兩相位信號控制交叉口非機動車提前停車線設置方法
2023-11-01 17:31:47
兩相位信號控制交叉口非機動車提前停車線設置方法
【專利摘要】本發明的兩相位城市交叉口非機動車提前停車線設置方法，通過輸入交叉口實際幾何特徵，機動車與非機動車流量，利用機動車追上非機動車的時間等特徵，初步判斷設置提前停車線的可行性。以交叉口通行能力最大化為方針設定判別規則，計算交叉口是否適宜提前停車線、提前停車線距離的設置以及信號早起的可行性。依據兩相位交叉口特徵信息，對交叉口進口道停車線進行重新設計從而實現機動車與非機動車綜合通行能力的優化。
【專利說明】 兩相位信號控制交叉口非機動車提前停車線設置方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於城市信號控制交叉口規劃設計領域，用於城市機動車流量不超過2500pcu/h而非機動車流量不小於800輛/h的兩相位小型交叉口，通過進行交叉口類型、面積適用性分析，結合機動車通行能力折減及非機動車通行能力增加，設定判別規則，判斷交叉口設置非機動車提前的可行性以及非機動車提前長度與機非車輛流量關係，涉及一種結合信號配時方案調整的城市兩相位信號控制交叉口非機動車提前停車線設置方法。
【背景技術】
[0002]非機動車作為城市交通系統的有機組成部分，在城市交通系統中有十分重要的地位。非機動車具有「佔用空間小、啟動快、成群成團行駛、自由度大、違章嚴重」等區別於機動車的典型特徵，在道路交叉口通行的過程中，機動車與非機動車間的交通衝突現象較為明顯，不僅降低了機動車的通行能力，而且對非機動車交通帶來安全隱患。
[0003]傳統的兩相位信號控制交叉口將非機動車與機動車通行權進行統一調度，設置相同的進口道停車線和相同的信號配時方式。然而，由於非機動車出行特徵與機動車差別較大，非機動車侵佔機動車道現象嚴重，與機動車統一調度導致機動車與非機動車間衝突較大，因此對非機動車進行單獨分析，設置合適的停車線位置，並在信號控制中進行適當的非機動車早期對綜合提高交叉口通行能力，減少居民出行時間有著至關重要的意義。
【發明內容】
[0004]技術問題:本發明針對城市兩相位信號控制交叉口，結合信號配時方案調整和提前線長度設置，提供一種能夠提高交叉口綜合通行能力的非機動車提前停車線設置方法。
[0005]技術方案:本發明的兩相位城市交叉口非機動車提前停車線設置方法，應用於非機動車流量較大的城市兩相位小型交叉口，通過輸入交叉口實際幾何特徵，機動車與非機動車流量，利用機動車超越非機動車的時間等特徵，初步判斷設置提前停車線的可行性。以交叉口通行能力最大化為目標設定判別規則，計算交叉口是否適宜提前停車線、提前停車線距離的設置以及信號早起的可行性。依據兩相位交叉口特徵信息，對交叉口進口道停車線進行重新設計從而實現機動車與非機動車綜合通行能力的優化。
[0006]本發明主要目的是在對機動車通行能力影響不大的情況下增大交叉口非機動車的通行能力，結合文獻與實地調查發現，兩相位小型交叉口設置提前停車線意義較大，因此設定交叉口提前停車線設置判別流程如下:
[0007]I)針對城市交叉口採集交叉口信號燈的初始信號配時信息、道路幾何信息、交通流息和運行息等:
[0008]在機非混行，相互影響嚴重的路段，通過攝像，人工記錄等方式採集信號配時狀況，(包括周期時長、相位數、各相位綠燈時間、黃燈時間及綠燈間隔時間)與幾何狀況(交叉口面積，長度，道路車道數)實時監測記錄交通流信息(主要為機動車，非機動車流量)。在本專利實例交叉口中，初始信號配時信息、道路信息、交通流信息可以採取實地調查方法獲得也可採用攝像法採集，即通過攝像機採集相關的視頻，並通過專門的視頻處理軟體(例如，Adobe公司的Premiere Pro2.0)對視頻信息進行處理,得到相關出行數據。
[0009]2)依據交叉口幾何狀況確定提前停車線設置的可行性:
[0010]結合實際調查採集的數據信息，計算綠燈放行後第一輛機動車超越緊鄰前方的非機動車的時間，確定交叉口長度範圍，交叉口適用性方程在【具體實施方式】中介紹，根據方程計算可得，設置判別規則1:交叉口長度在35m以下均可考慮設置非機動車提前停車線，若交叉口滿足判別規則1，則轉入步驟2)，否則此交叉口不宜設置非機動車提前停車線，轉入步驟9)，其中交叉口長度為交叉口本向非機動車進口道停車線位置到對向非機動車出口道停車線位置間距離；
[0011]3)依據交叉口信號配時狀況確定提前停車線設置的可行性
[0012]依據信號配時狀況以及周期長度計算公式計算合理的信號周期方案，當機動車通行能力在一定範圍之外，交叉口不宜設置兩相位配時方式，通過計算得出結論:單向兩車道交叉口高峰小時流量大於800pcu/h小於2200pcu/h，三車道高峰小時流量大於1200pcu/h小於3300pcu/h，設置非機動車提前停車線可行，設置判別規則2:設置停車線提前後，應使得換算為小客車通行能力後的總通行能力值增大。若滿足，則轉入步驟4)，否則此交叉口不宜設置非機動車提前停車線，轉入步驟9)；
[0013]4)依據機動車通行能力判斷提前停車線設置的可行性:
[0014]若交叉口幾何條件及信號配時狀況同時滿足判別條件1，2，則假設可設置提前停車線，進行設置提前停車線前後機動車通行能力計算及折減係數計算。
[0015]設置判別規則3:zjxs ^ 0.7，即機動車通行能力折減係數不小於0.7。
[0016]計算交叉口初始機動車通行能力折減係數zjxs_l,若折減係數zjxs_l不小於0.7，轉入步驟5)，否則轉入步驟6)；
[0017]5)依據折減係數zjxs_l判斷提前停車線設置的可行性:
[0018]若折減係數zjxs_l不小於0.7即滿足判別規則3，則符合機動車通行能力的折減限制，即此交叉口設置非機動車提前停車線對機動車影響不太大，可以設置非機動車提前停車線，且不需要調整信號配時，轉入步驟7)；
[0019]6)依據折減係數zjxs_2判斷提前停車線設置的可行性:
[0020]折減係數zjxs_l小於0.7，則須調整信號配時。此時機動車信號配時方案不變，設置非機動車專用相位，信號周期長度不變，非機動車提前機動車3s優先放行，即非機動車綠燈早起3s,消除tlag,繼續計算折減係數,此時記為zjxs_2。
[0021]若zjxs_2不小於0.7，則重新進行規則3判別，若滿足判別規則3要求，則此時設置提前停車線可行，但非機動車須利用黃燈時間提前啟動，而機動車須等待綠燈方可通行，轉入步驟7)，否則此交叉口不宜設置非機動車提前停車線，轉入步驟9)；
[0022]7)依據非機動車通行能力判斷提前停車線設置的可行性:
[0023]若交叉口機動車通行能力滿足判別規則3，則假設可設置提前停車線，進行非機動車通行能力計算交叉口綜合通行能力增加值Qplus ;設置判別規則4:設置停車線提前後，交叉口機動車與非機動車綜合通行能力值增大，即Qplus > O時，則可設置停車線提前。若滿足判別規則4，則轉入步驟8)，否則此交叉口不宜設置非機動車提前停車線，轉入步驟9)；
[0024] 8)依據判別規則交叉口流量狀況合理設置非機動車提前停車線長度:[0025]若交叉口幾何狀況、信號配時條件、機動車與非機動車通行能力同時滿足判別規則1，2，3，4則認為設置非機動車提前停車線有必要性，在假定非機動車道、機動車道寬度符合《道路通行能力手冊》(HCM2000)中城市道路設置規範要求，即機動車道寬度3.5m時，確定提前停車線設置長度:適宜設置非機動車停車線提前的L-Q關係如表I與表2。此時，轉入步驟9)；
[0026]9)交叉口設置提前停車線可行性判別以及長度設置標準已完成，城市兩相位信號控制交叉口非機動車提前停車線設置流程結束。
[0027]有益效果
[0028]本發明和現有技術相比，具有以下優點:
[0029](I)通過設置合適提前停車線位置，大大提高了非機動車的通行能力，且對機動車影響不大，提高交叉口綜合通行效率。
[0030](2)通過提前放行非機動車，將機動車與非機動車分離，保證非機動車優先通行權，同時減小機動車與非機動車之間衝突。
[0031](3)減少非機動車違規侵佔機動車道以及部分人行橫道的現象，保障機動車、行人行駛安全與效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]圖1為本發明方法的流程圖；
[0033]圖2為需調整信號配時方案的交叉口信號配時調整示意圖；
[0034]圖3為本發明方法的某交叉口非機動車提前停車線設置示意圖。
【具體實施方式】
[0035]下面對本發明作更進一步的說明，兩相位交叉口非機動車提前停車線設置方法包括如下步驟:
[0036]I)針對城市交叉口採集交叉口信號燈的初始信號配時信息、道路幾何信息、交通流息和運行息等:
[0037]在機非混行，相互影響嚴重的路段，通過攝像，人工記錄等方式採集信號配時狀況，(包括周期時長、相位數、各相位綠燈時間、黃燈時間及綠燈間隔時間)與幾何狀況(交叉口面積，長度，道路車道數)實時監測記錄交通流信息(主要為機動車，非機動車流量)。在本專利實例交叉口中，初始信號配時信息、道路信息、交通流信息可以採取實地調查方法獲得也可採用攝像法採集，即通過攝像機採集相關的視頻，並通過專門的視頻處理軟體(例如，Adobe公司的Premiere Pro2.0)對視頻信息進行處理,得到相關出行數據。
[0038]2)依據交叉口幾何狀況確定提前停車線設置的可行性:
[0039]結合實際調查採集的數據信息，利用理論計算第一輛機動車超越前方緊鄰非機動車時間，確定交叉口長度範圍:
[0040]非機動車以平均速度通過交叉口，不考慮啟動損失時間。對於自行車和電動車的混合車流，取自行車的平均速度計算；機動車先以平均加速度2m/s2加速到一定值，再以該值勻速通過交叉口。取自行車速度為2.5m/s，機動車加速至6m/s時便開始勻速通過交叉口。在非機動車群後停車待行的第一輛機動車追上緊鄰前方的非機動車滿足下列關係:[0041]—X2tb~ +2tb X(tca ~tb) = 2.5(tca +t )(I)
[0042]式中，tb為機動車加速時間，這裡取3s，tca為機動車開始加速至追上非機動車的時間，t1SS為機動車的啟動損失時間及等待非機動車行駛一定距離後再啟動的損失時間之和。對於t1SS，取啟動損失時間2.3s，由於等待機動車行駛一定距離的時間與啟動損失時間有部分重疊，因此在2.3s的基礎上加上Is即3.3s作為t1SS的取值。
[0043]根據上述方程，計算可得tea = 4.9s，對應的交叉口寬度為20.5m。需要說明的是，該值是以自行車平均速度計算的，而隨著電動車的大量使用，實際符合要求的臨界值應大於20.5mο以電動車速度3.5m/s計算，交叉口寬度為40.3m，因此結合自行車與電動車比例，設置判別規則1:交叉口長度在35m以下均可考慮設置非機動車提前停車線。若滿足判別規則1)，則轉入步驟3)，否則此交叉口不宜設置非機動車提前停車線，轉入步驟9)；
[0044]3)依據交叉口信號配時狀況確定提前停車線設置的可行性:
[0045]若滿足判別規則1，則假設此交叉口可設置提前停車線，依據信號配時狀況:二相位周期長度計算公式[3]—13330x2
_6] — 1333-C⑵
η
[0047]式中，η為進口道為車道數.[0048]當機動車通行能力大於一定值時，理論上就不再適合用二相位了，對於兩條車道，當機動車通行能力達到2000pcu/h時,計算得出的周期長度為80s,當通行能力為2200pcu/h時,周期長度為115s,而當通行能力為2300pcu/h時,周期長度達到了 145s。對於二相位的小交叉口，不合常理；當高峰小時流量小於800pcu/h時，周期長度小於28s，同樣不合常理。因此，當通行能力大於2200pcu/h或小於800pcu/h時，我們認為不適用2相位，也就不適合設置停車線提前。同理，對於三條車道，當通行能力為1200pcu/h或大於3300pcu/h時不再適合；單向四車道以上理論上不適合採用二相位。
[0049]因此，兩車道交叉口通行能力大於800pcu/h小於2200pcu/h，三車道交叉口行能力大於1200pcu/h小於3300pcu/h時，認為設置非機動車提前停車線可行，即滿足判別規則2，轉入步驟4)，否則此交叉口不宜設置非機動車提前停車線，轉入步驟9)；
[0050]4)依據機動車通行能力判斷提前停車線設置的可行性:
[0051]若交叉口滿足判別條件1，2，則假設可設置提前停車線，進行設置提前停車線前後機動車通行能力計算及折減係數計算:
[0052]未設置非機動車停車線提前時一條直行車道的機動車設計通行能力公式為[4]:? 3600/,,
Cs~+1)妒(3)
丄
[0053]式中，T為周期時長，t0為第一輛車通過停車線的時間，取2.3s ；ti為機動車通過停車線的平均時間，取2.65s。P為折減係數，取0.9。tg為綠燈時長，在各進口道交通量接近時，二相位下
-2χ3
[0054]tg=~^(4)[0055]由於左右轉的通行能力均依據直行車道的通行能力和左右轉交通量所佔比例確定，因此，在左右轉交通量比例一定的條件下，整個進口道的通行能力可簡化為在Cs前乘一個係數，不妨設為β。則進口道的通行能力C為
[0056]C = β Cs(5)
[0057]在考慮非機動車停車線提前引起機動車通行能力折減時只需對一條直行車道的通行能力進行研究。非機動車停在機動車前時，機動車的有效綠燈時間減少。假設機動車從靜止狀態以2m/s2勻加速至6m/s(16.7km/h)後勻速通過交叉口，則需要行駛9m後達到勻速。而提前距離L必然小於9m，因此在L段，第一輛車以勻加速狀態通過。由此減少的有效綠
燈時間k =及。而機動車通過L的平均時間t。。」必然小於t。。，這裡取t。。」=ceil (tj-l,
ceil表示對t。。向上取整。對於機動車駕駛員，由於前方有非機動車，因此當綠燈亮時，其必須等待非機動車使出一定距離後再啟動機動車。在等待過程中，部分反應時間可以抵消。此處取因等待非機動車駛出一定距離後機動車再行駛的時間為Iftlag，其中tlag = Is
[0058]在上述情況下，一條直行車道的設計通行能力為
[0059]
【權利要求】
1.一種兩相位信號控制交叉口非機動車提前停車線設置方法，包括以下步驟: 1)採集城市交叉口信號燈初始信號的配時信息、道路幾何信息、交通流信息和運行信息: 在機非混行的路段，即機動車與非機動車混合行駛存在相互幹擾的路段，通過攝像或人工記錄的方式採集信號配時狀況與幾何狀況實時監測記錄交通流信息，其中所述配時狀況指交叉口信號周期時長和本方向綠燈時間，所述幾何狀況指交叉口面積和長度，所述交通流信息指機動車和非機動車流量； 2)依據交叉口幾何狀況確定提前停車線設置: 結合實際調查採集的數據信息，所述數據信息包括非機動車通過交叉口的平均速度，首輛機動車通過交叉口的加速度以及啟動反應時間，計算綠燈放行後第一輛機動車超越緊鄰前方的非機動車的時間，確定交叉口長度範圍，設置判別規則1:交叉口長度在35m以下均可考慮設置非機動車提前停車線，若交叉口滿足判別規則1，則轉入步驟2)，否則此交叉口不宜設置非機動車提前停車線，轉入步驟9)，其中交叉口長度為交叉口本向非機動車進口道停車線位置到對向非機動車出口道停車線位置間距離； 3)依據交叉口信號配時狀況確定提前停車線設置: 依據信號配時狀況以及交叉口信號周期長度計算公式計算合理的信號周期方案，當交叉口的機動車通行能力在一定範圍之外，交叉口不宜設置兩相位配時方式，即:單向兩車道交叉口高峰小時流量大於800pcu/h小於2200pcu/h，三車道高峰小時流量大於1200pcu/h小於3300pcu/h，設置非機動車提前停車線可行，設置判別規則2:設置停車線提前後，應使得換算為小客車通行能力後的總通行能力值增大，若滿足，則轉入步驟4)，否則此交叉口不宜設置非機動車提前停車線，轉入步驟9)； 4)依據機動車通行能力判斷提前停車線設置: 若交叉口幾何狀況以及信號配時狀況同時滿足判別規則1，2，則假設可設置提前停車線，進行設置提前停車線前後機動車通行能力計算及折減係數計算， 設置判別規則3:zjxs ^ 0.7，即機動車通行能力折減係數不小於0.7， 計算交叉口初始機動車通行能力折減係數zjxs_l,若折減係數zjxs_l不小於0.7,轉入步驟5)，否則轉入步驟6)； 5)依據折減係數zjxs_l判斷提前停車線設置: 若折減係數zjxs_l不小於0.7即滿足判別規則3，則符合機動車通行能力的折減限制，即此交叉口設置非機動車提前停車線對機動車影響不太大，可以設置非機動車提前停車線，且不需要調整信號配時，轉入步驟7)； 6)依據折減係數zjxs_2判斷提前停車線設置: 折減係數zjxs_l小於0.7，則須調整信號配時，此時機動車信號配時方案不變，設置非機動車專用相位，信號周期長度不變，非機動車提前機動車3s優先放行，即非機動車綠燈早起3s,消除tlag,繼續計算折減係數,此時記為zjxs_2 ； 若zjxs_2不小於0.7，則重新進行規則3判別，若滿足判別規則3要求，則此時設置提前停車線可行，但非機動車須利用黃燈時間提前啟動，而機動車須等待綠燈方可通行，轉入步驟7)，否則此交叉口不宜設置非機動車提前停車線，轉入步驟9)； 7)依據非機動車通行能力判斷提前停車線設置:若交叉口機動車通行能力滿足判別規則3，則假設可設置提前停車線，進行非機動車通行能力計算交叉口綜合通行能力增加值Qplus ;設置判別規則4:設置停車線提前後，交叉口機動車與非機動車綜合通行能力值增大，即Qplus > O時，則可設置停車線提前。若滿足判別規則4，則轉入步驟8)，否則此交叉口不宜設置非機動車提前停車線，轉入步驟9)； 8)依據交叉口流量狀況判別規則設置非機動車提前停車線長度: 若交叉口幾何狀況、信號配時條件、機動車與非機動車流量同時滿足判別規則1，2，3，4則認為設置非機動車提前停車線有必要性，在假定機動車道寬度為3.5m時，確定提前停車線設置長度，此時，轉入步驟9)； 9)城市兩相位信號 控制交叉口非機動車提前停車線設置流程結束。
【文檔編號】E01F9/08GK103956053SQ201410206625
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月15日 優先權日:2014年5月15日
【發明者】陳峻, 劉穎嘉, 於泳波 申請人:東南大學