CN109064744A - 一种基于排队论方法的偏置右转车道长度设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于排队论方法的偏置右转车道长度设计方法，步骤为：通过人工计数法采集相关交通数据，将获得的总交通量折算成当量标准小汽车交通量，采用排队论中M/M/1模型，按多路排队多通道系统计算交叉口进道口停车线后的排队车辆数，最后将该车辆数换算成以米为单位的车辆平均排队长度，通过计算直行车道等待区排队车辆长度，即直线区域长度L_a，交织分流区域L₁，进入偏置右转车道车辆安全制动距离L₂，偏置右转车道中排队车辆长度L₃，将L_a与L₂+L₃进行长度比选，取其大者为偏置右转车道直线段长度，其值加上L₁长度为该偏置右转车道设计总长度。本方法有效防止交叉口交通拥挤，缓解交叉口运行效率低下问题，保障车辆运行安全。

Description

一种基于排队论方法的偏置右转车道长度设计方法

技术领域

本发明属于交通工程中道路交通设计领域，具体涉及一种基于排队论方法的偏置右转车道长度设计方法。

背景技术

随着社会经济的发展，我国汽车保有量呈现爆发式的增长，随之而来的是城市道路服务水平急速下降。因此，提升道路服务水平已经成为当前城市道路基础建设方面的当务之急，而城市道路交叉口的优化设计为其重中之重。受限于城市本身用地问题，城市道路建设用地不可能无限扩张，特别是在城市道路交叉口路段，因而通过局部拓宽设置偏置右转车道的设计被许多交通设计者所采用，其目的是用最少的资金和土地解决交叉口车辆拥堵以及尽可能减少右转与直行车辆的干扰。

国内外相关研究表明，合理地延长右转车道，能够有效降低15％的不同类型交通事故，降低10％的财产损失型事故。而在城市道路交叉口合理地设置右转车道，可降低4％的交叉口事故以及18％的路段事故。

由实际调查可知，此方案在解决实际的城市交叉口拥堵及安全问题时效果并不理想。由于国内外缺乏统一规范的标准，偏置右转车道长度设置成为道路设计者所要面对的主要问题。根据调查，许多路段在设计偏置右转车道时，并没有对当地基础设施建设情况有过充分的分析调查，导致偏置右转车道的设计不能很好地适应本地区交通量的增长，问题主要表现在：1.偏置右转车道分流交织区域位置设置不合理，右转分流车辆与直行等待区域停止车辆互相干扰。2.偏置右转车道长度设置不合理，车辆进入该车道以后无法合理地进行减速与提速、规避安全风险。

申请号为CN201310191438.8的专利公开了一种确定信号控制交叉口进口道可变导向车道长度的方法，其步骤是首先采集可变导向车道转向对应方向的交通数据信息，然后将获得的可变导向车道转向车道涉及的交通量换算成当量标准小汽车交通量，进而运用排队论模型，按照多路排队多通道系统结合进口车道排队不均衡系数计算信号控制交叉口进口道停车线后的排队车辆数，最后将该车辆数换算成以米为单位的车辆平均排队长度作为信号控制交叉口进口道可变导向车道长度的取值，但是其并没有考虑车道间的相互影响。

发明内容

本发明为了解决城市交叉口交通渠化中偏置右转车道长度设置不合理，在交织分流区域与直行车辆冲突的问题，分析红绿灯信号周期，运用排队论计算直行等待区信号周期内车辆排队长度以及常规状态下车辆制动距离，结合高密度状态下的车辆右转行为分析，提供一种基于排队论方法的偏置右转车道长度设计方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于排队论方法的偏置右转车道长度设计方法，包括如下步骤：

(1)采集交通数据，包括交叉口上游85％位车速，偏置右转车道车辆的到达率、服务率，直行车道车辆的到达率、服务率，信号灯周期；

(2)依据《城市道路工程设计规范》(CJJ37－2012)的规定，取偏置右转车道内的运行车速为该道路运行车速的0.5倍，且该路段上车辆的减速度为1.8m/s²，计算偏置右转车道的引流渐变段长度：

(3)依据驾驶员行为特性，以及知觉反应特性，计算减速偏置段长度：

其中：

(4)根据泊松输入、负指数分布服务、单个服务台的排队理论M/M/1模型，按照单通道排队服务系统，计算交叉口进口道右转车道的停车线后的排队车辆数，并乘以安全车头间距，得排队待转段长度：

(5)根据泊松输入、负指数分布服务、单个服务台的排队理论M/M/1模型，按照单通道排队服务系统，计算交叉口进口道直行车道的停车线后的排队车辆数，并乘以安全车头间距，得直行排队长度：

(6)为充分考虑到直行车辆的排队不影响右转车辆的通行，取

其中：V₀：该路段的运行车速，单位：千米/小时；t₁：驾驶员反应时间，单位：秒；t'₂：驾驶员踏下踏板的时间，单位：秒；t₂：制动器制动时间，单位：秒；V₁：偏置右转车道内的运行车速，单位：千米/小时；j_max：最大减速度，单位：米/秒的平方；为路面附着系数；g为该地区的重力加速度，单位：米/秒的平方；λ：偏置右转车道车辆平均到达率，辆/小时；μ：偏置右转车道车辆平均服务率，即在单位绿灯时间内通过交叉口的车辆数，辆/小时；排队车辆数；h_头：停车后的安全车头间距，单位：米；λ'：直行车道车辆平均到达率，辆/小时；μ'：直行车道车辆平均服务率，辆/小时。

进一步的，采集所述交叉口上游85％位车速的方法为，在交叉口上游200米处测量所有车辆的地点车速，绘制车速累计频率分布曲线图，排在85％的车速即为85％位车速。

进一步的，用人工计数法采集所述交通数据，将所有车辆区分为小汽车、中型车和大型车，并进行分种调查，需要采集的交通数据有：大、中、小型车各自的驶入和驶出的交通量、信号灯周期，将采集的大、中、小型车的各自交通量进行统计并换算成当量小汽车交通量。

进一步的，将所述大、中、小型车各自驶入和驶出的交通量换算成当量小汽车交通量的计算方法为：Q＝∑Q_iE_i，其中：Q：换算后的当量小汽车交通量；E_i：i类车辆换算系数；Q_i：i类车辆的交通量；i：车型，大型车、中型车、小型车。

进一步的，所述偏置右转车道车辆到达率λ、车辆服务率μ计算方法为：

其中t：高峰小时内的高峰时段，可取5min、6min、10min或15min；T：信号周期，单位：秒；Q₁：t分钟内经换算后的右转车辆的最大到达量，单位：辆；Q₂：平均一个周期内经换算后的右转车辆的驶离量，单位：辆。

进一步的，所述直行车道车辆到达率λ'、车辆服务率μ'计算方法为：

其中t：高峰小时内的高峰时段，可取5min、6min、10min或15min；T：信号周期，单位：秒；Q₃：t分钟内经换算后的直行车辆的到达量，单位：辆；Q₄：平均一个周期内经换算后的直行车辆的驶离量，单位：辆。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明为道路设计者们提供了一种偏置右转车道长度设置方法，弥补目前关于国内偏置右转车道长度设计方面的空白，提升了交叉口的道路服务水平。

(2)本发明可以缓解交叉口车辆拥堵以及尽可能减少右转与直行车辆的干扰。本发明在交叉口设施建设情况的充分的分析调查的基础上，综合考虑了直行与右转车辆的交织问题，为右转与直行车辆的交织预留了足够的长度。

(3)本发明可以减少交叉口的交通安全问题。本发明为车辆进入偏置车道后的合理制动、减速行为预留了足够长度，充分保证了交叉口的交通安全问题，确保车辆在遇到突发事件的情况下能够拥有足够的空间来规避安全风险。

附图说明

图1为本发明交叉口偏置右转车道示意图；

图2为本发明交叉口偏置右转车道分段概念示意图；

图3为本发明数据测量位置示意图；

图4为本发明具体实施例中地点车速累计频率分布曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种基于排队论方法的偏置右转车道长度设计方法，其具体实施方式步骤如下：

1、交通数据测量

在交叉口进口道上游200米处为85％位车速调查点，在交叉口进口道前为到达率调查点，交叉口停止线为服务率调查点。首先，在85％位车速调查点处调查车辆的地点车速，并记录；然后在到达率调查点处，以6分钟为一个时间间隔连续调查通过该点的大、中、小型车的高峰小时交通量；最后，在服务率调查点调查在一个周期内通过停车线的车辆数、信号灯周期T。

2、计算引流渐变段长度

首先，依据85％位车速调查点调查所得的地点车速绘制地点车速累计频率分布曲线图，取85％位车速为运行车速V₀；然后，代入引流渐变段长度计算公式：

3、计算减速偏置段长度

首先，取偏置右转车道内的运行车速V₁＝0.5V₀，然后，代入减速偏置段长度公式：

其中：

其中：取判断时间1.5秒，作用时间为1秒，即t₁+t'₂＝1.5，t"₂＝1。枚乘东路与承德南路交叉口为普通城市沥青路面，取附着系数重力加速度g＝9.8米/秒的平方。

4、计算排队待转段长度

首先，将t分钟右转到达的车辆按照《城市道路设计规范(037CJJ-2012)》的要求折算车当量小汽车交通量，取连续四周期当量小汽车数之和最大值为Q₁；然后，将一个信号周期内右转驶离的车辆折算成当量小汽车交通量，取平均值为Q₂；再然后，代入公式到达率和服务率公式，计算λ、μ；最后计算排队待转段长度：

其中：h_头为安全停车车头间距，按照《城市道路设计规范(037CJJ-2012)》取小客车长度为6米，另取车辆之间安全间距为1米，则h_头＝7米。

5、计算直行车道排队长度：

首先，将t分钟一个直行车道到达的车辆按照《城市道路设计规范(037CJJ-2012)》的要求折算车当量小汽车交通量，取连续四周期当量小汽车数之和最大值为Q₃；然后，将一个信号周期内直行驶离的车辆折算成当量小汽车交通量，取平均值为Q₄；再然后，代入公式到达率和服务率公式，计算λ'、μ'；最后计算排队待转段长度：

其中：h_头为安全停车车头间距，按照《城市道路设计规范(037CJJ-2012)》取小客车长度为6米，另取车辆之间安全间距为1米，则h_头＝7米。

6、确定偏置右转车道长度：

具体实施例：

以淮安市承德南路与枚乘东路交叉口为例。该路口南北方向偏置车道为偏置右转直行车道。在该车道上，车辆既可直行又可右转，右转受信号灯控制，但是若第一辆车为直行车辆，且信号灯为红灯时，右转车辆不得占有非机动车右转，必须排队等待。该交叉口偏置右转车道的长度确定步骤为：

1、首先，在85％位车速调查点处调查车辆的地点车速，并记录；然后在到达率调查点处，以6分钟为一个时间间隔连续调查通过该点的大、中、小型车的高峰小时交通量，如表1所示；最后，在服务率调查点调查在一个周期内通过停车线的车辆数，如表2所示，以及信号灯周期T＝95秒。

表1到达率调查点统计数据资料

表2服务率调查点统计数据资料

2、计算引流渐变段长度

首先，依据85％位车速调查点调查所得的地点车速绘制地点车速累计频率分布曲线图，如图4所示，经计算，该路段平均车速为49千米每小时，85分位车速为58千米每小时，即V₀＝58千米/小时；然后，代入引流渐变段长度计算公式得L₁＝53.82米。

3、计算减速偏置段长度

首先，取偏置右转车道内的运行车速V₁＝29千米/小时；然后，取判断时间1.5秒，作用时间为1秒，即t₁+t'₂＝1.5、t"₂＝1，枚乘东路与承德南路交叉口的普通城市沥青路面附着系数重力加速度g＝9.8米/秒的平方，最后将其代入减速偏置段长度公式得L₂＝21.38米。

4、计算排队待转段长度

首先，将t＝6分钟右转到达的车辆按照《城市道路设计规范(037CJJ-2012)》的要求折算车当量小汽车交通量，取连续四周期当量小汽车数之和最大值为Q₁＝30.5辆，如表3所示；然后，将一个信号周期内右转驶离的车辆折算成当量小汽车交通量，取平均值为Q₂＝9.65辆，如表4所示；再然后，代入公式到达率和服务率公式，计算λ＝305辆/小时、μ＝365辆/小时；最后计算排队待转段长度：L₃＝35米。

表3偏置右转车道高峰小时驶入交通量Q₁计算表

表4偏置右转车道高峰小时驶出交通量Q₂计算表

5、计算直行车道排队长度：

首先，将t＝6分钟一个直行车道到达的车辆按照《城市道路设计规范(037CJJ-2012)》的要求折算车当量小汽车交通量，取连续四周期当量小汽车数之和最大值为Q₃＝39.5辆，如表5，然后，将一个信号周期内直行驶离的车辆折算成当量小汽车交通量，取平均值为Q₄＝11.68辆，如表6，再然后，代入公式到达率和服务率公式，计算λ'＝395辆/小时、μ'＝442.61辆/小时；最后计算排队待转段长度得L_a＝63米。

表5直行车道高峰小时驶入交通量Q₃计算表

表6直行车道高峰小时驶出交通量Q₄计算表

6、确定偏置右转车道长度得L＝max(L_a,L₂+L₃)+L₁≈117米。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于排队论方法的偏置右转车道长度设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)采集交通数据，包括交叉口上游85％位车速，偏置右转车道车辆的到达率、服务率，直行车道车辆的到达率、服务率，信号灯周期；

(2)依据《城市道路工程设计规范》(CJJ37－2012)的规定，取偏置右转车道内的运行车速为该道路运行车速的0.5倍，且该路段上车辆的减速度为1.8m/s²，计算偏置右转车道的引流渐变段长度：

(3)依据驾驶员行为特性，以及知觉反应特性，计算减速偏置段长度：其中：

(4)根据泊松输入、负指数分布服务、单个服务台的排队理论M/M/1模型，按照单通道排队服务系统，计算交叉口进口道右转车道的停车线后的排队车辆数，并乘以安全车头间距，得排队待转段长度：

(5)根据泊松输入、负指数分布服务、单个服务台的排队理论M/M/1模型，按照单通道排队服务系统，计算交叉口进口道直行车道的停车线后的排队车辆数，并乘以安全车头间距，得直行排队长度：

(6)为充分考虑到直行车辆的排队不影响右转车辆的通行，取

其中：V₀：该路段的运行车速，单位：千米/小时；t₁：驾驶员反应时间，单位：秒；t′₂：驾驶员踏下踏板的时间，单位：秒；t″₂：制动器制动时间，单位：秒；V₁：偏置右转车道内的运行车速，单位：千米/小时；j_max：最大减速度，单位：米/秒的平方；为路面附着系数；g为该地区的重力加速度，单位：米/秒的平方；λ：偏置右转车道车辆平均到达率，辆/小时；μ：偏置右转车道车辆平均服务率，即在单位绿灯时间内通过交叉口的车辆数，辆/小时；排队车辆数；h_头：停车后的安全车头间距，单位：米；λ′：直行车道车辆平均到达率，辆/小时；μ′：直行车道车辆平均服务率，辆/小时。

2.根据权利要求1所述的一种基于排队论方法的偏置右转车道长度设计方法，其特征在于，采集所述交叉口上游85％位车速的方法为，在交叉口上游200米处测量所有车辆的地点车速，绘制车速累计频率分布曲线图，排在85％的车速即为85％位车速。

3.根据权利要求1所述的一种基于排队论方法的偏置右转车道长度设计方法，其特征在于，用人工计数法采集所述交通数据，将所有车辆区分为小汽车、中型车和大型车，并进行分种调查，需要采集的交通数据有：大、中、小型车各自的驶入和驶出的交通量、信号灯周期，对采集的大、中、小型车的各自的交通量进行统计并换算成当量小汽车交通量。

4.根据权利要求3所述的一种基于排队论方法的偏置右转车道长度设计方法，其特征在于，将所述大、中、小型车各自驶入和驶出的交通量换算成当量小汽车交通量的计算方法为：Q＝∑Q_iE_i，其中：Q：换算后的当量小汽车交通量；E_i：i类车辆换算系数，Q_i：i类车辆的交通量；i：车型，大型车、中型车、小型车。

5.根据权利要求1所述的一种基于排队论方法的偏置右转车道长度设计方法，其特征在于，所述偏置右转车道车辆到达率λ、车辆服务率μ计算方法为：

其中t：高峰小时内的高峰时段，可取5min、6min、10min或15min；T：信号周期，单位：秒；Q₁：t分钟内经换算后的右转车辆的最大到达量，单位：辆；Q₂：平均一个周期内经换算后的右转车辆的驶离量，单位：辆。

6.根据权利要求1所述的一种基于排队论方法的偏置右转车道长度设计方法，其特征在于，所述直行车道车辆到达率λ′、车辆服务率μ′计算方法为：

其中t：高峰小时内的高峰时段，可取5min、6min、10min或15min；T：信号周期，单位：秒；Q₃：t分钟内经换算后的直行车辆的到达量，单位：辆；Q₄：平均一个周期内经换算后的直行车辆的驶离量，单位：辆。