一种面向动态交通需求的交叉口运行效率变化率计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种面向动态交通需求的交叉口运行效率变化率计算方法，用于对特 定交叉口不同时空资源分配措施下的运行效率变化率的计算方法，属于智能交通研究领 域。
【背景技术】
[0002] 科学合理地评价动态交通需求下的交叉口运行效率的变化，有助于量化比较各种 交通组织及信号配时方案的实施效果，客观、公正地评价交叉口时空资源使用效率，为进一 步优化管控措施提供决策依据。
[0003] 常用的交叉口运行效率评价指标有车均延误、排队长度、排队次数等。运些评价指 标只能在特定的交通需求、即交通流量条件下，评估交叉口的运行效率。交通需求和管控措 施共同作用影响交叉口的运行效率，城市交通的动态环境，尤其是动态的交通需求环境具 有很强不可再现性，W往的评价方法通常忽略新措施或新方案实施前后交叉口交通需求的 变化，其评价结果会存在较大偏差。因此，为了准确衡量交叉口运行效率变化，客观、公正的 评价交叉口管控方案实施前后交叉口运行效率变化率，迫切需要提出一种能够剔除交叉口 交通需求影响的交通口通行效率变化率计算方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于面向动态交通需求提供一种交叉口运行效率变化率计算方法。 该方法的核屯、思想是同时选用车均延误和排队长度表征交叉口交通流的运行效率，借助不 同管控方案下两个指标与交通需求的映射关系，确定某一交通需求下的效率指标变化规 律，构造一个高峰偏重排队长度、平低峰侧重延误时间的综合变化率指标来总体反映管控 方案前后的交叉口运行效率变化率。
[0005] 为实现上述目标，本发明提出的面向动态交通需求的交叉口运行效率变化率计算 方法包括:计算交叉口各个车道组交通流的车均延误和排队长度、界定延误时间和排队长 度与交通流量的映射关系、定义综合指标及权重系数，并根据延误时间、排队长度与交通流 量的映射关系W及综合变化率权重系数确定剔除交通需求影响的交叉口运行效率变化率， 对比分析方案实施前后的效果。
[0006] 本发明的基本步骤如下：
[0007] cl、统计不同时段内各个车道组的交通流量、即交通需求量，并W车道组为基本单 元计算车均延误和排队长度指标；
[000引c2、计算不同管控方案下，每个交通需求区间所对应车均延误和排队长度的变化 率.
[0009] c3、定义表征交叉口运行效率变化的分组综合变化率，计算综合指标中排队长度 和车均延误的权重系数；
[0010] c4、W交叉口流量为权重，确定管控方案实施前后的交叉口运行效率变化率。
[0011] 步骤cl的过程包括：
[0012] cll、Wl5min为时间间隔，W具有相同信号配时的车道为一个车道组，统计车道组 交通需求量q，交叉口信号周期时长C、相位绿灯时长g、相位红灯时长r、过饱和持续时间Tc; 标定路段阻塞密度kjam、启动波波速Vp ;
[001引cl2、针对交叉口 j的车道组i，计算车均延误Di,j和排队长度Li,j;
[0014]①利用过渡函数模型计算车均延误：
[001引式中：Di,j为交叉口 j车道组i所对应车流的车均延误（s/pcu);cj为交叉口 j的周期 时长(S); gi, j为交叉口 j车道组i所对应相位的绿灯时长（S); qi, j为交叉口 j车道组i的交通 需求量(pcu/s);Si,j为交叉口 j车道组i的饱和流量(pcu/s)，一般可取为0.5;Ni,j为交叉Oj 车道组i在绿灯初期的初始排队车辆数(pcu);Cij为交叉口 j车道组i的通行能力（pcu/s); x0为饱和度阔值;Xi,j为交叉口 j车道组i的饱和度，为qi,j与Ci,j的比值;Ci,j和X日的计算公式 为：
[0021] 式中，Iij为交叉口 j车道组i所对应相位的绿灯间隔时间，可取为3s。
[0022] ②利用交通波理论计算排队长度Lij和排队强度化,j:
[0025]式中，Lij为交叉口 j车道组i所对应车流的排队长度(m);vs为车流的启动波波速 (m/s)，定值;kjam为车流的拥堵密度(pcu/m)，定值;Vp为车流的停车波波速(m/s)，可用qij 与kjam的比值近似估计;Tc为过饱和持续时间（S)，若未出现过饱和则Tc的值为0;ruj为交叉 口 j车道组i所对应车流的排队强度;li为交叉口 j车道组i所对应路段的长度(m)。
[00%] cl3、Wl5min为时间间隔、W车道组的交通需求为权重计算交叉口 j的车均延误 Dj：
[0027]
[002引式中，N为交叉口 j的车道组个数。
[0029] cl4、Wl5min为时间间隔、W车道组的排队强度为指标计算交叉口排队强度屯；
[0030]
[0031] 步骤c2的过程包括：
[0032] c21、利用每一个时段的交通需求数据及计算得到的车均延误和排队强度，确定Ξ 者的映射关系。
[0033] ①借助统计学中的数据分组方法，将交通需求按照固定间隔分为若干区间，每个 区间内的交通需求量、车均延误和排队强度数据进行重新编号；间隔总数K和间隔大小ω的 计算公式为；
[0034] K = l+3.3221gM
[0035]
[0036] 式中，Μ为延误(排队强度)和流量对应关系的点对个数;qmax和qmin分别为调查数据 中的最大交通需求量和最小交通需求量(pcuA)。
[0037] ②用每组数据中排队强度和延误时间的算术平均值表征该流量区间内的运行效 率;针对交叉口 j，第k个流量间隔内的交叉口延误时间和排队强度计算公式为：
[0040]式中，Dm,X为交叉口 j第k个区间内第X个点对所对应的车均延误(S);化为交叉 口 j第k个区间内第X个点对所对应的排队强度。
[0041 ] c22、针对交叉口 j，用m和m+1分别表示先后实施的两套方案，则在第k个流量区间 内，两套方案的车均延误变化量D '。和排队强度变化量η '。分别为：
[0044] 式中，巧和巧分别为交叉口 j在m+1方案和m方案下的车均延误(S); η苗1和<,· 分别为交叉口 j在m+1方案和m方案下的排队强度。
[0045] c23、针对交通需求区间k，利用区间中值qkj作为该区间的交通需求特征值，并W 此为权重指标计算整个交通需求范围内的延误时间和排队强度的变化率;交叉口 j在第k个 交通需求区间内方案m+1相对于方案m的延误指标平均变化量ΔΟμ和排队强度指标平均变 化量Δ%, j分别为：
[0048] c24、j交叉口的第k个交通需求区间内，方案m+1相对于方案m的延误指标平均变化 率γ;",和排队强度指标平均变化率的计算公式为：
[0化1]步骤c3的过程包括：
[0052] c31、交叉口运行效率要从宏观和微观两个层面综合考虑;宏观层面主要考虑交叉 口的排队强度，微观层面应考虑交叉口的车均延误，综合变化率指标应兼顾排队强度和车 均延误;针对交叉口 j，第k个交通需求区间内的交叉口运行效率综合变化率Φι, J为：
[0化3]
[0054] 式中，α。为综合指标中交叉口 j第k个流量区间内的排队强度权重系数。
[0055] c32、针对交叉口 j的交通需求区间k，利用区间中值作为该区间的流量特征值，并 W该特征值计算权重系数日M。
[0056] ①在低峰时段，排队强度很小，会影响上游交叉口交通流正常运行的概率很低，此 时综合变化率指标主要应考虑交叉口车均延误;随着交通流量的不断增加，排队强度变大， 影响上游交叉口交通流运行的概率也逐渐增加，且当交通流量增加到一定程度时，综合变 化率应着重考虑交叉口的平均排队强度;在此理念下，交叉口的综合变化率指标中的排队 强度系数计算公式为：
[0化7]
[005引式中，b神日^是两个模型参数，需要标定。
[0059]②当交叉口的饱和度小于1时，每个周期的绿灯时长均有一定程度富余，此时的指 标不用考虑排队强度;饱和度等于1的排队强度即为指标中开始统筹考虑排队和延误时间 的最小阔值;假设车辆饱和释放时的车头时距为h，则开始统筹考虑排队和延误时间的最小 阔值η,的计算公式为：
[0060]
[0061 ]③当交叉口的排队强度等于0.5时，应同等等待排队强度和延误时间运两个不同 层面的变化率；同时，根据数理统计中的3ε原则，综合指标中仅考虑车辆延误时间的排队强 度阔值为μ广3ε;由于排队强度的取值范围为（〇，1)，μ非勺取值为0.5,3ε的下限取值为 0.00125;因此，参数b北勺计算公式为：
[0062]
[0063] 步骤的c4的过程包括：
[0064] 针对交叉口 j的交通需求区间，可W利用区间中值QM作为该区间的交通需求特征 值，并W此为权重指标计算整个交通需求范围内的综合变化率;方案m+1相对于方案m的交 叉口运行效率综合变化率为：
[00 化]
[0066] 得出的变化率为正值，说明运行效率得W提升，变化值为负值，说明运行效率下 降。
[0067] 本发明的有益效果:本发明提出了一种面向动态交通需求的交叉口运行效率变化 率计算方法，首次剔除了交叉口动态交通需求变化的影响，打破了传统的仅W单一交通流 运行效率指标为评估依据的局限，为客观、公正的评价交叉口不同管控策略组合下的交叉 口运行效率提供了技术支撑和决策依据。
【附图说明】
[0068] 图1计算过程流程图
[0069] 图2流量区间划分示意图
[0070] 图3动态环境变化下的效率指标对比示意图 [0071 ]图4综合变化率权重系数计算图
【具体实施方式】
[0072] W下结合附图对本发明作进一步说明
[0073] W某城市特定交叉口 j的交通流为例，计算前后两个管控措施下的交叉口运行效 率变化率，参见图1。
[0074] 1.计算每个时段的交叉口平均延误时间和排队强度
[0075] (1)、采集数据
[0076] 采集每个时段内的交叉口平均延误时间和排队强度所需的交通流数据:车道组i 的交通流量qij ;标定模型中的有关参数：启动波波速Vp，车道组i的饱和流量Si J ;调查模型 中所需的信号配时参数:车道组i所对应车流的相位红灯时长ri,j、车道组i所对应车流的过 饱和持续时间Ti,j、绿灯