CN110111587A - 一种设置直行待驶区的交叉口的信号配时优化方法 - Google Patents

Abstract

一种设置直行待驶区的交叉口的信号配时优化方法，它属于交通工程领域。本发明解决了传统的Webster配时法不适合设置有直行待驶区的信号交叉口的配时的问题。本发明通过计算交叉口设置直行待驶区后的绿灯间隔时间，并对其进行调整以保证交叉口设置直行待驶区后车辆的通行安全，同时还考虑了设置直行待驶区后流量比的折减以及起动波传递对周期时长和各相位时长的影响来计算配时。在同样交通需求情况下，通过本发明方法计算得到的周期时长较之传统Webster配时法会减小5％‑10％，含直行待驶区的车道通行能力会提高5％左右。本发明可以应用于交通工程领域。

Description

一种设置直行待驶区的交叉口的信号配时优化方法

技术领域

本发明属于交通工程领域，具体涉及一种设置直行待驶区的交叉口的信号配时优化方法。

背景技术

交叉口作为整个路网交通运行的瓶颈，如何提高其时空资源利用效率已成为缓解城市交通拥挤的关键。同左转待转区能提升左转车辆的通行效率和交叉口的通行能力一样，在信号交叉口设置直行待驶区同样可以提升直行车流的运行效率。

如今信号交叉口多采用以车均延误最小为优化目标的Webste配时法进行信号配时。Webster配时法是以停车线为基础来进行信号配时的，而交叉口设置直行待驶区后，绿灯开始时，有一部分车辆已经越过了原来的停车线，因此，以Webster配时法计算得到的直行相位绿灯时间会比实际需要的绿灯时间长，传统的Webster配时法已经不适合设置有直行待驶区的信号交叉口的配时。

发明内容

本发明的目的是为解决传统的Webster配时法不适合设置有直行待驶区的信号交叉口的配时的问题，而提出了一种设置直行待驶区的交叉口的信号配时优化方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种设置直行待驶区的交叉口的信号配时优化方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、计算起动波从直行待驶区停车线传至进口停车线所需的时间ΔL_S；

步骤二、在每个信号周期内，计算第j个含直行待驶区的相位的绿灯启亮时刻与前一左转相位的绿灯关闭时刻的间隔时间I′_j；

步骤三、利用步骤一的ΔL_S和步骤二的I′_j获得设置直行待驶区交叉口的总损失时间L′；

步骤四、利用步骤三的L′计算设置直行待驶区交叉口的每个信号周期的最佳周期时长C′₀；

步骤五、利用步骤四的每个信号周期的最佳周期时长C′₀进行交叉口的信号配时。

本发明的有益效果是：本发明的一种设置直行待驶区的交叉口的信号配时优化方法，本发明通过计算交叉口设置直行待驶区后的绿灯间隔时间，并对其进行调整以保证交叉口设置直行待驶区后车辆的通行安全，同时还考虑了设置直行待驶区后流量比的折减以及起动波传递对周期时长和各相位时长的影响来计算配时。

在同样交通需求情况下，通过本发明方法计算得到的周期时长较之传统Webster配时法会减小5％-10％，含直行待驶区的车道通行能力会提高5％左右。

附图说明

图1是本发明的设置直行待驶区后的交叉口的示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1所示，本实施方式所述的一种设置直行待驶区的交叉口的信号配时优化方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、计算起动波从直行待驶区停车线传至进口停车线所需的时间ΔL_S；

步骤二、在每个信号周期内，计算第j个含直行待驶区的相位的绿灯启亮时刻与前一左转相位(与第j个含直行待驶区的相位紧邻的前一左转相位)的绿灯关闭时刻的间隔时间I′_j；

步骤三、利用步骤一的ΔL_S和步骤二的I′_j获得设置直行待驶区交叉口的总损失时间L′；

步骤四、利用步骤三的L′计算设置直行待驶区交叉口的每个信号周期的最佳周期时长C′₀；

步骤五、利用步骤四的每个信号周期的最佳周期时长C′₀进行交叉口的信号配时。

本发明考虑直行待驶区的设置对交叉口信号配时的影响，对Webster法进行改进，提出一种适用于交叉口设置直行待驶区后的信号配时优化方法。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一的具体过程为：

其中：ΔL_S代表起动波从直行待驶区停车线传至进口停车线所需的时间，单位是s；K代表在每个信号周期内，含直行待驶区的相位的个数，l_j代表在每个信号周期内，第j个含直行待驶区的相位的关键车道组内直行待驶区的平均长度，单位是m，v代表起动波传递波速，单位是m/s。

因交叉口设置有直行待驶区，绿灯亮起后，待驶区内的车辆先启动，进口道内的车辆需要待起动波传递到进口停车线时才能启动，故启动损失时间需加上起动波从待驶区停车线传至进口停车线的时间ΔL_S。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：所述步骤二的具体过程为：

式中：I′_j代表在每个信号周期内，第j个含直行待驶区的相位的绿灯启亮时刻与前一左转相位绿灯关闭时刻的间隔时间，单位是s；v₀代表直行待驶区的对向左转车在交叉口的运行速度，单位是m/s；a代表左转车辆制动减速度，单位是m/s²；l_h代表左转车从停车线行驶至左转车与对向直行车冲突点的运行轨迹长度，单位是m；A_j代表在每个信号周期内，第j个含直行待驶区的相位的黄灯时长，单位是s。

交叉口设置直行待驶区后，车辆以直行待驶区停车线为起点启动，所以直行车较未设置直行待驶区的交叉口能更早地到达冲突点，绿灯间隔时间为左转车从停车线至其与对向直行车冲突点的行驶时间，同时考虑绿灯间隔时间不小于黄灯时间。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：所述步骤三的具体过程为：

其中：L′代表设置直行待驶区交叉口的总损失时间，L代表未设置直行待驶区交叉口的总损失时间，单位是s。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：所述步骤四的具体过程为：

设置直行待驶区后，在小时达到交通量不变的情况下，每信号周期内绿灯期间通过进口停车线的交通量会减少，因此，流量比的折减修正公式如y′_j的表达式所示。

在每个信号周期内，第j个含直行待驶区的相位的关键车道组的流量比y′_j的表达式为：

其中：q_j为第j个含直行待驶区的相位的关键车道组设计交通量，单位是pcu/h，s_j为第j个含直行待驶区的相位的关键车道组饱和流量，单位是pcu/h，C′₀为设置直行待驶区交叉口的每个信号周期的最佳周期时长，单位是s，n_j为第j个含直行待驶区的相位的关键车道组内可停放的车位数，单位是pcu；

其中：l_j,k为第j个含直行待驶区的相位的关键车道组内第k条车道的长度，单位是m，k＝1,2,…,N，N代表第j个含直行待驶区的相位的关键车道组内直行待驶区的车道条数，h_s为平均车头间距，单位是m；

将L′和y′_j代入Webster最佳周期时长模型，获得设置直行待驶区交叉口的每个信号周期的最佳周期时长C′₀：

其中：Y代表未设置直行待驶区交叉口的各相位关键车道组流率比之和。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：所述步骤五的具体过程为：

在每个信号周期内，设置直行待驶区交叉口的关键车道组流量比之和为：

其中：y_i代表在每个信号周期内，第i个不含直行待驶区的相位的关键车道组流率比，i＝1,2,…,M，M代表在每个信号周期内，不含直行待驶区的相位的个数；

在每个信号周期内，设置直行待驶区交叉口的总有效绿灯时间G′_e为：

G′_e＝C′₀-L′

在每个信号周期内，设置直行待驶区交叉口的直行相位有效绿灯时间g′_ej和左转相位有效绿灯时间g′_ei分别为：

在每个信号周期内，设置直行待驶区交叉口的直行相位绿信比λ′_j和左转相位绿信比λ′_i分别为：

在每个信号周期内，设置直行待驶区交叉口的直行相位显示绿灯时间g′_j和左转相位显示绿灯时间g′_i分别为：

g′_i＝g′_ei-A_i+I_i

其中：A_i代表在每个信号周期内，第i个不含直行待驶区的相位的黄灯时长，I_i代表在每个信号周期内，第i个不含直行待驶区的相位的绿灯启亮时刻与前一相位绿灯关闭时刻的间隔时间。

下面结合图1举例说明交叉口设置直行待驶区后的信号配时优化方法。

原交叉口车辆运行速度为50Km/h，相位方案为①东西左转、②东西直行、③南北左转、④南北直行。

启动损失时间为3s，黄灯时长均为3s，绿灯间隔时间均为3s，用Webster法进行信号配时，配时参数结果如表1所示：

现为其设计了如图1所示的直行待驶区，优化的信号配时参数按以下步骤计算：

步骤一、启动损失时间

因交叉口设置有直行待驶区，绿灯亮起后，待驶区内的车辆先启动，进口道内的车辆需要待起动波传递到进口停车线时才能启动，故启动损失时间需加上起动波从待驶区停车线传至进口停车线的时间。

启动损失时间增加值如下：

其中：ΔL_S代表起动波从直行待驶区停车线传至进口停车线所需的时间，单位是s；

K代表每个信号周期内含直行待驶区的直行相位个数；

l_j代表在每个信号周期内，第j个含直行待驶区的相位的关键车道组内直行待驶区的平均长度，单位是m；

v代表起动波传递波速，单位是m/s；

起动波波速取6m/s，各个方向l_j,1＝18.2m，l_j,2＝20.4m，则：

步骤二、绿灯间隔时间

交叉口设置直行待驶区后，车辆以直行待驶区停车线为起点启动，所以直行车较未设置直行待驶区的交叉口能更早到达冲突点，绿灯间隔时间为左转车从停车线至与对向直行车冲突点的行驶时间，同时考虑绿灯间隔时间不小于黄灯时间，绿灯间隔时间计算公式如下：

式中：I′_j代表在每个信号周期内，第j个含直行待驶区的相位的绿灯启亮时刻与前一左转相位绿灯关闭时刻的间隔时间，单位是s；

v₀代表直行待驶区的对向左转车在交叉口的运行速度，单位是m/s；

a代表左转车辆制动减速度，单位是m/s²；

l_h代表左转车从停车线行驶至左转车与对向直行车冲突点的运行轨迹长度，单位是m；

A_j代表在每个信号周期内，第j个含直行待驶区的相位的黄灯时长，单位是s。

设左转车在交叉口的运行速度设为50km/h，左转车辆制动减速度取3m/s2，如图1中左转车从停车线至与对向直行车冲突点的运行轨迹长度为32m，由此得到两直行相位与前一相位的绿灯间隔时间I′₁＝I′₂＝4.6s＞3s，所以两直行相位与前一相位的绿灯间隔时间均取4.6s。

步骤三、计算总损失时间

将修正后的绿灯间隔时间代入信号总损失时间中，得：

其中：L′代表设置直行待驶区交叉口的总损失时间；

L代表未设置直行待驶区交叉口的总损失时间，单位是s。

经计算，L′＝12+6.4+2×(4.6-3)＝21.6s。

步骤四、计算最佳周期时长

设置直行待驶区后，在小时达到交通量不变的情况下，每信号周期内绿灯时间期间通过进口停车线的交通量会减少，因此，流量比的折减修正公式如下：

其中：q_j为第j个含直行待驶区的相位的关键车道组设计交通量，单位是pcu/h；

s_j为第j个含直行待驶区的相位的关键车道组饱和流量，单位是pcu/h；

C′₀为设置直行待驶区交叉口的每个信号周期的最佳周期时长，单位是s；

n_j为第j个含直行待驶区的相位的关键车道组内可停放的车位数，单位是pcu；

l_j,k为第j个含直行待驶区的相位的关键车道组内第k条车道的长度，单位是m，k＝1,2,…,N，N代表第j个含直行待驶区的相位的关键车道组内直行待驶区的车道条数；

h_s为平均车头间距，单位是m；

将修正后的总损失时间L′和流量比y′_j代入Webster最佳周期时长模型，得：

原流量比总和为0.837，四进口直行待行区内两车道长度均为18.2m、20.4m，平均车头间距取6m，根据算得的交叉口设置直行待驶区后的总损失时间和表1中饱和流量数据，计算得到最佳周期时长为134s。

步骤五、分配各相位绿灯时间

含直行待驶区相位的关键车道组流量比为

交叉口关键车道组流量比之和为：

设置直行待驶区后交叉口的总有效绿灯时间为：

G′_e＝C′₀-L′＝134-21.6＝112s

设置直行待驶区后的交叉口各相位有效绿灯时间为：

直行相位：

左转相位：

设置直行待驶区后交叉口各相位绿信比为：

直行相位：

左转相位：

设置直行待驶区后各相位显示绿灯时间为：

直行相位：

左转相位：g′₁＝29+3-3＝29s

g′₂＝22+3-3＝22s。

本发明的上述算例仅为详细地说明本发明的计算模型和计算流程，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种设置直行待驶区的交叉口的信号配时优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、计算起动波从直行待驶区停车线传至进口停车线所需的时间ΔL_S；

步骤二、在每个信号周期内，计算第j个含直行待驶区的相位的绿灯启亮时刻与前一左转相位的绿灯关闭时刻的间隔时间I′_j；

步骤三、利用步骤一的ΔL_S和步骤二的I′_j获得设置直行待驶区交叉口的总损失时间L′；

步骤四、利用步骤三的L′计算设置直行待驶区交叉口的每个信号周期的最佳周期时长C′₀；

步骤五、利用步骤四的每个信号周期的最佳周期时长C′₀进行交叉口的信号配时。

2.根据权利要求1所述的一种设置直行待驶区的交叉口的信号配时优化方法，其特征在于，所述步骤一的具体过程为：

其中：ΔL_S代表起动波从直行待驶区停车线传至进口停车线所需的时间，单位是s；K代表在每个信号周期内，含直行待驶区的相位的个数，l_j代表在每个信号周期内，第j个含直行待驶区的相位的关键车道组内直行待驶区的平均长度，单位是m，v代表起动波传递波速，单位是m/s。

3.根据权利要求2所述的一种设置直行待驶区的交叉口的信号配时优化方法，其特征在于，所述步骤二的具体过程为：

式中：I′_j代表在每个信号周期内，第j个含直行待驶区的相位的绿灯启亮时刻与前一左转相位绿灯关闭时刻的间隔时间，单位是s；v₀代表直行待驶区的对向左转车在交叉口的运行速度，单位是m/s；a代表左转车辆制动减速度，单位是m/s²；l_h代表左转车从停车线行驶至左转车与对向直行车冲突点的运行轨迹长度，单位是m；A_j代表在每个信号周期内，第j个含直行待驶区的相位的黄灯时长，单位是s。

4.根据权利要求3所述的一种设置直行待驶区的交叉口的信号配时优化方法，其特征在于，所述步骤三的具体过程为：

其中：L′代表设置直行待驶区交叉口的总损失时间，L代表未设置直行待驶区交叉口的总损失时间，单位是s。

5.根据权利要求4所述的一种设置直行待驶区的交叉口的信号配时优化方法，其特征在于，所述步骤四的具体过程为：

在每个信号周期内，第j个含直行待驶区的相位的关键车道组的流量比y′_j的表达式为：

其中：q_j为第j个含直行待驶区的相位的关键车道组设计交通量，单位是pcu/h，s_j为第j个含直行待驶区的相位的关键车道组饱和流量，单位是pcu/h，C′₀为设置直行待驶区交叉口的每个信号周期的最佳周期时长，单位是s，n_j为第j个含直行待驶区的相位的关键车道组内可停放的车位数，单位是pcu；

其中：l_j,k为第j个含直行待驶区的相位的关键车道组内第k条车道的长度，单位是m，k＝1,2,…,N，N代表第j个含直行待驶区的相位的关键车道组内直行待驶区的车道条数，h_s为平均车头间距，单位是m；

将L′和y′_j代入Webster最佳周期时长模型，获得设置直行待驶区交叉口的每个信号周期的最佳周期时长C′₀：

其中：Y代表未设置直行待驶区交叉口的各相位关键车道组流率比之和。

6.根据权利要求5所述的一种设置直行待驶区的交叉口的信号配时优化方法，其特征在于，所述步骤五的具体过程为：

在每个信号周期内，设置直行待驶区交叉口的关键车道组流量比之和为：

其中：y_i代表在每个信号周期内，第i个不含直行待驶区的相位的关键车道组流率比，i＝1,2,…,M，M代表在每个信号周期内，不含直行待驶区的相位的个数；

在每个信号周期内，设置直行待驶区交叉口的总有效绿灯时间G′_e为：

G′_e＝C′₀-L′

在每个信号周期内，设置直行待驶区交叉口的直行相位有效绿灯时间g′_ej和左转相位有效绿灯时间g′_ei分别为：

在每个信号周期内，设置直行待驶区交叉口的直行相位绿信比λ′_j和左转相位绿信比λ′_i分别为：

在每个信号周期内，设置直行待驶区交叉口的直行相位显示绿灯时间g′_j和左转相位显示绿灯时间g′_i分别为：

g′_i＝g′_ei-A_i+I_i

其中：A_i代表在每个信号周期内，第i个不含直行待驶区的相位的黄灯时长，I_i代表在每个信号周期内，第i个不含直行待驶区的相位的绿灯启亮时刻与前一相位绿灯关闭时刻的间隔时间。