一种交叉口外侧辅路掉头车辆待行区设计及信控的方法技术

本发明专利技术涉及交叉口渠化设计与信号控制技术领域，本发明专利技术公开了一种交叉口外侧辅路掉头车辆待行区设计及信控的方法，步骤一、交叉口基本信息的收集；步骤二、待行区约束条件的设置和确定外侧辅路掉头待行区空间位置；步骤三、确定交叉口信号配时设计方案；步骤四、确定外侧辅路掉头待行区长度。该发明专利技术在无需改造交叉口周边用地的情况下，既满足内侧左转车辆通行需求，又有效消除其与外侧掉头车辆的冲突，保障交叉口运行的高效性、安全性、流畅性，同时经济性和实用性显著提升，具有重要的现实意义。

【技术实现步骤摘要】
一种交叉口外侧辅路掉头车辆待行区设计及信控的方法
本专利技术涉及交叉口渠化设计与信号控制
，特别涉及一种交叉口外侧辅路掉头车辆待行区设计及信控的方法。
技术介绍
我国城市交通系统以机动化出行为主，但因受限于规划土地利用与实际空间范围，城市道路供给难以满足日益增长的机动化出行需求，直接造成了交通拥堵，并伴生了包括环境污染及交通安全等问题在内的一系列阻碍城市进一步发展的问题，引发社会广泛关注。然而，在城市道路交通系统，尤其是物理尺寸较大的主辅路分离交叉口，其左转车道分为内侧左转车道和外侧左转车道，内侧左转车道一般适用于小型车辆的左转，外侧左转车道一般适用于左转半径较大的大型车辆。目前对于主辅路分离且均设置了左转车道的交叉口，一般未对其掉头车辆的通行在时间或空间上进行限制。部分交叉口采用的是通过信号相位分离左转车辆与掉头车辆的方法来消除内侧左转车辆与外侧掉头车辆间的冲突，相关研究表明这类方法在理论上和实践上具有一定的实用价值。然而，采用这种方法，会增大交叉口信号周期长度，其他相位车辆通行需要等待的时间变长，对交叉口整体通行效率有所影响；而另一部分交叉口则通过禁止外侧辅路掉头车辆通行，引导外侧辅路上需要掉头的车辆通过先左转、后掉头、再右转来实现外侧辅路掉头目的。然而，这种方式的设置势必会增大外侧掉头车辆的绕行时间，同时对相邻方向车辆通行造成一定的延误。另外交叉口内侧左转车道及外侧左转车道均可用于掉头车辆通行的设计，由内侧左转车道的左转车辆与外侧左转车道的掉头车辆产生了冲突，特别是在外侧掉头车辆流量较大时，容易在冲突点造成交通拥堵，严重影响交通系统运行效率并带来安全隐患。专利技术人基于上述主辅路分离交叉口，内侧左端车道和外侧左转车道同时左转存在的缺陷，研发了一种交叉口外侧辅路掉头车辆待行区设计及信控的方法，能够很好地解决上述内侧左端车道和外侧左转车道，同时左转存在冲突和拥堵的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种交叉口外侧辅路掉头车辆待行区设计及信控的方法，本专利技术人通过在外侧左转车道设置掉头车辆待行区，充分利用交叉口已有时空资源，有效分离外侧辅路左转车道的掉头车辆和内侧主路左转车辆，消除两者之间的冲突。掉头车辆待行区的使用需要对交叉口进行细致的渠化及信号配时方案设计，具体实施时，着重关注确定掉头车辆待行区的长度以及内侧主路左转车道的信号早断（即外侧主路掉头车辆通行时长），以确保车辆通行的合理性、安全性、流畅性。本专利技术提供一种交叉口外侧辅路掉头车辆待行区设计及信控的方法：步骤一、交叉口基本信息的收集：收集交叉口各个进口左转、直行、右转、掉头的车流量及车道数量，其中p=N，S，E，W，分别代表北进口、南进口、东进口、西进口，q=L、S、R、T，分别代表左转、直行、右转、掉头；同时收集交叉口车辆启动损失时间s，进口道车流的饱和流率pcu/h，高峰时段因子（分析道路通行能力时，表示高峰小时内交通量不平衡的修正系数），交叉口期望服务水平，进口道排队队列中连续两个车辆间的平均距离，车辆平均长度m，内侧主路左转车辆到达率辆/s，外侧辅路掉头车辆到达率辆/s；设定东西进口外侧辅路左转车辆行驶轨迹曲线、，内侧主路左转车辆轨迹曲线，东西进口外侧辅路左转车辆行驶轨迹曲线、和内侧主路左转车辆轨迹曲线均采用三次多项式函数表达；步骤二、待行区约束条件的设置和确定外侧辅路掉头待行区空间位置：物理约束条件是指在交叉口尺寸不变的前提条件下，在交叉口内部布设外侧辅路掉头待行区的基本约束；为方便叙述，在交叉口内部建立平面直角坐标系，该坐标系的原点为两条道路中线的交点、x轴为存在主路和辅路的道路的中线、x轴正方向为任选其中一端作为正方向、y轴为被交道路的中线、y轴正方向为任选其中一端作为正方向；物理约束由两部分组成：（1）在主路和辅路的道路进口道外侧左转车道无冲突，根据步骤一中采集到的交叉口基本尺寸信息，x轴方向上交叉口物理区范围内两相对方向外侧左转车辆行驶轨迹曲线关于交叉口原点对称，在此考虑临界情况为两曲线有唯一的交点，即该点为切点；根据步骤一中，两、曲线三次多项式函数方程联立公式，讨论待行区的设置情况：上述公式中a1、b1、c1常数，为东进口外侧辅路左转车辆行驶轨迹曲线，为西进口外侧辅路左转车辆行驶轨迹曲线，x为x轴上的坐标点；d为进口道排队队列中连续两个车辆间的平均距离；化简后可得：对x的取值情况进行讨论判断是否符合物理约束条件：由上述式子可以判断得到，当属于情况Ⅰ时，此时可求出，此时外侧左转车辆轨迹相交，存在冲突，此时不可设置外侧掉头待行区；当属于情况Ⅲ时，由于，则x必定无解，故外侧左转车辆轨迹曲线没有交点，该种情况下可以设置外侧掉头车辆待行区；当属于情况Ⅱ时，d=0，则x=0，且由于两条曲线关于原点（0，0）对称，因此在x=0处有唯一交点。该情况为外侧掉头待行区设置的临界条件，此时外侧左转刚好无冲突；（2）外侧辅路掉头待行区的设置不影响内侧左转车道正常通行；基于公式讨论d的取值情况，考虑d=0即外侧左转车辆曲线仅有唯一交点的情况；在在主路和辅路的道路进口道外侧左转车道无冲突的物理约束临界情况下，假设在掉头待行区长度内，外侧左转车道掉头待行区车辆行驶轨迹曲线与外侧辅路左转车辆行驶轨迹曲线平行（以一侧进口道为例）；需要满足条件使掉头待行区设置不影响主路内侧左转车辆通行，则需要对内侧左转曲线和外侧掉头待行区曲线进行讨论，联立和两曲线得到公式：上述式中的t为掉头待行区的车道数，取值为正整数；通过上述公式可以确定内侧左转曲线与外侧掉头待行车辆轨迹曲线的交点，对该交点的取值情况进行讨论，以此交点作为待行区设置的终止点（即公式中的积分上限n）；该终止点的设置需保证左转待行区不影响对向直行车辆正常行驶，即该终止点坐标y值需小于等于对向最内侧直行车道侧边线上任一点的坐标y值；（3）计算掉头待行区初始长度，利用上述确定的物理条件约束，包括外侧辅路左转车辆无冲突和外侧掉头待行区设置不影响内侧左转车辆通行（即当掉头车辆停在待行区内时，内侧左转车辆能够正常行驶不受影响），根据曲线长度求解方法，可通过以下公式求出掉头待行区初始长度；公式中，为掉头待行区初始长度m；n为内侧左转曲线与外侧掉头待行车辆轨迹曲线的交点；–m为交叉口物理宽度的一半m；为掉头待行区车辆行驶轨迹曲线的导函数；dx是一个整体符号，为积分公式中的微元；步骤三、确定交叉口信号配时设计方案：信号相位配时方法能够在时空上有效分离内侧左转车辆及外侧辅路掉头车辆，避免两者之间发生冲突，保障交叉口运行的安全性；根据步骤一中采集到的交叉口流量流向信息，设定交叉口信号的周期时长以及各相位绿灯时长，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交叉口外侧辅路掉头车辆待行区设计及信控的方法，其特征在于：步骤一、交叉 口基本信息的收集：收集交叉口各个进口左转、直行、右转、掉头的车流量及车道数量，其中 p=N，S，E，W，分别代表北进口、南进口、东进口、西进口，q=L、S、R、T，分别代表左转、直行、右 转、掉头；同时收集交叉口车辆启动损失时间s，进口道车流的饱和流率pcu/h，高峰时段因 子（分析道路通行能力时，表示高峰小时内交通量不平衡的修正系数），交叉口期望服务水 平，进口道排队队列中连续两个车辆间的平均距离，车辆平均长度m，内侧主路左转车辆到 达率

【技术特征摘要】
1.一种交叉口外侧辅路掉头车辆待行区设计及信控的方法，其特征在于：步骤一、交叉
口基本信息的收集：收集交叉口各个进口左转、直行、右转、掉头的车流量及车道数量，其中
p=N，S，E，W，分别代表北进口、南进口、东进口、西进口，q=L、S、R、T，分别代表左转、直行、右
转、掉头；同时收集交叉口车辆启动损失时间s，进口道车流的饱和流率pcu/h，高峰时段因
子（分析道路通行能力时，表示高峰小时内交通量不平衡的修正系数），交叉口期望服务水
平，进口道排队队列中连续两个车辆间的平均距离，车辆平均长度m，内侧主路左转车辆到
达率辆/s，外侧辅路掉头车辆到达率辆/s；设定东西进口外侧辅路左转车辆行驶轨
迹曲线、，内侧主路左转车辆轨迹曲线，东西进口外侧辅路左转车辆行
驶轨迹曲线、和内侧主路左转车辆轨迹曲线均采用三次多项式函数表
达；步骤二、待行区约束条件的设置和确定外侧辅路掉头待行区空间位置：物理约束条件是
指在交叉口尺寸不变的前提条件下，在交叉口内部布设外侧辅路掉头待行区的基本约束；
为方便叙述，在交叉口内部建立平面直角坐标系，该坐标系的原点为两条道路中线的交点、
x轴为存在主路和辅路的道路的中线、x轴正方向为任选其中一端作为正方向、y轴为被交道
路的中线、y轴正方向为任选其中一端作为正方向；物理约束由两部分组成：
（1）在主路和辅路的道路进口道外侧左转车道无冲突，根据步骤一中采集到的交叉口
基本尺寸信息，x轴方向上交叉口物理区范围内两相对方向外侧左转车辆行驶轨迹曲线关
于交叉口原点对称，在此考虑临界情况为两曲线有唯一的交点，即该点为切点；根据步骤一
中，两、曲线三次多项式函数方程联立公式，讨论待行区的设置情况：
上述公式中a1、b1、c1常数，为东进口外侧辅路左转车辆行驶轨迹曲线，为西
进口外侧辅路左转车辆行驶轨迹曲线，x为x轴上的坐标点；d为进口道排队队列中连续两个
车辆间的平均距离；
化简后可得：
对x的取值情况进行讨论判断是否符合物理约束条件：



由上述式子可以判断得到，当属于情况Ⅰ时，此时可求出，此时外侧左转车辆轨
迹相交，存在冲突，此时不可设置外侧掉头待行区；当属于情况Ⅲ时，由于，则x必定
无解，故外侧左转车辆轨迹曲线没有交点，该种情况下可以设置外侧掉头车辆待行区；当属
于情况Ⅱ时，d=0，则x=0，且由于两条曲线关于原点（0，0）对称，因此在x=0处有唯一交点；该
情况为外侧掉头待行区设置的临界条件，此时外侧左转刚好无冲突；
（2）外侧辅路掉头待行区的设置不影响内侧左转车道正常通行；基于公式



讨论d的取值情况，考虑d=0即外侧左转车辆曲线仅有唯一交点的情况；在在主路和辅
路的道路进口道外侧左转车道无冲突的物理约束临界情况下，假设在掉头待行区长度
内，外侧左转车道掉头待行区车辆行驶轨迹曲线与外侧辅路左转车辆行驶轨迹曲线平行（以一侧进口道为例）；需要满足条件使掉头待行区设置不影响主路内侧左转
车辆通行，则需要对内侧左转曲线和外侧掉头待行区曲线进行讨论，联立和两曲
线得到公式：



上述式中的t为掉头待行区的车道数，取值为正整数；通过上述公式可以确定内侧左转
曲线与外侧掉头待行车辆轨迹曲线的交点，对该交点的取值情况进行讨论，以此交点作为
待行区设置的终止点（即公式中的积分上限n）；该终止点的设置需保证左
转待行区不影响对向直行车辆正常行驶，即该终止点坐标y值需小于等于对向最内侧直行
车道侧边线上任一点的坐标y值；
（3）计算掉头待行区初始长度，利用上述确定的物理条件约束，包括外侧辅路左转车辆
无冲突和外侧掉头待行区设置不影响内侧左转车辆通行（即当掉头车辆停在待行区内时，
内侧左转车辆能够正常行驶不受影响），根据曲线长度求解方法，可通过以下公式求出掉头
待行区初始长度；



公式中，为掉头待行区初始长度m；n为内侧左转曲线与外侧掉头待行车辆轨迹曲线
的交点；–m为交叉口物理宽度的一半m；为掉头待行区车辆行驶轨迹曲线的导函数；dx
是一个整体符号，为积分公式中的微元；
步骤三、确定交叉口信号配时设计方案：信号相位配时方法能够在时空上有效分离内侧左转车辆及外侧辅路掉头车辆，避免两者之间发生冲突，保障交叉口运行的安全性；
根据步骤一中采集到的交叉口流量流向信息，设定交叉口信号的周期时长以及各相位
绿灯时长，以表示交叉口信号第一、二、三、四相位的绿灯长度，黄灯时长，全红时长，外侧辅
路掉头车道车辆通行时间；其中外侧辅路掉头车道通行时间需要根据下列公式计算
掉头待行区长度：



上述公式中，表示各相位黄灯时长s，建议取值为3s；表示各相位全红时长s，建议取值为2s；g(i=1、2、3、4)表示交叉口主信号第一、二、三、四相位的绿灯的长度；V1为第一相位关键流率，单位为pcu/h；V2为第二相位关键流率，单位为pcu/h；V3为第三相位关键流率，单位为pcu/h；V4为第四相位关键流率，单位为pcu/h；VES为东进口直行车俩流量，单位为pcu/h；nES为东进口直行车道数量，单位为条；VWR为西进口右转车辆流量，单位为pcu/h；n...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹阳，吕一品，肖嘉梁，李志朝，郝身群，
申请(专利权)人：洛阳城市建设勘察设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41