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CN102750823B - 信号控制交叉口动态货车专用进口道设置与运行管理方法 - Google Patents

信号控制交叉口动态货车专用进口道设置与运行管理方法 Download PDF

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CN102750823B CN201210232533.3A CN201210232533A CN102750823B CN 102750823 B CN102750823 B CN 102750823B CN 201210232533 A CN201210232533 A CN 201210232533A CN 102750823 B CN102750823 B CN 102750823B
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Abstract

本发明属于交通设计与管理领域，具体涉及一种动态客货专用车道的设置与运用管理方法。考虑客货车辆在信号控制交叉口进口道的启动和消散行为的差异性，为了减少和消除客货车流之间的相互影响，提高交通效率和安全，针对客货混行道路交叉口，提出的一种动态货车专用进口道设置与应用管理的成套技术，该方法能够有效的提高道路的通行能力，在流量和车辆组成比例到达阈值时使用客货专用道设置，可降低交叉口运行延误，同时可以降低各种潜在的冲突，改善交通安全，具有控制操作简单、实时性好、高效引导信号控制交叉口进口道车流等优点。

Description

信号控制交叉口动态货车专用进口道设置与运行管理方法
技术领域
本发明属于交通管理控制领域，具体涉及一种信号控制交叉口动态货车专用进口道设置与运用管理方法。
背景技术
随着我国社会快速的城市化、工业化及机动化过程，客货运交通持续发展，公路系统特别是城市近郊区公路不仅承担着以小汽车为主的通勤交通，还承担着以货车为主的货物运输的需求。由于车辆性能、载重等原因，在信号控制交叉口绿灯启亮后，货车的启动时间(车辆从静止状态到正常速度行驶所花费的时间)相比小汽车一般较长。根据上海市多个交叉口的实际观察结果表明，小客车启动时间为4.0-6.0秒，而大货车启动时间为8.0-12.0秒。启动时间的差异导致排在大货车后面的小汽车启动时间损失严重，从而形成“启动瓶颈”；另外货车行驶车速较低，与客车之间相互干扰严重，龙其是大货车之间相互超车形成的“移动瓶颈”，致使交叉口进口道饱和流率及通行能力损失严重，且由于小汽车及货车之间的相互干扰导致安全事故频发，大大影响了交叉口的通行效率和安全服务水平。
随着智能交通系统（ITS）的发展，车辆的检测手段越来越多样化，不仅可以动态采集交叉口的交通流量，还可以区分不同车型，这些检测技术包括：牌照识别技术（可通过车牌关联车型数据库区分）、环形线圈（又称为地感线圈，通过车重、车长区分）、微波雷达以及视频检测（视频车辆检测器由设置在现场门架或路侧立柱上的定焦摄像机和视频处理器所组成，通过车长区分）等。信号控制交叉口动态货车专用进口道设置正是基于可变车道技术的动态管理理念，根据交叉口上游检测的车流量和车型组成数据，面向静态控制和动态控制两个层面的需要，考虑交通效率和安全，对交叉口进口道的车道功能进行动态优化配置的新技术。设置动态客货专用道对于交通组织优化，提高信号交叉口交通效率和安全有着非常重要的现实意义。
发明内容
本发明是在考虑客货车辆在信号控制交叉口进口道的启动和消散行为的差异性，为了减少和消除客货车流之间的相互影响，提高交通效率和安全，针对客货混行道路交叉口，提出一种信号控制交叉口动态货车专用进口道设置与运用管理方法。
本发明有如下三个特点：
一、与传统的路段设置专用道或者可变车道不同，本发明利用交叉口渠化设计后，进口道一般展宽的现实情况，仅将进口道设置为可变车道。这样在不影响路段通行能力的同时，大大提高交叉口的运行效率和安全；
二、根据实时检测的不同进口道的车辆排队长度，可在信息检测技术支撑下进行进口道车道功能的动态调整；
三、本发明提出的“排队长度均衡”原则调整进口道车道功能，可兼顾不同进口道的公平通行需求，引导不同车型交通参与者自觉服从车道信号管理，有利于该技术方法的推广实施。
本发明提出的信号控制交叉口动态货车专用进口道设置与运行管理方法，具体步骤如下：
（1）：第n个周期x个直行车道流量值
Figure 2012102325333100002DEST_PATH_IMAGE001
、交通组成货车比例
Figure 111583DEST_PATH_IMAGE002
的获取：
在每个信号周期，通过上游设置双线圈检测器，在车辆经过双线圈检测器时，根据两个线圈振荡电路的频率变化、线圈长度以及车辆经过线圈的时长确定车长;将确定的车长和振荡电路的最大频率改变值的二元素对车型进行分类，从而获得每个车道直行车流量和货车比例。根据第n个周期前几个周期到达的X个直行车道流量值、交通组成货车比例
Figure 309215DEST_PATH_IMAGE004
，对之进行加权平均，获得本周期预测到达的X个直行车道流量值、交通组成货车比例；
（2）：实施1个货车专用进口道，x-1个客车专用进口道的交通流量阈值(
Figure 2012102325333100002DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 476386DEST_PATH_IMAGE006
)，交通组成货车比例阈值（
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 590842DEST_PATH_IMAGE008
）的确定：
将X个直行车道流量值
Figure 792016DEST_PATH_IMAGE001
、交通组成货车比例
Figure 500078DEST_PATH_IMAGE002
代入交通模型，计算得到在实施客货车专用进口道交叉口模型的上游车流量Q’’
Figure DEST_PATH_IMAGE009
(，
Figure 52511DEST_PATH_IMAGE006
)情况下，当货车占所有车型比例值P’’
Figure 486903DEST_PATH_IMAGE009
(
Figure 619944DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 797985DEST_PATH_IMAGE008
)时，使得交叉口评价指标延误
Figure 700082DEST_PATH_IMAGE010
，安全指标
Figure DEST_PATH_IMAGE011
；得到x-1个客车专用进口道的交通流量阈值(
Figure 430009DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 784767DEST_PATH_IMAGE006
)，交通组成货车比例阈值（
Figure 766499DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 523102DEST_PATH_IMAGE008
）；
（3）：专用进口道设置判断：
1)  若第n个周期直行车道上游交通量
Figure 293438DEST_PATH_IMAGE001
与交通组成货车比例
Figure 401071DEST_PATH_IMAGE002
未一并达到阈值，保持直行车道下游进口道客货混行不变，上游双线圈检测器进行n+1个周期直行车道交通量
Figure 920914DEST_PATH_IMAGE012
与n+1个周期交通组成的检测；
2)  若第n个周期直行车道上游交通量与交通组成货车比例
Figure 869333DEST_PATH_IMAGE002
均达到阈值，在直行车道启动设置独立货车专用进口道，通过交叉口上游路边LED车道功能指示标志的指示（见图2），使货车、客车各行其道；
（4）：“排队长度均衡”原则的动态货车专用进口道调节
在启用客货专用进口道后进行检测，当进口道排队长度比值Lx>时，根据排队长度均衡原则，利用进口道处LED车道功能指示标志的指示，禁止小型货车(如载重4.5吨以下货车)进入货车专用进口道；进口道排队长度比值Lx>
Figure DEST_PATH_IMAGE015
时，禁止中型(如载重8吨以下货车)载重货车进入货车专用进口道；
（5）：专用进口道回复判断
在第n+1个周期，对已检测的直行车道交通量
Figure 646851DEST_PATH_IMAGE012
与交通组成货车比例
Figure 112467DEST_PATH_IMAGE013
进行判定：达到阈值时保持客货专用进口道不变，当车辆组成比例不符合专用道设置阈值时，恢复成客货混行进口道；
其中，
Figure 439587DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure DEST_PATH_IMAGE017
为实施客货专用进口道交叉口模型的延误和换道行为交通冲突次数；
Figure 443184DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为实施客货混行进口道交叉口模型的延误和换道行为交通冲突次数。步骤（5）中，进口道排队长度比值Lx=Lh/Lk，Lh、Lk分别为交叉口货车专用进口道及客车专用进口道排队长度，
Figure 367146DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 952848DEST_PATH_IMAGE015
为一设定比值，一般可分别设为1.2，1.8。 
本发明中，所述交通模型可以是交通仿真模型也可以是按照HCM2000中的延误理论计算模型。
本发明的有益效果在于：
1. 与传统的路段设置专用道或者可变车道不同，本发明利用交叉口渠化设计后，进口道一般展宽的现实情况，仅将进口道设置为可变车道。这样在不影响路段通行能力的同时，大大提高交叉口的运行效率和安全。
2. 随着交通流检测技术的发展，本发明的货车专用道设置可根据交通流量、各车型组成及信号配时情况动态调整，可适应各类交通路检测技术。
3.本发明根据“排队长度均衡”原则调整进口道车道功能，可兼顾不同进口道的不同车辆的公平通行需求，可有效引导不同车型交通参与者自觉服从车道信号管理，可实施性强。
附图说明
图1为动态可变货车专用道控制流程图。
图2为实施例示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。本发明中，在仿真软件VISSIM中分别构建客货混行的多个直行进口道交叉口模型及设置可变货车专用进口道交叉口模型获取评价指标并确定设立专用道阈值。
实施例1：本发明方法用于某地城市公路交叉口，该城市主干线为双向八车道，在信号控制交叉口处的进口道划分为：一个专用左转进口道，一个专用右转进口道，三个直行进口道，均为客货混行，交叉口为四相位信号配时，在交通仿真软件VISSIM中进行实施例验证。在VISSIM中按照动态货车进口道的控制所示的流程实施动态控制，本实施例以布置所有货车于货车专用进口车道为例，步骤如下：
1)    第n个周期x个直行车道流量值
Figure 507326DEST_PATH_IMAGE001
、交通组成货车比例的获取：第n个周期开始前，通过交通仿真软件VISSIM数据统计功能，截取第n个周期之前3个周期x个直行车道流量值
Figure 148709DEST_PATH_IMAGE003
、交通组成货车比例，对之进行加权平均（
Figure 251980DEST_PATH_IMAGE020
；
Figure DEST_PATH_IMAGE021
），获得本周期x个直行车道流量值
Figure 185431DEST_PATH_IMAGE001
，交通组成货车比例
Figure 388879DEST_PATH_IMAGE002
；
2)        实施1个货车专用进口道，x-1个客车专用进口道的交通流量阈值(
Figure 949173DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 517558DEST_PATH_IMAGE006
)，交通组成货车比例(，
Figure 740915DEST_PATH_IMAGE008
)的确定：将周期时间流量值
Figure 155716DEST_PATH_IMAGE001
、交通组成货车比例
Figure 160581DEST_PATH_IMAGE002
带入交通仿真模型，运行得到在实施客货车专用进口道交叉口模型的上游车流量Q’’
Figure 723149DEST_PATH_IMAGE009
(
Figure 206083DEST_PATH_IMAGE005
，)情况下，当货车占所有车型比例值P’’
Figure 651157DEST_PATH_IMAGE009
(
Figure 638704DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 931189DEST_PATH_IMAGE008
)时，使得评价效率指标延误
Figure 320582DEST_PATH_IMAGE010
，安全指标
Figure 729566DEST_PATH_IMAGE011
。
在本实例中，交叉口上游3个直行车道的总交通量分别按周期时间流量
Figure 204410DEST_PATH_IMAGE001
检测值设置为600veh/h、900veh/h、1200veh/h和1500veh/h，车辆组成货车比例分别从10%开始递增至50%（见图2），仿真输出评价数据如表1、表2所示。
表1   启用客货专用进口道前后的延误仿真结果对比
Figure DEST_PATH_IMAGE023
表2   启用客货专用进口道前后的安全仿真结果对比
Figure DEST_PATH_IMAGE025
综合以上表1、2分析可以得到:在交叉口3个直行进口道的设施条件下，按评价效率指标延误，安全指标
Figure DEST_PATH_IMAGE027
原则选定客货车专用进口道的交通流量阈值(
Figure 977566DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure DEST_PATH_IMAGE029
)为（600veh/h，1200veh/h），交通组成货车比例(
Figure 64339DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure DEST_PATH_IMAGE031
)为（15%，25%）；
3)        若检测到第n个周期直行车道上游交通量
Figure 755084DEST_PATH_IMAGE001
与交通组成
Figure 847630DEST_PATH_IMAGE002
未一并达到上述阈值：保持直行车道下游进口道客货混行不变；
4)        若检测到第n个周期直行车道上游交通量
Figure 536101DEST_PATH_IMAGE001
与交通组成
Figure 47853DEST_PATH_IMAGE002
均达到上述阈值：在直行车道上游进口道启动设置独立客货车专用进口道；
5)      在第n+1个周期开始前，对已检测的直行车道交通量
Figure 214392DEST_PATH_IMAGE032
与交通组成进行判定：达到阈值时保持客货专用进口道不变，当车辆组成比例等不在阈值内时，恢复成客货混行进口道；
6)      在每一个周期，重复以上步骤。
最后获得数据如下表3，实施效果的对比评价结果。在交叉口上游车流量600veh/h，货车比例为20%时，延误从客货混行的49.0s减少为43.6s，提高了提高11.0%，效率提升明显；交通冲突次数从21次减少为15次，减少了28.6%，安全性也得到显著提高。因此在此动态管理技术设计下，交叉口进口道的通行效率与安全性均得到提升。
表3    实施动态客货专用进口道优化评价表
  交通冲突数 延误 （s）
客货混行 21 49.0
设置客货专用进口道 15 43.6
改善效果 28.6% 11.0%

Claims (2)

1.一种设置信号控制交叉口动态货车专用进口道的方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）：第n个周期x个直行车道流量值、交通组成货车比例
Figure 2012102325333100001DEST_PATH_IMAGE002
的获取：
在每个信号周期，通过上游设置双线圈检测器，在车辆经过双线圈检测器时，根据两个线圈振荡电路的频率变化、线圈长度以及车辆经过线圈的时长确定车长;将确定的车长和振荡电路的最大频率改变值的二元素对车型进行分类，从而获得每个车道直行车流量和货车比例；
根据第n个周期前几个周期到达的X个直行车道流量值
Figure 860710DEST_PATH_IMAGE003
、货车比例
Figure 2012102325333100001DEST_PATH_IMAGE004
，对之进行加权平均，获得第n个周期X个直行车道流量值
Figure 765081DEST_PATH_IMAGE001
、交通组成货车比例
Figure 222607DEST_PATH_IMAGE002
；
（2）：实施1个货车专用进口道，x-1个客车专用进口道的交通流量阈值(，
Figure 2012102325333100001DEST_PATH_IMAGE006
)，交通组成货车比例阈值（
Figure 984075DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 2012102325333100001DEST_PATH_IMAGE008
）的确定：
将X个直行车道流量值
Figure 375742DEST_PATH_IMAGE001
、交通组成货车比例
Figure 636960DEST_PATH_IMAGE002
代入交通仿真模型，计算得到在实施客货车专用进口道交叉口模型的上游车流量Q’’
Figure 368155DEST_PATH_IMAGE009
(
Figure 423836DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 240482DEST_PATH_IMAGE006
)情况下，当货车占所有车型比例值P’’
Figure 39811DEST_PATH_IMAGE009
(
Figure 625513DEST_PATH_IMAGE007
，)时，使得交叉口评价指标延误
Figure 2012102325333100001DEST_PATH_IMAGE010
，安全指标；得到x-1个客车专用进口道的交通流量阈值(
Figure 759057DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 464845DEST_PATH_IMAGE006
)，交通组成货车比例阈值（，
Figure 653567DEST_PATH_IMAGE008
）；
（3）：专用进口道设置判断：
1) 若第n个周期直行车道上游交通量与交通组成货车比例
Figure 354992DEST_PATH_IMAGE002
未一并达到阈值，保持直行车道下游进口道客货混行不变，上游双线圈检测器进行n+1个周期直行车道交通量
Figure 2012102325333100001DEST_PATH_IMAGE012
与n+1个周期交通组成
Figure 251273DEST_PATH_IMAGE013
的检测；
若第n个周期直行车道上游交通量
Figure 264228DEST_PATH_IMAGE001
与交通组成货车比例均达到阈值，在直行车道启动设置独立货车专用进口道，通过交叉口上游路边LED车道功能指示标志的指示，使货车、客车各行其道；
（4）：“排队长度均衡”原则的动态货车专用进口道调节
在启用客货专用进口道后进行检测，当进口道排队长度比值Lx>
Figure 2012102325333100001DEST_PATH_IMAGE014
时，根据排队长度均衡原则，利用进口道处LED车道功能指示标志的指示，禁止小型货车进入货车专用进口道；进口道排队长度比值Lx>
Figure 686168DEST_PATH_IMAGE015
时，禁止中型载重货车进入货车专用进口道；
（5）：专用进口道回复判断
在第n+1个周期，对已检测的直行车道交通量
Figure 691033DEST_PATH_IMAGE012
与交通组成货车比例
Figure 191285DEST_PATH_IMAGE013
进行判定：达到阈值时保持客货专用进口道不变，当车辆组成比例不符合专用道设置阈值时，恢复成客货混行进口道；
其中，、
Figure 736536DEST_PATH_IMAGE017
为实施客货专用进口道交叉口模型的延误和换道行为交通冲突次数；
Figure 2012102325333100001DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 396056DEST_PATH_IMAGE019
为实施客货混行进口道交叉口模型的延误和换道行为交通冲突次数；步骤（5）中，进口道排队长度比值Lx=Lh/Lk，Lh、Lk分别为交叉口货车专用进口道及客车专用进口道排队长度，
Figure 571823DEST_PATH_IMAGE014
、分别设为1.2，1.8。
2.根据权利要求1所述的设置信号控制交叉口动态货车专用进口道的方法，其特征在于所述交通模型采用交通仿真模型或理论解析模型。
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