CN111127872B - 考虑行人与右转车辆冲突的直右可变导向车道的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑行人与右转车辆冲突的直右可变导向车道的控制方法，适时地将进口道可变导向车道功能在直右车道和右转专用车道之间切换，在兼顾直行车流的通行效率下，减少右转车流与过街行人的冲突。本发明方法主要包括交叉口道路及交通信息获取，直右导向车道中右转车辆比例估计，右转车流在绿灯时间内的饱和通行能力，以及基于右转车流通行能力进行可变导向车道功能判定等步骤。本发明能在过街行人与右转车辆的冲突增大时将可变导向车道功能转换为右转专用，防止直行车辆进入低通行效率的车道，保障交叉***通运行安全。并能在右转车辆与过街行人的冲突不严重时，将可变导向车道转换为直右共用车道，提高道路交叉口的时空资源利用率。

Description

考虑行人与右转车辆冲突的直右可变导向车道的控制方法

技术领域

本发明涉及交通管理与控制领域，具体涉及到一种在考虑交叉口过街行人与右转车辆冲突下，对直右可变导向车道中直右车辆比例估计、右转车流饱和通行能力计算和可变导向车道功能切换判定的方法。

背景技术

通常，当右转车流量小于300veh/h/ln，或者直行车流量不超过450veh/h/ln时，以及受空间条件限制时可不设置右转专用进口道，采用右转与直行共用最右侧导向车道的方式，使右转车流在直行车流红灯期间获得通行权。交通流的动态性使得不同时段的直行和右转的车流量不断发生变化，通常采用改变交叉口信号配时方案来适应交通流的动态性，这种方法对未设置右转专用导向车道的进口道而言，难以很好的改善右转流量增大带来的右转车辆与同向直行车流、与过街行人和非机动车之间的冲突。目前针对交叉口进口道的空间资源优化大多着眼于如何使导向车道与左转车流和直行车流的通行需求相匹配，而忽视了右转车流对直行车流和过街行人流的影响所造成的直行车流通行效率变低，交叉口行人与车辆冲突升级等问题。当交叉口混合交通现象明显时，右转车流与行人、非机动车以及同向机动车流间都存在冲突，对道路交叉口的通行安全和通行效率影响较大，寻找有效的右转车流控制方式是改善道路交通运行环境的重要一环。

发明内容

发明目的：针对以上现有技术存在的问题，本发明提出一种考虑行人与右转车辆冲突的直右可变导向车道的控制方法，旨在通过对交叉口进口道空间资源的优化分配，使可变导向车道功能实时响应直行车流、右转车流以及过街行人之间的交通运行状态，减小右转车流与同向机动车、非机动车及行人的冲突，保障交叉***通运行安全，同时提高车流通行效率。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明提出的一种考虑行人与右转车辆冲突的直右可变导向车道的控制方法，包括以下步骤：

(1)获取道路交叉口进口道的几何信息、交叉口配时信息以及目标进口道交通状态信息。具体地，获取的交叉口进口道的几何信息包括：直行专用导向车道的条数n_s和人行道宽度w；获取的交叉口配时信息包括：目标进口道的直行绿灯时间g_s和信号周期T；获取的交通状态信息包括：目标进口道直行和右转车流量q_s和q_r，目标进口道逆时针方向相邻的进口道的过街行人流量λ_p，目标进口道直行和直右导向车道上周期绿灯时间结束后的排队长度：

和L′_sr，直行和直右导向车道本周期绿灯时间开始前的排队长度：

和L_sr。

(2)当可变导向车道功能为直右共用车道时，根据右转车流量与直行车流量的比值、直行专用导向车道的数量以及直行和右转在上周期绿灯时间结束后和本周期绿灯时间开始前的排队长度估计绿灯时间开始前排队中右转车辆比例。具体地，通过分析直行车辆和右转车辆在进口道对应导向车道的分布情况来估计绿灯时间开始前直右进口道排队中右转车辆占比，得到直右导向车道中右转车辆占比为

其中，θ为右转车流量与直行车流量的比值，L′_sr为直右导向车道上周期绿灯时间结束后的排队长度，L_sr为直右导向车道本周期绿灯时间开始前的排队长度，n_s为直行专用导向车道的数量，

为直行导向车道的平均排队长度，

为上周期绿灯结束时直行导向车道上的平均排队长度。

(3)计算可变导向车道功能为直右共用车道时右转车流在绿灯时间内的饱和通行能力：

其中，β_r为直右导向车道中右转车辆占比，

为绿灯初期过街行人群通过与右转车流冲突区的时间，α为右转车辆可穿越的最小间隙，α₀为右转车辆连续通过交叉口的最小车头时距，λ_p为进口道逆时针方向相邻的进口道的过街行人流量，g_r为右转车流绿灯时间，当直右共用导向车道时有g_r＝g_s。

如果右转车流量小于右转车流在绿灯期间的饱和通行能力，则保持车道功能为直右共用；如果可变导向车道的右转车流通行能力不能满足右转需求时，则将可变导向车道的功能转换为右转专用车道，此时右转车辆在礼让行人的规则下在周期内均拥有通行权。

(4)当可变导向车道的功能为右转专用车道时，如果右转车流的流量小于右转车辆在绿灯时间内的饱和通行能力：

此时右转车辆在直右导向车道中的比例估计值为：

如果右转车流辆小于N_r，则可将右转专用导向车道变更为直右共用导向车道，提高直行车辆的通行效率。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：1、考虑了右转车流与过街行人流冲突的情况下，提出了交叉口直右可变导向车道的控制方法，提高了交叉口进口道空间资源优化的灵活性，减少交叉口内行人与车辆的冲突，保障了交叉口的运行秩序和运行安全；2、创新性的根据进口道直行车道和直右车道的排队情况以及右转车流与直行车流的比例，估计直右共用车道中直行车辆和右转车辆的比例；3、充分考虑右转车流与同向机动车、非机动车和行人的冲突影响，对可穿插间隙理论得到的饱和流率进行修正，使其更符合右转车流和行人过街的交通特性。

附图说明

图1是本发明实施例的直右可变导向车道控制方法流程图。

图2是本发明实施例中的交叉口进口道渠化示意图。

图3是本发明实施例中的右转车流与过街行人冲突示意图。

图4是本发明实施例中的右转车流信号控制相位示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明做进一步说明。

本发明实施例公开的一种考虑行人与右转车辆冲突的直右可变导向车道的控制方法，适用于信号控制交叉口，设有行人过街信号，同时未通过导流岛分离右转车流的情况，控制流程图如图1所示。主要包括直右导向车道中右转车辆比例估计、右转车流通行能力分析、可变导向车道功能判定。其中右转车流通行能力计算是通过改进传统的可穿插间隙理论来计算右转车流与直行车流共同享有通行权时，右转车流在绿灯时间内的通行能力；可变导向车道功能判定则衡量需求与供给的匹配关系，从而判定车道功能是否发生改变。具体地，本发明所述的一种考虑行人与右转车辆冲突的直右可变导向车道的控制方法，包括以下步骤：

(1)采集交叉口目标进口道的几何信息、交叉口配时信息和目标进口道交通状态信息，其中几何信息包括：直行专用导向车道的条数n_s和人行道宽度w；本例中交叉口相位方案为对称式放行，交叉口配时信息包括：目标进口道直行车流的绿灯时间g_s和信号周期T；交通状态信息可以从交叉口固定检测设备或通过视频检测等手段获取，主要包括：目标进口道直行和右转车流量q_s和q_r，以及目标进口道逆时针方向相邻进口道的过街行人流量λ_p；直行和直右导向车道在上一周期绿灯时间结束后的排队长度：

和L′_sr，直行和直右导向车道在本周期绿灯时间开始前的排队长度：

和L_sr。

(2)通过分析直行车辆和右转车辆在进口道各导向车道的分布情况来估计绿灯时间开始前直右进口道排队中右转车辆占比。当直右可变导向车道功能为直右共用车道时，红灯期间到达的右转车辆只能驶入直右导向车道，而直行车辆则可以选择直行导向车道和直右导向车道中排队较短的导向车道。容易推测，当右转车流较小时，直行专用导向车道和直右共用导向车道上的排队长度相差不大，直右共用导向车道中直行车辆的比例较大；当右转车流较大时，由于右转车辆只能进入直右共用导向车道，此时直右共用导向车道中右转车较多而直行车辆占比较小，且如果右转车流足够大会出现直右导向车道的排队长度超过直行专用车道。

分析有：

①目标进口道直行车流当前周期绿灯开始前，直右导向车道中右转车辆数m_r应等于上周期该车道滞留的右转车辆与红灯期间到达的右转车辆的和：m_r＝β_rL′_sr+q_r(T-g_r)，其中β_r是上周期绿灯结束后直右导向车道中右转车辆所占比例，可以假设上一周期中右转车辆的比例与本周期相同，则有

②目标进口道直行车流当前周期绿灯开始前，直右导向车道中直行车辆数m_s与直行专用进口道上的车辆数总和应等于上周期绿灯结束后所有直行专用车道上滞留的车辆数、直右导向车道中的直行车辆数以及红灯期间到达的直行车辆数的总和：

其中

为本周期直行绿灯开始前直行专用进口道上平均排队长度：

β_s为上一周期绿灯结束后直右导向车道中直行车辆所占比例，可以假设上一周期中直行车辆的比例与本周期相同，则有

③直右导向车道的排队长度应等于该车道中直行车辆数与右转车辆数的总和：L_sr＝m_s+m_r。

取右转车流量与直行车流量的比值为

结合①②③中的分析得到直右导向车道中右转车辆的比例为：

(3)改进传统的可穿插间隙理论，计算右转车流绿灯时间内饱和通行能力。当右转车辆在同向直行车流绿灯期间通行时，需要避让逆时针方向相邻进口道的过街行人，寻找合适的行人间隙通过交叉口，故以该方向行人为主要流向，以右转车流为次要流向。与常规计算左转车流穿插对向直行车流的计算方式有所不同，在该场景下，需要考虑：一是绿灯初期过街行人抢占冲突区域成群通过，该时间段内通常没有可供右转车辆通过的间隙，右转车辆只能等待行人群通过后，在之后随机到达的过街行人中寻找可通过间隙；二是次要车流中除了右转车辆外还存在一定比例的直行车辆，这也会对绿灯期间右转车流的通行能力产生影响。故修正的右转车流通行能力为：

其中

为绿灯初期过街行人群通过与右转车流冲突区的时间，α为右转车辆可穿越的最小间隙，α₀为右转车辆连续通过交叉口的最小车头时距。

各参数的推荐取值如下：

的取值可根据红灯期间到达的行人数、人行道宽度、行人过街速度综合确定，可估计为：

其中，w为过街人行道宽度，w_c为右转车流与行人冲突区宽度，一般取4m；在左转车流穿越对向直行车流时，α一般取值为5-7s,但是考虑到我国实情，右转车辆通常与行人的距离较近，可取值为3-4s；α₀一般取值为3s，v是行人过街速度，一般取值为3km/h～5km/h。

(4)判定可变导向车道的功能。直右可变导向车道功能的转换需要对功能转换前后的交通状态与车道功能的匹配性进行判定。如果右转车流绿灯期间的通行能力不能满足右转车流通行需求：

q_rT≥N_r

则可变导向车道的功能由“直右共用”转换为“右转专用”，否则保持不变。

当直右可变导向车道的功能由“直右共用”转换为“右转专用”时，最右侧导向车道中混有直行和右转两个流向的车辆。由于右转车流分离后，为了避免与行人的冲突，将不再与本向直行车流同时放行，故需要在车道功能发生转换前，清空最右侧导向车道排队车辆中的直行车辆。由于原车道功能为“直右共用”，故只需要延长原配时方案中目标进口道直行车流的绿灯时间，直至绿灯初期的排队车辆完全通过交叉口，此时令N_r＝q_rT有：

其中

另外，直右可变导向车道功能变为“右转专用”后，本向直行车流的流率比增加，需要重新计算信号配时方案，以满足直行车流的通行需求。信号周期的计算方式可参考韦伯斯特信号周期计算方式，然后按照各关键车流的流率比分配绿灯时间，其中直行车流的流率比更新为：

S_T为直行单车道饱和流率，建议取值1800pcu/h。

(5)右转车流获得右转专用车道后，如果连续3个周期内，右转车流量小于按照

估计得到的直右共用车道时的通行能力，可将右转专用导向车道变为直右共用车道，提高直行车流的通行效率。式中β_r估计值为：

直右可变导向车道功能由“右转专用”转换为“直右共用”时，不需要设置过渡周期，仅需要调整相位方案和配时方案。新的相位方案中，目标进口道的直行和右转车流应同时放行，新的配时方案应除了考虑直行流率比的降低，还要考虑右转车流的通行能力能否满足通行需求。

车道功能转变后，直右车道组的流率比为：

其中S_R为右转单车道饱和流率，建议取值1650pcu/h，另外满足右转车流通行所需的最小绿灯时间为：

其中

下面以具体交叉口进口道为例对上述控制方法做进一步示例性说明，本例中直行专用导向车道数n_s＝2，人行道宽度w＝3m；交叉口配时方案中，该进口道直行车流的绿灯时间为g_s＝30s，逆时针方向相邻进口道左转车流的绿灯时间g′_L＝30s，信号周期T＝120s；直行车流量q_s＝800pcu/h，右转车流量q_r＝200pcu/h，与目标进口道逆时针方向相邻进口道的过街行人流量λ_p＝200人/h。道路交通检测设施检测到，上一周期直行绿灯结束时，各车道的排队长度(车辆数)为

L′_sr＝2，本周期直行绿灯开始前，各车道排队长度为

L_sr＝8。其它参数取值：右转车辆穿越行人的最小可穿越间隙α＝3s，右转车辆连续通行时最小车头时距α₀＝3s,右转车流与行人冲突区宽度w_c＝4m，行人过街速度v＝5km/h，直行车流饱和流率S_T＝1800pcu/h，右转车流饱和流率S_R＝1650pcu/h。

在直右可变导向车道功能为直右共用时，可以在该进口道直行车辆放行前根据当前交通状态，判定是否满足车道功能转换的判定条件，具体步骤如下：

(1)计算直右导向车道中右转车辆比例为：

(2)计算右转车流在绿灯期间的通行能力。首先估计绿灯初期行人群过街带来的绿灯时间的损失

然后得到右转车流绿灯期间的通行能力为：

(3)可变导向车道功能判定：

车道功能转换前，判定右转车流绿灯期间的通行能力是否满足右转车流通行需求：

因此在直行和右转共用导向车道时，右转车流的通行能力无法满足其通行需求，故将导向车道功能切换为右转专用车道。可变导向车道功能过渡时的绿灯时间计算：

Claims (4)

1.一种考虑行人与右转车辆冲突的直右可变导向车道的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)获取道路交叉口进口道的几何信息、交叉口配时信息以及目标进口道交通状态信息；

(2)当可变导向车道功能为直右共用车道时，根据右转车流量与直行车流量的比值、直行专用导向车道的数量以及直行和右转在上周期绿灯时间结束后和本周期绿灯时间开始前的排队长度估计绿灯时间开始前排队中右转车辆比例；其中通过分析直行车辆和右转车辆在进口道对应导向车道的分布情况来估计绿灯时间开始前直右进口道排队中右转车辆占比，得到直右导向车道中右转车辆占比为

其中，θ为右转车流量与直行车流量的比值，L′_sr为直右导向车道上周期绿灯时间结束后的排队长度，L_sr为直右导向车道本周期绿灯时间开始前的排队长度，n_s为直行专用导向车道的数量，

为直行导向车道的平均排队长度，

为上周期绿灯结束时直行导向车道上的平均排队长度；

(3)计算可变导向车道功能为直右共用车道时右转车流在绿灯时间内的饱和通行能力；如果右转车流量小于右转车流在绿灯期间的饱和通行能力，则保持车道功能为直右共用；如果可变导向车道的右转车流通行能力不能满足右转需求时，则将可变导向车道的功能转换为右转专用车道，此时右转车辆在礼让行人的规则下在周期内均拥有通行权；

(4)当可变导向车道的功能为右转专用车道时，如果右转车流的流量小于右转车辆在绿灯时间内的饱和通行能力，则将可变导向车道功能变为直右共用车道。

2.根据权利要求1中所述的一种考虑行人与右转车辆冲突的直右可变导向车道的控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中获取的交叉口进口道的几何信息包括：直行专用导向车道的条数n_s和人行道宽度w；获取的交叉口配时信息包括：目标进口道的直行绿灯时间g_s和信号周期T；获取的交通状态信息包括：目标进口道直行和右转车流量q_s和q_r，目标进口道逆时针方向相邻的进口道的过街行人流量λ_p，目标进口道直行和直右导向车道上周期绿灯时间结束后的排队长度：

和L′_sr，目标进口道以及直行和直右导向车道本周期绿灯时间开始前的排队长度：

和L_sr。

3.根据权利要求1中所述的一种考虑行人与右转车辆冲突的直右可变导向车道的控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中依据如下公式计算右转车流在绿灯时间内的饱和通行能力：

其中，β_r为直右导向车道中右转车辆占比，

为绿灯初期过街行人群通过与右转车流冲突区的时间，α为右转车辆可穿越的最小间隙，α₀为右转车辆连续通过交叉口的最小车头时距，λ_p为进口道逆时针方向相邻的进口道的过街行人流量，g_r为右转车流绿灯时间，当直右共用导向车道时有g_r＝g_s；如果右转车流量大于N_r，则将直右共用导向车道变为右转专用导向车道。

4.根据权利要求1中所述的一种考虑行人与右转车辆冲突的直右可变导向车道的控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中判断右转专用车道转换为直右共用导向车道时，按照公式：

计算右转车辆在绿灯时间内的饱和通行能力，其中β_r的估算值为：

为绿灯初期过街行人群通过与右转车流冲突区的时间，α为右转车辆可穿越的最小间隙，α₀为右转车辆连续通过交叉口的最小车头时距，λ_p为进口道逆时针方向相邻的进口道的过街行人流量，g_r为右转车流绿灯时间，θ为右转车流量与直行车流量的比值，n_s为直行专用导向车道的数量；如果右转车流量小于N_r，则将右转专用导向车道变更为直右共用导向车道。

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