一种钩形弯交叉口信号协同控制优化方法技术

本发明专利技术公开一种钩形弯交叉口信号协同控制优化方法，包括步骤1：进行钩形弯交叉口和与其相邻的常规交叉口的渠化设计；步骤2：计算该与钩形弯相邻的常规交叉口的机动车平均延误；步骤3：计算钩形弯交叉口的机动车平均延误；步骤4：用钩形弯交叉口和与其相邻常规交叉口内各个车道的延误之和除以该两交叉口内的总流量，可得钩形弯交叉口和与其相邻常规交叉口内的车辆平均延误；以钩形弯交叉口和与其相邻常规交叉口内的车辆平均延误最小为目标函数，以两交叉口的周期时长和相位绿灯时间为约束条件，建立钩形弯交叉口与常规交叉口信号协同优化模型。本发明专利技术有效降低钩形弯交叉口与相邻常规交叉口的总体延误，提高通行效率。

An optimization method of signal cooperative control at the intersection of hook and bend

【技术实现步骤摘要】
一种钩形弯交叉口信号协同控制优化方法
：本专利技术涉及一种钩形弯交叉口信号协同控制优化方法，属于交通管理与控制

技术介绍
：钩形弯左转交叉口是车辆在交叉口处借助两个直行相位进行左转的交叉口，因车辆在该交叉口内的左转轨迹像一个钩子，故命名为钩形弯交叉口。通过设置合适的交通设施，钩形弯交叉口可在道路空间资源不足的交叉口发挥效用。二十世纪中期，墨尔本首先应用了交叉口机动车钩形转弯的交通组织方式，以解决交叉口内的直行车辆和有轨电车通行效率低以及转弯车辆与电车、直行车的冲突问题。该方法随后被应用于中国台湾、美国伊利诺伊等地。目前关于钩形弯交叉口的研究主要集中于交叉口运行性能的评价以及交叉口信号控制方案的优化。在钩形弯交叉口的运营性能方面，Hounsell与Yap通过交通仿真对比钩形弯交叉口与传统交叉口处的车辆运行情况，发现钩形弯交叉口可有效提高直行车的通行能力。与此同时，Bie和Liu对采用自适应控制方法的钩形弯交叉口的运行性能进行了仿真评估。在此基础上,覃鹏指出合理设置钩形弯有助于减少交叉口的总延误。Currie与Reynolds对钩形弯交叉口的交通组织方式进行了研究综述，指出其安全性和通行效率都比传统交叉口要高。在钩形弯左转交叉口的信号优化方面，成卫等首先建立了钩形弯交叉口的直行车道和直、左、右车辆共用车道的车辆延误模型，为此类交叉口的信号方案提供了理论依据。鉴于在固定信号方案下的配时参数无法随车流量的变化而调整，陈松等将感应控制方法运用于钩形弯左转的信号配时中，运用仿真实验证明了该方法可有效提高钩形弯交叉口的通行能力。Bie等从信号协同的角度出发，对相邻的钩形弯交叉口进行了信号协同优化研究。已有的研究中主要针对单个钩形弯交叉口进行优化研究，而现有钩形弯交叉口普遍存在与相邻的常规交叉口的交通组织优化不够合理的现状。针对此问题，目前尚无关于钩形弯交叉口与相邻常规交叉口的信号协同优化方法的理论依据。该交通组织方式亟需一套系统的信号协同优化方法。
技术实现思路
：本专利技术的目的是针对上述存在的问题提供一种钩形弯交叉口信号协同控制优化方法，旨在针对钩形弯左转交叉口与常规交叉口建立信号协调控制优化方案，以降低钩形弯交叉口与相邻常规交叉口的总体延误，提高通行效率。本专利技术的上述目的可通过以下技术方案来实现：一种钩形弯交叉口信号协同控制优化方法，该方法包括如下步骤：步骤1：进行钩形弯交叉口和与其相邻的常规交叉口的渠化设计；步骤2：计算该与钩形弯相邻的常规交叉口的机动车平均延误；步骤3：计算钩形弯交叉口的机动车平均延误；步骤4：用钩形弯交叉口和与其相邻常规交叉口内各个车道的延误之和除以该两交叉口内的总流量，可得钩形弯交叉口和与其相邻常规交叉口内的车辆平均延误；以钩形弯交叉口和与其相邻常规交叉口内的车辆平均延误最小为目标函数，以两交叉口的周期时长和相位绿灯时间为约束条件，建立钩形弯交叉口与常规交叉口信号协同优化模型。所述的钩形弯交叉口信号协同控制优化方法，步骤1所述的进行钩形弯交叉口和与其相邻的常规交叉口的渠化设计具体方法是：对于与钩形弯相邻的常规交叉口，其布设方法参照一般交叉口渠化进行；对于钩形弯交叉口，首先，需要在钩形弯内进行配套的交通标线设置，并在钩形弯左转待行区内设置待行区字样和左转转弯标线，待行区的长度根据具体交叉口的空间大小设定；其次，在常规交叉口驶入钩形弯交叉口方向的车道内设置标明行驶方向的导向箭头，钩形弯左转待行区处应设置醒目钩形弯左转辅助标志牌，10m外设置提醒钩形弯左转车辆提前进入右侧车道预告标志牌；对于常规交叉口而言，相位1控制主路的直行和右转，相位2控制主路的左转，相位3控制次路的左转、直行和右转；对于钩形弯交叉口而言，相位1控制主路的直行、右转和驶入待行区的左转，相位2控制主路待行区内的左转、次路的直行和右转，相位3控制次路的左转。所述的钩形弯交叉口信号协同控制优化方法，步骤2所述的计算该与钩形弯相邻的常规交叉口的机动车平均延误的具体方法是：步骤21.选取单个常规交叉口车辆平均延误最小作为其信号配时方案优化目标，根据交通流到达的泊松分布，设交叉口信号方案的周期时长为C，s；该周期内包含N个信号相位，第i个信号相位的绿灯时间为gi，s；相邻相位间的绿灯间隔时间为Ii，s；第j条进口道的饱和流率为Sj，pcu/h；对于主路直行车道，运用HCM2010中的车辆延误公式进行其平均延误的计算：式中：—相位1直行车道j的车辆平均延误，s；λA1—相位1绿信比；xA1j—相位1直行车道j的饱和度，计算方法为该车道的实际流量除以通行能力；CapA1j—相位1直行车道j的通行能力，计算方法为该车道的饱和流率乘以绿信比，pcu/h；T—分析时长，一般取值0.25h；K—模型校正系数，一般取值0.5；步骤22.计算与钩形弯相邻的常规交叉口的车辆延误：HCM2010中针对两协同交叉口的中间路段的机动车平均延误的计算公式为：式中：PF为考虑两交叉口间信号协同影响的延误调整因子，式中：P是车道行驶的车辆绿灯到达的概率，fPA是车辆绿灯到达的调整系数，一般取值为1.0；在常规交叉口驶入钩形弯交叉口路段的车道延误计算中，均需在延误公式的第一项中引入延误调整因子PF，因此，该与钩形弯相邻的常规交叉口的相位n(n＝1,2,3)的一个周期内车辆的总延误为:式中：qAn_j为交叉口A内相位n控制的车道j的一个周期内到达的全部车辆数，pcu/h；为交叉口A内相位n控制的车道j的车辆平均延误，s。对于常规交叉口A，相位2的左转车道、相位3的左转、直行、右转车道的车辆平均延误均可利用公式(1)获得；对于常规交叉口驶入钩形弯交叉口的路段的车道车均延误需采用公式(2)计算，相位2、相位3的一个周期内所有车辆的总延误可采用公式(4)计算。所述的钩形弯交叉口信号协同控制优化方法，步骤3所述的计算钩形弯交叉口的机动车平均延误的具体方法包括：步骤31.钩形弯交叉口的相位1车辆延误计算：步骤311.计算直行专用车道车辆延误：设置钩形弯左转交通组织方式对干道直行的交通流运行无影响，因此干道上从常规交叉口驶入钩形弯方向的直行车道的车辆延误采用公式(2)、相对方向的直行车道采用公式(1)进行计算；步骤312.计算共用车道车辆延误：就共用左转、直行、右转三个方向的车道而言，钩形弯左转的车辆在相位1绿灯时间内，直行进入待行区内排队；若待行区内排队车辆未上溯至车道，左、直、右方向的车辆均可顺畅通行，此时的车辆延误利用公式(1)或公式(2)计算；一旦待行区内排队的车辆上溯至车道，将产生堵塞，车辆延误迅速增加，鉴于此，将钩形弯交叉口内左转车辆的延误分为车辆在进口道停车线后的延误与车辆在待行区内的延误；设共用车道j对应的待行区k内的容量为Qk，则在相位1的绿灯时间g1秒内，若越过停车线的左转车流量大于Qk，则待行区内的左转机动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钩形弯交叉口信号协同控制优化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：/n步骤1：进行钩形弯交叉口和与其相邻的常规交叉口的渠化设计；/n步骤2：计算该与钩形弯相邻的常规交叉口的机动车平均延误；/n步骤3：计算钩形弯交叉口的机动车平均延误；/n步骤4：用钩形弯交叉口和与其相邻常规交叉口内各个车道的延误之和除以该两交叉口内的总流量，可得钩形弯交叉口和与其相邻常规交叉口内的车辆平均延误；以钩形弯交叉口和与其相邻常规交叉口内的车辆平均延误最小为目标函数，以两交叉口的周期时长和相位绿灯时间为约束条件，建立钩形弯交叉口与常规交叉口信号协同优化模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种钩形弯交叉口信号协同控制优化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1：进行钩形弯交叉口和与其相邻的常规交叉口的渠化设计；
步骤2：计算该与钩形弯相邻的常规交叉口的机动车平均延误；
步骤3：计算钩形弯交叉口的机动车平均延误；
步骤4：用钩形弯交叉口和与其相邻常规交叉口内各个车道的延误之和除以该两交叉口内的总流量，可得钩形弯交叉口和与其相邻常规交叉口内的车辆平均延误；以钩形弯交叉口和与其相邻常规交叉口内的车辆平均延误最小为目标函数，以两交叉口的周期时长和相位绿灯时间为约束条件，建立钩形弯交叉口与常规交叉口信号协同优化模型。


2.根据权利要求1所述的钩形弯交叉口信号协同控制优化方法，其特征在于，步骤1所述的进行钩形弯交叉口和与其相邻的常规交叉口的渠化设计具体方法是：对于与钩形弯相邻的常规交叉口，其布设方法参照一般交叉口渠化进行；对于钩形弯交叉口，对于钩形弯交叉口，首先，需要在钩形弯内进行配套的交通标线设置，并在钩形弯左转待行区内设置待行区字样和左转转弯标线，钩形弯左转待行区的长度设置根据具体交叉口的空间大小设定而定；其次，在常规交叉口驶入钩形弯交叉口方向的导向车道内设置标明行驶方向的导向箭头标明各车道的行驶方向，钩形弯左转待行区处应设置醒目钩形弯左转辅助标志牌，10m外设置提醒钩形弯左转车辆提前进入右侧车道预告标志牌；对于常规交叉口而言，相位1控制主路的直行和右转，相位2控制主路的左转，相位3控制次路的左转、直行和右转；对于钩形弯交叉口而言，相位1控制主路的通行，包括直行和右转直行、右转和驶入待行区的左转，相位2控制主路待行区内的左转、次路的直行和右转，相位3控制次路的左转。


3.根据权利要求1所述的钩形弯交叉口信号协同控制优化方法，其特征在于，步骤2所述的计算该与钩形弯相邻的常规交叉口的机动车平均延误的具体方法是：
步骤21.选取单个常规交叉口车辆平均延误最小作为其信号配时方案优化目标，根据交通流到达的泊松分布，设交叉口信号方案的周期时长为C，s；该周期内包含N个信号相位，第i个信号相位的绿灯时间为gi，s；相邻相位间的绿灯间隔时间为Ii，s；第j条进口道的饱和流率为Sj，pcu/h；
对于主路直行车道，运用HCM2010中的车辆延误公式进行其平均延误的计算：



式中：—相位1直行车道j的车辆平均延误，s；λA1—相位1绿信比；xA1j—相位1直行车道j的饱和度，计算方法为该车道的实际流量除以通行能力；CapA1j—相位1直行车道j的通行能力，计算方法为该车道的饱和流率乘以绿信比，pcu/h；T—分析时长，一般取值0.25h；K—模型校正系数，一般取值0.5；
步骤22.计算与钩形弯相邻的常规交叉口的车辆延误：
HCM2010中针对两协同交叉口的中间路段的机动车平均延误的计算公式为：



式中：PF为考虑两交叉口间信号协同影响的延误调整因子，



式中：P是车道行驶的车辆绿灯到达的概率，
fPA是车辆绿灯到达的调整系数，一般取值为1.0；
在常规交叉口驶入钩形弯交叉口路段的车道延误计算中，均需在延误公式的第一项中引入延误调整因子PF，因此，该与钩形弯相邻的常规交叉口的相位n(n＝1,2,3)的一个周期内车辆的总延误为:



式中：
qAn_j为交叉口A内相位n控制的车道j的一个周期内到达的全部车辆数，pcu/h；

为交叉口A内相位n控制的车道j的车辆平均延误，s。
对于常规交叉口A，相位2的左转车道、相位3的左转、直行、右转车道的车辆平均延误皆利用公式(1)获得；对于常规交叉口驶入钩形弯交叉口的路段的车道车均延误需采用公式(2)计算，相位2、相位3的一个周期内所有车辆的总延误可采用公式(4)计算。


4.根据权利要求1所述的钩形弯交叉口信号协同控制优化方法，其特征在于，步骤3所述的计算钩形弯交叉口的机动车平均延误的具体方法包括：
步骤31.钩形弯交叉口的相位1车辆延误计算：
步骤311.计算直行专用车道车辆延误：设置钩形弯左转交通组织方式对干道直行的交通流运行无影响，因此干道上从常规交叉口驶入钩形弯方向的直行车道的车辆延误采用公式(2)、相对方向的直行车道采用公式(1)进行计算；
步骤312.计算共用车道车辆延误：就共用左转、直行、右转三个方向的车道而言，钩形弯左转的车辆在相位1绿灯时间内，直行进入待行区内排队；
若待行区内排队车辆未上溯至车道，左、直、右方向的车辆均可顺畅通行，此时的车辆延误利用公式(1)或公式(2)计算；
一旦待行区内排队的车辆上溯至车道，将产生堵塞，车辆延误迅速增加，鉴于此，将钩形弯交叉口内左转车辆的延误分为车辆在进口道停车线后的延误与车辆在待行区内的延误；
设共用车道j对应的待行区k内的容量为Qk，则在相位1的绿灯时间g1秒内，若越过停车线的左转车流量大于Qk，则待行区内的左转机动...

【专利技术属性】
技术研发人员：童蔚苹，宋雨嘉，王健，徐志红，郭红敏，刘志远，
申请(专利权)人：东南大学，悉地苏州勘察设计顾问有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32