CN113870582A - 一种城市道路通行系统的调配及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种城市道路通行系统的调配及控制方法，适用于有左转专用相位的机动车信号交叉路口，其中，一种城市道路通行系统的调配是通过确定直行停车线后退距离，优化停车线，根据行人在交叉路口参与交通行为中表现出的过街特性，对人行横道进行设计，对平面人行横道进行几何设计优化，划分行人通行等待区及行人通行区，行人可以进入通行等待区选择通过斜向人行横道或等待通行正向人行横道；同时提出了一种城市道路通行系统的控制方法，基于所述一种通行系统的调配方法，合理分配机动车和行人的通行顺序，充分地利用好交叉路口的交通空间资源，大大提高了交叉路口单位时间可通过行人的数量，同时使车辆及行人通行效率得到了显著的提高。

Description

一种城市道路通行系统的调配及控制方法

技术领域

本发明涉及交通信息及控制技术领域，具体涉及一种城市道路通行系统的调配及控制方法。

背景技术

全国经济的飞速发展，城市交通得到了多方面的发展，机动车保有量也在持续高速增长。行人在商业中心区等复杂交叉路口都是最弱势的群体，为了提高道路交通参与者的安全性，路段及交叉路口会采用将机动车流和行人流分离的方法来避免它们之间发生交通冲突。通常用空间分离和时间分离来分离机动车和行人流；

其中，空间分离通过立体过街设施实现，人行道路和机动车道路分别处于不同的平面的行人过街设施。可通过设立桥梁和挖掘通道等措施将行人过街设施设立于车行道路的上方或下方，立体过街设施通过将行人与机动车从空间上分离，实现行人安全过街，这种过街设施能够最大程度地保障行人过街的安全性，且行人和机动车可同时放行，但是这种过街设施的建设费用以及维护费用高，且建设会受到周边环境的限制；

其中，时间分离通过平面过街实现，在实际情况中，平行式的人行横道由于建设费用低而处于主导地位，机动车道路与人行道路处于同一平面内的行人过街设施，通过斑马线等标线建立人行横道区域，机动车道路停止线等标线建立机动车停止区域，交叉路口进口道为了提供足够的排队空间，大部分十字交叉路口都将直行停车线设置位置的过于提前，压缩了交叉路口内部行车区域，导致交叉路口内部行车空间减少，车辆在有效绿灯时间内无法快速驶离交叉路口。车辆在绿灯开启后启动，车辆开始由静止到缓慢加速进入交叉路口行车区域，由于车辆进入交叉路口时行车速度较慢，导致车辆之间相互作用强烈，机动车流运行不流畅，且会以车流波的形式持续影响后续车流，造成堵车，从而损失大量机动车与行人的通行时间，且由于人行道路和机动车道路处于同一平面中，行人的安全难以得到充分保障。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种城市道路通行系统的调配及控制方法，适用于有左转专用相位的机动车信号交叉路口，其中，一种城市道路通行系统的调配方法是根据行人在交叉路口参与交通行为中表现出的过街特性，对人行横道进行设计，代入参数确定直行停车线后移距离，优化停车线，设立行人通行等待区和行人通行区，对平面人行横道进行几何设计优化，提高人行横道通行效率，具体包括以下步骤：

步骤1：运用安全车头时距与速度的关系式计算交通量达到最大时的临界车速v_c,并计算出直行车道停车线后退的距离L_t，以此为基准将直行停车线的空间位置向后移动，分为以下步骤：

步骤1.1：计算临界车速v_c；

临界车速是车流通行接近饱和流率时的速度，车辆从静止开始加速到v_c，加速度是逐渐增大的过程，加速度a和时间t成正比：

a＝λt (1)

其中，λ为加速度系数，两端积分后得出临界车速v_c的表达式：

步骤1.2：计算最小安全车头时距；

以最大通行能力和行车安全为前提，当车辆达到临界车速后应保持匀速通行根据安全车头时距与临界车速的关系式：

其中，t安为安全余量时长，

为纵向附着系数，l安为制动后车辆的安全间距，l车为平均车辆长度，车流中的安全车头时距随车流速度增大呈现出先减小后增大的趋势，据此可以计算出安全车头时距的一个最小值，即最小安全车头时距t₀；

步骤1.3：确定信号相位的相序；

各个方向都设有专用左转相位，且各个方向的左转相位在该方向的直行相位之后，找到左转车流与直行车流的冲突点，信号相位的相序决定了交叉路口内各个冲突点的位置；

步骤1.4：确定冲突点位置；

在信号相位的相序确定的情况下，根据前后相邻两相位车流运行的轨迹，即可确定相邻相位间冲突点的位置，进而可以确定目标优化基线位置以及最小安全距离；

步骤1.5：计算目标优化基点位置；

在确定冲突点位置和临界车速情况下，将临界车速的表达式两端再次积分得出沿着车辆运行轨迹由停车线到目标优化基点的的加速距离d的表达式：

目标优化基点是待优化直行停车线所属相位首车沿着运动轨迹行驶达到临界车速v_c时的位置；

步骤1.6：计算最小安全距离；

即使得冲突车流在空间上分离的最小距离，安全距离的大小需满足本相位首车在前一相位尾车未完全通过冲突点的情况下在到达冲突点前安全停车所需的最小安全距离d_m：

d_m＝v_c×t₀ (5)

步骤1.7：计算传统停车线到目标优化基线的距离d_r；

交叉口直行车辆的运行轨迹为直线，传统停车线到目标优化基线的距离d_r：

d_r＝R×sinθ_r-d_m (6)

其中，θ_r为左转弯车辆由左转停车线到冲突点的弧度；R将左转轨迹近视为圆弧的半径，为了避免直行停车线后移距离过大，导致进口道车辆排队空间不足，冲突点到目标优化基点的距离d_m应小于冲突点到传统停车线的距离d_r；

步骤1.8：优化直行车道停车线

根据目标优化基点位置与传统停车线到目标优化基线的距离计算出直行车道停车线后退距离L_t为:

L_t＝d-d_r＝d-R×sinθ_r-d_m (7)

建立优化直行停车线；

步骤2：设立行人通行等待区和行人通行区；

在直行车道的优化停车线前设立一个行人通行等待区，并将呈对角分布的两个行人通行等待区连接起来，构成一条双向同时通行的斜向人行横道，斜向人行横道和正向人行横道中除行人通行等待区外的通行区域划分为行人通行区。

一种城市道路通行系统的控制方法，基于所述一种城市道路通行系统的调配方法：

本方向直行车道绿灯亮起时，本方向人行横道正向信号灯同时亮起绿灯，左转车道及人行横道斜向信号灯都为红灯，相交方向的所有车道及人行横道信号灯都为红灯，行人可以通过本方向的行人通行区和通行等待区进行直行过街，禁止进入相交方向的行人通行区以及行人通行等待区；

本方向左转车道绿灯亮起时，相交方向的正向人行横道信号灯同时变为黄色，斜向人行横道信号灯同时亮起绿灯，相交方向所有车道、本方向直行车道及人行横道信号灯都为红灯，行人可以进入相交方向的行人通行等待区等待通行或利用两股左转车流之间的空间通过斜向人行横道到达斜向的人行道。

本发明的有益技术效果：

1、本发明为一种基于提高人行横道通行效率的新型人行横道设计采用时间分离的方式，造价低，经济性好；

2、相对于其他传统的时间分离的方法，本发明使车辆及行人通行效率显著提高；

3、采用斜向人行横道为双向同时通行，其启用时间是本交叉路口左转车辆通行时，行人利用两股左转车流之间的空间进入到对向区域，充分地利用好交叉路口的交通空间资源，大大提高交叉路口单位时间可通过行人的数量；

4、通过优化停车线，加大行人通行空间，提高行人通行能力。

附图说明

图1为停车线优化流程图行人通行区分区示意图；

图2停车线优化流程图；

图3为直行停车线位置优化设计参数示意图；

图4为信号灯显示图；

图5为改进后信号配时方案图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细描述：

本实施例提出了一种城市道路通行系统的调配及控制方法，本实施例中，如图1所示，双向八车道、采用四相位控制，且有左转待行区的十字交叉路口，如图2所示，其中，一种城市道路通行系统的调配方法，分为以下步骤：

步骤1：运用安全车头时距与速度的关系式计算交通量达到最大时的临界车速v_c,并计算出直行车道停车线后退的距离L_t，以此为基准将直行停车线的空间位置向后移动，具体分为以下步骤：

步骤1.1：计算临界车速v_c；

临界车速是车流通行接近饱和流率时的速度，车辆从静止开始加速到v_c，加速度是逐渐增大的过程，加速度a和时间t成正比：

a＝λt (1)

其中，λ为加速度系数，两端积分后得出临界车速v_c的表达式：

步骤1.2：计算最小安全车头时距；

以最大通行能力和行车安全为前提，当车辆达到临界车速后应保持匀速通行根据安全车头时距与临界车速的关系式：

其中，t安为安全余量时长，本实施例为2S，

为纵向附着系数，与v_c成反比l安为制动后车辆的安全间距，l车为平均车辆长度，车流中的安全车头时距随车流速度增大呈现出先减小后增大的趋势，据此可以计算出安全车头时距的一个最小值，即最小安全车头时距t₀；

步骤1.3：确定信号相位的相序；

各个方向都设有专用左转相位，且各个方向的左转相位在该方向的直行相位之后，找到左转车流与直行车流的冲突点，信号相位的相序决定了交叉路口内各个冲突点的位置；

步骤1.4：确定冲突点位置；

在信号相位的相序确定的情况下，如图3所示，根据前后相邻两相位车流运行的轨迹，即可确定相邻相位间冲突点的位置，进而可以确定目标优化基线位置以及最小安全距离；

步骤1.5：计算目标优化基点位置；

在确定冲突点位置和临界车速情况下，将临界车速的表达式两端再次积分得出沿着车辆运行轨迹由停车线到目标优化基点的的加速距离d的表达式：

目标优化基点是待优化直行停车线所属相位首车沿着运动轨迹行驶达到临界车速v_c时的位置；

步骤1.6：计算最小安全距离；

即使得冲突车流在空间上分离的最小距离，安全距离的大小需满足本相位首车在前一相位尾车未完全通过冲突点的情况下在到达冲突点前安全停车所需的最小安全距离d_m：

d_m＝v_c×t₀ (5)

步骤1.7：计算传统停车线到目标优化基线的距离d_r；

交叉口直行车辆的运行轨迹为直线，传统停车线到目标优化基线的距离d_r：

d_r＝R×sinθ_r-d_m (6)

其中，θ_r为左转弯车辆由左转停车线到冲突点的弧度；R将左转轨迹近视为圆弧的半径，为了避免直行停车线后移距离过大，导致进口道车辆排队空间不足，冲突点到目标优化基点的距离d_m应小于冲突点到传统停车线的距离d_r；

步骤1.8：优化直行车道停车线；

根据目标优化基点位置与传统停车线到目标优化基线的距离计算出直行车道停车线后退距离L_t；

直行车道停车线后退距离L_t为：

L_t＝d-d_r＝d-R×sinθ_r-d_m (7)

传统停车线后退L_t后，建立优化停车线；

步骤2：设立行人通行等待区和行人通行区，包括以下具体步骤：

在的优化直行停车线前设立一个行人通行等待区，根据人行横道的具体几何参数，将呈对角分布的两个行人通行等待区连接起来，构成一条双向同时通行的斜向人行横道，斜向人行横道和正向人行横道中除行人通行等待区外的通行区域划分为行人通行区。

一种城市道路通行系统的控制方法，基于所述一种城市道路通行系统的调配方法：

本方向直行车道绿灯亮起时，本方向左转车道和反方向车道都为红灯，本方向人行横道直行绿灯同时亮起，人行横道斜向信号灯及反方向直行车道信号灯都为红灯；

本方向左转车道绿灯亮起时，本方向直行车道和反方向车道都为红灯，如图4所示，方向人行横道直行信号灯变为黄色，斜向人行横道信号灯绿灯同时亮起，本方向人行横道直行信号灯变为红色，行人可以进入相交方向的行人通行等待区等待通行或利用两股左转车流之间的空间通过斜向人行横道到达斜向的人行道；

十字交叉路口的具体信号配时方案如表1所示：

表1信号配时方案

改进后信号配时方案如图5所示，调整后的信号配时方案如表2所示：

表2调整后的信号配时方案

Claims (6)

1.一种城市道路通行系统的调配方法，其特征在于：将直行停车线的空间位置向后移动优化直行停车线，在优化直行停车线前设立一个行人通行等待区，并将呈对角分布的两个行人通行等待区连接起来，构成一条双向同时通行的斜向人行横道，斜向人行横道和正向人行横道中除行人通行等待区外的通行区域划分为行人通行区。

2.如权利要求1所述一种城市道路通行系统的调配方法，其特征在于：适用于有左转专用相位的机动车信号交叉路口。

3.如权利要求1所述一种城市道路通行系统的调配方法，其特征在于：所述优化直行停车线，分为以下步骤：

步骤1.1：计算临界车速v_c；

临界车速是车流通行接近饱和流率时的速度，车辆从静止开始加速到v_c，加速度是逐渐增大的过程，加速度a和时间t成正比

a＝λt (1)

其中，λ为加速度系数，两端积分后得出临界车速v_c的表达式：

步骤1.2：计算最小安全车头时距；

以最大通行能力和行车安全为前提，当车辆达到临界车速后应保持匀速通行根据安全车头时距与临界车速的关系式：

其中，t安为安全余量时长，

为纵向附着系数，l安为制动后车辆的安全间距，l车为平均车辆长度，车流中的安全车头时距随车流速度增大呈现出先减小后增大的趋势，据此可以计算出安全车头时距的一个最小值，即最小安全车头时距t₀；

步骤1.3：确定信号相位的相序；

各个方向都设有专用左转相位，且各个方向的左转相位在该方向的直行相位之后，找到左转车流与直行车流的冲突点，信号相位的相序决定了交叉路口内各个冲突点的位置；

步骤1.4：确定冲突点位置；

在信号相位的相序确定的情况下，根据前后相邻两相位车流运行的轨迹，即可确定相邻相位间冲突点的位置，进而可以确定目标优化基线位置以及最小安全距离；

步骤1.5：计算目标优化基点位置；

在确定冲突点位置和临界车速情况下，将临界车速的表达式两端再次积分得出沿着车辆运行轨迹由停车线到目标优化基点的的加速距离d的表达式：

目标优化基点是待优化直行停车线所属相位首车沿着运动轨迹行驶达到临界车速v_c时的位置；

步骤1.6：计算最小安全距离；

即使得冲突车流在空间上分离的最小距离，安全距离的大小需满足本相位首车在前一相位尾车未完全通过冲突点的情况下在到达冲突点前安全停车所需的最小安全距离d_m:

d_m＝v_c×t₀ (5)

步骤1.7：计算传统停车线到目标优化基线的距离d_r；

交叉口直行车辆的运行轨迹为直线，传统停车线到目标优化基线的距离d_r:

d_r＝R×sinθ_r-d_m (6)

其中，θ_r为左转弯车辆由左转停车线到冲突点的弧度；R将左转轨迹近视为圆弧的半径；

步骤1.8：优化直行车道停车线；

根据目标优化基点位置与传统停车线到目标优化基线的距离计算出直行车道停车线后退距离L_t；

直行车道停车线后退距离L_t为:

L_t＝d-d_r＝d-R×sinθ_r-d_m (7)

传统停车线后退L_t后，建立优化停车线。

4.如权利要求3所述一种城市道路通行系统的调配方法，其特征在于：所述冲突点到目标优化基点的距离d_m应小于冲突点到传统停车线的距离d_r，以避免直行停车线后移距离过大，导致进口道车辆排队空间不足。

5.如权利要求1所述一种城市道路通行系统的调配方法，其特征在于：行人可以进入相交方向的行人通行等待区等待通行或利用两股左转车流之间的空间通过斜向人行横道到达斜向的人行道。

6.一种城市道路通行系统的控制方法，基于权利要求1所述的一种城市道路通行系统的调配方法，其特征在于：

本方向直行车道绿灯亮起时，本方向人行横道正向信号灯同时亮起绿灯，左转车道及人行横道斜向信号灯都为红灯，相交方向的所有车道及人行横道信号灯都为红灯，行人可以通过本方向的行人通行区和通行等待区进行直行过街，禁止进入相交方向的行人通行区以及行人通行等待区；

本方向左转车道绿灯亮起时，相交方向的正向人行横道信号灯同时变为黄色，斜向人行横道信号灯同时亮起绿灯，相交方向所有车道、本方向直行车道及人行横道信号灯都为红灯，行人可以进入相交方向的行人通行等待区等待通行或利用两股左转车流之间的空间通过斜向人行横道到达斜向的人行道。

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