一種左轉(zhuǎn)短車道影響的交叉口可變導(dǎo)向車道控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能交通控制領(lǐng)域，涉及一種適用于有（無）左轉(zhuǎn)短車道的設(shè)置可變 導(dǎo)向車道交叉口的信號配時(shí)設(shè)計(jì)以及信號燈組與可變導(dǎo)向車道標(biāo)志控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，城市交通擁堵問題越來越受關(guān)注，嚴(yán)重影響著人們的出行效率和生活質(zhì) 量。在許多交叉口，交通流常常具有潮汐特性，其表現(xiàn)是某一時(shí)段左轉(zhuǎn)交通量明顯大于直行 交通量，而另一時(shí)段恰恰相反。為解決因交叉口各流向交通流分布不均衡引發(fā)的交通擁堵 問題，交通工程師提出了可變導(dǎo)向車道控制技術(shù)。此時(shí)設(shè)置在交叉口隨交通需求變化調(diào)節(jié) 車輛行駛方向的車道被稱為可變導(dǎo)向車道。
[0003] 目前，可變導(dǎo)向車道控制技術(shù)與方法主要聚焦于兩方面：
[0004] (1)源于工程實(shí)踐，針對設(shè)置可變導(dǎo)向車道的具體情況，提出其實(shí)施條件、信號配 時(shí)方法、主預(yù)信號協(xié)調(diào)控制方案、自適應(yīng)控制算法等。這類方法的技術(shù)缺陷在于交叉口一般 只設(shè)置一條可變導(dǎo)向車道、而且常忽略左轉(zhuǎn)短車道對交叉口通行能力的影響。
[0005] (2)從數(shù)學(xué)建模角度，通過整合車道功能和信號配時(shí)兩種設(shè)計(jì)提出一系列動態(tài)車 道功能劃分方法。這類方法的技術(shù)缺陷在于所述模型過于復(fù)雜且缺乏實(shí)施策略、其工程應(yīng) 用性欠佳。
[0006] 從檢索的國內(nèi)外文獻(xiàn)和資料來看，可變導(dǎo)向車道控制技術(shù)的理論研究相對滯后， 國外鮮有相關(guān)方面的報(bào)道。我國于2009年發(fā)布了中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5768. 3- 2009《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》，其中增加了可變導(dǎo)向車道標(biāo)線的設(shè)置原則與方法，但未提及 可變導(dǎo)向車道標(biāo)志。
[0007] 事實(shí)上，可變導(dǎo)向車道影響著駕駛員行為，其控制效果又依賴于駕駛員行為。鑒于 此，從駕駛員視角，本發(fā)明提出一種左轉(zhuǎn)短車道影響的含可變導(dǎo)向車道交叉口信號配時(shí)設(shè) 計(jì)與協(xié)調(diào)控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 基于離線或在線的交通需求數(shù)據(jù)，本發(fā)明提供一種適用于有（無）左轉(zhuǎn)短車道的 設(shè)置可變導(dǎo)向車道交叉口的信號配時(shí)設(shè)計(jì)與協(xié)調(diào)控制方法，其技術(shù)方案包括實(shí)施條件、技 術(shù)架構(gòu)、信號配時(shí)優(yōu)化模型、信號燈組與可變導(dǎo)向車道標(biāo)志控制規(guī)則。
[0009] 1、實(shí)施條件
[0010] (1)面向三路、四路和五路交叉口，各進(jìn)口道渠劃不少于2條的車道，另可設(shè)置1條 左轉(zhuǎn)短車道（若短車道數(shù)大于1，本方法仍適用，但計(jì)算精度可能降低）；
[0011] (2)交叉口交通流具有明顯潮汐特性，根據(jù)具體情況在1條或1條以上的進(jìn)口道上 均設(shè)置1條可變導(dǎo)向車道（若一條進(jìn)口道上的可變導(dǎo)向車道數(shù)大于1，本方法仍適用，但可 能需要調(diào)整某些進(jìn)口車道的停車線位置以確保交通流運(yùn)行安全）；
[0012] (3)對于可變導(dǎo)向車道，在地面上施劃可變導(dǎo)向車道標(biāo)線，在停車線處設(shè)置可變導(dǎo) 向車道標(biāo)志，在停車線后方30~50m處設(shè)置可變導(dǎo)向車道標(biāo)志，根據(jù)具體情況此后可每隔 50~IOOm重復(fù)設(shè)置可變導(dǎo)向車道標(biāo)志1~2塊；
[0013] (4)各進(jìn)口道的右轉(zhuǎn)車流均不受單獨(dú)的信號控制；
[0014] (5)各交叉口信號相位數(shù)不少于2,相位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法采用已知方法。
[0015] 2、技術(shù)架構(gòu)
[0016] 以圖1所示四路交叉口為例，東、西進(jìn)口道上分別渠劃左轉(zhuǎn)短車道、左轉(zhuǎn)專用車 道、可變導(dǎo)向車道和直右混行車道各1條，南、北進(jìn)口道上分別渠劃左轉(zhuǎn)專用車道、直行車 道和直右混行車道各1條。這里設(shè)可變導(dǎo)向車道的功能在每一個(gè)時(shí)段內(nèi)為左轉(zhuǎn)或直行。假 設(shè)各進(jìn)口道的右轉(zhuǎn)車流均不受單獨(dú)的信號控制，自西進(jìn)口道起，按順時(shí)針方向?qū)D1中的 左轉(zhuǎn)車流使用奇數(shù)進(jìn)行編號，分別設(shè)為Ml，M3, M5和M7,與其沖突的直右車流使用偶數(shù)進(jìn)行 編號，分別設(shè)為M2, M4, M6和M8。圖2為信號相位方案，東西向采用前置左轉(zhuǎn)+后置左轉(zhuǎn)方 式，南北向采用專用左轉(zhuǎn)+前置左轉(zhuǎn)方式。
[0017] 圖1所示交叉口可擴(kuò)展至2條以上的進(jìn)口道上均存在1條左轉(zhuǎn)短車道或可變導(dǎo)向 車道的情形，可簡化至2條以上的進(jìn)口道上無左轉(zhuǎn)短車道或可變導(dǎo)向車道的情形。對于任 意一個(gè)進(jìn)口道，圖1所示交叉口可擴(kuò)展至左轉(zhuǎn)專用車道數(shù)、可變導(dǎo)向車道數(shù)或直行車道數(shù) 多于1條或者存在右轉(zhuǎn)專用車道的情形，可簡化至無左轉(zhuǎn)專用車道或直行車道的情形，其 上左轉(zhuǎn)短車道數(shù)或可變導(dǎo)向車道數(shù)可多于1條。圖1所示交叉口還可擴(kuò)展至五路交叉口， 可簡化至東西向或南北向?yàn)閱涡新返那樾?，也可簡化至三路交叉口（如T型交叉口、Y型交 叉口等）。
[0018] 對于東西向或南北向道路，信號相位方案可以選擇專用左轉(zhuǎn)（圖3a)、進(jìn)口道直左 (圖3b)、前置左轉(zhuǎn)+后置左轉(zhuǎn)（圖3c)或?qū)Ｓ米筠D(zhuǎn)+前置左轉(zhuǎn)（圖3d)任意一種方式，如 圖3所示（以東西向?yàn)槔Ｈ绻麍D1所示交叉口擴(kuò)展為五路交叉口，車流數(shù)可能增加，信 號相位方案可能更為復(fù)雜。如果圖1所示交叉口簡化為有單行路的情形或三路交叉口，車 流數(shù)將減少，信號相位方案將變得更為簡單。
[0019] 如果可變導(dǎo)向車道的功能在某一時(shí)段內(nèi)為直左混行，本方法仍然適用，但需要合 理設(shè)計(jì)該時(shí)段內(nèi)的信號相位方案以確保交通流運(yùn)行安全。
[0020] 在分析駕駛員行為特性的基礎(chǔ)上，以一條進(jìn)口道上設(shè)置可變導(dǎo)向車道為例，圖4 展示了可變導(dǎo)向車道標(biāo)線、可變導(dǎo)向車道標(biāo)志以及信號燈組的設(shè)置方式。可變導(dǎo)向車道標(biāo) 線的設(shè)置方法參考中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5768. 3- 2009《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》，其 施劃長度同導(dǎo)向車道線施劃長度，一般不小于30m。對于設(shè)置可變導(dǎo)向車道的進(jìn)口道，在停 車線后方30~50m設(shè)置可變導(dǎo)向車道標(biāo)志牌一，其上顯示各條車道的導(dǎo)向箭頭，并在下面 分兩行標(biāo)明"請按指示行駛"、"違章抓拍"的字樣，其中可變導(dǎo)向車道的導(dǎo)向箭頭采用LED 燈進(jìn)行高亮顯示；在該標(biāo)志牌后方50~IOOm設(shè)置可變導(dǎo)向車道標(biāo)志牌二，主標(biāo)志牌上顯示 各條車道的導(dǎo)向箭頭，并在下面標(biāo)明"請正確選擇車道"的字樣，對應(yīng)主標(biāo)志牌上可變導(dǎo)向 車道位置的上方設(shè)置輔助標(biāo)志，其上分兩行標(biāo)明"可變車道"、"請按指示行駛"的字樣，其中 可變導(dǎo)向車道的導(dǎo)向箭頭采用LED燈進(jìn)行高亮顯示；如有必要，可以重復(fù)設(shè)置標(biāo)志牌二。在 對應(yīng)出口道的合適位置，為每條車道設(shè)置獨(dú)立的信號燈組，其控制狀態(tài)與標(biāo)志牌一和標(biāo)志 牌二上導(dǎo)向箭頭的控制狀態(tài)協(xié)調(diào)。
[0021] 圖5給出了信號燈組的各種可能顯示形式，如果可變導(dǎo)向車道功能在直行和左轉(zhuǎn) 之間進(jìn)行切換，信號燈組的顯示形式可能為（a)或（b);如果可變導(dǎo)向車道功能在某一時(shí)段 內(nèi)為直左混行，信號燈組的顯示形式可能為（a)、（b)或（c)。
[0022] 圖6給出了可變導(dǎo)向箭頭的各種可能顯示形式，如果本時(shí)段可變導(dǎo)向車道的功能 相對于上一時(shí)段發(fā)生變化，上一時(shí)段最后一個(gè)信號周期內(nèi)可變導(dǎo)向箭頭的顯示形式可能為 (a)、（b)、（c)或（d)，其他情況下可變導(dǎo)向箭頭的顯示形式可能為（a)、（b)或（c)。
[0023] 3、信號配時(shí)優(yōu)化模型
[0024] 為便于表述，將交叉口進(jìn)口車道分為三類：車道功能隨著交通需求發(fā)生變化的車 道被稱為可變導(dǎo)向車道，限于地形條件采用增辟方式形成的固定導(dǎo)向車道被稱為短車道， 由路段自然延伸形成的固定導(dǎo)向車道被稱為普通車道。
[0025] 鑒于可變導(dǎo)向車道與左轉(zhuǎn)短車道對進(jìn)口道通行能力的影響，某條車道組的通行能 力可表達(dá)為
[0026]
Cl)
[0027] 式中：(^為車道組j的通行能力（pcu/h) ;SN ,為車道組j的普通車道飽和流率 (pcu/h) %為車道組j的有效綠燈時(shí)間（S) ,為標(biāo)識車道組j是否含有可變導(dǎo)向車道的 二元變量，如果是，L= 1，否則，Φ 0 ;SV ;為車道組j的可變導(dǎo)向車道飽和流率（pcu/ h);巧為標(biāo)識車道組j是否含有短車道的二元變量，如果是，％ = 1，否則，fV= SSj為車 道組j的短車道飽和流率（pcu/h) ; ^為平均飽和車頭時(shí)距（s) 為平均停車間距（m) 為車道組j的短車道長度（m) ;C為信號周期時(shí)長（S)。
[0028] 為保證可變導(dǎo)向車道在一個(gè)時(shí)段內(nèi)僅有一種功能屬性，這里要求一條可變導(dǎo)向車 道在一個(gè)時(shí)段內(nèi)只能被一條車道組激活。
[0029] 交叉口通行能力被定義為所有車道組的通行能力之和，即
[0030]
⑵
[0031] 式中：TQ為交叉口通行能力（pcu/h) ;m為車道組數(shù)。
[0032] 為了估計(jì)車輛延誤，研究人員建立了各種進(jìn)口車道（或車道組）車均延誤模型。根 據(jù)美國道路通行能力手冊（HCM2000)，一條進(jìn)口車道或車道組的車均延誤為
[0034] 式中：(Ij為車道組j的車均延誤（s/pcu) ;u j為車道組j的綠信比；X j為車道組j 的飽和度；PF為信號聯(lián)動修正系數(shù)；T為分析期持續(xù)時(shí)間（h) ;K為信號控制類型的延誤修 正系數(shù)；I為上游調(diào)節(jié)增量延誤修正系數(shù)；Qb為分析期開始時(shí)的初始排隊(duì)車輛數(shù)（pcu) ; μ 為延誤參數(shù)；t'為分析期內(nèi)過飽和狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間（h)。
[0035] 交叉口車輛總延誤被定義為所有車道組的車均延誤與當(dāng)量小汽車數(shù)乘積之和，即
[0036] (4)
[0037] 式中：TD為分