CN105160895A - 基于停车线后移的四路环形交叉口信号配时方法 - Google Patents
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Abstract
基于停车线后移的四路环形交叉口信号配时方法,涉及四路环形交叉口的信号配时技术。它为了解决四路环形交叉口的各个入口交通状态不均衡,导致交通拥堵的问题。本发明所述的方法为:当存在两个相对的入口的机动车流量差值较大时,车流量较大的入口停车线后移,并在该入口处设置让行线;当只有一个入口设置停车线后移时,该入口采用相位三控制;当设置停车线后移的入口中存在两个不相对的入口时,两个入口分别采用相位三和相位四控制;当设置停车线后移的入口中存在两个相对的入口时,两个相对的入口采用相同的相位控制。相位三和相位四均在红灯和绿灯之间增加黄闪。本发明能够平衡交叉口车流分布,缓解拥堵。
Description
技术领域
本发明涉及城市交通信号控制技术,具体涉及四路环形交叉口的信号配时技术。
背景技术
四路环形交叉口在中国被广泛应用,车辆在环岛内逆时针绕行,并遵循入环让行原则。这种交通流组织方式可避免车辆之间的直接交叉、冲突和大角度碰撞,实质为自行调节的渠化交通形式。随着城市道路交通需求量的不断增加,许多环形交叉口的通行能力达到饱和、过饱和。为此一般在普通环形交叉口的基础上进行信号控制。实施交通信号控制时,一般在环形交叉口设置两个信号相位,对称方向上的交通流归属同一相位。比如南、北入口交通流属于相位一,东、西入口交通流属于相位二。
信号控制环形交叉口在同一相位的两个入口交通流量不均衡的情况下,常造成环道空间资源利用不足,重交通流所在的入口经常发生交通拥堵。以相位一为例,假设南入口交通流量大于北入口交通流量。若对相位一分配较长的绿灯时间,由于北入口车流量较少,将导致北入口绿灯时间浪费以及环道空间资源利用率不足。若对相位一分配较短的绿灯时间,则将导致南入口车流无法有效释放,造成南入口排队长度增加、延误增大,从而引发交通拥堵。
为此,针对四路环形交叉口各个入口交通状态不均衡的现象,为了缓解交通拥堵,需要设计一种新的信号配时方法。已有环形交叉口控制方法在仅能使对称的两个入口车流连续通行,但是无法解决各个入口交通状态的非均衡现象,交通流运行效率较低。
发明内容
本发明的目的是为了解决四路环形交叉口的各个入口交通状态不均衡,导致交通拥堵的问题,提供一种基于停车线后移的四路环形交叉口信号配时方法。
本发明所述的基于停车线后移的四路环形交叉口信号配时方法为:分别采用两个不同的相位即相位一和相位二来控制四路环形交叉口的两对相对的入口;
相位一和相位二:循环显示绿、黄、红三种灯色;
当存在两个相对的入口的机动车流量差值大于或等于阈值时,将所述两个入口中机动车流量较大的入口的停车线后移,并在该入口处设置让行线;
当只有一个入口设置停车线后移时,对该入口采用相位三控制,其余入口的控制方式不变;
当设置停车线后移的入口中存在两个不相对的入口时,所述两个入口分别采用相位三和相位四控制,其余两个入口的控制方式不变;
相位三:循环显示绿、黄、红、黄闪四种灯色;
相位四:循环显示绿、黄、红、黄闪四种灯色;
当设置停车线后移的入口中存在两个相对的入口时,所述两个相对的入口采用相同的相位来控制。
本发明建立了一种四路环形交叉口的信号配时方法,该方法将重交通流所在入口的停车线后移一定距离,并在入口处设置让行线。停车线与让行线之间的区域称为待行区。信号灯仅能控制停车线后的交通流,所以待行区内的机动车不受交通信号控制,但是它们在让行线处需要让行环岛内车道上的机动车。
本发明所述的方法能够改善环形交叉口的运行状况,对于缓解环岛重交通流方向排队过长问题、平衡交叉口车流分布、提高交叉口空间利用率、缓解拥堵等具有重要意义。
附图说明
图1为东入口和北入口设置待行区的环形交叉口,其中5表示让行线,6表示待行区,7表示停车线;
图2为四路环形交叉口检测器的布局,其中8表示检测器;
图3为东入口和北入口设置待行区的环形交叉口各入口的相位,其中9表示北入口相位,10表示南入口相位,11表示东入口相位,12表示西入口相位;
图4为环形交叉口内部合流点示意,图中两个圆点表示合流点,Lc为北、东侧让行线到达该入口与环道合流点的距离;
图5为环形交叉口内部合流点示意,图中两个圆点表示合流点,Lc为南、西侧停车线到达该入口与环道合流点的距离;
图6为相邻相位绿灯间隔时间确认的原理图,其中Lc为北、东侧让行线到达该入口与环道合流点的距离;
图7为相邻相位绿灯间隔时间确认的原理图,其中Lc为南、西侧停车线到达该入口与环道合流点的距离;
图8为一个入口设置停车线后移的相位图;
图9为三个入口设置停车线后移的相位图。
具体实施方式
具体实施方式一:结合图1至图3说明本实施方式,本实施方式所述的基于停车线后移的四路环形交叉口信号配时方法为:
分别采用两个不同的相位即相位一和相位二来控制四路环形交叉口的两对相对的入口;相位一和相位二:循环显示绿、黄、红三种灯色;相位一和相位二为常规的相位,即循环方式完全相同,只是相位一显示绿灯时,相位二显示红灯;
当存在两个相对的入口的机动车流量差值大于或等于阈值时,将所述两个入口中机动车流量较大的入口的停车线后移,并在该入口处设置让行线;
当只有一个入口设置停车线后移时,对该入口采用相位三控制,其余入口的控制方式不变;
当设置停车线后移的入口中存在两个不相对的入口时,所述两个入口分别采用相位三和相位四控制,其余两个入口的控制方式不变;
相位三:循环显示绿、黄、红、黄闪四种灯色;
相位四:循环显示绿、黄、红、黄闪四种灯色;
当设置停车线后移的入口中存在两个相对的入口时,所述两个相对的入口采用相同的相位来控制。
相位三与相位四的关系类似于相位一与相位二的关系,即循环方式完全相同,只是同一时刻显示的灯色不同。
如图1所示,四路环形交叉口包括四个入口、四个出口。若对称的两个入口(如东入口和西入口,南入口和北入口)的机动车流量相差过多(达到阈值),需要在交通流量较大的入口实施停车线后移方案。假设东入口交通流量大于西入口交通流量,且流量差值已达到阈值,那么将东入口的停车线向后移动到东入口处往后一段距离,东入口处设置让行线,停车线与让行线之间的区域称为待行区。
在环形交叉口环道及各进口道上设置检测器。检测器设置在车道停车线(未设置待行区的入口,)或让行线(设置待行区的入口)后2.0m的位置;在环形交叉口内部,布检测器设置在道路中心线的延长线与交叉口内部车道相交的位置,具体布置情况如图2所示。
设置停车线后移的各个入口交通流受不同信号相位控制。对于未设置停车线后移的各个入口,如果存在两个对称的入口(如东入口和西入口,南入口和北入口),那么这两个对称的入口受同一个信号相位控制。例如,在环形交叉口北入口和东入口设置停车线后移情况下,东入口和北入口受两个不同的信号相位控制,南入口和西入口也受两个不同的信号相位控制,此时环形交叉口有四个信号相位。如果仅在北入口设置停车线后移,那么东入口和西入口受同一个信号相位控制,南入口和北入口受不同信号相位控制,此时环形交叉口有三个信号相位。
对于未设置停车线后移的入口,它的信号相位循环显示绿、黄、红三种灯色。对于设置停车线后移的入口,它的信号相位循环显示绿、黄、红、黄闪四种灯色。
对于相对的两个环岛入口(如东入口和西入口),它们的绿灯和黄灯均同时开始、同时结束,黄灯结束之后显示红灯。然而,如果相对的两个入口中的一个入口(如东入口)设置了停车线后移,那么该入口对应的信号相位在显示一段红灯后开始显示黄闪;而与该入口相对的入口由于未设置停车线后移(如西入口),此时仍然显示红灯,其红灯时间与黄闪时间同时结束,如图3所示。
具体实施方式二:结合图4和图5说明本实施方式,本实施方式是对实施方式一所述的基于停车线后移的四路环形交叉口信号配时方法的进一步限定,本实施方式中,相位三的红灯时间为Ri:
式中:
i表示设置停车线后移的入口的序号,北入口、南入口、东入口和西入口的序号分别为1、2、3、4,以图3相位方案为例,i=1,3;
Ai—设置停车线后移的入口的黄灯时间,单位:s;Ai为已知参数;
Lc—设置停车线后移的入口的让行线到环道合流点的距离,或未设置停车线后移的入口的停车线到环道合流点的距离,单位m,以图4和图5为例,Lc为北、东侧让行线到达该入口与环道合流点的距离,或南、西侧停车线到达该入口与环道合流点的距离;
vd—设计车速,单位:m/s;
r—环道中心岛的半径,单位:m;
w—环道车道的宽度,单位:m。
具体实施方式三:结合图3、图6和图7说明本实施方式,本实施方式是对实施方式二所述的基于停车线后移的四路环形交叉口信号配时方法的进一步限定,本实施方式中,相位三的黄闪时间为AFx:
AFx=gy+D-Ax-Rx
式中:
x,y表示有两个入口设置停车线后移时、所述两个入口的序号,以图3相位方案为例,x=1时,含下标x的各参数代表北入口的参数,此时y=3,含下标y的各参数代表东入口的参数;x=3时,含x下标的各参数代东入口的参数,此时y=1,含y下标的各参数代北入口的参数;
Rx—设置停车线后移的入口的红灯时间,单位s,
D—总绿灯间隔时间,单位s,
Da—相邻的两个入口的绿灯间隔时间,即一个入口绿灯结束时与相邻入口绿灯启亮时的时间间隔,单位s;规定a=1表示南北方向绿灯结束与东西方向绿灯启亮之间的时间间隔,a=2表示东西方向绿灯结束与南北方向绿灯启亮之间的时间间隔;以图3相位方案中D1确定为例,D1取以下两个条件最大值:
(1)从A1行驶到B1所耗时间与从C1行驶到B1所耗时间之差,如图6所示;
(2)从A2行驶到B2所耗时间与从C2行驶到B2所耗时间之差,如图7所示。
即:
Lw—待行区长度,单位:m;取25.0m。
同理可以得到D2。
具体实施方式四:结合图3说明本实施方式,本实施方式是对实施方式三所述的基于停车线后移的四路环形交叉口信号配时方法的进一步限定,本实施方式中,相位一的红灯时间为Rj:
Rj=Ri+AFi
式中:
Rj—未设置停车线后移的入口的红灯时间,单位s,j表示与i相对的入口的序号,以图3为例:i=1时,Ri表示北入口的红灯时间,此时j=2,Rj表示南入口的红灯时间;i=3时,Ri表示东入口的红灯时间,此时j=4,Rj表示西入口的红灯时间;
AFi—黄闪时间(已知),单位s,以图3方案为例,i=1,3。
具体实施方式五:结合图3说明本实施方式,本实施方式是对实施方式四所述的基于停车线后移的四路环形交叉口信号配时方法的进一步限定,本实施方式中,相位一的绿灯时间gj'为:
gj'=gej'+AL+gL
式中:
gej'—未设置停车线后移的入口j的预测有效绿灯时间,单位:s;以图3相位方案为例,j=2,4;
AL—黄灯末期损失时间,单位:s;
gL—绿灯初期损失时间,单位:s;
gej'=Ni-exptr+2tb+Bitwk
式中:
tr—入环行驶车辆平均车头时距,单位:s;
tb—制动损失时间,单位:s,计算公式如下:
x—平均车辆制动距离,单位:m;
amax—车辆最大制动加速度,单位:m/s2;
Bi—入口i在上一信号周期内连续左转的车组数,单位:组;
twk—等待损失时间,单位:s,计算公式如下:
bik—入口i在上一统信号周期内第k组左转车辆所含车辆数,单位:辆,k∈[0,Bi];
L—平均车辆长度,单位:m;
ts—临界可穿越间隙,单位:s;
Ni-exp—上一信号周期内入口i在显示绿灯期间入环行驶车辆数,单位:辆。
具体实施方式六:结合图8说明本实施方式,本实施方式是对实施方式五所述的基于停车线后移的四路环形交叉口信号配时方法的进一步限定,本实施方式中,Ni-exp的获取方法为:通过设置在四个入口处的检测器检测各入口左转、直行、及右转的车流量,统计间隔为一个信号周期,统计方法如下:
式中:
规定d表示交通流方向,d=1表示南北方向,d=2表示东西方向;
Rnd—方向d显示绿灯期间北环道感应线圈检测器测得的数据;
Rsd—方向d显示绿灯期间南环道感应线圈检测器测得的数据;
Red—方向d显示绿灯期间东环道感应线圈检测器测得的数据;
Rwd—方向d显示绿灯期间西环道感应线圈检测器测得的数据;
End—方向d显示绿灯期间北入口感应线圈检测器测得的数据;
Esd—方向d显示绿灯期间南入口感应线圈检测器测得的数据;
Eed—方向d显示绿灯期间东入口感应线圈检测器测得的数据;
Ewd—方向d显示绿灯期间西入口感应线圈检测器测得的数据;
NLd—方向d显示绿灯期间北入口左转车辆数;
NTd—方向d显示绿灯期间北入口直行车辆数;
NRd—方向d显示绿灯期间北入口右转车辆数;
SLd—方向d显示绿灯期间南入口左转车辆数;
STd—方向d显示绿灯期间南入口直行车辆数;
SRd—方向d显示绿灯期间南入口右转车辆数;
ELd—方向d显示绿灯期间东入口左转车辆数;
ETd—方向d显示绿灯期间东入口直行车辆数;
ERd—方向d显示绿灯期间东入口右转车辆数;
WLd—方向d显示绿灯期间西入口左转车辆数;
WTd—方向d显示绿灯期间西入口直行车辆数;
WRd—方向d显示绿灯期间西入口右转车辆数;
若i=1,则Ni-exp=NL1+NT1+NR1;
若i=2,则Ni-exp=SL1+ST1+SR1;
若i=3,则Ni-exp=EL2+ET2+ER2;
若i=4,则Ni-exp=WL2+WT2+WR2。
具体实施方式七:结合图3说明本实施方式,本实施方式是对实施方式五所述的基于停车线后移的四路环形交叉口信号配时方法的进一步限定,本实施方式中,相位三的绿灯时间gi'为:gi'=gj'。
以图3为例:j=2时,gj'表示入口2(南入口)显示绿灯时间,此时i=1,gi'表示入口1(北入口)显示绿灯时间;j=4时,gj'表示入口4(西入口)显示绿灯时间,此时i=3,gi'表示入口3(东入口)显示绿灯时间。
具体实施方式八:结合图9说明本实施方式,本实施方式是对实施方式七所述的基于停车线后移的四路环形交叉口信号配时方法的进一步限定,本实施方式中,环形交叉口周期时长C为:
C=gx+gy+D。
规定:
(1)当设置一处停车线后移相位时,以图7相位方案为例,此时令x=1,gx代表入口(北入口)绿灯时间,y=3,gy代表入口3(东入口)绿灯时间;
(2)当设置两处停车线后移相位时,以图3相位方案为例,x=1,gx代表入口1(北入口)绿灯时间,y=3,gy代表入口3(东入口)绿灯时间;
(3)当设置三处停车线后移相位时,以图8相位方案为例,此时令x=1,gx代表入口1(北入口)绿灯时间,y=3,gy代表入口3(东入口)绿灯时间。
本实施方式在通过设置检测器检测各入口左转车流量与环岛总车流量,并建立了最佳信号配时方案确定方法,按照每个相位中各灯色的循环方式及时间控制各入口交通信号灯,相较于普通定时控制的相位控制方法,本发明能够根据实时交通流量数据对信号配时方案进行动态调整,并获得最佳信号配时方案,能够提高环形交叉口通行能力,缓解日益严重的环形交叉口拥堵问题。
具体实施方式九:本实施方式是对实施方式六所述的基于停车线后移的四路环形交叉口信号配时方法的进一步限定,本实施方式中,检测器采用感应线圈检测器实现,检测器的长和宽均为2.0m,检测器的中线与车道中心线重合。
具体实施方式十:结合图1说明本实施方式,本实施方式是对实施方式一所述的基于停车线后移的四路环形交叉口信号配时方法的进一步限定,本实施方式中,后移距离为25米。
具体实施方式十一:结合图1说明本实施方式,本实施方式是对实施方式一所述的基于停车线后移的四路环形交叉口信号配时方法的进一步限定,本实施方式中,阈值为15%。
Claims (10)
1.基于停车线后移的四路环形交叉口信号配时方法,其特征在于,分别采用两个不同的相位即相位一和相位二来控制四路环形交叉口的两对相对的入口;
相位一和相位二:循环显示绿、黄、红三种灯色;
当存在两个相对的入口的机动车流量差值大于或等于阈值时,将所述两个入口中机动车流量较大的入口的停车线后移,并在该入口处设置让行线;
当只有一个入口设置停车线后移时,对该入口采用相位三控制,其余入口的控制方式不变;
当设置停车线后移的入口中存在两个不相对的入口时,所述两个入口分别采用相位三和相位四控制,其余两个入口的控制方式不变;
相位三:循环显示绿、黄、红、黄闪四种灯色;
相位四:循环显示绿、黄、红、黄闪四种灯色;
当设置停车线后移的入口中存在两个相对的入口时,所述两个相对的入口采用相同的相位来控制。
2.根据权利要求1所述的基于停车线后移的四路环形交叉口信号配时方法,其特征在于,相位三的红灯时间为Ri:
式中:
i表示设置停车线后移的入口的序号,北入口、南入口、东入口和西入口的序号分别为1、2、3、4;
Ai—设置停车线后移的入口的黄灯时间,单位:s;
Lc—设置停车线后移的入口的让行线到环道合流点的距离,或未设置停车线后移的入口的停车线到环道合流点的距离,单位m;
vd—设计车速,单位:m/s;
r—环道中心岛的半径,单位:m;
w—环道车道的宽度,单位:m。
3.根据权利要求2所述的基于停车线后移的四路环形交叉口信号配时方法,其特征在于,相位三的黄闪时间为AFx:
AFx=gy+D-Ax-Rx
式中:
x,y表示有两个入口设置停车线后移时、所述两个入口的序号;
Rx—设置停车线后移的入口的红灯时间,单位s,
D—总绿灯间隔时间,单位s,
Da—相邻的两个入口的绿灯间隔时间,即一个入口绿灯结束时与相邻入口绿灯启亮时的时间间隔,单位s;规定a=1表示南北方向绿灯结束与东西方向绿灯启亮之间的时间间隔,a=2表示东西方向绿灯结束与南北方向绿灯启亮之间的时间间隔;
同理得到D2。
4.根据权利要求3所述的基于停车线后移的四路环形交叉口信号配时方法,其特征在于,相位一的红灯时间为Rj:
Rj=Ri+AFi
式中:
Rj—未设置停车线后移的入口的红灯时间,单位s,j表示与i相对的入口的序号;
AFi—黄闪时间,单位s。
5.根据权利要求4所述的基于停车线后移的四路环形交叉口信号配时方法,其特征在于,相位一的绿灯时间gj'为:
gj'=gej'+AL+gL
式中:
gej'—未设置停车线后移的入口j的预测有效绿灯时间,单位:s;
AL—黄灯末期损失时间,单位:s;
gL—绿灯初期损失时间,单位:s;
gej'=Ni-exptr+2tb+Bitwk
式中:
tr—入环行驶车辆平均车头时距,单位:s;
tb—制动损失时间,单位:s,计算公式如下:
x—平均车辆制动距离,单位:m;
amax—车辆最大制动加速度,单位:m/s2;
Bi—入口i在上一信号周期内连续左转的车组数,单位:组;
twk—等待损失时间,单位:s,计算公式如下:
bik—入口i在上一统信号周期内第k组左转车辆所含车辆数,单位:辆,k∈[0,Bi];
L—平均车辆长度,单位:m;
ts—临界可穿越间隙,单位:s;
Ni-exp—上一信号周期内入口i在显示绿灯期间入环行驶车辆数,单位:辆。
6.根据权利要求5所述的基于停车线后移的四路环形交叉口信号配时方法,其特征在于,Ni-exp的获取方法为:通过设置在四个入口处的检测器检测各入口左转、直行、及右转的车流量,统计间隔为一个信号周期,统计方法如下:
式中:
规定d表示交通流方向,d=1表示南北方向,d=2表示东西方向;
Rnd—方向d显示绿灯期间北环道感应线圈检测器测得的数据;
Rsd—方向d显示绿灯期间南环道感应线圈检测器测得的数据;
Red—方向d显示绿灯期间东环道感应线圈检测器测得的数据;
Rwd—方向d显示绿灯期间西环道感应线圈检测器测得的数据;
End—方向d显示绿灯期间北入口感应线圈检测器测得的数据;
Esd—方向d显示绿灯期间南入口感应线圈检测器测得的数据;
Eed—方向d显示绿灯期间东入口感应线圈检测器测得的数据;
Ewd—方向d显示绿灯期间西入口感应线圈检测器测得的数据;
NLd—方向d显示绿灯期间北入口左转车辆数;
NTd—方向d显示绿灯期间北入口直行车辆数;
NRd—方向d显示绿灯期间北入口右转车辆数;
SLd—方向d显示绿灯期间南入口左转车辆数;
STd—方向d显示绿灯期间南入口直行车辆数;
SRd—方向d显示绿灯期间南入口右转车辆数;
ELd—方向d显示绿灯期间东入口左转车辆数;
ETd—方向d显示绿灯期间东入口直行车辆数;
ERd—方向d显示绿灯期间东入口右转车辆数;
WLd—方向d显示绿灯期间西入口左转车辆数;
WTd—方向d显示绿灯期间西入口直行车辆数;
WRd—方向d显示绿灯期间西入口右转车辆数;
若i=1,则Ni-exp=NL1+NT1+NR1;
若i=2,则Ni-exp=SL1+ST1+SR1;
若i=3,则Ni-exp=EL2+ET2+ER2;
若i=4,则Ni-exp=WL2+WT2+WR2。
7.根据权利要求5所述的基于停车线后移的四路环形交叉口信号配时方法,其特征在于,相位三的绿灯时间gi'为:gi'=gj'。
8.根据权利要求7所述的基于停车线后移的四路环形交叉口信号配时方法,其特征在于,环形交叉口周期时长C为:
C=gx+gy+D。
9.根据权利要求6所述的基于停车线后移的四路环形交叉口信号配时方法,其特征在于,检测器采用感应线圈检测器实现,检测器的长和宽均为2.0m,检测器的中线与车道中心线重合。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的基于停车线后移的四路环形交叉口信号配时方法,其特征在于,停车线后移的距离为25米。
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