一种左转短车道影响的成对交叉口时空资源分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于智能交通控制领域，涉及一种适用于有（无）左转短车道的成对交叉 口展宽段设计与信号配时优化方法。
【背景技术】
[0002] 目前，各大、中城市频繁出现交通拥堵问题，城市社会、经济的发展受到严重的制 约，人们的出行和生活也备受巨大的影响。当左转交通量较大时，直行与左转的交叉冲突不 容忽视，这种冲突不仅使直行车流与左转车流的通行能力降低，而且威胁两者的运行安全。 为了分离左转车流与直行车流之间的冲突，保护左转相位常常被设计。此时，需要设置专用 左转车道。另一方面，为提高交叉口通行能力，进口道经常被拓宽以便增加车道。然而，由 于交叉口空间所限，新增辟的车道往往很短，被称之为短车道或展宽车道。
[0003] 近些年来，有关短车道或展宽车道的研究主要集中于以下两个方面：
[0004] (1)一些学者采用概率论计算左转或右转短车道的排队溢出和入口阻塞的概率， 进而针对设置短车道的各种情况建立交叉口通行能力估计模型，并利用交通仿真软件对估 计模型进行验证；还有一些学者分析影响短车道利用率的各种因素；也有学者关注短车道 对饱和流率、延误、等待时间等的影响。
[0005] (2)国内外相关标准规范了展宽车道的设计，给出了排队存储长度和减速长度的 估算公式与推荐值。有研究人员提出了各种情况下短车道长度的确定方法；另有研究人员 借助通行能力分析软件和交通仿真软件建立排队存储长度和减速长度估计模型，并将模型 计算结果与规范推荐值进行比较。
[0006] 当相邻两交叉口距离较近时，称其为成对交叉口。为提高各交叉口通行能力，有时 两个交叉口均设置左转短车道，尤其是在其共有路段上。由于交叉口间距较小，两个交叉口 的交通流特性具有较强的关联性，此时往往需要对两者进行信号协调控制。对于这种情况， 如何合理配置成对交叉口的时空资源关乎交通流运行性能与交叉口通行效率，但是鲜有此 方面的研究。鉴于此，本发明提出一种左转短车道影响的成对交叉口时空资源分配方法。
【发明内容】
[0007] 本发明提供一种适用于有（无）左转短车道的成对交叉口展宽段设计与信号配时 优化方法.
[0008] 本发明的技术方案包括实施条件、技术架构、交叉口时空资源优化模型和协调控 制绿时差优化方法。具体如下：
[0009] 1、实施条件
[0010] (1)面向相邻两个三路、四路或五路交叉口组成的成对交叉口，各交叉口每条进口 道上的车道数不少于2条，另外可以设置1条左转短车道（若短车道数大于1，本方法仍适 用，但计算精度可能降低）；
[0011] (2)各交叉口每条进口道上的右转车流均不受单独的信号控制；
[0012] (3)各交叉口信号相位数不少于2,相位结构设计方法采用已知方法。
[0013] 2、技术架构
[0014] 以图1所示相邻两个四路交叉口组成的成对交叉口为例，各交叉口每条进口道上 分别渠划左转短车道、左转专用车道、直行车道和直右混行车道各1条。图1所示成对交叉 口可扩展至各交叉口每条进口道上左转短车道数、左转专用车道数或直行车道数多于1条 或者存在右转专用车道的情形，可简化至各交叉口每条进口道上无左转短车道、左转专用 车道或直行车道的情形。图1所示成对交叉口还可扩展至各交叉口为五路交叉口的情形， 可简化至各交叉口东西向或南北向为单行路的情形，也可简化至各交叉口为三路交叉口 (如T型交叉口、Y型交叉口等）的情形。
[0015] 假设各交叉口每条进口道上的右转车流均不受单独的信号控制，西进口道的左转 车流和直行车流分别编号为Ml和M3,东进口道的左转车流和直行车流分别编号为M2和 M4,北进口道的左转车流和直行车流分别编号为M5和M7,南进口道的左转车流和直行车流 分别编号为M6和M8。
[0016] 对于各交叉口东西向或南北向道路，信号相位方案可以选择专用左转（图2)、进 口道直左（图3)、前置左转+后置左转（图4)或专用左转+前置左转（图5)任意一种方 式（以东西向为例）。如果图1中的某个交叉口扩展为五路交叉口，其车流数可能增加，相 应的信号相位方案可能更为复杂。如果图1中的某个交叉口简化为有单行路的情形或三路 交叉口，其车流数将减少，相应的信号相位方案将变得更为简单。
[0017]3、交叉口时空资源优化模型
[0018] 交叉口η车道组j的通行能力为
[0019]
L i=t J ./=1
[0020] 式中：ρ；为交叉口n车道组j的通行能力（pcu/h);
为交叉口 η的周期时长（s)Y为交叉口η的相位数；4为交叉口η相位i的有效绿灯时间（s); <为交叉口η的独立相位数；1为平均相位损失时间（s) 为交叉口η车道组j的完 整车道饱和流率（pcu/h) 为交叉口η车道组j的短车道饱和流率（pcu/h) 为标 识交叉口η车道组j上的车流是否可在相位i内通行的二元变量，如果是，否则， 为标识交叉口η车道组j是否含有短车道的二元变量，如果是，否则， 二1^//?为交叉口η车道组j短车道上排队车辆完全释放时间（S);巧为交叉 口n车道组j的短车道长度（m) ;t为平均饱和车头时距（s) ;h为平均停车间距（m) ;A为 上游交叉口；B为下游交叉口。
[0021] 通过集计，交叉口n的通行能力和相邻两交叉口的总通行能力分别为
[0022] (2) (3)
[0024] 式中：Qn为交叉口η的通行能力（pcu/h) ;mn为交叉口η的车道组数；TQ为总 通行能力（pcu/h)。
[0025] 根据美国道路通行能力手册（HCM2000)，假设各交叉口在分析期开始时均为滞留 排队车辆，则交叉口η车道组j的车均延误为
：(4；)
[0029] 式中： < 为交叉口η车道组j的车均延误（s/pcu) ;?/丨'1为交叉口η车道组j的 均衡延误（s/pcu)
为交叉口η车道组j的信号联动 修正系数；Rp为车队系数；fPA为绿灯期间车辆成队列到达的修正系数；<· 2:为交叉口η车 道组j的增量延￥
b交叉口η车道组j的绿信比；
为交 叉口η车道组j的有效绿灯时间（s) ;λ:丨为交叉口η车道组j的饱和度；f|:为 交叉口n车道组j的需求流率（pcu/h) ;τ为分析期持续时间（S) ;k为信号控制类型增量 延误修正系数；/'/ =卜为交叉口n车道组j的上游调节增量延误修正系数；1为 对该股车流有贡献的所有上游车流按流量进行加权所得的饱和度。
[0030] 通过集计，交叉口n的车均延误和相邻两交叉口的车辆总延误分别为
[0031]
(5； (:6) J.二kJ:二、
[0033] 式中：(Γ为交叉口n的车均延误（s/pcu) ;TD为车辆总延误（s)。
[0034] 对于各交叉口，为充分利用短车道、避免车道溢出和入口阻塞，每条车道组的有效 绿灯时间应不小于短车道上排队车辆完全释放时间，即
[0035] (7)
[0036] 为保障交通流运行安全，各交叉口每条车道组的有效绿灯时间应不小于最小有效 绿灯时间，即
[0037]
(8)
[0038] 式中：gmin为最小有效绿灯时间（s)。
[0039] 根据信号配时设计理论，各交叉口所有相位有效绿灯时间之和加上总损失时间等 于其信号周期时长，该值应在合理的上、下限之间，即
[0040] (9) 1=1
[0041] 式中：C_为最小周期时长（s) ;(：_为最大周期时长（s)。
[0042] 相邻两交叉口间共有路段上的短车道长度应满足：
[0043]
(10)
[0044] 式中： <为交叉口A车道组k是否位于相邻两交叉口间的共有路段上，如果是， 4A = 1，否则，弩=〇 为交叉口B车道组1是否位于相邻两交叉口间的共有路段上，如果 是，贫=1，否则，# =0;D。为共有路段长度。如果鏜=0且实际上不存在此约束 条件。
[0045] 假设信号协调且无双周期，则相邻两交叉口的信号周期时长相等，即
[0046]
(11)
[0047] 各交叉口每个相位的有效绿灯时间和每条短车道的长度均应为非负数，即
[0