一种基于当量冲突数公路平交口信号灯设置判定方法与流程

本发明涉及一种基于当量冲突数公路平交口信号灯设置判定方法，属于道路交通管理和交通安全
技术领域：
。
背景技术：
：随着我国国民经济的持续发展以及城镇化进程的不断深入，公路的功能和特征开始慢慢向城市道路转变，导致公路的现状条件和不断增长的交通需求这两者的矛盾日益突出，而公路平面交叉口作为公路网络的咽喉位置，更是承担着分流、转向和集散的重要作用，但往往在这些公路平交口，由于缺乏有效的交通管控措施，导致交通延误严重，冲突频发，而合理设置机动车信号灯是提高公路平交口通行能力、避免交通堵塞以及减少交通事故的有效手段之一。以往对交叉口信号灯设置研究主要是从延误和事故数两个方面来考虑的，如美国的《统一交通控制设施细则》中将8小时交通量、4小时交通量、高峰小时交通量、事故记录等作为设置依据，但由于我国的无信号公路平交口的交通组成与道路条件复杂，与美国有较大的差异，所以无法直接将美国的标准作为我国公路平交口信号灯的设置依据；我国最新的gb14886—2016《道路交通信号灯设置与安装规范》结合我国的实际情况，综合考虑高峰小时流量，任意连续8h的机动车小时流量、交通事故条件等指标作为信号灯的设置依据，但交通事故数由于获取困难且缺乏时效性，使其作为设置依据在使用上受到约束；杨晓光等人基于交通冲突分析建立了交叉口机动车信号灯设置依据，但是仅仅分析了冲突数与流量的关系，完全忽略了事故数这一重要因素，并且由于未考虑各种交通冲突严重性的不同，导致临界冲突数的计算结果有所偏差。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于当量冲突数公路平交口信号灯设置判定方法，分析公路平交口的车流冲突数与机动车流量、事故数的关系，提供了一种快速的、非事故的、考虑冲突严重性的公路平交口机动车信号灯设置需求判定方法。本方法不仅克服了收集交通事故数周期过长的缺点，还考虑了冲突的严重性使得冲突数的获取更加准确且符合实际情况，为公路平交口的交通管控提供了快速简洁的机动车信号灯设置依据。为达到上述目的，本发明提供一种基于当量冲突数公路平交口信号灯设置判定方法，包括以下步骤：(1)、选取无信号灯控制的公路平交口作为研究对象，依据机动车流量区分公路平交口中的主要道路和次要道路，主要道路的机动车流量大于次要道路的，通过实地观测获取观测时间内主要道路总的双向交通量x总以及观测时间内次要道路日交通量y总，次要道路日交通量y总是观测时间内的每个单位小时内每个次要道路中单向交通量最高的进口道的单向交通量的总和；(2)、基于公路平交口的机动车流量与车流冲突数、事故数的关系和交通冲突严重性理论得到主要道路和次要道路的直角坐标系图即机动车信号灯设置依据流量曲线图；(3)、将步骤(1)中主要道路的双向交通量x总除以观测时间做平均处理得到公路平交口主要道路小时交通量x均；次要道路日交通量y总除以观测时间做平均处理得到每单位小时内次要道路最高的单向平均小时交通量y均，将公路平交口主要道路小时交通量x均和次要道路最高的单向平均小时交通量y均组成的二维坐标点标记在机动车信号灯设置依据流量曲线图中，如果该坐标点落在曲线上方，则在该公路平交口设置交通信号灯；反之，不在该公路平交口设置交通信号灯优先地，步骤(2)包括以下步骤：(21)根据公路平交口的机动车流量与车流冲突概率的关系，建立公路平交口的车流冲突概率计算模型pij为：其中，i＝1,2,3,4顺序表示公路平交口四个入口记号，j＝1,2,3顺序表示左转、直行和右转三种车辆流向记号，例如ij表示i入口j种流向车辆，mn表示与ij对应车辆发生冲突的来自m入口n种流向车辆记号，h为最小冲突时距，λ为车辆在单位最小冲突时距内平均到达率(pcu/s)；(22)基于交通冲突严重性结论，得出：交叉冲突：合流冲突：分流冲突＝1：0.079：0.079，由此可得将所有冲突数换算为当量交叉冲突数为：其中，t当为总的当量交通冲突数即单位小时内公路平交口处的所有的冲突点数目，t交为总的交叉小时冲突数即单位小时内公路平交口处的所有的交叉冲突点数目，t分为总的分流交通小时冲突数即单位小时内公路平交口处的所有的分流冲突点数目，t合为总的合流小时冲突数即单位小时内公路平交口处的所有的合流冲突点数目。优先地，步骤(2)包括以下步骤：(23)由于交通量事故数的收集周期过长，为了方便计算，采用交通量预测事故数的发生式来计算交通量，发生式为：其中，c是一年内公路平交口临界交通事故数，一般取值为5，xd是主要道路日交通量(pcu/d)即24小时内主要道路的总的双向交通量，yd是次要道路日交通量(pcu/d)即24小时内次要道路的总的双向交通量，x是公路平交口主要道路小时交通量(pcu/h)，y是次要道路小时交通量(pcu/h)。优先地，步骤(2)包括以下步骤：(24)经过对比发现利用理论公式(2)算出来的总的当量交通冲突数t当与实地观测到的公路平交口总的冲突数存在差异性，为了提高信号灯设置依据的准确性，取的另外的多个公路平交口实际观测到的总的冲突数与理论计算得到的总的当量交通冲突数进行统计分析，得到理论计算中的总的当量交通冲突数与实际总的冲突数的关系式为：其中，v为公路平交口小时总流量即单位小时内公路平交口处总的车流量，单位是(pcu/h)；(25)当主要道路小时交通量x为800时，利用公式(2)(3)(4)计算无信号灯控制的公路平交口处的总的实际当量小时冲突数t实际，与次要道路小时交通量y拟合分析得到关系式为：y＝4×10-7-0.0004t实际2+0.5689t实际+47.427，相关系数为0.97；当x在500－1800、以100辆/h为步距递增时，利用公式(2)(3)(4)计算每个x对应的无信号灯控制的公路平交口处的总的实际当量小时冲突数t实际与次要道路小时交通量y的共计14个关系函数，通过对14个关系函数的峰值比较研究，发现14个关系函数的曲线峰值介于145-150之间，确定当量小时冲突数t实际为145次并定义为临界当量小时冲突数t临。优先地，步骤(2)包括以下步骤：(26)将临界当量小时冲突数t临代入步骤(2)中实际当量小时冲突数t实际与次要道路小时交通量y的关系函数，计算得到主要道路小时交通量x在500－1800、以100辆/h为步距递增时的次要道路临界交通量y临，利用各个主要道路小时交通量x的值与相对应的次要道路临界交通量y临的值拟合构建机动车信号灯设置依据流量曲线。优先地，步骤(21)中，假设公路平交口存在的两相冲突车流a和车流b的到达率服从泊松分布，假设公路平交口车辆从停车线到冲突点间的行驶时间h都相等于最小冲突时距h且无车辆结队跟踪进入交叉口，则在h之内车流a与车流b发生冲突的概率p冲为在此时间内两相冲突车流车辆的到车数均≥1的概率之积，即：p冲＝pa(k≥1)·pb(k≥1)(1-1)其中，p冲为车流a与车流b发生冲突的概率；pa(k≥1)、pb(k≥1)分别为车流a、车流b在h时间之间内到车数k≥1的概率；取h值为5秒，p(k＞1)的概率近似约等于零，式(1-1)可写成：p冲＝pa(k＝1)·pb(k＝1)(1-2)因车辆到达服从泊松分布，故有：在无信号灯控制的公路平交口，某个车流车辆在△t＝h＝h时间内发生冲突的概率为它分别与每个相冲突车流车辆发生冲突的概率之和，将式(1-3)整理后得到公式为：优先地，h为最小冲突时距，取值为5s。本发明所达到的有益效果：本发明综合考虑了公路平交口的车流冲突数与流量、事故数的关系，避免了仅仅通过事故数或只研究冲突数和流量的关系来确定信号灯设置依据的不足，并且基于交通冲突严重性理论引入当量冲突数的概念，利用临界当量冲突数来计算信号灯设置依据流量值，使机动车信号灯设置依据结论更加准确和贴合实际，另外以流量依据图的形式使机动车信号灯设置判定简洁明了，具有较好的应用前景。附图说明图1为本发明的流程图；图2为典型公路平交口冲突点及冲突形态的示意图；图3为公路平交口机动车信号灯设置依据流量图；图4为次要道路某一进口道流量与实际当量小时冲突数的关系函数图；图5为g104与帕威尔路公路平交口几何条件现状图；图6为实施例中104国道与南京郊区一城市道路公路平交口的机动车信号灯设置依据分析示意图。具体实施方式以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。一种基于当量冲突数公路平交口信号灯设置判定方法，包括以下步骤：(1)、选取无信号灯控制的公路平交口作为研究对象，依据机动车流量区分公路平交口中的主要道路和次要道路，主要道路的机动车流量大于次要道路的，通过实地观测获取观测时间内主要道路总的双向交通量x总以及观测时间内次要道路日交通量y总，次要道路日交通量y总是观测时间内的每个单位小时内每个次要道路中单向交通量最高的进口道的单向交通量的总和；(2)、基于公路平交口的机动车流量与车流冲突数、事故数的关系和交通冲突严重性理论得到主要道路和次要道路的直角坐标系图即机动车信号灯设置依据流量曲线图；(3)、将步骤(1)中主要道路的双向交通量x总除以观测时间做平均处理得到公路平交口主要道路小时交通量x均；次要道路日交通量y总除以观测时间做平均处理得到每单位小时内次要道路最高的单向平均小时交通量y均，将公路平交口主要道路小时交通量x均和次要道路最高的单向平均小时交通量y均组成的二维坐标点标记在机动车信号灯设置依据流量曲线图中，如果该坐标点落在曲线上方，则在该公路平交口设置交通信号灯；反之，不在该公路平交口设置交通信号灯。进一步地，步骤(2)包括以下步骤：(21)根据公路平交口的机动车流量与车流冲突概率的关系，建立公路平交口的车流冲突概率计算模型pij为：其中，i＝1,2,3,4顺序表示公路平交口四个入口记号，j＝1,2,3顺序表示左转、直行和右转三种车辆流向记号，例如ij表示i入口j种流向车辆，mn表示与ij对应车辆发生冲突的来自m入口n种流向车辆记号，h为最小冲突时距，λ为车辆在单位最小冲突时距内平均到达率(pcu/s)；(22)结合图2公路平交口冲突形态示意图，基于交通冲突严重性结论，得出：交叉冲突：合流冲突：分流冲突＝1：0.079：0.079，由此可得将所有冲突数换算为当量交叉冲突数为：其中，t当为总的当量交通冲突数即单位小时内公路平交口处的所有的冲突点数目，t交为总的交叉小时冲突数即单位小时内公路平交口处的所有的交叉冲突点数目，t分为总的分流交通小时冲突数即单位小时内公路平交口处的所有的分流冲突点数目，t合为总的合流小时冲突数即单位小时内公路平交口处的所有的合流冲突点数目。进一步地，步骤(2)包括以下步骤：(23)由于交通量事故数的收集周期过长，为了方便计算，采用交通量预测事故数的发生式来计算交通量，发生式为：其中，c是一年内公路平交口临界交通事故数，一般取值为5，xd是主要道路日交通量(pcu/d)即24小时内主要道路的总的双向交通量，yd是次要道路日交通量(pcu/d)即24小时内次要道路的总的双向交通量，x是公路平交口主要道路小时交通量(pcu/h)，y是次要道路小时交通量(pcu/h)。进一步地，步骤(2)包括以下步骤：(24)经过对比发现利用理论公式(2)算出来的总的当量交通冲突数t当与实地观测到的公路平交口总的冲突数存在差异性，为了提高信号灯设置依据的准确性，如图3所示取的另外的多个公路平交口实际观测到的总的冲突数与理论计算得到的总的当量交通冲突数进行统计分析，得到理论计算中的总的当量交通冲突数与实际总的冲突数的关系式为：其中，v为公路平交口小时总流量即单位小时内公路平交口处总的车流量，单位是(pcu/h)；(25)当主要道路小时交通量x为800时，利用公式(2)(3)(4)计算无信号灯控制的公路平交口处的总的实际当量小时冲突数t实际，与次要道路小时交通量y拟合分析得到关系式为：y＝4×10-7-0.0004t实际2+0.5689t实际+47.427，相关系数为0.97；当x在500－1800、以100辆/h为步距递增时，利用公式(2)(3)(4)计算每个x对应的无信号灯控制的公路平交口处的总的实际当量小时冲突数t实际与次要道路小时交通量y的共计14个关系函数，通过对14个关系函数的峰值比较研究，发现14个关系函数的曲线峰值介于145-150之间，确定当量小时冲突数t实际为145次并定义为临界当量小时冲突数t临。进一步地，步骤(2)包括以下步骤：(26)将临界当量小时冲突数t临代入步骤(2)中实际当量小时冲突数t实际与次要道路小时交通量y的关系函数，计算得到主要道路小时交通量x在500－1800、以100辆/h为步距递增时的次要道路临界交通量y临，利用各个主要道路小时交通量x的值与相对应的次要道路临界交通量y临的值拟合构建机动车信号灯设置依据流量曲线。进一步地，步骤(21)中，假设公路平交口存在的两相冲突车流a和车流b的到达率服从泊松分布，假设公路平交口车辆从停车线到冲突点间的行驶时间h都相等于最小冲突时距h且无车辆结队跟踪进入交叉口，则在h之内车流a与车流b发生冲突的概率p冲为在此时间内两相冲突车流车辆的到车数均≥1的概率之积，即：p冲＝pa(k≥1)·pb(k≥1)(1-1)其中，p冲为车流a与车流b发生冲突的概率；pa(k≥1)、pb(k≥1)分别为车流a、车流b在h时间之间内到车数k≥1的概率；取h值为5秒，p(k＞1)的概率近似约等于零，式(1-1)可写成：p冲＝pa(k＝1)·pb(k＝1)(1-2)因车辆到达服从泊松分布，故有：在无信号灯控制的公路平交口，某个车流车辆在△t＝h＝h时间内发生冲突的概率为它分别与每个相冲突车流车辆发生冲突的概率之和，将式(1-3)整理后得到公式为：进一步地，h为最小冲突时距，取值为5s。选择104国道与南京郊区一城市道路(帕威尔路)为研究对象进行调查分析，其中104国道为主要道路，帕威尔路为次要道路，该公路平交口属于无控制、十字型交叉，其现状如图5所示。步骤s1：调查该公路平交口的交通流量，本实例采用测速仪对主要道路、次要道路进行了调查，调查时间为7：00－19：00连续12个小时的交通量，得到汇总数据如表1所示。表1g104与帕威尔路平交口机动车12小时交通量汇总表(pcu)时段主要道路双向交通量次要道路单向交通量7:00-8:0013256768:00-9:0013777039:00-10:00147671010:00-11:00174080511:00-12:00146269512:00-13:00140568413:00-14:00137966514:00-15:00144171115:00-16:00146072216:00-17:00153873217:00-18:00163379318:00-19:001462720对表一数据进行求和处理得到12个小时内主要道路双向总交通量x总为17698pcu，次要道路日交通量y总为5900pcu。步骤s2：基于公路平交口的车流冲突数与流量、事故数的关系和交通冲突严重性理论得到机动车信号灯设置依据流量图，如图3所示。步骤s3：将步骤s1中得到的12个小时的总的交通量数据平均处理得到主要道路双向平均小时交通量x为1475pcu/h，道路最高的单向平均小时交通量y为492pcu/h，并将二维坐标点标记在图3中，结果参考图6，可以明显看出，该公路平交口的交通流量值坐标点落在曲线上方，因此建议该公路平交口设置机动车信号灯。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。当前第1页12