專利名稱：一種可用于環(huán)形交叉口的不對稱時空優(yōu)化控制方法
技術領域：
本發(fā)明屬于道路交通控制技術領域，尤其是可以改善環(huán)形交叉口擁堵現(xiàn)象，并降低交叉 口的事故數(shù)的控制技術。
背景技術：
由于無控制環(huán)形環(huán)形交叉口管理手段簡單、能有效的減少低交通量情況下的車輛延誤、 降低交通事故率以及優(yōu)化環(huán)境等優(yōu)點，因此在我國各類城市的早期建設中利用率較高，也很 好的解決了當時城市交通的部分問題，起到了一定的積極作用。但隨著我國經濟的持續(xù)、快速發(fā)展，城市機動車保有量不斷增加，交通流量也隨之增加， 超過了一般認為的無控制環(huán)島的最優(yōu)通行流量限制，即機動車交通量在1000-2700pcu/h內。 隨著交通需求的增加，無控制環(huán)形環(huán)形交叉口出現(xiàn)了交通擁阻、事故率上升、車輛延誤增大、 飽和度提高等一系列問題?，F(xiàn)有技術中，到目前為止，國際上環(huán)形交叉口多采用無信號控制。無信號控制環(huán)形交叉 口由于受交織段的影響，不論各進口道有多少條車行道，有交織的交通流都要在環(huán)道上交織 行駛，當交織段長度小于2倍的最小允許交織段長度時，其通過量實際上只相當于一條車道 的通過量，故其通行能力只能達到一條車道的最大理論值，當交織段長度大于2倍的最小交 織段長度時，其通行能力通常會有所增加，但增加的幅度不會太大，因而其允許通過量仍不 會很高。因此，當各進口道的總流入交通量(不包括右轉交通量)較低時，環(huán)形交叉口的通行效 率尚可維持較高水平；而當該流入交通量接近或超過環(huán)形交叉口的通行能力時，就會造成環(huán) 道上的交通擁擠和阻塞，乃至整個交叉口瑣死，并進一步導致各進口道交通阻塞。當有非機 動車交通流及行人混行時，其問題將更加嚴重。同時，無控制下的環(huán)形交叉口，由于其通能能力受交織區(qū)限制，通過常規(guī)的交叉口進口 道拓寬，并不能夠有效緩解交叉口的擁堵狀況；而類似于常規(guī)十字交叉口的進口道信號控制， 也同樣不能夠有效解決交織區(qū)的通行能力瓶頸問題。發(fā)明內容本發(fā)明的主要目的在于提供一種環(huán)形交叉口時空資源優(yōu)化控制技術，可以有效緩解交叉 環(huán)形交叉口的擁堵和死鎖狀況，并改善交叉口的安全性，且易于進行實際應用。 為達到上述目的、本發(fā)明的解決方案是-在環(huán)形交叉口的每一個進口和環(huán)道上，設置有兩組信號燈，由這兩組燈輪流給入環(huán)車輛 與環(huán)內車輛分配通行權，使其按照信號燈控制方案交替通過環(huán)島交織段。并根據(jù)環(huán)島流量情況，以其最大停車數(shù)為約束條件確定左轉交通流的通行信號時間；另外橫向相交進口道的通 行信號啟亮與中斷時間，皆考慮交通流的安全與最大通行的需要，實施靈活的控制措施，最 佳協(xié)調利用環(huán)形交叉口的"時空"資源。根據(jù)交通流動態(tài)變化進行最優(yōu)控制。適應環(huán)島車流 各個流向流量的不均勻性和環(huán)島交通流時變特征，提供多時段信號控制相位相序優(yōu)化，進行 車流組合、銜接和交叉口綠信比的最佳分配，降低車均延誤，均衡各向車流的飽和度，并盡 量縮短排隊長度。一種可用于環(huán)形交叉口的交通控制方法，根據(jù)交通需求和道路條件，對環(huán)形交叉口進行 信號控制，對左轉車流設置二次停車線；根據(jù)流量的對比情況和交叉口進口道及環(huán)道數(shù)進行信號相位的嵌套與搭接設置，以解決環(huán)形交叉口在流量大時的死鎖現(xiàn)象，提高環(huán)島交叉口通行能，并改善交通安全。進一步，在進口道和環(huán)道設置雙停車線，均進行信號控制。 將左轉相位嵌入直行相位中，進行兩個大相位八個小相位的信號相位設置。 采用不對稱的信號控制方法，根據(jù)流量需求和對比狀況計算各個進口道的綠燈起步時間，并實現(xiàn)車流的密切銜接。首先進口道上設置第一停車線，專用左轉車道及專用左轉信號燈；另外，在環(huán)道上各進口道左轉交通流與對向進口道左傳交通流沖突點前，分別設置第二停車線，并配以相應的專用信號燈；左轉交通流將經過二次通行信號后通過交叉口。為合理地利用環(huán)道內的左轉交通流停車空間，應以其最大停車數(shù)為約束條件確定左轉交通流的通行信號時間；橫向相交進口道的通行信號啟亮與中斷時間需考慮交通流的安全與最大通行的需要，實 施靈活的控制措施，最佳協(xié)調利用環(huán)形交叉口的"時空"資源。為減少時間損失，并適應環(huán)島車流各個流向流量的不均勻性和環(huán)島交通流時變特征，提 供多時段信號控制相位相序優(yōu)化，動態(tài)進行車流組合和交叉口實時綠信比優(yōu)化控制，降低車 均延誤，均衡各向車流的飽和度，并盡量縮短排隊長度。本發(fā)明針對我國城市廣泛存在的環(huán)形交叉口擁堵現(xiàn)象，提出了面向環(huán)形交叉口的不對稱 時空優(yōu)化控制技術?；跁r空組和優(yōu)化和不對稱信號控制的思想，提出了環(huán)形交叉口的時空 資源(包括進口道和環(huán)道與教)最佳利用和不對稱信號控制方法。對擁堵環(huán)形交叉口，本方 法可以有效防止交叉口的"死鎖"(由于進出交通流相互干擾嚴重，導致車流在該交叉口進不 去也出不來的現(xiàn)象)；降低各進口道的排隊長度和車輛延誤；并降低交叉口的事故數(shù)。對非擁 堵環(huán)形交叉口，本方法可以改善交通秩序，并大幅度降低交叉口的事故數(shù)。


圖1是本發(fā)明實施例的典型環(huán)形交叉口信號控制基本模式與車輛行駛軌跡示意圖。 圖2是本發(fā)明實施例的典型環(huán)形交叉口信號相位設置模式示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。1、 對左轉交通流實行兩步控制本法對環(huán)形交叉口采用兩相位的交通信號控制方式，相應的進口道及停車線，以及信號 燈設施布置如附圖-1所示。首先進口道上設置第一停車線，專用左轉車道及專用左轉信號燈； 另外，在環(huán)道上各進口道左轉交通流與對向進口道左傳交通流沖突點前，分別設置第二停車 線，并配以相應的專用信號燈。左轉交通流將經過二次通行信號(進口道通行信號、環(huán)道通行 信號)后通過交叉口。交叉口第一停車線、第二停車線和信號燈等的布局與車輛行駛軌跡如附 圖1所示。2、 協(xié)調優(yōu)化環(huán)形交叉口的"時空"資源首先為合理地利用環(huán)道內的左轉交通流停車空間，應以其最大停車數(shù)為約束條件確定左 轉交通流的通行信號時間；另外橫向相交進口道的通行信號啟亮與中斷時間，皆考慮交通流 的安全與最大通行的需要，實施靈活的控制措施，最佳協(xié)調利用環(huán)形交叉口的"時空"資源。 總體而言，實現(xiàn)交叉口的兩個大相位內嵌八個小相位的信號控制。對于如附圖l所示的交叉 口，其信號相位模式設置如附圖2所示。為減少時間損失，并適應環(huán)島車流各個流向流量的不均勻性和環(huán)島交通流時變特征，提供多時段信號控制相位相序優(yōu)化，動態(tài)進行車流組合和 交叉口實時綠信比優(yōu)化控制，降低車均延誤，均衡各向車流的飽和度，并盡量縮短排隊長度。(1)交通空間設計 車道布置依流入交通需求特征(流量和流向)及通行空間條件，進口道至少設置一條左轉、 一條直行、 一條右轉專用車道；環(huán)道上至少設置一條左轉、 一條直行專用車道。
停車線設計為實現(xiàn)左轉交通流的兩步控制，必須在進口道、環(huán)道上分別設置停車線，以保證車流的 秩序通行。
環(huán)道容量的確定a.環(huán)道上只有一條專用左轉車道的情形設環(huán)島半徑為r ，環(huán)道寬度w，交織點、第二停車線中點(第一條環(huán)道上)及島心三點 連成的三角形之圓心角為tx (如圖-2所示)、第i路口第一停車線前左轉第一輛車到交織點Ai 的行駛距離為cL i，環(huán)道限制車速為v。，則在第一左轉車道的排隊長度/,為于是，與第i路口相對應的環(huán)道一條左轉車道容量為(單位為pcu):7T"^ (r。+0.5w) +《,-0.35v0b. 環(huán)道有n條左轉車道的情形c. 若環(huán)道還有m (m〉1)條直行車道，可利用直行車道的部分空間進行排隊，但必須留 出至少一條直行車道，以備綠末黃初進入環(huán)道的直行車通行。據(jù)此， 一個路口對應的環(huán)道容量為(單位pcu)C呵=+ (m - l)C,', - 0.75豐-1)d. 于是一個周期內環(huán)道總容量為(單位PCU)c 一 j/=1其中r為環(huán)交路口數(shù)。 (2)信號控制優(yōu)化方法 信號燈配置^了最佳地協(xié)調控制進口道的左轉、直行車流以及環(huán)道上的左轉車流，需要配置具有聯(lián)動控制功能的信號機和相應的信號燈。具體配置為在第一停車線前車輛可視的位置設置4 組箭頭信號燈，控制進口道上左轉與直行車流；在第二停車線前車輛可視的位置設置4組信 號燈，以控制環(huán)道上的左轉車流。詳見圖-l所示。
通行規(guī)則交叉口原則上采取兩相位信號控制；左轉車在第二停車線前若遇紅燈則停車待行，至另 一相位綠燈初期通行。該綠燈信號與另一相位的綠燈啟亮時間之間，存在協(xié)調關系，需視實 際的控制要求確定。
相位設計大型的四路環(huán)交，由于環(huán)道的空間條件，在進口道，采用兩相位控制，并結合各進口道 流量的不均衡比，依遲啟早斷方式調整各流向的綠燈時間；在環(huán)道，相應采用兩相位控制。5在左轉車流量相對較大的情況下，如拆除環(huán)島，則四相位控制；而本方法，只需兩相位，可 大大減少時間的損失。這一點也充分說明了 "左轉兩步控制"法的優(yōu)勢。(3)信號控制關鍵參數(shù)的確定 周期時長的確定由于在環(huán)道上設置停候左轉車，因而周期時長不能小于環(huán)道上的左轉車排放時間的總和。 于是，在環(huán)道上，設對應于第i進口的環(huán)道上停候左轉車排放時間的理論值^，則^=(、,-6)*(1/ )+ 19.5其中&為環(huán)道上的飽和流率，/ = 1,2，......r;又設環(huán)道排放車輛所需時間為^，則其中k為一個周期的相位數(shù)。于是環(huán)道車流所需的信號周期時間q為其中/為啟動損失時間。在進口道，直行車流所需的信號周期時間可按Webster公式計算1.5Z + 5 ~=^^其中L為每周期的總損失時間、F = |>, 、 y,為第j相位的直行車道流量比的最大值，即力二max[^，&,.J，于是，環(huán)交周期時長的理論值為 k & Jc — max {ce,cc} 周期時長的實際值可依實際流量情況進行調整。
環(huán)道信號的燈色設置及實際綠燈時間為避免環(huán)道控制對下相位進口左轉車流的信息干擾、避免駕駛員對環(huán)道信號的誤解，簡 化環(huán)道信號是必須的，另外由于本相環(huán)道左轉車流通過第二停車線后，下相位的左轉車要接 續(xù)行駛至該相第二停車線；當環(huán)道車行駛時，與本相環(huán)道左轉車流可能沖突的對向直行車流 已放紅燈，不會發(fā)生沖突，因此，環(huán)道兩相位配時可只設置紅燈、綠燈時間，不設黃燈時間。 于是環(huán)道的每周期實際綠燈時間即為周期時間。環(huán)道各相位實際綠燈時間依各相位對應的環(huán)道容量的最大值之比來確定& _ C其中y' = l,2,..l 環(huán)道相位與進口道相位的銜接環(huán)道上停候的車輛須在下一相位車流之前通過交叉口，因而環(huán)道綠燈與下相位綠燈啟動 的時間差是配時方案中的又一技術關鍵，需利用進口道限制車速、第一停車線與相鄰進口道 左轉車流之間沖突點的距離、黃燈時間、全紅時間燈參數(shù)計算，并采用聯(lián)動方式實施。參見圖-2，設進口道第一停車線到交織點A的行駛距離山，交織點A到第二停車線的行 駛距離d2，上相位環(huán)道上最后一輛停候車輛到交織點A的行駛距離d3，又已知通過交叉口的 飽和流率為\ ,環(huán)道限制車速為v。，則環(huán)道上最后一輛停候車到交織點的時間為于是環(huán)道綠燈與下相位進口道綠燈時差為<formula>formula see original document page 7</formula>此即位環(huán)道相位與進口道相位的銜接時間(其中《為與對向進口道相對應的環(huán)道上最后 一輛停候車輛到相應交織點的行駛距離。) 進口道每周期有效綠燈時間及各相位有效綠燈時間通常的配時方法是依各進口道流量來確定，但本方案中，由于環(huán)道上允許停放的左轉車 輛數(shù)是一定的，因而每個周期的左轉車最大通行能力也是定數(shù)。為此，確定配時方案時，應 將實際的左轉車輛流入需求作為一個重要因素加以考慮。當左轉車流量較大時，可依左轉車排放時間來確定每周期有效綠燈時間若直行車流量較大時，則可依Webster方法確定有效綠燈時間將各信號相的進口道直行車之最大流量比，作為其占有有效綠燈時間之比，據(jù)此，可算 得該相位有效綠燈時間g,，艮P:由于綠燈時間對各流向的車流排放量都起著決定作用，為提高交叉口的利用率與通行效 率，避免交通空間與通行時間的不必要損失或浪費，可靈活采取遲啟、早斷方式，對配時方 案作適當調整，以確定實際的綠燈信號顯示時間。
進口道綠燈間隔時間與黃燈時間由于大型環(huán)交的進口道與出口道的間距較一般平面交叉口大，交通信號相位切換的銜接 時間若采用3秒黃燈時間，可能會導致黃燈末通過停車線的直行車輛與另一相位初期駛出的 車輛(左轉車或直行車)沖突，因而有必要重新確定綠燈間隔時間與黃燈時長。設在黃燈初 (或綠燈末)通過第一停車線的最外側直行車道上的直行車的制動時間為。、本條直行車道 與右側相鄰進口道中最靠近道路中線的左轉車道形成的沖突點B到本進口道停車線的距離為x。本向直行車駛過該沖突點而相鄰左轉車駛至沖突點時兩車的安全距離為JC,、該沖突點到右側相鄰進口道停車線的距離為^、綠燈間隔時間為/，則有 、 ^十(;^+x2)/v。 2/0+2x3/v。+/由上式可算得適合于本進口道綠燈間隔時間的理論值，同一方法可計算適合于其它三條 進口道綠燈間隔時間的理論值，四綠燈間隔時間的和取為本交叉口配時方案的綠燈間隔時間。 又設黃燈時長為A，對每一個進口道，由/ = ^ + &，可確定黃燈時長(Ro為全紅時長)。上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發(fā)明。熟悉 本領域技未的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應 用到其他實施例中而不必經過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領域技 術人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1. 一種可用于環(huán)形交叉口的交通控制方法，其特征在于根據(jù)交通需求和道路條件，對環(huán)形交叉口進行信號控制，對左轉車流設置二次停車線；根據(jù)流量的對比情況和交叉口進口道及環(huán)道數(shù)進行信號相位的嵌套與搭接設置，以解決環(huán)形交叉口在流量大時的死鎖現(xiàn)象，提高環(huán)島交叉口通行能，并改善交通安全。
2、 根據(jù)權利要求1所述的交通控制方法，其特征在于在進口道和環(huán)道設置雙停車線， 均進行信號控制。
3、 根據(jù)權利要求1所述的交通控制方法，其特征在于將左轉相位嵌入直行相位中，進 行兩個大相位八個小相位的信號相位設置。
4、 根據(jù)權利要求1所述的交通控制方法，其特征在于采用不對稱的信號控制方法，根 據(jù)流量需求和對比狀況計算各個進口道的綠燈起步時間，并實現(xiàn)車流的密切銜接。
5、 根據(jù)權利要求2所述的交通控制方法，其特征在于首先進口道上設置第一停車線，專用左轉車道及專用左轉信號燈；另外，在環(huán)道上各進 口道左轉交通流與對向進口道左傳交通流沖突點前，分別設置第二停車線，并配以相應的專 用信號燈；左轉交通流將經過二次通行信號后通過交叉口。
6、 根據(jù)權利要求3所述的交通控制方法，其特征在于-為合理地利用環(huán)道內的左轉交通流停車空間，應以其最大停車數(shù)為約束條件確定左轉交 通流的通行信號時間；
7、 根據(jù)權利要求3所述的交通控制方法，其特征在于橫向相交進口道的通行信號啟亮 與中斷時間需考慮交通流的安全與最大通行的需要，實施靈活的控制措施，最佳協(xié)調利用環(huán) 形交叉口的"時空"資源。
8、 根據(jù)權利要求1-7中任一所述的交通控制方法，其特征在于為減少時間損失，并適 應環(huán)島車流各個流向流量的不均勻性和環(huán)島交通流時變特征，提供多時段信號控制相位相序 優(yōu)化，動態(tài)進行車流組合和交叉口實時綠信比優(yōu)化控制，降低車均延誤，均衡各向車流的飽 和度，并盡量縮短排隊長度。
全文摘要
一種可用于環(huán)形交叉口的不對稱時空優(yōu)化控制方法，在環(huán)形交叉口的每一個進口，設置有兩組信號燈，由這兩組燈輪流給入環(huán)車輛與環(huán)內車輛分配通行權，使其按照信號燈控制方案交替通過環(huán)島交織段。并根據(jù)環(huán)島流量情況，以其最大停車數(shù)為約束條件確定左轉交通流的通行信號時間；另外橫向相交進口道的通行信號啟亮與中斷時間，皆考慮交通流的安全與最大通行的需要，實施靈活的控制措施，最佳協(xié)調利用環(huán)形交叉口的“時空”資源。根據(jù)交通流動態(tài)變化進行最優(yōu)控制。本發(fā)明可以有效緩解交叉環(huán)形交叉口的擁堵和死鎖狀況，并改善交叉口的安全性，且易于進行實際應用。
文檔編號G08G1/083GK101251953SQ20081003566
公開日2008年8月27日 申請日期2008年4月3日 優(yōu)先權日2008年4月3日
發(fā)明者楊曉光, 峰 沈, 馬萬經 申請人:同濟大學