CN112085955A - 一种连续流交叉口的渠化设计优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种连续流交叉口的渠化设计方法,包括⑴计算连续流交叉口处移位过渡段的初始取值范围,⑵依据连续流交叉口道路条件与几何设计及交通量确定最佳配时周期,⑶结合交通流传播规律得到直行车流排队长度以及⑷计算相位差与移位过渡段的最大值,最后将⑴与⑷的取值范围取其交集最终获得连续流交叉口处移位过渡段的长度范围;本发明是一种满足移位车流安全运行需求的渠化设计方法,使连续流交叉口处交通组织更加安全顺畅,提升了交叉口通行效率,降低了车辆延误,推动了连续流交叉口的应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种连续流交叉口的渠化设计方法,属于交通组织领域。
背景技术
交叉口是各方向各类交通流实现转向与集散功能的关键节点,是城市道路交通的最大瓶颈,尤其是高负荷的平面信号控制交叉口,目前绝大多数平面交叉口通常采用传统交通渠化设计方法,其中左转车流在过渡路段实现变道功能时需满足的安全净距设计要求在中国《城市道路交叉口规划规范GB50647-2011》和《城市道路交叉口设计规程CJJ 152-2010》中均有相关规定,这种传统的平面信号控制交叉口渠化设计方法已然广泛应用,相关技术成果已经较为成熟。
为实现城市道路有限时空资源的优化配置,提出了诸多策略与措施,例如宏观上进行交通需求管理(拥堵收费、错峰出行等)与交通系统管理(TOD策略、共享交通与绿色出行等),微观上实施逆向可变车道、信号绿波协调控制等。但因部分交叉口时空资源限制严重,传统治堵措施收效甚微,需要因地制宜选择新型交通改善措施以缓解交通负荷,连续流交叉口设计则应运而生。连续流交叉口(Continuous Flow Intersection,CFI)是一种非常前沿的交通组织优化方法,又称移位左转,适用于慢行干扰小、交通负荷大、道路空间足的城市交叉口,其将左转车道外移至对向直行车道外侧,使原交叉口直行与左转车流的冲突转移到路段,扩大冲突空间,稀释冲突点密度,使交叉口对向直行与左转车流得以同时通行,减少信号配时方案相位数,进而提高时空资源利用率。连续流交叉口交通组织比较独特,需合理设置指示/诱导标志、特殊标志标线辅助驾驶员安全顺利通过。
目前,连续流交叉口的实践应用美国约有40多例,国内仅有3例(深圳2例,海口1例),交叉口通行量均超过20%,治堵效果明显;但针对连续流交叉口处移位过渡段的长度控制主要凭借经验取值,缺乏合理科学的优化设计方法。因此,在此背景下,本发明提供一种连续流交叉口的渠化设计优化方法。
发明内容
本发明提供一种连续流交叉口的渠化设计方法,计算出连续流交叉口处移位左转车辆得以安全通行的过渡段长度,以避免移位左转车流与对向直行车流的冲突发生,从而稀释了冲突点密度,减少相位数,降低车均延误,提高了交叉口通行效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种连续流交叉口的渠化设计方法,包括以下步骤:
第一步,将连续流交叉口定义为主交叉口A和子交叉口B,其中连续流交叉口处移位过渡段L位于子交叉口B的西侧,主交叉口A位于子交叉口B的北部;
第二步,根据移位左转车流从移位位置到移位完成位置的横移宽度L0、左转车流在预信号控制子交叉口的设计速度VD以及运行车速折减系数β计算得出连续流交叉口处移位过渡段L的初始取值范围;
第三步,根据交叉口各方向的交通流量,获取最佳信号周期时长C0,通过获得的最佳信号周期时长C0计算获取单条直行车道在交叉口的通行能力Cs,其中信号周期时长为主交叉口A与子交叉口B的共同信号周期TC;
第四步,将子交叉口B处北进口直行车流的到达流率u、子交叉口B处的通行流率s、子交叉口B处的红灯时长tr、主交叉口A东进口左转车流进入子交叉口B排队的交通量QS、信号周期时长TC、子交叉口B处的车道数NT以及主交叉口A处北进口直行车辆从停车线行驶到子交叉口B处北进口停车线的距离L4输入模型中,得出子交叉口B处北进口直行车流红灯期间最大的排队长度L1以及主交叉口A东进口左转车辆导致的排队长度L2;
第五步,通过第四步得出的数据以及子交叉口B处南进口左转车辆实现移位变道时的平均运行车速VL、主交叉口A处北进口直行车辆平均车速VT、车辆启动损失时间td、主交叉口A直行单车道排队车辆数n,排队状态下平均车头间距DH、标准车辆车身平均长度DS以及排队车辆从绿灯开启时刻到队尾最后一辆车启动时刻所用时长tW,获取排队车辆启动波的传递速度VW、子交叉口B处北进口直行排队车辆的启动波从队首传递到队尾所耗时长TBT、主交叉口A北进口直行的绿灯相位比子交叉口B北进口直行提前开启的相位差最终得出连续流交叉口处移位过渡段的最大值;
第六步,将第二步中获取的连续流交叉口处移位过渡段的初始取值范围与第五步中获取的连续流交叉口处移位过渡段的最大值相结合,取其交集,得出续流交叉口处移位过渡段的范围;
作为本发明的进一步优选,在第二步中,运行车速折减系数β在车速小于或者等于60km/h的城市道路上其取值为50%-70%,则所述的连续流交叉口处移位过渡段L的初始取值范围计算公式为:
其中,VD为左转车流在预信号控制子交叉口的设计速度,β为运行车速折减系数,L0为移位左转车流从移位位置到移位完成位置的横移宽度;
作为本发明的进一步优选,第三步中,获取的最佳信号周期时长C0模型为
其中,Ls为单周期损失时间,Y为单周期内各相位关键车流负荷度yi之和,公式(2)中
Ii=ti0+ti1 (4)
其中,li为相位i启动损失时长,Ii为相位i绿灯间隔,a为黄灯时长,m为单周期相位数,ti0为基本间隔时间,即本相位关键车流最后一辆车与下一相位第一辆车通过各自停车线的时间差,ti1为路口腾空时间,即车辆从停车线到空间冲突点的时间差;
通过获得的最佳信号周期时长C0计算获取单条直行车道在交叉口的通行能力Cs
则在交叉口处,直-右车道通行能力Csr=Cs,直-左车道通行能力Csl=Cs(1-βl/2),有专用左转或右转车道的进口道总通行能力Celr=∑Cs/(1-βl-βr),专用左转车道通行能力Cl=Celrβl,专用右转车道通行能力Cr=Celrβr,其中βl表示某方向进口道左转交通量占该进口道总通行能力的比例,βr分别表示某方向进口道右转交通量占该进口道总通行能力的比例;
作为本发明的进一步优选,第四步中,用于计算L1、L2的计算模型分别为
其中,L1为子交叉口B处北进口直行车流红灯期间最大的排队长度,L2为主交叉口A东进口左转车辆导致的排队长度,u为子交叉口B处北进口直行车流的到达流率,s为子交叉口B处的通行流率,tr为子交叉口B处的红灯时长,QS为主交叉口A东进口左转车流进入子交叉口B排队的交通量,TC为信号周期时长,NT为子交叉口B处的车道数;
作为本发明的进一步优选,第五步中,获取连续流交叉口处移位过渡段L的计算模型为
其中,VL为子交叉口B处南进口左转车辆实现移位变道时的平均运行车速,VT为主交叉口A处北进口直行车辆平均车速,td为车辆启动损失时间;
获取排队车辆启动波的传递速度VW的计算模型为
其中,n为主交叉口A直行单车道排队车辆数,DH为排队状态下平均车头间距,DS为标准车辆车身平均长度,tW为排队车辆从绿灯开启时刻到队尾最后一辆车启动时刻所用时长;获取子交叉口B处北进口直行排队车辆的启动波从队首传递到队尾所耗时长TBT的计算模型为
其中,VW为排队车辆启动波的传递速度,L1为子交叉口B处北进口直行车流红灯期间最大的排队长度,L2为主交叉口A东进口左转车辆导致的排队长度;
其中,L3=L4-(L1+L2),L4为主交叉口A处北进口直行车辆从停车线行驶到子交叉口B处北进口停车线的距离,L1为子交叉口B处北进口直行车流红灯期间最大排队长度,L2为主交叉口A东进口左转车辆导致的排队长度。
通过以上技术方案,相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
本发明提供的连续流交叉口的渠化设计优化方法,综合考虑了交通量、运行车速、最大排队长度、启动波传递速度、启动损失、到达率、通行率、信号配时周期以及相位差等诸多元素,再将这些元素与交通流消散或者集结波动态传递规律结合,使得提供的渠化设计优化方法科学合理,提高了连续流交叉口的通行效率,降低了车辆的延误,有效缓解了城市拥堵状态。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明提供的适用连续流交叉口的交通渠化设计示意图;
图2是本发明提供的适用连续流交叉口的信号配时方案示意图;
图3是本发明提供的优选实施例中在主交叉口A处的交通流量示意图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成。
由于目前针对连续流交叉口处移位过渡段的长度控制主要是凭借经验进行取值,因此本申请旨在提供一种连续流交叉口的渠化设计优化方法,以科学合理的方式实现连续流交叉口通行效率的提高,进而推动此优化方法的实践推广。
图1所示,是本发明提供的一种优选实施例,关于连续流交叉口交通渠化设计方式、车道数等基础道路交通环境的示意图,首先将连续流交叉口定义为主交叉口A和子交叉口B,其中连续流交叉口处移位过渡段L位于子交叉口B的西侧,主交叉口A位于子交叉口B的北部;
在图1中,还涉及到以下几个示意定义,在子交叉口B处,移位左转车流从移位位置到移位完成位置的横移宽度为L0,主交叉口A处北进口直行车辆从停车线行驶到子交叉口B处北进口停车线的距离为L4,子交叉口B处北进口直行车流红灯期间最大的排队长度为L1,主交叉口A东进口左转车辆导致的排队长度为L2;
第一步,首先依据《城市道路交叉口设计规范》要求,输入移位左转车流从移位位置到移位完成位置的横移宽度(m)为L0、左转车流在预信号控制子交叉口的设计速度(km/h)为VD以及运行车速折减系数为β计算运行车辆进行安全变道时渐变段长度,以此得到连续流交叉口处移位过渡段L的初始取值范围,
在优选实施例中,运行车速折减系数β在车速小于或者等于60km/h的城市道路上其取值为50%-70%,则所述的连续流交叉口处移位过渡段L的初始取值范围计算公式为:
其中,VD为左转车流在预信号控制子交叉口的设计速度,β为运行车速折减系数,L0为移位左转车流从移位位置到移位完成位置的横移宽度。
第二步,根据交叉口各方向的交通流量以及交叉口道路几何参数,计算获取最佳信号周期时长C0,此处的最佳信号周期时长C0即为主交叉口A与子交叉口B的共同信号周期TC(其中,TC=C0=TA=TB,TA为在主交叉口A处的信号周期时长,TB为在子交叉口B处的信号周期时长),基于上述同时得到主交叉口A以及子交叉口B处的具体信号配时方案,以及单条直行车道在交叉口的通行能力Cs;
其中,获取最佳信号周期时长C0的模型如公式(2)-(4)所示
公式(2)中,Ls为单周期损失时间(s),Y为单周期内各相位关键车流负荷度yi之和,公式(2)中
Ii=ti0+ti1 (4)
公式(3)和(4)中,li为相位i启动损失时长(s),Ii为相位i绿灯间隔(s),a为黄灯时长(s),m为单周期相位数,ti0为基本间隔时间,即本相位关键车流最后一辆车与下一相位第一辆车通过各自停车线的时间差,ti1为路口腾空时间,即车辆从停车线到空间冲突点的时间差(s);
在获取具体信号配时方案时,单周期内各相位关键车流的最大负荷度为V/C,在计算关键车流单车道负荷度时,考虑车道的数量与宽度等折减系数进行修正,依据各相位关键车流单车道负荷度yi占Y的比值确定各相位绿灯时间,同时需要综合考虑行车安全与慢行过街安全等最短时间限制条件,从而确定最终信号配时方案。
接着公式(5)通过获得的最佳信号周期时长C0计算获取单条直行车道在交叉口的通行能力Cs(pcu/h)
则在交叉口处,直-右车道通行能力Csr=Cs,直-左车道通行能力Csl=Cs(1-βl/2),有专用左转或右转车道的进口道总通行能力Celr=∑Cs/(1-βl-βr),专用左转车道通行能力Cl=Celrβl,专用右转车道通行能力Cr=Celrβr,其中βl表示某方向进口道左转交通量占该进口道总通行能力的比例,βr分别表示某方向进口道右转交通量占该进口道总通行能力的比例。
第三步,将子交叉口B处北进口直行车流的到达流率u(pcu/h)、子交叉口B处的通行流率s(pcu/h)、子交叉口B处的红灯时长tr(s)、主交叉口A东进口左转车流进入子交叉口B排队的交通量QS(pcu/h)、信号周期时长TC(s)、子交叉口B处的车道数NT以及主交叉口A处北进口直行车辆从停车线行驶到子交叉口B处北进口停车线的距离L4(m)输入模型中,得出子交叉口B处北进口直行车流红灯期间最大的排队长度L1(m)以及主交叉口A东进口左转车辆导致的排队长度L2(m);
前述用于计算L1、L2的计算模型分别为
公式(6)(7)中,L1为子交叉口B处北进口直行车流红灯期间最大的排队长度,L2为主交叉口A东进口左转车辆导致的排队长度,u为子交叉口B处北进口直行车流的到达流率(pcu/h),s为子交叉口B处的通行流率(pcu/h),tr为子交叉口B处的红灯时长(s),QS为主交叉口A东进口左转车流进入子交叉口B排队的交通量(pcu/h),TC为信号周期时长(s),NT为子交叉口B处的车道数;
前述如图1中所示的L3距离为L3=L4-(L1+L2)。
第四步,通过第三步得出的数据以及子交叉口B处南进口左转车辆实现移位变道时的平均运行车速VL(m/s)、主交叉口A处北进口直行车辆平均车速VT(m/s)、车辆启动损失时间td(s)、主交叉口A直行单车道排队车辆数n,排队状态下平均车头间距DH(m)、标准车辆车身平均长度DS(m)以及排队车辆从绿灯开启时刻到队尾最后一辆车启动时刻所用时长tW(s),计算获取排队车辆启动波的传递速度VW(m/s)、子交叉口B处北进口直行排队车辆的启动波从队首传递到队尾所耗时长TBT(s)、主交叉口A北进口直行的绿灯相位比子交叉口B北进口直行提前开启的相位差最终得出连续流交叉口处移位过渡段的最大值;
具体的获取连续流交叉口处移位过渡段的计算模型为
公式(8)中,VL为子交叉口B处南进口左转车辆实现移位变道时的平均运行车速(m/s),VT为主交叉口A处北进口直行车辆平均车速(m/s),td为车辆启动损失时间(s);
获取排队车辆启动波的传递速度VW的计算模型为
公式(9)中,n为主交叉口A直行单车道排队车辆数,DH为排队状态下平均车头间距(m),DS为标准车辆车身平均长度(m),tW为排队车辆从绿灯开启时刻到队尾最后一辆车启动时刻所用时长(s);
获取子交叉口B处北进口直行排队车辆的启动波从队首传递到队尾所耗时长TBT的计算模型为
公式(10)中,VW为排队车辆启动波的传递速度(m/s),L1为子交叉口B处北进口直行车流红灯期间最大的排队长度(m),L2为主交叉口A东进口左转车辆导致的排队长度(m);
公式(11)中,L3=L4-(L1+L2),L4为主交叉口A处北进口直行车辆从停车线行驶到子交叉口B处北进口停车线的距离,L1为子交叉口B处北进口直行车流红灯期间最大排队长度,L2为主交叉口A东进口左转车辆导致的排队长度。
第五步,将第一步中获取的连续流交叉口处移位过渡段的初始取值范围与第四步中获取的连续流交叉口处移位过渡段的最大值相结合,取其交集,得出续流交叉口处移位过渡段的范围。
案例具体说明:
为了简化优选实施例的案例说明,现在在图1中,令所有机动车道宽度为3.5米,第二步中涉及到的在主交叉口A以及子交叉口B处信号配时方案及相位相序如图2所示,在主交叉口A处各方向的机动车流量如图3所示,按照设置移位左转车道后最大化总通行能力为目标,进行移位左转车流移位变道过渡段长度的计算,将优选实施例中涉及到的各个参数具体化,输入的具体参数如下表:
结合所输入的参数,本实施例具体优化设计过程如下:
在公式(1)中,计算得出L的初始取值范围;
令主交叉口A处的原始配时方案为:TA1=36s,TA2=20s,TA3=25s,黄灯3s,则周期长度为90s,结合图3中该交叉口具体流量情况与公式(5)计算得主交叉口A各方向V/C比值如下:
由上表可知东西进口道的左转流量比与直行流量比比较接近,且均比较小,故考虑将第二相位与第三相位合并为第二相位(y2=0.22),主交叉口A的各相位关键流量比之和Y=y1+y2=0.83,依据公式(2)-(4)计算最佳信号周期;
Ii=ti0+ti1 (4)
Ii=5s,则依据公式(3)、(4)得Ls=10.5s,带入公式(2)求得C0=125s,依据两相位的流量比分配119s(125-2*3=119s),可得主交叉口A的第一、第二相位绿灯时长分别为TA1=119*0.61/0.83=87s、TA2=119-87=32s;同理,因共同信号协调控制周期TC=C0=TA=TB=125s,子交叉口B处北直行流量由主交叉口A处的北直行流量与东左转流量之和,其值=950+60=1010(pcu/h),则子交叉口B处第一、第二相位绿灯时长分别为TB1=119*1010/(1010+500)=80s,TB2=119-80=39s。
L1、L2依据公式(6)、(7)计算;
则L3=L4-(L1+L2)=74-(11+7)=56m;
子交叉口B处,排队车辆启动波的传递速度VW(m/s)、子交叉口B处北进口直行排队车辆的启动波从队首传递到队尾所耗时长TBT(s)、主交叉口A北进口直行的绿灯相位比子交叉口B北进口直行提前开启的相位差连续流交叉口处移位过渡段L计算模型如公式(8)~(11)所示;
综上所述:将公式(8)结合公式(1)得出本实施例中连续流交叉口处移位左转车流的过渡段长度L的取值范围为:36m≤L≤63m。
本技术领域技术人员可以理解,除非另外定义,这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是,诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义,并且除非像这里一样定义,不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (5)
1.一种连续流交叉口的渠化设计方法,其特征在于:包括以下步骤:
第一步,将连续流交叉口定义为主交叉口A和子交叉口B,其中连续流交叉口处移位过渡段L位于子交叉口B的西侧,主交叉口A位于子交叉口B的北部;
第二步,根据移位左转车流从移位位置到移位完成位置的横移宽度L0、左转车流在预信号控制子交叉口的设计速度VD以及运行车速折减系数β计算得出连续流交叉口处移位过渡段L的初始取值范围;
第三步,根据交叉口各方向的交通流量,获取最佳信号周期时长C0,通过获得的最佳信号周期时长C0计算获取单条直行车道在交叉口的通行能力Cs,其中信号周期时长为主交叉口A与子交叉口B的共同信号周期TC;
第四步,将子交叉口B处北进口直行车流的到达流率u、子交叉口B处的通行流率s、子交叉口B处的红灯时长tr、主交叉口A东进口左转车流进入子交叉口B排队的交通量QS、信号周期时长TC、子交叉口B处的车道数NT以及主交叉口A处北进口直行车辆从停车线行驶到子交叉口B处北进口停车线的距离L4输入模型中,得出子交叉口B处北进口直行车流红灯期间最大的排队长度L1以及主交叉口A东进口左转车辆导致的排队长度L2;
第五步,通过第四步得出的数据以及子交叉口B处南进口左转车辆实现移位变道时的平均运行车速VL、主交叉口A处北进口直行车辆平均车速VT、车辆启动损失时间td、主交叉口A直行单车道排队车辆数n,排队状态下平均车头间距DH、标准车辆车身平均长度DS以及排队车辆从绿灯开启时刻到队尾最后一辆车启动时刻所用时长tW,获取排队车辆启动波的传递速度VW、子交叉口B处北进口直行排队车辆的启动波从队首传递到队尾所耗时长TBT、主交叉口A北进口直行的绿灯相位比子交叉口B北进口直行提前开启的相位差最终得出连续流交叉口处移位过渡段的最大值;
第六步,将第二步中获取的连续流交叉口处移位过渡段的初始取值范围与第五步中获取的连续流交叉口处移位过渡段的最大值相结合,取其交集,得出续流交叉口处移位过渡段的范围。
3.根据权利要求2所述的连续流交叉口的渠化设计方法,其特征在于:第三步中,获取的最佳信号周期时长C0模型为
其中,Ls为单周期损失时间,Y为单周期内各相位关键车流负荷度yi之和,公式(2)中
Ii=ti0+ti1 (4)
其中,li为相位i启动损失时长,Ii为相位i绿灯间隔,a为黄灯时长,m为单周期相位数,ti0为基本间隔时间,即本相位关键车流最后一辆车与下一相位第一辆车通过各自停车线的时间差,ti1为路口腾空时间,即车辆从停车线到空间冲突点的时间差;
通过获得的最佳信号周期时长C0计算获取单条直行车道在交叉口的通行能力Cs
则在交叉口处,直-右车道通行能力Csr=Cs,直-左车道通行能力Csl=Cs(1-βl/2),有专用左转或右转车道的进口道总通行能力Celr=∑Cs/(1-βl-βr),专用左转车道通行能力Cl=Celrβl,专用右转车道通行能力Cr=Celrβr,其中βl表示某方向进口道左转交通量占该进口道总通行能力的比例,βr分别表示某方向进口道右转交通量占该进口道总通行能力的比例。
5.根据权利要求4所述的连续流交叉口的渠化设计方法,其特征在于:第五步中,获取连续流交叉口处移位过渡段L的计算模型为
其中,VL为子交叉口B处南进口左转车辆实现移位变道时的平均运行车速,VT为主交叉口A处北进口直行车辆平均车速,td为车辆启动损失时间;
获取排队车辆启动波的传递速度VW的计算模型为
其中,n为主交叉口A直行单车道排队车辆数,DH为排队状态下平均车头间距,DS为标准车辆车身平均长度,tW为排队车辆从绿灯开启时刻到队尾最后一辆车启动时刻所用时长;
获取子交叉口B处北进口直行排队车辆的启动波从队首传递到队尾所耗时长TBT的计算模型为
其中,VW为排队车辆启动波的传递速度,L1为子交叉口B处北进口直行车流红灯期间最大的排队长度,L2为主交叉口A东进口左转车辆导致的排队长度;
其中,L3=L4-(L1+L2),L4为主交叉口A处北进口直行车辆从停车线行驶到子交叉口B处北进口停车线的距离,L1为子交叉口B处北进口直行车流红灯期间最大排队长度,L2为主交叉口A东进口左转车辆导致的排队长度。
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