港區道路交叉口最小間距確定方法
2023-06-15 21:23:01
專利名稱：港區道路交叉口最小間距確定方法
技術領域：
本發明屬於道路設計技術領域，涉及一種港區道路交叉口最小間距確定方法。
背景技術：
從國內外相關文獻閱讀可知，現有道路交叉口最小間距研究技術以路網通行效率和交通安全設計為基礎，路網通行效率主要關注交叉口最小間距與整體路網通行能力、服務水平等指標之間的關係，交通安全主要關注交叉口最小間距與交叉口渠化設計、標誌標線設計、交叉口視距等交叉口交通設計之間的關係。美國運輸研究委員會(TRB)在1994 公布的國家合作高速公路研究項目(NCHRP)研究報告ftOject 3_33，用於交通量調查和數據統計分析技術證明了，交叉口間距與道路自由流速度、道交通事故具有密切關係，並運用 TTC(time to collision)、PET(post-encroachmenttime)等微觀仿真軟體研究交叉口間距如何影響交叉口交通安全，並提出優化措施。馬永峰博士在《公路平面交叉口合理間距研究》中從滿足交叉口識別距離要求、滿足交通標誌設置有效性要求、滿足車輛換道要求、滿足超車視距要求、滿足交叉口視距和考慮車輛行車軌跡要求六個方面計算交叉口間距，並結合安全間距理論分析、信號控制、轉角淨距等因素綜合分析交叉口合理間距。盧凱等在 《經典幹道協調控制信號配時數解算法的改進》中運用信號協調控制方法，基於最大綠波帶設計理論確定幹道沿線交叉口的合理間距；毛大德在《考慮排隊長度的道路信號交叉最小間距問題》中為解決相鄰交叉口間距太小造成交叉口交通擁堵問題，運用排隊長度估算方法確定交叉口最小間距。從已有相關文獻閱讀分析可知，針對道路交叉口最小間距研究的已有技術具有以下特點(1)道路交叉口最小間距研究對象是以城市小汽車為主，未發現針對港區大型車輛的道路出入口間距研究的相關文獻；(2)現有技術對車輛進入交叉口功能範圍內駕駛行為、交通衝突的影響機制研究不明晰，即車輛單體車道變換、車輛跟馳等，而車輛單體在交叉口功能區的駕駛行為、交通衝突研究是探究交叉口間距與路網通行效率和交通安全之間相互關係的基礎，這一過程的描述是非常複雜的，特別是港口大型車輛。根據上述背景技術分析可知，現有國內外道路交叉口最小間距研究技術包括數據統計分析、微觀交通仿真軟體、安全間距計算、最大綠波設計、排隊長度估算等，未對港區大型車輛在交叉口功能區複雜駕駛行為、交通衝突的影響機制深入研究，進而現狀研究技術缺乏基礎研究支撐。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的上述不足，提供一種能夠更為細緻和準確地描述港區大型車輛在交叉口複雜交通環境下駕駛行為和交通衝突行為特徵，繼而獲取合理的港區道路交叉口最小間距的方法，以此指導港區道路設計。本發明的技術方案如下
一種港區道路交叉口最小間距確定方法，該方法對與交叉口相連的港區道路的換道頻繁區域以及交叉口進行二維元胞劃分，其它部分採用一維元胞，構建交叉口附近港區道路的元胞模型，包括下列的步驟(1)構建駕駛員感知模塊1)前方車道的擁堵感知將不同範圍內的擁堵對感知的影響採用權重來表示，並對其進行標定，通過車輛佔有元胞佔感知範圍元胞總數的比例來計算前方各車道的感知道路佔有率，具體方法如下設仁表示駕駛員的感知-反應距離；/丨表示第i個感知範圍的長度山表示視距半
Sis
徑，則駕駛員i在t時刻車道1的感知交通擁堵程度ρ (i，1，t)可表示為;KAU) = ￡ ωιΛ，
J=ISls表示車道1感知範圍的分段數量；ω 表示車道1第j個感知範圍的對總體感知的影響權重；Olj表示車道1第j個感知範圍的估計佔有率；如果p(i，l，t)-p(i，l_l，t) > Coleft，則 hw(i，t+l) = hw(i，t)+Shr ；如果 p(i，1， t)-p(i, 1+1, t) > COright，則 hw(i，t+l) :=hw(i，t)+srr，其中，
ω left' ω right 表示由於擁堵
而產生的向左、向右換道意願的閾值，hw(i，t)表示第i個駕駛員t時刻的換道意願，Shr表示擁堵對r類駕駛員換道的影響係數，=表示利用符號右側的參數對左側變量進行替換；2)信號燈的感知1)如果駕駛員在視距範圍內看到的當前車道的信號燈為紅燈，Vf e
，如果 ξ彡Pr(r)，則hw(i，t+1) :=hw(i，，其中ρ>)表示紅燈對r類駕駛員換道意願的影響概率，δ rr表示紅燈對r類駕駛員換道的影響係數。2)如果駕駛員在視距範圍內看到當前車道的信號燈為黃閃狀態，則Vf e
，如果ξ pLB(t)-pc(t), vLF (t+1)-Vc (t+1) >pe(t)-pm(t)，駕駛員可加減速以滿足換道條件，即 vc(t+l) e Sc (t+1), Sc (t+1) = {vc(t)-l，vc(t)，vc(t)+l}，考慮其它車輛行駛速度，當前車換道時存在以下幾種狀態
Ll 車輛LB減速或勻速行駛，，LF加速或勻速行駛，進行換道的條件為 VvcO+ l)e 知0 + 1)，使得 pLB ⑴+vLB (t)-Pc (t) < vc(t+l) < vLF(t)+pLF(t)-pc (t)；L2 車輛LB加速行駛，LF勻速行駛，可進行換道的條件為Vvc(i +1) e+1)，使得 pLB (t)+vLB (t)+l-pc (t) < vc(t+l) < vLF (t)+pLF (t)-pc (t)；L3 車輛LB勻速行駛，LF減速行駛，可進行換道的條件為Vvc(i +1) e+1)，使 HpLB(t)+vLB(t)-pc(t)+l < vc(t+l) < vLF(t)+pLF(t)-pc(t)-l ；L4 車輛LB加速行駛，LF減速行駛，可進行換道的條件為Vvc(i ++1)，使 HpLB(t)+vLB(t)-pc(t)+l < vc(t+l) < vLF(t)+pLF(t)-pc(t)-l ；港區駕駛員的換道意願的產生公式=KU + 1X(M)+Σ夂，式』式中Sh表
^H1，
示第k類換道規則對r類駕駛員換道的影響係數，H1表示滿足的換道條件集合。2)超車行為將超車行為模擬為兩次換道行為，設當前車所在車道為A車道，發生超車的車道為B車道，則將超車行為分解為從A車道到B車道的換道行為和從B車道到A車道的換道行為，每一個換道行為按照上述的換道行為來描述。3)牽引車-半掛車左轉和直行相互行為設C2為通過交叉口時直行的車輛，Cl為正在左轉並與C2發生相互影響的牽引車-半掛車，當直行車輛剎車時，會影響左轉車輛的正常行駛軌跡，Cl必須採用緊急制動措施來避免與C2發生碰撞，此時Cl沿與C2軌跡成β角度的方向行駛，制動後行進到與車輛
1V2
C2碰撞的最長距離s = v0(t2 +$ 3) + ^，式中，Y0表示直行車輛初速度；t2表示開始踏下
7 max
踏板到直行車輛上出現制動力所經過的時間，t3表示制動力增長時間，Jfflax表示汽車最大制動減速度，t2、t3、jmax可以通過不同類型車輛的動態特性實驗得到；(3)設定除了牽引車-半掛車之外的仿真車型的元胞長度及各種車型在主路上出現的比例、速度及各種車輛發車頻率，在不同交叉口間距和發車頻率條件下進行仿真實驗， 通過分析仿真得到交通流時空圖和車輛延誤數據，得到不同交通條件下合適的交叉口最小間距。本發明採用二維元胞自動機模型模擬仿真港區大型車輛在交叉口複雜交通環境下駕駛行為和交通衝突行為特徵，為不同條件下的港區道路交叉口最小間距規劃設計提供指導。具體而言，本發明的優點在於1)以往港區道路交叉口間距設置基本採用城市道路標準，沒有對港區大型車輛比例大等特定交通條件沒有進行充分考慮。本發明通過交通微觀模型對大型車輛道路行駛和接近交叉口等行為進行了更細緻的描述，通過條件輸入、仿真、評價和反饋幾個步驟來確定不同條件下的最小交叉口間距，技術創新性強。2)本發明在道路換道頻繁區域和交叉口劃分為二維元胞，能夠更細緻刻畫大型車輛軌跡，而在道路其他位置用一維元胞進行分割，通過將一維和二維元胞模型相結合的方法，能兼顧仿真真實性和仿真效率。
圖1道路和交叉口元胞劃分。圖中，ds表示標誌識別距離，dq表示標誌牽制距離， dx信號燈識別距離，dh換道頻繁區域。圖2前方車道的擁堵感知示意圖。圖3相鄰車輛感知點位置。圖4 (a) t時刻車輛接近道路交叉口的換道示意圖。圖4 (b) t+Ι時刻車輛接近道路交叉口的換道示意圖。圖5牽引車-半掛車左轉和直行相互影響軌跡。圖6仿真框架。圖7仿真路網。圖8不同仿真條件下的平均延誤。圖9出入口間距與平均延誤關係圖。圖 IOL = 500m, f = 1040pcu/h/ln 的交通流時空圖。圖 IlL = 700m, f = 1040pcu/h/ln 的交通流時空圖。圖 12L = 1000m, f = 1040pcu/h/ln 的交通流時空圖。圖13不同車型比例和交叉口間距下車輛的平均延誤。圖14車型比例4 1,L = 650m的交通流時空圖。圖15車型比例4 1,L = 710m的交通流時空圖。圖16車型比例4 1,L = 800m的交通流時空圖。
具體實施例方式(1)道路元胞的劃分對車輛在與靠近交叉口港區道路上換道頻繁區域以及交叉口進行二維元胞劃分， 其它部分採用一維元胞進行構建。本發明道路和交叉口元胞劃分方法如圖1所示，在換道頻繁區域和交叉口進行二維元胞劃分的原因是由於大型車輛的特殊性，其轉彎時間較長， 軌跡比較複雜，一維元胞在一個步長內將車輛置於相鄰元胞的過程不足以刻畫大型車輛的換道和轉彎過程。(2)感知模塊的構建1)前方車道的擁堵感知車輛接近道路交叉口時，前方各車道車輛的影響程度對車輛的換道選擇有很大的影響，本發明採用前方各車道的感知道路佔有率表示，不同範圍內的擁堵對感知的影響採用權重來表示，並可以通過現場實驗加以標定。如圖2所示，L表示駕駛員的感知-反應距離，它是速度的函數；ζ表示第i個感知範圍的長度；lv表示視距半徑。則t時刻車道1的感知交通擁堵程度ρ (1，t)可表示為
權利要求
1. 一種港區道路交叉口最小間距確定方法，其特徵在於，該方法對與交叉口相連的港區道路的換道頻繁區域以及交叉口進行二維元胞劃分，其它部分採用一維元胞，構建交叉口附近港區道路的元胞模型，包括下列的步驟(1)構建駕駛員感知模塊1)前方車道的擁堵感知將不同範圍內的擁堵對感知的影響採用權重來表示，並對其進行標定，通過車輛佔有元胞佔感知範圍元胞總數的比例來計算前方各車道的感知道路佔有率，具體方法如下設k表示駕駛員的感知-反應距離；表示第i個感知範圍的長度山表示視距半徑，Sis則駕駛員i在t時刻車道1的感知交通擁堵程度ρ (i，1，t)可表示為;KAU) = ￡ ωιΛ，J=ISls表示車道1感知範圍的分段數量；ωυ表示車道1第j個感知範圍的對總體感知的影響權重；Olj表示車道1第j個感知範圍的估計佔有率；如果 p(i，1，t)-p(i，1-1，t) > Coleft，則 hw(i，t+1) =hw(i，；如果 p(i，1， t)-p(i, 1+1, t) > Coright，則 hw(i，t+1) :=hw(i，t)+Srr，其中，ω left' ω right 表示由於擁堵而產生的向左、向右換道意願的閾值，hw(i，t)表示第i個駕駛員t時刻的換道意願，Shr表示擁堵對r類駕駛員換道的影響係數，=表示利用符號右側的參數對左側變量進行替換；2)信號燈的感知1)如果駕駛員在視距範圍內看到的當前車道的信號燈為紅燈，Vfe
，如果 ξ彡pjr)，則hw(i，t+1) :=hw(i，，其中ρ>)表示紅燈對r類駕駛員換道意願的影響概率，δ rr表示紅燈對r類駕駛員換道的影響係數。2)如果駕駛員在視距範圍內看到當前車道的信號燈為黃閃狀態，則Vfe
，如果 I pLB (t) -pc (t)，vLF(t+1) -vc (t+1) > pe(t)-pw(t)，駕駛員可加減速以滿足換道條件，即 v。(t+l) e Sc (t+1), Sc (t+1) = {vc(t)-l, v。(t)，v。(t)+l}，考慮其它車輛行駛速度，當前車換道時存在以下幾種狀態Ll 車輛LB減速或勻速行駛，，LF加速或勻速行駛，進行換道的條件為 VvcO+ l)e 知0 + 1)，使得 pLB ⑴+vLB (t)-Pc (t) < Vc (t+1) < vLF(t)+pLF(t)-pc (t)；L2 車輛LB加速行駛，LF勻速行駛，可進行換道的條件為++ ，使得Plb (t)+vLB (t)+l-pc (t) < vc(t+l) < vLF (t)+pLF (t)-pc (t)；L3 車輛LB勻速行駛，LF減速行駛，可進行換道的條件為++ ，使得Plb ⑴+vLB(t)_pc(t)+l < vc(t+l) < vLF(t)+pLF(t)-pc(t)-l ；L4 車輛LB加速行駛，LF減速行駛，可進行換道的條件為++ ，使得Plb ⑴+vLB(t)_pc(t)+l < vc(t+l) < vLF(t)+pLF(t)-pc(t)-l ；港區駕駛員的換道意願的產生公式=KU+1X(M)+I 『+式』式中Sh表示第^H1k類換道規則對r類駕駛員換道的影響係數，H1表示滿足的換道條件集合。2)超車行為將超車行為模擬為兩次換道行為，設當前車所在車道為A車道，發生超車的車道為B車道，則將超車行為分解為從A車道到B車道的換道行為和從B車道到A車道的換道行為，每一個換道行為按照上述的換道行為來描述。3)牽引車-半掛車左轉和直行相互行為設C2為通過交叉口時直行的車輛，Cl為正在左轉並與C2發生相互影響的牽引車-半掛車，當直行車輛剎車時，會影響左轉車輛的正常行駛軌跡，Cl必須採用緊急制動措施來避免與C2發生碰撞，此時Cl沿與C2軌跡成β角度的方向行駛，制動後行進到與車輛C2碰撞的最長距離
全文摘要
本發明屬於道路設計技術領域，涉及一種港區道路交叉口最小間距確定方法，該方法對與交叉口相連的港區道路的換道頻繁區域以及交叉口進行二維元胞劃分，其它部分採用一維元胞，構建交叉口附近港區道路的元胞模型，包括下列的步驟(1)構建駕駛員感知模塊(2)構建行為模塊(3)設定各種車型在主路上出現的比例、速度及各種車輛發車頻率，在不同交叉口間距和發車頻率條件下進行仿真實驗，通過分析仿真得到交通流時空圖和車輛延誤數據，得到不同交通條件下合適的交叉口最小間距。本發明能夠較為精確地反映交叉口間距對港區道路通行能力的影響，從而為不同條件下的港區道路交叉口間距的確定提供方法。
文檔編號E01C1/00GK102433811SQ201110312718
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月15日 優先權日2011年10月15日
發明者代茂華, 馮煒, 劉偉, 劉大為, 劉虹, 周驪巍, 張佔領, 張國梁, 張洋, 張磊, 曾偉, 李 東, 李偉, 李明劍, 杜鵬, 楊福增, 柯水平, 段緒斌, 狄升貫, 王曉華, 王海燕, 白子建, 練象平, 趙巍, 邢錦, 鄭利, 靳燦章 申請人:天津市市政工程設計研究院