交叉口出口道的路內停車帶與交叉口最佳距離設置方法
2023-05-01 22:49:26 2
專利名稱：交叉口出口道的路內停車帶與交叉口最佳距離設置方法
技術領域：
本發明涉及一種在不影響城市信號控制交叉口正常運行的條件下，交叉口下遊出口道的路內停車帶距交叉口最佳距離的設置方法，涉及城市交通管理與控制技術、交通流波動理論相關技術。
背景技術：
隨著中國城市化和機動化進程的快速發展，城市機動車保有量迅猛增長，很多城市的停車問題日趨嚴重。停車問題開始受到人們的重視，人們逐步認識到必須研究停車問題。從規劃及管理上採取解決停車問題的對策，考慮對有限的道路交通設施的空間，在行駛車輛與靜止車輛間如何作合理的安排與分配。城市停車場按其用地及服務功能大致可分為路邊(路內)停車帶、建築物配建停車場及路外公共停車場三種。路邊(路內)停車帶作為城市交通靜態設施不可或缺的部分， 有著車輛存取方便、步行距離短等優點，然而由於車輛停放佔用道路資源，路內停車具有幹擾動態交通流的運行，導致道路通行能力的降低，增加車流延誤等缺點。路邊(路內)停車路段與交叉口的距離是路邊停車設計的一個重要指標，為了儘量減少路邊停車對動態交通的影響，確定路邊停車的最佳位置是至關重要的。設置在出口道的路內停車帶主要影響駛入交叉口車輛的離散效果，如果處理不恰當，即下遊出口道路內停車帶距交叉口的長度D不足時，會使得在有效綠燈時間內駛入交叉口出口道的車輛得不到正常疏散以至於影響同周期下一相位垂直向交通流正常運行，甚至影響下一周期交叉口上遊進口道交通流的正常駛入，嚴重時，會形成瓶頸而阻塞交叉口。為儘量減少交叉口下遊出口道設置的路內停車帶對交叉口動態交通流的影響，解析設置在出口道的路內停車帶與交叉口的關係，構建停車帶與交叉口的最佳距離計算方法，確定路邊停車的最佳位置，是路內停車合理規劃與設置所迫切需要解決的問題。在城市道路路內停車設計過程中，一般要求最佳設置距離D的值不小於50 120 米。陳峻等在《信號交叉口影響區路邊停車的交通流延誤模型》一文中研究指出隨著交叉口飽和流率的不同，進口道設置的路內停車帶與交叉口的距離可分別在60m和90m的區間設定；另有龍亮等在《信號控制交叉口單側路邊停車最佳位置研究》一文研究指出當路段交通量較小，設置於進口道的路邊停車帶與交叉口的距離可以選擇在50m左右，而在路段交通量較大時，路邊停車與交叉口的距離建議設置在70m左右；此外，楊曉光在其所著 《城市道路交通設計指南》中指出D值應不小於進出口道最大排隊長度L+12 15米。上述分析可知，目前對於在交叉口出口道設置路內停車帶的最佳位置尚缺乏合理、可行的方法，同時，對於城市中心區內道路交通流量較小，附近居民夜間、臨時停車需求較大的次要道路，道路資源較為緊張，在道路條件滿足設置路內停車帶要求的前提下，參照上述D值的要求設置路內停車帶往往不能夠有效地利用有限的道路資源，以滿足附近居民夜間或臨時路內停車的需求。本發明研究發現，對於在具有上述特徵的次要道路上設置路內停車帶，其距交叉口的最佳設置距離可採用較小的D值而不影響交叉口的正常運行。
當上遊交叉口綠燈啟亮後，交叉口排隊車輛陸續起動而形成一列具有適當密度、 速度的車隊駛入出口道，此時交通流前車與後車的到達不是離散的、相互獨立，而是連續的、相互影響的，此時車輛到達不能用概率模型描述，連續流情況下的交通流可以比擬為流體，用車流波動理論來描述車流的運行狀況。車流波動理論假定在車流中各單個車輛的行駛狀態與前車相同，同時，駛出上遊交叉口進口道進入下遊出口道的連續交通流到達路內停車帶影響區域時，由於道路有效寬度減少將迫使駕駛員傾向於內側車道行駛而使連續流壓縮和集結，駛過影響區域後開始消散，這與車流波動理論所描述車流集結-消散過程有其共性。因此，考慮運用車流波動理論描述車輛這一周期性到達的過程並能夠發揮其效用， 構建交叉口下遊出口道的路內停車帶距交叉口最佳設置距離D的計算方法。
發明內容
本發明的目的就是在不影響城市信號控制交叉口正常運行，減少路內停車帶對動態交通影響的條件下提供一種合理有效的分析，求解交叉口下遊出口道的路內停車帶距交叉口最佳設置距離D的計算方法。為實現上述發明目的，本發明採取如下技術方案一種交叉口出口道的路內停車帶與交叉口最佳距離設置方法，其特徵在於，利用交通流的波動理論分析上遊交叉口駛出的連續交通流行駛至交叉口下遊出口道的路內停車帶後交通流三要素的變化情況，並以此解析在不影響同周期下一相位垂直向交通流以及下一周期交叉口上遊進口道駛入的連續交通流的正常運行的前提下，交叉口下遊出口道的路內停車帶距交叉口最佳距離的設置方法，其具體步驟為1)針對待研究城市信號控制交叉口區域建立平面二維時空坐標系；2)調查待研究城市信號控制交叉口相關信息，獲取下遊出口道路段路內停車帶的原始數據資料，包括設置長度，交叉口信號周期時長，有效綠燈時長，連續車流飽和流流量、速度大小，並在平面二維時空坐標系上表達；3)根據調查獲知的原始數據資料，進行初步分析計算，求解相關數值，包括集結波、消散波波速；4)根據駛入交叉口下遊出口道的連續車流因受下遊出口道路內停車帶影響而形成的擁擠車隊，對交叉口正常交通運行的影響情況進行分析，分類建立最佳設置距離D的求解模型；5)根據步驟4)得出的計算模型，結合起始數據求解最佳距離設置距離D，並就解算結果分析下遊出口道路段可用於停車帶設置的最大長度Lmax，是否能夠滿足最佳設置距離D與路內停車帶長度Lp之和的需求，如果不能滿足，則將Lp減去一個停車位的長度，返回步驟4)，重新選擇相應模型求解最佳設置距離D，如能滿足設置要求，則輸出可設置的路內停車帶長度，以及停車帶距交叉口最佳設置距離D。有益效果本發明提出的城市信號控制交叉口下遊出口道路內停車帶距交叉口最佳距離D設置方法，是在滿足經過高峰小時內的周期數後，在有效綠燈時間內經交叉口上遊進口道駛入交叉口下遊出口道的車流，因受下遊出口道的路內停車帶影響而形成的擁擠車流，累計未得到消散的擁擠車隊尾車仍在最佳設置距離D的範圍之內的條件下，即，既不影響同周期內下一相位垂直向的連續車流的正常運行，並且經過高峰小時累積後的擁擠車隊也不影響交叉口上遊進口道駛入的連續車流的正常運行，最佳距離D的設置方法，可以在已知信號控制交叉口信號配時情況、下遊交叉口出口道路內停車帶的設置長度、有效綠燈時間內駛入交叉口下遊出口道的連續車流的交通流參數及其變化情況下，通過波動理論分析得出的計算模型對D滿足的約束條件進行定量求解計算。本發明研究發現，在交通量較小且周邊停車需求較大的次要道路，對於該類路段上信號控制交叉口下遊出口道設置路內停車帶，停車帶距離交叉口的最佳設置距離D往往突破規範規定之外，可以採取較小的設置距離D值，這對於特別是城市中心住宅區內，利用次要道路設置路內停車有著重要的指導意義，從而儘可能滿足附近居民的路面短期停車需求。
圖1為本發明交叉口下遊出口道的路內停車帶距交叉口最佳距離D設置方法的基本流程圖。圖2，圖3為根據獲取的交叉口以及駛過交叉口的連續車流的相關信息，建立連續交通流駛過交叉口的平面二維時空坐標系。圖4a，圖4b在有效綠燈時間內產生的擁擠車隊佔用道路長度不影響同周期下一相位垂直向的交通流的正常運行，且不影響下一周期由交叉口上遊進口道駛入的連續交通流的正常運行時，連續交通流在有效綠燈時間內經交叉口上遊進口道駛入交叉口下遊出口道的行車軌跡圖。圖5在有效綠燈時間內產生的擁擠車隊佔用道路長度不影響同周期下一相位垂直向的交通流的正常運行，但在下一周期綠燈起亮之前未能及時消散完全，影響到了下一周期由交叉口上遊進口道駛入的連續車流的正常運行時，連續車流在有效綠燈時間內經交叉口上遊進口道駛入交叉口下遊出口道的行車軌跡圖。圖6設置全路段路內停車帶時，在有效綠燈時間內產生的擁擠車隊佔用道路長度不影響同周期下一相位垂直向交通流的正常運行，但在下一周期綠燈起亮之前未能及時消散完全，影響到了下一周期由交叉口上遊進口道駛入的連續車流的正常運行時，連續車流在有效綠燈時間內經交叉口上遊進口道駛入交叉口下遊出口道的行車軌跡圖。圖7設置全路段路內停車帶時，在有效綠燈時間內產生的擁擠車隊佔用道路長度不影響同周期下一相位垂直向交通流的正常運行，且不影響下一周期由交叉口上遊進口道駛入的連續車流的正常運行時，連續車流在有效綠燈時間內經交叉口上遊進口道駛入交叉口下遊出口道的行車軌跡圖。圖8停車帶影響區前後段三種密度下的車流運行情況，即經交叉口上遊進口道駛入的連續交通流行駛至交叉口下遊出口道的路內停車帶處，受停車帶影響產生連續車流的排隊現象，交通流狀態由V1, Ic1變為q2，V2, k2狀態，後因連續車流駛出停車帶影響區域， 交通流狀況逐漸得到改善，由q2，V2, k2狀態轉變為q3，V3, k3狀態。圖9兩種密度車輛運行情況的示意圖，即連續交通流由V1, Ic1狀態行駛至S面時， 由於車道數減少受阻滯，交通流狀態轉變為v2，k2狀態，S面處產生一集結波，O1即為集結波的波速。
具體實施例方式如圖1所示，本發明的交叉口出口道路內停車帶距交叉口最佳距離的設置方法包括如下步驟步驟1 針對待研究城市信號控制交叉口建立平面二維時空坐標系；步驟2 調查待研究的城市信號控制交叉口相關信息，獲取下遊出口道路段路內停車帶設置長度，交叉口信號周期時長，有效綠燈時長，連續車流飽和流流量、速度大小等原始數據資料，具體方法為21)在平面二維時空坐標系上以下遊出口道的路內停車帶距離交叉口最近的一端端點為坐標原點記為0點，橫坐標為時間距離，縱坐標為空間距離，以連續車流的行駛方向，即由交叉口上遊進口道至交叉口下遊出口道方向，為X坐標軸正方向，描述車流在信號周期內駛出交叉口下遊出口道的軌跡圖；22)將待研究交叉口及其下遊出口道的相關原始信息在坐標系中加以表達，包括 交叉口的信號周期C，為研究方便，簡化認為C = g+r，其中g為有效綠燈時間，r為紅燈時間，連續車流駛入交叉口出口道後這一過程所對應的坐標系隨時間變化的時空軌跡坐標為
(t, Χ) O步驟3 根據調查獲知的原始數據資料，進行初步分析計算，求解集結波、消散波波速等相關數值，如圖2、圖3所示，具體方法為31)對於設置在出口道的路內停車帶，當有效綠燈時間開啟時，交叉口車流以Vl 駛入出口道，當進入路內停車帶影響區域時，與非機動車形成機非混行集結形成速度為V2 的擁擠車流，此集結波並以Q1的速度向後擴散，低速車流行駛過長度為Lp的路內停車帶後機非逐漸分離、擁擠車隊隨之離散形成具有速度V3的狀態，形成波速為ω2的消散波，把駛入出口道的車流經歷的疏散-集結-疏散這個三個狀態記為狀態1、2、3，相應的流量、速度、 密度分別記為qi，Vi，ki，i = 1，2，3，、記為路內停車帶長度；32)假定連續車流狀態1與狀態2之間用垂直線S分割，稱S為波陣面，設S的速度為Q1，交通流的運行方向跟速度指引方向相同由交通流量守恆可知，在時間t內通過界面S的車數N可以表示如下N = (V1- ω》Ic1 · t = (ν2_ ω》k2 · t由 q = kv 可知qj = Ic1V1 ； q2 = k2v2代入整理得
權利要求
1.一種交叉口下遊出口道的路內停車帶距交叉口最佳距離的設置方法，其特徵在於， 利用交通流的波動理論分析交叉口上遊進口道駛入交叉口的連續交通流行駛至交叉口下遊出口道的路內停車帶後交通流三要素的變化情況，並以此解析在不影響同周期內下一相位垂直向交通流，以及下一周期交叉口上遊進口道駛入交叉口的連續交通流的正常運行的前提下，交叉口下遊出口道的路內停車帶距交叉口最佳距離的設置方法，其具體步驟為1)針對待研究城市信號控制交叉口建立平面二維時空坐標系；2)調查待研究城市信號控制交叉口相關信息，獲取下遊出口道路段路內停車帶的原始數據資料，包括設置長度，交叉口信號周期時長，有效綠燈時長，連續車流飽和流流量、速度大小，並在平面二維時空坐標系上表達；3)根據調查獲知的原始數據資料，進行初步分析計算，求解相關數值，包括集結波、消散波波速；4)根據駛入交叉口下遊出口道的連續交通流因受下遊出口道路內停車帶影響而形成的擁擠車隊，對交叉口正常交通運行的影響情況進行分析，分類建立最佳設置距離D的求解模型；5)根據步驟4)得出的計算模型，結合起始數據求解最佳距離設置距離D，並就解算結果分析下遊出口道的路段可用於停車帶設置的最大長度Lmax，是否能夠滿足最佳設置距離 D與路內停車帶長度Lp之和的需求，如果不能滿足，則將Lp減去一個停車位的長度，返回步驟4)，重新選擇相應模型求解最佳設置距離D，如能滿足設置要求，則輸出可設置的路內停車帶長度，以及停車帶距交叉口最佳設置距離D。
2.根據權利要求1所述的交叉口下遊出口道的路內停車帶距交叉口最佳距離的設置方法，其特徵在於，獲取下遊出口道的路段路內停車帶的原始數據信息，並在平面二維時空坐標系上表達，具體方法為21)在平面二維時空坐標系上以交叉口下遊出口道的路內停車帶距離交叉口最近的一端端點為坐標原點記為0點，橫坐標為時間距離，縱坐標為空間距離，以連續車流的行駛方向，即由上遊交叉口進口道至交叉口出口道方向，為X坐標軸正方向，描述車流在信號周期內駛出交叉口下遊出口道的軌跡圖；22)將待研究交叉口及其出口道的相關原始信息在坐標系中加以表達，包括交叉口的信號周期C，為研究方便，簡化認為C = g+r，其中g為有效綠燈時間，r為紅燈時間，連續車流駛入交叉口出口道後這一過程所對應的坐標系隨時間變化的時空軌跡坐標為(t，χ)。
3.根據權利要求1所述的交叉口下遊出口道的路內停車帶距交叉口最佳距離的設置方法，其特徵在於，根據調查獲知的原始數據資料，進行初步分析計算，求解相關數值，具體方法為31)對於設置在出口道的路內停車帶，當有效綠燈時間開啟時，交叉口車流以V1駛入出口道，當進入路內停車帶影響區域時，與非機動車形成機非混行集結形成速度為V2的擁擠車流，此集結波並以Q1的速度向後擴散，低速車流行駛過長度為Lp的路內停車帶後機非逐漸分離、擁擠車隊隨之離散形成具有速度V3的狀態，形成波速為ω2的消散波，把駛入出口道的車流經歷的疏散-集結-疏散這個三個狀態記為狀態1、2、3，相應的流量、速度、密度分別記為Qi, V^ki, i = 1，2，3，Lp記為路內停車帶長度；32)假定連續車流狀態1與狀態2之間用垂直線S分割，稱S為波陣面，設S的速度為Q1，交通流的運行方向跟速度指引方向相同由交通流量守恆可知，在時間t內通過界面S的車數N可以表示如下N = (V1-ω Jk1 · t = (v2-ω Jk2 · t由q = kv可知 Qi = I^1V1 ； q2 = k2v2 代入整理得33)調查表明，當駛過停車帶的車隊頭車減速或剎車時，跟馳車輛依次採取同樣的行為，此時一般會有，k2 > Ic1且q2 < Q1則集結波波速Q1 < 0，交通流界面向上遊運動，即停車帶上遊交通流狀態將受到影響而變差，形成的排隊將向上遊擴展，同理有K3 q2，則消散波波速ω2 < 0，即交通波向後運動，將對路內停車帶影響區域內交通狀況有所改.、1· 口 ，34)在平面二維時空坐標系上描述擁擠車流的時間-空間運行的軌跡線圖，以&、tB表示圖中B點的空間坐標和時間坐標，其他點亦然，虛線OB的斜率等於Q1，虛線AB的斜率等於ω 2，從、到tA，擁擠車隊愈來愈長，最長時佔路長度等於過了時刻tA，為方便計算， 記tA = Tp，擁擠排隊愈來愈短，到時刻、擁擠完全消散，則由於停車帶形成擁擠車隊持續時間、=tB，消散時間ts = tB_tA，求解得其中O為坐標系原點，對應交叉口下遊出口道的路內停車帶靠近交叉口一側的端點； A為坐標系中一軌跡點，其橫坐標對應於駛入交叉口下遊出口道的連續車流中擁擠車隊佔用道路最長時的時間坐標，縱坐標對應交叉口下遊出口道的路內停車帶遠離交叉口一側端點的空間坐標，也即擁擠車隊佔用道路最長時車隊頭車的空間坐標；B為坐標系中一軌跡點，對應於集結波波面與消散波波面重合時，也即交通流擁擠狀態恰巧完全消散時對應的時空坐標點；C為過軌跡點A引橫坐標軸的垂線與OB連線相交產生的點；tA = Tp表示擁擠車隊由開始集結至達到最長擁擠車隊所經歷的時長；Lp表示交叉口出口道需設置的路內停車帶的長度；V1, V2, V3, ki; k2，k3分別表示連續車流駛入交叉口出口道，並受下遊出口道路內停車帶影響所形成的1，2，3三種狀態所對應的車速及車流密度；ωι; ω2分別表示駛入交叉口下遊出口道的連續車流受下遊出口道路內停車帶影響形成的集結波波速、消散波波速；tB表示整個擁擠疏散過程中，擁擠車流所持續的時長； ts表示擁擠車流開始消散至消散完全所經歷的時長；、，^is分別表示駛入交叉口下遊出口道的連續車流受下遊出口道路內停車帶影響形成的集結波、消散波的波流量。
4.根據權利要求1所述的交叉口出口道的路內停車帶距交叉口最佳距離的設置方法， 其特徵在於，根據駛入交叉口下遊出口道的連續車流因受下遊出口道路內停車帶影響而形成的擁擠車隊，對交叉口正常交通運行的影響情況進行分析，分類建立最佳設置距離D的求解模型，具體方法為41)受下遊出口道路內停車帶影響而形成的擁擠車隊，在有效綠燈時間內產生的擁擠車隊佔用道路長度不影響下一相位垂直向的車流的正常運行，且不影響下一周期由交叉口上遊進口道駛入的連續車流的正常運行，即當Xe彡0或者Xe FfT= (X0-Xf)；42)受下遊出口道路內停車帶影響而形成的擁擠車隊，在有效綠燈時間內產生的擁擠車隊佔用道路長度不影響下一相位垂直向的車流的正常運行，但，在下一周期綠燈起亮之前未能及時消散完全，影響到了下一周期由交叉口上遊進口道駛入的連續車流的正常運行，即當Xe<0且乂<； Jf^ + (iV - 1) · GG^ = (Z0 - Zf) + (N - 1) · Cx0 - Xg ) 其中，N表示對應於研究信號控制交叉口信號周期C，高峰一小時內的周期數，以5分鐘來計；43)設置全路段路內停車帶 i當Xe Tf^ - (>- - 1) ■ GG^ = (X0 - Xf) + (N - 1) ■ fz0 - Xg ) 其中，N表示對應於研究信號控制交叉口信號周期C，高峰一小時內的周期數，以5分鐘來計；ii 當 Xe > 0 時此時，須滿足i > FFT= (X0 — AV ；上述步驟中，①0為坐標系原點，對應交叉口下遊出口道路內停車帶靠近交叉口一側端點的空間坐標；②A為坐標系中一軌跡點，其橫坐標對應於駛入交叉口下遊出口道的連續交通流中擁擠車隊佔用道路最長時的時間坐標，縱坐標對應交叉口下遊出口道的路內停車帶遠離交叉口一側端點的空間坐標，也即擁擠車隊佔用道路最長時車隊頭車的空間坐標；③B為坐標系中一軌跡點，對應於集結波波面與消散波波面重合時，也即交通流擁擠狀態恰巧完全消散時對應的時空坐標點；④E為坐標系中有效綠燈結束，紅燈起亮時刻的對應點；⑤F為坐標系中一軌跡點，其橫坐標、縱坐標分別對應於有效綠燈時間內連續車流最後一輛車到達其第一個變速點，即由狀態1變化到狀態2的時間坐標、空間坐標；52)受下遊出口道路內停車帶影響而形成的擁擠車隊，在有效綠燈時間內產生的擁擠車隊佔用道路長度不影響同周期內下一相位垂直向的車流的正常運行，但，在下一周期綠燈起亮之前未能及時消散完全，影響到了下一周期由交叉口上遊進口道駛入的連續交通流的正常運行，即當Xe < 0且Xe < &時此時，須滿足D+(N-I) ■ = (X0 - Xf) + (N - 1) ■ [X0 -Xg) = - - (N - 1) ■其中N表示對應於研究信號控制交叉口信號周期C，高峰一小時內的周期數，以5分鐘來計 g表示有效綠燈時間時長 r表示紅燈時長V1, V2, O1，分別表示連續車流過狀態1，狀態2的速度，以及狀態1至狀態2形成的集結波波速，⑥G為坐標系中一軌跡點，其橫坐標、縱坐標分別對應於下一周期有效綠燈時間內連續車流第一輛車以狀態1運行的行車軌跡線，或其延長線與上一周期有效綠燈時間內最後一輛車行車軌跡線，或其延長線相交點的時間坐標、空間坐標；⑦Q為坐標系中一軌跡點，其橫坐標、縱坐標分別對應於有效綠燈時間內連續車流最後一輛擁擠車消散點的時間坐標、空間坐標；⑧F1,G1, A1, Q1, B1為分別經F，G，A，Q，B點引時間軸t的垂線與t軸相交產生的交點， E1為時空軌跡線EF延長線與時間軸t的交點，H為經F點引平行於坐標軸t的虛線與有效綠燈時間內擁擠車隊第一輛車時空軌跡線的交點。
5.根據權利要求4所述的交叉口下遊出口道的路內停車帶距交叉口最佳距離的設置方法，其特徵在於，根據得出的計算模型求解最佳設置距離D的方法為51)受下遊出口道路內停車帶影響而形成的擁擠車隊，在有效綠燈時間內產生的擁擠車隊佔用道路長度不影響同周期內下一相位垂直向的車流的正常運行，且不影響下一周期由交叉口上遊進口道駛入的連續車流的正常運行，即當Xe彡O或者Xe < O且Xe彡&時此時，須滿足^仝兩=伐0-XF) =S;其中g表示有效綠燈時間時長V1, ω ρ分別表示連續車流經過狀態1的速度，以及由狀態1進入狀態2形成的集結波
全文摘要
本發明公開一種交叉口下遊出口道的路內停車帶距交叉口最佳距離的設置方法，該方法利用交通流的波動理論，分析由交叉口上遊進口道駛入交叉口的連續交通流行駛至交叉口下遊出口道的路內停車帶後，交通流三要素的變化情況，以此解析在不影響同周期內下一相位垂直向車流以及下一周期交叉口上遊進口道駛入交叉口的連續交通流的正常運行前提下的，交叉口下遊出口道的路內停車帶距交叉口的最佳距離。通過本發明的方法設置交叉口下遊出口道的路內停車帶，既不影響同周期下一相位垂直向的連續交通流的正常運行，也不影響下一周期交叉口上遊進口道駛入的連續交通流的正常運行。尤其對於城市中心住宅區內利用次要道路設置路內停車帶有著重要的指導意義。
文檔編號G08G1/01GK102376162SQ20111030229
公開日2012年3月14日 申請日期2011年9月28日 優先權日2011年9月28日
發明者葉曉飛, 朱仁偉, 陳峻 申請人:東南大學