專利名稱：交叉口自適應(yīng)可變車道設(shè)置方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于城市智能交通控制領(lǐng)域的方法，更具體地說，本發(fā)明涉及一種交叉口自適應(yīng)可變車道的設(shè)置方法。

背景技術(shù)：
平面交叉口的左轉(zhuǎn)車流是影響交叉口運行質(zhì)量的重要因素，對左轉(zhuǎn)交通流的組織是交通管理的難點和重點。目前，對于左轉(zhuǎn)交通流的組織，主要是在時間和空間上將其與其它交通流進行分離，傳統(tǒng)的做法是設(shè)置左轉(zhuǎn)專用車道、左轉(zhuǎn)專用相位以及左彎待轉(zhuǎn)區(qū)等。在設(shè)有左轉(zhuǎn)專用相位和左彎待轉(zhuǎn)區(qū)的交叉口，隨著左轉(zhuǎn)交通量的不斷增加，設(shè)置一條左轉(zhuǎn)專用車道可能不能滿足左轉(zhuǎn)交通流的需求，但若渠化成兩條左轉(zhuǎn)專用車道又會嚴(yán)重影響直行車道的通行能力，致使整個交叉口的通行能力降低。針對這種左轉(zhuǎn)車流在單左轉(zhuǎn)車道過飽和、兩條左轉(zhuǎn)車道又有剩余的情況，為了保證左轉(zhuǎn)車流能安全、高效的通過交叉口，充分利用交叉口有限的時空資源，解決由于車道不足、流量不均而引起的交通擁堵，需要適時變換與左轉(zhuǎn)車道相鄰的直行車道功能，也即設(shè)置可變車道。
隨著城市交通擁擠問題的日益加劇，可變車道技術(shù)得以推廣應(yīng)用，上海、北京等大城市已陸續(xù)實施可變車道，但目前主要是依靠人工遙控信號標(biāo)志牌的方式實現(xiàn)。深入研究自適應(yīng)可變車道的設(shè)置方法，對于促進交通流的有序運行，提高交叉口的運行效率是十分必要的。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的主要依靠人工遙控信號標(biāo)志牌的方式實現(xiàn)設(shè)置可變車道的問題，采用自編的計算機程序，提供了一種交叉口自適應(yīng)可變車道設(shè)置方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的采用計算機程序的交叉口自適應(yīng)可變車道設(shè)置方法包括安裝硬件、判別可變車道的屬性、信號機對可變車道信號配時方案優(yōu)化的控制和設(shè)置可變車道預(yù)信號的步驟。
所述的判別可變車道的屬性包括以下步驟 1.1號觸發(fā)檢測器和2號觸發(fā)檢測器檢測左轉(zhuǎn)車道和可變車道的交通流數(shù)據(jù)。
2.通過不等式N≥N*是否成立判別可變車道的屬性。
式中N-1號觸發(fā)檢測器或2號觸發(fā)檢測器的時間占有率大于臨界值的連續(xù)周期數(shù)。
N*-為觸發(fā)可變車道控制的臨界值，當(dāng)1號觸發(fā)檢測器或2號觸發(fā)檢測器連續(xù)N*個周期的時間占有率均大于等于臨界值則觸發(fā)可變車道控制。N*的取值由下式標(biāo)定 式中L1-渠化區(qū)內(nèi)不可變段車道長度，單位.m。
L2-渠化區(qū)內(nèi)過渡段車道長度，單位.m。
Kj-阻塞密度，單位.veh/s。
C-信號周期時長，單位.s。
qi-可變車道的車輛到達率，單位.veh/s。
gi-可變車道所在相位的綠燈時長，單位.s。
Si-可變車道所在相位的飽和流率，單位.veh/s。
所述的設(shè)置可變車道預(yù)信號包括以下步驟 1.可變車道屬性由直行變?yōu)樽筠D(zhuǎn) 為了消散在左轉(zhuǎn)綠燈啟亮之前主信號燈與預(yù)信號燈之間的那部分直行車輛，需要在預(yù)信號燈的直行綠燈與左轉(zhuǎn)綠燈之間插入一段紅燈時間t1 t1＝l1/v+τ 式中l(wèi)1-為主、預(yù)信號停車線之間的距離，單位.m。
v-為車均速度，單位.m/s。
τ-為安全時間。
2.可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變?yōu)橹毙? 在可變車道屬性變化之前，為清空車道內(nèi)所有的左轉(zhuǎn)車輛，預(yù)信號左轉(zhuǎn)綠燈時間應(yīng)比主信號綠燈時間提前截止t3 t3＝GL-qL×C/SL 式中GL-主信號燈左轉(zhuǎn)綠燈時長，單位.s。
qL-左轉(zhuǎn)車輛到達率，單位.veh/h。
SL-左轉(zhuǎn)車道的飽和流率，單位.veh/h。
技術(shù)方案中所述的通過不等式N≥N*是否成立判別可變車道屬性包括以下步驟 1.若1號觸發(fā)檢測器的時間占有率大于其臨界值的連續(xù)周期數(shù)大于或等于臨界值，即不等式N4≥N*成立，而2號觸發(fā)檢測器的時間占有率大于其臨界值的連續(xù)周期數(shù)小于臨界值，即不等式N5＜N*成立，可變車道屬性應(yīng)為左轉(zhuǎn)車道。
2.若2號觸發(fā)檢測器的時間占有率大于其臨界值的連續(xù)周期數(shù)大于或等于臨界值，即不等式N5≥N*成立，而1號觸發(fā)檢測器的時間占有率大于其臨界值的連續(xù)周期數(shù)小于臨界值，即不等式N4＜N*成立，可變車道屬性應(yīng)為直行車道。
3.若1號觸發(fā)檢測器和2號觸發(fā)檢測器的時間占有率大于臨界值連續(xù)周期數(shù)均大于或等于其臨界值，說明左轉(zhuǎn)車道交通流與直行車道交通流均發(fā)生溢出，此時設(shè)置可變車道并不能有效改善交叉口的擁堵狀況，此種狀況不在本發(fā)明的適用范圍之內(nèi)。
4.若1號觸發(fā)檢測器和2號觸發(fā)檢測器的時間占有率大于或等于臨界值的連續(xù)周期數(shù)均小于其臨界值，說明此時左轉(zhuǎn)車道交通流與直行車道交通流的車流運行均比較順暢，可變車道保持屬性不變；所述的安裝硬件是指 1.在主信號停車線上游40m處分車道埋設(shè)用于檢測車輛到達、統(tǒng)計進口道車流量的設(shè)計規(guī)格為2×2m的1號感應(yīng)檢測器、2號感應(yīng)檢測器與3號感應(yīng)檢測器，對應(yīng)于不分流向段左側(cè)的兩條車道，在距過渡段末端0.5-1.0m處分別埋設(shè)用于檢測左轉(zhuǎn)車道和可變車道的交通車流量的設(shè)計規(guī)格為2×2m的1號觸發(fā)檢測器和2號觸發(fā)檢測器。
2.利用現(xiàn)有的信號機、服務(wù)器，并用電線和/或光纜將1號感應(yīng)檢測器、2號感應(yīng)檢測器、3號感應(yīng)檢測器、1號觸發(fā)檢測器與2號觸發(fā)檢測器和信號機連接起來，再將信號機與服務(wù)器用電線和/或光纜連接起來。
3.安裝主信號燈并在不可變段與過渡段分界處設(shè)置預(yù)信號燈，用電線和/或光纜將主信號燈與預(yù)信號燈和信號機連接起來。主信號燈采用一組箭頭信號燈，具備左、直/左、直與右四個箭頭信號，其中左/直箭頭信號對應(yīng)于可變車道。預(yù)信號燈應(yīng)采用具備直/左箭頭信號燈，位于可變車道上方，顯示與可變車道屬性相匹配的直行或左轉(zhuǎn)的箭頭信號；所述的信號機對可變車道信號配時方案優(yōu)化的控制包括以下步驟 1.信號周期時長不可變時可變車道的控制 1)若可變車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)，優(yōu)化后的各相位綠燈時長為 式中g(shù)′T(T-L)-可變車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后直行相位綠燈時長，單位.s。
g′L(T-L)-可變車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后左轉(zhuǎn)相位綠燈時長，單位.s。
y′L(T-L)-可變車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后左轉(zhuǎn)車流流量比，單位.s。
gT-原配時方案直行相位綠燈時長，單位.s。
gL-原配時方案左轉(zhuǎn)相位綠燈時長，單位.s。
C-原配時方案周期時長，單位.s。
xP-臨界飽和度(建議取為0.9)。
2)若可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行，優(yōu)化后的各相位綠燈時長為 式中g(shù)′L(L-T)-可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后左轉(zhuǎn)相位綠燈時長，單位.s。
g′T(L-T)-可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后直行相位綠燈時長，單位.s。
y′T(L-T)-可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后直行車流流量比，單位.s。
gT-原配時方案直行相位綠燈時長，單位.s。
gL-原配時方案左轉(zhuǎn)相位綠燈時長，單位.s。
C-原配時方案周期時長，單位.s。
xP-臨界飽和度。
2.信號周期時長可變時可變車道的控制 1)可變車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)，優(yōu)化后的周期時長和各相位綠燈時長為 式中C′T-L-車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后的信號周期時長，單位.s。
g″L(T-L)-車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后左轉(zhuǎn)相位綠燈時間，單位.s。
g″T(T-L)-車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后直行相位綠燈時間，單位.s。
g″i(T-L)-車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后其它相位綠燈時間，單位.s。
Y′T-L-車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后交叉口總流量比。
y′L(T-L)-車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后左轉(zhuǎn)車流流量比。
y′T(T-L)-車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后直行車流流量比。
L-信號損失時間，單位.s。
Y-原信號配時方案總流量比。
yL-原信號配時方案左轉(zhuǎn)相位流量比。
yT-原信號配時方案直行相位流量比。
yi-原信號配時方案其它相位流量比。
a-原始渠化方案的左轉(zhuǎn)車道數(shù)。
b-原始渠化方案的直行車道數(shù)。
n-改變車道屬性的可變車道條數(shù)。
2)可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行，優(yōu)化后的周期時長和各相位綠燈時長為 式中C′L-T-車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后的信號周期時長，單位.s。
g″L(L-T)-車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后左轉(zhuǎn)相位綠燈時間，單位.s。
g″T(L-T)-車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后直行相位綠燈時間，單位.s。
g″i(L-T)-車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后其它相位綠燈時間，單位.s。
Y′L-T-車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后交叉口總流量比。
y′L(L-T)-車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后左轉(zhuǎn)車流流量比。
y′T(L-T)-車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后直行車流流量比。
L-信號損失時間，單位.s。
Y-原信號配時方案總流量比。
yL-原信號配時方案左轉(zhuǎn)相位流量比。
yT-原信號配時方案直行相位流量比； yi-原信號配時方案其它相位流量比。
a-原始渠化方案的左轉(zhuǎn)車道數(shù)。
b-原始渠化方案的直行車道數(shù)。
n-改變車道屬性的可變車道條數(shù)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是 1.本發(fā)明所述的交叉口自適應(yīng)可變車道設(shè)置方法，根據(jù)可變車道的不同屬性和車道交通流的溢出情況，因地制宜地設(shè)計了各種情況下的設(shè)置方法，確保了方法的實用性和可行性，從而解決了交通流時間上波動較大時，交叉口的固定渠化方案不適應(yīng)交通流實際需求的問題。
2.本發(fā)明給出了在不同的交通流條件下，可變車道屬性的確定方法。該方法同以往常用的人工觀測相比，提高了方法的智能化和便利性，為實現(xiàn)交叉口的最優(yōu)控制奠定了基礎(chǔ)。
3.本發(fā)明給出了6種信號配時優(yōu)化方法。該方法針對左轉(zhuǎn)和直行交通流的溢出情況，盡量降低車道數(shù)較少的相位飽和度，避免因車道屬性改變而導(dǎo)致的一個相位車流過飽和。
4.本發(fā)明給出了兩種預(yù)信號燈設(shè)置方法。該方法分別針對可變車道屬性由直行變左轉(zhuǎn)和由左轉(zhuǎn)變直行，在可變車道屬性變化前清空主信號燈與預(yù)信號燈之間車輛，并及時向可變車道釋放車輛，不僅避免了因車輛駛?cè)脲e誤的車道而導(dǎo)致交叉口擁堵現(xiàn)象的發(fā)生，而且充分利用了交叉口有限的時空資源。
5.本發(fā)明中的預(yù)信號燈的設(shè)置，可以避免車道屬性突變而造成駕駛員不適應(yīng)新環(huán)境的現(xiàn)象，提高了交叉口的安全性。



下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明 圖1是本發(fā)明所述的交叉口自適應(yīng)可變車道設(shè)置方法中檢測器布設(shè)位置的平面結(jié)構(gòu)示意框圖； 圖2是本發(fā)明所述的交叉口自適應(yīng)可變車道設(shè)置方法中預(yù)信號燈布設(shè)位置的平面結(jié)構(gòu)示意框圖； 圖3是本發(fā)明所述的交叉口自適應(yīng)可變車道設(shè)置方法中可變車道屬性由直行變?yōu)樽筠D(zhuǎn)時主信號燈與預(yù)信號燈之間關(guān)系的示意框圖； 圖4是本發(fā)明所述的交叉口自適應(yīng)可變車道設(shè)置方法中可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變?yōu)橹毙袝r主信號燈與預(yù)信號燈之間關(guān)系的示意框圖； 圖5是描述本發(fā)明所述的交叉口自適應(yīng)可變車道設(shè)置方法技術(shù)方案的詳細(xì)工作流程示意框圖； 圖6是描述本發(fā)明所述的交叉口自適應(yīng)可變車道設(shè)置方法的功能結(jié)構(gòu)示意框圖。
圖中1.1號感應(yīng)檢測器，2.2號感應(yīng)檢測器，3.3號感應(yīng)檢測器，4.1號觸發(fā)檢測器，5.2號觸發(fā)檢測器，6.不可變段(長度為L1)，7.過渡段(長度為L2)，8.不分流向段(長度為L3)，9.雙黃線(相對方向道路分割線)，10.主信號停車線位置，11.預(yù)信號停車線位置，I.渠化段(長度為l1)，III.主信號燈，IV.預(yù)信號燈。

具體實施例方式 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)的描述 本發(fā)明所述的交叉口自適應(yīng)可變車道設(shè)置方法是在設(shè)置左轉(zhuǎn)專用相位和左彎待轉(zhuǎn)區(qū)的基礎(chǔ)上，提出的一種新型左轉(zhuǎn)交通流的控制方法。該方法能解決由于車道不足、流量不均而引起的交通擁堵，為城市交通信號控制達到最優(yōu)效果發(fā)揮重要作用。
參閱圖5，本發(fā)明根據(jù)左轉(zhuǎn)交通流與直行交通流的流量變化，提供了交叉口自適應(yīng)可變車道設(shè)置方法，交叉口自適應(yīng)可變車道設(shè)置方法是由硬件和軟件兩部分組成，其既有數(shù)據(jù)采集設(shè)備、信號機及服務(wù)器等硬件部分，也有完成可變車道屬性判別和信號配時方案優(yōu)化的計算機程序部分。交叉口自適應(yīng)可變車道設(shè)置方法是在現(xiàn)有控制方式的基礎(chǔ)上，通過設(shè)置預(yù)信號燈、鋪設(shè)預(yù)信號檢測器并應(yīng)用自編的計算機程序而實現(xiàn)的，完整的說其包括如下步驟預(yù)信號檢測器數(shù)據(jù)的采集、可變車道屬性的判定、車道屬性變化后信號配時方案優(yōu)化、預(yù)信號設(shè)置方法的確定?，F(xiàn)按時間順序?qū)徊婵谧赃m應(yīng)可變車道的設(shè)置方法作詳細(xì)的描述 1.安裝硬件 參閱圖1，實現(xiàn)自適應(yīng)可變車道需安裝以下硬件設(shè)備 1)在主信號停車線上游40m處分車道埋設(shè)設(shè)計規(guī)格為2×2m的1號感應(yīng)檢測器1、2號感應(yīng)檢測器2與3號感應(yīng)檢測器3，用于檢測車輛到達、統(tǒng)計進口道車流量；對應(yīng)于圖中不分流向段左側(cè)的兩條車道，在距過渡段末端0.5-1.0m處分別埋設(shè)設(shè)計規(guī)格為2×2m的1號觸發(fā)檢測器4和2號觸發(fā)檢測器5，用于檢測左轉(zhuǎn)車道和可變車道的交通車流量。
2)利用現(xiàn)有的信號機、服務(wù)器，并用電線和/或光纜將1號感應(yīng)檢測器、2號感應(yīng)檢測器、3號感應(yīng)檢測器、1號觸發(fā)檢測器與2號觸發(fā)檢測器和信號機連接起來，再將信號機與服務(wù)器用電線和/或光纜連接起來。
3)安裝主信號燈并在不可變段與過渡段分界處設(shè)置預(yù)信號燈，用電線和/或光纜將主、預(yù)信號燈與信號機連接起來；主信號燈采用一組箭頭信號燈，具備左、直/左、直、右四個箭頭信號，其中左/直箭頭信號對應(yīng)于可變車道；預(yù)信號燈應(yīng)采用具備直/左箭頭信號燈，位于可變車道上方，顯示與可變車道屬性相匹配的直行或左轉(zhuǎn)的箭頭信號。
2.判別可變車道的屬性 參閱圖1，實施可變車道需要檢測器提供交通流數(shù)據(jù)的支持，其布設(shè)情況如圖中所示。根據(jù)檢測器提供的時間占有率來分析交叉口左轉(zhuǎn)交通流與直行交通流的運行情況，進而判別可變車道屬性，分如下四種狀況 1)若1號觸發(fā)檢測器4的時間占有率大于其臨界值，說明左轉(zhuǎn)車道的交通流發(fā)生溢出，1號觸發(fā)檢測器4在紅燈期間被車輛占據(jù)，若連續(xù)被占據(jù)的周期數(shù)N4大于或等于臨界值N*，即不等式N4≥N*成立，而2號觸發(fā)檢測器5的時間占有率大于其臨界值的連續(xù)周期數(shù)N5小于臨界值N*，即不等式N5＜N*成立，可變車道屬性應(yīng)為左轉(zhuǎn)車道。
2)若2號觸發(fā)檢測器5的時間占有率大于其臨界值，說明直行車道的交通流發(fā)生溢出，2號觸發(fā)檢測器5在紅燈期間被車輛占據(jù)，若連續(xù)被占據(jù)的周期數(shù)N5大于或等于臨界值N*，即不等式N5＞N*成立，而1號觸發(fā)檢測器4的時間占有率大于其臨界值的連續(xù)周期數(shù)N4小于臨界值N*，即不等式N4＜N*成立，可變車道屬性應(yīng)為直行車道。
3)若1號觸發(fā)檢測器4和2號觸發(fā)檢測器5的時間占有率均大于其臨界值，說明左轉(zhuǎn)車道交通流與直行車道交通流均發(fā)生溢出，若連續(xù)被占據(jù)的周期數(shù)均大于或等于其臨界值，此時設(shè)置可變車道并不能有效改善交叉口的擁堵狀況，此種狀況不在本發(fā)明的適用范圍之內(nèi)。
4)若1號觸發(fā)檢測器4和2號觸發(fā)檢測器5被占據(jù)的連續(xù)周期數(shù)均小于其臨界值，說明此時左轉(zhuǎn)車道交通流與直行車道交通流的車流運行均比較順暢，可變車道保持屬性不變。
其中N-1號觸發(fā)檢測器或2號觸發(fā)檢測器的時間占有率大于或等于臨界值的連續(xù)周期數(shù)。若1號觸發(fā)檢測器或2號觸發(fā)檢測器在某一周期內(nèi)的時間占有率大于臨界值則N值加1，否則N值清零，下周期重新判斷1號觸發(fā)檢測器或2號觸發(fā)檢測器的時間占有率是否大于或等于其臨界值； N*-為觸發(fā)可變車道控制的臨界值，當(dāng)1號觸發(fā)檢測器或2號觸發(fā)檢測器連續(xù)N*個周期的時間占有率均大于或等于臨界值則觸發(fā)可變車道控制。N*的取值由下式標(biāo)定 式中L1-渠化區(qū)內(nèi)不可變段車道長度(m)； L2-渠化區(qū)內(nèi)過渡段車道長度(m)； Kj-阻塞密度(veh/s)； C-信號周期時長(s)； qi-可變車道的車輛到達率(veh/s)； gi-可變車道所在相位的綠燈時長(s)； Si-可變車道所在相位的飽和流率(veh/s)。
3.信號機對可變車道信號配時方案優(yōu)化的控制 在確定可變車道屬性后，根據(jù)信號配時方案中周期時長的可變性，可變車道的控制可分為以下兩種狀況考慮信號周期時長不可變時可變車道的控制、信號周期時長可變時可變車道的控制。
1)信號周期時長不可變時可變車道的控制 可變車道屬性改變后，車道數(shù)減少的相位飽和度可能會出現(xiàn)過飽和，此時應(yīng)在保證車道數(shù)增加的相位滿足臨界飽和度的前提下，進行信號配時優(yōu)化以降低車道數(shù)減少相位的飽和度，具體可分如下兩種狀況考慮。
(1)若可變車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)，優(yōu)化后的各相位綠燈時長為 式中g(shù)′T(T-L)-可變車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后直行相位綠燈時長(s)； g′L(T-L)-可變車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后左轉(zhuǎn)相位綠燈時長(s)； y′L(T-L)-可變車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后左轉(zhuǎn)車流流量比； gT-原配時方案直行相位綠燈時長(s)； gL-原配時方案左轉(zhuǎn)相位綠燈時長(s)； C-原配時方案周期時長(s)； xP-臨界飽和度(建議取為0.9)。
(2)若可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行，優(yōu)化后的各相位綠燈時長為 式中g(shù)′L(L-T)-可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后左轉(zhuǎn)相位綠燈時長(s)； g′T(L-T)-可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后直行相位綠燈時長(s)； y′T(L-T)-可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后直行車流流量比； gT-原配時方案直行相位綠燈時長(s)； gL-原配時方案左轉(zhuǎn)相位綠燈時長(s)； C-原配時方案周期時長(s)； xP-臨界飽和度(建議取為0.9)。
2)信號周期時長可變時可變車道的控制 可變車道屬性的變化必然導(dǎo)致直行和左轉(zhuǎn)相位的流量比發(fā)生變化，變周期下優(yōu)化配時方案的信號周期時長和各相位有效綠燈時間分為如下兩種狀況 (1)可變車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)，優(yōu)化后的周期時長和各相位綠燈時長為 式中C′T-L-車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后的信號周期時長(s)； g″L(T-L)-車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后左轉(zhuǎn)相位綠燈時間(s)； g″T(T-L)-車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后直行相位綠燈時間(s)； g″i(T-L)-車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后其它相位綠燈時間(s)； Y′T-L-車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后交叉口總流量比； y′L(T-L)-車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后左轉(zhuǎn)車流流量比； y′T(T-L)-車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后直行車流流量比； L-信號損失時間(s)； Y-原信號配時方案總流量比； yL-原信號配時方案左轉(zhuǎn)相位流量比； yT-原信號配時方案直行相位流量比； yi-原信號配時方案其它相位流量比； a-原始渠化方案的左轉(zhuǎn)車道數(shù)； b-原始渠化方案的直行車道數(shù)； n-改變車道屬性的可變車道條數(shù)； (2)可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行，優(yōu)化后的周期時長和各相位綠燈時長為 式中C′L-T-車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后的信號周期時長(s)； g″L(L-T)-車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后左轉(zhuǎn)相位綠燈時間(s)； g″T(L-T)-車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后直行相位綠燈時間(s)； g″i(L-T)-車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后其它相位綠燈時間(s)； Y′L-T-車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后交叉口總流量比； y′L(L-T)-車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后左轉(zhuǎn)車流流量比； y′T(L-T)-車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后直行車流流量比； L-信號損失時間(s)； Y-原信號配時方案總流量比； yL-原信號配時方案左轉(zhuǎn)相位流量比； yT-原信號配時方案直行相位流量比； yi-原信號配時方案其它相位流量比； a-原始渠化方案的左轉(zhuǎn)車道數(shù)； b-原始渠化方案的直行車道數(shù)； n-改變車道屬性的可變車道條數(shù)； 4.設(shè)置可變車道預(yù)信號 參閱圖2，車道屬性改變后，駕駛員需要一定的反應(yīng)時間并做出相應(yīng)決策，需要一定的距離改變行駛車道，否則會致使車輛駛?cè)脲e誤車道。為防止上述情況發(fā)生，本發(fā)明在渠化區(qū)上游設(shè)置一條預(yù)信號停車線和相應(yīng)的發(fā)出預(yù)信號的預(yù)信號燈，形成主信號停車線和預(yù)信號停車線的控制布局。
根據(jù)可變車道屬性的不同轉(zhuǎn)換，可分如下兩種狀況考慮 1)可變車道屬性由直行變?yōu)樽筠D(zhuǎn) 參閱圖3，當(dāng)可變車道屬性由直行變?yōu)樽筠D(zhuǎn)時，車道過渡應(yīng)在一個信號周期內(nèi)完成，為了消散在左轉(zhuǎn)綠燈啟亮之前主信號燈與預(yù)信號燈之間的那部分直行車輛，需要在預(yù)信號燈的直行綠燈與左轉(zhuǎn)綠燈之間插入一段紅燈時間t1 t1＝l1/v+τ 其中l(wèi)1-為主、預(yù)信號停車線之間的距離(m)； v-為車均速度(m/s)； τ-為安全時間(s)，建議取為3s； 主信號燈與預(yù)信號燈之間的關(guān)系為 GT(T-L)、GL(T-L)、G′T(T-L)、G′L(T-L)和t1之間存在如下關(guān)系 GT(T-L)＝G′T(T-L)+t1；GL(T-L)＝G′L(T-L)； 其中GT(T-L)-可變車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)時主信號燈直行綠燈時長(s)； GL(T-L)-可變車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)時主信號燈左轉(zhuǎn)綠燈時長(s)； G′T(T-L)-可變車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)時預(yù)信號燈直行綠燈時長(s)； G′L(T-L)-可變車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)時預(yù)信號燈左轉(zhuǎn)綠燈時長(s)； t1-可變車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)時預(yù)信號燈紅燈時長(s)。
2)可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變?yōu)橹毙? 參閱圖4，可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變?yōu)橹毙袝r，車道過渡應(yīng)在兩個信號周期內(nèi)完成，第一個信號周期與本進口道的左轉(zhuǎn)相位顯示相一致，第二個信號周期與本進口道的直行相位顯示相一致。在可變車道屬性變化之前，為清空車道內(nèi)所有的左轉(zhuǎn)車輛，預(yù)信號左轉(zhuǎn)綠燈時間應(yīng)比主信號綠燈時間提前截止t3 t3＝GL-qL×C/SL 其中GL-主信號燈左轉(zhuǎn)綠燈時長(s)； qL-左轉(zhuǎn)車輛到達率(veh/h)； SL-左轉(zhuǎn)車道的飽和流率(veh/h)； 主信號燈與預(yù)信號燈之間的關(guān)系為 GT(L-T)、GL(L-T)、R、G′T(L-T)、G′L(L-T)和t3之間存在如下關(guān)系 GL(L-T)＝G′L(L-T)+t3；GT(L-T)+R＝G′T(L-T) 其中GT(L-T)-可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行時主信號燈直行綠燈時長(s)； GL(L-T)-可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行時主信號燈左轉(zhuǎn)綠燈時長(s)； R-可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行時主信號燈紅燈時長(s)； G′T(L-T)-可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行時預(yù)信號燈直行綠燈時長(s)； G′L(L-T)-可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行時預(yù)信號燈左轉(zhuǎn)綠燈時長(s)； t3-可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行時預(yù)信號燈紅燈時長(s)。
為充分利用可變車道的直行綠燈時間，預(yù)信號綠燈應(yīng)比主信號綠燈提前啟亮t4＝R，使停在預(yù)信號停車線之后的直行車輛進入主信號與預(yù)信號之間的路段。
結(jié)合圖5描述本發(fā)明所述的交叉口自適應(yīng)可變車道設(shè)置方法的工作流程 1.首先通過1號感應(yīng)檢測器1、2號感應(yīng)檢測器2、3號感應(yīng)檢測器3、1號觸發(fā)檢測器4和2號觸發(fā)檢測器5得到進口道的交通流數(shù)據(jù)，根據(jù)得到的進口道交通流數(shù)據(jù)執(zhí)行可變車道屬性的判別步驟 若1號觸發(fā)檢測器4被車輛占據(jù)的連續(xù)周期數(shù)N4大于或等于N*、而2號觸發(fā)檢測器5被車輛占據(jù)的連續(xù)周期數(shù)N5小于N*，則說明此時可變車道屬性應(yīng)由直行變成左轉(zhuǎn)；可變車道屬性變成左轉(zhuǎn)車道后，進入信號機對可變車道信號配時方案優(yōu)化的控制步驟 判斷信號配時方案中周期時長是否可變步驟，信號配時方案中周期時長不可變時，優(yōu)化后的各相位綠燈時長為 信號配時方案中周期時長可變時，優(yōu)化后的周期時長和各相位綠燈時長為 執(zhí)行信號配時方案中周期時長不可變或者執(zhí)行信號配時方案中周期時長可變以后，則進入設(shè)置可變車道預(yù)信號步驟 可變車道屬性由直行變?yōu)樽筠D(zhuǎn)，車道過渡應(yīng)在一個信號周期內(nèi)完成，為了消散在左轉(zhuǎn)綠燈啟亮之前主信號燈與預(yù)信號燈之間的那部分直行車輛，需要在預(yù)信號燈的直行綠燈與左轉(zhuǎn)綠燈之間插入一段紅燈時間t1t1＝l1/v+τ。
2.若1號觸發(fā)檢測器4被車輛占據(jù)的連續(xù)周期數(shù)N4小于N*，則進入2號觸發(fā)檢測器5被車輛占據(jù)的連續(xù)周期數(shù)N5是否大于或等于N*的(即N5≥N*是否成立)判斷步驟，如果是大于或等于N*，則說明此時可變車道屬性應(yīng)是直行，可變車道屬性變成直行車道后，進入信號機對可變車道信號配時方案優(yōu)化的控制步驟判斷信號配時方案中周期時長是否可變步驟，信號配時方案中周期時長不可變時，優(yōu)化后的各相位綠燈時長為 信號配時方案中周期時長可變時，優(yōu)化后的周期時長和各相位綠燈時長為 執(zhí)行信號配時方案中周期時長不可變或者執(zhí)行信號配時方案中周期時長可變以后，則進入設(shè)置可變車道預(yù)信號步驟 可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變?yōu)橹毙?，車道過渡應(yīng)在兩個信號周期內(nèi)完成，第一個信號周期與本進口道的左轉(zhuǎn)相位顯示相一致，第二個信號周期與本進口道的直行相位顯示相一致。在可變車道屬性變化之前，為清空車道內(nèi)所有的左轉(zhuǎn)車輛，預(yù)信號左轉(zhuǎn)綠燈時間應(yīng)比主信號綠燈時間提前截止t3t3＝GL-qL×C/SL。
3.在2號觸發(fā)檢測器5被車輛占據(jù)的連續(xù)周期數(shù)N5是否大于或等于N*的(即N5≥N*是否成立)判斷步驟中，如果2號觸發(fā)檢測器5被車輛占據(jù)的連續(xù)周期數(shù)N5小于N*(1號觸發(fā)檢測器4被車輛占據(jù)的連續(xù)周期數(shù)N4也小于N*)，說明左轉(zhuǎn)車道交通流與直行車道交通流運行比較順暢，可變車道保持屬性不變。原渠化方案不變，接下來原信號配時方案不變。
4.若1號觸發(fā)檢測器4被車輛占據(jù)的連續(xù)周期數(shù)N4與2號觸發(fā)檢測器5被車輛占據(jù)的連續(xù)周期數(shù)N5同時大于或等于N*，則說明此時設(shè)置可變車道并不能有效改善交叉口的擁堵狀況，不在本發(fā)明的適用范圍之內(nèi)，此時需對四個渠化配時方案(原渠化配時方案、渠化改變配時不變方案、設(shè)置左轉(zhuǎn)可變車道定周期配時方案、設(shè)置左轉(zhuǎn)可變車道變周期配時方案)進行優(yōu)選，以提高交叉口的通行能力。
權(quán)利要求
1.一種采用計算機程序的交叉口自適應(yīng)可變車道設(shè)置方法，包括安裝硬件和信號機對可變車道信號配時方案優(yōu)化的控制步驟，其特征是所述的交叉口自適應(yīng)可變車道設(shè)置方法還增加了判別可變車道的屬性和設(shè)置可變車道預(yù)信號的步驟；
所述的判別可變車道的屬性包括以下步驟
1)1號觸發(fā)檢測器(4)和2號觸發(fā)檢測器(5)檢測左轉(zhuǎn)車道和可變車道的交通流數(shù)據(jù)；
2)通過不等式N≥N*是否成立判別可變車道的屬性；
式中N-1號觸發(fā)檢測器或2號觸發(fā)檢測器的時間占有率大于臨界值的連續(xù)周期數(shù)；
N*-為觸發(fā)可變車道控制的臨界值，當(dāng)1號觸發(fā)檢測器或2號觸發(fā)檢測器連續(xù)N*個周期的時間占有率均大于等于臨界值則觸發(fā)可變車道控制。N*的取值由下式標(biāo)定
式中L1-渠化區(qū)內(nèi)不可變段車道長度，單位.m；
L2-渠化區(qū)內(nèi)過渡段車道長度，單位.m；
Kj-阻塞密度，單位.veh/s；
C-信號周期時長，單位.s；
qi-可變車道的車輛到達率，單位.veh/s；
gi-可變車道所在相位的綠燈時長，單位.s；
Si-可變車道所在相位的飽和流率，單位.veh/s；
所述的設(shè)置可變車道預(yù)信號包括以下步驟
1)可變車道屬性由直行變?yōu)樽筠D(zhuǎn)
為了消散在左轉(zhuǎn)綠燈啟亮之前主信號燈與預(yù)信號燈之間的那部分直行車輛，需要在預(yù)信號燈的直行綠燈與左轉(zhuǎn)綠燈之間插入一段紅燈時間t1
t1＝l1/v+τ
式中l(wèi)1-為主、預(yù)信號停車線之間的距離，單位.m；
v-為車均速度，單位.m/s；
τ-為安全時間；
2)可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變?yōu)橹毙?br> 在可變車道屬性變化之前，為清空車道內(nèi)所有的左轉(zhuǎn)車輛，預(yù)信號左轉(zhuǎn)綠燈時間應(yīng)比主信號綠燈時間提前截止t3
t3＝GL-qL×C/SL
式中GL-主信號燈左轉(zhuǎn)綠燈時長，單位.s；
qL-左轉(zhuǎn)車輛到達率，單位.veh/h；
SL-左轉(zhuǎn)車道的飽和流率，單位.veh/h。
2.按照權(quán)利要求1所述的交叉口自適應(yīng)可變車道設(shè)置方法，其特征是所述的通過不等式N≥N*是否成立判別可變車道屬性包括以下步驟
1)若1號觸發(fā)檢測器(4)的時間占有率大于其臨界值的連續(xù)周期數(shù)(N4)大于或等于臨界值(N*)，即不等式N4≥N*成立，而2號觸發(fā)檢測器(5)的時間占有率大于其臨界值的連續(xù)周期數(shù)(N5)小于臨界值(N*)，即不等式N5＜N*成立，可變車道屬性應(yīng)為左轉(zhuǎn)車道；
2)若2號觸發(fā)檢測器(5)的時間占有率大于其臨界值的連續(xù)周期數(shù)(N5)大于或等于臨界值(N*)，即不等式N5≥N*成立，而1號觸發(fā)檢測器(4)的時間占有率大于其臨界值的連續(xù)周期數(shù)(N4)小于臨界值(N*)，即不等式N4＜N*成立，可變車道屬性應(yīng)為直行車道；
3)若1號觸發(fā)檢測器(4)和2號觸發(fā)檢測器(5)的時間占有率大于臨界值連續(xù)周期數(shù)均大于或等于其臨界值(N*)，說明左轉(zhuǎn)車道交通流與直行車道交通流均發(fā)生溢出，此時設(shè)置可變車道并不能有效改善交叉口的擁堵狀況，此種狀況不在本發(fā)明的適用范圍之內(nèi)；
4)若1號觸發(fā)檢測器(4)和2號觸發(fā)檢測器(5)的時間占有率大于或等于臨界值的連續(xù)周期數(shù)均小于其臨界值(N*)，說明此時左轉(zhuǎn)車道交通流與直行車道交通流的車流運行均比較順暢，可變車道保持屬性不變。
3.按照權(quán)利要求1所述的交叉口自適應(yīng)可變車道設(shè)置方法，其特征是所述的安裝硬件是指
1)在主信號停車線上游40m處分車道埋設(shè)用于檢測車輛到達、統(tǒng)計進口道車流量的設(shè)計規(guī)格為2×2m的1號感應(yīng)檢測器(1)、2號感應(yīng)檢測器(2)與3號感應(yīng)檢測器(3)，對應(yīng)于不分流向段左側(cè)的兩條車道，在距過渡段末端0.5-1.0m處分別埋設(shè)用于檢測左轉(zhuǎn)車道和可變車道的交通車流量的設(shè)計規(guī)格為2×2m的1號觸發(fā)檢測器(4)和2號觸發(fā)檢測器(5)；
2)利用現(xiàn)有的信號機、服務(wù)器，并用電線和/或光纜將1號感應(yīng)檢測器(1)、2號感應(yīng)檢測器(2)、3號感應(yīng)檢測器(3)、1號觸發(fā)檢測器(4)與2號觸發(fā)檢測器(4)和信號機連接起來，再將信號機與服務(wù)器用電線和/或光纜連接起來；
3)安裝主信號燈并在不可變段與過渡段分界處設(shè)置預(yù)信號燈，用電線和/或光纜將主信號燈與預(yù)信號燈和信號機連接起來；主信號燈采用一組箭頭信號燈，具備左、直/左、直與右四個箭頭信號，其中左/直箭頭信號對應(yīng)于可變車道；預(yù)信號燈應(yīng)采用具備直/左箭頭信號燈，位于可變車道上方，顯示與可變車道屬性相匹配的直行或左轉(zhuǎn)的箭頭信號。
4.按照權(quán)利要求1所述的交叉口自適應(yīng)可變車道設(shè)置方法，其特征是所述的信號機對可變車道信號配時方案優(yōu)化的控制包括以下步驟
1)信號周期時長不可變時可變車道的控制
(1)若可變車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)，優(yōu)化后的各相位綠燈時長為
式中g(shù)′T(T-L)-可變車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后直行相位綠燈時長，單位.s；
g′L(T-L)-可變車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后左轉(zhuǎn)相位綠燈時長，單位.s；
y′L(T-L)-可變車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后左轉(zhuǎn)車流流量比，單位.s；
gT-原配時方案直行相位綠燈時長，單位.s；
gL-原配時方案左轉(zhuǎn)相位綠燈時長，單位.s；
C-原配時方案周期時長，單位.s；
xp-臨界飽和度(建議取為0.9)；
(2)若可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行，優(yōu)化后的各相位綠燈時長為
式中g(shù)′L(L-T)-可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后左轉(zhuǎn)相位綠燈時長，單位.s；
g′T(L-T)-可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后直行相位綠燈時長，單位.s；
y′T(L-T)-可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后直行車流流量比，單位.s；
gT-原配時方案直行相位綠燈時長，單位.s；
gL-原配時方案左轉(zhuǎn)相位綠燈時長，單位.s；
C-原配時方案周期時長，單位.s；
xp-臨界飽和度；
2)信號周期時長可變時可變車道的控制
(1)可變車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)，優(yōu)化后的周期時長和各相位綠燈時長為
式中C′T-L-車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后的信號周期時長，單位.s；
g″L(T-L)-車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后左轉(zhuǎn)相位綠燈時間，單位.s；
g″T(T-L)-車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后直行相位綠燈時間，單位.s；
gi(T-L)-車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后其它相位綠燈時間，單位.s；
Y′T-L-車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后交叉口總流量比；
y′L(T-L)-車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后左轉(zhuǎn)車流流量比；
y′T(T-L)-車道屬性由直行變成左轉(zhuǎn)后直行車流流量比；
L-信號損失時間，單位.s；
Y-原信號配時方案總流量比；
yL-原信號配時方案左轉(zhuǎn)相位流量比；
yT-原信號配時方案直行相位流量比；
yi-原信號配時方案其它相位流量比；
a-原始渠化方案的左轉(zhuǎn)車道數(shù)；
b-原始渠化方案的直行車道數(shù)；
n-改變車道屬性的可變車道條數(shù)；
(2)可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行，優(yōu)化后的周期時長和各相位綠燈時長為
式中C′L-T-車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后的信號周期時長，單位.s；
g″L(L-T)-車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后左轉(zhuǎn)相位綠燈時間，單位.s；
g″T(L-T)-車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后直行相位綠燈時間，單位.s；
g″i(L-T)-車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后其它相位綠燈時間，單位.s；
Y′L-T-車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后交叉口總流量比；
y′L(L-T)-車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后左轉(zhuǎn)車流流量比；
y′T(L-T)-車道屬性由左轉(zhuǎn)變成直行后直行車流流量比；
L-信號損失時間，單位.s；
Y-原信號配時方案總流量比；
yL-原信號配時方案左轉(zhuǎn)相位流量比；
yT-原信號配時方案直行相位流量比；
yi-原信號配時方案其它相位流量比；
a-原始渠化方案的左轉(zhuǎn)車道數(shù)；
b-原始渠化方案的直行車道數(shù)；
n-改變車道屬性的可變車道條數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用計算機程序的交叉口自適應(yīng)可變車道設(shè)置方法。旨在克服單左轉(zhuǎn)車道過飽和而兩條左轉(zhuǎn)車道又有剩余的問題。該方法首先是安裝1號觸發(fā)檢測器、2號觸發(fā)檢測器、主信號燈、預(yù)信號燈和利用現(xiàn)有其它硬件設(shè)備，該方法還采用下列步驟1)判別可變車道的屬性通過不等式N≥N*是否成立判別可變車道的屬性，其中N為1號/2號觸發(fā)檢測器的時間占有率大于臨界值的連續(xù)周期數(shù)，N*為觸發(fā)可變車道控制的臨界值；2)信號機對可變車道信號配時方案優(yōu)化的控制(1)信號周期時長不可變時可變車道的控制，(2)信號周期時長可變時可變車道的控制；3)設(shè)置可變車道預(yù)信號(1)可變車道屬性由直行變?yōu)樽筠D(zhuǎn)，(2)可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變?yōu)橹毙小?br> 文檔編號G08G1/07GK101650877SQ20091006746
公開日2010年2月17日 申請日期2009年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者王殿海, 曲昭偉, 宋現(xiàn)敏, 陳永恒, 李志慧, 李麗麗, 馬東方, 巍 魏, 郭偉偉, 迪 孫, 婷 路, 馮天軍 申請人:吉林大學(xué)