CN107958598B - 一种适用于分离式三层立体交叉口的地面交通组织优化方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于分离式三层立体交叉口的地面交通组织优化方法，本发明涉及适用于分离式三层立体交叉口的地面交通组织优化方法。本发明的目的是为了解决现有通行延误普遍偏高，时空资源的利用率低的问题。过程为：一：假设将南北方向作为下穿隧道方向，将东西方向作为跨线桥方向；规定信号控制各进口车道及绕行等待车道上车辆的运行规则；二：假设将南北方向作为下穿隧道方向，将东西方向作为跨线桥方向；根据信号交叉口情况，协调主、预信号及南北向直行第二阶段信号配时；三：根据一、二及道路实际情况确定南北直行待转区的长度G,并进行交叉口信号配时。本发明用于交通组织优化领域。

Description

一种适用于分离式三层立体交叉口的地面交通组织优化方法

技术领域

本发明涉及适用于分离式三层立体交叉口的地面交通组织优化方法。

背景技术

我国城市规模不断扩大，城市化进程不断推进，交通拥挤以及交通拥堵已经成为当今各大城市普遍面临的交通问题。交叉口是城市交通的关键，它是整个城市道路的“瓶颈”地带。道路由许多交叉路口连接而构成道路网。对于城市道路交叉口的交通组织设计，国内外的学者以及研究人员都做了大量的工作，深入的研究，取得了很多研究成果。

其中，对于分离式三层立体交叉口(非互通式立体交叉口)，采用跨线桥(上承式)和隧道(下穿式)使相交的道路在上、中、下三个平面通过，上下层道路没有匝道联接，转向交通需通过中间层地面的平交口完成转向。该类型交叉口地面交通流以左转为主，直行车辆较少。该型立体交叉口地面交通流按照信号灯指示通过交叉口，且大部分的信号设置均为四相位。导致通行延误普遍偏高，时空资源的利用率低。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有通行延误普遍偏高，时空资源的利用率低的问题，而提出一种适用于分离式三层立体交叉口的地面交通组织优化方法。

一种适用于分离式三层立体交叉口的地面交通组织优化方法具体过程为：

步骤一：假设将南北方向作为下穿隧道方向，将东西方向作为跨线桥方向；规定信号控制各进口车道及绕行等待车道上车辆的运行规则；具体过程为：

东西向进口道在跨线桥下的掉头车道前设置预信号灯，预信号灯包括东西向直行预信号灯、东西向左转预信号灯，东西向出口道在掉头车道前设置南北直行第二阶段信号灯；

当南北向直行信号灯(南北向直行第一阶段信号灯)亮起时，南北向直行车辆右转进入绕行待转车道等待；当南北向直行第二阶段信号灯亮起时，排队待转的直行车辆掉头穿过跨线桥，然后使用东西向右转车道完成绕行；

在南北直行车辆绕行的两个阶段，第一阶段同时通行东西向左转车辆，第二阶段同时通行南北向左转车辆；

两个阶段中第一阶段为南北向直行车辆右转进入绕行待转车道；第二阶段为排队待转的直行车辆掉头穿过跨线桥，然后使用东西向右转车道完成绕行；

步骤二：假设将南北方向作为下穿隧道方向，将东西方向作为跨线桥方向；根据信号交叉口情况，协调主、预信号及南北向直行第二阶段信号配时；具体过程为：

协调交叉口预信号与主信号及南北向直行第二阶段信号间的配时，预信号分为东西向直行预信号、东西向左转预信号，主信号分别为东西向直行左转信号、南北向直行左转信号；

东西向直行主信号绿灯结束时，东西向直行车辆预信号绿灯提前结束，东西向直行车辆在第二停车线位置处停车等待；待交叉口内车辆清空后(全红时间)，南北向直行绿灯亮起，南北向直行车辆右转进入待转车道等待，同时东西向左转车辆预信号绿灯与东西向左转车辆主信号也亮起；

东西向左转主信号绿灯结束时，东西向左转预信号绿灯提前结束，待交叉口内车辆清空后(全红时间)，南北直行第二阶段信号灯绿灯亮起，南北向左转信号绿灯同时亮起，在待行区等待的南北向直行车辆通行，南北左转信号结束时，南北直行第二阶段信号同时结束；

步骤三：根据步骤一、步骤二及道路实际情况确定南北直行待转区的长度G,并进行交叉口信号配时。

本发明的有益效果为：

本发明所述一种适用于分离式三层立体交叉口的地面交通组织优化方法，针对现有技术的不足，考虑我国城市道路立体交叉口所具有的特点，提出了一种南北向直行车辆利用跨线桥下掉头车道进行绕行通过交叉口的通行控制方法。东西向进口道跨线桥掉头车道前设置停车线，设置禁停网状区域(如图1)。交叉口设置三个相位，南北向直行车辆分两阶段绕行通过交叉口，第一阶段南北向直行车辆右转至掉头车道前停车等待(视具体道路条件决定停车等待车道数量)，第二阶段停车等待的南北向直行车辆掉头然后右转通过交叉口。三个相位分别是①东西向直行②东西向左转、南北向直行第一阶段③南北向左转、南北向直行第二阶段。本发明能减少交叉口相位数量，且不存在冲突点，保证各流向车流能高效、安全地通过交叉口，解决现有通行延误普遍偏高，时空资源的利用率低的问题，最终提高交叉口的整体通行效率。

从延误表4中可以看出，南北向直行车辆的延误有所增加，东西向直行车辆及左转车辆的平均延误大幅减少。实例计算显示该进口道的平均延误减少了3.61s(效率提高15.0％)，效果非常显著，这种交通组织方式也优化了该交叉口的整体运行效率，给左转交通流更多的运行空间，实际进口道各方向道路资源占有率与其交通量更匹配。

附图说明

图1是哈尔滨市某立体交叉口平面图；

图2是哈尔滨市某立体交叉口信号相位相序图；

图3是哈尔滨市某立体交叉口信号配时示意图；

图4是哈尔滨市某立体交叉口南北向直行车辆绕行规则示意图；

图5是东进口预信号示意图；

图6是南进口指示标志设置图；

图7是指路标志图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种适用于分离式三层立体交叉口的地面交通组织优化方法具体过程为：

步骤一：假设将南北方向作为下穿隧道方向，将东西方向作为跨线桥方向；规定信号控制各进口车道及绕行等待车道上车辆的运行规则；具体过程为：

东西向进口道在跨线桥下的掉头车道前设置预信号灯，预信号灯包括东西向直行预信号灯、东西向左转预信号灯，东西向出口道在掉头车道前设置南北直行第二阶段信号灯；

当南北向直行信号灯(南北向直行第一阶段信号灯)亮起时，南北向直行车辆右转进入绕行待转车道等待；当南北向直行第二阶段信号灯亮起时，排队待转的直行车辆掉头穿过跨线桥，然后使用东西向右转车道完成绕行；

在南北直行车辆绕行的两个阶段，第一阶段同时通行东西向左转车辆，第二阶段同时通行南北向左转车辆；

两个阶段中第一阶段为南北向直行车辆右转进入绕行待转车道；第二阶段为排队待转的直行车辆掉头穿过跨线桥，然后使用东西向右转车道完成绕行；

步骤二：假设将南北方向作为下穿隧道方向，将东西方向作为跨线桥方向；根据信号交叉口具体情况，协调主、预信号及南北向直行第二阶段信号配时；具体过程为：

协调交叉口预信号与主信号及南北向直行第二阶段信号间的配时，预信号分为东西向直行预信号、东西向左转预信号，主信号分别为东西向直行左转信号、南北向直行左转信号，主信号与平面交叉口四相位信号交叉口形式相同，只是南北向直行绿灯作为直行第一阶段信号灯使用；

东西向直行主信号绿灯结束时，东西向直行车辆预信号绿灯提前结束，东西向直行车辆在第二停车线位置处停车等待；待交叉口内车辆清空后(全红时间)，南北向直行绿灯亮起，南北向直行车辆右转进入待转车道等待，同时东西向左转车辆预信号绿灯与东西向左转车辆主信号也亮起，东西向左转车辆通行，既减少了冲突点，又提高了绿灯通行效率；

东西向左转主信号绿灯结束时，东西向左转预信号绿灯提前结束(直行、左转主信号灯绿灯迟后结束，以确保掉头车道不被堵塞，直行待转车辆能够顺利掉头)，待交叉口内车辆清空后(全红时间)，南北直行第二阶段信号灯绿灯亮起，南北向左转信号绿灯同时亮起，在待行区等待的南北向直行车辆通行，南北左转信号结束时，南北直行第二阶段信号同时结束；

步骤三：根据步骤一、步骤二及道路实际情况确定南北直行待转区的长度G,并进行交叉口信号配时。

本发明同样适用下列情况：

步骤一：假设将南北方向作为跨线桥方向，将东西方向作为下穿隧道方向；规定信号控制各进口车道及绕行等待车道上车辆的运行规则；

具体技术方案应结合交叉口具体情况确定，与本文所述“假设将南北方向作为下穿隧道方向，将东西方向作为跨线桥方向”的情况类似，只是方向表述有所不同。

步骤二：假设将南北方向作为跨线桥方向，将东西方向作为下穿隧道方向；根据信号交叉口具体情况，协调主、预信号及南北向直行第二阶段信号配时；

具体技术方案应结合交叉口具体情况确定，与本文所述“假设将南北方向作为下穿隧道方向，将东西方向作为跨线桥方向”的情况类似，只是方向表述有所不同。

步骤三：根据步骤一、步骤二及道路实际情况确定南北直行待转区的长度G,并进行交叉口信号配时。

具体技术方案应结合交叉口具体情况确定，与本文所述“假设将南北方向作为下穿隧道方向，将东西方向作为跨线桥方向”的情况类似，只是方向表述有所不同。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所诉步骤三中根据步骤一、步骤二及道路实际情况确定南北直行待转区的长度G,具体过程为：

跨线桥下掉头车道的位置高度大于等于4.5m，南北直行待转区的长度G应满足①和②，如图(1)中所示。

南北直行待转区的长度G应结合具体交叉口的实际道路条件确定，但应满足在高峰小时内，若南北直行车辆处于非饱和状态，则一个信号周期内到达的直行待转车辆均能在待转区域内停车等待；若南北直行车辆处于过饱和状态，则在待转区域内停车等待的直行车辆均能在一个相位内放空。即

①G≥N_PL_c

②G≤N_maxL_c

式中G表示直行等待区的长度，单位为m；N_P表示高峰小时一个信号周期内直行车辆到达辆数的高峰值，单位为辆；N_max表示该进口道直行绿灯期间能通过直行车辆的最大值，单位为辆；Lc表示排队车辆的安全停车距离。

其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述排队车辆的安全停车距离Lc取值为8m。

其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述步骤三中进行交叉口信号配时；具体过程为：

交叉口主信号采用定时信号控制，定时信号配时方法国际上普遍使用英国Webster

法，采用Webster法计算交叉口的最佳信号周期，其具体形式如下：

1)交叉口主信号采用定时信号控制，定时信号配时方法国际上普遍使用英国Webster法，采用Webster法计算交叉口的最佳信号周期，其具体形式如下：

计算交叉口最佳信号周期

C₀表示交叉口的最佳信号周期，单位为s；L表示一个周期内总损失时间，单位为s；L_s表示启动损失时间，单位为s；A表示黄灯时长，单位为s；I表示绿灯间隔时间，单位为s；Y表示各相位最大流量比之和；k为一个周期内的绿灯间隔数；

2)计算一个周期总的有效绿灯时间，其具体形式如下:

G_e＝C₀-L

3)计算各相位的有效绿灯时间(显示绿灯时间和显示黄灯时间之和)，其具体形式如下:

第一相位的有效绿灯时间：

第二相位的有效绿灯时间：

第三相位的有效绿灯时间：

式中，y₁为第一相位最大流量比，y₂为第二相位最大流量比，y₃为第三相位最大流量比；

所述第一相位为东西向直行；

第二相位为东西向左转、南北向直行第一阶段；

第三相位为南北向左转、南北向直行第二阶段；

4)计算各相位的显示绿灯时间，其具体形式如下:

第一相位的显示绿灯时间：g₁＝g_e1+L_s-A

第二相位的显示绿灯时间：g₂＝g_e2+L_s-A

第三相位的显示绿灯时间：g₃＝g_e3+L_s-A。

其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述黄灯时长A为3s。

其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：

本实施例一种适用于分离式三层立体交叉口的地面交通组织优化方法具体是按照以下步骤制备的：

以哈尔滨某分离式三层立体交叉口为例，研究其具有下穿隧道及跨线桥梁，且跨线桥下存在掉头车道，见图1，图2。

该交叉口基本情况如下：东西向城市快速路与南北向城市主干路相交，南北向下穿通过，东西向高架通过；现状交叉口信号有四个相位，信号周期时长173s；高峰小时交通量情况，如表1所示。现状通行能力与服务水平，如表2所示，

表1 该信号交叉口各进口道高峰小时交通量

进口位置	小计(pcu/h)	左转	直行
				北进口	772	644	128
南进口	524	380	144
				东进口	735	396	339
西进口	907	495	412
				合计	2938	1915	1023

结合实地观测情况，该立体交叉口南北向(下穿隧道方向)进口道左转流量大，但直行流量相对而言要小。

表2 该信号交叉口各进口道通行能力

现利用本发明所提出的方法对其进行改进：

掉头车道距交叉口92m；通常的信号配时方法是依据各进口道的流量来确定，但在本方案中，待转车道上允许停放的车辆数是已经确定的，为此，在确定信号周期时，南北直行主信号灯时长及南北直行第二阶段信号灯时长的确定需要考虑待转车道上的最大停车数量，要保证待转车道上的待转车不会溢出车道并在预定的时间内完全通过交叉口。

表3 该信号交叉口各进口道饱和流量比

第一相位的流量比取0.17；第二相位的流量比取0.30；第三相位的流量比取0.39

总流量比：Y＝y₁+y₂+y₃＝0.17+0.30+0.39＝0.86

已知Ls＝3s，A＝3s，I＝3s

信号周期内总的损失时间

因此，最佳信号周期

一个周期总的有效绿灯时间为：G_e＝C₀-L＝132-9＝123s

第一相位的有效绿灯时间为：

第二相位的有效绿灯时间为：

第三相位的有效绿灯时间为：

第一相位的显示绿灯时间：g₁＝g_e1+L_s-A＝24+3-3＝24s

第二相位的显示绿灯时间：g₂＝g_e2+L_s-A＝43+3-3＝43s

第三相位的显示绿灯时间：g₃＝g_e3+L_s-A＝56+3-3＝56s

根据权利4中所述公式，验证待转区的长度是否符合要求，这里南北直行车辆处于不饱和状态，第二相位为南北直行主信号与东西左转信号，现确定南北直行主信号绿灯时间，南进口直行车辆数144pcu/h，北进口直行车辆数128pcu/h，取南进口直行车辆进行验算，南进口直行车辆达到率3辆/min，车辆安全停车距离L取经验值8m。

G＝92m>17.2m

南北向直行车辆待转区排队长度远小于现状待转区长度92m，故待转区长度符合要求。

至此，求得该方法所需的各项数据。信号配时如附图3；

哈尔滨市某立体交叉口南北向直行车辆绕行规则如附图4；交叉口相关设施设置如附图5、附图6。指路标志如附图7；将确定的各项数据反映在利用VISSIM的交叉口模型中，对该方法进行仿真，最终获取的交叉口进口道延误如表4。

表4 改进后交叉口进口道各方向平均延误

从延误表4中可以看出，南北向直行车辆的延误有所增加，东西向直行车辆及左转车辆的平均延误大幅减少。最终该进口道的平均延误减少了3.61s(效率提高15.0％)，效果非常显著，这种交通组织方式也优化了该交叉口的整体运行效率，给左转交通流更多的运行空间，实际进口道各方向道路资源占有率与其交通量更匹配。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种适用于分离式三层立体交叉口的地面交通组织优化方法，其特征在于：所述方法具体过程为：

步骤一：假设将南北方向作为下穿隧道方向，将东西方向作为跨线桥方向；规定信号控制各进口车道及绕行等待车道上车辆的运行规则；具体过程为：

东西向进口道在跨线桥下的掉头车道前设置预信号灯，预信号灯包括东西向直行预信号灯、东西向左转预信号灯，东西向出口道在掉头车道前设置南北直行第二阶段信号灯；

当南北向直行信号灯亮起时，南北向直行车辆右转进入绕行待转车道等待；当南北向直行第二阶段信号灯亮起时，排队待转的直行车辆掉头穿过跨线桥，然后使用东西向右转车道完成绕行；

在南北直行车辆绕行的两个阶段，第一阶段同时通行东西向左转车辆，第二阶段同时通行南北向左转车辆；

两个阶段中第一阶段为南北向直行车辆右转进入绕行待转车道；第二阶段为排队待转的直行车辆掉头穿过跨线桥，然后使用东西向右转车道完成绕行；

步骤二：假设将南北方向作为下穿隧道方向，将东西方向作为跨线桥方向；根据信号交叉口情况，协调主、预信号及南北向直行第二阶段信号配时；具体过程为：

协调交叉口预信号与主信号及南北向直行第二阶段信号间的配时，预信号分为东西向直行预信号、东西向左转预信号，主信号分别为东西向直行左转信号、南北向直行左转信号；

东西向直行主信号绿灯结束时，东西向直行车辆预信号绿灯提前结束，东西向直行车辆在第二停车线位置处停车等待；待交叉口内车辆清空后，南北向直行绿灯亮起，南北向直行车辆右转进入待转车道等待，同时东西向左转车辆预信号绿灯与东西向左转车辆主信号也亮起；

东西向左转主信号绿灯结束时，东西向左转预信号绿灯提前结束，待交叉口内车辆清空后，南北直行第二阶段信号灯绿灯亮起，南北向左转信号绿灯同时亮起，在待行区等待的南北向直行车辆通行，南北左转信号结束时，南北直行第二阶段信号同时结束；

步骤三：根据步骤一、步骤二及道路实际情况确定南北直行待转区的长度G，并进行交叉口信号配时。

2.根据权利要求1所述一种适用于分离式三层立体交叉口的地面交通组织优化方法，其特征在于：所诉步骤三中根据步骤一、步骤二及道路实际情况确定南北直行待转区的长度G,具体过程为：

跨线桥下掉头车道的位置高度大于等于4.5m，南北直行待转区的长度G应满足①和②，即

①G≥N_PL_c

②G≤N_maxL_c

式中G表示直行等待区的长度，单位为m；N_P表示高峰小时一个信号周期内直行车辆到达辆数的高峰值，单位为辆；N_max表示该进口道直行绿灯期间能通过直行车辆的最大值，单位为辆；Lc表示排队车辆的安全停车距离。

3.根据权利要求2所述一种适用于分离式三层立体交叉口的地面交通组织优化方法，其特征在于：所述排队车辆的安全停车距离Lc取值为8m。

4.根据权利要求3所述一种适用于分离式三层立体交叉口的地面交通组织优化方法，其特征在于：所述步骤三中进行交叉口信号配时；具体过程为：

1)计算交叉口最佳信号周期

式中，C₀表示交叉口的最佳信号周期，单位为s；L表示一个周期内总损失时间，单位为s；L_s表示启动损失时间，单位为s；A表示黄灯时长，单位为s；I表示绿灯间隔时间，单位为s；Y表示各相位最大流量比之和；k为一个周期内的绿灯间隔数；

2)计算一个周期总的有效绿灯时间，其具体形式如下:

G_e＝C₀-L

3)计算各相位的有效绿灯时间，其具体形式如下:

第一相位的有效绿灯时间：

第二相位的有效绿灯时间：

第三相位的有效绿灯时间：

式中，y₁为第一相位最大流量比，y₂为第二相位最大流量比，y₃为第三相位最大流量比；

所述第一相位为东西向直行；

第二相位为东西向左转、南北向直行第一阶段；

第三相位为南北向左转、南北向直行第二阶段；

4)计算各相位的显示绿灯时间，其具体形式如下:

第一相位的显示绿灯时间：g₁＝g_e1+L_s-A

第二相位的显示绿灯时间：g₂＝g_e2+L_s-A

第三相位的显示绿灯时间：g₃＝g_e3+L_s-A。

5.根据权利要求4所述一种适用于分离式三层立体交叉口的地面交通组织优化方法，其特征在于：所述黄灯时长A为3s。

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