CN105405301B - 一种针对交叉口直右汇流冲突的右转信号感应控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种针对交叉口直右汇流冲突的右转信号感应控制方法。本发明通过统计大量交叉口直行车流与右转车流的冲突数据，分析得到直行车与右转车的冲突规律，建立了直右汇入车道通行能力的理论计算模型，并以汇入车道通行能力最大为目标确定右转信号控制的开启阈值，根据实时检测直行车流量与阈值关系制定交叉口右转信号控制方案，使得直行车流与右转车流之间相互影响最小，车道资源的利用率最高。

Description

一种针对交叉口直右汇流冲突的右转信号感应控制方法

技术领域

本发明涉及交通信号控制领域，具体涉及一种针对交叉口直右汇流冲突的右转信号感应控制方法。

背景技术

设置右转信号控制方法是指针对于直行车与右转车在汇流冲突情况下，导致汇入车道通行效率降低问题而采取的信号控制方式，目的是分离直右汇流冲突。对道路交叉口直右汇流冲突现象进行定义为右转车和直行车之间为争夺道路使用权造成直行车明显的减速行为。直右汇入车道通行能力是指在当前的道路、交通、控制和环境条件下，一小时内所通过冲突点位置的最大车辆数。

目前，交叉口右转信号控制方法主要是针对右转机动车与直行行人和非机动车冲突提出，一方面是从安全角度根据速度与距离关系确定行人和非机动车的过街危险系数，进而根据危险系数的高低来确定右转信号控制设置依据；另一方面是从效率角度将行人流量与右转机动车流量等效转化饱和度数值，进而根据饱和度最优值来确定是否设置右转信号控制。上述研究在右转车流与直行行人、非机动车冲突较大的交叉口具有很好实用价值，但在直行和右转车流汇流冲突严重交叉口应用效果不佳，因为一直缺少对直行和右转汇流冲突机理的解析和量化研究。

经过发明人长期调查和研究，通过统计大量交叉口直行车流与右转车流的冲突数据，分析得到直行车与右转车的冲突规律，建立了直右汇入车道通行能力的理论计算模型，并以汇入车道通行能力最大为目标确定右转信号控制的开启阈值，根据实时检测直行车流量与阈值关系制定交叉口右转信号控制方案，使得直行车流与右转车流之间相互影响最小，车道资源的利用率最高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对交叉口直右汇流冲突的右转信号感应控制方法，克服了目前针对直行右转冲突设置信号控制的盲目性。

本发明采用的技术方案是：一种针对交叉口直右汇流冲突的右转信号感应控制方法，具体步骤如下：

A)先建立直右汇入车道通行能力计算模型；

建立直右汇入车道通行能力计算模型的步骤，包括：

a)实地调查，获取建立直右汇入车道通行能力计算所需的数据；需要的数据包括：需要获得的数据包括：周期长度c、单位时间的单车道直行车小时流量Q、单位时间内车辆到达率d、直行车饱和车头时距h_s、当右转车与直行车汇入冲突后前直行车与右转车的车头时距h_r-s、直行车与冲突的右转车的车头时距h_s-r、右转车插入直行车间隙时距τ；

b)利用调查得到的数据计算绿信比λ、右转车插入直行车车头间隙分布区间[τ₁,τ₂]、直行车与右转车冲突后通行效率系数η、右转车插入直行车车头间隙分布区间分布概率P；

计算5种数据的步骤包括：

1)常规信号交叉口绿信比参数计算λ＝g/c。

2)验证车头时距分布符合M3分布计算；通过卡方检验符合实际车头时距分布后，采用M3分布预测不同时段交通流的车头时距分布状况。

3)右转车插入直行车车头间隙分布区间[τ₁,τ₂]的界定方法：可插入车头时距下限τ₁，即当小于该值时，右转车无法插入。可插入车头时距上限τ₂，即当大于该值时，右转车辆可安全汇入，并不会对后续直行车产生冲突延误。

4)直行车与右转车汇流冲突后通行效率系数η计算。当产生冲突后通行效率系数为

5)右转车插入直行车流间隙分布区间[τ₁,τ₂]的概率P计算。对于通过数据定义的右转车插入直行车车头间隙分布区间，在车头时距服从CoWan’s M3分布条件下，其概率为：P＝P(h≤τ₂)-P(h<τ₁)。

c)用建立模型数据得到直右汇入车道通行能力计算方法：

B)再确定交叉口右转信号控制方法。

a)实地调查,根据交叉口的实际情况选择合适的检测器安装位置；首先确定交叉口流量检测器安放位置，一般检测器在距离停车线30～35米设置，检测器用于检测道路交叉口与右转车有冲突的外侧直行车道的直行车流量，考虑到车辆在运行过程中有变道情况，所以检测器一般安放在白实线内确保车辆经过检测器后不会改变方向。当有公交车停靠站等干扰因素时，可将检测器适当前移。如果外侧车道为直右混合车道时，则检测器设置在停车线后6m处，防止误测右转车流量。

b)根据模型运算结果，确定合适的流量阈值步骤包括：考虑右转车插入直行车流的冲突影响，通过输入不同的直行车流量计算其对应的直右汇入车道通行能力，并分别绘制右转信号控制开启前后直行车流量对应的汇入车道的通行能力曲线，分析两条曲线的关系变化趋势，而两条曲线的交点就是右转信号控制的直行车流量阈值q_t。

c)根据流量检测器检测的数据判断选择信号控制方案：由于信号控制的相位及阶段方案需要提前设定，因此在交叉口右转感应交通信号控制算法设计中，不采用实时监测的直行车流量，而使用的是前3个周期检测器检测值的平滑值q_ij。平滑值q_ij与流量阈值q_t进行逻辑判断。当平滑值大于等于流量阈值q_t时，开启右转信号控制灯。当平滑值小于流量阈值q_t时，不开启右转信号控制灯。

本发明在计算直右汇入车道通行能力的过程中，依据直行车与右转车汇流冲突状态下交通流特性，并结合交叉口实际运行特性，进行模型的建立与简化。针对不同交叉口运行特点，都可以运用模型得到不同流量状态下的直行右转汇入车道通行能力，以此为基础确定流量阈值q_t，为右转信号控制方案提供可靠的判断依据，使得右转车与直行车相互影响最小，车道资源利用最高。

本发明有益效果：本发明与现有技术相比具有如下特点：

1)本发明提出的方法，主要适用于直行右转汇流冲突严重的交叉口。

2)本发明以直行车流量阈值作为判断下一周期是否开启右转信号控制的依据。

3)本发明以直右汇流车道通行效率最大为依据确定开启右转信号控制的直行车流量阈值。

4)本发明提出的方法，既可以根据调查流量设计右转车流的多时段定周期控制方案，又可以根据实时检测流量进行右转信号感应控制。

5)本发明提出方法采用的输入流量是采用前3个周期检测器检测值的平滑值。

6)本发明通过解析直右汇流冲突机理提出了直右汇入车道的通行能力理论计算模型，能够直观表达不同流量状态下冲突对直行右转汇入车道通行效率的影响。

附图说明

图1是本发明设置右转信号控制设计方法的流程图；

图2是本发明所适用的平面十字交叉口图；

图3是右转信号控制的流量阈值确定图；

图4是开启右转控制的交叉口信号阶段图；

图5是不开启右转控制的交叉口信号阶段图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

如图1、图2、图3、图4、图5所示，一种针对交叉口直右汇流冲突的右转信号感应控制方法，步骤包括：先建立直行右转汇入车道通行能力计算模型，再确定右转信号控制方法。

A)在建立直右转汇入车道通行能力计算模型的过程中：

a)实地调查，获取建立直行右转汇入车道通行能力计算所需的数据；需要的数据包括：需要获得的数据包括：周期长度C、单位时间的单车道直行车小时流量Q、单位时间内车辆到达率d、直行车饱和车头时距h_s、当右转车与直行车汇入冲突后前直行车与右转车的车头时距h_r-s、直行车与冲突的右转车的车头时距h_s-r、右转车插入直行车间隙时距τ；

b)通过得到的统计数据，对车头时距的分布验证符合CoWan’s M3分布。根据M3公式式中：α为自由行驶车流的比例，美国道路通行能力手册给出估计值为：其中，关于参数b的取值可参照表单车道对应τ值和b值分布为1.5s、0.6，两车道对应τ值和b值分布为0.5s、0.5，三车道及三车道以上车道对应τ值和b值分布为0.5s、0.8。衰减常数λ极大似然估计为：其中，τ取值为观测样本数量中最小的直行车车头时距，的取值为所有观测样本中大于τ值的样本的均值。通过卡方检验符合实际车头时距分布后，采用M3分布预测不同时段交通流的车头时距分布状况；

c)利用调查得到的数据计算绿信比λ、右转车插入直行车车头间隙分布区间[τ₁,τ₂]、直行车与右转车冲突后通行效率系数η、右转车插入直行车车头间隙分布区间分布概率P；根据实地调查得到的数据计算5种参数，此对其进行详细说明：

1)相位绿信比λ为绿灯时长除以周期时长：λ＝g/c，确定直行绿灯时长。

2)右转车插入直行车车头间隙分布区间[τ₁,τ₂]：可插入车头时距下限τ₁，即当小于该值时，右转车无法插入。可插入车头时距上限τ₂，即当大于该值时，右转车辆可安全汇入，并不会对后续直行车产生冲突延误。设定界限是针对右转车与直行车冲突规律得到的可插入间隙和拒绝间隙的车头时距大小，对于右转车插入直行车造成的冲突延误设定参考依据。

3)直行车与右转车冲突后通行效率系数η计算。饱和直行车头时距为h_s，当右转车与直行车汇入冲突后前直行车与右转车的车头时距h_r-s以及直行车与冲突的右转车的车头时距h_s-r，因此当产生冲突后通行效率系数为

4)右转车插入直行车车头间隙分布区间概率P计算。对于通过数据定义的右转车插入直行车车头间隙分布区间[τ₁,τ₂]，运用CoWan’s M3分布模型计算车头间隙分布区间内的概率分布为P＝P(h≤τ₂)-P(h<τ₁)。

5)根据得到的参数建立直行右转汇入车道通行能力模型3600×λ表示为一小时内交叉口直行车绿灯行驶时间，表示为1辆右转车插入直行车造成的冲突延误时间，Q×P表示为汇入右转车的数量。

B)确定右转信号控制方法；

1)根据交叉口实际情况确定好流量检测器安装位置的步骤：首先确定交叉口流量检测器安放位置，一般检测器在距离停车线30～35米设置，检测器用于检测道路交叉口与右转车有冲突的外侧直行车道的直行车流量，考虑到车辆在运行过程中有变道情况，所以检测器一般安放在白实线内确保车辆经过检测器后不会改变方向。当有公交车停靠站等干扰因素时，可将检测器适当前移。如果外侧车道为直右混合车道时，则检测器设置在停车线后6m，防止误测右转车流量。

2)根据模型运算结果，确定合适的流量阈值步骤包括：考虑右转车插入直行车流的冲突影响，通过输入不同的直行车流量计算其对应的直右汇入车道通行能力，并分别绘制右转信号控制开启前后直行车流量对应的汇入车道的通行能力曲线，如图3所示，分析两条曲线的关系变化趋势，而两条曲线的交点就是右转信号控制的直行车流量阈值q_t。

3)根据流量检测器检测的数据判断选择信号控制方案的过程：由于信号控制的相位及阶段方案需要提前设定，因此在交叉口右转感应交通信号控制算法设计中，不采用实时监测的直行车流量，而使用的是前3个周期检测器检测值的平滑值q_ij。平滑公式为：

q_ij＝(q_0i(j-1)+q_0i(j-2)+q_0i(j-3))/3

式中：q_ij——i检测器j周期的小时流量平滑值(pcu/h)；

q_oij——i检测器j周期的检测的实际流量值(pcu/h)；

对于i检测器初始第一、二、三时段的小时流量平滑值等于其检测的实际流量值：q_ij＝q_oij；q_ij与流量阈值q_t进行逻辑判断。当q_ij大于等于q_t时，开启右转信号控制灯，如图4信号控制方法阶段图所示。当q_ij小于等于q_t时，不开启右转信号控制灯，如图5信号控制方法阶段图所示。

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)

1.一种针对交叉口直右汇流冲突的右转信号感应控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

A)先建立直右汇入车道通行能力计算模型，具体是：

A-1、实地调查，获取计算直右汇入车道通行能力计算模型所需的数据；包括周期长度c、单位时间的单车道直行车小时流量Q、单位时间内车辆到达率d、直行车饱和车头时距h_s、当右转车与直行车汇入冲突后前直行车与右转车的车头时距h_r-s、直行车与冲突的右转车的车头时距h_s-r、右转车插入直行车间隙时距τ；

A-2、利用调查的数据计算确定参数，建立直右汇入车道通行能力计算模型；其中确定参数过程为：

1)相位绿信比λ计算λ＝g/c；其中g为绿灯时长；

2)验证车头时距是否分布符合CoWan’s M3分布计算：其中α为自由行驶车流的比例，k为衰减常数；

3)右转车插入直行车车头间隙分布区间[τ₁,τ₂]的界定：可插入车头时距下限τ₁，即当小于该值时，右转车无法插入；可插入车头时距上限τ₂，即当大于该值时，右转车辆可安全汇入，并不会对后续直行车产生冲突延误；

4)直行车与右转车汇流冲突后通行效率系数η计算：当产生冲突后通行效率系数为

5)右转车插入直行车车头间隙分布区间概率P计算：运用CoWan’s M3分布模型计算车头间隙分布区间内的概率P＝P(h≤τ₂)-P(h<τ₁)；

直右汇入车道通行能力计算模型具体是：

$C=\frac{3600\&times;\mathrm{\&lambda;}-\frac{Q\&times;p\&times;h_s}{\mathrm{\&eta;}}}{h_s}+Q\&times;P$

B)再确定交叉口右转信号感应控制方法，具体是：

B-1、先根据交叉口实际情况确定好安装流量检测器的位置，具体是：首先确定交叉口流量检测器安放位置，检测器在距离停车线30～35米设置，检测器用于检测道路交叉口与右转车有冲突的外侧直行车道的直行车流量，考虑到车辆在运行过程中有变道情况，所以检测器安放在白实线内确保车辆经过检测器后不会改变方向；

B-2、根据模型运算结果，确定合适的流量阈值，具体是：考虑右转车插入直行车的冲突影响，通过模型得到不同实际直行车流量对应直行右转车道汇入通行能力，分析确定流量阈值q_t；

B-3、根据检测流量数据对比流量阈值，选择信号控制方案，具体是：前三周期检测器检测直行车流量通过流量平滑法预测当前周期直行流量q_ij，q_ij与流量阈值q_t进行逻辑判断，选择右转信号控制方案。

2.根据权利要求1所述的右转信号感应控制方法，其特征在于：

当有公交车停靠站时，将检测器前移；如果外侧车道为直右混合车道时，则检测器设置在停车线后6m处，防止误测右转车流量。