CN112150809B - 一种城市快速路短距离出行控制方法 - Google Patents

Abstract

一种城市快速路短距离出行控制方法，它属于交通工程领域。本发明解决了目前城市快速路的交通压力大、通行效率低的问题。本发明通过设置标线和下匝道标志牌使得车辆在短距离出行时快速路行驶所用的时间大于在相应辅路出行的时间，使得车辆在短距离出行时选择辅路不选择快速路出行，以达到约束城市快速路短距离出行、减轻快速路交通压力、提高快速路通行效率的目的。本发明可以应用于交通工程领域。

Description

一种城市快速路短距离出行控制方法

技术领域

本发明属于交通工程领域，具体涉及一种城市快速路短距离出行控制方法。

背景技术

随着城市交通需求的不断增加，城市快速路兴建起来并成为城市交通的重要纽带。由于快速路出入口汇入汇出的便捷性，导致城市大量短距离出行驶入快速路，一是造成城市快速路高峰期交通量过大而造成拥挤，弱化了城市快速路服务城市中长距离交通的特性；二是短距离交通在出入口的汇入汇出需要频繁变道，导致其与主线车流交织过多，增加了快速路的交通压力，降低了快速路的通行效率；三是驶入驶出快速路前，会对与快速路相连道路产生大量交通负担，造成局部交通拥堵。城市快速路短距离交通不但给快速路匝道、主线带来交通压力，而且影响了快速路相连道路的顺畅运行。

目前对于现有快速路短距离出行控制仅有建议性方案，并没有明确的解决方法和策略，同时在多路径交通分配模型上，目前存在避免快速路短距离出行的有效多路径路权值理论计算方法，但无实际的解决措施。

发明内容

本发明的目的是为解决目前城市快速路的交通压力大、通行效率低的问题，而提出了一种城市快速路短距离出行控制方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种城市快速路短距离出行控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、城市快速路短距离出行评定

收集快速路车辆行驶数据，实时计算车辆在快速路的交织区运行总时间与车辆在整个快速路上运行总时间的比值，将计算出的比值与车辆在快速路上的运行距离进行曲线拟合，拟合曲线斜率的最大值所对应的运行距离即为快速路短距离出行的最大距离；

若快速路入口匝道A和出口匝道B的距离L小于计算出的最大距离，则继续执行步骤二，否则不需要对入口匝道A和出口匝道B之间的快速路进行处理；

步骤二、调查快速路及快速路辅路的交通状况和信号配时情况；

步骤三、根据步骤二的调查结果计算车辆在快速路短距离出行时间T_快和在快速路辅路短距离出行时间T_辅；

步骤四、比较步骤三计算出的快速路短距离出行时间T_快和快速路辅路短距离出行时间T_辅，若快速路短距离出行时间T_快大于快速路辅路短距离出行时间T_辅，则不需要设置标线及下匝道标志牌；

若快速路短距离出行时间T_快小于等于快速路辅路短距离出行时间T_辅，则需要设置标线及下匝道标志牌，需要从出口匝道B下快速路的车辆在下匝道标志牌处转入快速路最外侧车道。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种城市快速路短距离出行控制方法，本发明通过设置标线和下匝道标志牌使得车辆在短距离出行时快速路行驶所用的时间大于在相应辅路出行的时间，使得车辆在短距离出行时选择辅路不选择快速路出行，以达到约束城市快速路短距离出行、减轻快速路交通压力、提高快速路通行效率的目的。

附图说明

图1是本发明方法的交通组织图；

图中，L1′为入口匝道A的长度，L3′为出口匝道B的长度，L2′为快速路主路的长度；

图2是散点拟合图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式。本实施方式所述的一种城市快速路短距离出行控制方法，该方法具体通过以下步骤实现：

步骤一、城市快速路短距离出行评定

收集快速路车辆行驶数据，实时计算车辆在快速路的交织区运行总时间与车辆在整个快速路上运行总时间的比值，将计算出的比值与车辆在快速路上的运行距离进行曲线拟合，拟合曲线斜率的最大值所对应的运行距离即为快速路短距离出行的最大距离；

若快速路入口匝道A和出口匝道B的距离L小于计算出的最大距离，则继续执行步骤二，否则不需要对入口匝道A和出口匝道B之间的快速路进行处理；

步骤二、调查快速路及快速路辅路的交通状况和信号配时情况；

步骤三、根据步骤二的调查结果计算车辆在快速路短距离出行时间T_快和在快速路辅路短距离出行时间T_辅；

步骤四、比较步骤三计算出的快速路短距离出行时间T_快和快速路辅路短距离出行时间T_辅，若快速路短距离出行时间T_快大于快速路辅路短距离出行时间T_辅，则不需要设置标线及下匝道标志牌；

若快速路短距离出行时间T_快小于等于快速路辅路短距离出行时间T_辅，则需要设置标线及下匝道标志牌，需要从出口匝道B下快速路的车辆在下匝道标志牌处转入快速路最外侧车道(右转进入快速路的最外侧车道)。

由于短距离出行时车辆在快速路交织区运行时间占整个快速路上行驶的时间比例较高，对快速路的运行影响较大，同时车辆对交织区影响也越大，因此，本发明提出了一种城市快速路短距离出行控制方法。

本实施方式首先对快速路匝道分布情况进行调查，并按快速路短距离出行中最短距离进行定义，将进出匝道距离属于短距离的进行区分；其次，对快速路主路和辅路的道路情况进行调查，明确快速路主路高峰时段平均行驶速度和最外侧车道行驶速度、辅路交叉口数量、辅路交通量、辅路出行距离、交叉口行驶距离、辅路运行平均车速、交叉口车辆运行平均速度、信号周期时间、有效绿灯时间；然后计算从快速路匝道A驶入到快速路匝道B下快速路所用时间T_快、交叉口平均延误时间t_d，从快速路辅路匝道入口A到出口B所用时间T_辅；最后对T_辅和T_快进行比较，对应若T_快大于T_辅则不采取措施。反之，则在AB之间内采取措施使T_快时间延长至超过T_辅以达到减少短距离出行的目的。

具体措施如下：在距匝道B前方ΔL处设置最外侧车道与次外侧车道虚实线(此处虚实线的作用是最外侧车道车辆可以驶入内侧车道，但内侧车道车辆不可以驶入外侧车道)，并在标线设置起点前50米设置下匝道提示标志，使得短距离出行先在快速路匝道A交织区进入快速路内，并通过下匝道提示标志提前转入最外侧车道，最后在B匝道下快速路，从而延长车辆在快速路行驶时间以达到约束短距离出行的目的。

对于在入口匝道A之前进入快速路的长距离出行车辆，如果想在出口匝道B下快速路，那么也要在标志牌处转入快速路的最外侧车道，对于长距离出行车辆来说，转入最外侧车道对车辆行驶时间影响不大，可以忽略不计。

若在入口匝道A之前还存在入口匝道C，入口匝道C与出口匝道B的距离也小于求得的最大距离，但是入口匝道C与出口匝道B的距离大于入口匝道A与出口匝道B的距离，则出口匝道B前方的标线和标志牌的位置基于入口匝道C和出口匝道B来计算，从入口匝道A进入的车辆，也从标志牌处转入最外侧车道。若在出口匝道B之后还存在出口匝道D，且入口匝道A与出口匝道D之间的距离也小于求得的最大距离，则在出口匝道D的前方也设置标线和标志牌，标线和标志牌的位置确定方法与上述相同。

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

其中：k为快速路车辆运行距离对车辆运行影响系数，即拟合曲线的斜率；

l为车辆在快速路上的运行距离；

t₀为车辆在快速路上的交织区运行的总时间；

t为车辆在快速路上运行的总时间；

s为t₀与t的比值；

寻找出拟合曲线斜率的最大值，最大值所对应的车辆运行距离即为快速路短距离出行的最大距离。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤二的具体过程为：

选取快速路辅路，并调查选取的快速路辅路的交通量、快速路辅路的出行总距离、快速路辅路上的交叉口行驶距离、快速路辅路非交叉口的车辆运行平均速度、快速路辅路的交叉口处车辆运行平均速度、快速路辅路上的交叉口数量以及各交叉口的通行能力(根据设计道路的等级得出其通行能力)；

调查快速路辅路的信号配时情况，信号配时情况包括快速路辅路交叉口的信号周期时间和有效绿灯时间；

调查出行高峰期车辆在快速路上的平均车速以及车辆在快速路的最外侧车道上行驶速度。

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：

设快速路入口匝道A和出口匝道B的距离为L，对应快速路辅路的距离为L₀，快速路辅路上共有N个交叉口；

在快速路出行高峰期时，车辆以快速路平均车速V₀从入口匝道A进入快速路，车辆在快速路短距离出行时间T_快的计算公式如公式(3)所示：

车辆在快速路辅路行驶时，所用时间包括车辆在非交叉口的通行时间T₁和车辆在交叉口的通行时间T₂，则快速路辅路短距离出行时间T_辅的计算公式如公式(4)所示：

其中：L₀为车辆在快速路辅路出行的总距离；

ΔS_i为车辆在第i个交叉口的行驶距离；

N为快速路辅路上的交叉口数量，i＝1，2，…，N；

t_di为车辆在第i个交叉口平均延误时间；

v₁为车辆在快速路辅路的非交叉口运行平均速度；

Δv为车辆在交叉口运行平均速度。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：所述车辆在第i个交叉口平均延误时间t_di的计算公式为：

其中：C_i为第i个交叉口的信号周期时间；

g_i为第i个交叉口的有效绿灯时间；

c_i为第i个交叉口的通行能力；

Q_i为第i个交叉口的交通量；

X_i为第i个交叉口的饱和度。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：所述设置标线及下匝道标志牌的具体位置为：

计算T_辅与T_快的差Δt，即

Δt＝T_辅-T_快 (7)

计算高峰期时车辆在快速路的平均车速V₀与快速路最外侧车道行驶速度V₂的差值ΔV'，即

ΔV'＝V₀-V₂ (8)

则设置标线的开始位置与出口匝道B的距离ΔL为：

ΔL＝Δt×ΔV' (9)

设置标线的结束位置为出口匝道B处，并在标线开始位置的前方50米处设置下匝道提示标志牌。

以某快速路段为例：

步骤一：城市快速路短距离评定方法

首先收集快速路车辆行驶数据，计算车辆在交织区运行的时间与车辆在整个快速路上运行的时间的比值，然后将比值与其行驶距离拟合，拟合曲线斜率最大值对应的运行距离即为此条快速路短距离出行的最大距离。计算公式(1)和(2)如下所示：

其中：k为快速路车辆行驶距离对车辆运行影响系数；

l为车辆在快速路上行驶距离；

t₀为车辆在快速路上交织时间；

t为车辆在快速路上运行时间。

本例所用数据参考某快速路的卡口数据和出租车GPS等数据，将数据进行拟合后如图2所示，从图2中可得切线斜率最大的点对应的横坐标即为快速路短距离出行的最远距离，其值为2km。

步骤二：调查快速路主路及其辅路的交通状况和信号配时情况

选取相应的快速路辅路，调查相应的交通量、辅路出行距离、交叉口行驶距离、辅路运行平均车速、交叉口车辆运行平均速度以及所经过的交叉口数量；信号配时情况调查则包括信号周期时间、有效绿灯时间，同时根据设计道路的等级得出其通行能力，紧接着对快速路高峰时期主路平均行驶速度、最外侧车道行驶速度进行调查。本例选取的快速路辅路有2个交叉口，信号配时情况如表1所示：(单位s)

表1

步骤三：比较快速路短距离出行时间和对应辅路出行时间

(1)计算快速路短距离出行所用时间T_快

快速路入口匝道A和出口匝道B的距离为2.4km(包括匝道长度)，在快速路出行高峰期时，以平均车速45km/h从匝道A进入快速路，其在快速路上所用的时间为T_快，其计算公式如公式(3)所示。

计算快速路短距离出行所用时间T_快为3.20min

(2)计算快速路辅路短距离出行时间T_辅

车辆在辅路行驶时，所用时间包括车辆正常通行时间T₁和交叉口的通行时间T₂，其计算公式如公式(4)所示。

其中：L₀为车辆在辅路出行的距离；

ΔS_i为车辆在交叉口行驶距离；

t_di为车辆在第i个交叉口平均延误时间；

v₁为车辆在辅路运行速度；

Δv为车辆在交叉口运行速度；

N为辅路交叉口数量。

交叉口平均延误时间t_di的计算公式如下：

其中：C_i为信号周期时间；

g_i为有效绿灯时间；

c_i为通行能力；

Q_i为交通量；

X_i为饱和度；

对应辅路的距离为2km，交叉口行驶距离为14m，辅路共有2个交叉口，有效绿灯时间为17s，车辆在辅路运行速度为30km/h，车辆在交叉口运行速度为15km/h，在第一个交叉口：车速为30km/h的道路通行能力为1600pcu/h，高峰时段交通量为1300pcu/h，在第二个交叉口，车速为30km/h的道路通行能力为1550pcu/h，高峰时段交通量为1250pcu/h，经计算两个交叉口的平均延误时间分别为17.03s和16.99s。

综上，根据公式计算快速路辅路短距离出行时间为4.62min。

步骤四：确定对应快速路标线设置始末位置及下匝道提示标志牌位置

由步骤三中计算的快速路短距离出行时间和快速路对应辅路出行时间可以看出，快速路短距离出行所用时间T_快小于快速路辅路短距离出行时间T_辅，计算两者的差值Δt，即Δt为1.42min，其次计算快速路高峰期平均车速V₀和快速路最外侧车道V₂的差值ΔV'，其中最外侧车道平均速度V₂为36km/h，即ΔV'为9km/h，然后计算设置标线的始末长度ΔL，即ΔL为213m，最后确定标线设置开始位置并在前方50米处设置下匝道提示标志牌。

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 (4)

1.一种城市快速路短距离出行控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、城市快速路短距离出行评定

收集快速路车辆行驶数据，实时计算车辆在快速路的交织区运行总时间与车辆在整个快速路上运行总时间的比值，将计算出的比值与车辆在快速路上的运行距离进行曲线拟合，拟合曲线斜率的最大值所对应的运行距离即为快速路短距离出行的最大距离；

若快速路入口匝道A和出口匝道B的距离L小于计算出的最大距离，则继续执行步骤二，否则不需要对入口匝道A和出口匝道B之间的快速路进行处理；

步骤二、调查快速路及快速路辅路的交通状况和信号配时情况；

步骤三、根据步骤二的调查结果计算车辆在快速路短距离出行时间T_快和在快速路辅路短距离出行时间T_辅；其具体过程为：

设快速路入口匝道A和出口匝道B的距离为L，对应快速路辅路的距离为L₀，快速路辅路上共有N个交叉口；

在快速路出行高峰期时，车辆以快速路平均车速V₀从入口匝道A进入快速路，车辆在快速路短距离出行时间T_快的计算公式如公式(3)所示：

车辆在快速路辅路行驶时，所用时间包括车辆在非交叉口的通行时间T₁和车辆在交叉口的通行时间T₂，则快速路辅路短距离出行时间T_辅的计算公式如公式(4)所示：

其中：L₀为车辆在快速路辅路出行的总距离；

ΔS_i为车辆在第i个交叉口的行驶距离；

N为快速路辅路上的交叉口数量，i＝1，2，…，N；

t_di为车辆在第i个交叉口平均延误时间；

v₁为车辆在快速路辅路的非交叉口运行平均速度；

Δv为车辆在交叉口运行平均速度；

步骤四、比较步骤三计算出的快速路短距离出行时间T_快和快速路辅路短距离出行时间T_辅，若快速路短距离出行时间T_快大于快速路辅路短距离出行时间T_辅，则不需要设置标线及下匝道标志牌；

若快速路短距离出行时间T_快小于等于快速路辅路短距离出行时间T_辅，则需要设置标线及下匝道标志牌，需要从出口匝道B下快速路的车辆在下匝道标志牌处转入快速路最外侧车道；

所述设置标线及下匝道标志牌的具体位置为：

计算T_辅与T_快的差Δt，即

Δt＝T_辅-T_快 (7)

计算高峰期时车辆在快速路的平均车速V₀与快速路最外侧车道行驶速度V₂的差值ΔV'，即

ΔV'＝V₀-V₂ (8)

则设置标线的开始位置与出口匝道B的距离ΔL为：

ΔL＝Δt×ΔV' (9)

设置标线的结束位置为出口匝道B处，并在标线开始位置的前方50米处设置下匝道提示标志牌。

2.根据权利要求1所述的一种城市快速路短距离出行控制方法，其特征在于，所述步骤一的具体过程为：

其中：k为快速路车辆运行距离对车辆运行影响系数，即拟合曲线的斜率；

l为车辆在快速路上的运行距离；

t₀为车辆在快速路上的交织区运行的总时间；

t为车辆在快速路上运行的总时间；

s为t₀与t的比值；

寻找出拟合曲线斜率的最大值，最大值所对应的车辆运行距离即为快速路短距离出行的最大距离。

3.根据权利要求1所述的一种城市快速路短距离出行控制方法，其特征在于，所述步骤二的具体过程为：

选取快速路辅路，并调查选取的快速路辅路的交通量、快速路辅路的出行总距离、快速路辅路上的交叉口行驶距离、快速路辅路非交叉口的车辆运行平均速度、快速路辅路的交叉口处车辆运行平均速度、快速路辅路上的交叉口数量以及各交叉口的通行能力；

调查快速路辅路的信号配时情况，信号配时情况包括快速路辅路交叉口的信号周期时间和有效绿灯时间；

调查出行高峰期车辆在快速路上的平均车速以及车辆在快速路的最外侧车道上行驶速度。

4.根据权利要求3所述的一种城市快速路短距离出行控制方法，其特征在于，所述车辆在第i个交叉口平均延误时间t_di的计算公式为：

其中：C_i为第i个交叉口的信号周期时间；

g_i为第i个交叉口的有效绿灯时间；

c_i为第i个交叉口的通行能力；

Q_i为第i个交叉口的交通量；

X_i为第i个交叉口的饱和度。

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