CN105448091A - 一种城市信号交叉口机非隔离设施设置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市信号交叉口机非隔离设施设置方法，首先根据交叉口非机动车在进口道的排队情况确定非机动车的排队密度，然后根据非机动车在交叉口的膨胀消散模型，分别确定非机动车在交叉口的膨胀数和二次膨胀数；接着以非机动车的膨胀消散为基础，根据机非冲突模型，确定交叉口的机非冲突数；最后，以冲突数为划分指标，确定交叉口机非隔离设施的服务水平，若服务水平小于三级，则需对交叉口机非隔离设施提出优化设置方案。本发明在既定的交叉口空间条件和交通条件下，可以提供一个满足服务水平要求的交叉口机非隔离设施设置方案。

Description

一种城市信号交叉口机非隔离设施设置方法

技术领域

本发明属于城市交通规划领域，涉及一种城市信号交叉口机非隔离设施设置方法。

背景技术

交叉口作为城市道路的瓶颈，机动车与非机动车在此相互争夺时间和空间资源，产生了大量冲突。在机非完全混行的交叉口，机动车与非机动车之间相互干扰，影响了机动车的行驶效率；同时，由于非机动车车辆自身的安全性较差，本身缺乏完善的安全设施，所以在与机动车发生冲突的时候，非机动车和非机动车骑行者往往面临很大的安全问题。

大部分城市交叉口都通过物理隔离的形式将机动车与非机动车分隔，但关于设置隔离条件的研究并不多见，并且对于不同交叉口和交通流量条件下，选择何种形式的隔离以及隔离设施宽度的确定也没有进一步的说明。

为合理地使用交叉口空间资源，研究者从非机动车骑行者安全角度出发，以非机动车膨胀消散特性为基础，研究交叉口机非冲突数模型，以机非冲突数作为判定交叉口机非隔离设施服务水平的标准，并提出满足服务水平要求的交叉口进出口道机非隔离设施设置方案。

发明内容

技术问题：本发明提供一种能在既定的交叉口空间条件和交通条件下，满足服务水平要求的城市信号交叉口机非隔离设施设置方法。

技术方案：本发明的城市信号交叉口机非隔离设施设置方法，包括以下步骤：

步骤1，根据交叉口空间条件及交通条件，确定非机动车在进口道的排队密度；

步骤2，根据非机动车膨胀宽度模型以及所述步骤1确定的非机动车排队密度，计算非机动车驶入交叉口后的膨胀宽度；

步骤3，根据非机动车膨胀数模型以及所述步骤2确定的膨胀宽度，计算非机动车驶入交叉口后的膨胀数；同时根据非机动车消散模型，计算非机动车驶离交叉口的二次膨胀数；

步骤4，根据机非冲突数模型、所述步骤3确定的膨胀数和二次膨胀数，计算交叉口机非冲突数；

步骤5，以所述步骤4得到的交叉口机非冲突数为划分指标，确定现有交叉口机非隔离设施设置方案的服务水平，所述服务水平分为六级，一级最大，六级最小，若服务水平小于三级，则需对现有交叉口机非隔离设施设置方案进行优化设置，得到满足服务水平要求的交叉口机非隔离设施设置方案，否则维持现有交叉口机非隔离设施设置方案。

进一步的，本发明方法中，步骤1中，根据下式确定非机动车在进口道的排队密度：

ρ＝-0.037W-0.111φ+0.789

式中：ρ——交叉口进口道非机动车的排队密度(辆/m²)；

W——交叉口进口道非机动车道宽度(m)；

φ——非机动车中电动自行车的比例。

进一步的，本发明方法中，步骤2中根据下式计算非机动车驶入交叉口后的膨胀宽度：

W_p＝0.506ε₁ε₂ρWl-0.5W

式中：W_p——非机动车在交叉口的膨胀宽度(m)；

ε₁——非机动车占用道路横向宽度修正系数，取ε₁＝1+0.6φ，φ为非机动车中电动自行车的比例；

ε₂——非机动车在交叉口横向并行数量的修正系数，取ε₂＝1.210+0.230φ；

ρ——交叉口进口道非机动车的排队密度(辆/m²)；

W——交叉口进口道非机动车道宽度(m)；

l——非机动车在交叉口排队时的单车占用车道长度(m)。

进一步的，本发明方法中，步骤3中根据下式计算非机动车驶入交叉口后的膨胀数：

$Q_p=\frac{W_p-W_{b1}}{W_j}\×q_c{\mathrm{\ϵ}}_3=(0.5-\frac{W+2W_{b1}}{2.024{\mathrm{\ϵ}}_1{\mathrm{\ϵ}}_2\mathrm{\ρ}Wl})q_c{\mathrm{\ϵ}}_3$

式中：Q_p——非机动车膨胀数(辆/周期)；

W_p——非机动车膨胀宽度(m)；

W_b1——交叉口进口道机非隔离宽度(m)；

ε₁——非机动车占用道路横向宽度修正系数，取ε₁＝1+0.6φ；φ为非机动车中电动自行车的比例；

ε₂——非机动车在交叉口横向并行数量的修正系数，取ε₂＝1.210+0.230φ；

ρ——交叉口进口道非机动车的排队密度(辆/m²)；

W——非机动车进口道宽度(m)；

l——非机动车在交叉口排队时的单车占用车道长度(m)；

q_c——非机动车的排队量(辆/周期)；

ε₃——非机动车膨胀修正系数，此处取ε₃＝1.411-0.283φ。

进一步的，本发明方法中，步骤3中根据下式计算非机动车驶离交叉口的二次膨胀数：

$Q_{p_2}=(1-\frac{1}{1+e^{-(-45.831+2.124w_{b2}-4.685s+3.922v_v-8.339d_l)}})Q_p$

式中：——非机动车二次膨胀数(辆/周期)；

W_b2——交叉口出口道机非隔离宽度(m)；

S——非机动车车型，为电动车时，S＝1；为自行车时，S＝0；

v_v——机动车流速度(km/h)；

d_l——非机动车横向位置，W_p-W_b2＞D₁时，d_l＝1；W_p-W_b2≤D₁时，d_l＝0，W_p为非机动车膨胀宽度，单位为m；

Q_p——非机动车膨胀数(辆/周期)。

进一步的，本发明方法中，步骤4中根据下式计算交叉口机非冲突数：

$TC=0.88\·3Q_p+0.295Q_{p_2}$

式中：TC——交叉口机非冲突数(次/周期)；

Q_p——交叉口非机动车膨胀数(辆/周期)；

——交叉口非机动车二次膨胀数(辆/周期)。

进一步的，本发明方法中，步骤5中根据下表确定交叉口机非隔离设施服务水平：

进一步的，本发明方法中，所述步骤5中按照如下方式对现有的信号交叉口机非隔离设施进行优化设置：

若期望优化后的设置方案能达到三级服务水平，则按下表给出的建议值，确定交叉口进出口道机非隔离的设置形式及宽度：

若期望优化后的设置方案达到二级服务水平，则按下表给出的建议值，确定交叉口进出口道机非隔离的设置形式及宽度：

若期望优化后的设置方案达到一级服务水平，则按下表给出的建议值，确定交叉口进出口道机非隔离的设置形式及宽度：

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

现有技术对于交叉口进出口机非隔离的措施主要有“交通标线隔离、机非隔离栏隔离，和绿化带隔离”3种类型，在隔离设施的选型过程中随意性较强，缺乏对于非机动车在交叉口进口道排队等待、驶入交叉口的车群膨胀运行以及驶出交叉口的车群消散的交通需求特性的关联性分析，在隔离设施宽度方面缺乏定量化设置标准。导致非机动车在通过交叉口的安全和效率得不到保障。

本发明以非机动车等待、膨胀和消散特性为基础，提出了交叉口非机动车排队密度、膨胀数及宽度、二次膨胀数的计算方法，以机非冲突数作为判定交叉口机非隔离设施服务水平的标准，提出满足服务水平要求的交叉口进出口道机非隔离设施选型及宽度的定量化设置技术。该发明对于保障可观测交通需求条件下的非机动车交叉口运行安全，以及合理配置交叉口进出口车道空间资源提供了技术支撑。能避免由于机非隔离设施的优化不当而导致新的交通问题出现。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明中非机动车在交叉口膨胀宽度的示意图。

图3为本发明中非机动车在交叉口消散的示意图。

图4为本发明实例中某交叉口断面图现状示意图。

图5为本发明实例中某交叉口断面图改善后示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。

本发明中，非机动车膨胀宽度模型如图2所示，根据已有的非机动车流在交叉口膨胀宽度的定义，其基本计算公式为：

$W_p=\frac{W_j-W}{2}$

式中：W_p——非机动车在交叉口的膨胀宽度(m)；

W_j——非机动车在交叉口行驶区域的总宽度(m)；

W——非机动车进口道宽度(m)。

其中，非机动车流在交叉口行驶区域的总宽度与非机动车在交叉口行驶时的横向并行数量以及单辆非机动车占用的道路宽度有关，参考其他学者的研究，同时将电动车的影响作为一个因素进行综合分析，当有一定比例电动车混入时非机动车流占用道路的横向宽度为：D₂＝ε₁D₁。通过回归分析，得到ε₁与电动车比例φ的线性关系：ε₁＝1+0.6φ。由此，可得出非机动车流在交叉口行驶时的总宽度计算公式为：

W_j＝D₂N＝ε₁D₁N＝(1+0.6φ)D₁N

式中：N——非机动车在交叉口行驶时的横向并行数量(辆)；

D₁——运动中非机动车单车占用道路的宽度(m)，取1.012m；

D₂——当有电动车混入时运动中非机动车单车占用道路的宽度(m)；

ε₁——非机动车占用道路横向宽度修正系数；

φ——电动车比例。

参照其他学者的研究，将非机动车在交叉口的运行看作是一个均匀分布的状态，理想条件下非机动车在交叉口的横向并行数量应等于非机动车在进口道排队时的横向并行数量，其具体计算公式为：

N′＝N_p＝ρwl＝(-0.037W-0.111φ+0.789)Wl

式中：N′——理想条件下非机动车在交叉口的横向并行数量(辆)；

N_p——非机动车在进口道排队时的横向并排数量(辆)；

l——非机动车在交叉口排队时的单车占用车道长度(m)，取1.90m。

实际条件下，由于非机动车在交叉口骑行行为的差异性，导致了非机动车在交叉口的横向并行数量并不与排队时的数量完全一致。引入非机动车在交叉口横向并行数量的修正系数ε₂，实际条件下非机动车在交叉口的横向并行数量为：N＝ε₂N′。通过对ε₂与电动车比例进行回归分析，可得：ε₂＝1.210+0.230φ。

由此，可以得到实际条件下非机动车在交叉口横向并行数量的计算公式为：

N＝ε₂N′＝(1.210+0.230φ)N′

综合以上3个步骤，将N以及W_j的计算公式代入膨胀宽度基本计算公式中，即得到非机动车膨胀宽度的最终计算模型为：

W_p＝0.506ε₁ε₂ρWl-0.5W

式中：W_p——非机动车在交叉口的膨胀宽度(m)；

ε₁——非机动车占用道路横向宽度修正系数，取ε₁＝1+0.6φ；φ为非机动车中电动自行车的比例；

ε₂——非机动车在交叉口横向并行数量的修正系数，取ε₂＝1.210+0.230φ；

ρ——交叉口进口道非机动车的排队密度(辆/m²)；

W——交叉口进口道非机动车道宽度(m)；

l——非机动车在交叉口排队时的单车占用车道长度(m)，取1.90m。

本发明中，非机动车驶离交叉口的二次膨胀数的计算模型如图3所示，非机动车进入交叉口横向膨胀，在邻近交叉口出口时，大部分非机动车出于安全的考虑选择向非机动车道靠拢，以避免在交叉口出口与机动车混行，这个过程是非机动车流的消散。而部分非机动车则选择进入机动车道，与机动车混行，这个过程是非机动车流的二次膨胀。

用SPSS对每个因素做影响显著性分析，找出显著影响因素，并采用最大似然法对logistic回归模型进行参数估计，建立非机动车消散行为决策的logistic模型如下，模型拟合检验表明拟合效果较好。

$P_d=\frac{1}{1+e^{-(-45.831+2.124w_{b2}-4.685s+3.922v_v-8.339d_l)}}$

式中：P_d——非机动车消散事件发生的概率；

W_b2——交叉口出口道机非隔离宽度(m)；

S——非机动车车型，为电动车时，S＝1；为自行车时，S＝0；

v_v——机动车流速度(km/h)；

d_l——非机动车横向位置，W_p-W_b2＞D₁时，d_l＝1；W_p-W_b2≤D₁时，d_l＝0，W_p为非机动车膨胀宽度，单位为m。

由非机动车消散行为决策概率模型可得非机动车的二次膨胀数模型为：

$Q_{p_2}=Q_p(1-P_d)=Q_p(1-\frac{1}{1+e^{-(-45.831+2.124w_{b2}-4.685s+3.922v_v-8.339d_l)}})$

本发明中，根据机非冲突数确定服务水平等级时，对每一级的机非冲突数的范围的确定采用聚类分析法，将机非冲突数调查样本进行分类，以得到合适的样本分类。在聚类分析中，对涵盖了交叉口机非隔离的一般特征(分隔形式、宽度)和非机动车交通量的一般特征(排队量)的典型交叉口进行取样调查，计算各自的机非冲突数，采用模糊聚类法，对机非冲突数样本进行分类，根据模糊等级矩阵，取不同的置信水平λ，得到不同的分类情况，随着λ值不断降低，由细到粗逐渐分类，得到聚类结果。

同时，考虑到机非冲突数调查样本是一个间断的不完全样本，建立服务水平标准时还应考虑数值的连续性和完整性；用模糊聚类法得到的机非冲突数样本的分类仅仅是从数值上进行的划分，对于数值相差不大但是服务水平相差较大或者数值相差较大但服务水平相差不大的情况应对分类进行适当调整，得到信号控制交叉口机非冲突数与服务水平分级的关系如下表。

表1建议采用的交叉口机非隔离服务水平标准

同时，由聚类的结果可以得出，若期望优化后的设置方案能达到三级服务水平，则按下表给出的建议值，确定交叉口进出口道机非隔离的设置形式及宽度：

表2三级服务水平条件下机非隔离设置形式及宽度建议值

若期望优化后的设置方案达到二级服务水平，则按下表给出的建议值，确定交叉口进出口道机非隔离的设置形式及宽度：

表3二级服务水平条件下机非隔离设置形式及宽度建议值

若期望优化后的设置方案达到一级服务水平，则按下表给出的建议值，确定交叉口进出口道机非隔离的设置形式及宽度：

表4一级服务水平条件下机非隔离设置形式及宽度建议值

以实际调查的某交叉口为例，交叉口断面形式如图4所示，现状交叉口进口道为护栏隔离，出口道为标线隔离，且根据现场调查情况，进口道内直行机动车流与直行非机动车流占主体，满足假设条件，将已知数据在表5中列出。

表5该交叉口动静态数据

步骤1：计算非机动车排队密度

该交叉口高峰小时非机动车在进口道的排队密度为：

ρ＝-0.037W-0.111φ+0.789＝0.611辆/m²

步骤2：计算非机动车驶入交叉口后的膨胀宽度

非机动车在交叉口的横向并行数量为：

N＝(1.210+0.230φ)ρWl＝4.695辆

非机动车膨胀宽度为：

W_p＝0.506(1+0.6φ)N-0.5W＝1.731m

步骤3：计算非机动车驶入交叉口后的膨胀数

非机动车在交叉口的膨胀数为：

步骤4：计算非机动车二次膨胀数

根据非机动车的消散行为决策模型，非机动车驶离交叉口时的二次膨胀数为：

Q_p2＝6.620辆/周期

步骤5：计算交叉口机非冲突数

根据机非冲突数模型，交叉口机非冲突数为：

步骤6：确定交叉口服务水平及机非隔离设施设置方案

查表1可以确定此交叉口的服务水平为五级，小于三级，因此采取相应措施提高服务水平至三级及以上。现考虑提高服务水平至三级的情况，参照表2，非机动车高峰小时平均排队量为28辆/周期时，属于大于等于25辆/周期且小于30辆/周期的范围，则推荐的该交叉口的机非隔离设施配置方案为：进口道绿化隔离，宽度为1.0m；出口道绿化隔离，宽度为1.0m，如图5所示，此时能使该交叉口服务水平达到三级，安全性得到提高。

上述实施例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等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种城市信号交叉口机非隔离设施设置方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤1，根据交叉口空间条件及交通条件，确定非机动车在进口道的排队密度；

步骤2，根据非机动车膨胀宽度模型以及所述步骤1确定的非机动车排队密度，计算非机动车驶入交叉口后的膨胀宽度；

步骤3，根据非机动车膨胀数模型以及所述步骤2确定的膨胀宽度，计算非机动车驶入交叉口后的膨胀数；同时根据非机动车消散模型，计算非机动车驶离交叉口的二次膨胀数；

步骤4，根据机非冲突数模型、所述步骤3确定的膨胀数和二次膨胀数，计算交叉口机非冲突数；

步骤5，以所述步骤4得到的交叉口机非冲突数为划分指标，确定现有交叉口机非隔离设施设置方案的服务水平，所述服务水平分为六级，一级最大，六级最小，若服务水平小于三级，则需对现有交叉口机非隔离设施设置方案进行优化设置，得到满足服务水平要求的交叉口机非隔离设施设置方案，否则维持现有交叉口机非隔离设施设置方案。

2.根据权利要求1所述的城市信号交叉口机非隔离设施设置方法，其特征在于：所述步骤1中通过下式确定非机动车在进口道的排队密度：

ρ＝-0.037W-0.111φ+0.789

式中：ρ——交叉口进口道非机动车的排队密度(单位为辆/m²)；

W——交叉口进口道非机动车道宽度(单位为m)；

φ——非机动车中电动自行车的比例。

3.根据权利要求1所述的城市信号交叉口机非隔离设施设置方法，其特征在于：所述步骤2中通过下式确定非机动车驶入交叉口后的膨胀宽度：

W_p＝0.506ε₁ε₂ρWl-0.5W

式中：W_p——非机动车在交叉口的膨胀宽度(m)；

ε₁——非机动车占用道路横向宽度修正系数，取ε₁＝1+0.6φ；φ为非机动车中电动自行车的比例；

ε₂——非机动车在交叉口横向并行数量的修正系数，取ε₂＝1.210+0.230φ；

ρ——交叉口进口道非机动车的排队密度(辆/m²)；

W——交叉口进口道非机动车道宽度(m)；

l——非机动车在交叉口排队时的单车占用车道长度(m)。

4.根据权利要求1所述的城市信号交叉口机非隔离设施设置方法，其特征在于：所述步骤3中通过下式确定非机动车驶入交叉口后的膨胀数：

$Q_p=\frac{W_p-W_{b1}}{W_j}\×q_c{\mathrm{\ϵ}}_3=(0.5-\frac{W+2W_{b1}}{2.024{\mathrm{\ϵ}}_1{\mathrm{\ϵ}}_2\mathrm{\ρ}Wl})q_c{\mathrm{\ϵ}}_3$

式中：Q_p——非机动车膨胀数(辆/周期)；

W_p——非机动车膨胀宽度(m)；

W_b1——交叉口进口道机非隔离宽度(m)；

ε₁——非机动车占用道路横向宽度修正系数，取ε₁＝1+0.6φ；φ为非机动车中电动自行车的比例；

ε₂——非机动车在交叉口横向并行数量的修正系数，取ε₂＝1.210+0.230φ；

ρ——交叉口进口道非机动车的排队密度(辆/m²)；

W——非机动车进口道宽度(m)；

l——非机动车在交叉口排队时的单车占用车道长度(m)

q_c——非机动车的排队量(辆/周期)；

ε₃——非机动车膨胀修正系数，此处取ε₃＝1.411-0.283φ。

5.根据权利要求1所述的城市信号交叉口机非隔离设施设置方法，其特征在于：所述步骤3中通过下式计算非机动车驶离交叉口的二次膨胀数：

$Q_{p_2}=\left(1-\frac{1}{1+e^{-\left(-45.831+2.124w_{b_2}-4.685s+3.922v_v-8.339d_l\right)}}\right)Q_p$

式中：——非机动车二次膨胀数(辆/周期)；

w_b2——交叉口出口道机非隔离宽度(m)；

S——非机动车车型，为电动车时，S＝1；为自行车时，S＝O；

v_v——机动车流速度(km/h)；

d_l——非机动车横向位置，W_p-W_b2＞D₁时，d_l＝1；W_p-W_b2≤D₁时，d_l＝O，W_p为非机动车膨胀宽度，单位为m；

Q_p——非机动车膨胀数(辆/周期)。

6.根据权利要求1所述的城市信号交叉口机非隔离设施设置方法，其特征在于：所述步骤4中通过下式计算交叉口机非冲突数：

$TC=0.883Q_p+0.295Q_{p_2}$

式中：TC——交叉口机非冲突数(单位为次/周期)；

Q_p——交叉口非机动车膨胀数(单位为辆/周期)；

——交叉口非机动车二次膨胀数(单位为辆/周期)。

7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的城市信号交叉口机非隔离设施设置方法，其特征在于：所述步骤5中根据下表确定交叉口机非隔离设施服务水平：

8.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的城市信号交叉口机非隔离设施设置方法，其特征在于：所述步骤5中按照如下方式对现有的信号交叉口机非隔离设施进行优化设置：

若期望优化后的设置方案能达到三级服务水平，则按下表给出的建议值，确定交叉口进出口道机非隔离的设置形式及宽度：

若期望优化后的设置方案达到二级服务水平，则按下表给出的建议值，确定交叉口进出口道机非隔离的设置形式及宽度：

若期望优化后的设置方案达到一级服务水平，则按下表给出的建议值，确定交叉口进出口道机非隔离的设置形式及宽度：