降低单车延误的双进口道交叉口渠化设计及信号配时方法

摘要

本发明公开了一种降低单车延误的双进口道交叉口渠化设计及信号配时方法，该方法包括：采集交叉口交通信息、判断进口方向是否需要设置左转保护性相位、修正进口方向等效流量、确定渠化设计方案、确定信号配时方案五个步骤。本发明方法充分考虑了双进口道交叉口不同渠化设计方案对机动车通行效率的影响，在引入“左右转车道+直行车道”的新型渠化方案的同时，通过交叉口流量检测—交叉口渠化设计优化—信号配时方案对应调整，降低机动车单车延误，使机动车得以更快通过交叉口，提高交叉口的通行能力。本发明方法便于计算、实用性强，可有效降低机动车在交叉口的延误，为城市居民出行，尤其是机动车出行带来极大便利。

说明书

技术领域

本发明涉及城市道路交叉口渠化和交叉口信号控制技术，尤其涉及一种降低单车延误的双进口道交叉口渠化设计及信号配时方法。 

背景技术

目前，我国正处于社会经济与城镇化高速发展的关键时期，城市规模不断扩大，汽车拥有量迅猛增长，机动化步伐逐步加快。这种机动化出行需求短期、快速、不均衡的增长在促进城市交通飞速发展的同时，也给城市带来了以交通拥堵为代表的诸多问题。近年来，交通拥堵已经成为制约我国城市可持续发展的主要瓶颈，并直接诱发交通事故率上升、环境污染加剧等其他交通问题，迫切需要加以解决。国际上应对交通拥堵问题通常采用加大交通系统的整体供给能力和合理引导交通需求的产生及分布两种策略。 

探究交通拥堵的成因，一方面，交通需求的快速增长直接造成了交通拥堵的频发；另一方面，很多城市“重交通建设、轻交通管理(控制)”的实际情况也在一定程度上加大了交通拥堵发生的概率。事实上，很多城市对于道路网络的规划与建设往往非常重视，但忽略了对交通系统的管理与控制方面的投入，导致交通系统的整体运行效率低下，极易诱发交通拥堵。因而，在已有城市交通网络及交通需求固定的前提下，采用科学合理的交通管理与控制方法保障各个关键交通节点(如重点交叉口、交通发生吸引点)的交通流正常运行，进而提高交通系统的整体运行效率，是缓解城市交通拥堵最为经济、有效与可行的方法。 

为提升机动车的出行效率，发挥城市已有道路的实际通行能力与总体承载能力，本发明将从城市交通管理与控制的角度入手，针对城市中覆盖面广、服务人群多、沟通与转换主要道路间流量的双进口道交叉口提出了一种降低单车延误的渠化设计及信号配时方法，在引入“左右转车道+直行车道”的新型渠化方案的同时，通过交叉口流量检测-交叉口渠化设计优化-信号配时方案对应调整，使机动车能够更快通过交叉口，降低机动车单车的交叉口延误，提高了城市道路交通系统的运行效率。 

发明内容

本发明的目的是为了提升机动车的出行效率，发挥城市已有道路的实际通行能力与总体承载能力，从城市交通管理与控制的角度入手，针对城市中覆盖面广、服务人群多、沟通与转换主要道路间流量的双进口道交叉口提出了一种降低单车延误的渠化设计及信号配时方法，在引入“左右转车道+直行车道”的新型渠化方案的同时，通过交叉口 流量检测-交叉口渠化设计优化-信号配时方案对应调整，使机动车能够更快通过交叉口，降低机动车单车的交叉口延误，提高了城市道路交通系统的运行效率。 

本发明采用的技术方案为：一种降低单车延误的双进口道交叉口渠化设计及信号配时方法，包括如下步骤： 

(A)采集交叉口各个进口道的交通流量、流向和车型信息； 

(B)根据步骤(A)中得到的交通流量、流向和车型信息，确定各个进口方向是否需要设置左转保护性相位，并根据结果将交叉口分为全左转保护交叉口、全左转不保护交叉口以及部分左转保护交叉口； 

(C)根据步骤(A)中得到的交通流量、流向和车型信息，换算并修正各个进口方向的左转、直行、右转等效流量； 

(D)根据步骤(B)中确定的交叉口类型及步骤(C)中换算得到的各个进口道的等效流量，以降低车延误为目标，确定交叉口的渠化设计方案； 

(E)根据步骤(C)中得到的流量数据及步骤(D)中确定的交叉口渠化方案，确定交叉口信号配时。 

所述步骤(A)中采集交叉口各个进口道的交通流量、流向信息包含1个高峰小时内东、西、南、北四个进口方向的左转车辆数N_东左、N_西左、N_南左、N_北左，直行车辆数N_东直、N_西直、N_南直、N_北直与右转车辆数N_东右、N_西右、N_南右、N_北右；车型信息包含1个高峰小时内东、西、南、北四个进口方向分流向的小型车比例P_东左小、P_东直小、P_东右小、P_西左小、P_西直小、P_西右小、P_南左小、P_南直小、P_南右小、P_北左小、P_北直小、P_北右小，大型车比例P_东左大、P_东直大、P_东右大、P_西左大、P_西直大、P_西右大、P_南左大、P_南直大、P_南右大、P_北左大、P_北直大、P_北右大。 

所述步骤(B)包含以下步骤： 

(B1)判断各个进口方向是否需要设置左转保护性相位。当某个进口方向的流量满足下面的一个条件时，则该进口方向需要设置左转保护性相位： 

N_X左≥200veh/h 

N_X左×N_Y直≥50000 

其中，下标X代表进口方向东、西、南、北，下标Y代表进口道X的对向进口方向， 对应依次为西、东、北、南； 

(B2)修正进口方向左转保护性相位。根据步骤(B1)的结果，当东西(南北)两个进口方向中仅有一个进口方向需要设置左转保护性相位时，修正另一进口方向，使其同样设置左转保护性相位； 

(B3)根据步骤(B2)修正后的进口方向左转保护性相位设置情况，将交叉口分为全左转保护交叉口、全左转不保护交叉口以及部分左转保护交叉口。 

所述步骤(C)换算并修正各个进口方向的左转、直行、右转等效流量，流向的修正采用美国Roger、Elena等人编著的《Traffic Engineering B(Third Edition)》中第518页所述的方法。车型的修正采用换算系数：小型车的当量换算系数取为1，大型车的当量换算系数取为2。换算修正后的等效流量分别记为N′_东左、N′_西左、N′_南左、N′_北左、N′_东直、N′_西直、N′_南直、N′_北直、N′_东右、N′_西右、N′_南右、N′_北右。 

所述步骤(D)中以降低车延误为目标，确定交叉口的渠化设计方案，将根据步骤(B3)确定的不同交叉口类型分情况分别处理： 

(DA)全左转保护交叉口； 

(DA1)进口方向分组。将交叉口进口道分为两组，东西进口方向、南北进口方向分别为一组； 

(DA2)确定进口道渠化方案选择集。对全左转保护交叉口，其各个进口方向的渠化方案为：方案1由内侧车道至外侧车道依次是：左转车道、直右车道，方案2由内侧车道至外侧车道依次是：左右转车道、直行车道，方案3由内侧车道至外侧车道依次是：左右转车道、直右车道； 

(DA3)计算不同进口道渠化方案下的各进口道流量。根据上述步骤(C)换算得到等效流量及步骤(DA2)确定的进口道渠化方案选择集，分别计算不同渠化方案下的各进口道流量。方案1由内侧车道至外侧车道的流量依次是： 方案2由内侧车道至外侧车道的流量依次是： 方案3由内侧车道至外侧车道的流量依次是： 其中，等式左边的上标Z及等式右边的下表Z代表同一进口道方向：东、西、南、北； 

(DA4)计算进口方向分组的关键流量。根据步骤(DA3)计算得到的进口道流量， 计算进口方向分组的关键流量。进口方向组的关键流量计算公式为： 

东西进口方向组： 

南北进口方向组： 

其中，下表I、J、P、Q为步骤(DA2)中的进口道渠化方案选择集，其取值范围为1、2、3； 

(DA5)确定渠化方案。若步骤(DA4)中得到I、J、P、Q均为唯一解，则交叉口的东、西、南、北四个进口方向的渠化方案为步骤(DA2)中对应的进口道渠化方案I、方案J、方案P、方案Q。若I、J、P、Q存在多组解，则选择使单车延误降低的渠化方案解，由下式确定： 

东西进口方向组： 

南北进口方向组： 

其中，i、j、p、q的取值范围为步骤(DA4)中I、J、P、Q的解集。则此时，交叉口的东、西、南、北四个进口方向的渠化方案为步骤(DA2)中对应的进口道渠化方案i、方案j、方案p、方案q。 

(DB)全左转不保护交叉口； 

(DB1)进口方向分组。将交叉口进口道分为两组，东西进口方向、南北进口方向分别为一组； 

(DB2)确定进口道渠化方案选择集。对全左转不保护交叉口，其各个进口方向的渠化方案为：方案1由内侧车道至外侧车道依次是：左转直行车道、右转车道，方案2由内侧车道至外侧车道依次是：左转直行车道、右转直行车道； 

(DB3)计算不同进口道渠化方下的各进口道流量。根据上述步骤(C)换算得到等效流量及步骤(DB2)确定的进口道渠化方案选择集，分别计算不同渠化方案下的各进口道流量。方案1由内侧车道至外侧车道的流量依次是： 方案2由内侧车道至外侧车道的流量依次是： 其中，等式左边的上标z及等式右边的下标z代表同一进口道方向：东、西、南、北； 

(DA4)计算进口方向分组的关键流量。根据步骤(DB3)计算得到的进口道流量，计算进口方向分组的关键流量。进口方向组的关键流量计算公式为： 

东西进口方向组： 

南北进口方向组： 

其中，下标A、B、C、D为步骤(DB2)中的进口道渠化方案选择集，其取值范围为1、2； 

(DB5)确定渠化方案。若步骤(DB4)中得到A、B、C、D均为唯一解，则交叉口的东、西、南、北四个进口方向的渠化方案则为步骤(DB2)中对应的进口渠化方案A、方案B、方案C、方案D。若A、B、C、D存在多组解，则选择使单车延误降低的渠化方案解，由下式确定： 

东西进口方向组： 

南北进口方向组： 

其中，a、b、c、d的取值范围为步骤(DB4)中A、B、C、D的解集。则此时，交叉口的东、西、南、北四个进口方向的渠化方案为步骤(DB2)中对应的进口道渠化方案a、方案b、方案c、方案d。 

(DC)部分左转保护交叉口； 

首先对进口方向进行分组：将将交叉口进口道分为两组，东西进口方向、南北进口方向分别为一组，之后对需要设置左转保护相位的进口方向按照步骤(DA2)～(DA5)的操作确定对应进口方向的渠化方案，将不需要设置左转保护相位的进口方向按步骤(DB2)～(DB5)的操作确定对应进口方向的渠化方案。 

所述步骤(E)确定交叉口信号配时采用Webster方法，且全左转保护交叉口、部分左转保护交叉口、全左转不保护交叉口的信号相位设置分别为4、3、2相位。 

有益效果：本发明提供的一种双进口道交叉口渠化设计及信号配时方法，通过引入一种新型进口道渠化形式，从车辆运行效率提升出发优化交叉口渠化设计方案，降低交叉口的单车延误，提高交通系统的整体效率，进而缓解交通拥堵等交通问题；本发明方法充分考虑了双进口道交叉口交通流的特性，相比现有的常规渠化设计方法，本发明方法可使交叉口在相同的时间内通过更多的车辆，提升进口道通行能力的同时降低了车辆的平均等候时间，对城市交通系统的优化与效率提升具有较大意义。 

附图说明

图1为本发明方法的流程图； 

图2为本发明方法的双进口道交叉口实例的流量流向示意图； 

图3为本发明方法的实例优化后渠化方案； 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。 

如图1所示为公交主干线双向绿波信号设置方法流程图，下面结合实例进一步说明。 

(A)采集交叉口各个进口道的交通流量、流向和车型信息。 

本步骤中，采集交叉口各个进口道的交通流量、流向信息包含1个高峰小时内东、西、南、北四个进口方向的左转车辆数N_东左、N_西左、N_南左、N_北左，直行车辆数N_东直、N_西直、N_南直、N_北直与右转车辆数N_东右、N_西右、N_南右、N_北右；车型信息包含1个高峰小时内东、西、南、北四个进口方向分流向的小型车比例P_东左小、P_东直小、P_东右小、P_西左小、P_西直小、P_西右小、P_南左小、P_南直小、P_南右小、P_北左小、P_北直小、P_北右小，大型车比例P_东左大、P_东直大、P_西右大、P_西左大、P_西直大、P_西右大、P_南左大、P_南直大、P_南右大、P_北左大、P_北直大、P_北右大。 

本实例中，所有采集的交叉口数据均可通过摄像法采集，即通过摄像机采集相关视频，并在后期通过专门的视频处理软件对视频信息进行处理以获取所需的数据。在有条件的交叉口，如安装有车辆视频识别或者环型车辆检测线圈的交叉口，所需数据则可自动识别与获取，且其处理得到的数据精度较高，可以满足本发明方法后续步骤的要求。 

(B)根据步骤(A)中得到的交通流量、流向和车型信息，确定各个进口方向是否需要设置左转保护性相位，并根据结果将交叉口分为全左转保护交叉口、全左转不保护交叉口以及部分左转保护交叉口。具体方法为： 

(B1)判断各个进口方向是否需要设置左转保护性相位。当某个进口方向的流量满足下面的一个条件时，则该进口方向需要设置左转保护性相位： 

N_X左≥200veh/h 

N_X左×N_Y直≥50000 

其中，下标X代表进口方向东、西、南、北，下标Y代表进口道X的对向进口方向，对应依次为西、东、北、南； 

(B2)修正进口方向左转保护性相位。根据步骤(B1)的结果，当东西(南北)两个进口方向中仅有一个进口方向需要设置左转保护性相位时，修正另一进口方向，使其同样设置左转保护性相位； 

(B3)根据步骤(B2)修正后的进口方向左转保护性相位设置情况，将交叉口分为全左转保护交叉口、全左转不保护交叉口以及部分左转保护交叉口。 

本实例中，交叉口的流量信息由图2所示。通过步骤(B1)的判断，发现N_南左＝210veh/h≥200veh/h、N_北左×N_南直＝50000≥50000，则该交叉口的南进口与北进口方向需要设置左转保护相位，而东进口和西进口方向则不需要设置左转保护相位。根据步骤(B1)的结果，步骤(B2)不需要对保护相位设计进行修正。最后，按照(B3)的要求，确定本交叉口为部分左转保护交叉口。 

(C)根据步骤(A)中得到的交通流量、流向和车型信息，换算并修正各个进口方向的左转、直行、右转等效流量。 

本步骤中，对于交通流量、流向的修正采用美国Roger、Elena等人编著的《Traffic Engineering B(Third Edition)》中第518页所述的方法，对于左转流量的修正，采用调查的左转流量乘以左转修正系数得到。左转修正系数可由下表得到。 

右转流量的修正，采用调查的右转流量乘以右转修正系数得到。右转修正系数可由下表得到。 

经过转向修正和车型修正后的等效流量分别记为N′_东左、N′_西左、N′_南左、N′_北左、N′_东直、N′_西直、N′_南直、N′_北直、N′_东右、N′_西右、N′_南右、N′_北右。 

车型的修正则采用换算系数：小型车的当量换算系数取为1，大型车的当量换算系数取为2。 

本实例中，车型均为小型车，其换算当量为1，换算后流量的数值不变。对于右转的修正，假定冲突人行横道的行人流量均为200(peds/h)，则四个进口道的右转修正系数均为1.32。南北进口道由于存在左转保护相位，则南北方向的左转修正系数均为1.05，东西方向的左转修正系数通过查表并插值得到西进口方向左转修正系数1.7，东进口方向左转修正系数2.0。最后将修正系数分别乘以调查得到的流量，得到等效流量。 

(D)根据步骤(B)中确定的交叉口类型及步骤(C)中换算得到的各个进口道的等效流量，以降低车延误为目标，确定交叉口的渠化设计方案； 

本步骤中，将根据步骤(B3)确定的不同交叉口类型分情况分别处理： 

(DA)全左转保护交叉口； 

(DA1)进口方向分组。将交叉口进口道分为两组，东西进口方向、南北进口方向分别为一组； 

(DA2)确定进口道渠化方案选择集。对全左转保护交叉口，其各个进口方向的渠化方案为：方案1由内侧车道至外侧车道依次是：左转车道、直右车道，方案2由内侧车道至外侧车道依次是：左右转车道、直行车道，方案3由内侧车道至外侧车道依次是：左右转车道、直右车道； 

(DA3)计算不同进口道渠化方案下的各进口道流量。根据权利要求4换算得到等效流量及步骤(DA2)确定的进口道渠化方案选择集，分别计算不同渠化方案下的各进口道流量。方案1由内侧车道至外侧车道的流量依次是： 方案2由内侧车道至外侧车道的流量依次是： 方案3由内侧车道至外侧车道的流量依次是： 其中，等式左边的上标Z及等式右边的下表Z代表同一进口道方向：东、西、南、北； 

(DA4)计算进口方向分组的关键流量。根据步骤(DA3)计算得到的进口道流量，计算进口方向分组的关键流量。进口方向组的关键流量计算公式为： 

东西进口方向组： 

南北进口方向组： 

其中，下表I、J、P、Q为步骤(DA2)中的进口道渠化方案选择集，其取值范围为1、2、3； 

(DA5)确定渠化方案。若步骤(DA4)中得到I、J、P、Q均为唯一解，则交叉口的东、西、南、北四个进口方向的渠化方案为步骤(DA2)中对应的进口道渠化方案I、方案J、方案P、方案Q。若I、J、P、Q存在多组解，则选择使单车延误降低的渠化方案解，由下式确定： 

东西进口方向组： 

南北进口方向组： 

其中，i、j、p、q的取值范围为步骤(DA4)中I、J、P、Q的解集。则此时，交叉口的东、西、南、北四个进口方向的渠化方案为步骤(DA2)中对应的进口道渠化方案i、方案j、方案p、方案q。 

(DB)全左转不保护交叉口； 

(DB1)进口方向分组。将交叉口进口道分为两组，东西进口方向、南北进口方向分别为一组； 

(DB2)确定进口道渠化方案选择集。对全左转不保护交叉口，其各个进口方向的渠化方案为：方案1由内侧车道至外侧车道依次是：左转直行车道、右转车道，方案2由内侧车道至外侧车道依次是：左转直行车道、右转直行车道； 

(DB3)计算不同进口道渠化方下的各进口道流量。根据权利要求4换算得到等效流量及步骤(DB2)确定的进口道渠化方案选择集，分别计算不同渠化方案下的各进口道流量。方案1由内侧车道至外侧车道的流量依次是： 方案2由内侧车道至外侧车道的流量依次是： 其中，等式左边的上标z及等式右边的下标z代表同一进口道方向：东、西、南、北； 

(DA4)计算进口方向分组的关键流量。根据步骤(DB3)计算得到的进口道流量，计算进口方向分组的关键流量。进口方向组的关键流量计算公式为： 

东西进口方向组： 

南北进口方向组： 

其中，下标A、B、C、D为步骤(DB2)中的进口道渠化方案选择集，其取值范围为1、2； 

(DB5)确定渠化方案。若步骤(DB4)中得到A、B、C、D均为唯一解，则交叉口的东、西、南、北四个进口方向的渠化方案则为步骤(DB2)中对应的进口渠化方案A、方案B、方案C、方案D。若A、B、C、D存在多组解，则选择使单车延误降低的渠化方案解，由下式确定： 

东西进口方向组： 

南北进口方向组： 

其中，a、b、c、d的取值范围为步骤(DB4)中A、B、C、D的解集。则此时，交叉口的东、西、南、北四个进口方向的渠化方案为步骤(DB2)中对应的进口道渠化方案a、方案b、方案c、方案d。 

(DC)部分左转保护交叉口； 

首先对进口方向进行分组：将将交叉口进口道分为两组，东西进口方向、南北进口方向分别为一组，之后对需要设置左转保护相位的进口方向按照步骤(DA2)～(DA5)的操作确定对应进口方向的渠化方案，将不需要设置左转保护相位的进口方向按步骤(DB2)～(DB5)的操作确定对应进口方向的渠化方案。 

本实例中，步骤(B3)确定了本交叉口为部分左转保护交叉口，则交叉口的南北进口方向将按照步骤(DA2)～(DA5)的操作确定对应进口方向的渠化方案，东西进口方向按步骤(DB2)～(DB5)的操作确定对应进口方向的渠化方案。图3所示的为本实例最后确定的渠化方案。 

(E)根据步骤(C)中得到的流量数据及步骤(D)中确定的交叉口渠化方案，确定交叉口信号配时。 

本步骤中，交叉口信号配时采用Webster方法，且全左转保护交叉口、部分左转保护交叉口、全左转不保护交叉口的信号相位设置分别为4、3、2相位。 

本实例中，交叉口类型为部分左转保护交叉口，因而信号采用了3相位的设计，第1、第2、第3相位分别为南北进口道直行相位、南北进口道左右转相位、东西进口道相位。根据Webster方法计算得到交叉口的周期为70秒，各个相位的配时可见下表。 

最后可以得到，本实例的交叉口渠化方案如图3所示，其信号周期为70秒，相位设计方案见上表。可以看出，通过本发明方法的5个步骤，可以简单快速的处理双进口道交叉口的渠化及信号配时设计，方法的实用性强，使用范围广。 

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。