CN112767699B - 一种信号交叉口固定式直行cav专用进口道设置条件判定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种信号交叉口固定式直行CAV专用进口道设置条件判定方法，适用于进口道直行车道数不小于2、拟设置的行车方向6:00‑22:00所有进口道小时交通量不小于600标准小汽车/小时且最大值与最小值相差不大于150标准小汽车/小时的定时控制信号交叉口。所述方法根据进口道直行车道数和交通量的不同情况，提出拟设置固定式直行CAV专用进口道的行车方向需满足的最低CAV比例。本发明提出定量化的信号交叉口固定式直行CAV专用进口道设置条件判定方法，将其作为判定标准指导信号交叉口固定式直行CAV专用进口道的设置，有利于提高信号交叉口混行交通流的通行效率、降低延误及油耗，为混行交通流环境下信号交叉口进口道的交通组织优化提供方法支撑。

Description

一种信号交叉口固定式直行CAV专用进口道设置条件判定 方法
技术领域
本发明涉及城市道路交通组织控制领域，具体涉及一种信号交叉口固定式直行CAV专用进口道设置条件判定方法。
背景技术
在车路协同发展的背景下，对网联环境下混行交通流的科学运行组织成为目前交通领域研究的热点问题之一。研究表明，在混行交通流中，由CAV（Connected andAutonomous Vehicle，网联自动驾驶车辆）组成的车队中各车的速度、加速度较为一致，车辆之间的跟驰距离更小且相对均匀，有利于提高道路资源利用率和车辆通行能力。信号交叉口是影响交通***运行的关键节点，而直行进口道是各进口道中车流量最多的，研究如何设置信号交叉口直行CAV专用进口道对于混行交通流环境下提高交叉口通行能力，降低车辆延误和油耗具有重要意义。
在以往的研究中，国内外一些学者基于交通量、CAV比例等因素研究了设置CAV专用车道对于提高道路通行能力和缓解交通拥堵的影响，发现在CAV比例较低时设置CAV专用车道将加剧普通车道的拥堵，而在CAV比例为50%以上时，设置CAV专用车道可以降低CAV退化的概率并提高混行交通流的效率、缓解交通拥堵。然而现有研究其道路环境绝大多数是高速公路，城市工况下的研究存在空白，并且相关设置标准不明晰，亟需研究定量化的设置条件。由于城市信号交叉口的交通复杂性，相比设置直行CAV专用车道，直行CAV专用进口道的设置更有利于实现混行交通流的灵活组织，因而需就城市工况下的直行CAV专用进口道设置条件提出定量化的判定方法，以提高整体混行交通流的通行效率、降低延误及油耗。由于信号交叉口最基本的控制方式是单个交叉口的定时控制，直行CAV专用进口道最简单的设置形式为固定式，因此就城市工况下信号交叉口直行CAV专用进口道设置条件判定方法的研究应首先对固定式直行CAV专用进口道进行展开，从而为混行交通流环境下信号交叉口进口道的交通组织优化提供理论支持。
发明内容
鉴于现有研究存在的城市信号交叉口直行CAV专用进口道设置标准不明确的不足，本发明要解决的技术问题是明确定量化的设置标准，提出一种信号交叉口固定式直行CAV专用进口道设置条件判定方法。
本发明是采用如下技术方案实现的，说明如下：
1、一种信号交叉口固定式直行CAV专用进口道设置条件判定方法，其特征在于，拟设置固定式直行CAV专用进口道的行车方向需满足进口道直行车道数不小于2的基本道路条件；并具有交通量不随时间明显波动的特征，即在一年中非法定假日的第25个周二调查，该方向6:00-22:00所有进口道小时交通量之和的最大值与最小值相差不大于150标准小汽车/小时；将所有进口道小时交通量之和记为Q，取其最小值记为Q min ，将6:00-22:00各小时该方向所有进口道的CAV数量之和与所有进口道小时交通量之和的比值的最小值，记为最低CAV比例，设定如下设置信号交叉口固定式直行CAV专用进口道的判定条件：
当进口道直行车道数为2、Q min 大于等于600标准小汽车/小时并小于2400标准小汽车/小时、最低CAV比例不小于-0.0001×Q min +0.7740时，达到设置固定式直行CAV专用进口道的要求；
当进口道直行车道数为2、Q min 大于等于2400标准小汽车/小时、最低CAV比例不小于0.50时，达到设置固定式直行CAV专用进口道的要求；
当进口道直行车道数不小于3、Q min 大于等于600标准小汽车/小时并小于2100标准小汽车/小时、最低CAV比例不小于-0.0001×Q min +0.5446时，达到设置固定式直行CAV专用进口道的要求；
当进口道直行车道数不小于3、Q min 大于等于2100标准小汽车/小时、最低CAV比例不小于0.25时，达到设置固定式直行CAV专用进口道的要求。
2、按照权利要求1所述的一种信号交叉口固定式直行CAV专用进口道设置条件判定方法，其特征在于，所述的所有进口道小时交通量之和与最低CAV比例的数据调查要求为在6:00-22:00每小时选取不相邻的两刻钟作为调查时段，每两个调查时段间必须间隔15分钟，并将每小时调查得到的交通量折算为小时交通量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明所述的一种信号交叉口固定式直行CAV专用进口道设置条件判定方法，综合考虑了交通量和CAV比例对CAV专用进口道设置效益的影响，提出了定量化的固定式直行CAV专用进口道设置标准，适用于各种交通运行条件下的定时控制信号交叉口；
2、本发明所述的一种信号交叉口固定式直行CAV专用进口道设置条件判定方法，考虑了不同种类车辆（包括网联自动驾驶车辆、网联人工驾驶车辆、非网联自动驾驶车辆和非网联人工驾驶车辆）在信号交叉口进口道处的行车特性，可应用于混行交通流环境下信号交叉口的交通组织和控制。
附图说明
图1是本发明所述的信号交叉口固定式直行CAV专用进口道设置条件判定方法总体流程图；
图2是本发明所述的进口道直行车道数为2时固定式直行CAV专用进口道布设示意图；
图3是本发明所述的进口道直行车道数不小于3时固定式直行CAV专用进口道布设示意图；
图4是本发明所述的信号交叉口固定式直行CAV专用进口道实际布设应用图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本发明的详细内容和本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
固定式直行CAV专用进口道指信号交叉口该方向一天各时段均采用同一套直行CAV专用进口道设置方案，满足各时段设置固定式直行CAV专用进口道对于流量和最低CAV比例的要求，适用于全天流量相差不大、采用定时式信号控制的信号交叉口。
本发明所述的一种信号交叉口固定式直行CAV专用进口道设置条件判定方法考虑了CAV比例和交通量对交叉***通运行效率的影响，适用于各种交通状况下定时式信号控制的信号交叉口的固定式直行CAV专用进口道设置。
参阅图1，本发明所述的一种信号交叉口固定式直行CAV专用进口道设置条件判定方法由如下步骤组成，下面对其做详细论述：
调查拟设置固定式直行CAV专用进口道的信号交叉口的所有进口道小时交通量之和与CAV比例，需满足拟设置的行车方向进口道直行车道数不小于2且6:00-22:00所有进口道小时交通量之和的最大值与最小值相差不大于150标准小汽车/小时且最小值不小于600标准小汽车/小时。所述所有进口道小时交通量之和与CAV比例的数据调查要求为在6:00-22:00每小时选取不相邻的两刻钟作为调查时段，每两个调查时段间必须间隔15分钟，需注意调查时要区分不同种类和车型的车辆，将每小时调查得到的交通量折算为小时交通量。
根据拟设置固定式直行CAV专用进口道的交叉口的进口道直行车道数、所有进口道小时交通量之和的最小值、CAV比例进行设置判定。按照进口道直行车道数分为进口道直行车道数等于2和不小于3两种类型，由所有进口道小时交通量之和的最小值进一步细分成4种情况，相应对照各自的定量化设置条件得出判定结论，如下所示：
1、当进口道直行车道数为2
（1）Q min 大于等于600标准小汽车/小时并小于2100标准小汽车/小时、最低CAV比例不小于-0.0001×Q min +0.5446时，达到设置固定式直行CAV专用进口道的要求；
（2）Q min 不小于2100标准小汽车/小时、最低CAV比例不小于0.25时，达到设置固定式直行CAV专用进口道的要求；
2、当进口道直行车道数不小于3
（1）Q min 大于等于600标准小汽车/小时并小于2400标准小汽车/小时、最低CAV比例不小于-0.0001×Q min +0.7740时，达到设置固定式直行CAV专用进口道的要求；
（2）Q min 不小于2400标准小汽车/小时、最低CAV比例不小于0.50时，达到设置固定式直行CAV专用进口道的要求。
对于满足设置条件的行车方向，应将固定式直行CAV专用进口道设置在最靠近道路中心线的直行车道处，如附图2、3所示。
实施例
本发明所述的一种信号交叉口固定式直行CAV专用进口道设置条件判定方法的实施例，给出实施过程和检验结果，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
1、交叉口概况
本发明选取石家庄市裕华路与友谊大街交叉口进行实例分析。该交叉口为十字形信号交叉口，通过调查其交通运行情况，得到各方向所有进口道小时交通量之和的最小值如表1所示。
表1 友谊大街—裕华路交叉口各方向所有进口道小时交通量之和的最小值
Figure 490078DEST_PATH_IMAGE002
2、 CAV专用进口道设置方案
根据本发明所述的固定式直行CAV专用进口道的设置条件，确定实施例的最低CAV比例，如表2所示。发现交通量较小时对于设置固定式直行CAV专用进口道的最低CAV比例有着更高的要求。对于该交叉口东西进口道，拟设置固定式直行CAV专用进口道需满足全天最低实际CAV比例不小于0.35；南北进口道拟设置固定式直行CAV专用进口道需满足全天最低实际CAV比例不小于0.70，且固定式直行CAV专用进口道设置在进口道最靠近道路中心线的直行车道处，如附图4所示。
表2CAV专用进口道设置要求
Figure 203956DEST_PATH_IMAGE004
3、仿真评价
创建设置固定式直行CAV专用进口道和未设置情况下该交叉口的混行交通流环境，将实测所得交通量与信号配时数据作为输入，设定仿真时长为3600s，编程迭代并进行设置与未设置时仿真结果的对比分析，所得仿真结果如表3和4所示。
表3东西进口道仿真结果
Figure DEST_PATH_IMAGE006
表4 南北进口道仿真结果
Figure DEST_PATH_IMAGE008
结果表明，当达到表2所述的设置固定式直行CAV专用进口道所需的最低CAV比例时，与不设置相比，四个方向的固定式直行CAV专用进口道设置方案对应有着更小的车均延误、车均油耗，平均每周期能够通过更多的车辆。从效益方面来看，交叉口四方向进口道在早晚高峰时段通过车辆数提升1.11%-3.22%，车均延误降低4.33%-8.45%，车均油耗降低6.57%-9.03%，证明了友谊大街—裕华路信号交叉口固定式直行CAV专用进口道设置方案的有效性，说明本发明专利在实际应用中具有普遍适用性。

Claims (2)

1.一种信号交叉口固定式直行CAV专用进口道设置条件判定方法，其特征在于，拟设置固定式直行CAV专用进口道的行车方向需满足进口道直行车道数不小于2的基本道路条件；并具有交通量不随时间明显波动的特征，即在一年中非法定假日的第25个周二调查，该方向6:00-22:00所有进口道小时交通量之和的最大值与最小值相差不大于150标准小汽车/小时；将所有进口道小时交通量之和记为Q，取其最小值记为Q min ，将6:00-22:00各小时该方向所有进口道的CAV数量之和与所有进口道小时交通量之和的比值的最小值，记为最低CAV比例，设定如下设置信号交叉口固定式直行CAV专用进口道的判定条件：
当进口道直行车道数为2、Q min 大于等于600标准小汽车/小时并小于2400标准小汽车/小时、最低CAV比例不小于-0.0001×Q min +0.7740时，达到设置固定式直行CAV专用进口道的要求；
当进口道直行车道数为2、Q min 大于等于2400标准小汽车/小时、最低CAV比例不小于0.50时，达到设置固定式直行CAV专用进口道的要求；
当进口道直行车道数不小于3、Q min 大于等于600标准小汽车/小时并小于2100标准小汽车/小时、最低CAV比例不小于-0.0001×Q min +0.5446时，达到设置固定式直行CAV专用进口道的要求；
当进口道直行车道数不小于3、Q min 大于等于2100标准小汽车/小时、最低CAV比例不小于0.25时，达到设置固定式直行CAV专用进口道的要求。
2.按照权利要求1所述的一种信号交叉口固定式直行CAV专用进口道设置条件判定方法，其特征在于，所述的所有进口道小时交通量之和与最低CAV比例的数据调查要求为在6:00-22:00每小时选取不相邻的两刻钟作为调查时段，每两个调查时段间必须间隔15分钟，并将每小时调查得到的交通量折算为小时交通量。
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