CN107016857A - 一种信控交叉口左转交通组合设计优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种信控交叉口左转交通组合设计优化方法，包括以下步骤：1)获取目标交叉口的几何条件、信号方案和历史交通需求，明确交叉口服务水平要求，并将其转化为左转交通时空优化模型的输入参数；2)以交叉口车均延误最小为目标函数结合约束条件建立优化左转交通时空优化模型；3)对左转交通时空优化模型进行求解，获得考虑左转待行区和短车道组合设计的左转交通时空优化方案，该优化方案包括左转空间设计参数和信号方案。与现有技术相比，本发明具有同时优化左转待行区/短车道容量、车道功能、信号方案的功能等优点。

Description

一种信控交叉口左转交通组合设计优化方法

技术领域

本发明涉及交通设计与交通控制领域，尤其是涉及一种信控交叉口左转交通组合设计优化方法。

背景技术

随着我国城市化进程不断推进，机动车保有量逐年增加，城市道路系统负荷愈加严重，城市交通拥堵问题、空气质量、事故频发等问题日益凸显。平面交叉口作为城市道路交通网络的基本节点，汇集了不同方向的交通流。多股交织运行的交通流在同一平面完成分流、交汇和冲突等相互干扰行为。由于空间和时间的限制，交叉口己经成为制约整个道路交通系统充分发挥功能效率的瓶颈。有数据表明，在平面交叉口发生的交通事故占城市道路交通事故总数的58.9％，其中车行道超过2/3的交通事故与左转车辆有关，由左转车辆运行导致的路口通行效率下降，废气排放加剧的现象愈演愈烈。因此，有效组织左转车流运行对于保障交通安全、提高交叉口通行效益至关重要。

国内针对信控交叉口左转交通时空优化方法主要有两类，第一类为基于相位的优化，需要遍历所有时空优化组合，且渠划相位方案与配时优化分离，优化效率与结果均受影响。第二类为基于车道的优化，该方法以车道为基本对象，将渠划、信号相位与配时方案同时进行优化，优化方案的效率及最优性得以保证。但由于此方法的渠划方案仅为左转车道功能的确定，未考虑左转待行区及左转短车道长度(容量)对优化结果的影响，因此针对设置左转待行区及左转短车道的交叉口而言，现有的优化方法也并不适用，这也是本发明需要解决的重点问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种信控交叉口左转交通组合设计优化方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种信控交叉口左转交通组合设计优化方法，包括以下步骤：

1)获取目标交叉口的几何条件、信号方案和历史交通需求，明确交叉口服务水平要求，并将其转化为左转交通时空优化模型的输入参数；

2)以交叉口车均延误最小为目标函数结合约束条件建立优化左转交通时空优化模型；

3)对左转交通时空优化模型进行求解，获得考虑左转待行区和短车道组合设计的左转交通时空优化方案，该优化方案包括左转空间设计参数和信号方案。

所述的步骤1)中，交叉口几何条件包括交叉口内部左转与直行车流轨迹长度与位置、停车线与冲突点的距离、各个进口允许设置左转待行区及短车道容量范围，信号方案包括该交叉口信号周期、各股车流绿灯时间范围和绿灯间隔时间，历史交通需求包括：该交叉口所有进口左转与直行交通流在不同时段的流量与到达分布规律，服务水平包括该交叉口运行服务水平的要求。

所述的左转交通时空优化模型的假设条件包括：

(1)所有车辆均为标准小汽车；城市道路选取小客车(2轴，轴距2.3-2.9米之间)作为标准小汽车，为了使不同交通组成的交通流能够在相同尺度下进行分析，使其具有可比性，在分析计算时需要将实际交通组成中的各种交通量换算成标准车当量)

(2)车辆到达交叉口的事件相互独立，且服从泊松分布；

(3)车辆临界间隙、跟车时距及饱和流率在一定时间内稳定不变；

(4)交通系统在一段时间内保持稳定，各方向交通流饱和度小于1，并且考虑因车流随机到达而产生的排队残留现象。

所述的左转交通时空优化模型的约束条件包括车道功能约束、信号方案约束、车流量约束、左转短车道和左转待行区容量限制约束以及车流饱和度约束。

所述的车道功能约束包括：

A)每根进口车道均被利用：

其中，δ_i,j,k为0-1型变量，若车流经过i岔口的第k车道从i岔口运行至j岔口，则δ_i,j,k取1，否则取0，N_T为交叉口岔口总数，α_i为i岔口的进口车道总数；

B)每个进口至少有一根车道供直行或左转车流运行：

且

其中，δ_i,m,k为0-1型变量，若车流经过i岔口的第k车道从i岔口运行至m岔口，则δ_i,m,k取1，否则取0，δ_i,n,k为0-1型变量，若车流经过i岔口的第k车道从i岔口运行至n岔口，则δ_i,n,k取1；

C)左转车流被安排在直行车流左侧运行：

其中，δ_i,j,k+1为0-1型变量，若车流经过i岔口的第k+1车道从i岔口运行至j岔口，则δ_i,j,k取1，否则取0；

D)出口车道数不应小于同时汇入该出口的车道数：

其中，E(j)为j岔口的出口车道总数；

E)直左车道数限制，每个进口至多设置一根直左共用车道：

F)左转短车道为左转专用车道：

其中，SL_i值为1时表示i岔口靠近道路中线的第一根车道为左转短车道，为0时表示i岔口靠近道路中线的第一根车道为常规车道，δ_i,m,1为0-1型变量，若车流经过i岔口的第1车道从i岔口运行至m岔口，则δ_i,m,k取1，否则取0，δ_i,n,1为0-1型变量，若车流经过i岔口的第1车道从i岔口运行至n岔口，则δ_i,m,k取1，否则取0。

所述的信号方案约束包括：

G)车道信号设置，若从i岔口到j岔口的车流经由i岔口的第k车道驶出，则第k车道的绿灯开始及持续时间应与该流向的信号配时设置一致：

其中，M为一任意大的正整数，Θ_i,k为i岔口第k车道绿灯开始时刻数值与信号周期数值的比值，θ_i,j为从i岔口运行至j岔口的车流信号绿灯开始时刻数值与信号周期数值的比值，Φ_i,k为i岔口第k车道绿灯持续时间数值与信号周期数值比值，为从i岔口运行至j岔口的车流信号绿灯持续时间数值与信号周期数值的比值；

H)信号周期T及车流绿灯时间限制：

其中，Tmax为信号周期最大值，Tmin为信号周期最小值，g_i,j为从i岔口运行至j岔口的车流所需的最小绿灯时间；

I)清空时间约束：

其中，θ_l,m为从i岔口运行至m岔口的车流信号绿灯开始时刻数值与信号周期数值的比值，Ω_i,j,l,m为0-1型变量，当从l岔口运行至m岔口的车流(l,m)在从i岔口运行至j岔口的车流车流(i,j)之后运行，取值为1，否则取值为0。

所述的车流量约束包括：

J)进口交通流量约束，从i岔口到j岔口的车流量应等于所有车道中该流向的车流量之和：

其中，Q_i,j为从i岔口运行至j岔口的车流流量，q_i,j,k为经过i岔口第k车道从i岔口运行至j岔口的车流量；

K)禁行流向的流量约束：

其中，M为一任意大的正整数。

所述的左转短车道和左转待行区容量限制约束为：

其中，lSL_i为i岔口左转短车道容量，LSL_i为i岔口左转短车道容量的最大值，lWA_i,k为i岔口k车道左转待行区容量，LWA_i,k为i岔口k车道左转待行区容量的最大值。

所述的车流饱和度约束为：

其中，satur_i,k为i岔口第k车道的饱和度，y_i,k为i岔口第k车道的交通流量比，Φ_i,k为i岔口第k车道绿灯持续时间与信号周期比值，q_i,j,k为经过i岔口第k车道从i岔口运行至j岔口的车流量，s_i,k为i岔口第k车道的饱和流量，xlimit为最大饱和度限值。

所述的左转交通时空优化模型的目标函数为：

其中，d_i,k为第i进口第k车道的车均延误，T为信号周期，Φ_i,k为i岔口第k车道绿灯持续时间与信号周期比值，y_i,k为i岔口第k车道的交通流量比，t为时段时长，satur_i,k为i岔口第k车道的饱和度，K为增量延误参数，I为增量延误矫正系数，q_i,k为经过i岔口第k车道的车流量，D为交叉口车均延误，N_T为交叉口岔口总数，α_i为i岔口的进口车道总数，q_i,j,k为经过i岔口第k车道从i岔口运行至j岔口的车流量。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、该方法采用基于车道的时空优化方法，将渠划方案与信控方案在同一优化框架中进行优化，有助于寻找全局最优解。

2、该方法充分考虑在不同情况(车道功能与信号相位组合)下，左转待行区和短车道对左转运行规律和通行能力的影响，在对不同情况下左转饱和流率修正方法模型研究基础上，建立左转交通时空优化模型，相比已有方法的优化结果，该方法可以实现同时优化左转待行区/短车道容量、车道功能、信号方案的功能。

附图说明

图1为交叉口几何图示。

图2为对向进口道的左转信号设置情况分类图。

图3为交叉口空间图示。

图4为东西进口左转信号设置情况图。

图5为本发明的方法流程结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本方法包括以下步骤：

1)根据交通流量调查与数据分析、现场踏勘等方式，获取目标交叉口的几何条件、信号方案和历史交通需求，明确交叉口服务水平要求，并将已知条件转化为输入参数。

2)在优化框架中利用新建立的优化模型，形成5类约束条件，并以交叉口车均延误最小为目标函数求得考虑左转待行区和短车道组合设计的左转交通时空优化方案。

3)在实际设计工作中，车道功能和信号方案可直接应用，左转待行区容量和短车道容量应结合停车间距转化为长度应用于实践。

左转交通时空优化模型

1)模型假设

①所有车辆均为标准小汽车。

②车辆到达相互独立，到达服从泊松分布。

③驾驶员的驾驶行为是理性的，车辆临界间隙、跟车时距及饱和流率在一定时间内稳定不变。

④交通系统在一段时间内保持稳定，各方向交通流饱和度小于1，考虑因车流随机到达而产生的排队残留现象。

2)模型重要参数

依据时空优化逻辑建立混合整数非线性优化模型，模型涉及的重要参数与决策变量如表1和图1所示：

表1模型重要参数与决策变量

3)模型建立

(1)约束条件

A.车道功能

a每根进口车道均被利用：由于不考虑右转车流影响，当进口车道为左转或直行车道时δ_i,j,k＝1，当进口车道为直左车道时δ_i,j,k＝2。由于模型不考虑右转车流及出发到达岔口相同的车流，故j＝i或(i+3)的δ值无效。

b每个进口至少有一根车道供直行(左转)车流运行。

且

c为了消除同一进口直行和左转车流运行轨迹间的冲突，左转车流一般被安排在直行车流左侧运行。若第k+1车道允许车流从i岔口运行至j岔口(δ_i,j,k+1＝1)，那么其左侧的第k车道不能允许车流从i岔口运行至j+1岔口(δ_i,j+1,k＝0)。

d出口道约束：各进口车道功能划分应充分考虑出口车道数限制，某岔口的出口车道数不应小于同时汇入该出口的车道数，E(j)表示j岔口的出口车道数。

e直左车道数限制：为了防止同一进口直行左转车流交织运行，每个进口至多设置一根直左共用车道，即：

f左转短车道为左转专用车道：SL_i为1表示靠近道路中线的第一根车道为左转短车道，SL_i为0表示常规车道，则对第一根车道进行车道功能约束为：

B.信号方案

g车道信号设置：若从i岔口到j岔口的车流经由i岔口的第k车道驶出(δ_i,j,k＝1)，则第k车道的绿灯开始及持续时间应与该流向的信号配时设置一致。M表示任意较大的正整数，当δ_i,j,k＝1时，约束条件±(1-δ_i,j,k)才起到约束作用。

h周期及车流绿灯时间限制：周期及各流向车流绿灯时间范围应根据车流排队清空及行人过街需求而定，最大周期(Tmax)、最小周期(Tmin)及各流向最小绿灯时间(g_i,j)均为模型的已知输入量，表示方向为(i,j)的车流绿灯时间与周期的比值。

i清空时间：信控交叉口内部存在多股不同流向的交通流。出于安全考虑，任意两股来自不同岔口的交通流u＝(i,j,k)，v＝(l,m,n)在放行过程中均需要一定的清空时间，确保下一流向的车流头车到达冲突点前上一流向车流尾车已通过冲突点。所有满足条件的u,v流向车流组成集合Ψ。w_u,v表示v车流跟随u车流运行需要的清空时间。Ω_i,j,l,m为0-1型变量，0表示流向为(l,m)车流在(i,j)车流之后运行，1表示(l,m)车流在(i,j)车流之前运行。各流向的绿灯开始时刻数值与周期的比值θ_i,j、持续时间数值与周期的比值φ_i,j与ω_u,v、Ω_i,j,l,m的关系如式5.9所示。M为任意较大的正整数，只有当δ_i,j,k＝δ_l,m,n＝1时，M(2-δ_i,j,k-δ_l,m,n)＝0，约束有意义。若(l,m)车流在(i,j)车流之后运行(Ω_i,j,l,m＝0)，则(l,m)车流的绿灯开始时间应比(i,j)车流推迟(φ_i,jT+ω_u,v)(s)。

w_u,v应根据交叉口几何条件、车流运行轨迹与运动参数计算而定，本模型将其简化为3s，如表2所示：

表2车流清空时间

C.车流量约束

a进口交通流量约束：从i岔口到j岔口的车流量应等于所有车道中该流向的车流量之和。

b禁行流向的流量约束：M为任意较大的正整数，若i岔口的k车道不承担从i岔口到j岔口的交通流(δ_i,j,k＝0)，则q_i,j,k也为0，若δ_i,j,k为1，则此条约束无意义。

D.左转短车道和左转待行区容量限制

LSL_i表示i岔口左转短车道容量的最大值，LWA_i,k表示i岔口k车道左转待行区容量的最大值，短车道和待行区取值不应超过其最大值。

E.车流饱和度约束

车流饱和度是反应道路通行效率与绿灯时间利用率的综合指标，表征各条道路及交叉口的车流运行稳定性，在实际设计工作中应为各条道路设置相应的可接受最大饱和度限值xlimit，极限值的选取可根据实际控制目标自行确定。实践表明，当饱和度保持0.8-0.9之间时，交叉口可以获得较好的运行条件，当饱和度接近1时，实际通行条件将迅速恶化，说明进口车道数分配或信号相位配时方案不合理，难以满足实际流量的需求，本文在案例验证中取极限值为0.9。

根据前期对考虑短车道和待行区的左转通行能力研究可知，不同短车道类型在左转保护或允许相位下，左转和直行车流的运行机理和通行能力计算公式不同，由于通行能力等于绿信比和饱和流率的乘积，绿灯时间不变，对通行能力的修正不同也可理解为对左转饱和流率(s_i,k)的修正不同。下表总结了在实际应用中可能出现的10种考虑左转短车道和待行区后的左转和直行车流饱和流量计算情况，表3中F0-F7仅通过代号简要表示每类函数。括号中的参数是函数涉及到的主要参数。其中，交叉口几何尺寸指交叉口左转车流和对向直行车流从停车线运行至冲突点的距离，左转待行区参数指待行区容量及车道数，左转短车道参数指短车道容量。车流运行参数包括左转和直行车流通过交叉口的平均行程速度，左转车流启动波波速、车流饱和车头时距等。车流比例指直左车道中左转与直行车流的比例。

表3不同车道渠划及相位方案下进口道左转与直行车流饱和流量计算函数

下面将所要研究的10种情况进行公式化表达，以便用于时空优化模型中求解车道饱和流率。

车道功能

左转车道信号设置，针对考虑左转待行区和左转短车道的情况，本优化模型不考虑信号搭接相位，对于某一对向进口道主要讨论如下8种信号设置情况，如图2所示。相应的车流信号绿灯起始时刻数值与周期的比值θ_i,j、绿灯持续时间数值与周期的比值清空时间w之间的关系如式1.15所示：

车道饱和流率计算

a若进口无左转短车道(SL_i＝0)，则车道饱和流率计算可分为三类：

Lane_i,k＝2:s_i,k＝F0 (1.16)

b若进口设置左转短车道(SL_i＝1)，则短车道和相邻车道的饱和流率计算需按表3中分情况讨论，其余车道的饱和流率计算可按照无短车道的情形计算：

I.直左相互影响型短车道：

Lane_i,1＝1，

Lane_i,1＝1，Lane_i,2＝3:s_i,k＝F5 (1.17)

II.直左互不影响型短车道：

Lane_i,1＝1，

因此，车道饱和流率s_i,k需根据式1.16-1.18分类计算得到，进而求得车道流量比y_i,k和车流饱和度satur_i,k。

(2)目标函数：某一组确定的交通需求下交叉口车均延误最小

延误计算选用韦伯斯特延误公式，由于本模型所研究的交叉口为稳态交叉口，故初始延误取为0，此处计算延误的前两项(平均控制延误与增量延误)。其中t表示研究周期，取1，K为增量延误参数，定时控制时取0.5，I表示增量延误矫正系数，独立交叉口取1。d_i,k表示第i进口第k车道的车均延误，D表示交叉口车均延误，等于车道车均延误的加权平均值，如式1.19所示：

本发明的优化模型为混合整数非线性规划模型，模型目标函数及约束条件如上文所述，模型决策变量规模随岔口数N_T，进口车道数α_i增加较快，变量类型包括整数及连续变量，模型的约束条件及目标函数存在非线性表达，采用传统优化方法已无法满足运算效率与准确性的要求，可采用现代智能算法(遗传算法)对模型进行求解。

实施例：

如图3所示。案例为常规四路交叉口西进口可以设置左转短车道和左转待行区，具体的空间条件、信号方案、车流运行参数及车流到达情况如表4所示，以东西向进口道为例分析优化结果：

表4交叉口时空资源条件及车流运行参数

优化方案分析：

为了更全面地比较进口道设置左转短车道和左转待行区后对左转交通时空优化方案的影响，优化方案分四类呈现：“西进口无左转短车道&无左转待行区”、“西进口无左转短车道&有左转待行区”、“西进口有左转短车道&无左转待行区”、“西进口有左转短车道&有左转待行区”，这里的西进口无短车道表示西进口的最内侧车道为常规车道而非图中的短车道形式。四类时空优化方案如表5-8所示。由于优化结果中南北方向直左车流一起放行，且在东西方向车流运行之前，故将南北直左车流所在相位称为相位1，东西方向车流信号设置情况如图4所示。

(1)若西进口未设置左转短车道和左转待行区，则优化方案如下表：

表5优化方案(1)

从交叉口车均延误大小来评定方案优劣，方案编号依次为：1,3,2,5,4。由于东西进口直行车流量较小，若采用左转允许相位，左转车流穿越概率较大可以满足该情况下左转车流通行，信号相位数及总损失时间减小进一步提升交叉口通行效益，因此采用左转允许相位的方案1-3的交叉口车均延误小于采用左转保护相位的方案4,5。然而，由于方案1-3中会出现2股左转与直行车流的穿越过程，若考虑车流运行安全因素，降低因穿越造成的事故率，可以选择采用左转保护相位对称放行或单口放行的方案4,5。

(2)若西进口无左转短车道，有左转待行区，则优化方案如下：

表6优化方案(2)

根据交叉口车均延误判断方案优劣性：方案编号依次为：1,2,3,5,4。方案1,2(相位编号为1,2,3)的车道功能和配时参数与5的方案1,2相同，交叉口车均延误减小约4.3％，说明当西进口采用左转允许相位时，设置待行区可以一定程度上提升交叉口通行效益。方案3,4(相位编号为4,6)中西进口采用左转保护相位，车道功能与表5的方案3,4相同，但配时需要根据待行区设置情况进行调整。由于方案3中相位2已达到最小绿灯限制，无法继续缩减绿灯时间保证因待行区设置而增加的清空时间，因此优化方案中未设置待行区。而方案4显示在东西进口采用左转保护相位对称放行时，可以设置待行区至最大容量，相位2绿灯时间缩减7s，交叉口车均延误有所降低。方案5(相位编号为8)为单口放行相位，本文不考虑该情况下设置左转待行区，故交叉口优化方案与表5的方案5相比无变化。

(3)若西进口有左转短车道，无左转待行区，则优化结果如下：

表7优化方案(3)

相比“西进口无左转短车道，无左转待行区”的优化结果(表5)，有短车道时进口道车道功能划分发生变化。如方案1(相位编号为1)，虽然配时方案相同，但西进口由“1根左转车道+1根直左车道+1根直行车道”变为“1根左转短车道+1根左转车道+1根直行车道”，东进口增加一根左转车道，减少一根直行车道。车均延误相比5.12的方案1增加7.8％。方案2(相位编号为4,5)西进口车道功能相比5的方案2，增加一根左转车道，减少一根直左车道，车均延误与常规车道时相比基本相同。方案3(相位编号为4,5)无论如何调整配时或车道划分方案也无法满足车流饱和度小于限值0.9的要求。方案4,5(相位编号为6,7,8)需同时调整车道功能和信号配时，车均延误相比独立左转车道增加3.3％,2.9％。若此时不考虑左转短车道的影响，依然采用表5中的方案4,5组织车流运行，经计算交叉口最大车流饱和度已超过限值0.9，交叉口运行稳定性大幅降低，由此说明考虑短车道进行时空优化的必要性。

(4)若西进口有短车道，有待行区，则优化结果如下：

表8优化方案(4)

优化结果如表8所示。相比有左转短车道，无待行区的优化结果(表5)，方案1,2(相位编号为1,2)的西进口采用左转允许相位，配时及车道功能无变化，设置待行区后车均延误相比表5的方案1,2降低3.3％,2.2％。方案4(相位编号为6)采用左转保护相位对称放行，配时及车道功能均不变，由于相位2已达到最小绿灯限制，无法继续缩减绿灯时间满足车流清空要求，因此优化方案中不设置待行区。方案5(相位编号为8)为单口放行相位，不考虑设置待行区，交叉口优化方案与表5的方案5相比无变化。

综上所述，相比无左转短车道和无左转待行区的交叉口时空优化方案，设置左转待行区首先可能改变最优配时方案，尤其对于“左转保护相位对称放行”情况，进而改变车道功能划分。左转短车道首先可能改变该进口及对向进口的最优车道功能方案，进而对配时方案进行调整。若时空优化不考虑二者的影响，则可能出现优化方案不适宜交叉口车流达到率，交叉口处于过饱和状态，给交叉口车流运行带来不利影响。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种信控交叉口左转交通组合设计优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取目标交叉口的几何条件、信号方案和历史交通需求，明确交叉口服务水平要求，并将其转化为左转交通时空优化模型的输入参数；

2)以交叉口车均延误最小为目标函数结合约束条件建立优化左转交通时空优化模型；

3)对左转交通时空优化模型进行求解，获得考虑左转待行区和短车道组合设计的左转交通时空优化方案，该优化方案包括左转空间设计参数和信号方案。

2.根据权利要求1所述的一种信控交叉口左转交通组合设计优化方法，其特征在于，所述的步骤1)中，交叉口几何条件包括交叉口内部左转与直行车流轨迹长度与位置、停车线与冲突点的距离、各个进口允许设置左转待行区及短车道容量范围，信号方案包括该交叉口信号周期、各股车流绿灯时间范围和绿灯间隔时间，历史交通需求包括：该交叉口所有进口左转与直行交通流在不同时段的流量与到达分布规律，服务水平包括该交叉口运行服务水平的要求。

3.根据权利要求1所述的一种信控交叉口左转交通组合设计优化方法，其特征在于，所述的左转交通时空优化模型的假设条件包括：

(1)所有车辆均为标准小汽车；

(2)车辆到达交叉口的事件相互独立，且服从泊松分布；

(3)车辆临界间隙、跟车时距及饱和流率在一定时间内稳定不变；

(4)交通系统在一段时间内保持稳定，各方向交通流饱和度小于1，并且考虑因车流随机到达而产生的排队残留现象。

4.根据权利要求1所述的一种信控交叉口左转交通组合设计优化方法，其特征在于，所述的左转交通时空优化模型的约束条件包括车道功能约束、信号方案约束、车流量约束、左转短车道和左转待行区容量限制约束以及车流饱和度约束。

5.根据权利要求4所述的一种信控交叉口左转交通组合设计优化方法，其特征在于，所述的车道功能约束包括：

A)每根进口车道均被利用：

其中，δ_i,j,k为0-1型变量，若车流经过i岔口的第k车道从i岔口运行至j岔口，则δ_i,j,k取1，否则取0，N_T为交叉口岔口总数，α_i为i岔口的进口车道总数；

B)每个进口至少有一根车道供直行或左转车流运行：

且

其中，δ_i,m,k为0-1型变量，若车流经过i岔口的第k车道从i岔口运行至m岔口，则δ_i,m,k取1，否则取0，δ_i,n,k为0-1型变量，若车流经过i岔口的第k车道从i岔口运行至n岔口，则δ_i,n,k取1；

C)左转车流被安排在直行车流左侧运行：

其中，δ_i,j,k+1为0-1型变量，若车流经过i岔口的第k+1车道从i岔口运行至j岔口，则δ_i,j,k取1，否则取0；

D)出口车道数不应小于同时汇入该出口的车道数：

其中，E(j)为j岔口的出口车道总数；

E)直左车道数限制，每个进口至多设置一根直左共用车道：

F)左转短车道为左转专用车道：

其中，SL_i值为1时表示i岔口靠近道路中线的第一根车道为左转短车道，为0时表示i岔口靠近道路中线的第一根车道为常规车道，δ_i,m,1为0-1型变量，若车流经过i岔口的第1车道从i岔口运行至m岔口，则δ_i,m,k取1，否则取0，δ_i,n,1为0-1型变量，若车流经过i岔口的第1车道从i岔口运行至n岔口，则δ_i,m,k取1，否则取0。

6.根据权利要求5所述的一种信控交叉口左转交通组合设计优化方法，其特征在于，所述的信号方案约束包括：

G)车道信号设置，若从i岔口到j岔口的车流经由i岔口的第k车道驶出，则第k车道的绿灯开始及持续时间应与该流向的信号配时设置一致：

其中，M为一任意大的正整数，Θ_i,k为i岔口第k车道绿灯开始时刻数值与信号周期数值的比值，θ_i,j为从i岔口运行至j岔口的车流信号绿灯开始时刻数值与信号周期数值的比值，Φ_i,k为i岔口第k车道绿灯持续时间数值与信号周期数值比值，为从i岔口运行至j岔口的车流信号绿灯持续时间数值与信号周期数值的比值；

H)信号周期T及车流绿灯时间限制：

其中，Tmax为信号周期最大值，Tmin为信号周期最小值，g_i,j为从i岔口运行至j岔口的车流所需的最小绿灯时间；

I)清空时间约束：

其中，θ_l,m为从i岔口运行至m岔口的车流信号绿灯开始时刻数值与信号周期数值的比值，Ω_i,j,l,m为0-1型变量，当从l岔口运行至m岔口的车流(l,m)在从i岔口运行至j岔口的车流车流(i,j)之后运行，取值为1，否则取值为0。

7.根据权利要求5所述的一种信控交叉口左转交通组合设计优化方法，其特征在于，所述的车流量约束包括：

J)进口交通流量约束，从i岔口到j岔口的车流量应等于所有车道中该流向的车流量之和：

其中，Q_i,j为从i岔口运行至j岔口的车流流量，q_i,j,k为经过i岔口第k车道从i岔口运行至j岔口的车流量；

K)禁行流向的流量约束：

其中，M为一任意大的正整数。

8.根据权利要求5所述的一种信控交叉口左转交通组合设计优化方法，其特征在于，所述的左转短车道和左转待行区容量限制约束为：

其中，lSL_i为i岔口左转短车道容量，LSL_i为i岔口左转短车道容量的最大值，lWA_i,k为i岔口k车道左转待行区容量，LWA_i,k为i岔口k车道左转待行区容量的最大值。

9.根据权利要求5所述的一种信控交叉口左转交通组合设计优化方法，其特征在于，所述的车流饱和度约束为：

其中，satur_i,k为i岔口第k车道的饱和度，y_i,k为i岔口第k车道的交通流量比，Φ_i,k为i岔口第k车道绿灯持续时间与信号周期比值，q_i,j,k为经过i岔口第k车道从i岔口运行至j岔口的车流量，s_i,k为i岔口第k车道的饱和流量，xlimit为最大饱和度限值。

10.根据权利要求1所述的一种信控交叉口左转交通组合设计优化方法，其特征在于，所述的左转交通时空优化模型的目标函数为：

其中，d_i,k为第i进口第k车道的车均延误，T为信号周期，Φ_i,k为i岔口第k车道绿灯持续时间与信号周期比值，y_i,k为i岔口第k车道的交通流量比，t为时段时长，satur_i,k为i岔口第k车道的饱和度，K为增量延误参数，I为增量延误矫正系数，q_i,k为经过i岔口第k车道的车流量，D为交叉口车均延误，N_T为交叉口岔口总数，α_i为i岔口的进口车道总数，q_i,j,k为经过i岔口第k车道从i岔口运行至j岔口的车流量。