本發(fā)明涉及城市交通設計與交通控制技術領域，尤其涉及一種消除起動損失時間的進口道設計與信號優(yōu)化方法。

背景技術：

隨著城市交通的快速發(fā)展，汽車保有量的不斷攀升，城市交叉口負擔日益加重。提高交叉口通行能力成為改善城市交通環(huán)境的首要目標，交叉口的合理高效優(yōu)化愈顯重要，提高交叉口通行能力的方法主要包括：信號控制優(yōu)化，交通設計優(yōu)化以及交通管理優(yōu)化。

在信號燈綠燈開始初期，由于交叉口進口道的車輛啟動與加速，以及先后啟動形成的啟動波，導致綠燈的前幾秒被浪費，車流難以飽和流率進入交叉口，這部分損失的通行時間，稱為綠初損失時間；在綠燈結束后的黃燈期間，因嚴禁闖紅燈，有部分車輛已經開始減速，采取了制動措施，故通過停車線的車流流率從飽和逐漸變?yōu)榉秋柡?，這部分損失的通行時間，稱為黃末損失時間，而綠初、黃末損失時間合并稱為起動損失時間。為了提高交叉口通行能力，從信號控制優(yōu)化的方向入手，盡可能地消除交叉口車流起動損失時間，成為解決交通擁堵，實現暢通交通的關鍵。

在現有研究中，國內外學者有不少關于減少起動損失時間的研究成果，中國專利【CN102122442A】《疊加相位的平面十字型交叉口定時信號配時方法》中，通過疊加相位控制車流的飽和度，實現某向車流信號的優(yōu)先，但優(yōu)化效果有限，僅能優(yōu)化部分車向的車流。中國專利【CN103310640A】《一種面向機動車流的十字交叉口交通預信號控制方法》通過在原停車線后新增一組停車線與信號燈，將間距區(qū)域作為待行區(qū)，對車流進行動態(tài)調整，可以降低車流的啟動延誤。但此方法主要還是為了避免綠燈空放，對于啟動延誤的降低并無針對性，效果甚微。

中國專利【CN103680159A】《道路交叉口多虛擬信號線性聯動控制系統(tǒng)及其控制方法》在交叉口進口道設置多組虛擬信號燈，檢測交通流計算啟動損失時間，控制線性聯動信號燈依次動作，以此來消除車輛的綠初損失時間。此方法雖有一定效果，但仍有不足：

1.每個信號周期的交通流狀態(tài)不同，通過預測交通流計算信號時間差，誤差較大；

2.停車線間隔設置隨意，間隔過長會造成空間資源浪費，過短會使車輛加速距離不足；

3最靠近停車線的車輛須在交叉口完成加速，這部分車輛的啟動損失時間未消除；

4.未考慮交叉口各車道車輛速度的差異性，會引起交叉口車流紊亂，內部沖突增多；

5.車流從距離交叉口由近到遠開始起步，會造成綠燈空放，浪費交叉口時空資源，無法實現車流的飽和通過；

6.未消除黃末損失時間，仍需改進。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種消除起動損失時間的進口道設計與信號優(yōu)化方法，控制車流在進口道內完成加速，在避免與上一相位車流發(fā)生沖突的條件下，使車流在綠燈時間內始終以飽和流率通過交叉口，可消除綠燈啟亮時與黃燈結束時的信號損失時間，高效利用交叉口綠燈通行時間，最大限度地提高交叉口通行能力與服務水平，減少行車延誤，緩解交通擁堵，促進整個城市交通的和諧暢通。

為了實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種消除起動損失時間的進口道設計方法，包括：

步驟一，獲取交叉口數據，包括交叉口設計車速、交叉口沖突點位置、交叉口各車道距沖突點行車軌跡距離、機動車加速時間、減速時間、加速或減速距離；

步驟二，在交叉口進口道每條車道上，新增多組停車線；

步驟三，在每條新增停車線沿車輛行進方向的設定距離處設置信號燈。

新增停車線從車道原停車線處沿車輛行進反方向依次按設定間隔設置；第一條新增停車線與原停車線之間禁止車輛停滯。

新增停車線設置間隔獲得方法為：

其中i＝1，L_i＝S+d，其中1＜i＜b，

其中i＝b；

式中，L_i為第i條新增停車線與第i-1條停車線的間距；V₁為主信號燈第n個信號周期綠燈啟亮對應的進口道設計速度；V₂為主信號燈第n個信號周期紅燈啟亮對應的進口道設計速度；M₁為主信號燈第n個信號周期綠燈啟亮對應的進口道停車線距沖突點軌跡距離；M₂為主信號燈第n個信號周期紅燈啟亮對應的進口道停車線距沖突點軌跡距離；t₁為車輛加速時間；t₂為車輛在L₁內行駛時間；t₃為車輛安全交叉時間；x₁為車輛加速距離；x₂為車輛制動距離；d為車長；S為心理安全間距；T_s為駕駛員制動反應時間；T_n為駕駛員制動操作時間；T_o為車輛制動響應時間。

上述i＝1時的停車線間距L₁，應滿足綠燈初車道車流的頭車始終在綠燈末車道車流的尾車之后通過沖突點的條件，上述計算公式由下式化簡得到：

信號燈位置需在對應新增停車線后的車輛視野范圍內，便于駕駛員觀察與動作；取消主信號燈黃燈，將其并入綠燈與紅燈時間，所以新增的信號燈包括紅燈和綠燈。

一種消除起動損失時間的進口道，采用所述一種消除起動損失時間的進口道設計方法設計的進道口。

采用所述進口道的信號優(yōu)化方法，包括：

主信號燈綠燈啟亮前，新增停車線對應的所有新增信號燈提前亮綠燈，同步放行每條停車線后的車輛，車輛在進口道內達到交叉口設計速度V₁后勻速行駛；車流頭車恰好到達原停車線時，主信號燈啟亮綠燈；

主信號燈紅燈啟亮前，從車道原停車線處沿車輛行進反方向上的最后一組新增信號燈首先啟亮紅燈，停車線后的車輛均采取制動措施，前方車流在綠燈結束前全部通過原停車線后，從車道原停車線處沿車輛行進反方向上的第一組新增信號燈啟亮紅燈；其余新增信號燈在最后一組新增信號燈啟亮紅燈后依次啟亮紅燈，控制車輛停滯在每兩條停車線的間隔內，車流的頭車減速行駛車輛制動距離x₂，恰好到達從車道原停車線處沿車輛行進反方向上的第一條新增停車線后方，等待下個相位開始放行。

主信號燈綠燈啟亮前新增信號與主信號時間差為：ΔT₁＝t₁+T_r+T_a+T_e，式中，ΔT₁為主信號燈綠燈啟亮前進口道所有新增信號與主信號時間差；T_r為駕駛員啟動反應時間；T_a為駕駛員啟動操作時間；T_e為車輛加速響應時間。

主信號燈紅燈啟亮前從車道原停車線處沿車輛行進反方向上的第一組信號與主信號啟亮紅燈時間差為：式中，ΔT₂為主信號燈紅燈啟亮前新增信號與主信號時間差；d為車長，L₁為第1條新增停車線與原停車線的間距。

主信號燈紅燈啟亮前除第一組新增信號燈外其余各相鄰新增信號啟亮紅燈時間差為：式中，ΔT₃為除第一組新增信號燈外其余各相鄰新增信號啟亮紅燈時間差。

本發(fā)明的有益效果：

1)消除信號綠初損失時間與黃末損失時間，保證車流始終以飽和流率通過交叉口，提高了交叉口通行能力與服務水平，有利于交通的暢通運行。

2)通過合理計算新增停車線間距，保證車流通過交叉口的先后次序，避免沖突。

3)因保證綠燈末車流在綠燈初車流前全部通過沖突點，可取消交叉口主信號燈的黃燈，減少闖紅燈行為的發(fā)生，增加有效綠燈時間，簡化信號周期。

4)打破交叉口單一信號控制的傳統(tǒng)，采用多信號燈控制車流，更具靈活性與操控性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的進口道優(yōu)化方法流程示意圖；

圖2為本發(fā)明的進口道車流通過停車線的流率—時間圖；

圖3為本發(fā)明的進口道設計優(yōu)化布置示意圖；

圖4為交叉口沖突車流行駛軌跡示意圖；

圖5為交叉口沖突車流安全交叉示意圖；

其中，1.主信號燈，2.原停車線，3.第一條新增停車線，4.新增信號燈，5.最后一組新增信號燈，6.最后一條新增停車線。

具體實施方式

下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。

一種消除起動損失時間的進口道設計方法，包括：

如圖1所示，(一)交叉口數據采集，采集交叉口設計車速，包括直行設計車速與轉彎設計車速，直行設計車速主要由相交公路的道路等級與交通量決定，一般不低于設計車速的70％。轉彎設計車速受車流的分、合流和用地影響，左轉彎車道設計速度一般小于20km/h，右轉彎車道設計車速一般小于40km/h；采集交叉口沖突點位置，包括直行與側向直行、直行與對向左轉、直行與側向左轉、左轉與對向直行、左轉與對向左轉、左轉與側向直行、左轉與側向左轉車向的沖突點；采集交叉口停車線距沖突點行車軌跡距離；采集大量機動車加速、減速時間與距離數據。

(二)如圖3所示，在交叉口進口道每條車道上新增b組停車線；新增停車線從車道原停車線2處沿車輛行進反方向依次設置，第一條新增停車線3與原停車線2之間禁止車輛停滯，供車輛加速使用。

新增停車線設置間隔通過下式獲得：

L_i＝S+d，(1＜i＜b)

式中，L_i為第i條新增停車線與第i-1條停車線的間距；

V₁為主信號燈第n個信號周期綠燈啟亮對應的進口道設計速度；

V₂為主信號燈第n個信號周期紅燈啟亮對應的進口道設計速度；

M₁為主信號燈第n個信號周期綠燈啟亮對應的進口道停車線距沖突點軌跡距離；

M₂為主信號燈第n個信號周期紅燈啟亮對應的進口道停車線距沖突點軌跡距離；

t₁為車輛加速時間；

t₂為車輛在L₁內行駛時間；

t₃為車輛安全交叉時間，如圖5所示，是保證車流安全交叉的最小時距，一般機動車間的安全交叉時間為5s；

x₁為車輛加速距離；

x₂為車輛制動距離；

d為車長，一般為6m；

S為心理安全間距，此處是為了保證每條停車線后的車輛同時啟動時，后車不受前車影響，在本實施例中為4m；

T_s為駕駛員制動反應時間，一般為0.3—2.0s；

T_n為駕駛員制動操作時間，一般為1—4s；

T_o為車輛制動響應時間，一般為0.2—0.6s。

如圖4所示，上述i＝1時的停車線間距L₁，應滿足主信號燈第n個信號周期綠燈啟亮對應的進口道車流的頭車始終在主信號燈第n個信號周期紅燈啟亮對應的進口道車流的尾車之后通過沖突點的條件，上述計算公式由下式化簡得到：

(三)在每組新增停車線沿車輛行進方向適當距離處設置新增信號燈4，所述信號燈的位置需在對應新增停車線后的車輛視野范圍內，便于駕駛員觀察與動作；因步驟(二)間距設置滿足交叉口車流沖突避免條件，可消除黃燈不存在時一般交叉口綠燈末車流無法通過交叉口的尷尬局面，所以可取消主信號燈黃燈，將其并入綠燈與紅燈時間，消除黃末損失。在本實施例中，新增信號燈也采用紅綠雙色控制。

一種消除起動損失時間的進口道，采用所述一種消除起動損失時間的進口道設計方法設計的進道口。

采用所述進口道的信號優(yōu)化方法，包括：

主信號燈1綠燈啟亮前，所有新增信號燈提前亮綠燈，同步放行每條停車線后的車輛，車輛在進口道內達到交叉口設計速度V₁后勻速行駛，車流頭車恰好到達原停車線2時，主信號燈1啟亮綠燈。

主信號燈1綠燈啟亮前的新增信號與主信號時間差由下式獲得：

ΔT₁＝t₂+T_r+T_a+T_e

式中，ΔT₁為主信號燈1綠燈啟亮前進口道所有新增信號與主信號時間差；T_r為駕駛員啟動反應時間，一般為0.3—2.0s；T_a為駕駛員啟動操作時間，一般為1—4s；T_e為車輛加速響應時間，一般為0.2—0.6s。

主信號燈1紅燈啟亮前，最后一組新增信號燈5首先啟亮紅燈，最后一條新增停車線6后的車輛均采取制動措施，前方車流在綠燈結束前全部通過原停車線2后，第一組新增信號燈啟亮紅燈；其余新增信號燈在最后一組新增信號燈5啟亮紅燈后依次啟亮紅燈，控制車輛停滯在每兩條停車線的間隔內，車流的頭車減速行駛x₂，恰好到達第一條新增停車線后方，等待下個相位開始放行。

主信號燈1紅燈啟亮前第一組新增信號與主信號啟亮紅燈時間差由下式獲得：

式中，ΔT₂為主信號燈1紅燈啟亮前第一組新增信號與主信號時間差；d為車長，一般為3—5m。

主信號燈1紅燈啟亮前除第一組新增信號燈外其余各相鄰新增信號啟亮紅燈時間差由下式獲得：

式中，ΔT₃為除第一組新增信號燈外其余各相鄰新增信號啟亮紅燈時間差。

上述信號優(yōu)化方法，可有效消除綠初損失與黃末損失時間，保證車流始終以飽和流率通過交叉口，優(yōu)化效果如圖2所示。

本發(fā)明與背景技術中提到的【CN103680159A】《道路交叉口多虛擬信號線性聯動控制系統(tǒng)及其控制方法》不同之處在于：

1.本發(fā)明通過預先測定交叉口數據，對進口道進行固定優(yōu)化改造，具有較強穩(wěn)定性；

2本發(fā)明的停車線設置方法，通過計算車流相對沖突距離，可以避免交叉口信號相位變換引起的交通沖突，進而可以取消黃燈；延長有效綠燈時間，消除黃末損失，如圖2所示；

3.本發(fā)明的第一個停車線間隔只允許車輛加速，使車輛在進入交叉口前全部達到設計速度，完全消除綠初損失時間；

4.本發(fā)明針對每條車道對應交叉口設計速度的不同，單獨對每條車道的停車線與信號設置進行優(yōu)化設計；

5.本發(fā)明控制車輛達到同步啟動，實現車流的飽和通過；

6.本發(fā)明利用車輛制動距離，對最后一個停車線間隔進行合理設計，控制無法在綠燈時間內通過交叉口的車輛提前制動，實現信號系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運行。

上述雖然結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內。