面向社会车流与公交车流同步的交叉口信号配时设计方法与流程

本发明属于交通信号控制领域，特别涉及一种面向社会车流与公交车流同步的交叉口信号配时设计方法。

背景技术：

当前，国内许多城市在干道交通控制与管理中积极推行信号协调优化设计，目的在于减少车流的延误时间和停车次数。对于社会车流与公交车流的信号协调优化设计，不同城市交通管理部门的考量并不相同。一些城市主要是针对社会车流进行了绿波协调信号配时设计，这些信号配时设计方案可以减少社会车辆在交叉口的延误时间和停车次数，但使公交车辆在下游交叉口遭遇到了红波带，大大降低了公交车辆的服务水平与优先等级；另一些城市则推行了公交优先的城市交通发展战略，建设了大量的公交专用车道，并为公交车流进行了绿波协调信号配时设计，然而这些信号配时设计方案在使公交车辆开得顺畅的同时，却使社会车辆在通过下游信号交叉口时连续受阻，甚至排起了长龙。

概而言之，现有的交叉口信号配时设计往往忽视了对于社会车流与公交车流的综合考虑，普遍是以牺牲某些车流的利益来满足其他车流的优先需求，要么先考虑设计社会车流的绿波协调控制方案，再考虑如何让公交车辆也能得到一定程度的信号优先；要么先考虑设计公交车流的绿波协调控制方案，再考虑如何适当提高社会车辆的通行效益；或者先对社会车流与公交车流分别进行绿波协调控制方案设计，再共同确定信号配时设计方案。事实上，这些设计思路忽视了对于社会车流与公交车流进行协同控制的一个重要前提，即如何保证社会车流与公交车流到达下游交叉口的时间同步，故而常常顾此失彼，无法确保社会车流与公交车流同时获得较好的信号协调控制效果。

目前国内外研究主要侧重于社会车流与公交车流的混合交通流模型，而对于社会车流与公交车流的同步研究甚少，因此提供一种面向社会车流与公交车流同步的交叉口信号配时设计方法，具有非常重要的现实意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种面向社会车流与公交车流同步的交叉口信号配时设计方法，该方法使得从上游交叉口驶出的社会车流与公交车流同时到达下游交叉口进口道，实现了对社会车流与公交车流同步控制。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种面向社会车流与公交车流同步的交叉口信号配时设计方法，包括以下步骤：

s1、对所有拟进行同步设计的车流进行编号；

s2、确定所有社会车流与公交车流的同步组合；

s3、根据车流同步组合等效交通量大小，对各种车流同步组合进行排序；

s4、根据已排序的车流同步组合，确定交叉口信号配时参数。

优选的，步骤s1中对所有拟进行同步设计的车流进行编号的具体步骤为：确定从上游交叉口不同进口道驶向下游交叉口同一进口道的所有车流，并对各股拟进行同步设计的社会车流与公交车流分别进行编号；定义表示从上游交叉口i的进口道x驶向下游交叉口j的车流y，y分为社会车流与公交车流两种。

优选的，步骤s2中确定所有社会车流与公交车流的同步组合的具体步骤为：从步骤s1确定的所有车流中，任选一股社会车流与一股公交车流构成一种同步组合，遍历确定所有可能的车流同步组合。

优选的，步骤s3中对各种车流同步组合进行排序的具体步骤为：按照给定的公交当量系数，对各种车流同步组合进行等效交通量的计算，再根据等效交通量大小对各种车流同步组合按照从大到小的顺序进行排序；其中，等效交通量＝公交车流量×公交当量系数+社会车流量。

优选的，步骤s4中确定交叉口信号配时参数的具体步骤为：根据等效交通量大小排位第一的车流同步组合，确定可以实现第一组车流同步的交叉口信号配时参数；若不能获得实现第一组车流同步的交叉口信号配时参数，则对等效交通量大小排位第二的车流同步组合，确定可以实现其车流同步的交叉口信号配时参数；依次计算，直到确定所需的全部相关配时参数。

进一步的，当存在部分或全部配时参数待定时，则根据等效交通量大小排位第n的车流同步组合，确定可以实现第n组车流同步的交叉口信号配时参数，如果存在与前面已确定的配时参数不一致，则舍去排位第n的配时参数计算结果，继续计算排位第n+1的车流同步组合，直到确定所需的全部相关配时参数。

具体的，所述车流同步是指社会车流与公交车流首车到达下游交叉口的时间差在一定范围内。

进一步的，社会车流与公交车流首车到达下游交叉口的时间差取为10s内。

具体的，信号配时参数包括信号周期与相位相序，相同进口道的同步车流组合仅能通过信号周期优化实现车流之间的同步，不同进口道的同步车流组合能通过信号周期与相位相序优化实现车流之间的同步。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本方法根据所有社会车流与公交车流的同步组合，通过对上游交叉口信号配时参数的优化，使得从上游交叉口驶出的社会车流与公交车流同时到达下游交叉口进口道，实现了对于社会车流与公交车流同步控制。

2、本方法根据车流组合等效交通量大小，对各种车流同步组合进行排序，考虑了上游交叉口不同进口道不同类型车流的通行需求，优先保证等效交通量大的车流组合，并尽可能同步多种车流组合，为争取获得最大协调优化控制效益提供了保障。

3、本方法将车流同步与信号协调有机的结合起来，可以确保社会车流与公交车流同时获得较好的信号协调控制效果，一定程度上实现了社会车流与公交车流的协同优化。

附图说明

图1是本发明实施例的步骤流程图；

图2是实施例中上游交叉口拟同步车流相关进口道的车道分配情况；

图3是实施例中上游交叉口信号相位设置情况；

图4是实施例中实现车流与同步的相位相序设置方案一；

图5是实施例中实现车流与同步的相位相序设置方案二；

图6是实施例中实现车流与同步的相位相序设置方案三。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

已知相邻交叉口1与交叉口2，上游交叉口1拟同步车流相关进口道的车道分配情况如附图2所示，从上游交叉口1西进口停车线到东出口断面的距离为30m，从上游交叉口1北进口停车线到东出口断面的距离为50m，从上游交叉口1东出口断面到下游交叉口2西进口停车线的距离为550m；社会车辆的平均行驶速度为50km/h，公交车辆的平均行驶速度为30km/h，公交车辆在公交站台的平均停靠时间为30s；交叉口1的西进口直行社会车流量为500pcu/h、直行公交车流量为200pcu/h，北进口左转社会车流量为400pcu/h、左转公交车流量为180pcu/h；交叉口1的信号周期c取值范围为[90,120]s，其信号相位设置情况如附图3所示，其中东西直行相位1的绿信比λ1为0.4，南北直行相位2的绿信比λ2为0.3，东西左转相位3的绿信比λ3为0.1，南北左转相位4的绿信比λ4为0.2；公交当量系数取为3，同步时间差范围取为10s内。

本实施例包括以下实施步骤：

第一步：对所有拟进行同步设计的车流进行编号：

分别将上游交叉口1的东、南、西、北四个进口道编号为1、2、3、4，定义表示从上游交叉口1的西进口道驶向下游交叉口2的社会车流，表示从上游交叉口1的西进口道驶向下游交叉口2的公交车流，表示从上游交叉口1的北进口道驶向下游交叉口2的社会车流，表示从上游交叉口1的北进口道驶向下游交叉口2的公交车流。

第二步：确定所有社会车流与公交车流的同步组合：

从第一步确定的4股车流中，任选一股社会车流与一股公交车流构成一种同步组合，即所有可能的车流同步组合为与与与与

第三步：对各种车流同步组合进行排序：

对于车流同步组合与其等效交通量为500+200×3＝1100pcu/h；对于车流同步组合与其等效交通量为500+180×3＝1040pcu/h；对于车流同步组合与其等效交通量为400+200×3＝1000pcu/h；对于车流同步组合与其等效交通量为400+180×3＝940pcu/h。

根据等效交通量大小对各种车流同步组合按照从大到小的顺序进行排序为与与与与

第四步：确定交叉口信号配时参数：

(1)对于等效交通量大小排位第一的车流同步组合与计算：

西进口道直行社会车辆从交叉口1停车线行驶到交叉口2停车线所需的时间为

西进口道直行公交车辆从交叉口1停车线行驶到交叉口2停车线所需的时间为

两股车流之间的行驶时间差为100-42＝58s，

同步是指社会车流与公交车流首车到达下游交叉口的时间差在一定范围内，这里设置10s的同步时间差范围，因此当车流的启动时间滞后车流的启动时间在[58-10,58+10]即[48,68]s内时，车流与可以实现同步。

由于车流与是相同进口道的同步车流组合，仅能通过信号周期优化实现车流之间的同步，而交叉口1的信号周期取值范围[90,120]无法将其覆盖，故车流同步组合与无法实现同步。

(2)由于所有相关配时参数(信号周期与相位相序)均未确定，对于等效交通量大小排位第二的车流同步组合与计算：

北进口道左转公交车辆从交叉口1停车线行驶到交叉口2停车线所需的时间为西进口道直行社会车辆从交叉口1停车线行驶到交叉口2停车线所需的时间为

两股车流之间的行驶时间差为102-42＝60s，

考虑到10s的同步时间差范围，因此当车流的启动时间滞后车流的启动时间在[50,70]s内时，车流与可以实现同步。

由于车流与是不同进口道的同步车流组合，可以通过信号周期与相位相序优化实现车流之间的同步，即当满足50≤c×λ4≤70(250≤c≤350)且相序设置为“相位4-相位1-相位3-相位2”或“相位4-相位1-相位2-相位3”时，或当满足50≤c×(λ4+λ2)≤70(100≤c≤140)且相序设置为“相位4-相位2-相位1-相位3”时，或当满足50≤c×(λ4+λ3)≤70(167≤c≤233)且相序设置为“相位4-相位3-相位1-相位2”时，或当满足50≤c×(λ4+λ2+λ3)≤70(83≤c≤117)且相序设置为“相位4-相位2-相位3-相位1”或“相位4-相位3-相位2-相位1”时，均可实现车流与的同步。

根据交叉口1的信号周期取值范围[90,120]可以确定，当相序设置为“相位4-相位2-相位1-相位3”，信号周期取值在[100,120]s时，车流与可以同步，其相位相序设置如附图4所示；当相序设置为“相位4-相位2-相位3-相位1”或“相位4-相位3-相位2-相位1”，信号周期取值在[90,117]s时，车流与可以同步，其相位相序设置如附图5与附图6所示。

(3)由于所有相关配时参数(信号周期与相位相序)均已确定，因此面向社会车流与公交车流同步的交叉口信号配时设计过程至此结束。

(4)本实施例只给出了两个交叉口的计算方法，当存在多个连续交叉口时，可以按照这个方法依次计算多个交叉口的信号配时设计方案。类似实施例中给出的交叉口1的信号配时设计方法，可以再根据交叉口2与交叉口3之间的数据计算出交叉口2的信号配时设计方案。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。