CN104299431B - 一种双向双车道道路养护施工情况下的交通信号控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向双车道道路养护施工情况下的交通信号控制方法，包含了交通数据采集步骤、全红相位时长计算步骤、周期时长计算步骤、通行相位时长计算步骤，交通信号控制方案实施步骤五个步骤。该方法充分考虑了双向双车道道路养护施工情况下的交通运行特征，结合双向双车道道路的养护施工需求设置信号控制方案。通过类比城市交叉口的信号控制方法，采用了最为常见的四相位信号控制方案依次给予双向车流以通行权。发明方法非常适合于长时间的双向双车道的道路养护施工，方法便于计算与实际操作，实用性强，可以提升双向双车道道路在养护施工情况下交通系统的整体运行效率，具有重要的现实意义。

Description

一种双向双车道道路养护施工情况下的交通信号控制方法

技术领域

本发明涉及道路施工交通组织与信号控制优化技术，尤其涉及一种双向双车道道路养护施工区的交通信号控制方法。

背景技术

现阶段，我国正处于交通基础设施全面建设的时期，全国各地都在进行各种等级道路的规划、新建、改建与扩建工程。仅以高速公路为例，2013年，全国高速公路建设完成投资额达7297.76亿元。可以看出，目前我国对于道路建设的投入还非常巨大。未来，随着道路建设的脚步放缓，道路网络逐渐的成型，与道路桥梁相关的工程项目将从目前以建设为中心转向以养护为中心。数据显示，截至2012年，全国公路养护里程达411.68万公里，同比增长3.43％，全国公路养护里程占公路总里程的比例达到97.2％，“十一五”期间全国累计用于公路养护资金约为8011亿元(每年约1600亿元)。在大洋彼岸的美国，2014年初，美国总统奥巴马提出了一项4年3000亿美元(约1.8万亿元人民币，每年约4500亿元)的交通基础设施重建计划，要重建、养护美国的高速公路、桥梁及铁路等基础设施。

在未来，道路的养护和施工工作将会越来越常见。因此，如何在保证养护施工工作安全有效开展的同时，给予交通流尽可能少的打扰，是目前我们需要重点关注的。在美国，对于道路的养护施工各个州都有着完善的法律法规规定，这一方面可以在规定养护施工流程的同时保障施工的安全与有序，同时，这种法律法规也可以通过提供统一的养护施工规范以降低养护施工对交通的影响。在我国，对于道路的养护工作也有着非常严格的规定：《城镇道路养护技术规范(CJJ36-2006)》、《公路养护技术规范(JTGH10-2009)》与《公路桥涵养护规范(JTGH11-2004)》3项规范也在一定程度上对养护施工进行了解释，并给出了严格的操作指导。但是目前，对于道路养护施工时期，养护工作对交通的影响还没有非常深入的研究与探讨。随着未来日益增长的道路养护需求，道路养护施工时期的交通组织问题就越来越值得交通学者关注。

根据道路的车道数目的不同，养护施工时的交通组织方案也会有不同。当道路的单向车道数大于等于2条时，此时的道路养护施工一般是选择性的封闭部分车道；待封闭的车道养护施工结束后再封闭其他的车道。这样的养护施工方式使得无论何时都会有至少1条车道可供车辆行驶。当道路的单向车道数等于1条(即双向两车道)时，此时若对道路进行养护施工时，必定要占用这唯一的车道。此时，双向道路剩下的唯一车道将依次地服务两个方向的车流。这种情况下，就需要对该条剩下的唯一车道的路权进行分配。一般而言的做法是，在养护施工区的两侧采用旗手举旗来分配道路通行权，每一个旗手控制一个方向车流的通行状态：当一侧的旗手举旗示意该方向的车流可以行驶时，另一侧的旗手举旗示意另一方向的车流则需要停止。这种旗手的控制方式在双向双车道的养护施工时常被采用(该方法国外被称之为FlaggerControl)，并且在国外对旗手的控制方式会有较为严格的规定，旗手上岗前需要进行系统的培训。

经过发明人的研究发现，在双向双车道道路养护施工时，虽然上述的旗手控制方式是被国内外广泛使用的，但是这种方式并不是最优的：1)虽然旗手在上岗前都会经过系统的培训，但是对于一些实际的情况，这种控制方式还是各个旗手根据自身的经验与体会现场进行的。这就必然会导致实际的控制效果存在一定的瑕疵，并不能做到对交通的影响最小。2)当道路的养护施工是大修等耗时很长的工程时，这种人工的控制就非常耗费人力，并且也很难长时间的持续进行。

为使双向双车道道路在养护施工时最可能少的影响交通流的运行，同时更加适应长时间施工的需求，可以类比交叉口的信号控制方式，通过交通流的特征设定交通信号配时方案，减少双向双车道道路养护对交通的影响，提升交通系统的效率。

发明内容

虽然旗手的控制方式在双向双车道路养护施工时被广泛的使用，但是该方法更多的是依靠旗手的现场判断进行路权的切换，并没有一个相对统一的控制计算过程，控制效果因旗手而异。并且对于长时间的养护施工工程，旗手的方式并不合适。本发明提供一种在保障双向双车道道路养护施工效率的同时，降低养护施工对道路交通流的影响的交通信号控制方法。

本发明提供的一种双向双车道道路养护施工情况下的交通信号控制方法，其特征在于，该方法采用四相位的信号控制方案，依次给予两个方向车流路权，四相位按照相序顺序依次为：封闭车道的车流通行相位、全红相位1、对向车道的车流通行相位、全红相位2；该方法包含了依次进行的交通数据采集步骤、全红相位时长计算步骤、周期时长计算步骤、通行相位时长计算步骤，交通信号控制方案实施步骤。

所述交通数据采集步骤中，采集的数据包含包含养护施工区的长度L，车辆在养护施工区行驶的平均速度v，封闭车道的车流方向上的高峰小时交通流量与平峰小时交通流量对向车道的车流方向上的高峰小时交通流量与平峰小时交通流量封闭车道的车流方向上的车辆在行驶到达养护施工区域时由封闭车道换道至对向车道的平均换道时间t_be，封闭车道的车流方向上的车辆在行驶通过养护施工区域后由对向车道换道至封闭车道的平均换道时间t_af，封闭车道的车流方向上的车辆启动损失时间对向车道的车流方向上的车辆启动损失时间封闭车道的车流方向的饱和流率s₁，对向车道的车流方向的饱和流率s₂。其中，平峰小时交通流量的取值采取高峰小时以外的小时交通流的平均值。

所述全红相位时长计算步骤，包含了全红相位1和全红相位2时长的计算：全红相位1的时长为全红相位2的时长为

所述周期时长计算步骤，包含了高峰小时的周期时长及平峰小时的周期时长：高峰小时的周期时长为平峰小时的周期时长为 $C_{ping}=\frac{1.5(R_1+R_2+t_1^{setup}+t_2^{setup})+5}{1-(\frac{q_1^{ping}}{s_1}+\frac{q_2^{ping}}{s_2})}.$

所述通行相位时长计算步骤，包含了高峰小时通行相位时长和平峰小时通行相位时长的计算，具体如下：

1)高峰小时通行相位时长

高峰小时封闭车道的车流通行相位时长为高峰小时对向车道的车流通行相位时长为

2)平峰小时通行相位时长

平峰小时封闭车道的车流通行相位时长为平峰小时对向车道的车流通行相位时长为

所述交通信号控制方案实施步骤，采用上述步骤计算得到的周期时长、全红相位时长、通行相位时长设置道路施工区的交通信号灯：当前相位为封闭车道的车流通行相位时，封闭车道的车流方向上信号灯为绿灯，对向车道的车流方向上信号灯为红灯，封闭车道的车流具有通行权；当前相位为对向车道的车流通行相位时，封闭车道的车流方向上信号灯为红灯，对向车道的车流方向上信号灯为绿灯，对向车道的车流具有通行权；当前相位为全红相位1或者全红相位2时，封闭车道及对向车道的车流方向上信号灯均为红灯，所有方向上的车辆均没有通行权。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

通过本发明的实施，可以降低双向双车道道路养护施工对交通运行的影响。通过引入信号控制，最大程度保障双向双车道道路养护施工的施工，同时保障双向交通流的通行，提升交通系统的整体运行效率。本发明方法非常适合用于长时间的双向双车道道路养护施工工程。

本发明提出的交通信号控制方法与常用的城市交叉口信号控制方式非常类似。因此，对于交通工程师而言，可以非常快的掌握本发明提出的方法。并且，本发明方法的计算方法简单，非常容易实现。如果结合可移动式的信号灯，可以做到随用随安放，使用完成后可以直接移走等待重复使用，控制成本很低。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

图2为本发明方法的实施例的数据采集示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种双向双车道道路养护施工情况下的交通信号控制方法的总体流程图。下面结合图1对本发明方法作更进一步的说明。

一种双向双车道道路养护施工情况下的交通信号控制方法，其特征在于，该方法采用四相位的信号控制方案，依次给予两个方向车流路权，四相位按照相序顺序依次为：封闭车道的车流通行相位、全红相位1、对向车道的车流通行相位、全红相位2；该方法包含了依次进行的五个步骤：步骤一，交通数据采集步骤、步骤二，全红相位时长计算步骤、步骤三，周期时长计算步骤、步骤四，通行相位时长计算步骤，步骤五，交通信号控制方案实施步骤。

步骤一为本发明方法的数据采集步骤，可后续步骤提供数据支持，数据的采集方法根据王炜等编著《交通工程学》，可以通过视频采集、人工采集、线圈采集等方法得到。其中，采集的数据包含包含养护施工区的长度L，车辆在养护施工区行驶的平均速度v，封闭车道的车流方向上的高峰小时交通流量与平峰小时交通流量对向车道的车流方向上的高峰小时交通流量与平峰小时交通流量封闭车道的车流方向上的车辆在行驶到达养护施工区域时由封闭车道换道至对向车道的平均换道时间t_be，封闭车道的车流方向上的车辆在行驶通过养护施工区域后由对向车道换道至封闭车道的平均换道时间t_af，封闭车道的车流方向上的车辆启动损失时间对向车道的车流方向上的车辆启动损失时间封闭车道的车流方向的饱和流率s₁，对向车道的车流方向的饱和流率s₂。其中，平峰小时交通流量的取值采取高峰小时以外的小时交通流的平均值。

步骤二为本发明中计算全红相位时长计算步骤，该步骤计算得到的全红时间用于清空道路施工区域内的车辆，为接下来通行权的切换提供条件。该步骤包含了全红相位1和全红相位2时长的计算：全红相位1的时长为全红相位2的时长为 $R_2=\frac{L}{v}.$

步骤三为周期时长计算步骤，该步骤计算周期时长的公式是在韦伯斯特的信号交叉口最佳周期的计算公式的基础上修改得到的，包含了高峰小时的周期时长及平峰小时的周期时长：高峰小时的周期时长为平峰小时的周期时长为 $C_{ping}=\frac{1.5(R_1+R_2+t_1^{setup}+t_2^{setup})+5}{1-(\frac{q_1^{ping}}{s_1}+\frac{q_2^{ping}}{s_2})}.$

步骤四为所述通行相位时长计算步骤，包含了高峰小时通行相位时长和平峰小时通行相位时长的计算，具体如下：

1)高峰小时通行相位时长

高峰小时封闭车道的车流通行相位时长为高峰小时对向车道的车流通行相位时长为

2)平峰小时通行相位时长

平峰小时封闭车道的车流通行相位时长为平峰小时对向车道的车流通行相位时长为

步骤五为交通信号控制方案实施步骤，在确定好信号配时方案后，该步骤进行信号控制方案的具体实施。采用上述步骤计算得到的周期时长、全红相位时长、通行相位时长设置道路施工区的交通信号灯：当前相位为封闭车道的车流通行相位时，封闭车道的车流方向上信号灯为绿灯，对向车道的车流方向上信号灯为红灯，封闭车道的车流具有通行权；当前相位为对向车道的车流通行相位时，封闭车道的车流方向上信号灯为红灯，对向车道的车流方向上信号灯为绿灯，对向车道的车流具有通行权；当前相位为全红相位1或者全红相位2时，封闭车道及对向车道的车流方向上信号灯均为红灯，所有车辆均没有通行权。

为了验证本发明方法的有效性，采用本发明方法对某城市某双向双车道道路进行交通信号控制方案的设计。

步骤一的采集是通过视频采集方法，如图2所示，数据的采集的时间为2013年7月29日午高峰。通过步骤一采集得到的数据如下表所示：

步骤二计算得到的全红相位1的时长为全红相位2的时长为 $R_2=\frac{L}{v}=10s.$

步骤三计算得到的高峰小时的周期时长为C_gao＝79.86s，平峰小时的周期时长为C_ping＝58.67s，为方便后续计算，采用工程中常用的取整处理，取整后C_gao＝80s，C_ping＝59s。

步骤四计算得到的通行时长结果如下：高峰小时封闭车道的车流通行相位时长为高峰小时对向车道的车流通行相位时长为平峰小时封闭车道的车流通行相位时长为平峰小时对向车道的车流通行相位时长为 $G_2^{gao}=18.94s\≈19s.$

步骤五为交通信号控制方案实施步骤，采用上述步骤计算得到的周期时长、全红相位时长、通行相位时长设置道路施工区的交通信号灯。在高峰时期，信号的配时方案为封闭车道的车流通行相位，时长24秒、全红相位1，时长15秒、对向车道的车流通行相位，时长31秒、全红相位2，时长15秒，周期总时长为80秒；在平峰时期，信号的配时方案为封闭车道的车流通行相位，时长15秒、全红相位1，时长15秒、对向车道的车流通行相位，时长19秒、全红相位2，时长15秒，周期总时长为59秒。

以上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 (2)

1.一种双向双车道道路养护施工情况下的交通信号控制方法，其特征在于，该方法采用四相位的信号控制方案，依次给予两个方向车流路权，四相位按照相序顺序依次为：封闭车道的车流通行相位、全红相位1、对向车道的车流通行相位、全红相位2；该方法包含了依次进行的交通数据采集步骤、全红相位时长计算步骤、周期时长计算步骤、通行相位时长计算步骤和交通信号控制方案实施步骤；

所述交通数据采集步骤中，采集的数据包含养护施工区的长度L，车辆在养护施工区行驶的平均速度v，封闭车道的车流方向上的高峰小时交通流量与平峰小时交通流量对向车道的车流方向上的高峰小时交通流量与平峰小时交通流量封闭车道的车流方向上的车辆在行驶到达养护施工区域时由封闭车道换道至对向车道的平均换道时间t_be，封闭车道的车流方向上的车辆在行驶通过养护施工区域后由对向车道换道至封闭车道的平均换道时间t_af，封闭车道的车流方向上的车辆启动损失时间对向车道的车流方向上的车辆启动损失时间封闭车道的车流方向的饱和流率s₁，对向车道的车流方向的饱和流率s₂；

所述全红相位时长计算步骤，包含了全红相位1和全红相位2时长的计算：全红相位1的时长为全红相位2的时长为

所述周期时长计算步骤，包含了高峰小时的周期时长及平峰小时的周期时长：高峰小时的周期时长为平峰小时的周期时长为 $C_{\mathrm{ping}}=\frac{1.5(R_1+R_2+t_1^{\mathrm{setup}}+t_2^{\mathrm{setup}})+5}{1-(\frac{q_1^{\mathrm{ping}}}{s_1}+\frac{q_2^{\mathrm{ping}}}{s_2})};$

所述通行相位时长计算步骤，包含了高峰小时通行相位时长和平峰小时通行相位时长的计算，具体如下：

1)高峰小时通行相位时长

高峰小时封闭车道的车流通行相位时长为高峰小时对向车道的车流通行相位时长为

2)平峰小时通行相位时长

平峰小时封闭车道的车流通行相位时长为平峰小时对向车道的车流通行相位时长为

所述交通信号控制方案实施步骤，采用上述步骤计算得到的周期时长、全红相位时长、通行相位时长设置道路施工区的交通信号灯：当前相位为封闭车道的车流通行相位时，封闭车道的车流方向上信号灯为绿灯，对向车道的车流方向上信号灯为红灯，封闭车道的车流具有通行权；当前相位为对向车道的车流通行相位时，封闭车道的车流方向上信号灯为红灯，对向车道的车流方向上信号灯为绿灯，对向车道的车流具有通行权；当前相位为全红相位1或者全红相位2时，封闭车道及对向车道的车流方向上信号灯均为红灯，所有方向上的车辆均没有通行权。

2.根据权利要求1中所述的一种双向双车道道路养护施工情况下的交通信号控制方法，其特征在于，平峰小时交通流量的取值采取高峰小时以外的小时交通流的平均值。