CN104318788B - 一种提高交叉口进口道空间资源利用效率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种提高交叉口进口道空间资源利用效率的方法，在周期和相位绿灯时间不变的情况下，将进口道最外侧的左转车道设置成可变车道，通过实时变换可变车道的功能，进而提高交叉口同一进口道空间资源利用效率。通过视频检测器实时采集本信号周期内本进口道左转和直行的交通量，经过数值运算和逻辑判断，在下一周期改变车道信号灯和方向指示信号灯，引导车辆适应车道的变换。本发明具有均衡交叉口不同流向车道空间资源利用率，适时减少车辆在交叉口的排队时间，提高车辆通行效率的优点。

Description

一种提高交叉口进口道空间资源利用效率的方法

技术领域

本发明涉及交通科学，具体涉及一种提高交叉口进口道空间资源利用效率的方法。

背景技术

随着城市道路交通需求的持续增长和道路网的完善，双向10、12车道等城市干道越来越多，甚至在交叉口进口道还存在拓宽车道的情况，使得左转专用车道数也在逐步增加。典型的四相位交叉口，存在多条左转专用车道时，高峰时段其通行能力基本满足交通需求；但在平峰时段，因左转交通量减少，造成左转车道空间利用率不高；而直行车流量大，直行车道空间资源又十分紧张，二者形成巨大反差。

发明内容

基于以上不足之处，本发明的目的在于提供一种提高交叉口进口道空间资源利用效率的方法，该方法在周期和相位绿灯时间不变的情况下，将进口道最外侧的左转车道设置成可变车道，通过实时变换可变车道的功能，进而提高交叉口进口道空间资源利用效率。

本发明的目的是这样实现的：一种提高交叉口进口道空间资源利用效率的方法，步骤如下：

步骤一：设置视频检测器

将视频检测器安装在进口道对向的信号灯横臂上或本向的电子警察杆上，用来实时检测该进口道各相位绿灯期间通过交叉口停车线各流向的流量数据；

步骤二：设置车道信号灯

在停车线后合适位置设置横臂式或门架式车道信号灯，用来指示各信号周期内进口车道的功能；进口车道分隔线长度为30～50m，车道信号灯的设置位置应位于车道分隔线之后；车道信号灯的设置位置应与左转、直行相位中最短的绿灯时长相协调，左转相位绿灯时间小于直行相位绿灯时间，在此以左转相位绿灯时间为标准进行说明，车道信号灯距停车线的距离L需满足以下条件：

车道分隔线长度≤L≤左转相位绿灯期间最少放行的车辆数×平均车辆排队长度；

步骤三：判断车道信号灯切换条件

根据视频检测器送来的本周期内各流向流量数据，计算本信号周期内各个流向的车道利用率，鉴于交通流的到达一般具有连续性，以此来判断下一信号周期车道信号灯是否需要切换，并存数判断结果；

左转、直行流向的车道利用率计算公式定义如下；

$r_L=\frac{V_L}{S_L\×g_L\×N_L}---\left(1\right)$

$r_S=\frac{V_S}{S_S\×g_S\×N_S}---\left(2\right)$

式中：

V_L、V_S——当前周期内检测器采集到的进口道左转、直行交通量；

S_L、S_S——左转、直行车道饱和流率，为固定值；

g_L、g_S——左转、直行相位绿灯时间；

N_L、N_S——进口道左转、直行车道数；

若r_L＜0.6且r_S＞0.9或r_S＜0.6且r_L＞0.9，则说明在当前这种信号控制方案下，该进口道直行与左转车道的利用率差异较大；否则，说明左转与直行车道的利用率接近，当直行与左转车道的利用率差异较大时，通过调整可变车道功能能使各个流向的车道利用率得到改善，这时需要对可变车道功能进行变换；

当r_L＜0.6、r_S＞0.9时，则把可变车道变换为直行车道；当r_S＜0.6、r_L＞0.9时，则把可变车道变换为左转车道；当r_L＜0.9、r_S＜0.9或r_L＞0.9、r_S＞0.9时，可变车道信号灯不进行变换，仍保持原有指示状态；

步骤四：车道信号灯、方向指示信号灯切换时刻

根据第三步的判断结果确定是否需要进行信号灯的切换；如需要切换信号灯的状态，则信号灯切换时刻定义如下：按进口道按先放左转、后放直行的相位顺序，

(1)、可变车道由左转变直行：该进口道左转相位绿灯时间开启前10s，将可变车道信号灯的状态由左转变换成直行；可变车道的方向指示信号灯仍归属左转相位，直至该进口道左转相位结束后才变换成直行状态，纳入到直行相位中统一管理；

(2)、可变车道由直行变左转：该进口道左转相位绿灯时间结束时，将可变车道信号灯的状态由直行变换成左转；可变车道的方向指示信号灯仍归属直行相位，直至该进口道直行相位结束后才将其纳入到左转相位中统一管理；

车道信号灯切换的那个信号周期不纳入交通量采集周期；

步骤五：进入下一个判断周期

车道信号灯变换后，采集下一信号周期内进口道各相位绿灯期间的交通量，进入新一轮逻辑判断周期。

本发明的方法在周期和相位绿灯时间不变的情况下，将进口道最外侧的左转车道设置成可变车道，通过实时变换可变车道的功能，进而提高交叉口同一进口道空间资源利用效率。通过视频检测器实时采集本信号周期内本进口道左转和直行的交通量，经过车道变换控制器的数值运算和逻辑判断，在下一周期改变车道信号灯和方向指示信号灯，引导车辆适应车道的变换。本发明具有均衡交叉口不同流向车道空间资源利用率，适时减少车辆在交叉口的排队时间，提高车辆通行效率的优点。

附图说明

图1为相位示意图；

图2为本发明的设计示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-2举例对本发明作进一步说明。

实施例1：

结合图1-2，以双向12车道为例，原先有2个左转专用车道，3条直行车道，1条右转专用车道，本发明将原先的一条左转专用车道改为可变车道。

本方法采用视频检测器、方向指示信号灯、车道信号灯和车道变换控制器，步骤如下：

步骤一：设置视频检测器

将视频检测器安装在进口道对向的信号灯横臂上或本向的电子警察杆上，用来实时检测该进口道各相位绿灯期间通过交叉口停车线各流向的流量数据。

步骤二：设置车道信号灯

在停车线后合适位置设置横臂式或门架式车道信号灯，用来指示各信号周期内进口车道的功能(左转、直行、直右等)。进口车道分隔线(实线)长度一般在30～50m，为保证进入交叉口前的车辆能顺利完成车道变换，车道信号灯的设置位置应位于车道分隔线(实线)之后。此外，为保证车道信号灯变换后，排在车道信号灯与停车线之间的车辆能在一个信号周期内完全驶离交叉口，不影响下一信号周期该车道功能的使用，车道信号灯的设置位置应与左转、直行相位中最短的绿灯时长相协调(一般情况下，左转相位绿灯时间小于直行相位绿灯时间，在此以左转相位绿灯时间为例进行说明)。因此，车道信号灯的设置位置(距停车线的距离)需满足以下条件：

车道分隔线(实线)长度≤L≤左转相位绿灯期间最少放行的车辆数×平均车辆排队长度，m。

否则，会出现当车道信号灯由左转变直行，下一个信号周期该车道仍会滞留一部分左转车辆，从而发挥不了直行车道的作用。

假设车道分隔线长度为30m，左转相位绿灯时长为24s，左转专用车道的饱和流率为1300pcu/h/Lane，平均车辆排队长度为6m，则左转车道的平均车头时距为3600/1300＝2.77s，相位绿灯期间左转车辆按饱和流率驶离交叉口最多可放行24/2.77＝8.7辆车。因受车辆启动损失时间等影响，实际排队车辆的前3～5辆车往往达不到饱和流率放行状态，需要对其进行折减，据测算，每个周期内需要折减1-2辆车。因此，相位绿灯期间最少可放行7辆车，1≤7×6＝42m且1≥30m。因此，车道信号灯的设置位置距停车线的距离1为[30，42]，一般取区间的最大值作为设置车道信号灯位置的依据，即在42米处设置车道信号灯。若出现“车道分隔线(实线)长度”大于“左转相位绿灯期间最少可放行车辆数的排队长度”，则需要缩短“车道分隔线(实线)长度”，以满足要求。

步骤三：判断车道信号灯切换条件

车道变换控制器根据视频采集器送来的本周期内各流向流量数据，计算本信号周期内各个流向的车道利用率，鉴于交通流的到达一般具有连续性，以此来判断下一信号周期车道信号灯是否需要切换，并存数判断结果。

左转、直行流向的车道利用率计算公式定义如下；

$r_L=\frac{V_L}{S_L\×g_L\×N_L}---\left(1\right)$

$r_S=\frac{V_S}{S_S\×g_S\×N_S}---\left(2\right)$

式中：

V_L、V_S——当前周期内检测器采集到的进口道左转、直行交通量，pcu；

S_L、S_S——左转、直行车道饱和流率，为固定值，pcu/s/Lane；

g_L、g_S——左转、直行相位绿灯时间，s；

N_L、N_S——进口道左转、直行车道数。

若r_L＜0.6且r_S＞0.9(或r_S＜0.6且r_L＞0.9)，则说明在当前这种信号控制方案下，该进口道直行与左转车道的利用率差异较大；否则，说明左转与直行车道的利用率接近。当直行与左转车道的利用率差异较大时，通过调整可变车道功能能使各个流向的车道利用率得到改善，这时需要对可变车道功能进行变换。

当r_L＜0.6、r_S＞0.9时，则把可变车道变换为直行车道；当r_S＜0.6、r_L＞0.9时，则把可变车道变换为左转车道；当r_L＜0.9、r_S＜0.9或r_L＞0.9、r_S＞0.9时，可变车道信号灯不进行变换，仍保持原有指示状态。

假如进口道左转相位绿灯时长为24s，直行相位绿灯时长为42s，左转单车道的饱和流率S_L＝1300pcu/h，直行单车道的饱和流率S_S＝1500pcu/h。若当前方向指示信号灯、车道信号灯为2条左转车道、3条直行车道，当前信号周期内该进口道左转、直行交通量分别为V_L＝9pcu，V_S＝48pcu，由此计算得到车道利用率r_L＝0.52、r_S＝0.91，说明直行车道利用率过高，而左转车道空间资源有富裕。若当前方向指示信号灯、车道信号灯为1条左转车道，4条直行车道；当前信号周期内该进口道左转、直行交通量分别为V_L＝8pcu，V_S＝40pcu，由此计算得到车道利用率r_L＝0.92、r_S＝0.57，说明左转车道利用率过高，而直行车道空间资源有剩余。

步骤四：车道信号灯、方向指示信号灯切换时刻

根据第三步的判断结果确定是否需要进行信号灯的切换。如需要切换信号灯的状态，则信号灯切换时刻定义如下(进口道按先放左转、后放直行的相位顺序，见图1)：

1、可变车道由左转变直行。该进口道左转相位绿灯时间开启前10s，将可变车道信号灯的状态由左转变换成直行；可变车道的方向指示信号灯仍归属左转相位(左转状态)，直至该进口道左转相位结束后才变换成直行状态，纳入到直行相位中统一管理。

2、可变车道由直行变左转。该进口道左转相位绿灯时间结束时，将可变车道信号灯的状态由直行变换成左转；可变车道的方向指示信号灯仍归属直行相位(直行状态)，直至该进口道直行相位结束后才将其纳入到左转相位中统一管理。

车道信号灯切换的那个信号周期不纳入交通量采集周期。

根据第三步中的示例，当r_L＝0.52、r_S＝0.91时，在该进口道左转相位绿灯时间开启前10s，将可变车道信号灯的状态由左转变换成直行；可变车道的方向指示信号灯仍归属左转相位(左转状态)，直至该进口道左转相位结束后才变换成直行状态，纳入到直行相位中统一管理。当r_L＝0.92、r_S＝0.57时，在该进口道左转相位绿灯时间结束时，将可变车道信号灯的状态由直行变换成左转；可变车道的方向指示信号灯仍归属直行相位(直行状态)，直至该进口道直行相位结束后才将其纳入到左转相位中统一管理。

步骤五：进入下一个判断周期

车道信号灯变换后，采集下一信号周期内进口道各相位绿灯期间的交通量，进入新一轮逻辑判断周期。

向理，其他进口方向也可据此判断是否改变部分车道功能，以提高各进口道空间资源利用率。

Claims (1)

1.一种提高交叉口进口道空间资源利用效率的方法，步骤如下：

步骤一：设置视频检测器

将视频检测器安装在进口道对向的信号灯横臂上或本向的电子警察杆上，用来实时检测该进口道各相位绿灯期间通过交叉口停车线各流向的流量数据；

步骤二：设置车道信号灯

在停车线后合适位置设置横臂式或门架式车道信号灯，用来指示各信号周期内进口车道的功能；进口车道分隔线长度为30～50m，车道信号灯的设置位置应位于车道分隔线之后；车道信号灯的设置位置应与左转、直行相位中最短的绿灯时长相协调，左转相位绿灯时间小于直行相位绿灯时间，在此以左转相位绿灯时间为标准进行说明，车道信号灯距停车线的距离L需满足以下条件：

车道分隔线长度≤L≤左转相位绿灯期间最少放行的车辆数×平均车辆排队长度；

步骤三：判断车道信号灯切换条件

根据视频检测器送来的本周期内各流向流量数据，计算本信号周期内各个流向的车道利用率，鉴于交通流的到达一般具有连续性，以此来判断下一信号周期车道信号灯是否需要切换，并存储判断结果；

左转、直行流向的车道利用率计算公式定义如下；

$r_L=\frac{V_L}{S_L\×g_L\×N_L}---\left(1\right)$

$r_S=\frac{V_S}{S_S\×g_S\×N_S}---\left(2\right)$

式中：

V_L、V_S——当前周期内检测器采集到的进口道左转、直行交通量；

S_L、S_S——左转、直行车道饱和流率，为固定值；

g_L、g_S——左转、直行相位绿灯时间；

N_L、N_S——进口道左转、直行车道数；

若r_L＜0.6且r_S＞0.9或r_S＜0.6且r_L＞0.9，则说明在当前这种信号控制方案下，该进口道直行与左转车道的利用率差异较大；否则，说明左转与直行车道的利用率接近，当直行与左转车道的利用率差异较大时，通过调整可变车道功能能使各个流向的车道利用率得到改善，这时需要对可变车道功能进行变换；

当r_L＜0.6、r_S＞0.9时，则把可变车道变换为直行车道；当r_S＜0.6、r_L＞0.9时，则把可变车道变换为左转车道；当r_L＜0.9、r_S＜0.9或r_L＞0.9、r_S＞0.9时，可变车道信号灯不进行变换，仍保持原有指示状态；

步骤四：车道信号灯、方向指示信号灯切换时刻

根据第三步的判断结果确定是否需要进行信号灯的切换；如需要切换信号灯的状态，则信号灯切换时刻定义如下：按进口道先放左转、后放直行的相位顺序，

(1)、可变车道由左转变直行：该进口道左转相位绿灯时间开启前10s，将可变车道信号灯的状态由左转变换成直行；可变车道的方向指示信号灯仍归属左转相位，直至该进口道左转相位结束后才变换成直行状态，纳入到直行相位中统一管理；

(2)、可变车道由直行变左转：该进口道左转相位绿灯时间结束时，将可变车道信号灯的状态由直行变换成左转；可变车道的方向指示信号灯仍归属直行相位，直至该进口道直行相位结束后才将其纳入到左转相位中统一管理；

车道信号灯切换的那个信号周期不纳入交通量采集周期；

步骤五：进入下一个判断周期

车道信号灯变换后，采集下一信号周期内进口道各相位绿灯期间的交通量，进入新一轮逻辑判断周期。