之间进行调节。

该信号控制交叉口南进口道可变导向车道线长度的确定步骤为：

（1）本文以实际调查作为计算依据，当然，相关设计部门能获取历史数据，可以以历史数据作为计算基础。在进口道上距停车线120米处为第一调查点，在转向车辆排队出现频率的高峰，一般即早晚高峰，选取高峰时段17：30-18：30，以5分钟为一个时间间隔调查通过该点的小汽车和大型车的交通量V₁和V₂，以及在连续时间段内小车跟随小车情况下的车辆数Q₁，在晚高峰时段，可变导向车道转向经历了从左转车道变为直行车道再变为左转车道的过程。所获得的原始数据如表所示。

表1高峰小时5min交通量（原始数据）

注：统计时间0-1为17：30-17：35,1-2为17：35-17：40，依此类推。

由错误！未找到引用源。可知，交通组成中大型车的比例为：

$p=\frac{V_2}{V_1+V_2}=\frac{46}{846}=5.4\%$

在第一调查点测得连续5min内小车跟随小车情况下的车辆数为78辆，换算成小时交通量，得到：

$Q_1=\frac{78}{5/60}=935\mathrm{pcu}/h$

以信号控制交叉口进南口道停车线处为第二调查断面，在该点调查一个信号周期内通过停车线的车辆数，原始数据如表所示。

表2每一周期内通过交叉口的车辆数

（2）交通量换算。

计算该交叉口南进口道交通流中小车跟随小车的平均车头时距H_pp：

全部为标准小汽车情况下的车流率为： $q_b=\frac{1}{H_{\mathrm{pp}}}=0.26\mathrm{veh}/s$

计算该交叉口南进口道交通流中所有车辆车头时距的平均值H_m： $H_m=\frac{3600}{V_1+V_2}=\frac{3600}{846}=4.3s,$ 那么，混合车流率为： $q_m=\frac{1}{H_m}=0.23\mathrm{veh}/s$

计算该交叉口南进口道交通流中大型车的车辆换算系数E₁：

$E_1=\frac{\frac{q_b}{q_m}-1}{p}+1=\frac{\frac{0.26}{0.23}-1}{0.054}=2.4$

那么，计算该交叉口南进口道当量标准小汽车交通量V_e：

V_e=V∑P_iE_i=(V₁+V₂)·[p×E₁+(1-p)×1]

=846×(0.054×2.4+0.945×1)=910pcu/h

（3）该信号控制交叉口进口道的排队车辆数。

平均每一周期内可通过的平均车辆数为：

$q=\frac{593}{10}=59.3\mathrm{pcu}$

该交叉口南进口道的平均服务率为：

$\mathrm{\μ}=\frac{59.3}{190}\×3600=1123\mathrm{pcu}/h$

计算该交叉口南进口道的服务强度ρ：

$\mathrm{\&rho;}=\frac{\mathrm{\&lambda;}}{\mathrm{\&mu;}}=\frac{V_e}{\mathrm{\&mu;}}=\frac{910}{1123}=0.81<1,$ 系统是稳定的。

计算该交叉口南进口道的排队车辆数

$\stackrel{\&OverBar;}{q}=\frac{{\mathrm{\&rho;}}^2}{1-\mathrm{\&rho;}}\&CenterDot;N\&CenterDot;(1+k)=\frac{{0.81}^2}{1-0.81}\&times;3\&times;(1+7\%)=11.08\mathrm{pcu}$

其中， $k=|\frac{1}{2}-p\left(x\right)|=|\frac{1}{2}-\frac{1}{1+e^{-(-0.874+0.51x_1)}}|=|\frac{1}{2}-\frac{1}{1+e^{-(-0.874+0.51\&times;1.123)}}|=7\%$

最后，计算该信号控制交叉口进口道可变导向车道线的长度：

$L=\stackrel{\&OverBar;}{q}\&times;l_m=11.08\&times;7.6=84.24m$

其中，l_m取7.6m。

故该信号控制交叉口进口道可变导向车道长度应为84m。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种确定信号控制交叉口进口道可变导向车道长度的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)采集信号控制交叉口进口道可变导向车道转向所对应的方向的交通数据，所述交通数据包括：可变导向车道转向所对应转向车道数量、可变导向车道转向方向涉及的所有车道单位时间内大型车和小汽车各自的交通量、以及信号控制交叉口信号周期时长，所述可变导向车道的转向包括以下几种情况①左转和直行、②直行和右转、③左转、直行和右转、④左转和右转；

(2)对采集的可变导向车道转向方向涉及的所有车道大型车和小汽车各自的交通量进行统计，将获得的交通量按如下公式换算成当量标准小汽车交通量：

V_e＝V∑P_iE_i；

其中：V_e为当量标准小汽车交通量，计量单位为辆/小时；V为未经换算的总交通量，计量单位为辆/小时；P_i为第i类车交通量占总交通量的百分比；E_i为第i类车的车辆换算系数；i表示大型车或小汽车；

(3)根据排队理论的M/M/N模型，其中第一个M代表车辆到达交叉口是随机的，平均到达率服从泊松分布；第二个M代表交叉口的平均服务率，其服从负指数分布；N代表信号控制交叉口进口道可变导向车道涉及转向的车道数，按照多路排队多通道系统计算交叉口进口道停车线后的排队车辆数：

其中：ρ＝λ/(μ·N)；

其中：ρ为信号控制交叉口服务强度；λ为车辆平均到达率，λ＝V_e，计量单位为辆/小时；μ为信号控制交叉口平均服务率，即在单位绿灯时间内通过交叉口的车辆数，计量单位为辆/小时；为排队车辆数；k为进口车道排队不均衡系数；N为可变导向车道转向所涉及的车道数；

(4)将以排队车辆数为单位的平均排队长度换算成以米为单位的平均排队长度，按如下公式计算信号控制交叉口进口道可变导向车道长度：

其中：L为进口道可变导向车道长度；为排队车辆数；l_m为前后排队车辆的车头间距，取7米≤l_m≤8米。

2.根据权利要求1所述的一种确定信号控制交叉口进口道可变导向车道长度的方法，其特征在于：所述交通数据可通过历史数据获取或使用现场摄影法，通过计算机设备对获取的数据视频数据进行统计；

将所有车辆分为大型车和小汽车，其中将载客八人及以下车辆视为小汽车，货车及载客八人以上汽车视为大型车，并进行分车种调查。

3.根据权利要求1所述的一种确定信号控制交叉口进口道可变导向车道长度的方法，其特征在于：所述排队不均衡系数k的计算方法为：

其中，p(x)为上游车辆选择可变导向车道的概率，x₁为进口道可变导向车道转向涉及的各转向总交通量，单位为千辆/小时。