基于信号交叉口运行状况的可变车道切换与信号配时方法

技术领域

本发明涉及交通信号控制技术领域，尤其涉及基于信号交叉口运行状况的可变车道切换与信号配时方法。

背景技术

随着城市的发展，机动车保有量不断增长，城市交通中供需之间的矛盾越来越冲突，城市拥堵现象逐渐加剧。然而，与城市中机动车的增长速率相比城市道路的建设速率要低的多，同时新建、改扩建道路工程成本较高、道路设施的建设周期长，在短时间内很难满足需求，不能达到预期的实施效果。因此，在现有的道路资源条件下，最大限度提高道路的利用效率，并制定科学的交通管控方案成为当下缓解交通拥堵的主要途径和交通研究者所要解决的关键问题。

而信号交叉口进口道处的可变车道作为潮汐交通的一种，通过对某些车道上的行车方向或行车种类在不同的时段进行变换对交叉口处的交通进行有效的组织，从而使得现有的道路时空资源得到充分的利用，尽而能有效的解决交又口处由于转向不均衡所造成的交通拥堵问题。目前，可变车道已经在多个城市实施。

现有的可变车道切换控制方法具有以下缺点：①可变车道定时切换，无法适应每日流量变化情况；②可变车道未与信号配时相关联；③拥堵发生后进行可变车道切换会导致原先积压在可变车道的车辆无法通行。

发明内容

为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种能够使交叉口车道分配与信号配时更贴合实际交通运行规律，有效的提高道路通行效率，降低车辆通行延误的基于信号交叉口运行状况的可变车道切换与信号配时方法。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种基于信号交叉口运行状况的可变车道切换与信号配时方法，包括以下步骤：S1、采集数据，在交叉口布设交通流检测设备，采集信号交叉口基础数据；S2、设定阈值，依据信号交叉口基础数据设定可变车道切换阈值；S3、调整配时，根据可变车道切换后的交通运行状况对信号交叉口的信号配时进行调整；S4、方案模拟优化，对方案进行模拟实施并对实施效果进行跟踪评价，并根据评价结果对方案进行优化。

优选地，所述步骤S1中信号交叉口基础数据包括信号交叉口静态基础信息和信号交叉口动态基础信息，所述信号交叉口静态基础信息包括进口道方向车道数、渠化设置数据、检测器布置数据，所述信号交叉口动态基础信息包括信号交叉口当前信号相位相序设计及配时设置数据、信号交叉口交通运行流量数据。

优选地，所述步骤S1中在交叉口布设交通流检测设备包括在停止线处布设线圈设备或在对向布设微波、视频检测器。

优选地，所述步骤S2中设定可变车道切换阈值以进口道方向车道数为条件，当进口道方向车道数小于4条时，不设置可变车道。

优选地，所述步骤S2中设定可变车道切换阈值以流量和交叉口实际通行能力为条件，当改变可变车道属性将会使流量和交叉口实际通行能力增加时，切换可变车道；当改变可变车道属性将会使流量和交叉口实际通行能力不变甚至下降时，可变车道保持不变。

进一步地，依据所述流量和交叉口实际通行能力，建立了5个计算公式：

①、信号交叉口左转相位的初始通行能力为：

其中：

S

g

C-信号配时周期；

②、信号交叉口直行相位的初始通行能力为：

其中：

S

g

③、信号交叉口处车道的属性由左转变为直行后交叉口左转相位的通行能力为：

其中：

b-交叉口初始左转车道数量；

m-可变车道数量；

④、信号交叉口处车道的属性由左转变为直行后直行相位的通行能力为：

其中：

a-交叉口初始左转车道数量；

⑤、整个信号交叉口在可变车道属性改变前后其通行能力的变化值为：

其中：

q

q

Y-初始方案的总流量比；

L-信号交叉口信号相位的总损失时间(s)；

当可变车道切换阈值为

进一步地，在步骤S2和步骤S3之间加入步骤S2.5：将交通流检测设备与可变车道指示牌接入信号机中，输入阈值模型中a、b、m的值，在信号机中设置触发语句实现可变车道的自动切换。

优选地，所述步骤S3中交通运行状况包括交叉口渠化数据、交通供给数据、交叉口流量比、通行能力及交叉口不同方向间交通流量变化数据。

进一步地，依据所述步骤S3中信号配时和交通运行状况，建立了5个计算公式：

①、可变车道切换后的交叉口流量比为：

其中：

Y′-信号交叉口进口道处可变车道的属性改变后总的流量比；

Y-信号交又口进口道处可变车道的属性改变前总的流量比；

y

y

②、根据韦伯斯特模型，信号配时周期为：

③、信号交叉口进口道可变车道的属性改变后该进口道左转相位的有效绿灯时间为：

④、信号交叉口进口道可变车道的属性改变后该进口道直行相位的有效绿灯时间为：

⑤、信号交叉口进口道可变车道的属性改变后其他相位的有效绿灯时间为：

其中：

y

优选地，所述步骤S4中的实施效果包括数据对比分析。

本发明提供的基于信号交叉口运行状况的可变车道切换与信号配时方法，其有益效果是：

①根据实际交通运行状况设定阈值，当条件满足阈值时可变车道自动切换，适应每日流量变化情况。

②可变车道变化情况与信号配时进行联动，在可变车道进行切换后同步调整交叉口相位配时。

③从交叉口通行能力变化的角度设定可变车道切换阈值，对道路拥堵进行提前管控。

附图说明

图1为车道布设与交通流检测设备布设示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参见附图1所示，一种基于信号交叉口运行状况的可变车道切换与信号配时方法，包括以下步骤：

S1、在交叉口布设交通流检测设备，用以采集信号交叉口基础数据；为采集更准确的交通流数据，需在交叉口停止线处布设线圈设备，或在对向布设微波、视频检测器等设备并检测进口道停止线处交通运行基本参数，采集的信号交叉口基础数据包括信号交叉口静态基础信息和信号交叉口动态基础信息，信号交叉口动态基础信息包括信号交叉口当前信号相位相序设计及配时设置数据、信号交叉口交通运行流量数据，信号交叉口静态基础信息包括进口道方向车道数、渠化设置数据、检测器布置数据；

S2、依据信号交叉口基础数据设定可变车道切换阈值；为保证有效发挥可变车道作用，在设定可变车道切换阈值时，可变车道的进口道方向车道数应大于等于4条，以保证交叉口进口道处有专用的直行、左转、右转和可变车道，若在进口道车道数较少且交通量较大的交叉口设置可变车道，极有可能引起其他相位车辆延误的增加，造成负面影响；可变车道切换阈值以流量和交叉口实际通行能力为条件，当改变可变车道属性将会使流量和交叉口实际通行能力增加时，切换可变车道，当改变可变车道属性将会使流量和交叉口实际通行能力不变甚至下降时，可变车道保持不变；

对于信号交叉口左转相位的初始通行能力为：

其中：

S

g

C-信号配时周期；

对于信号交叉口直行相位的初始通行能力为：

其中：

S

g

当信号交又口处车道的属性由左转变为直行后交叉口左转相位的通行能力为：

其中：

b-交叉口初始左转车道数量；

m-可变车道数量；

当信号交又口处车道的属性由左转变为直行后直行相位的通行能力为：

其中：

a-交叉口初始左转车道数量；

整个信号交叉口而言在可变车道属性改变前后其通行能力的变化值为：

其中：

q

q

Y-初始方案的总流量比；

L-信号交叉口信号相位的总损失时间(s)；

因此，当可变车道切换阈值为

为了实现可变车道在满足阈值情况下的自动切换，需将交叉口已建交通检测设备与可变车道指示牌接入信号机中，根据交叉口设置可变车道进口道的车道进行，输入阈值模型中a,b,m的值，在信号机中设置触发语句实现可变车道的自动切换；

S3、根据可变车道切换后的交通运行状况对信号交叉口的信号配时进行调整；由于可变车道的切换，导致交叉口渠化数据、交通供给数据、交叉口流量比、通行能力及交叉口不同方向间交通流量变化数据发生了变化，因此根据最新的交通运行状况对信号配时进行调整，使交通信号配时与最新的交通流量状况更为匹配；

可变车道切换后交叉口流量比为：

其中：

Y′-信号交叉口进口道处可变车道的属性改变后总的流量比；

Y-信号交又口进口道处可变车道的属性改变前总的流量比；

y

y

根据韦伯斯特模型，信号配时周期为：

当信号交叉口进口道可变车道的属性改变后该进口道左转相位的有效绿灯时间为：

当信号交叉口进口道可变车道的属性改变后该进口道直行相位的有效绿灯时间为：

当信号交叉口进口道可变车道的属性改变后其他相位的有效绿灯时间为：

其中：

y

S4、利用交通模拟仿真软件对方案进行模拟实施，通过数据对比分析进行实施效果跟踪评价，并根据评价结果对方案进行优化；信号配时调整模型适用于交叉口可变车道切换后单一转向交通流出现过饱和的情况，即可变车道出现溢出情况或可变车道切换后减少车道方向上的车流出现过饱和现象，若可变车道切换后左转和直行相位交通流均出现了过饱和情况，则说明信号交叉口进口道处可变车道属性的改变对于改善道路信号交叉口进口道处的交通拥堵状况并不明显，此种情况下就需要对信号交叉口渠化及信号配时进行重新设计和优化。

为了简便运算结果，本文中场景均为可变车道由左转车道切换为直行车道，对于可变车道由直行变为左转或其他变化形式阈值模型及信号配时调整模型均为同理。

以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。