CN112863203A - 左转展宽车道长度不足的交叉口信号控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种展宽车道长度不足的交叉口信号控制方法。在交叉口处于非饱和状态时，一般车辆的排对长度小于道路的展宽长度，而在交叉口处于饱和状态下时，车辆的排队长度往往会大于道路的展宽长度，排队的车辆溢出展宽路段。当车辆通行时，在此路段左转、直行车辆混合在一起，相互交织，严重影响后续车辆的通行效率。针对这一现象，提出了通过拆分交叉口信号相位的进行优化的方法，用于解决交通饱和状态下具有展宽车道的信号交叉口通行效率低的问题。

Description

左转展宽车道长度不足的交叉口信号控制方法

技术领域

本发明涉及交通信号控制技术领域，特别涉及左转展宽车道长度不足的交叉口信号控制方法。

背景技术

平面交叉口延误是城市道路车辆延误的主要形式，据统计城市道路中80％的延误是由于平面交叉口导致的。实行交通信号控制的平面交叉口，交通信号控制方案的不合理也是导致交叉口车辆延误的重要因素。因此，对交通信号控制方法的研究一直是智能交通领域研究的重点。

通过拓宽设置左转专用车道，是改善交叉口运行条件、提高交叉口通行能力的一种有效手段。然而，由于道路条件的限制，设置的展宽车道长度往往不足，在车流量较大的情况下，排队通过交叉口的车辆常常会溢出展宽段，车辆交织严重，通行效率降低；在左转交通流量较大的情况下，受到左转专用信号控制的交叉口车辆排队溢出展宽段较为常见，车辆延误更为严重。

关于展宽车道对交叉口车辆运行特性的研究，马艳丽等对信号交叉口展宽车道的车辆运行特性进行了分析，杨晓光等针对交叉口进口道拓宽后形成的短车道，研究了短车道车辆排队阻塞对信号交叉口通行能力的影响。关于含有展宽车道的交叉口交通信号控制的研究，张小龙等对单点过饱和信号交叉口展宽段排队控制进行了研究，建立了考虑进口道存储长度的双目标信号配时参数优化模型；王殿海等提出了信号交叉口展宽长度不受限条件下的展宽段设计方法以及展宽长度受限条件下信号配时的优化方案。国外研究主要集中在交叉口左转车辆的通行能力以及交叉口进口道合流区的交通安全评估方面，Stamatiadis N等运用仿真分析确定了左转专用车道的通行能力，Moon J P等对合流区的交通安全进行了评估。

因此，在道路交叉口左转展宽车道长度不足的条件下，如何提高交叉口通行效率，减少车辆通过交叉口的延误成为本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供左转展宽车道长度不足的交叉口信号控制方法，实现的目的是提高交叉口通行效率，减少车辆通过交叉口的延误。

为实现上述目的，本发明公开了左转展宽车道长度不足的交叉口信号控制方法；步骤如下：

步骤一、输入交叉口的基础数据，包括所述交叉口的左转展宽车道的展宽长度L_d、所述交叉口的信号配时周期时间T和所述左转展宽车道的展宽长度方向的有效绿灯时间G；

步骤二、实时获取所述交叉口的左转车道的车辆最大排队长度L_O；

步骤三、比较L_d与L_O的长度；若L_d≥L_O，继续保持该进口道的相位放行，不进行相位的拆分，不改变放行方式；否，则进行后续步骤；

步骤四、计算车辆在第二阶段少通过的车辆数N₁；计算公式为：

N₁＝GS-(G-T₀)*g；

其中：G为有效绿灯时间；S为第一阶段车辆的消散流率，近似等于饱和流率；T₀为展宽段车辆通过交叉口的时间；g为第二阶段车辆的消散流率，根据统计采集数据得到；

步骤五、计算由于拆分相位损失的车辆数N₂，计算公式为：

N₂＝S*T₂；

其中：S为第一阶段车辆的消散流率，近似等于饱和流率；T₂为增加相位损失的时间；

步骤六、比较N₁、N₂的大小；若N₁＞N₂，进行相位的拆分，分开放行；否，则保持原有相位继续放行。

优选的，所述左转展宽车道的进口车道长L包括渐变段长度L_s和展宽长度L_d。

更优选的，在饱和状态下，左转与直行车辆会从所述渐变段开始与其它车辆发生交织，影响车辆通行效率，使交通流率产生两阶段性，其中第二阶段具有消散流率低的特点。

优选的，在所述步骤一中，所述左转展宽车道的车道数为一根，所述有效绿灯时间G是指左转车辆实际可以通过所述交叉口的时间，所述有效绿灯时间对应的信号控制相位为左转专用相位。

优选的，在所述步骤二中，获取实时获取交叉口左转车道车辆的最大排队长度L_O的手段包括采用环形线圈或摄像头采集。

更优选的，在交通流率的两阶段性中，不同比例的左转与直行车对第二阶段具有消散流率低的不同影响，左转车的比例越高，影响越大，消散流率越低。

优选的，在所述步骤四中，所述第二阶段具有消散流率低的特点。

本发明的有益效果：

本发明的应用能够提高饱和状态下交叉口通行效率，减少车辆通过交叉口的延误。

本发明的应用克服了传统信号控制方法中相位的设置方法，考虑到左转展宽车道不足的交叉口信号控制方法了，达到提高信号交叉口的通行效率，减少交叉口绿灯损失时间的目的。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1示出本发明一实施例的流程图。

图2示出本发明一实施例的交叉口进口道条数及功能分布图。

图3示出本发明一实施例的单车道交叉口排队车辆车头时距图。

图4示出本发明一实施例的车辆消散流率与绿灯显示时间的关系。

图5-I示出常规三相位信号控制相位一直行状态示意图。

图5-II示出常规三相位信号控制相位转弯状态示意图。

图5-III示出常规三相位信号控制相位另一直行状态示意图。

图6-I示出本发明一实施例中拆分相位信号控制相位第I状态示意图。

图6-II示出本发明一实施例中拆分相位信号控制相位第II状态示意图。

图6-III示出本发明一实施例中拆分相位信号控制相位第III状态示意图。

图6-IV示出本发明一实施例中拆分相位信号控制相位第IV状态示意图。

图6-V示出本发明一实施例中拆分相位信号控制相位第V状态示意图。

图7-I示出本发明另一实施例中拆分相位信号控制相位第I状态示意图。

图7-II示出本发明另一实施例中拆分相位信号控制相位第II状态示意图。

图7-III示出本发明另一实施例中拆分相位信号控制相位第III状态示意图。

图7-IV示出本发明另一实施例中拆分相位信号控制相位第IV状态示意图。

图7-V示出本发明另一实施例中拆分相位信号控制相位第V状态示意图。

图8示出本发明一实施例的不同左转车下西进口直行车与左转车的平均队长变化示意图。

图9示出本发明一实施例的不同左转车下交叉口延误示意图。

具体实施方式

实施例：

如图1所示，本发明的左转展宽车道长度不足的交叉口信号控制方法一具体实施例，以一主次干道相交的十字形交叉口为例，不考虑右转机动车、非机动车及行人对交通信号控制方案的影响，对交叉口的车流运行特性进行分析。假设东西进口方向含有左转展宽车道，其中进口道长度为L，展宽段长度为L_d，渐变段长度为L_s，车道数由两条直行车道变为两条直行加一条左转车道，南北方向各有两条直行车道，如图2所示。

参见图2所示，交叉口(以下称交叉口A)南北方向的排队车辆，通过交叉口时运行特征符合单车道交叉口车辆排队运行特性，车头时距如图3所示。当绿灯亮起时，交叉口进口道前面排队车辆启动损失时间较大，车头时距较长，后面排队车辆通过交叉口的车头时距越来越小，最后趋于稳定，车辆以饱和流率通过交叉口，直至排队车辆全部通过交叉口或者绿灯结束。

对于东西进口方向的车辆，由于左转展宽车道的存在，车辆在进入交叉口前需变换车道，左转、直行车辆交织严重，会在交叉口展宽段后面形成交织区。当交叉口进口道展宽车道长度充足时，排队等候通过交叉口的车辆不会溢出展宽段，符合单车道交叉口排队车辆通过交叉口的特征，排队等待通过交叉口的车辆，会依次高效的通过交叉口。当交叉口进口道展宽车道长度不足时，排队车辆会溢出展宽段，直行、左转车辆交织在一起，相互干扰严重，在展宽车道外排队等候的车辆到达交叉口停车线的行驶时间延长，使得车辆到达率下降，车辆消散流率也随之降低，车辆的消散流率具有明显的“两阶段性”，如图4 所示。

在左转展宽车道长度充足的情况下，对于交叉口A一般采用东西直行、东西左转以及南北直行三相位的信号控制方式，相位图如图5-I至图5-III所示。

在左转展宽车道长度不足的情况下，假设交叉口A西进口方向左转车流量较大，导致一个信号周期内左转车辆排队长度超过展宽L_d。根据展宽车道长度不足的情况下通过交叉口车流率的“两阶段性”中第二阶段消散流率低的特点，将西进口方向车流信号控制的相位进行拆分。拆分相位的具体方法应根据进口道车流量特点进行灵活的选择，本实施例针对交叉口A，给出两种不同的相位拆分方案，将原来的三相位信号控制拆分为五相位信号控制，如图6-I至图7-V 所示。

下文对左转展宽车道长度不足的情况，采用一个信号控制周期内车流不间断放行的方法延误急剧增加，采用这两种拆分相位的控制方法使得交叉口车辆平均延误降低进行仿真分析验证。

以交叉口A西进口道左转车道展宽长度不足为研究对象，对不同数量的左转车辆运用VISSIM仿真软件进行仿真，获取西进口左转、直行车排队长度，找到交叉口A西进口左转展宽车道长度不足的情况。然后，对于这种左转展宽车道长度不足的情况，采用上文提出的两种拆分相位的方法进行仿真，并验证可行性。

根据城市道路交叉口设计规程(CJJ152-2010)中展宽段长度设置的最低要求，东西进口道长度L设为100m，其中展宽渐变段L_s设为30m，展宽段L_d设为 70m，各进口车道的宽度设为3.25m，在VISSIM仿真软件对交叉口A进行路网的搭建。

在VISSIM中输入东、西方向直行车辆为1500pcu/h，南北直行车辆为 500pcu/h；西左转车辆所占西进口车辆数的比例从10％依次增加，东左转车辆数以排队车辆不溢出展宽段为原则输入即可。信号配时周期时长以Webster最佳周期计算得出，采用图5-I至图5-III信号控制相位进行设置，其他仿真参数以Webster仿真参数进行设置，仿真时间设为4600s，数据采集时间设为 900～4500s。西进口左转流量，交叉口A的饱和度及周期时长如表1所示。

表1西进口左转流量，交叉口A的饱和度以及仿真周期时长

注：当西左转车所占的比例为21％，交叉口饱和度达到0.91，Webster信号配时方法不适用，最佳信号配时周期计算无意义。

按照以上设置参数，依次对西进口不同左转车辆的交叉口运行情况进行仿真，采集西左转、西直行车辆的排队长度、延误以及交叉口车辆整体延误，统计结果如图8、图9所示。从中可以看出，当西进口排队长度超过70m(西左转车所占的比例超过19％以后)，西进口无论是直行车、左转车还是交叉口的整体延误都急剧增加。仿真分析表明，对于左转展宽专用车道长度不足的交叉口，交通流连续放行的交通信号控制方式不适用。

对西左转车辆所占该进口道比例为20％的情况，保持交叉口信号周期不变，将三相位信号控制拆分为图6-I至图7-V所示的五相位的信号控制方式进行仿真。采用图6-I至图6-V的信号控制方法，交叉口平均延误由原方案的58.1s 降低为34s，下降了41.5％；采用图7-I至图7-V的信号控制方法，交叉口平均延误由原方案的58.1s降低为39.3s，下降了32％。具体仿真对比结果如表2 所示。

表2西进口20％左转车下三相位与五相位信号控制方案VISSIM仿真输出数据对比

拆分相位后，一个交通信号控制周期内，含有左转专用车道的进口方向的车辆能够多次获得通行权，缩短了该进口道车辆的排队长度，降低了排队车辆溢出展宽车道可能性以及车辆通过交叉口的延误。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (5)

1.左转展宽车道长度不足的交叉口信号控制方法；步骤如下：

步骤一、输入交叉口的基础数据，包括所述交叉口的左转展宽车道的展宽长度L_d、所述交叉口的信号配时周期时间T和所述左转展宽车道的展宽长度方向的有效绿灯时间G；

步骤二、实时获取所述交叉口的左转车道的车辆最大排队长度L_O；

步骤三、比较L_d与L_O的长度；若L_d≥L_O，继续保持该进口道的相位放行，不进行相位的拆分，不改变放行方式；否，则进行后续步骤；

步骤四、计算车辆在第二阶段少通过的车辆数N₁；计算公式为：

N₁＝GS-(G-T₀)*g；

其中：G为有效绿灯时间；S为第一阶段车辆的消散流率，近似等于饱和流率；T₀为展宽段车辆通过交叉口的时间；g为第二阶段车辆的消散流率，根据统计采集数据得到；

步骤五、计算由于拆分相位损失的车辆数N₂，计算公式为：

N₂＝S*T₂；

其中：S为第一阶段车辆的消散流率，近似等于饱和流率；T₂为增加相位损失的时间；

步骤六、比较N₁、N₂的大小；若N₁＞N₂，进行相位的拆分，分开放行；否，则保持原有相位继续放行。

2.根据权利要求1所述的左转展宽车道长度不足的交叉口信号控制方法，其特征在于，所述左转展宽车道的进口车道长L包括渐变段长度L_s和展宽长度L_d。

3.根据权利要求2所述的左转展宽车道长度不足的交叉口信号控制方法，其特征在于，在饱和状态下，左转与直行车辆从所述渐变段开始与其它车辆发生交织，影响车辆通行效率，使交通流率产生两阶段性。

4.根据权利要求1所述的左转展宽车道长度不足的交叉口信号控制方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述左转展宽车道的车道数为一根，所述有效绿灯时间G是指左转车辆实际可以通过所述交叉口的时间，所述有效绿灯时间对应的信号控制相位为左转专用相位。

5.根据权利要求1所述的左转展宽车道长度不足的交叉口信号控制方法，其特征在于，在所述步骤二中，获取实时获取交叉口左转车道车辆的最大排队长度L_O的手段包括采用环形线圈或摄像头采集。

Images