CN106056906A - 一种干线协调控制条件下的信号交叉口左弯待转区设置模块及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干线协调控制条件下的信号交叉口左弯待转区设置模块及其工作方法，主要包括道路交通信息存储模块、绿波带宽计算模块、平均延误计算模块以及左弯待转区设置模块。本发明根据干线交通信息特征及交通流运行状态，通过绿波带宽计算模块以及左弯待转区设置模块，获取待转区设置与干线协调控制策略，降低用户在交叉口处的等待时间，从而改善干线交通运行效率。

Description

一种干线协调控制条件下的信号交叉口左弯待转区设置模块 及其工作方法

技术领域：

本发明属于交通设计领域，特别涉及一种干线协调控制条件下的信号交叉口左弯待转区设置模块及其工作方法。

背景技术：

随着城市机动化水平的提升，道路交通拥堵现象日益严重。高峰时期交通需求量大，交叉口作为城市道路网络的关键节点，往往成为制约整个路段乃至区域路网交通能力充分发挥的瓶颈。当左转车流比例较高时，左转车流与其他车流的冲突是造成交叉口运行效率降低的重要原因。近年来，许多城市在信号交叉口设置左弯待转区以提高交叉口左转车流通行能力。左弯待转区常设置于信号交叉口左转专用进口道停车线前方，以白色虚线为边界，如图一所示。以传统四相位信号设计方案为例，当直行绿灯启亮时，左转车流进入待行区等待通行；直行相位结束后，后置左转相位启动，左转车流通过交叉口。左弯待转区的设置有利于降低高峰时段排队长度，缓解排队溢流。

近年来，许多学者对左弯待转区设置对信号交叉口运行效率的影响进行了量化评估，研究表明左弯待转区设置能够提升交叉口左转专用进口道通行能力，降低左转车流延误。然而，现有研究均针对单一信号交叉口左转车流，事实上，左弯待转区设置不仅对于左转车流运行效能产生影响，对直行车流或路段交通亦会产生影响。如上所述，设置左弯待转区需要配合设置双向后置左转专用相位，这一要求使得信号交叉口相序设置受到限制。研究表明，在大部分路网特征下，前置-后置左转相位将会使得直行车流绿波带宽最大。因此，在干线协调控制策略下，设置左弯待转区在提高左转车流运行效能的同时，可能会对直行车流运行效能产生负面影响，而现有研究尚未从整体角度对设置左弯待转区的交叉口运行效能进行整体评估。工程实践中，设计者往往根据经验判断是否设置左弯待转区，具有较大的随意性。

发明内容：

针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种干线协调控制条件下的信号交叉口左弯待转区设置模块及其工作方法，通过本发明可以权衡左转车流与直行车流运行效能之间的矛盾，选择最优的左弯待转区设置方式和相位控制策略，从而提高整个交通系统的运行效率。

本发明采用如下技术方案：一种干线协调控制条件下的信号交叉口左弯待转区设置模块，包括道路交通信息存储模块、绿波带宽计算模块、车辆平均延误计算模块以及左弯待转区设置模块，所述道路交通信息存储模块，对干线协调控制范围内的各信号交叉口的道路交通信息进行存储，包括相邻交叉口间距、各交叉口车道数及车道划分、各方向交通流数据、各交叉口信号配时及相位设置；所述绿波带宽计算模块，用于求解道路交通条件下的绿波带宽及交叉口相位差；所述车辆平均延误计算模块，根据VISSIM模拟仿真工具计算不同左弯待转区设置方案及不同信号相序方案下的路网交通平均延误；所述左弯待转区设置模块，以车辆平均延误最小化为目标，选择最优的信号相位控制策略及左弯待转区设置方案。

本发明还采用如下技术方案：一种干线协调控制条件下的信号交叉口左弯待转区设置模块的工作方法，包括如下步骤：

第一步：在道路交通信息存储模块中，对干线协调控制范围内的各信号交叉口的道路交通信息进行存储；

第二步：在绿波带宽计算模块中，采用下述模型计算最大绿波带宽和交叉口相位差：

Max b+b′ (1)

s.t.b＝b′ (2)

w_i+b≤C-r_i(i＝1,...,n) (3)

w_i′+b′≤C-r_i′(i＝1,...,n) (4)

t_(i,i+1)+t_(i,i+1)′+(w_i+w_i′)-(w_i+1+w_i+1′)+(δ_il_i-δ_i′l_i′)-(δ_i+1l_i+1-δ_i+1′l_i+1′)+r_i-r_i+1

＝m_(i,i+1)C+τ_i′+τ_i+1(i＝1,...,n-1) (5)

b,b′≥0 (6)

w_i,w_i′≥0(i＝1,...,n) (7)

其中，n是道路干线信号灯数量；b和b’是双向带宽(秒)；S_i表示信号灯i(i＝1,…,n)；l_i和l_i’为S_i处双向左转绿灯时间(秒)；r_i和r_i’为S_i处双向直行红灯时长(秒)；C是干线协调控制信号周期(秒)；w_i和w_i’为S_i处红灯结束时间到绿波带宽左侧边缘时长(秒)；t_(i,i+1)和t’_(i,i+1)为S_i到S_i+1双向行程时间(秒)；m_(i,i+1)是周期的整数倍数；τ_i和τ_i’是双向排队清空时间(秒)；δ_i和δ’_i表示信号相位模式(＝1表示左转后置，＝0表示左转前置)；模型中，输入参数包括：双向出行时间t_(i,i+1),t’_(i,i+1)，各交叉口信号配时l_i,l_i’,r_i,r_i’,C，输出结果为绿波控制参数，包括最大带宽长度和交叉口相位差；

第三步：在车辆平均延误计算模块中，根据信号相位设置方式和是否设置左弯待转区划分为以下六种方案：

方案一：双向后置左转专用相位，无左弯待转区；

方案二：双向后置左转专用相位，单向设置左弯待转区；

方案三：双向后置左转专用相位，双向设置左弯待转区；

方案四：前置-后置左转专用相位，无左弯待转区；

方案五：前置-后置左转专用相位，单向设置左弯待转区；

方案六：双向前置左转专用相位，无左弯待转区；

对于每一种方案，根据VISSIM模拟仿真工具计算路网交通平均延误，在模型中设置节点评价区，输出参数为：车辆平均延误(秒/车辆)；

第四步：在左弯待转区设置模块中，以车辆平均延误最小化为目标，选择最优的信号相位控制策略及左弯待转区设置方案。

本发明是一种干线协调控制条件下的信号交叉口左弯待转区设置模块及其工作方法，通过本发明可以权衡左转车流与直行车流运行效能之间的矛盾，选择最优的左弯待转区设置方式和相位控制策略，从而提高整个交通系统的运行效率。

附图说明：

图1为信号交叉口左弯待转区设计示意图。

图2为本发明干线协调控制条件下的信号交叉口左弯待转区设置模块图。

图3为根据信号相位设置方式和是否设置左弯待转区划分的六种设计方案。

图4为六种方案比选结果。

具体实施方式：

本发明干线协调控制条件下的信号交叉口左弯待转区设置模块包括道路交通信息存储模块、绿波带宽计算模块、车辆平均延误计算模块以及左弯待转区设置模块，其中道路交通信息存储模块，对干线协调控制范围内的各信号交叉口的道路交通信息进行存储，包括相邻交叉口间距、各交叉口车道数及车道划分、各方向交通流数据、各交叉口信号配时及相位设置。绿波带宽计算模块，用于求解道路交通条件下的绿波带宽及交叉口相位差。车辆平均延误计算模块，根据VISSIM模拟仿真工具计算不同左弯待转区设置方案及不同信号相序方案下的路网交通平均延误。左弯待转区设置模块，以车辆平均延误最小化为目标，选择最优的信号相位控制策略及左弯待转区设置方案。

本发明干线协调控制条件下的信号交叉口左弯待转区设置模块的工作方法，具体步骤如下：

第一步：在道路交通信息存储模块中，对干线协调控制范围内的各信号交叉口的道路交通信息进行存储；

第二步：在绿波带宽计算模块中，采用下述模型计算最大绿波带宽和交叉口相位差：

Max b+b′ (1)

s.t.b＝b′ (2)

w_i+b≤C-r_i(i＝1,...,n) (3)

w_i′+b′≤C-r_i′(i＝1,...,n) (4)

t_(i,i+1)+t_(i,i+1)′+(w_i+w_i′)-(w_i+1+w_i+1′)+(δ_il_i-δ_i′l_i′)-(δ_i+1l_i+1-δ_i+1′l_i+1′)+r_i-r_i+1

＝m_(i,i+1)C+τ_i′+τ_i+1(i＝1,...,n-1) (5)

b,b′≥0 (6)

w_i,w_i′≥0(i＝1,...,n) (7)

其中，n是道路干线信号灯数量；b和b’是双向带宽(秒)；S_i表示信号灯i(i＝1,…,n)；l_i和l_i’为S_i处双向左转绿灯时间(秒)；r_i和r_i’为S_i处双向直行红灯时长(秒)；C是干线协调控制信号周期(秒)；w_i和w_i’为S_i处红灯结束时间到绿波带宽左侧边缘时长(秒)；t_(i,i+1)和t’_(i,i+1)为S_i到S_i+1双向行程时间(秒)；m_(i,i+1)是周期的整数倍数；τ_i和τ_i’是双向排队清空时间(秒)；δ_i和δ’_i表示信号相位模式(＝1表示左转后置，＝0表示左转前置)。模型中，输入参数包括：双向出行时间t_(i,i+1),t’_(i,i+1)，各交叉口信号配时l_i,l_i’,r_i,r_i’,C，输出结果为绿波控制参数，包括最大带宽长度和交叉口相位差。

第三步：在车辆平均延误计算模块中，根据信号相位设置方式和是否设置左弯待转区划分为以下六种方案，如图二所示：

方案一：双向后置左转专用相位，无左弯待转区；

方案二：双向后置左转专用相位，单向设置左弯待转区；

方案三：双向后置左转专用相位，双向设置左弯待转区；

方案四：前置-后置左转专用相位，无左弯待转区；

方案五：前置-后置左转专用相位，单向设置左弯待转区；

方案六：双向前置左转专用相位，无左弯待转区。

对于每一种方案，根据VISSIM模拟仿真工具计算路网交通平均延误。在模型中设置节点评价区，输出参数为：车辆平均延误(秒/车辆)。

第四步：在左弯待转区设置模块中，以车辆平均延误最小化为目标，选择最优的信号相位控制策略及左弯待转区设置方案。

下面通过一个具体实施例来说明本发明一种干线协调控制条件下的信号交叉口左弯待转区设置模块及其工作方法。

1.道路交通信息存储模块。对干线协调控制范围内的各信号交叉口的道路交通信息进行存储，包括交叉口基本信息、交叉口信号控制数据、交通流数据三个部分。

(1)交叉口基本信息，包括各交叉口车道数及车道划分，如表1所示。

表1交叉口基本信息

(2)交叉口信号控制数据，包括交叉口周期时长、交叉口相位差、相位数、各进口道左转及直行绿灯时长，如表2所示。

表2交叉口信号控制信息

(3)交通流数据。包括交叉口各进口道左转、直行和右转交通流量，如表3所示。

表3交叉口流量信息

2.绿波带宽计算模块。

将上一步中道路交通数据代入绿波带宽计算模型，如下：

Max b+b′

s.t.b＝b′

w_i+b≤C-r_i(i＝1,...,n)

w_i′+b′≤C-r_i′(i＝1,...,n)

t_(i,i+1)+t_(i,i+1)′+(w_i+w_i′)-(w_i+1+w_i+1′)+(δ_il_i-δ_i′l_i′)-(δ_i+1l_i+1-δ_i+1′l_i+1′)+r_i-r_i+1

＝m_(i,i+1)C+τ_i′+τ_i+1(i＝1,...,n-1)

b,b′≥0

w_i,w_i′≥0(i＝1,...,n)

其中，n是道路干线信号灯数量；b和b’是双向带宽(秒)；S_i表示信号灯i(i＝1,…,n)；l_i和l_i’为S_i处双向左转绿灯时间(秒)；r_i和r_i’为S_i处双向直行红灯时长(秒)；C是干线协调控制信号周期(秒)；w_i和w_i’为S_i处红灯结束时间到绿波带宽左侧边缘时长(秒)；t_(i,i+1)和t’_(i,i+1)为S_i到S_i+1双向行程时间(秒)；m_(i,i+1)是周期的整数倍数；τ_i和τ_i’是双向排队清空时间(秒)；δ_i和δ’_i表示信号相位模式(＝1表示左转后置，＝0表示左转前置)。模型中，输入参数包括：双向出行时间t_(i,i+1),t’_(i,i+1)，各交叉口信号配时l_i,l_i’,r_i,r_i’,C，输出结果为绿波控制参数，包括最大带宽长度和交叉口相位差。

模型求解得到当前路网及交通流量条件下的最大绿波带宽，如表4所示：

表4交叉口流量信息

3.平均延误计算模块。

针对以下六种方案分别建立VISSIM仿真模型：

方案一：双向后置左转专用相位，无左弯待转区；

方案二：双向后置左转专用相位，单向设置左弯待转区；

方案三：双向后置左转专用相位，双向设置左弯待转区；

方案四：前置-后置左转专用相位，无左弯待转区；

方案五：前置-后置左转专用相位，单向设置左弯待转区；

方案六：双向前置左转专用相位，无左弯待转区。

在模型中设置节点评价区，输出参数为：车辆平均延误(秒/车辆)。分别改变主次路交通流量，可以得到不同交通条件下的六种方案比选结果，如图三所示。

4.左弯待转区设置方法。

以车辆平均延误最小化为目标，选择最优的信号相位控制策略及左弯待转区设置方案。例如，在本案例中，方案五(前置-后置左转专用相位，单向设置左弯待转区)和方案四(前置-后置左转专用相位，无左弯待转区)为最佳方案，其次为方案三(双向后置左转专用相位，双向设置左弯待转区)。

以上所述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作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种干线协调控制条件下的信号交叉口左弯待转区设置模块，其特征在于：包括道路交通信息存储模块、绿波带宽计算模块、车辆平均延误计算模块以及左弯待转区设置模块，所述道路交通信息存储模块，对干线协调控制范围内的各信号交叉口的道路交通信息进行存储，包括相邻交叉口间距、各交叉口车道数及车道划分、各方向交通流数据、各交叉口信号配时及相位设置；所述绿波带宽计算模块，用于求解道路交通条件下的绿波带宽及交叉口相位差；所述车辆平均延误计算模块，根据VISSIM模拟仿真工具计算不同左弯待转区设置方案及不同信号相序方案下的路网交通平均延误；所述左弯待转区设置模块，以车辆平均延误最小化为目标，选择最优的信号相位控制策略及左弯待转区设置方案。

2.一种如权利要求1所述的干线协调控制条件下的信号交叉口左弯待转区设置模块的工作方法，其特征在于：包括如下步骤

第一步：在道路交通信息存储模块中，对干线协调控制范围内的各信号交叉口的道路交通信息进行存储；

第二步：在绿波带宽计算模块中，采用下述模型计算最大绿波带宽和交叉口相位差：

Max b+b′ (1)

s.t. b＝b′ (2)

w_i+b≤C-r_i(i＝1,...,n) (3)

w′_i+b′≤C-r′_i(i＝1,...,n) (4)

$\begin{array}{c}{t}_{(i,i+1)}+{t_{(i,i+1)}}^{\′}+(w_i+w_i^{\′})-(w_{i+1}+{w_{i+1}}^{\′})+({\mathrm{\δ}}_i{l}_i-{{\mathrm{\δ}}_i}^{\′}{l}_i^{\′})-({\mathrm{\δ}}_{i+1}{l}_{i+1}-{{\mathrm{\δ}}_{i+1}}^{\′}{l_{i+1}}^{\′})+r_i-r_{i-1}\\ =m_{(i,i+1)}C+{\mathrm{\τ}}_i^{\′}+{\mathrm{\τ}}_{i+1}(i=1,...,n-1)\end{array}---\left(5\right)$

b,b′≥0 (6)

w_i,w′_i≥0(i＝1,...,n) (7)

其中，n是道路干线信号灯数量；b和b’是双向带宽(秒)；S_i表示信号灯i(i＝1,…,n)；l_i和l_i’为S_i处双向左转绿灯时间(秒)；r_i和r_i’为S_i处双向直行红灯时长(秒)；C是干线协调控制信号周期(秒)；w_i和w_i’为S_i处红灯结束时间到绿波带宽左侧边缘时长(秒)；t_(i,i+1)和t’_(i,i+1)为S_i到S_i+1双向行程时间(秒)；m_(i,i+1)是周期的整数倍数；τ_i和τ_i’是双向排队清空时间(秒)；δ_i和δ’_i表示信号相位模式(＝1表示左转后置，＝0表示左转前置)；模型中，输入参数包括：双向出行时间t_(i,i+1),t’_(i,i+1)，各交叉口信号配时l_i,l_i’,r_i,r_i’,C，输出结果为绿波控制参数，包括最大带宽长度和交叉口相位差；

第三步：在车辆平均延误计算模块中，根据信号相位设置方式和是否设置左弯待转区划分为以下六种方案：

方案一：双向后置左转专用相位，无左弯待转区；

方案二：双向后置左转专用相位，单向设置左弯待转区；

方案三：双向后置左转专用相位，双向设置左弯待转区；

方案四：前置-后置左转专用相位，无左弯待转区；

方案五：前置-后置左转专用相位，单向设置左弯待转区；

方案六：双向前置左转专用相位，无左弯待转区；

对于每一种方案，根据VISSIM模拟仿真工具计算路网交通平均延误，在模型中设置节点评价区，输出参数为：车辆平均延误(秒/车辆)；

第四步：在左弯待转区设置模块中，以车辆平均延误最小化为目标，选择最优的信号相位控制策略及左弯待转区设置方案。