CN114973703B - 一种交叉口远引掉头智能设置方法 - Google Patents

一种交叉口远引掉头智能设置方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种交叉口远引掉头智能设置方法，该方法包括：根据预设道路信息制定用于仿真的多个不同交通量方案；针对不同的交通量方案，利用Vissim进行远引掉头关闭和远引掉头开启两种管理方式的仿真，并输出交叉口延误数据；利用Origin处理延误数据，进行非线性拟合，确定直行交通量和左转与直行交通量比之间的关系，构建拟合公式；通过交叉口每个方向的直行、右转、左转车道上设置的检测装置，获取对应各车道上的车流量信息，根据各车道上的车流量信息及拟合公式，确定是否开启远引掉头；本方法适用于不同时段交叉口直行、左转车流不均衡的情况，减小了交叉口车辆延误，提高了交叉口的使用效率，为交叉口的管理提供了参考。

Description

一种交叉口远引掉头智能设置方法
技术领域
本发明属于城市交通控制领域，特别涉及一种交叉口远引掉头智能设置方法。
背景技术
城市交通系统中，交叉口是道路通行能力的瓶颈，制约整条道路乃至路网的服务水平。在交叉口的交通组织和交通设计中，左转车流的控制和管理是需要重点解决的问题。目前对交叉口左转车流有两种管理方法：第一种是左转车辆直接在交叉口完成左转；第二种是远引掉头方式左转，即在交叉口内禁止左转，让车辆先直行，再从交叉口下游较宽的中央分隔带处掉头，最后右转通过交叉口的方式实现左转。
国内外对平面交叉口左转车流远引掉头已有一定的研究，对使用远引掉头的城市信号控制路口的研究表明事故率会明显降低。
由于交叉口交通需求具有不确定性，远引掉头的组织方法与直接左转相比，交叉口延误较小；但当左转与直行交通量比超过某极限值，远引掉头就不再适用，需要在交叉口处设置信号灯组织左转交通。所以目前的管理方法可能会引发交叉口延误增加、交叉口运行效率低等问题。虽然一些国内外学者对专用相位左转和远引掉头左转也进行了对比研究，但是没有给出远引掉头适用的具体阈值、也没有给出具体的关系式，更没有提出交叉口远引掉头智能设置方法。
因此，如何在交叉口交通需求不确定的情况下，减小交叉口车辆延误，提高交叉口的使用效率，进而为道路交通管理提供参考，已成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种至少解决上述部分技术问题的交叉口远引掉头智能设置方法，该方法适用于不同时段交叉口直行、左转车流不均衡的情况，减小了交叉口车辆延误，提高了交叉口的使用效率。
为实现上述目的，本发明提供的一种交叉口远引掉头智能设置方法，包括以下步骤：
S1、根据预设道路信息制定用于仿真的多个不同交通量方案；
S2、针对不同交通量方案，利用Vissim进行远引掉头关闭和远引掉头开启两种管理方式的仿真，并输出交叉口延误数据；
S3、利用Origin处理所述交叉口延误数据，进行非线性拟合，确定直行交通量和左转与直行交通量比之间的关系，构建拟合公式；
S4、通过交叉口每个方向的直行、右转、左转车道上设置的检测装置，获取对应各车道上的车流量信息；
S5、根据所述各车道上的车流量信息及所述拟合公式，确定是否启动远引掉头开启程序和远引掉头关闭程序。
进一步地，所述步骤S1中，所述预设道路信息包括：道路条件、信号配时和交通量；其中，
所述道路条件包括：交叉口类型、各方向进口道和出口道的车道数量及类型、中央分隔带宽、远引掉头处距交叉口的距离和掉头开口长度；
所述信号配时包括：远引掉头关闭的信号配时和远引掉头开启的信号配时；
所述交通量包括：直行交通量、右转交通量和左转交通量。
进一步地，所述步骤S3中，
所述拟合公式为：其中：Y为左转交通量与直行交通量的比值；X为直行交通量。
进一步地，所述步骤S5包括：
S51、根据所述各车道上的车流量信息，计算实际左转交通量比实际直行交通量Y实；
S52、将所述实际直行交通量，代入所述拟合公式，计算得出Y计；
S53、当Y实<Y计时，远引掉头开启程序启动，控制掉头位置的信号灯处于允许掉头状态；左转车辆在交叉口先直行，再在远引掉头处掉头，最后在交叉口右转，进而完成左转；
当Y实≥Y计时，远引掉头关闭程序启动，控制掉头位置的信号灯处于禁止掉头状态，左转车辆在交叉口直接完成左转。
进一步地，所述步骤S4中，所述检测装置为光电传感器。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：本发明利用Vissim仿真软件分析左转车流在交叉口直接左转和以远引掉头完成左转2种方式的行驶过程，获得了交叉口的延误数据，并用Origin软件处理延误数据，确定了直行交通量和左转与直行交通量比之间的关系，构建了拟合公式；可以应用于不同时段交叉口直行、左转车流不均衡的情况，智能开启和关闭远引掉头，减小了交叉口车辆延误，提高了交叉口的使用效率，为城市交叉口的管理提供了参考。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明提供的一种交叉口远引掉头智能设置方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的直行交通量为700veh/h时的延误对比示意图；
图3为本发明实施例提供的直行交通量为800veh/h时的延误对比示意图；
图4为本发明实施例提供的直行交通量为900veh/h时的延误对比示意图；
图5为本发明实施例提供的直行交通量为1000veh/h时的延误对比示意图；
图6为本发明实施例提供的直行交通量为1500veh/h时的延误对比示意图；
图7为本发明实施例提供的直行交通量为2000veh/h时的延误对比示意图；
图8为本发明实施例提供的直行交通量为2500veh/h时的延误对比示意图；
图9为本发明实施例提供的直行交通量为3000veh/h时的延误对比示意图；
图10为本发明实施例提供的直行交通量为4000veh/h时的延误对比示意图；
图11为本发明实施例提供的直行交通量为5000veh/h时的延误对比示意图；
图12为本发明实施例提供的直行交通量和左转与直行交通量比的拟合曲线图；
图13为本发明实施例提供的交叉口远引掉头智能设置示意图；
图14为本发明实施例提供的远引掉头方式左转示意图；
图15为本发明实施例提供的四方向左转与直行交通量比不均衡的第1种情况下的仿真曲线图；
图16为本发明实施例提供的四方向左转与直行交通量比不均衡的第2种情况下的仿真曲线图；
图17为本发明实施例提供的四方向左转与直行交通量比不均衡的第3种情况下的仿真曲线图；
图18为本发明实施例提供的四方向左转与直行交通量比不均衡的第4种情况下的仿真曲线图；
图19为本发明实施例提供的四方向左转与直行交通量比不均衡的第5和6种情况下的仿真曲线图；
图20为本发明实施例提供的四方向左转与直行交通量比不均衡的第7种情况下的仿真曲线图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1所示，本发明实施例提供了一种交叉口远引掉头智能设置方法，包括以下步骤：
S1、根据预设道路信息制定用于仿真的多个不同交通量方案；
S2、针对不同交通量方案，利用Vissim进行远引掉头关闭和远引掉头开启两种管理方式的仿真，并输出交叉口延误数据；
S3、利用Origin处理交叉口延误数据，进行非线性拟合，确定直行交通量和左转与直行交通量比之间的关系，构建拟合公式；
S4、通过交叉口每个方向的直行、右转、左转车道上设置的检测装置，获取对应各车道上的车流量信息；
S5、根据所述各车道上的车流量信息及所述拟合公式，确定是否启动远引掉头开启程序和远引掉头关闭程序。
下面分别对上述各个步骤进行详细的说明，本发明实施例整体方法如下：
在步骤1中，根据预设道路信息制定用于仿真的多个不同交通量方案；具体的方案如下：
①道路条件：十字交叉口，各方向进口道、出口道均三车道，进口道均为一条左转车道、一条直行车道、一条右转车道；中央分隔带宽4m；远引掉头处距交叉口400m，掉头开口长度8m。
②信号配时：
远引掉头关闭：总周期142s。南北直40+3、南北左25+3，东西直40+3、东西左25+3。
远引掉头开启：总周期142s。南北直68+3，东西直68+3。
③交通量：如表1所示；
表1交通量方案表
在步骤2中，利用Vissim软件进行仿真；在上述条件下，针对不同的交通量进行远引掉头关闭和远引掉头开启两种管理方式的仿真，并输出交叉口延误数据；仿真结果如图2-图11所示。
观察10幅图，可以看出：(1)在直行交通量700以下，图中无交点，此时远引掉头开启延误小；(2)直行交通量800以上，图中均有一个交点，在交点前，远引掉头开启延误较小，反之，远引掉头开启延误较小；(3)随着直行交通量的增加，交点存在着一定的规律。
在步骤3中，利用Origin软件处理交叉口延误数据，求出各个交点数据。再令直行交通量为横坐标，交点处的左转与直行交通量比为纵坐标，进行非线性拟合，拟合曲线图如图12所示，确定直行交通量和左转与直行交通量比之间的关系，构建拟合公式；
拟合公式为：其中：Y为左转交通量与直行交通量的比值；X为直行交通量(veh/h)；
在步骤4中，通过交叉口每个方向的直行、右转、左转车道上设置一对检测装置，每一对检测装置的距离尽可能远，但应保证各方向的检测装置的距离均相等，例如可取150m，远离路口的检测装置用于检测进入车道区间的车辆数，靠近路口的检测装置用于检测驶出区间的车辆数，进而获取对应各车道上的车流量信息；优选的，检测装置为光电传感器，当车辆经过时，会发出一个脉冲信号传输给可编程逻辑控制器PLC进行处理。
在步骤5中，如图13所示，根据各车道上的车流量信息，通过PLC内部的计数器计算出道路上的实际交通量；经CPU计算实际左转交通量比实际直行交通量的Y实；将实际直行交通量，代入构建的拟合公式，计算得出Y计，Y计即为适用开启远引掉头的极限值；
优选的，在掉头处设置红绿信号灯，当Y实<Y计时，远引掉头开启程序启动，控制掉头位置的信号灯处于允许掉头的绿灯状态；如图14所示，左转车辆在交叉口先直行，再在远引掉头处掉头，最后在交叉口右转，进而完成左转；当Y实≥Y计时，远引掉头关闭程序启动，控制掉头位置的信号灯处于禁止掉头的红灯状态，左转车辆在交叉口直接完成左转。
优选的，在掉头开口的地方，在其机动车道的外侧设隔离设施以防止行人和非机动车横穿道路，并加设禁止非机动车和行人通行的标志。
进一步地，本实施例通过在四方向左转与直行交通量比不均衡情况下对实施本方法进行仿真结果验证，仿真结果如图15-20所示，进而根据仿真结果获取了各种情况处理方案。
四方向条件如表2所示：
表2四方向条件
各方向左转与直行交通量比不均衡情况如下所示：
①A和B满足，且C和D满足
仿真：直行1500veh/h，右转300veh/h，A、B左转取450veh/h，C、D左转取150、300、450、600、750veh/h。方案一：A、B、C、D均远引掉头开启；方案二：A、B、C、D均远引掉头关闭。
②A和B不满足，且C和D不满足
仿真：直行1500veh/h、右转300veh/h、A、B左转取1200veh/h、C、D左转取900、1050、1200、1350、1500veh/h。方案一：A、B、C、D均远引掉头开启；方案二：A、B、C、D均远引掉头关闭。
③A和B不满足，且C和D满足
仿真：直行1500veh/h、右转300veh/h、A、B左转取1200veh/h、、C、D左转取150、300、450、600、750veh/h。方案一：A、B远引掉头开启，C、D远引掉头关闭；方案二：A、B远引掉头关闭，C、D远引掉头开启。
④A和B满足，且C和D不满足
仿真：直行1500veh/h、右转300veh/h、A、B左转取450veh/h、C、D左转取900、1050、1200、1350、1500veh/h。方案一：A、B远引掉头开启，C、D远引掉头关闭；方案二：A、B远引掉头关闭，C、D远引掉头开启。
⑤A和B满足，但C或D不满足
仿真：(令A、B、C满足、D不满足)直行1500veh/h、右转300veh/h、A、B、C左转取450veh/h、D左转取900、1050、1200、1350、1500veh/h。方案一：A、B、C、D均远引掉头开启；方案二：A、B远引掉头开启，C、D远引掉头关闭。
⑥C和D满足，但A或D不满足，仿真同⑤。
⑦A或B不满足，且C或D不满足
仿真：(令A、C满足、B、D不满足)直行1500veh/h、右转300veh/h、A、C左转取450veh/h、B、D左转取900、1050、1200、1350、1500veh/h。方案一：A、B、C、D均远引掉头开启；方案二：A、B、C、D均远引掉头关闭。
各种情况处理方案如表3所示：
表3各方向交通量不均衡处理方案
本发明的一种交叉口远引掉头智能设置方法，利用Vissim仿真软件，分析左转车流在交叉口直接左转和以远引掉头完成左转2种方法的行驶过程，获得交叉口的延误数据，并用Origin软件处理延误数据，是一种定量比较两种方案优劣的方法，当Y实<Y计时，远引掉头开启；当Y实≥Y计时，远引掉头关闭；本方法主要应用于不同时段交叉口直行、左转车流不均衡的情况，减小了交叉口车辆延误，提高了交叉口的使用效率，为城市交叉口的管理提供了参考。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种交叉口远引掉头智能设置方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据预设道路信息制定用于仿真的多个不同交通量方案；
S2、针对不同交通量方案，利用Vissim进行远引掉头关闭和远引掉头开启两种管理方式的仿真，并输出交叉口延误数据；
S3、利用Origin处理所述交叉口延误数据，求出不同交通量下远引掉头关闭时与远引掉头开启时的交叉口延误数据的交点，令直行交通量为横坐标，交点处的左转与直行交通量比为纵坐标，进行非线性拟合，确定直行交通量和左转与直行交通量比之间的关系，构建拟合公式；
S4、通过交叉口每个方向的直行、右转、左转车道上设置的检测装置，获取对应各车道上的车流量信息；
S5、根据所述各车道上的车流量信息得到实际的左转与直行交通量比值，依据所述拟合公式得到计算的左转与直行交通量比值，二者进行比较，确定是否启动远引掉头开启程序和远引掉头关闭程序。
2.如权利要求1所述的一种交叉口远引掉头智能设置方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述预设道路信息包括：道路条件、信号配时和交通量；其中，
所述道路条件包括：交叉口类型、各方向进口道和出口道的车道数量及类型、中央分隔带宽、远引掉头处距交叉口的距离和掉头开口长度；
所述信号配时包括：远引掉头关闭的信号配时和远引掉头开启的信号配时；
所述交通量包括：直行交通量、右转交通量和左转交通量。
3.如权利要求1所述的一种交叉口远引掉头智能设置方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述拟合公式为：其中：Y为左转交通量与直行交通量的比值；X为直行交通量。
4.如权利要求1或3所述的一种交叉口远引掉头智能设置方法，其特征在于，所述步骤S5包括：
S51、根据所述各车道上的车流量信息，计算实际左转交通量比实际直行交通量Y实；
S52、将所述实际直行交通量，代入所述拟合公式，计算得出Y计；
S53、当Y实<Y计时，远引掉头开启程序启动，控制掉头位置的信号灯处于允许掉头状态；左转车辆在交叉口先直行，再在远引掉头处掉头，最后在交叉口右转，进而完成左转；
当Y实≥Y计时，远引掉头关闭程序启动，控制掉头位置的信号灯处于禁止掉头状态，左转车辆在交叉口直接完成左转。
5.如权利要求1所述的一种交叉口远引掉头智能设置方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述检测装置为光电传感器。
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