CN108399759B - 连续流交叉口左转非机动车交通设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种连续流交叉口左转非机动车交通设计方法,针对连续流交叉口这种交叉口类型,对其左转非机动车交通的通行路径空间及信号控制进行优化设计,从而消除主信号处左转非机动车与直行机动车的冲突,在保障通行安全的基础上,提高机动车交通流通行能力;该设计方法在空间设计方面,在连续流交叉口预信号处设置直行机动车预停车线和左转非机动车穿越通道,在机动车出口车道和左转车道之间设置左转非机动车车道,从而提供了左转非机动车通行空间路径;信号控制方面,在预信号处增加对直行机动车的控制,并以机动车通过量最大为优化目标,考虑了信号相位相序、周期时长、各流向绿灯时长、饱和度等约束条件,建立线性规划模型进行优化。
Description
技术领域
本发明涉及一种交叉口空间和信号控制设计方法,更具体地说,涉及一种连续流交叉口针对左转非机动车交通的空间和信号控制设计方法。
背景技术
平面交叉口是城市道路交通的瓶颈节点,为了提高交叉口通行效率,一种称为连续流交叉口的非常规交叉口被提出。该设计在主信号上游设置预信号,并将左转机动车道移至机动车出口车道左侧,从而将主信号处左转机动车流与对向直行机动车流的冲突转移至交叉口上游预信号,消除了主信号处左转机动车流与对向直行机动车流的冲突,使得主信号可以以两相位运行,提高了交叉口通行能力。然而,目前的设计未对非机动车交通提出针对性的措施,在主信号处左转非机动车与直行机动车间仍存在冲突,未见有针对性的优化设计方法,并且也未检索到这类方法的发明专利。
经对现有技术的文献检索发现,有关信号控制交叉口的优化设计,主要有以下几个方面:
1、常规的信号控制交叉口几何设计。具体包括交叉口机动车和非机动车的通行空间和规则、车道宽度、车道功能划分等。中国的《城市道路交叉口规划规范GB50647-2011》、《城市道路工程设计规范CJJ 37-2012》、《城市道路交叉口设计规程CJJ 152-2010》中对其有相关规定。
2、常规的信号控制交叉口信号控制。具体包括信号相位相序、周期时长、各流向绿灯时间分配等。在中国的代表性著作包括《城市交通控制》、《交通管理与控制》等。
3、连续流交叉口设计。连续流交叉口是一种非常规的交叉口设计方法,该设计方法在美国的发明专利“Continuous flow intersection”(申请号US5049000)中进行了介绍;研究报告“Alternative Intersections Interchanges Informational Report”(No.FHWA-HRT-09-060)、学术论文“Optimal operation of displaced left-turnintersections:A lane-based approach”等研究成果中对其机动车交通的空间设计和信号控制进行了介绍;学术论文“Geometric and Operational Improvements atContinuous Flow Intersections to Enhance Pedestrian Safety”对行人交通的空间设计和信号控制进行了介绍;并根据公安部交通安全微发布消息(https://weibo.com/2501519087/FqKutCdRz?type=comment#_rnd1517728053995),连续流交叉口在广东深圳得到了实际应用。
方法1和方法2均是针对常规信号控制交叉口的设计方法,目前已有了较为成熟的技术成果。
方法3提出了连续流交叉口这种交叉口类型,通过将主信号处左转机动车流与对向直行机动车流的冲突转移至交叉口上游预信号,使主信号处直行和左转可同时放行,提高了交叉口的通行能力。
但在我国,非机动车交通是一种重要的交通出行方式,对于常规信号控制交叉口,非机动车交通采用与机动车相同的通行方式。对于连续流交叉口,目前的设计方法主要是针对机动车交通,消除了主信号处左转机动车流与对向直行机动车流的冲突,但忽略了在主信号采用两相位的信号控制条件下,左转非机动车将与本向和对向直行机动车产生冲突。因此,现有技术缺乏针对连续流交叉口非机动车交通,尤其是左转非机动车较为科学合理的设计方法。
发明内容
针对现有技术的缺陷,本发明是要提供一种连续流交叉口左转非机动车交通设计方法,该方法针对左转非机动车将与本向和对向直行机动车的冲突,对左转非机动车交通的通行路径空间及信号控制进行优化设计,从而消除了上述冲突,在保障通行安全的基础上,提高机动车交通流通行能力。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种连续流交叉口左转非机动车交通设计方法,包括空间设计和信号控制,所述空间设计:在连续流交叉口预信号处设置直行机动车预停车线和左转非机动车穿越通道,在机动车出口车道和左转车道之间设置左转非机动车车道,从而提供了左转非机动车通行空间路径;所述信号控制,在预信号处增加对直行机动车的控制,并以机动车通过量最大为优化目标,考虑信号相位相序、周期时长、各流向绿灯时长、饱和度约束条件,建立线性规划模型进行优化,从而消除主信号处左转非机动车与直行机动车的冲突,在保障通行安全的基础上,提高机动车交通通行能力,其中:信号控制优化目标:以机动车通过量最大为优化目标,如式(1)所示,
式中:Z为交叉口机动车最大通过量,veh/h;i为交叉口岔口编号,i=1表示东岔口、i=2表示南岔口、i=3表示西岔口、i=4表示北岔口;j为交通流向编号,j=1表示左转、j=2表示直行、j=3表示右转,j=4表示出口;μ为交叉口流量系数;qij为i岔口j流向的机动车交通需求,veh/h;
所述信号相位相序:主信号为两相位控制,分别为东西通行相位和南北通行相位;预信号为两相位控制,分别为出口与进口直行通行相位和左转机动车与左转非机动车通行相位;考虑主信号与预信号的协调,要求主信号东西通行相位绿灯开始时刻与东西两个岔口预信号出口与进口直行流向通行相位绿灯开始时刻相同,主信号南北通行相位绿灯开始时刻与南北两个岔口预信号出口与进口直行流向通行相位绿灯开始时刻相同,即满足式(2)-(9)要求;
式中:gi为主信号i岔口绿灯开始时刻,用在一个信号周期中的相对时间表示,为0至1之间的数;λi为主信号i岔口绿灯持续时长,用在一个信号周期中的相对时间表示,为0至1之间的数;I为绿灯间隔时间,s;为预信号i岔口j流向绿灯开始时刻,用在一个信号周期中的相对时间表示,为O至1之间的数;为预信号i岔口j流向绿灯持续时长,用在一个信号周期中的相对时间表示,为0至1之间的数;
所述周期时长约束:要求主信号与预信号周期时长相同,且在合理的最大和最小信号周期时长范围内,为保证所建立模型为线型模型,采用周期的倒数表示,即满足式(10)要求;
式中:ξ为信号周期时长的倒数,s;Cmax和Cmin分别为最大和最小信号周期时长,s;
所述各流向绿灯时长约束:要求各流向绿灯时长应当满足最小绿灯时长要求,尤其应注意预信号处左转相位绿灯时长应满足左转自行车过街时长需求,即满足式(11)-(12)要求;
所述饱和度约束:要求各流向饱和度不能超过最大饱和度限制,即满足式(13)-(14)要求;
本发明与现有技术相比,具有以下优点和有益效果:
1、本发明提供了一种针对连续流交叉口左转非机动车的空间设计和信号控制方法;
2、本发明的方法消除了连续流交叉口主信号处左转非机动车与直行机动车的冲突;
3、本发明的方法可在保障左转非机动通行安全,并通过减少左转非机动车对直行机动车的干扰,提高交叉口机动车通行能力。
附图说明
图1为本发明中空间设计示意图;
图2为本发明中信号相位相序示意图;
图3为本发明实施例1中交叉口几何条件示意图。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
一种连续流交叉口左转非机动车交通设计方法,包括空间设计和信号控制两部分。空间设计方面,在连续流交叉口预信号处设置直行机动车预停车线和左转非机动车穿越通道,在机动车出口车道和左转车道之间设置左转非机动车车道,从而提供了左转非机动车通行空间路径;信号控制方面,在预信号处增加对直行机动车的控制,并以机动车通过量最大为优化目标,考虑了信号相位相序、周期时长、各流向绿灯时长、饱和度等约束条件,建立线性规划模型进行优化,从而消除主信号处左转非机动车与直行机动车的冲突,在保障通行安全的基础上,提高机动车交通通行能力,其中:
空间设计,在连续流交叉口预信号处设置直行机动车预停车线A和左转非机动车穿越通道B,在机动车出口车道C和左转车道D之间设置左转非机动车车道E,从而提供了左转非机动车通行空间路径F,如图1所示;
信号控制,以机动车通过量最大为优化目标,如式(1)所示;
式中:Z为交叉口机动车最大通过量,veh/h;i为交叉口岔口编号,i=1表示东岔口、i=2表示南岔口、i=3表示西岔口、i=4表示北岔口;j为交通流向编号,j=1表示左转、j=2表示直行、j=3表示右转,j=4表示出口;μ为交叉口流量系数;qij为i岔口j流向的机动车交通需求,veh/h;
信号相位相序,如图2所示,主信号为两相位控制,分别为东西通行相位和南北通行相位;预信号为两相位控制,分别为出口与进口直行通行相位和左转机动车与左转非机动车通行相位;考虑主信号与预信号的协调,要求主信号东西通行相位绿灯开始时刻与东西两个岔口预信号出口与进口直行流向通行相位绿灯开始时刻相同,主信号南北通行相位绿灯开始时刻与南北两个岔口预信号出口与进口直行流向通行相位绿灯开始时刻相同,即满足式(2)-(9)要求;
线型规划模型的输入和输出参数如表1所示。
表1
实施例1:
本发明实施例1中连续流交叉口几何条件,如图3所示,左转非机动车按传统设计在主信号处沿左转非机动车通行空间路径F通行,与本向和对向直行机动车形成冲突点为G。采用本发明中的方法,对其空间设计和信号控制进行优化,并与传统设计方案进行对比。设计输入参数为:各岔口左转和直行交通需求,qi1和qi2,分别取1000veh/h和1500veh/h;最大和最小信号周期时长,Cmax和Cmin,分别取120s和60s;主信号和预信号最小绿灯持续时长要求,Gimin和Gp ijmin,均取10s;绿灯间隔时间,I,取4s;主信号和预信号单车道饱和流率均取1800veh/h;最大饱和度限制,dmax,取1.0;交叉口非机动车各流向流量,qb,取1000bicycle/h。
具体过程简述如下:
步骤1:按本发明空间设计方法,在连续流交叉口预信号处设置直行机动车预停车线A和左转非机动车穿越通道B,在机动车出口车道C和左转车道D之间设置左转非机动车车道E,从而提供了左转非机动车通行空间路径F,消除了原左转非机动车通行空间路径上的冲突点G,得到如图1所示空间设计方案。
步骤2:将上述输入参数代入本发明信号控制线型规划模型。
步骤3:上述模型为线性规划模型,可采用单纯形法或数学软件(如LINGO)进行求解,信号控制方案如表2所示。
表2
步骤4:设计方案评价。将机动车通行能力作为评价指标,对传统设计方案和本发明改进方案进行对比。交叉口各车道组的机动车通行能力如式(15)所示。传统设计方案信号配时与改进方案相同,但由于直行机动车通行受左转非机动车干扰,需对其饱和流率进行折减,采用HCM2010公式,如式(16)所示。
cij=Sijnijfijλij (15)
式中:cij为交叉口i岔口j流向的通行能力,veh/h;sij为交叉口i岔口j流向的饱和流率,统一取1800veh/h;fij为交叉口i岔口j流向的饱和流率修正系数,对于传统设计方案需要采用式(16)计算;λij为交叉口i岔口j流向的绿信比。
式中:qbij为与交叉口i岔口j流向冲突的非机动车流量,bicycle/h。
计算结果如表3所示,按本发明方法可消除本实施例中左转非机动车与直行机动车在主信号处的冲突,提高了左转非机动车的通行安全性,并使直行机动车和交叉口总体通行能力分别提高34.8%和18.3%,使连续流交叉口通行效率得到了充分发挥。
表3
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这一实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于这里的实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种连续流交叉口左转非机动车交通设计方法,包括空间设计和信号控制,其特征在于:所述空间设计:在连续流交叉口预信号处设置直行机动车预停车线和左转非机动车穿越通道,在机动车出口车道和左转车道之间设置左转非机动车车道,从而提供了左转非机动车通行空间路径;所述信号控制,在预信号处增加对直行机动车的控制,并以机动车通过量最大为优化目标,考虑信号相位相序、周期时长、各流向绿灯时长、饱和度约束条件,建立线性规划模型进行优化,从而消除主信号处左转非机动车与直行机动车的冲突,在保障通行安全的基础上,提高机动车交通通行能力,其中:信号控制优化目标:以机动车通过量最大为优化目标,如式(1)所示,
式中:Z为交叉口机动车最大通过量,单位为veh/h;i为交叉口岔口编号,i=1表示东岔口、i=2表示南岔口、i=3表示西岔口、i=4表示北岔口;j为交通流向编号,j=1表示左转、j=2表示直行、j=3表示右转,j=4表示出口;μ为交叉口流量系数;qij为i岔口j流向的机动车交通需求,单位为veh/h;
所述信号相位相序:主信号为两相位控制,分别为东西通行相位和南北通行相位;预信号为两相位控制,分别为出口与进口直行通行相位和左转机动车与左转非机动车通行相位;考虑主信号与预信号的协调,要求主信号东西通行相位绿灯开始时刻与东西两个岔口预信号出口与进口直行流向通行相位绿灯开始时刻相同,主信号南北通行相位绿灯开始时刻与南北两个岔口预信号出口与进口直行流向通行相位绿灯开始时刻相同,即满足式(2)-(9)要求;
式中:gi为主信号i岔口绿灯开始时刻,用在一个信号周期中的相对时间表示,为0至1之间的数;λi为主信号i岔口绿灯持续时长,用在一个信号周期中的相对时间表示,为0至1之间的数;I为绿灯间隔时间,单位为s;为预信号i岔口j流向绿灯开始时刻,用在一个信号周期中的相对时间表示,为0至1之间的数;为预信号i岔口j流向绿灯持续时长,用在一个信号周期中的相对时间表示,为0至1之间的数;
所述周期时长约束:要求主信号与预信号周期时长相同,且在合理的最大和最小信号周期时长范围内,为保证所建立模型为线型模型,采用周期的倒数表示,即满足式(10)要求;
式中:ξ为信号周期时长的倒数,单位为s;Cmax和Cmin分别为最大和最小信号周期时长,单位为s;
所述各流向绿灯时长约束:要求各流向绿灯时长应当满足最小绿灯时长要求,应注意预信号处左转相位绿灯时长应满足左转自行车过街时长需求,即满足式(11)-(12)要求;
所述饱和度约束:要求各流向饱和度不能超过最大饱和度限制,即满足式(13)-(14)要求;
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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Application publication date: 20180814 Assignee: SHANGHAI JI'AN TRANSPORTATION CONSULTING CO.,LTD. Assignor: University of Shanghai for Science and Technology Contract record no.: X2021980014638 Denomination of invention: Design method of left turn non motor vehicle traffic at continuous flow intersection Granted publication date: 20201009 License type: Common License Record date: 20211222 |
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