一种交叉口左转相位信号配时设计和优化方法技术

本发明专利技术公开一种信号交叉口左转相位的设计和优化方法，该方法提出了交叉口有、无左转专用相位两种条件下的通行能力和延误计算公式，在通过调查得到的交通数据前提下，综合评价交叉口的运行状况，并结合左转专用相位设置的临界条件，为城市道路信号交叉口左转专用相位的设置提供依据。通过对比设置左转专用相位前后交叉口的延误、排队长度等评价指标，判定优化效果，以达到提升交叉口车辆通行效率的目的。在左转车车流量较大的交叉口，通过合理设计，本方法能有效降低整个交叉口的延误，从而提升交叉口的服务水平。

Timing design and optimization method for a left turn phase signal at intersection

The invention discloses a left turn signal intersection design and optimization method of the phase, the proposed method has two formulas of intersection, the conditions of no leftturn phase under the capacity and delay in traffic data through the investigation under the premise of comprehensive evaluation of operation condition of the intersection, turn left and combined with the critical conditions for phase setting, provide the basis for City Road intersection leftturn phase settings. By comparing the evaluation criteria of setting the left turn special phase, the intersection delay and the queue length, the optimization effect is determined, so as to improve the traffic efficiency of the intersection. Through the reasonable design, the method can effectively reduce the delay of the whole intersection, so as to improve the service level of the intersection.

【技术实现步骤摘要】
一种交叉口左转相位信号配时设计和优化方法
本专利技术涉及一种信号交叉口左转相位的设计和优化方法。
技术介绍
随着我国国民经济的迅猛发展和城市化进程的推进，我国居民汽车保有量迅猛提高，我国城市道路交通量也急剧飘升，随之而来的是交通拥挤日益严重，交通事故频发，且噪声污染和大气污染加剧。尤其是道路交通安全问题更为引人关注。造成我国城市道路上述交通问题的原因主要有以下几个方面：(l)道路交通基础设施建设速度跟不上交通需求增长速度是造成大城市道路交通拥挤的直接原因；(2)交通管理措施跟不上城市交通的发展的需要，现有道路利用率不高，加重了城市的道路交通紧张状况；(3)居民出行交通结构不合理，道路通行优先权不明确，诱发了大量的路面使用需求量，加重了城市的道路交通压力；(4)市民的现代化交通意识淡薄，交通违纪现象严重，交通秩序混乱，使已紧张的城市道路交通雪上加霜。与国外西方发达国家的道路交通环境相比，我国的道路交通环境别具一格，其特征是混合交通。混合交通更易于引发交通秩序混乱，导致堵车，带来交通事故。同时，相对于路段而言，在交叉口处有三个不同方向的交通流：右转交通流、直行交通流和左转交通流。这三股车流引发的合流、分流、交叉与冲突等行为使交叉口的交通秩序显得十分复杂，造成交叉口中发生的交通事故在整个交通事故数量的比重居高不下，因此，交叉口往往成为城市交通问题治理的关键点。同时，研究表明，车行道超过2/3的交通事故与左转车辆有关，左转车流不但增加了冲突和也是引发交叉口交通事故的主要原因之一。因此，左转车流的组织正确合理对于平面交叉口，不论是无信号交叉口或信号交叉口，在提高交叉口安全性方面都具有显著的效果。据已有的文献报道，将左转车辆从直行车道中分离，可以使事故率降低18到77％，对于信号交叉口，不同的相位设置，这一数据不相同；而对于无信号交叉口，设置左转车道的平均事故率(每百万左转车)仅是无左转车道的23％，对于信号交叉口这一比例是46％。一、两相位信号交叉口左转车通行方式：根据我国交通法规，在两相位信号交叉口，设置有左转专用车道时，左转车辆有以下三种方式通过交叉口：(l)利用绿灯初期通过：绿灯初期，在对向直行车还未到达冲突点前左转车先驶过冲突点，从而通过交叉口。(2)利用对向直行车流的可穿越间隙通过：在对向直行车流交通量不大的情况下，左转车利用其可穿越间隙通过交叉口。(3)利用绿灯间隔时间(黄灯时间或全红时间)通过：绿灯结束后，对向直行车停止行驶，停在交叉口内的左转车辆利用绿灯间隔时间迅速通过交叉口。二、无左转专用相位下车辆延误无左转专用相位条件下，左转车辆通过信号交叉口产生的延误主要包括信号控制延误、冲突延误和其它延误。(l)信号控制延误：当信号交叉口处于低饱和交通状态时，虽然不同周期内的车辆到达率随机变化，且可能出现排队车辆滞留现象，但是经过一两个周期后，滞留车辆将逐渐消散，即在较长的时间段内，进口道车辆到达和离开保持相对平衡。(2)冲突延误：无左转专用相位下左转车冲突延误主要是由左转车和对向直行车造成的，这和无信号交叉口左转车与对向执行车流冲突十分类似，因此冲突延误可近似采用无信号交叉口左转车延误模型来计算。(3)其它延误：左转车辆通过信号交叉口的总行车延误还包括：(3.l)加减速延误，即左转车辆在停车线处或冲突点处由于加速、减速而产生的延迟；(3.2)反应延误，即驾驶员为确保安全，需观察信号交叉口内部车流运行情况而产生的延误；(3.3)交织点延误，即左转车辆通过冲突点后需与同向行驶的车辆合流，因等待让行而产生的时间损耗。综上所述，交叉口的交通事故与左转交通流密切相关。然而，在交叉口相位设计以及指标评价方面，还缺乏系统的方法，因此，本研究从提高交叉口的通行能力，以及降低延误等等多项评价指标下，合理的采用左转相位设计及优化方法。对平面交叉口左转交通组织方法进行研究，有着十分重要的现实意义。
技术实现思路
基于以上不足之处，本专利技术提供了一种信号交叉口左转相位的设计和优化方法，以达到提升交叉口车辆通行效率的目的。本专利技术所采用的技术如下：一种信号交叉口左转相位的设计和优化方法，如下：一、通行能力模型的构建通过交叉口的左转车的最大车辆数n2的计算公式为：式中n2——以第二种方式通过交叉口的左转车的最大车辆数(pcu/h)；q1——对向直行车流量(pcu/h)；η——左转车最大通过数计算中部分优先权的影响系数；α——自由行驶车流的比例；λ——单位间隔的平均到达率；ta——在对向直行车具有部分优先权下左转车的临界间隙值(s)；τ——直行车流的最小车头时距，一般取2s；tf——左转车的跟随时间(s)。利用绿灯间隔穿越交叉口的左转车数为n3，且有：式中n3——绿灯间隔期间穿越交叉口的左转车辆数(pcu/h)；ty——绿灯间隔时间(s)；l——左转车辆驶离冲突点的起动、加速损失时间(s)；c左——左转车流连续通过交叉口的平均车头时距(s)。此外，设信号周期内利用绿灯初期通过冲突点的左转车辆数为n1，因此，无左转专用相时左转车道的通行能力满足式：式中C——左转车道的通行能力(pcu/h)；n1——以第一种方式通过交叉口的左转车辆数；n2——以第二种方式通过交叉口的左转车辆数；n3——以第三种方式通过交叉口的左转车辆数。二、延误模型的构建无左转专用相位条件下，左转车辆通过信号交叉口产生的延误主要包括信号控制延误、冲突延误和其它延误。(l)信号控制延误当信号交叉口处于低饱和交通状态时，虽然不同周期内的车辆到达率随机变化，且可能出现排队车辆滞留现象，但是经过一两个周期后，滞留车辆将逐渐消散，即在较长的时间段内，进口道车辆到达和离开保持相对平衡。信号控制延误时间表达式如下：式中d——信号控制延误时间(s)；x——饱和度，为车道流量与通行能力的比值；g——一周期的有效绿灯时长(s)；q——车道流量(pcu/s)；C——周期时长(s)。(2)冲突延误无信号交叉口次路车辆平均延误满足方程式中d次——次要道路车辆平均延误(s)；Dmin——亚当斯延误，次路车辆最小平均延误(s)；x——饱和度，为车道流量与通行能力的比值；γ，ε——常量，当车辆到达服从泊松分布时，γ＝0。用车头时距满足M3分布得到延误计算公式：式中q主——主要道路的车流量(pcu/h)；η——左转车最大通过数计算中部分优先权的影响系数；α——自由行驶车流的比例；λ——单位间隔的平均到达率；ta——在对向直行车具有部分优先权下左转车的临界间隙值(s)；τ——直行车流的最小车头时距，一般取2s。因此，可根据上式计算无左转专用相位条件下，左转车辆在冲突点处的延误。其中，左转车流为次要交通流，对向直行车流为主要交通流。式中q直——直行车道的车流量(pcu/h)；γ，ε——常量，当车辆到达服从泊松分布时，γ＝0；其余参数含义同上式。同时，直行车流延误模型满足：式中η——左转车最大通过数计算中部分优先权的影响系数；α——自由行驶车流的比例；x——饱和度，为车道流量与通行能力的比值；λ——单位间隔的平均到达率；tf——左转车的跟随时间(s)；ta——在对向直行车具有部分优先权下左转车的临界间隙值(s)；tc——在对向直行车具有绝对优先权下左转车的临界间隙值(s)；τ——直行车流的最小车头时距，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种信号交叉口左转相位的设计和优化方法，其特征在于，方法如下：一、通行能力模型的构建通过交叉口的左转车的最大车辆数n

【技术特征摘要】
1.一种信号交叉口左转相位的设计和优化方法，其特征在于，方法如下：一、通行能力模型的构建通过交叉口的左转车的最大车辆数n2的计算公式为：式中n2——以第二种方式通过交叉口的左转车的最大车辆数(pcu/h)；q1——对向直行车流量(pcu/h)；η——左转车最大通过数计算中部分优先权的影响系数；α——自由行驶车流的比例；λ——单位间隔的平均到达率；ta——在对向直行车具有部分优先权下左转车的临界间隙值(s)；τ——直行车流的最小车头时距，取2s；tf——左转车的跟随时间(s)；利用绿灯间隔穿越交叉口的左转车数为n3，且有：式中n3——绿灯间隔期间穿越交叉口的左转车辆数(pcu/h)；ty——绿灯间隔时间(s)；I——左转车辆驶离冲突点的起动、加速损失时间(s)；C左——左转车流连续通过交叉口的平均车头时距(s)；此外，设信号周期内利用绿灯初期通过冲突点的左转车辆数为n1，因此，无左转专用相时左转车道的通行能力满足式：式中C——左转车道的通行能力(pcu/h)；n1——以第一种方式通过交叉口的左转车辆数；n2——以第二种方式通过交叉口的左转车辆数；n3——以第三种方式通过交叉口的左转车辆数；二、延误模型的构建无左转专用相位条件下，左转车辆通过信号交叉口产生的延误主要包括信号控制延误、冲突延误和其它延误；(I)信号控制延误当信号交叉口处于低饱和交通状态时，虽然不同周期内的车辆到达率随机变化，且可能出现排队车辆滞留现象，但是经过一两个周期后，滞留车辆将逐渐消散，即在较长的时间段内，进口道车辆到达和离开保持相对平衡；信号控制延误时间表达式如下：式中d——信号控制延误时间(s)；X——饱和度，为车道流量与通行能力的比值；g——一周期的有效绿灯时长(s)；q——车道流量(pcu/s)；C——周...

【专利技术属性】
技术研发人员：王健，付兴胜，孙梦琦，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23