[发明专利]一种交叉口左转相位信号配时设计和优化方法

摘要

本发明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。

主权项

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：n2=q1×η×α×e-λ(ta-τ)1-e-λtf]]>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：d=C(1-g/C)22[1-(g/C)x]+x22q(1-x)-0.65(Cq2)13x2+5(g×C)]]>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，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，取2s；(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：I)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；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)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；三、在左转交通问题突出的城市信号交叉口，通过调查各进口车道交通流量、车头时距、左转车流临界间隙数据对通行能力模型及延误模型进行参数标定，当某进口道单位小时内通过的左转车流量超过左转专用相位的设置阈值，则考虑在相应进口道增设左转专用相位，通过分析交叉口实际运行情况，重新分配信号相位，并结合调查得出的交叉口小时车流量，计算各相位流量比，来重新设计交叉口的信号配时，以期交叉口运行情况得以改善。