CN104778844B - 一种高速公路封闭施工区域借道通行的交通信号控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速公路封闭施工区域借道通行的交通信号控制方法，包含交通数据采集、借道数量确定、停车线位置确定、不可换道区长度确定、信号控制方案确定、通行权分配六个步骤。该方法通过采集高速公路单向全封闭施工区域上游断面的交通流信息，确定受封闭施工影响的车辆在对向车道通行时所需的借道车道数量，并确定受封闭施工影响的车道的停车线位置及不可换道区长度。通过本发明方法得出的信号控制方案，依次分配高速公路单向全封闭施工区域的车流的通行权。本发明方法通过信号来控制高速公路单向全封闭施工区域双向车流的通行，减少由于车道缩减所造成的车辆自由交织的发生，提升交通运行的安全性，具有现实意义。

Description

一种高速公路封闭施工区域借道通行的交通信号控制方法

技术领域

本发明属于公路交通运行与组织技术及交通控制领域，涉及一种高速公路封闭施工区域借道通行的交通信号控制方法。

背景技术

高速公路属于高等级公路，指的是能适应年平均昼夜小客车交通量为25000辆以上、专供汽车分道高速行驶、并全部控制出入的公路。近年来，伴随着我国国民经济的飞速发展，高速公路里程快速增长，高速公路的交通量也呈不断增长的态势。然而，交通量迅猛增长、重载车辆增多使得部分高速公路的路面条件以及交通设施都不同程度的遭到了破坏，高速公路改扩建任务十分繁重，高速公路施工已经成为高速公路发生交通拥挤以及造成各类交通事故的重要原因。当前，国内已有多条高速公路实施或正在实施改扩建。然而，由于“重工程设计，轻交通设计”的思想严重，在改扩建工程设计中对交通组织设计研究得很不够，致使在施工过程中交通组织无序、交通疏导盲目，经常造成长时间交通拥堵等被动局面。为此，在高速公路进行施工时，对施工区域附近的交通组织显得格外重要，若交通组织不力，会影响道路使用者的安全、增加交通延误。

然而，目前对高速公路施工区域的交通组织，通常的做法是让所有的车辆自由交织运行。当高速公路一个方向的车道因施工被完全封死后，由于高速公路全线封闭的特性，致使该方向的车辆必须借道对向的车道运行，此时，两个方向的所有车辆将自由交织运行。这种做法虽然降低了操作的难度，表面上来看更具有可实现性，但高速行驶的车辆在自由交织过程中，被借道的车道变被多个车道的车流所共用，车辆在高速通行中的交织行为，存在着巨大的交通安全隐患。此外，因施工而受阻的车辆在借道通行时，需等到被借道的车道存在较大的可穿越空隙才能进行通行，降低了车辆的通行效率。

发明内容

为解决以上提到的在高速公路一个方向全部车道因施工而封闭时，受封闭施工影响的车辆在借道过程中不同车道上行驶的车辆因自由交织而引发的安全问题，本发明提出了一种高速公路封闭施工区域借道通行的交通信号控制方法，通过信号灯依次地放行部分车道上行驶的车辆，辅之以对受封闭施工影响的车道停车线位置及不可换道区长度的设计，从而提升高速公路封闭区域车辆通行的安全性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明高速公路封闭施工区域借道通行的交通信号控制方法，该方法对高速公路单向全封闭施工时的交通流运行采用信号控制，明确了路权，减少了车辆间的交织运行，具体包括以下步骤：

A、采集高速公路单向全封闭施工区域的交通数据；

所述交通数据包括：高速公路单向全封闭施工区域上游单向车道数量N，N为自然数；高速公路单向全封闭施工区域上游断面的小时交通流量1≤t≤24，且t取整数；高速公路单向全封闭施工区域上游断面的小时交通流量历史最大值高速公路单向全封闭施工区域上游断面的平均车流速度高速公路单向全封闭施工区域上游断面的限速高速公路单向全封闭施工区域上游断面的实际通行能力c^u；

B、根据步骤A采集的交通数据确定借道数量c_jie，如下式所示：

所借用车道为对向从内至外第1个至第c_jie个车道，其中c_jie为N/2的结果向上取整；

C、利用步骤A采集的交通数据和步骤B获得的借道数量c_jie，确定停车线位置；

所述停车线位于高速公路单向全封闭施工区域上游，距离高速公路单向全封闭施工区域开始位置距离为d，如下式所示：

其中，为的结果向上取整；

D、确定不可换道区长度；

所述不可换道区位于停车线的上游，其长度L如下式所示：

$L=q_{\max }^u/2---\left(3\right)$

E、利用步骤A采集的交通数据计算信号控制周期时长以及确定信号灯相位时长；每个车道均由一个独立的信号灯控制，所有车道的信号灯由一台信号控制机统一进行信号控制方案的计算，并实时发布至各个信号灯；

信号控制周期时长 $T_t^{\mathrm{cycle}}=\min (\frac{14}{1-\frac{2q_t^u}{c^u}},90)---\left(4\right)$

其中t为第t小时；且为结果向上大于等于的最小偶数；

信号灯共有2个相位，分别为相位1和相位2，相位1和相位2各自时长如下式所示：

$T_t^1=T_t^2=T_t^{\mathrm{cycle}}/2-3---\left(5\right)$

F、分配通行权；

F1)当信号灯处于相位1时，高速公路单向全封闭施工区域上游由内至外从第1个车道至第c_jie个车道具有通行权，能够继续行驶通过停车线；高速公路单向全封闭施工区域上游其余车道上行驶的车辆在停车线前停车等候；

F2)当信号灯处于相位2时，高速公路单向全封闭施工区域上游由内至外从第c_jie+1个车道至最外侧车道具有通行权，能够继续行驶通过停车线；高速公路单向全封闭施工区域上游其余车道上行驶的车辆在停车线前停车等候。

进一步地，所述步骤F1中，当信号灯处于相位1时，高速公路单向全封闭施工区域上游由内至外从第1个车道至第c_jie个车道具有通行权，具体为：高速公路单向全封闭施工区域上游第1个车道至第c_jie个车道中第i个车道上行驶的车辆仅能向对向第c_jie+1-i个车道行驶，i为由内向外增大的对向车道的序号，i为整数，且1≤i≤c_jie；

进一步地，所述步骤F2中，当信号灯处于相位2时，高速公路单向全封闭施工区域上游由内至外从第c_jie+1个车道至最外侧车道具有通行权，具体为：

当N为偶数时，高速公路单向全封闭施工区域上游第c_jie+1个车道至最外侧车道中第j个车道上行驶的车辆仅能向对向的第2c_jie+1-j个车道行驶；

若N为奇数时，高速公路单向全封闭施工区域上游第c_jie+1个车道至最外侧车道中第j个车道上行驶的车辆仅能向对向的第2c_jie-j个车道行驶；

其中，j为由内向外增大的对向车道的序号，j为整数，且c_jie+1≤j≤N。

进一步地，相位1和相位2之间的相互切换有3秒的黄灯间隔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明提出的一种高速公路封闭施工区域借道通行的交通信号控制方法，该方法充分考虑了高速公路驾驶员的驾驶行为与高速公路施工的特性，通过对封闭施工区域的车辆进行交通信号控制，减少冲突车辆的自由交织，提升高速公路施工时的交通流运行安全性。

2)与现有的做法让高速公路单向全封闭施工区域附近的双向车辆进行自由交织运行相比，本发明方法采用交通信号控制，即引入信号灯来控制双向车流的通行，依次放行受施工影响的不同车道内行驶的车辆，避免了车流间的相互干扰，解决了车辆的交织问题；同时，对封闭车道的上游进行交通的再组织，设计停车线位置和不可换道区长度，以此进行高速公路封闭施工区域附近的交通组织设计，规范受封闭施工影响的车辆的行驶，引导受封闭施工影响的车辆在停车线处依次驶入借道车道。在时间和空间上赋予受封闭施工影响车辆以通行权利，通过减少车辆交织从而提升高速公路单向全封闭施工区域的交通运行安全性。

附图说明

图1为本发明的流程框图。

图2为本发明高速公路封闭施工区域借道通行的示意图。

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1-2所示，箭头表示车辆行驶方向，本发明高速公路单向全封闭施工区域借道通行的交通信号控制方法，包括以下步骤：

A、采集高速公路单向全封闭施工区域的交通数据；

所述交通数据包括：高速公路单向全封闭施工区域上游单向车道数量N，N为自然数；高速公路单向全封闭施工区域上游断面的小时交通流量1≤t≤24，且t取整数；高速公路单向全封闭施工区域上游断面的小时交通流量历史最大值高速公路单向全封闭施工区域上游断面的平均车流速度高速公路单向全封闭施工区域上游断面的限速高速公路单向全封闭施工区域上游断面的实际通行能力c^u。

步骤A中，高速公路单向全封闭施工区域上游断面的小时交通流量可以从上游设置的观测站获取。由于高速公路不同于一般公路，具有车流量大、行车速度快，全封闭、全立交、严格控制出入等特点，因此交通量调查工作主要采用全自动观测和半自动观测方法。本发明推荐采用精确度较高的视频自动采集法进行调查，视频自动采集法的详细内容可参考文献(王炜、过秀成著《交通工程学》)。高速公路单向全封闭施工区域上游断面的小时交通流量历史最大值可以从观测站历年资料中获取。高速公路运行的车辆分为小型车、中型车和大型车。因此在进行交通量统计时，需将车辆转换成标准车，转换系数可参考文献(王炜、过秀成著《交通工程学》)。在后续步骤计算信号配时时，需要采用上述交通流数据。

高速公路单向全封闭施工区域上游断面的平均车流速度使用的对射式激光测速仪进行运行车速数据采集。对射式激光测速系统由两对激检测器组成，分别在公路两侧安装激光发射器和接收器，当有车辆通过时，将依次遮断前后两束激光线，产生的检测信号输入激光车辆速度检验器，通过检测器对检测信号处理和计算即可得出车辆速度值，同时将自动排列出车辆序号、车辆通过时间、该车速度值、提示是否超速等进行存储。测量精度较高，特别是对于受地形条件限制较难使用雷达测速仪等仪器测量的路段，更是具有较好的效果。

实际通行能力是指在选定的时间内，在实际的道路、几何线形、交通、环境和管制条件下，合理的期望通过车道或道路某一点或某均匀路段的最大可承受的交通流率。高速公路单向全封闭施工区域上游断面的实际通行能力c^u采用《道路通行能力手册HCM2000》中的公式C^u＝C_B×N×f_CW×f_SW×f_HV×f_p。其中，C^u代表高速公路封闭施工区域上游断面的实际通行能力数值(pcu/(h·ln))；C_B代表高速公路基本通行能力，即在理想条件下高速公路一车道所能通行的最大交通量(pcu/(h·ln))；f_CW代表车道宽度对通行能力的修正系数；f_SW代表侧向净宽对通行能力的修正系数；f_HV代表大型车对通行能力的修正系数；f_p代表驾驶员条件对通行能力的修正系数。

B、根据步骤A采集的交通数据确定借道数量c_jie，如下式所示：

所借用车道为对向从内至外第1个至第c_jie个车道，其中c_jie为N/2的结果向上取整。

C、利用步骤A采集的交通数据和步骤B获得的借道数量c_jie，确定停车线位置；

所述停车线位于高速公路单向全封闭施工区域上游，距离高速公路单向全封闭施工区域开始位置距离为d，如下式所示：

其中，为的结果向上取整。

D、确定不可换道区长度；

所述不可换道区位于停车线的上游，其长度L如下式所示：

$L=q_{\max }^u/2---\left(3\right)$

E、利用步骤A采集的交通数据计算信号控制周期时长以及确定信号相位时长，每个车道均由一个独立的信号灯控制，所有车道的信号灯由一台信号控制机统一进行信号控制方案的计算，并实时发布至各个信号灯。

信号控制周期时长 $T_t^{\mathrm{cycle}}=\min (\frac{14}{1-\frac{2q_t^u}{c^u}},90)---\left(4\right)$

其中t为第t小时；且为结果向上大于等于的最小偶数；

信号灯共有2个相位，分别为相位1和相位2，相位1和相位2各自时长如下式所示：

$T_t^1=T_t^2=T_t^{\mathrm{cycle}}/2-3---\left(5\right)$

相位1和相位2之间的相互切换有3秒的黄灯间隔。

F、分配通行权；

F1)当信号灯处于相位1时，高速公路单向全封闭施工区域上游由内至外从第1个车道至第c_jie个车道具有通行权，能够继续行驶通过停车线；高速公路单向全封闭施工区域上游其余车道上行驶的车辆在停车线前停车等候，具体为：

高速公路单向全封闭施工区域上游第1个车道至第c_jie个车道中第i个车道上行驶的车辆仅能向对向第c_jie+1-i个车道行驶，i为由内向外增大的对向车道的序号，i为整数，且1≤i≤c_jie。

F2)当信号灯处于相位2时，高速公路单向全封闭施工区域上游由内至外从第c_jie+1个车道至最外侧车道具有通行权，能够继续行驶通过停车线；高速公路单向全封闭施工区域上游其余车道上行驶的车辆在停车线前停车等候，具体为：

当N为偶数时，高速公路单向全封闭施工区域上游第c_jie+1个车道至最外侧车道中第j个车道上行驶的车辆仅能向对向的第2c_jie+1-j个车道行驶；

若N为奇数时，高速公路单向全封闭施工区域上游第c_jie+1个车道至最外侧车道中第j个车道上行驶的车辆仅能向对向的第2c_jie-j个车道行驶；

其中，j为由内向外增大的对向车道的序号，j为整数，且c_jie+1≤j≤N。

通过对高速公路施工区域上游断面交通数据的测定，对受阻车道施工区域前方进行停车线位置及不可换道区长度等渠化设计，并针对双向车流进行信号配时设计，以减少双向车辆的自由交织。本发明充分考虑了高速公路驾驶员的驾驶行为与高速公路施工的特性，对高速公路施工区域附近进行交通组织设计，在时间和空间上赋予双向车辆通行权利，保证双向车辆安全、高效地通行。本发明方法便于计算与实际操作，实用性强，可以大大保提升高速公路施工区域附近交通运行的安全性。

实施例1

如图1-2所示，双向四车道的高速公路，由于目前交通流量已经接近饱和，使得该条高速公路在日常的运营中，经常出现车流迟缓的情况，在某些局部路段甚至会出现长发性的拥堵；为此，对该条高速公路进行拓宽，将每个方向各向外拓宽2个车道至4个车道。为了对该高速进行拓宽，首先将该高速的一个方向的2个车道进行了封闭(如图2)，采用本发明方法对该高速公路单向全封闭施工区域进行控制，具体包括以下步骤：

A、采集高速公路单向全封闭施工区域的交通数据；

采集了数据如下：高速公路单向全封闭施工区域上游单向车道数量N＝2，高速公路单向全封闭施工区域上游断面的小时交通流量高速公路单向全封闭施工区域上游断面的小时交通流量历史最大值高速公路单向全封闭施工区域上游断面的平均车流速度限速为高速公路单向全封闭施工区域上游断面的实际通行能力c^u＝1800当量小汽车/车道/小时，其中某天全天的 的数据见表1。

表1

B、根据步骤A采集的交通数据确定借道数量c_jie，借道的数量为即借用的车道为对向最内侧第1个车道。

C、利用步骤A采集的交通数据和步骤B获得的借道数量c_jie，确定停车线位置；

所述停车线位于高速公路单向全封闭施工区域上游，距离高速公路单向全封闭施工区域开始位置距离为d，且

D、确定不可换道区长度；

所述不可换道区位于停车线的上游，不可换道区的长度为

E、利用步骤A采集的交通数据计算信号控制周期时长以及确定信号相位时长，每个车道均由一个独立的信号灯控制，所有车道的信号灯由一台信号控制机统一进行信号控制方案的计算，并实时发布至各个信号灯。

信号控制周期时长 $T_t^{\mathrm{cycle}}=\min (\frac{14}{1-\frac{2q_t^u}{c^u}},90);$

其中t为第t小时；且为结果向上大于等于的最小偶数；

信号灯共有2个相位，分别为相位1和相位2，相位1和相位2各自时长如下式所示：

$T_t^1=T_t^2=T_t^{\mathrm{cycle}}/2-3$

相位1和相位2之间的相互切换有3秒的黄灯间隔。考虑到在实际的信号控制操作中，不太可能出现0.5的相位时长。为了避免这种情况的发生，将计算得到的信号周期时长向上取值为大于的最小偶数。本例中每个小时的信号控制见下表2。

表2

F、分配通行权；

F1)当信号灯处于相位1时，高速公路单向全封闭施工区域上游最内侧第1个车道具有通行权，可以继续行驶通过停车线，高速公路单向全封闭施工区域上游其余车道上行驶的车辆需要在停车线前停车等候；即高速公路单向全封闭施工区域上游最内侧第1个车道上行驶的车辆仅能向对向的最内侧第1个车道行驶。

F2)当信号灯处于相位2时，高速公路单向全封闭施工区域上游最内侧第2个车道具有通行权，可以继续行驶通过停车线，高速公路单向全封闭施工区域上游其余车道上行驶的车辆需要在停车线前停车等候；即高速公路单向全封闭施工区域上游最内侧第2个车道上行驶的车辆仅能向对向的最内侧第1个车道行驶。

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 (4)

1.一种高速公路封闭施工区域借道通行的交通信号控制方法，其特征在于，该方法通过对高速公路单向全封闭施工时的交通流运行采用信号控制，明确路权，减少车辆间的交织运行，具体包括以下几个步骤：

A、采集高速公路单向全封闭施工区域下的交通数据；

所述交通数据包括：高速公路单向全封闭施工区域上游单向车道数量N，N为自然数；高速公路单向全封闭施工区域上游断面的小时交通流量1≤t≤24，且t取整数；高速公路单向全封闭施工区域上游断面的小时交通流量历史最大值高速公路单向全封闭施工区域上游断面的平均车流速度高速公路单向全封闭施工区域上游断面的限速高速公路单向全封闭施工区域上游断面的实际通行能力c^u；

B、根据步骤A采集的交通数据确定借道数量c_jie，如下式所示：

所借用车道为对向从内至外第1个至第c_jie个车道，其中c_jie为N/2的结果向上取整；

C、利用步骤A采集的交通数据和步骤B获得的借道数量c_jie，确定停车线位置；

所述停车线位于高速公路单向全封闭施工区域上游，距离高速公路单向全封闭施工区域开始位置距离为d，如下式所示：

其中，为的结果向上取整；

D、确定不可换道区长度；

所述不可换道区位于停车线的上游，其长度L如下式所示：

$L=q_{max}^u/2---\left(3\right)$

E、利用步骤A采集的交通数据计算信号控制周期时长T_t ^cycle，以及确定信号灯相位时长，每个车道均由一个独立的信号灯控制，所有车道的信号灯通过信号控制机统一控制实时发布至各个信号灯；

信号控制周期时长 $T_t^{cycle}=min\left(\frac{14}{1-\frac{2q_t^u}{c^u}},90\right)---\left(4\right)$

其中t为第t小时；且T_t ^cycle为结果向上取大于等于T_t ^cycle的最小偶数；

信号灯共有2个相位，分别为相位1和相位2，相位1和相位2各自时长T_t ¹、T_t ²如下式所示：

T_t ¹＝T_t ²＝T_t ^cycle/2-3(5)

F、分配通行权；

F1)当信号灯处于相位1时，高速公路单向全封闭施工区域上游由内至外从第1个车道至第c_jie个车道具有通行权，能够继续行驶通过停车线；高速公路单向全封闭施工区域上游其余车道上行驶的车辆在停车线前停车等候；

F2)当信号灯处于相位2时，高速公路单向全封闭施工区域上游由内至外从第c_jie+1个车道至最外侧车道具有通行权，能够继续行驶通过停车线；高速公路单向全封闭施工区域上游其余车道上行驶的车辆在停车线前停车等候。

2.根据权利要求1所述的高速公路封闭施工区域借道通行的交通信号控制方法，其特征在于，所述步骤F1中，当信号灯处于相位1时，高速公路单向全封闭施工区域上游由内至外从第1个车道至第c_jie个车道具有通行权，具体为：高速公路单向全封闭施工区域上游第1个车道至第c_jie个车道中第i个车道上行驶的车辆仅能向对向第c_jie+1-i个车道行驶，i为由内向外增大的对向车道的序号，i为整数，且1≤i≤c_jie。

3.根据权利要求1所述的高速公路封闭施工区域借道通行的交通信号控制方法，其特征在于，所述步骤F2中，当信号灯处于相位2时，高速公路单向全封闭施工区域上游由内至外从第c_jie+1个车道至最外侧车道具有通行权，具体为：

当N为偶数时，高速公路单向全封闭施工区域上游第c_jie+1个车道至最外侧车道中第j个车道上行驶的车辆仅能向对向的第2c_jie+1-j个车道行驶；

若N为奇数时，高速公路单向全封闭施工区域上游第c_jie+1个车道至最外侧车道中第j个车道上行驶的车辆仅能向对向的第2c_jie-j个车道行驶；

其中，j为由内向外增大的对向车道的序号，j为整数，且c_jie+1≤j≤N。

4.根据权利要求1所述的高速公路封闭施工区域借道通行的交通信号控制方法，其特征在于，相位1和相位2之间的相互切换有3秒的黄灯间隔。