一种面向左右型错位交叉口的交通组织和信号控制方法

摘要

本发明公开了一种面向左右型错位交叉口的交通组织和信号控制方法。该方法的基本思想是针对“左右型”错位交叉口，在传统的交叉口设计基础上，通过优化使用交叉口错位空间和优化设计交叉口信号配时，充分利用交叉口时空资源，减少信号周期里的清空时间，提高“左右型”错位交叉口的通行能力。为实现上述目的，本发明提出的面向“左右型”错位交叉口的交通组织和信号控制方法包括以下步骤：对交叉口相关参数进行数据采集；进行交叉口交通组织设计；进行交叉口信号优化配时；判断交叉口是否满足设定条件并选择相应方案。

说明书

技术领域

本发明涉及一种面向错位交叉口的交通组织与信号控制方法，用于城 市交叉口的交通组织与控制，属于交通组织和交通控制领域。

背景技术

错位交叉口是城市道路网络中的一种特殊的交叉口形式，尽管在我国 的城市道路交通规划中出于对通行能力的考虑不提倡设置错位交叉口，但 由于地形和环境的制约以及交通规划的历史原因，一些城市还存在着形状 不规则的错位交叉口。由于形状的不规则性，这些错位交叉口给城市交通 管理和控制带来了较大的挑战。

一般而言，一个错位交叉口由两个相距一定距离的T型交叉口组成， 典型的错位交叉口根据其形状可以分为“左右型”和“右左型”两种，如 图2所示。经过对现有技术的文献检索发现，有关错位交叉口的交通组织 与信号控制方法，主要有以下两种：第一种是将错位交叉口视为一个十字 交叉口，采用单点信号控制。第二种是将错位交叉口视为两个交叉口，采 用信号协调控制方式。

第一种方法中的错位交叉口单点信号控制通常采用四阶段(如图4)， 阶段之间用绿灯间隔时间(黄灯加全红)分割冲突车流，但在错位交叉口 中由于错位距离的存在，各阶段之间的清空时间大大增加，即绿灯间隔时 间增加，导致交叉口延误较大。该方法的缺陷在《城市错位交叉口交通通 行特性》一文中有阐述。

第二种方法由于错位交叉口结构的特殊性以及干道和相交道路间的交 通需求的差异性，使得利用现有的协调控制模型难以理想地对错位交叉口 实施协调控制。《城市错位交叉口信号控制方案优化研究》一文的方法由 于交叉口间距较小无法实现双向绿波同时取得最大值，《错位交叉口信号 相位设计的线性控制法》本质上也是协调控制，但该方法下交叉口主路的 通行能力严重受到交叉口错位长度的制约。以上两篇文献是针对特定条件 (确定的错位距离和交通流量)的个案进行设计，均没有分析自身方法的 适用条件和范围，容易对工程实践人员造成误导。

因此有必要对错位交叉口的运行状况进行分析，提出相应的交叉口组 织和信号控制方法，提升错位交叉口的通行能力，减少行车延误。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向“左右型”错位交叉口的交通组织和 信号控制方法。该方法针对左右型错位交叉口，在传统的交叉口几何设计 基础上(如图3)，通过合理的使用交叉口错位空间和优化设计交叉口信 号控制，进一步优化时空资源，提高“左右型”错位交叉口的通行能力。 该方法的基本思想是利用分拣策略，对错位交叉口的错位空间进行渠化， 在错位交叉口增设两个直行车辆预信号(如图5)，减少信号周期里的绿 灯间隔时间，从而达到减少行车延误和排队长度的目的，提高交叉口的整 体通行能力。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种面向“左右型”错位交叉口的交通组织和信号控制方法，主要步 骤包括：

S1：对交叉口相关参数进行数据采集；

S2：进行交叉口交通组织设计；

S3：进行交叉口信号优化配时；

S4：判断交叉口是否满足设定条件并选择相应方案。

步骤S1的过程包括：

S11：测量错位交叉口的几何参数(如图3)。具体包括：

交叉口次干道路宽w_T，左转车辆通过规则十字路口的路径长度w_L，错 位距离即两个T型口之间的距离L，单位均为米(m)。

S12：进行交通调查，获取错位交叉口的交通数据。具体包括：

①各股车流的交通流量q_i，单位：veh/s。对应图3中1～8共8股车 流，由于次干道右转不受信号控制，所以车流4、8的交通流量可 以不调查。

②各股车流的饱和流率S_i，单位：veh/s。对应图3中1～8共8股车 流。

③错位交叉口内直行与左转的平均速度v_T和v_L，单位m/s。

步骤S2的过程包括：

S21：交叉口的信号灯设置

该发明的一个特征在于保持交叉口主路左转信号灯不变，将交叉口主 路直行主信号移动至下游错位区域，在原有位置设置预信号灯，如图5所 示。

S22：交叉口的道路标线设置

错位交叉口现状交通组织如图3所示，共有4个进口道，每个进口道 根据车流已经进行渠化处理，有1～8共计8股不同的车流和1P～4P共4 个人行横道。该发明的一个特征在于在错位区域进行渠化设计，将错位区 域设置为分拣区(如图5阴影处所示)，添加分拣区的道路标线，将交叉 口内车流分为1～10共计10股不同的车流，错位区域内单向车道数不少于 上游预信号直行车道数，如式(1)所示。

式中：μ为车道数，θ_T为上游预信号处直行车道数，分别表示错 位区域的上行和下行车道数。

步骤S3的过程包括：

S31：交叉口相位相序设置；

本发明的主要特点在于充分使用错位空间，为了让主干道的直行车流 2、6在左转车流1、5放行的同时进入分拣区，主干道的左转相位应安排 在主干道直行相位放行之前；同时，在交叉口直行车流9、10放行的同时 (阶段2)，直行车辆预信号需要提前结束放行，留出一段时间让通过预 信号处停车线的车辆驶离下游分拣区的停车线，避免车辆在分拣区中累积， 造成局部拥塞。错位交叉口信号相位相序安排如图6所示。

信号相位安排表述如下：阶段1，主干道左转放行，主干道直行预信 号放行进入分拣区；阶段2，分拣区车流放行，主路直行预信号继续放行 并在分拣区车流结束前一段时间提前结束，同时次干道的人行横道放行； 阶段3：次干道的左转车流放行，进入分拣区，同时主干道的人行横道放 行；阶段4：分拣区车流放行，清空分拣区。继续下一个信号周期。

S32：交叉口主信号配时设置。

主要包括主信号信号周期，各相位的绿灯时长等。现有的信号周期和 绿灯时长计算方法均适用，需要注意的是在进行相应计算时预信号车流不 在考虑范围内。

S33：交叉口预信号配时设置；

根据如图6所示的错位交叉口信号相位相序安排，预信号绿灯时长为：

$G^{\prime }=G_1+G_2+{\gamma }_1+{\xi }_1^c-\frac{L+w_T}{v_T}---\left(2\right)$

式中：G₁、G₂分别为阶段1和阶段2的绿灯时间，γ₁为阶段1的黄灯 时间，为阶段1的全红时间，单位均为秒(s)。

步骤S4的过程包括：

S41：阶段1中，主干道预信号直行车辆需在阶段2开始之前到达下游 分拣区停车线，否则会导致主信号无法充分利用。因此从直行预信号绿灯 开始到交叉口主信号绿灯开始的时间间隔t₁(如图7)需满足条件一：

$t_1=G_1+{\gamma }_1+{\xi }_1^c\ge \frac{L+w_T}{v_T}---\left(3\right)$

S42：阶段4中，交叉口主信号放行的车辆均来自阶段3中次干道的左 转车流3和7。而次干道左转车辆需在阶段4放行之前到达交叉口主信号 灯停车线前，则阶段3的时间间隔t₃需满足条件二：

$t_3=G_3+{\gamma }_3+{\xi }_3^c\ge \frac{L+w_L}{v_L}---\left(4\right)$

式中：G₃分别为阶段3的绿灯时间，γ₃为阶段3的黄灯时间，为阶 段3的全红时间，单位均为秒(s)。

S43：由于分拣区需要能够承载次干道左转车道的车流量，以至于不会 与下一相位的车流冲突阻塞对向的直行车辆，所以需要满足条件三：

L_s·n·k_j≥C_w·max(q₃,q₇)(5)

其中，L_s表示分拣区的长度，单位：米(m)；n表示分拣区单向车道数； k_j表示车辆排队密度，单位：车辆数/米/车道(vel/m/lane)；C_w表示信号周 期，单位：秒(s)；q₃和q₇分别表示次干道左转车流3和7的车流量，单位： 车辆数/秒(vel/s)。

S44：如果不能满足条件一或者二，则将错位交叉口看做两个T型交 叉口分别进行信号控制，如果不能满足条件三，则采用如图8中(1)或(2) 所示的相位相序方法，对支路采用单口放行的方式，并重新计算信号配时。

由于采用以上技术方案，同现有技术相比，本发明的具有以下有益效 果：

1、与传统错位交叉口单点信号控制相比，本发明提出的一种面向“左 右型”错位交叉口的交通组织和信号控制方法，减少了传统错位交叉口信 号控制方法中的全红清空时间，能减少行车延误和排队长度，有助于提高 道路交通的通行效率。

2、与现有的协调控制方法相比，本发明由于设置了预信号，使得主路 直行车流的通行能力不受错位距离的制约，使用范围更广。

附图说明

图1本发明方案的整体流程图。

图2错位交叉口分类示意图。

图3“左右型”错位交叉口的传统交通组织示意图。其中共4个进口 道，1P～4P共4个人行横道，1～8共8股车流，其中1、5为主干道左转 车流，2、6为主干道直行车流，3、7为次干道左转车流，4、8为次干道 右转车流。

图4“左右型”错位交叉口传统信号相位相序示意图，其中Φ表示信 号配时理论中的阶段。

图5本发明“左右型”错位交叉口的交通组织示意图。其中相较于图 3，增设了两个直行车辆预信号，在主干道上设置分拣区，分拣区由交叉口 主信号灯控制，其中进口道、人行横道、1～8号车流同图3，新增9、10 两个分拣区直右混合车流。

图6本发明的信号相位相序示意图。

图7本发明的信号配时示意图。

图8本发明的受条件制约下信号相位相序示意图。

具体实施方式

以某城市交通路网中某错位交叉口数据为实例，应用本发明对错位交 叉口进行交通组织与信号配时，对本发明作进一步的说明，参见图1。

具体过程如下：

1、进行交通调查，确定错位交叉口的几何参数和交通数据；

本案例的错位交叉口属于“左右型”，次干道路宽w_T＝35m，左转路径 长度w_L＝31m，错位距离L＝46m。

该错位交叉口的目前交通组织方式和信号相位安排分别如图2和图3 所示，进口道1和3均有两个直行车道和一个左转车道，进口道2和4均 有两个左转车道和一个右转车道，其中右转车道不受信号控制。通过实地 交通调查，各种车流的早晚高峰流量和饱和流量如表1所示。

表1各车流的早晚高峰流量和饱和流量表

直行预信号停止线到交叉口主信号停止线间的距离L+w_T＝46+35＝ 81m，次干道停止线到交叉口主信号停止线之间的行驶距离L+w_L＝46+ 31＝77m。主干道路的平均车流速度设定为50km/h，通过交叉口的限速为 40km/h，且由于卡车等不允许通行，直行通过交叉口的平均车速设定为 35km/h，左转车辆通过交叉口的平均车速设定为30km/h。

2、优化错位交叉口交通组织和相位相序

应用本发明的交叉口交通组织和相位方案分别如图5和图6所示，具 体在发明内容部分阐释清楚。

3、设计错位交叉口信号配时方案

(1)按照webster法计算主信号的信号配时，包括信号周期，各相位 绿灯时长，绿间隔时间等。这里计算过程省略。

(2)预信号配时计算

$G^{\prime }=G_1+G_2+{\gamma }_0+{\xi }_0^c-\frac{L+w_L}{v_L}$

计算配时结果如下：

现有的早晚高峰交通信号配时方案和应用本发明设计的早晚高峰交通 信号配时方案对比如表2所示，其中G表示绿灯时间，Rc表示全红清空时 间，单位均为秒(s)。

表2应用传统方法和本发明的改进方法的信号配时对比表

4、判断交叉口是否满足设定条件；

(1)条件1满足

$G_1+{\gamma }_0+{\xi }_0^c\ge \frac{L+w_L}{v_L}=\frac{81}{35/3.6}\approx 8.33s$

(2)条件2满足

$G_3+{\gamma }_3+{\xi }_3^c\ge \frac{L+w_L}{v_L}=\frac{77}{30/3.6}=9.24s$

(3)条件3满足

改进方法的早高峰的信号周期

$C_{wm}=85\le \frac{L_s·n·k_j}{\max \left(q_3,q_7\right)}=\frac{65\times 2\times 120/1000}{281/3600}\approx 200s,$

改进方法的晚高峰的信号周期

$C_{we}=86\le \frac{L_s·n·k_j}{max(q_3,q_7)}=\frac{65\times 2\times 120/1000}{261/3600}\approx 215s$

5、设计方案评价。

选取交叉口平均行车延误和最大排队长度作为评价指标，运用VISSIM 仿真对传统控制方案和本发明的改进方案进行对比。以不同的随即种子分 别进行多次重复实验，利用VISSIM自带功能获取平均行车延误，在停止 线前布置排队计数器获取最大排队长度，对比结果如表3所示。

表3应用传统方法和本发明的改进方法的结果对比表

方案 CM PM CE PE 整个交叉口车流量(veh/h) 2004.6 2002.4 1966.8 1968.5 平均延误时间(s/veh) 44.4 32.7 48.0 33.7 应用本发明后平均延误减少百分比 — 26.4％ — 29.7％ 最大排队长度(m) 47.7 37.3 50.6 37.0 应用本发明后最大排队长度减少百分比 — 21.6％ — 26.9％

早晚高峰的平均延误分别减少了26.4％和29.7％；最大排队长度分别 减少了21.6％和26.9％。说明该发明能够有效降低行车延误，减少排队长 度，显著提高了“左右型”错位交叉口的通行效率。

上述的对实例的描述仅为一般案例说明，是为了便于该技术领域的技 术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域的技术人员显然可以容易的对实 施案例进行修改使用而不必进行创造性劳动，因此凡是依照本发明专利范 围内所做的不脱离本发明范畴的改进和修改都应该在本发明的保护范围之 内。