CN104123848B - 一种考虑展宽段长度的单个交叉口过饱和信号配时方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种考虑展宽段长度的单个交叉口过饱和信号配时方法，属于交通信号控制技术领域。本发明包括步骤：A、确定处于过饱和状态且有展宽段的信号交叉口；B、根据交叉口信号相位数确定信号控制周期时长；C、根据交叉口信号周期时长和相位流量比确定相位绿灯时间作为初始方案；D、计算展宽段内排队车辆释放完全所需时间；E、比较展宽段内排队车辆释放完全最多所需时间与展宽段所在车流相位的最短绿灯时间大小来形成信号配时方案。本发明可提高交叉口总体通行能力，减少累积滞留车辆数，降低下游排队车辆阻塞上游交叉口的可能性，优化具有展宽段交叉口在过饱和状态下的控制效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种考虑展宽段长度的单个交叉口过饱和信号配时方法，属于交通信号控制技术领域。
背景技术
随着城市经济和路网规模的不断发展，交通拥堵问题已经日益突出，目前解决交通拥堵主要有道路网改建和信号优化控制两种方法。进行大规模的道路网改建可以从物理结构上打破交通瓶颈，提高路网总体通行能力和可达性，但是随着我国城市发展的基本成型，在现阶段继续进行路网改建的性价比已经越来越低，所需的巨额费用对交通建设者和管理者都是沉重的负担。而且路网改建周期持续时间较长，在建设过程中还会破坏现有路网交通流的正常运行，造成种种负面影响。与道路改建相比，交通信号优化配时具有性价比高、见效快、易对比、负面影响小等优点，因此通过合理优化交叉口信号配时来缓解交通压力已成为公认的解决城市交通拥堵问题的主要方法。针对信号控制交叉口交通状态有针对性的确定相应交通控制目标，进而制定适宜的信号控制策略和算法，是科学合理的交通信号优化逻辑。
但是目前城市交叉口信号控制中，很多地方依然存在单纯依靠管理者经验进行信号控制的方法，在一些特殊的交通条件下，由于未能制定有针对性的交通信号配时方案，使得交叉口时空资源浪费严重，交通信号控制未能达到应有的最佳效果。特别严重的是交叉口信号配时与交通渠划相互脱节，在信号配时中较少考虑到交叉口实际渠划状况，由此造成了某些特殊情况下交通信号控制效果不佳的负面后果。交叉口在交通高峰时期经常会处于过饱和状态，一旦交叉口长时间处于过饱和状态后，不断累积的滞留车辆将向上游交叉口蔓延，严重时会出现下游排队车辆阻塞上游交叉口的交通“多米诺”现象。针对这种情况，提高交叉口通行能力成为此时交通控制的首要目标。而具有展宽段的交叉口由于展宽段长度和车道数等因素的影响，与普通交叉口在过饱和状况下的控制方法是有差异的，只有综合考虑交叉口展宽段渠划状况因素，建立相应的交通信号配时模型才能实现最大程度提高交叉口总体通行能力的目标，减少每周期末的累积滞留车辆数，降低下游排队阻塞上游交叉口的可能性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：本发明针对具有展宽段交叉口在过饱和状态下的交通特性，提供了一种考虑展宽段长度的单个交叉口过饱和信号配时方法，通过优化交叉口信号配时参数，可提高交叉口总体通行能力，减少累积滞留车辆数，降低下游排队车辆阻塞上游交叉口的可能性，优化具有展宽段交叉口在过饱和状态下的控制效果。
本发明的技术方案是：一种考虑展宽段长度的单个交叉口过饱和信号配时方法，所述方法的具体步骤如下：
A、首先在物理结构上判断进口道上具有展宽段的交通信号交叉口；在进口道交叉口上，比较交叉口总的通行能力与总的交通需求大小，如果交叉口总的交通需求大于总的通行能力，即Tz＞Qz，则此时交叉口处于过饱和状态，交叉口为具有展宽段的交通信号交叉口；
其中Tz是指交叉口总的交通需求，Qz是指交叉口总的通行能力；
B、调查交叉口信号相位划分状况，根据交通信号控制交叉口的相位数确定过饱和状态下的信号周期时长；根据公式C＝60n确定过饱和状态下的信号周期时长；
其中C是指交叉口信号周期时长(秒)，n是指交叉口的相位数；
由步骤A知此时交叉口已处于过饱和状态，因此此时交通控制的目标应是尽量增大交叉口通行能力，信号周期时长在允许的范围内应尽量增大以提高交叉口总的通行能力。但是交叉口周期时长过大会导致各个相位红灯时间过长，使交通参与者产生焦躁心理，造成交通违规率的提升，因此一般根据公式C＝60n确定过饱和状态下的信号周期时长。
C、调查交叉口相关交通参数，相关交通参数包括各条车道的实际交通需求、饱和流率，根据交叉口信号周期时长和相位流量比，采用传统等饱和度原则利用公式计算交叉口各个相位有效绿灯时间；
其中gi是指相位i的有效绿灯时间(秒)，L是指交叉口各个相位损失时间之和(秒)，yi是指相位i的流量比，Y是指交叉口各个相位流量比之和；
D、调查交叉口展宽段长度、阻塞密度、展宽段车流的饱和流率，根据公式计算得到展宽段内排队车辆释放完全最多所需时间；
其中gi是指展宽段内排队车辆释放完全最多所需时间(秒)，D是指展宽段长度(米)，K是指展宽段阻塞密度(辆/米)，S是指展宽段车流的饱和流率(辆/秒)；
E、调查展宽段车流所在相位的最小绿灯时间(秒)，比较展宽段内排队车辆释放完全最多所需时间gz与展宽段所在车流相位的最短绿灯时间gm的大小；
如果gz≥gm，则调整展宽段车流所在相位有效绿灯时间为gz，其它相位则根据流量比分配剩余的绿灯时间；
如果gz＜gm，则调整展宽段车流所在相位有效绿灯时间为gm，其它相位则根据流量比分配剩余的绿灯时间。
所述步骤C中，需要调查的各条车道实际交通需求，在实际调查中应该在进口道排队末尾上游某个断面进行调查。因为当交叉口处于过饱和状态时，在进口道停车线处进行交通量调查只能获得通过停车线的车辆数，不能表明真正的交通需求，此时有部分交通需求由于受到通行能力限制，累积滞留在交叉口停车线后而没有通过交叉口。
所述具有展宽段的交通信号交叉口具有对称形式，即同一个相位中若某股车流所在车道设置了展宽段，则其相对方向上同一个相位车流也应同时设置有展宽段与之相对称。
本发明提出的一种考虑展宽段长度的单个交叉口过饱和信号配时方法，可增加单个交叉口通行能力，减少过饱和状况下交叉口总的滞留车辆数，延缓交叉口排队车辆上溯到上游交叉口的速度，减少交通“多米诺”现象发生的可能。
本发明的有益效果是：本发明提出的一种考虑展宽段长度的单个交叉口过饱和信号配时方法，其优势在于针对具有展宽段交叉口在过饱和状态下的交通特性，通过考虑展宽段长度及其可容纳的排队车辆数来优化交叉口信号配时参数。提高了此种状况下交叉口总体通行能力，降低了下游排队车辆阻塞上游交叉口的可能性，优化具有展宽段交叉口在过饱和状态下的控制效果。因此，本发明在具有展宽段交叉口在过饱和状态下的交通信号控制中具有较高的工程运用价值。
附图说明
图1为本发明中的总体流程图；
图2为本发明具体实施例2中的交叉口及车流示意图。
具体实施方式
实施例1：如图1-2所示，一种考虑展宽段长度的单个交叉口过饱和信号配时方法，所述方法的具体步骤如下：
A、首先在物理结构上判断进口道上具有展宽段的交通信号交叉口；在进口道交叉口上，比较交叉口总的通行能力与总的交通需求大小，如果交叉口总的交通需求大于总的通行能力，即Tz＞Qz，则此时交叉口处于过饱和状态，交叉口为具有展宽段的交通信号交叉口；
其中Tz是指交叉口总的交通需求，Qz是指交叉口总的通行能力；
B、调查交叉口信号相位划分状况，根据交通信号控制交叉口的相位数确定过饱和状态下的信号周期时长；根据公式C＝60n确定过饱和状态下的信号周期时长；
其中C是指交叉口信号周期时长(秒)，n是指交叉口的相位数；
C、调查交叉口相关交通参数，相关交通参数包括各条车道的实际交通需求、饱和流率，根据交叉口信号周期时长和相位流量比，采用传统等饱和度原则利用公式计算交叉口各个相位有效绿灯时间；
其中gi是指相位i的有效绿灯时间(秒)，L是指交叉口各个相位损失时间之和(秒)，yi是指相位i的流量比，Y是指交叉口各个相位流量比之和；
D、调查交叉口展宽段长度、阻塞密度、展宽段车流的饱和流率，根据公式计算得到展宽段内排队车辆释放完全最多所需时间；
其中gz是指展宽段内排队车辆释放完全最多所需时间(秒)，D是指展宽段长度(米)，K是指展宽段阻塞密度(辆/米)，S是展宽段车流的饱和流率(辆/秒)；
E、调查展宽段车流所在相位的最小绿灯时间(秒)，比较展宽段内排队车辆释放完全最多所需时间gz与展宽段所在车流相位的最短绿灯时间gm的大小；
如果gz≥gm，则调整展宽段车流所在相位有效绿灯时间为gz，其它相位则根据流量比分配剩余的绿灯时间；
如果gz＜gm，则调整展宽段车流所在相位有效绿灯时间为gm，其它相位则根据流量比分配剩余的绿灯时间。
所述步骤C中，需要调查的各条车道实际交通需求，在实际调查中应该在进口道排队末尾上游某个断面进行调查。
所述具有展宽段的交通信号交叉口具有对称形式，即同一个相位中若某股车流所在车道设置了展宽段，则其相对方向上同一个相位车流也应同时设置有展宽段与之相对称。
实施例2：如图1-2所示，一种考虑展宽段长度的单个交叉口过饱和信号配时方法，所述方法的具体步骤如下：
A、对于示例交叉口交通渠划及交通流状况如图2所示，已知示例交叉口在交通高峰时期交叉口总的交通需求Tz大于交叉口总的通行能力Qz，即此交叉口在交通高峰时期处于过饱和状态，交叉口为具有展宽段的交通信号交叉口；
其中Tz是指交叉口总的交通需求，Qz是指交叉口总的通行能力；
B、调查示例交叉口信号相位划分状况如表1所示，由表1可知此交叉口在交通高峰时期相位数为4，因此由公式C＝60n计算得到过饱和状态下示例交叉口信号周期时长为240秒；
表1示例交叉口信号相位划分情况
其中C是指交叉口信号周期时长(秒)，n是指交叉口的相位数；
由步骤A知此时交叉口已处于过饱和状态，因此此时交通控制的目标应是尽量增大交叉口通行能力，信号周期时长在允许的范围内应尽量增大以提高交叉口总的通行能力。但是交叉口周期时长过大会导致各个相位红灯时间过长，使交通参与者产生焦躁心理，造成交通违规率的提升，因此一般根据公式C＝60n确定过饱和状态下的信号周期时长。
C、调查示例交叉口相关交通参数如表2所示，相关交通参数包括各条车道的实际交通需求、饱和流率等，根据交叉口信号周期时长和相位流量比，采用传统等饱和度原则利用公式计算示例交叉口各个相位有效绿灯时间，结果如表3所示；
表2示例交叉口相关交通流参数
表3示例交叉口传统方法信号配时结果
其中gi是指相位i的有效绿灯时间(秒)，L是指交叉口各个相位损失时间之和(秒)，yi是指相位i的流量比，Y是指交叉口各个相位流量比之和；
D、调查示例交叉口展宽段长度、阻塞密度、展宽段车流的饱和流率如表4所示，根据公式计算得到展宽段内排队车辆释放完全最多所需时间；结果是车流3所在展宽段内排队车辆释放完全最多所需时间为24秒，车流6所在展宽段内排队车辆释放完全最多所需时间为24秒；
表4示例交叉口展宽段相关参数
| 展宽段长度(米） | 阻塞密度(辆/米) | 饱和流率(辆/小时) | |
| 车流3所在展宽段 | 70 | 1/7 | 1500 |
| 车流6所在展宽段 | 70 | 1/7 | 1500 |
其中gz是指展宽段内排队车辆释放完全最多所需时间(秒)，D是指展宽段长度(米)，K是指展宽段阻塞密度(辆/米)，S是指展宽段车流的饱和流率(辆/小时)；
E、调查展宽段车流所在相位的最小绿灯时间，可知车流3所在展宽段相位最短绿灯时间为15秒，由步骤D得到车流3所在展宽段内排队车辆释放完全最多所需时间为24秒，因为24＞15，所以调整展宽段车流所在相位有效绿灯时间为24秒，其它相位采用步骤C的公式分配剩余绿灯时间，可得到示例交叉口应用本发明方法后的信号配时结果如表5所示。
表5示例交叉口采用本发明方法信号配时结果
所述步骤C中，需要调查的各条车道实际交通需求，在实际调查中应该在进口道排队末尾上游某个断面进行调查。因为当交叉口处于过饱和状态时，在进口道停车线处进行交通量调查只能获得通过停车线的车辆数，不能表明真正的交通需求，此时有部分交通需求由于受到通行能力限制，累积滞留在交叉口停车线后而没有通过交叉口。
所述具有展宽段的交通信号交叉口具有对称形式，即同一个相位中若某股车流所在车道设置了展宽段，则其相对方向上同一个相位车流也应同时设置有展宽段与之相对称。
为了能够直观反映本发明的优势，分别用传统单点信号配时方法和本发明提出的一种考虑展宽段长度的单个交叉口过饱和信号配时方法对示例交叉口进行控制配时，然后利用交通仿真软件VISSIM进行两种方法配时后控制效果评价，结果如表6所示，可以看出与传统方法相比，本发明方法提高了示例交叉口总体通行能力，减少了累积滞留车辆数。
表6本发明方法与单点控制方法效果对比
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (3)
1.一种考虑展宽段长度的单个交叉口过饱和信号配时方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：
A、首先在物理结构上判断进口道上具有展宽段的交通信号交叉口；在进口道交叉口上，比较交叉口总的通行能力与总的交通需求大小，如果交叉口总的交通需求大于总的通行能力，即Tz＞Qz，则此时交叉口处于过饱和状态，交叉口为具有展宽段的交通信号交叉口；
其中Tz是指交叉口总的交通需求，Qz是指交叉口总的通行能力；
B、调查交叉口信号相位划分状况，根据交通信号控制交叉口的相位数确定过饱和状态下的信号周期时长；根据公式C＝60n确定过饱和状态下的信号周期时长；
其中C是指交叉口信号周期时长，n是指交叉口的相位数；
C、调查交叉口相关交通参数，相关交通参数包括各条车道的实际交通需求、饱和流率，根据交叉口信号周期时长和相位流量比，采用传统等饱和度原则利用公式计算交叉口各个相位有效绿灯时间；
其中gi是指相位i的有效绿灯时间，L是指交叉口各个相位损失时间之和，yi是指相位i的流量比，Y是指交叉口各个相位流量比之和；
D、调查交叉口展宽段长度、阻塞密度、展宽段车流的饱和流率，根据公式计算得到展宽段内排队车辆释放完全最多所需时间；
其中gz是指展宽段内排队车辆释放完全最多所需时间，D是指展宽段长度，K是指展宽段阻塞密度，S是指展宽段车流的饱和流率；
E、调查展宽段车流所在相位的最小绿灯时间，比较展宽段内排队车辆释放完全最多所需时间gz与展宽段所在车流相位的最短绿灯时间gm的大小；
如果gz≥gm，则调整展宽段车流所在相位有效绿灯时间为gz，其它相位则根据流量比分配剩余的绿灯时间；
如果gz＜gm，则调整展宽段车流所在相位有效绿灯时间为gm，其它相位则根据流量比分配剩余的绿灯时间。
2.根据权利要求1所述的考虑展宽段长度的单个交叉口过饱和信号配时方法，其特征在于：所述步骤C中，需要调查的各条车道实际交通需求，在实际调查中应该在进口道排队末尾上游某个断面进行调查。
3.根据权利要求1所述的考虑展宽段长度的单个交叉口过饱和信号配时方法，其特征在于：所述具有展宽段的交通信号交叉口具有对称形式，即同一个相位中若某股车流所在车道设置了展宽段，则其相对方向上同一个相位车流也应同时设置有展宽段与之相对称。
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