CN107256638A - 一种基于临界车速的道路交叉口交通控制方法 - Google Patents

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刘锦俐
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陶珏镪
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Abstract

本发明公开了一种基于临界车速的道路交叉口交通控制方法，属于城市交通控制技术领域。通过优化停车线的位置和信号配时，改变车道功能，使通行能力得到提升。技术要点：在交叉路口每个进口道上游设置停车线，在交叉口入口处设置减速让行线，起动加速区位于停车线与减速让行线之间，导向线位于交叉口内部。本发明通过设计起动加速区，可以通过将停车线后移一定距离，让即将放行车辆提前起动加速，使其在通过交叉口内冲突区域时刚好达到临界车速，后续车辆均保持该速度，从而将交叉口通行模式转变为路段通行模式。在冲突点前设置减速让行线以确保前面放行车辆的先行权。在交叉口内设置导向线以规范交通流的流向。应用本发明减少车辆的延误时间，提高交叉口行驶速度和运输效率。

Description

一种基于临界车速的道路交叉口交通控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于临界车速的道路交叉口交通控制方法，属于城市交通控制技术领域。
背景技术
随着机动车(特别是私人小汽车)数量的快速增长，交叉路口(主要指平交十字路口)交通拥堵现象极为严重，如何匹配交叉口和路段的通行能力成为一个至关重要的问题。
对于当前城市道路资源有限的条件下，改善交叉路口的交通管理是一个投入小、见效快、切实可行的办法。然而，目前交叉口的通行研究还主要集中在优化信号控制方案、交叉口的渠化设计、设置待行区等方面，均没有充分考虑车辆通行的“动态”特征，每次绿灯开启，车辆均需从静止开始起动，产生车辆起动时间损失，特别是大型车在队前，时间损耗更长。此外，车流驶离上游交叉口时发生的离散现象对下游交叉口延误及运行效率也会产生严重影响。
因此，本领域的技术人员致力于设计一种减少车辆在交叉口的起动损失延误和车流离散延误，提升交叉口通行能力的交通控制方法，考虑如何利用前一信号相位放行期间使车辆起动加速，当本相位绿灯启亮时刻，以一定的速度和较小的车头时距通过交叉口内冲突区域。
发明内容
本发明为了解决现有交叉口控制方法存在车辆通行能力低的问题，进而提供了一种能提高车辆通行能力的基于临界车速的道路交叉口交通控制方法。本发明方法实现了在不增加道路宽度和道路条数的情况下(即在不改变十字路口道路面积的情况下)，增加了交通路口处的车辆流量，提高了车辆的通行能力。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：通过优化停车线的位置和信号配时，改变车道功能，使通行能力得到提升。技术要点：在交叉路口每个进口道上游设置停车线，在交叉口入口处设置减速让行线，起动加速区位于停车线与减速让行线之间，导向线位于交叉口内部。本发明通过设计起动加速区，可以通过将停车线后移一定距离，让即将放行车辆提前起动加速，使其在通过交叉口内冲突区域时刚好达到临界车速，后续车辆均保持该速度，从而将交叉口通行模式转变为路段通行模式。在冲突点前设置减速让行线以确保前面放行车辆的先行权。在交叉口内设置导向线以规范交通流的流向。
所述停车线的位置由临界车速、进口道车辆平均加速度以及减速让行线的位置确定。
所述临界车速vm可通过公式(1)、(2)推得：
其中，Q线为交通流密度符合线性模型时的平均流量，pcu/h；Q对为交通流密度符合对数模型时的平均流量，pcu/h；v为区间平均车速，km/h；k为平均密度，pcu/km；vf为车辆畅通车速，km/h；kj为车辆达到无法移动时的密度，pcu/km；km为临界密度，pcu/km。
所述停车线位置的计算公式，如式(3)所示：
其中，v1在临界车速vm的90％-95％之间取值，km/h；v0为起动车速等于0； a为进口道车辆平均加速度，m/s2；x为减速让行线到停车线的距离，m。
所述减速让行线设置于交叉口入口处，以确保前面放行车辆的先行权，其中人行横道的宽度可适当加宽，提高行人过街效率。
所述起动加速区内设置共用车道，提升车道利用率，实现入口车道数与出口车道数相匹配，要求入口车道数不可大于出口车道数。
所述交叉口内部导向线，根据交叉口内左转车流流向设置，用以规范交通流的流向，避免交叉口内冲突区域过大。
所述信号配时设置，即车辆预先起动，采取与前一信号相位同为绿灯或在前一相位变为黄灯时开始放行两种模式，由计算所得预先启动时间确定。由于车辆起动损失时间缩短，根据韦伯斯特(Webster)最佳信号周期计算得到的周期时长可能出现过短的现象，此时需增加一个行人过街相位，并适当延长周期时长(不能超出原有周期时长)，已实现交叉口通行效率的优化。
所述预先起动的时间t满足式(4)要求：
v1＝at (4)
其中，v1在临界车速的90％-95％之间取值，km/h；a为进口道车辆平均加速度，m/s2；
上述过程中需要考虑：(1)基于临界车速的道路交叉口交通控制方法要求信号相位在不同方向之间轮换。(2)由于交叉口内部冲突点位置较难确定，车辆行驶存在随机性问题，因此考虑在交叉口减速让行线位置使车辆行驶速度达到临界车速的90％-95％之间，使得车辆到达交叉口内冲突区域时达到临界车速。 (3)车速在临界车速上下35％之间浮动，车头时距仍能维持最小，因此，若车辆到达冲突点时适当低于或超过临界车速，通行能力仍能保证。
本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1、本发明以道路交通安全为首要前提，提供了一种基于临界车速的道路交叉口的停车线、信号配时、车道功能设置方法。
2、本发明充分考虑交叉口通行能力与车速、车头时距两者的关系，使停车线位置设置与预起动时间的确定更加合理。
3、本发明中采用可变车道，充分提升了交叉口车道利用率。
4、本发明在通行能力和延误时间两个方面提升了交叉口的通行能力。
附图说明
图1为本发明交叉口布局模式图；
图2为实施例交叉口布局模式图；
图3为实施例交叉口信号配时图；
图4为本发明交叉口信号配时图；
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
模型主要布局模式如图1所示，一种基于临界车速的道路交叉口交通控制方法，通过优化停车线1的位置和信号配时，改变车道功能，使通行能力得到提升。在交叉路口的每个进口道上游设置停车线1，在交叉口入口处设置减速让行线3，起动加速区2位于停车线1与减速让行线之间3，导向线4位于交叉口内部。本发明通过设计起动加速区2，可以通过将停车线后移一定距离，让即将放行车辆提前起动加速，使其在通过交叉口内冲突区域时刚好达到临界车速，后续车辆均保持该速度，从而将交叉口通行模式转变为路段通行模式。在冲突点前设置减速让行线3以确保前面放行车辆的先行权。在交叉口内设置导向线4 以规范交通流的流向。
所述停车线1的位置由临界车速、进口道车辆平均加速度以及减速让行线的位置确定。
所述临界车速vm可通过公式(1)、(2)推得：
其中，Q线为交通流密度符合线性模型时的平均流量，pcu/h；Q对为交通流密度符合对数模型时的平均流量，pcu/h；v为区间平均车速，km/h；k为平均密度，pcu/km；vf为车辆畅通车速，km/h；kj为车辆达到无法移动时的密度，pcu/km；km为临界密度，pcu/km。
所述停车线1位置的计算公式，如式(3)所示：
其中，v1在临界车速vm的90％-95％之间取值，km/h；v0为起动车速等于0； a为进口道车辆平均加速度，m/s2；x为减速让行线到停车线的距离，m。
所述减速让行线3设置于交叉口入口处，以确保前面放行车辆的先行权，其中人行横道的宽度可适当加宽，提高行人过街效率。
所述起动加速区2内设置共用车道，提升车道利用率，实现入口车道数与出口车道数相匹配，要求入口车道数不可大于出口车道数。
所述交叉口内部导向线4，根据交叉口内左转车流流向设置，用以规范交通流的流向，避免交叉口内冲突区域过大。
所述信号配时设置，即车辆预先起动，采取与前一信号相位同为绿灯或在前一相位变为黄灯时开始放行两种模式，由计算所得预先启动时间确定。由于车辆起动损失时间缩短，根据韦伯斯特(Webster)最佳信号周期计算得到的周期时长可能出现过短的现象，此时需增加一个行人过街相位，并适当延长周期时长(不能超出原有周期时长)，已实现交叉口通行效率的优化。
所述预先起动的时间t满足式(4)要求：
v1＝at (4)
其中，v1在临界车速的90％-95％之间取值，km/h；a为进口道车辆平均加速度，m/s2；
上述过程中需要考虑：(1)基于临界车速的道路交叉口交通控制方法要求信号相位在不同方向之间轮换。(2)由于交叉口内部冲突点位置较难确定，车辆行驶存在随机性问题，因此考虑在交叉口减速让行线位置使车辆行驶速度达到临界车速的90％-95％之间，使得车辆到达交叉口内冲突区域时达到临界车速。 (3)车速在临界车速上下35％之间浮动，车头时距仍能维持最小，因此，若车辆到达冲突点时适当低于或超过临界车速，通行能力仍能保证。
具体实施例：
本发明实施例中交叉口几何条件如图2所示，交叉口信号配时如图3所示，高峰小时交通量如表1所示。现采用本发明中的方法，进行停车线位置、可变车道、信号配时的设计，并与传统交叉口设计进行对比。设计输入参数为：城市道路车辆畅通车速，vf，取60km/h；车辆达到无法移动时的密度，kj，取 125辆/km；进口道车辆平均加速度，a，取3m/s2；起动损失平均时间3s,停车损失平均时间1s。
表1高峰小时交通量
具体过程简述如下：
步骤一：临界车速vm可通过公式(1)推得：
其中，车辆畅通车速，vf，取60km/h；车辆达到无法移动时的密度，kj，取125辆/km。求得结果临界车速为30km/h。
步骤二：停车线的位置通过公式(2)求得：
其中，v1取临界车速vm的90％为27km/h；起动车速，v0，取0，进口道车辆平均加速度，a，取3m/s2。求得停车线位置应设置在距减速让行线9m处。
步骤三：预先起动的时间t需满足公式(3)：
v1＝at (3)
其中，进口道车辆平均加速度，a，为3m/s2；v1为27km/h。求得预先启动时间为3s。即每个相位绿灯开启时间提前3s。
步骤五：在起动加速区内设置共用车道，提升车道利用率，实现入口车道数与出口车道数相匹配，要求入口车道数不可大于出口车道数。
最终得到采用本发明的交叉口布局模式图1。
步骤六：信号配时设计。需满足韦伯斯特(Webster)最佳信号周期计算公式(4)：
其中，一个周期内总的损失时间，L＝n(l+r)，取20s，包括l为起动损失1s加停车损失1s，信号全红时间损失，r，取3s；n为相位数，取4，Y为交叉口各信号相位流量比yi的总和，yi是第i相位流量与饱和流量的比值，见表2，计算得信号周期为C0为76s。
表2关键车道流量与饱和流量
由于分配到各相位的绿灯时间过短，根据行人过街最小时距应满足因此专门设置一个行人过街相位，该相位时间为30s，同时信号周期调整为70(1+30/76)+30＝136s，并将每个相位绿灯开启时间提前3s。得到新的信号配时图4。
步骤六：设计方案评价。由于采用本方案所设计的通行模式，可以使信号周期大大缩短，从而使车辆的平均时间延误大大降低。在没有对交叉口进行扩建改造的前提下，仅仅通过组织模式创新取得提高通行能力、减少延误的效果，可获得良好的经济和社会效益。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这一实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于临界车速的道路交叉口交通控制方法，其特征在于：所述控制方法为：
通过优化停车线的位置和信号配时，改变车道功能，使通行能力得到提升。技术要点：在交叉路口每个进口道上游设置停车线，在交叉口入口处设置减速让行线，起动加速区位于停车线与减速让行线之间，导向线位于交叉口内部。本发明通过设计起动加速区，可以通过将停车线后移一定距离，让即将放行车辆提前起动加速，使其在通过交叉口内冲突区域时刚好达到临界车速，后续车辆均保持该速度，从而将交叉口通行模式转变为路段通行模式。在冲突点前设置减速让行线以确保前面放行车辆的先行权。在交叉口内设置导向线以规范交通流的流向。
所述停车线的位置由临界车速、进口道车辆平均加速度以及减速让行线的位置确定。
所述临界车速vm可通过公式(1)、(2)推得：
其中，Q线为交通流密度符合线性模型时的平均流量，pcu/h；Q对为交通流密度符合对数模型时的平均流量，pcu/h；v为区间平均车速，km/h；k为平均密度，pcu/km；vf为车辆畅通车速，km/h；kj为车辆达到无法移动时的密度，pcu/km；km为临界密度，pcu/km。
所述停车线位置的计算公式，如式(3)所示：
<mrow> <msubsup> <mi>v</mi> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>=</mo> <mn>2</mn> <mi>a</mi> <mi>x</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，v1在临界车速vm的90％-95％之间取值，km/h；v0为起动车速等于0；a为进口道车辆平均加速度，m/s2；x为减速让行线到停车线的距离，m。
所述减速让行线设置于交叉口入口处，以确保前面放行车辆的先行权，其中人行横道的宽度可适当加宽，提高行人过街效率。
所述起动加速区内设置共用车道，提升车道利用率，实现入口车道数与出口车道数相匹配，要求入口车道数不可大于出口车道数。
所述交叉口内部导向线，根据交叉口内左转车流流向设置，用以规范交通流的流向，避免交叉口内冲突区域过大。
所述信号配时设置，即车辆预先起动，采取与前一信号相位同为绿灯或在前一相位变为黄灯时开始放行两种模式，由计算所得预先启动时间确定。由于车辆起动损失时间缩短，根据韦伯斯特(Webster)最佳信号周期计算得到的周期时长可能出现过短的现象，此时需增加一个行人过街相位，并适当延长周期时长(不能超出原有周期时长)，已实现交叉口通行效率的优化。
所述预先起动的时间t满足式(4)要求：
v1＝at (4)
其中，v1在临界车速的90％-95％之间取值，km/h；a为进口道车辆平均加速度，m/s2；
上述过程中需要考虑：(1)基于临界车速的道路交叉口交通控制方法要求信号相位在不同方向之间轮换。(2)由于交叉口内部冲突点位置较难确定，车辆行驶存在随机性问题，因此考虑在交叉口减速让行线位置使车辆行驶速度达到临界车速的90％-95％之间，使得车辆到达交叉口内冲突区域时达到临界车速。(3)车速在临界车速上下35％之间浮动，车头时距仍能维持最小，因此，若车辆到达冲突点时适当低于或超过临界车速，通行能力仍能保证。
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