CN111967669B - 一种串联交叉口预信号停车线后进口车道渠化方法 - Google Patents

Abstract

一种串联交叉口预信号停车线后进口车道渠化方法，本发明涉及串联交叉口预信号停车线后进口车道渠化方法。本发明的目的是为了解决现有城市串联交叉口中，由于传统的进口车道渠化方法所导致的待行区内各条车道排队长度不均衡、交叉口空间资源浪费、车辆延误增加等问题。一种串联交叉口预信号停车线后进口车道渠化方法具体过程为：一、确定串联交叉口各个进口不同流向交通流的车道数；二、基于步骤一确定的串联交叉口各个进口不同流向交通流的车道数，确定预信号停车线后备选车道渠化方案集；三、基于步骤二确定的预信号停车线后备选车道渠化方案集，优选最佳的预信号停车线后的车道渠化方案。本发明用于城市交通管理技术领域。

Description

一种串联交叉口预信号停车线后进口车道渠化方法

技术领域

本发明属于城市交通管理技术领域，具体来讲是串联交叉口预信号停车线后进口车道渠化方法。

背景技术

串联交叉口是一种新颖的交叉口设计方式，它在传统交叉口原有停车线的上游增设一条停车线与一组信号灯。新增设的信号灯称为预信号，原有的信号灯称为主信号，预信号与主信号之间的区域称为待行区。当预信号左转相位绿灯启亮后，左转车可以越过停车线进入待行区的所有车道排队，待主信号绿灯启亮后待行区内的左转车一起驶离交叉口。当预信号直行相位绿灯启亮后，直行车可以越过停车线进入待行区的所有车道排队，待主信号绿灯启亮后待行区内的直行车一起驶离交叉口。

与传统交叉口相比，串联交叉口的左转车或者直行车可以利用待行区内的多条车道排队。它增加了每股交通流可以利用的进口车道数，能够显著提高交叉口的通行能力、缓解高峰期的交通拥堵。近年来在我国的上海、深圳、厦门等城市得到了应用，并取得了良好效果。然而现有的串联交叉口进口车道渠化仍然遵循“将左转车道设置在直行车道左侧、相同流向的车道紧邻设置”的原则，这不仅增加机动车驶入待行区过程中的换道次数、而且导致待行区内各条车道的排队长度存在差异，进而增加待行区长度以及主信号相位的绿灯时间。如图2所示，当预信号左转相位显示绿灯时，车道p1的左转车可以驶入待行区。但是如果左转车驶入车道m3将经历两次换道行为，所以驾驶员将优先选择车道m1，最终导致车道m3与m1的左转车排队长度存在差异。同理，当预信号直行相位显示绿灯时，车道p2与p3的直行车可以驶入待行区。一方面，车道p3的直行车受车道p2的直行车的阻挡，无法驶入车道m2与m1，只能驶入车道m3；另一方面，车道p2的直行车将优先选择车道m2，而非车道m1，最终待行区内各条车道的直行车排队长度存在差异。

如果将预信号停车线后的车道p1和p3设置为直行车道、车道p2设置为左转车道(如图3所示)，那么上述问题将得到缓解。比如从车道p2驶离的左转车仅经过1次换道就可以驶入车道m1或m3。从车道p3驶入待行区的直行车不仅可以选择车道m3，也可以选择车道m2。在这种情况下车道m1、m2、m3的排队长度将更加均衡。

由以上分析可知，合理的车道渠化方案可以减少机动车驶入待行区内各条车道的换道次数，使它们的排队长度更加均衡，进而减少待行区长度、节约交叉口空间资源，并减少主信号相位的绿灯时间、交叉口周期时长以及车辆的延误。而现有的设计方法并未考虑车道渠化对交叉口运行效益的影响，仍将传统的交叉口车道渠化原则应用至串联交叉口，阻碍了串联交叉口交通流运行效率的提升。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有城市串联交叉口中，由于传统的进口车道渠化方法所导致的待行区内各条车道排队长度不均衡、交叉口空间资源浪费、车辆延误增加等问题，而提出一种串联交叉口预信号停车线后进口车道渠化方法。

一种串联交叉口预信号停车线后进口车道渠化方法具体过程为：

步骤一、确定串联交叉口各个进口不同流向交通流的车道数；

步骤二、基于步骤一确定的串联交叉口各个进口不同流向交通流的车道数，确定预信号停车线后备选车道渠化方案集；

步骤三、基于步骤二确定的预信号停车线后备选车道渠化方案集，优选最佳的预信号停车线后的车道渠化方案。

本发明的有益效果为：

本发明所提出的预信号停车线后进口车道渠化方法适用于具有不同进口车道数的串联交叉口，提高了串联交叉口的应用范围；不仅可以缩短待行区长度、节约交叉口空间资源，还可以缩小主信号相位的绿灯时间以及交叉口周期时长，进而减少机动车延误、增加串联交叉口的通行能力。

附图说明

图1为本发明专利流程图。

图2为传统的串联交叉口进口车道渠化方案示例图；

图3为改进的串联交叉口进口车道渠化方案示例图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式一种串联交叉口预信号停车线后进口车道渠化方法具体过程为：

步骤一、确定串联交叉口各个进口不同流向交通流的车道数；

步骤二、基于步骤一确定的串联交叉口各个进口不同流向交通流的车道数，确定预信号停车线后备选车道渠化方案集；

步骤三、基于步骤二确定的预信号停车线后备选车道渠化方案集，优选最佳的预信号停车线后的车道渠化方案。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一中确定串联交叉口各个进口不同流向交通流的车道数；具体过程为：

步骤一一、以串联交叉口一个进口方向(如西进口)为例，调查一个进口道的左转、直行、右转机动车的高峰小时流量，分别用Q^l、Q^t、Q^m表示，单位是辆/h；

串联交叉口一个进口方向的车道总数用

表示；

步骤一二、如果Q^m≥Q^m*，则将交通流行进方向的最右侧车道设置为右转专用车道；令

仅在车道1至车道N设置预信号停车线及信号灯；右转车不受预信号的控制，可以直接到达主信号停车线；

其中Q^m*为可以设置右转专用车道的最小右转车流量；

如果Q^m＜Q^m*，该进口方向不设置右转专用车道；令

在车道1至车道N设置预信号停车线及信号灯，右转车仅允许驶入预信号停车线后的最右侧车道以及待行区内的最右侧车道；

步骤一三、为每条车道进行编号；具体过程为：

沿着交通流行进方向，将待行区内最左侧的车道编号为m₁，最右侧的车道编号为m_N；在预信号停车线后，将最左侧的车道编号为p₁，最右侧的车道编号为p_N；

步骤一四、计算预信号停车线后所需的左转车道数N^l：

式中：Round(·)为四舍五入函数；

步骤一五、计算预信号停车线后所需的直行车道数N^t：

N^t＝N-N^l (2)。

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Q^m*取值为100辆/h。

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：所述步骤二中基于步骤一确定的串联交叉口各个进口不同流向交通流的车道数，确定预信号停车线后备选车道渠化方案集；具体过程为：

步骤二一、根据公式(3)计算预信号停车线后可行的车道渠化方案总数η；

式中：Com表示组合符号；！表示阶乘；

步骤二二、判断每个可行的车道渠化方案中车道p_i的类型；

如果车道p_i允许左转车流通行，则令θ(p_i)＝0；

如果车道p_i允许直行或直右混合车流通行，则令θ(p_i)＝1；

其中，1≤i≤N；θ(p_i)为车道属性标识；

步骤二三、定义指标变量ρ(p_i,p_i+1)的取值；

取值方式如公式(4)所示：

式中：ρ(p_i,p_i+1)＝0表示车道p_i与车道p_i+1不存在具有相同流向的机动车，ρ(p_i,p_i+1)＝1表示车道p_i与车道p_i+1存在具有相同流向的机动车；

步骤二四、对于一个可行的车道渠化方案，其指标变量ρ的计算方法如公式(5)所示：

步骤二五、计算所有可行方案的指标变量ρ的最小值，用ρ*表示；

步骤二六、寻找指标变量ρ等于ρ*的方案的编号，存放在矩阵

的前J个元素中，作为备选车道渠化方案(矩阵

中前J个元素的取值为备选方案的编号)。

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：所述步骤二五中计算所有可行方案的指标变量ρ的最小值，用ρ*表示；具体过程为：

步骤二五一.令x＝1；x为每个可行的车道渠化方案的编号(1≤x≤η)；

步骤二五二.根据公式(5)计算第x个可行的车道渠化方案的指标变量ρ，记为ρ(x)；

步骤二五三.令x＝x+1；判断x是否大于η；如果是，则进入步骤二五四；否则返回步骤步骤二五二；

步骤二五四.计算指标最小值ρ*，如公式(6)所示：

ρ*＝min[ρ(1),ρ(2),…,ρ(x),…ρ(η)] (6)。

其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述步骤二六中寻找指标变量ρ等于ρ*的方案的编号，存放在矩阵

的前J个元素中，作为备选车道渠化方案(矩阵

中前J个元素的取值为备选方案的编号)；具体过程为：

步骤二六一.令j＝1；J＝0；定义矩阵

式中：zeros(1,η)为生成一个1行、η列，且全部元素为0的矩阵；

步骤二六二.判断j是否大于η，如果是，则进入步骤三；否则，进入步骤二六三；

步骤二六三.判断ρ(j)是否等于ρ*；如果是，则J＝J+1，

进入步骤二六四；否则直接进入步骤二六四；

步骤二六四.令j＝j+1，返回步骤二六二；

生成的备选方案集中的方案数量可以只有1个，也可以有多个；

如果J＝1，备选方案集中，只有一个方案，方案编号为

那么它就是最优的方案；

如果有多个方案，在多个备选方案中进一步寻找更优的，即步骤三。

其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是，所述步骤三中基于步骤二确定的预信号停车线后备选车道渠化方案集，优选最佳的预信号停车线后的车道渠化方案；具体过程为：

步骤三一、找到各备选车道渠化方案的最小左转车道编号，存放在矩阵

中；具体过程为：

步骤三一一.令k＝1；k为备选车道渠化方案的编号(1≤k≤J)；定义矩阵

步骤三一二.重新令i＝1；i为车道编号(1≤i≤N)；

步骤三一三.对于第

个备选车道渠化方案，判断θ(p_i)是否等于0；如果等于0，则令

进入步骤三一五；如果等于1，则进入步骤三一四；

步骤三一四.令i＝i+1；返回步骤三一三；

步骤三一五.令k＝k+1；判断k是否大于J(是步骤二六输出的J,它的取值等于得到的备选方案的个数)；如果是，则进入步骤三二；否则，返回步骤三一二；

步骤三二、确定最优车道渠化方案；具体过程为：

步骤三二一.对比各个备选渠化方案的左转车道最小编号，定义最小值为φ^*：

步骤三二二.令y＝1；

步骤三二三.判断

是否等于φ^*，如果是，则进入步骤三二五；否则，进入步骤三二四；

步骤三二四.令y＝y+1；返回步骤三二三；

步骤三二五.第

种车道渠化方案即为最优方案。

其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。

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 (6)

1.一种串联交叉口预信号停车线后进口车道渠化方法，其特征在于：所述方法具体过程为：

步骤一、确定串联交叉口各个进口不同流向交通流的车道数；

步骤二、基于步骤一确定的串联交叉口各个进口不同流向交通流的车道数，确定预信号停车线后备选车道渠化方案集；

步骤三、基于步骤二确定的预信号停车线后备选车道渠化方案集，选取最佳的预信号停车线后的车道渠化方案；

所述步骤一中确定串联交叉口各个进口不同流向交通流的车道数；具体过程为：

步骤一一、调查一个进口道的左转、直行、右转机动车的高峰小时流量，分别用Q^l、Q^t、Q^m表示，单位是辆/h；

串联交叉口一个进口方向的车道总数用

表示；

步骤一二、如果

则将交通流行进方向的最右侧车道设置为右转专用车道；令

仅在车道1至车道N设置预信号停车线及信号灯；右转车不受预信号的控制，直接到达主信号停车线；

其中

为可以设置右转专用车道的最小右转车流量；

如果

该进口方向不设置右转专用车道；令

在车道1至车道N设置预信号停车线及信号灯，右转车仅允许驶入预信号停车线后的最右侧车道以及待行区内的最右侧车道；

步骤一三、为每条车道进行编号；具体过程为：

沿着交通流行进方向，将待行区内最左侧的车道编号为m₁，最右侧的车道编号为m_N；在预信号停车线后，将最左侧的车道编号为p₁，最右侧的车道编号为p_N；

步骤一四、计算预信号停车线后所需的左转车道数N^l：

式中：Round(·)为四舍五入函数；

步骤一五、计算预信号停车线后所需的直行车道数N^t：

N^t＝N-N^l (2)。

2.根据权利要求1所述一种串联交叉口预信号停车线后进口车道渠化方法，其特征在于：所述

取值为100辆/h。

3.根据权利要求2所述一种串联交叉口预信号停车线后进口车道渠化方法，其特征在于：所述步骤二中基于步骤一确定的串联交叉口各个进口不同流向交通流的车道数，确定预信号停车线后备选车道渠化方案集；具体过程为：

步骤二一、根据公式(3)计算预信号停车线后可行的车道渠化方案总数η；

式中：Com表示组合符号；！表示阶乘；

步骤二二、判断每个可行的车道渠化方案中车道p_i的类型；

如果车道p_i允许左转车流通行，则令θ(p_i)＝0；

如果车道p_i允许直行或直右混合车流通行，则令θ(p_i)＝1；

其中，1≤i≤N；θ(p_i)为车道属性标识；

步骤二三、定义指标变量ρ(p_i,p_i+1)的取值；

取值方式如公式(4)所示：

式中：ρ(p_i,p_i+1)＝0表示车道p_i与车道p_i+1不存在具有相同流向的机动车，ρ(p_i,p_i+1)＝1表示车道p_i与车道p_i+1存在具有相同流向的机动车；

步骤二四、对于一个可行的车道渠化方案，其指标变量ρ的计算方法如公式(5)所示：

步骤二五、计算所有可行方案的指标变量ρ的最小值，用ρ*表示；

步骤二六、寻找指标变量ρ等于ρ*的方案的编号，存放在矩阵

的前J个元素中，作为备选车道渠化方案。

4.根据权利要求3所述一种串联交叉口预信号停车线后进口车道渠化方法，其特征在于：所述步骤二五中计算所有可行方案的指标变量ρ的最小值，用ρ*表示；具体过程为：

步骤二五一.令x＝1；x为每个可行的车道渠化方案的编号；

步骤二五二.根据公式(5)计算第x个可行的车道渠化方案的指标变量ρ，记为ρ(x)；

步骤二五三.令x＝x+1；判断x是否大于η；如果是，则进入步骤二五四；否则返回步骤二五二；

步骤二五四.计算指标最小值ρ*，如公式(6)所示：

ρ*＝min[ρ(1),ρ(2),…,ρ(x),…ρ(η)] (6)。

5.根据权利要求4所述一种串联交叉口预信号停车线后进口车道渠化方法，其特征在于：所述步骤二六中寻找指标变量ρ等于ρ*的方案的编号，存放在矩阵

的前J个元素中，作为备选车道渠化方案；具体过程为：

步骤二六一.令j＝1；J＝0；定义矩阵

式中：zeros(1,η)为生成一个1行、η列，且全部元素为0的矩阵；

步骤二六二.判断j是否大于η，如果是，则进入步骤三；否则，进入步骤二六三；

步骤二六三.判断ρ(j)是否等于ρ*；如果是，则J＝J+1，

进入步骤二六四；否则进入步骤二六四；

步骤二六四.令j＝j+1，返回步骤二六二。

6.根据权利要求5所述一种串联交叉口预信号停车线后进口车道渠化方法，其特征在于：所述步骤三中基于步骤二确定的预信号停车线后备选车道渠化方案集，选取最佳的预信号停车线后的车道渠化方案；具体过程为：

步骤三一、找到各备选车道渠化方案的最小左转车道编号，存放在矩阵

中；具体过程为：

步骤三一一.令k＝1；k为备选车道渠化方案的编号；定义矩阵

步骤三一二.重新令i＝1；i为车道编号，1≤i≤N；

步骤三一三.对于第

个备选车道渠化方案，判断θ(p_i)是否等于0；如果等于0，则令

进入步骤三一五；如果等于1，则进入步骤三一四；

步骤三一四.令i＝i+1；返回步骤三一三；

步骤三一五.令k＝k+1；判断k是否大于J；如果是，则进入步骤三二；否则，返回步骤三一二；

步骤三二、确定最优车道渠化方案；具体过程为：

步骤三二一.对比各个备选渠化方案的左转车道最小编号，定义最小值为φ^*：

步骤三二二.令y＝1；

步骤三二三.判断

是否等于φ^*，如果是，则进入步骤三二五；否则，进入步骤三二四；

步骤三二四.令y＝y+1；返回步骤三二三；

步骤三二五.第

种车道渠化方案即为最优方案。

Images