CN103208196B - 面向城市干道变向交通的车道调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向城市干道变向交通的车道调整方法，用以缓解城市道路中存在的潮汐交通现象，主要包括需要改变方向的可变车道数量和车道调整后各车道转向功能的确定方法两个部分，首先给出了城市干道的变向交通设置条件，接着结合潮汐交叉口信号控制，来确定可变车道的数量以及车道调整后各车道转向功能，然后计算交叉口延误值，最后对比各延误值，得到面向城市干道变向交通的车道调整方法。本发明将交叉口信号控制与变向交通技术相结合来缓解潮汐交通拥堵，减小延误，有效提高现有道路资源的利用率。

Description

面向城市干道变向交通的车道调整方法

技术领域

本发明属于道路交通控制领域，具体涉及一种面向城市干道变向交通的可变车道数量和车道调整后各车道转向功能的确定方法。

背景技术

近年来，随着我国城市的空间与职能调整，多中心、新城、都市区（圈）等成为空间扩展的新模式，越来越多的家庭居住在新城区，工作在城市中心区，日常出行依赖小汽车，“职住分离”现象相当普遍。随之而来，在新城与中心区的联系通道上的交通流呈现出明显的潮汐特性：早（晚）高峰往往出现进（出）城方向因道路资源严重不足导致常发性拥堵，而同时相反方向的道路资源未得到充分利用的现象。根据国内外多年实践经验，缓解该现象的一种有效和可行措施就是应用变向交通技术。目前缺乏将交叉口信号控制与变向交通技术相结合来缓解潮汐交通拥堵的研究，也没有当双向车道数量调整后各车道转向功能方面的理论方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种面向城市干道变向交通的车道调整方法。包括需要改变方向的可变车道数量和车道调整后各车道转向功能的确定方法两个部分，将交叉口信号控制与变向交通技术相结合来缓解潮汐交通拥堵，减小延误，有效提高现有道路资源的利用率。

本发明采用的技术方案为：面向城市干道变向交通的车道调整方法，包括以下步骤：

a.计算交通量方向不均匀系数K_D：

交通量方向不均匀系数计算公式为：

$K_D=\frac{q_1}{q_1+q_2}$

式中：

q₁——重交通流方向交通流量（pcu/h）；

q₂——轻交通流方向交通流量（pcu/h）。

b.判断是否满足变向交通设置条件：

变向交通的设置条件包括以下六个方面：

条件一：道路上机动车车道数为双向3车道以上，在交通量较大的城市主干路上车道数通常为6条以上，至少为5条；

条件二：交叉口车道不适合扩建或加宽的情况下；

条件三：路段上要有明显的“潮汐现象”，比如在某一特定的时间段车流量非常大，造成拥堵，而其他时间车流量都正常，此时才有实施变向交通的必要；

条件四：存在潮汐交通的路段若要实施变向交通，需满足一个标准，在高峰时段，该路段一个方向车流量比反方向车流高出40%，即交通量方向分布系数最低需达到2/3，尽可能在3/4以上；

条件五：重交通方向在借用对向车道，即轻交通方向减少车道数后，应保证调整后的双向车道的通行能力满足各自需求；

条件六：设置变向交通道路的终端应由充分的交通处理能力，不会形成新的交通瓶颈，并方便车辆进出车道。

若满足变向交通设置条件，进一步计算确定可变车道数量及车道调整后各车道转向功能；若不满足，则选择潮汐交通交叉口信号控制优化方案。

c.确定可变车道数量及车道调整后各车道转向功能：

步骤一：计算现状双向道路的通行能力：

$C_a=n_L\·S_L\·\left(\frac{g_{\mathrm{NL}}}{T_N}\right)+n_T\·S_T\·\left(\frac{g_{\mathrm{NT}}}{T_N}\right)+n_R\·S_R\·\left(\frac{g_{\mathrm{NR}}}{T_N}\right)$

$C_a^{\′}=n_L^{\′}\·S_L\·\left(\frac{g_{\mathrm{ML}}}{T_M}\right)+n_T^{\′}\·S_T\·\left(\frac{g_{\mathrm{MT}}}{T_M}\right)+n_R^{\′}\·S_R\·\left(\frac{g_{\mathrm{MR}}}{T_M}\right)$

式中：

C_a、C_a′分别为现状双向道路的通行能力，pcu/h；

T_M——交叉口M的信号周期时长，s；

T_N——交叉口N的信号周期时长，s；

S_L、S_T、S_R分别为一条左转、直行、右转车道的饱和流量，可分别取1550pcu/h、1650pcu/h、1550pcu/h；

n_L、n_T、n_R分别为路段a方向的左转、直行、右转车道数量；

g_NL、g_NT、g_NR分别为交叉口N处a方向进口道各转向相位的有效绿灯时长，s；

n_L′、n_T′、n_R′分别为路段a′方向的左转、直行、右转车道数量；

g_ML、g_MT、g_MR分别为交叉口M处a′方向进口道各转向相位的有效绿灯时长，s。

步骤二：假设可变车道数量Δn＝1时，分别计算q_Li和q_Ti。其中，q_Li为重交通流方向的左转单车道流量；q_Ti为重交通流方向的直行单车道流量。

如果q_Li大于q_Ti，将该条可变车道设置为左转专用车道，供重交通流方向的左转车流通行，另外三条车道的功能不变；如果q_Li小于q_Ti，将可变车道作为重交通流方向的左转专用车道，车道调整前的最内侧车道由原来的左转变为直行。

同理可确定轻交通流方向的各车道功能：当q_Li大于q_Ti时，该方向左转车道数量减少，原本行驶在可变车道上的左转车辆变道至相邻的外侧左转车道行驶；当q_Li小于q_Ti时，该方向的直行车道数量减少，左转车辆向外侧移动，原来最内侧的直行车道变道至相邻的外侧直行车道行驶。

步骤三：双向车道数量和功能改变后，重新选择潮汐交叉口信号控制方案，并计算信号配时,见表1。

表1

步骤四：与潮汐交通交叉口信号相位优化方案相结合，计算车道调整后两个方向的通行能力C和C′，计算方法与现状相同。

步骤五：判断是否满足车道数和通行能力两个约束条件。

条件一：车道数条件

$\left\{\begin{array}{c}0\≤\mathrm{\Δn}\≤n_a\\ 0\≤\mathrm{\Δn}\≤n_a^{\′}\end{array}\right.$

其中：

n_a＝n_L+n_T+n_R

n′_a＝n′_L+n′_T+n′_R

条件二：通行能力条件

$\left\{\begin{array}{c}{q}_L+q_T+q_R\≤C\\ q_L^{\′}+q_T^{\′}+q_R^{\′}\≤C^{\′}\end{array}\right.$

式中，q_L、q_T、q_R分别为交叉口M处其余三个进口道汇入路段a方向的左转、直行和右转流量，pcu/h；q_L′、q_T′、q_R′分别为交叉口N处其余三个进口道汇入路段a′方向的左转、直行和右转流量，pcu/h。

若满足以上两个约束条件，则进行步骤六的计算；否则，进入步骤七。

步骤六：计算车道调整后的交叉口延误值。

步骤七：使可变车道数量增加1条，即Δn＝2,3……,n_a时，重复步骤二至步骤六的计算过程，得到各交叉口延误。

步骤八：如果可变车道数量为i时，不能满足车道数和通行能力约束条件，则比较Δn＝1,2,3……,i-1时的交叉口延误值，该值为最小时的Δn即为可变车道数量。

至此，完成可变车道数量及车道数量调整后各车道的转向功能的确定，得到面向城市干道变向交通的车道调整方法。

有益效果：本发明提出的面向城市干道变向交通的车道调整方法的目的是为了缓解城市道路上存在的潮汐交通现象，与现有方法相比最大的特点是：①对于潮汐交通拥堵通常可以通过在交叉口对信号控制方案进行优化与调整来缓解，而变向交通技术通过灵活调整现有道路资源来提高其利用率也常被使用，本发明将变向交通技术与交叉口信号控制相结合，从而得到城市干道变向交通的车道调整方法；②本发明提出了与交叉口信号控制相结合的车道功能重新划分方案，从而完成对现有道路资源的重分配，在确定了可变车道的数量之后，重交通流方向获得更多车道，轻交通流方向则相应减少了车道，此时的交通供需比与车道调整前已经不同，目前的变向交通车道调整中，当需要改变方向的车道数量确定后，通常在车道减少方向采用禁止左转策略，这需要左转车流另找出路，增加了左转车辆的行驶距离，本发明中的方法可以保证各个转向车流正常通行，而不需要部分转向车流另寻路线绕行。

附图说明

图1为现有技术中城市道路交叉口单进口放行方案示意图。

图2为现有技术中城市道路交叉口对称与单进口相结合的混合放行方案。

图3为现有技术中城市道路交叉口对称与单进口混合放行的“迟启早断”方案。

图4为可变车道数量调整前通行能力计算示意图。

图5为左转单车道流量大时重交通流方向的各车道转向功能划分方案示意图。

图6为直行单车道流量大时重交通流方向的各车道转向功能划分方案示意图。

图7面向城市干道变向交通的车道调整方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

对存在潮汐交通的城市干道，首先计算交通量方向不均匀系数K_D；接着判断是否满足变向交通设置条件：若满足变向交通设置条件，通过计算来确定可变车道数量，否则，选择潮汐交通交叉口信号控制优化方案，见表1，

表1

表中的各信号相位方案分别见图1、图2、图3。

以双向六车道为例，可变车道数量及车道调整后各车道转向功能的确定方法为：

步骤一：计算现状双向道路的通行能力，如图4所示。

步骤二：假设可变车道数量Δn＝1时，分别计算q_Li和q_Ti，其中，q_Li为重交通流方向的左转单车道流量；q_Ti为重交通流方向的直行单车道流量。

如果q_Li大于q_Ti，将该条可变车道设置为左转专用车道，供重交通流方向的左转车流通行，另外三条车道的功能不变，见图5；如果q_Li小于q_Ti，将可变车道作为重交通流方向的左转专用车道，车道调整前的最内侧车道由原来的左转变为直行，见图6。

同理，轻交通流方向的各车道功能确定方法为：当q_Li大于q_Ti时，该方向左转车道数量减少，原本行驶在可变车道上的左转车辆变道至相邻的外侧左转车道行驶；当q_Li小于q_Ti时，该方向的直行车道数量减少，左转车辆向外侧移动，原来最内侧的直行车道变道至相邻的外侧直行车道行驶。

步骤三：双向车道数量和功能改变后，重新选择潮汐交叉口信号控制方案，同样见表1，并计算信号配时。

步骤四：与潮汐交通交叉口信号相位优化方案相结合，计算车道调整后两个方向的通行能力C和C′，计算方法与步骤一相同。

步骤五：判断是否满足车道数和通行能力两个约束条件，若满足以上两个约束条件，则进行步骤六的计算；否则，进入步骤七。

步骤六：计算车道调整后的交叉口延误值。

步骤七：使可变车道数量增加1条，即Δn＝2,3……,n_a时，重复步骤二至步骤六的计算过程，得到各交叉口延误。

步骤八：如果可变车道数量为i时，不能满足车道数和通行能力约束条件，则比较Δn＝1,2,3……,i-1时的交叉口延误值，该值为最小时的Δn即为可变车道数量。

经过以上步骤，可以确定可变车道数量及车道数量调整后各车道的转向功能，从而得到面向城市干道变向交通的车道调整方法流程图，见图7。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (3)

1.面向城市干道变向交通的车道调整方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)计算交通量方向不均匀系数K_D；

$K_D=\frac{q_1}{q_1+q_2}$

式中：

q₁——重交通流方向交通流量(pcu/h)；

q₂——轻交通流方向交通流量(pcu/h)；

2)判断是否满足变向交通设置条件：若满足变向交通设置条件，通过计算来确定可变车道数量及车道调整后各车道转向功能；否则，选择潮汐交通交叉口信号控制优化方案；

3)可变车道数量及车道调整后各车道转向功能的确定方法为：

步骤一：计算现状双向道路的通行能力；

$C_a=n_L\·S_L\·\left(\frac{g_{\mathrm{NL}}}{T_N}\right)+n_T\·S_T\·\left(\frac{g_{\mathrm{NT}}}{T_N}\right)+n_R\·S_R\·\left(\frac{g_{\mathrm{NR}}}{T_N}\right)$

${C_a}^{\′}={n_L}^{\′}+S_L\·\left(\frac{g_{\mathrm{ML}}}{T_M}\right)+{n_T}^{\′}\·S_T\·\left(\frac{g_{\mathrm{MT}}}{T_M}\right)+{n_R}^{\′}\·S_R\·\left(\frac{g_{\mathrm{MR}}}{T_M}\right)$

其中C_a、C_a′分别为现状双向道路的通行能力，pcu/h；T_M为交叉口M的信号周期时长，s；T_N为交叉口N的信号周期时长，s；S_L、S_T、S_R分别为一条左转、直行、右转车道的饱和流量，可分别取1550pcu/h、1650pcu/h、1550pcu/h；n_L、n_T、n_R分别为路段a方向的左转、直行、右转车道数量；g_NL、g_NT、g_NR分别为交叉口N处a方向进口道各转向相位的有效绿灯时长，s；n_L′、n_T′、n_R′分别为路段a′方向的左转、直行、右转车道数量；g_ML、g_MT、g_MR分别为交叉口M处a′方向进口道各转向相位的有效绿灯时长，s；

步骤二：假设可变车道数量Δn＝1时，分别计算q_Li和q_Ti，其中，q_Li为重交通流方向的左转单车道流量；q_Ti为重交通流方向的直行单车道流量；

如果q_Li大于q_Ti，将该条可变车道设置为左转专用车道，供重交通流方向的左转车流通行，另外三条车道的功能不变；如果q_Li小于q_Ti，将可变车道作为重交通流方向的左转专用车道，车道调整前的最内侧车道由原来的左转变为直行；

同理，轻交通流方向的各车道功能确定方法为：当q_Li大于q_Ti时，该方向左转车道数量减少，原本行驶在可变车道上的左转车辆变道至相邻的外侧左转车道行驶；当q_Li小于q_Ti时，该方向的直行车道数量减少，左转车辆向外侧移动，原来最内侧的直行车道变道至相邻的外侧直行车道行驶；

步骤三：双向车道数量和功能改变后，重新选择潮汐交叉口信号控制方案，并计算信号配时；

步骤四：与潮汐交通交叉口信号相位优化方案相结合，计算车道调整后两个方向的通行能力C和C′，计算方法与步骤一相同；

步骤五：判断是否满足车道数和通行能力两个约束条件；

条件一：车道数条件

$\left\{\begin{array}{c}0\≤\mathrm{\Δh}\≤n_a\\ 0\≤\mathrm{\Δn}\≤{n_a}^{\′}\end{array}\right.$

其中：

n_a＝n_L+n_T+n_R

n_a′＝n_L′+n_T′+n_R′

条件二：通行能力条件

$\left\{\begin{array}{c}{q}_L+q_T+q_R\≤C\\ {q_L}^{\′}+{q_T}^{\′}+{q_R}^{\′}\≤C^{\′}\end{array}\right.$

式中，q_L、q_T、q_R分别为交叉口M处其余三个进口道汇入路段a方向的左转、直行和右转流量，pcu/h；q_L′、q_T′、q_R′分别为交叉口N处其余三个进口道汇入路段a′方向的左转、直行和右转流量，pcu/h；

若满足以上两个约束条件，则进行步骤六的计算；否则，进入步骤七；

步骤六：计算车道调整后的交叉口延误值；

步骤七：使可变车道数量增加1条，即Δn＝2,3……,n_a时，重复以上步骤二至步骤六的计算过程，得到各交叉口延误；

步骤八：如果可变车道数量为i时，不能满足车道数和通行能力约束条件，则比较Δn＝1,2,3……,i-1时的交叉口延误值，该值为最小时的Δn即为可变车道数量。

2.根据权利要求1所述的面向城市干道变向交通的车道调整方法，其特征在于：所述的潮汐交通交叉口信号控制优化方案选择方法见下表。

3.根据权利要求1所述的面向城市干道变向交通的车道调整方法，其特征在于：所述变向交通的设置条件包括以下六个方面：

条件一：道路上机动车车道数为双向3车道以上，在交通量较大的城市主干路上车道数为5条以上；

条件二：交叉口车道不适合扩建或加宽的情况下；

条件三：路段上要有明显的“潮汐现象”；

条件四：存在潮汐交通的路段若要实施变向交通，需满足一个标准，在高峰时段，该路段一个方向车流量比反方向车流高出40％，即交通量方向分布系数最低需达到2/3；

条件五：重交通方向在借用对向车道，即轻交通方向减少车道数后，应保证调整后的双向车道的通行能力满足各自需求；

条件六：设置变向交通道路的终端应由充分的交通处理能力，不会形成新的交通瓶颈，并方便车辆进出车道。