一种基于移位左转与二次停车的环形交叉口信号配时方法

本发明涉及交通运输规划，具体涉及一种基于移位左转与二次停车的环形交叉口信号配时方法。

背景技术：

1、环形交叉口(也称环岛)通常以绕中央岛的环形道路为特征，其左转和直行交通流以逆时针方向绕岛行驶，直至出环驶离环岛完成转向。在中低交通流量情况下，环形交叉口通常能够适应，交通流相对较为顺畅。但是，随着机动车保有量的增长和道路交通量的迅速提高，环形交叉口因其固有局限性，极大可能成为交通的瓶颈。

2、目前为保障环形交叉口交通运行，常在环形交叉口进口道设信号灯，采用交通控制的手段分配交叉口的道路通行权。此方式并没有分离环道上的冲突点，使得在有信号控制的情况下，仍然存在交织现象，导致车流运行不稳定。如果此时再有驾驶员随意穿行，就会导致车流运行不稳定，加大环形交叉口的拥堵程度。为解决上述问题，需要在环道上再加信号，消除左转和直行车流的冲突点，进一步分配路权。但由此带来信号相位的增多，也加大了信号周期时长，导致车均延误增大。

3、在大型环形交叉口中，左转车流的轨迹最长、造成的冲突点最多，因此在缓解环形交叉口拥堵问题时应首先着眼于左转车流。面对交通负荷严重、有一定的道路拓展空间的交叉口，移位左转概念的引入对于此类交叉口以及其左转车流的通行提供了可能的改进方案。

4、环形交叉口急需一种配时方法，既能发挥移位左转交通组织方式的优势，缓解环形交叉口交通冲突，提高环形交叉口的通行能力；同时信号相位数量不大，能够使车流在环形交叉口内连续通行，减少车辆平均延误，提高环形交叉口空间利用率。

技术实现思路

1、为解决环形交叉口通行能力差、环形交叉口交通存在冲突、相位周期时长较长导致车均延误增大等问题，本发明提供了一种基于移位左转与二次停车的环形交叉口信号配时方法，包含移位左转区域、长度的设置，以及在此方式下的一种配时方案。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于移位左转与二次停车的环形交叉口信号配时方法，是按以下步骤进行的：

4、步骤1、调查环形交叉口几何条件及交通量；确定环形交叉口移位左转车道布局；设置环形交叉口交通信号灯，设置相应的交通标志、标线；

5、步骤2、信号灯相位设计，确定环形交叉口采用两相位通行规则；

6、步骤3、以交通不冲突为条件，以环形交叉口通行能力最大为目标，根据二次左转车辆的通行时间确定直行和右转车的通行时间，确定环形交叉口信号配时方法，具体包括：

7、步骤3-1、左转移位入环车辆配时，确定左转移位入环车辆放行方法和放行时间：

8、左转移位入环车辆放行时间由左转环道待行区最大停放车辆数、左转环道待行区长度、车辆停止时平均车头间距、单辆车通过停车线平均时间和启动损失时间确定；

9、步骤3-2、左转出环移位车辆配时，确定左转出环移位车辆放行方法和放行时间：

10、左转出环移位车辆放行时间由左转出环区长度、左转环道待行区长度、移位左转区长度、车辆静止起步条件下的平均行驶速度和启动损失时间确定；

11、步骤3-3、直行车辆配时，确定直行车辆放行方法和放行时间：

12、直行车辆放行时间根据左转移位入环车辆放行时间、左转出环移位车辆放行时间、提前启动时间和直行绿灯间隔时间确定；

13、步骤3-4、过街行人配时，确定过街行人放行方法和放行时间：

14、过街行人放行时间由单个相位时长确定；

15、步骤3-5、另一方向的相位采用步骤3-1至步骤3-4的方法同样确定。

16、进一步地，所述配时方法适用于下述交通组织方式：左转车辆的通行次序为先移位左转，之后直接左转到左转环道待行区停车等待，之后驶出环形交叉口，再通过移位左转区移位到正常车道。

17、进一步地，步骤1中，所述调查环形交叉口几何条件及交通量，具体包括以下步骤：

18、步骤1-1、调查环形交叉口几何条件：

19、测量环形交叉口各个进口道道路宽度、环道宽度、人行道宽度、左转环道待行区长度、直行车流清尾区长度、移位段长度、左转入环区长度和左转出环区长度；

20、步骤1-2：调查环形交叉口交通量：

21、调查各个方向进口道的流量与流向，各进口道行人、非机动车和机动车交通量及其构成，以及环道断面流量；调查车辆静止起步条件下的平均行驶速度，调查车辆连续运行时的平均行驶速度；调查车辆停止时平均车头间距；调查单辆车通过停车线平均时间。

22、进一步地，步骤1中，所述确定环形交叉口移位左转车道布局，具体包括以下步骤：

23、步骤1-3、确定环形交叉口移位左转车道数，进口道左转衔接区车道数，移位左转区的位置及移位段长度；

24、步骤1-4、根据移位左转车道数及位置设置环形交叉口的左转环道待行区车道数及起止位置、二次停车线位置。

25、进一步地，所述设置环形交叉口交通信号灯，具体为：设定z1、z2、z3、z4为南、东、北、西四个方向的左转移位入环车辆信号灯；设定h1、h2、h3、h4为南、东、北、西四个方向的二次停车线信号灯，即左转出环移位车辆信号灯；设定s1、s2、s3、s4为南、东、北、西四个方向的直行车辆信号灯；设定r1、r2、r3、r4为南、东、北、西四个方向的行人有过街信号灯。

26、进一步地，步骤2中，所述确定环形交叉口采用两相位通行规则，具体为：

27、第一相位，南北向进口道相位为关键相位，南北向左转二次停车，相位分为前半段的移位左转车道分相位，和后半段的左转环道待行区分相位，两个分相位分享南北向关键相位时长；

28、第二相位，东西向进口道相位为关键相位，东西向左转二次停车，相位分为前半段的移位左转车道分相位，和后半段的左转环道待行区分相位，两个分相位分享东西向关键相位时长。

29、进一步地，步骤3-1中，所述左转移位入环车辆放行时间由左转环道待行区最大停放车辆数、左转环道待行区长度、车辆停止时平均车头间距、单辆车通过停车线平均时间、启动损失时间确定，具体为：

30、第i方向的左转环道待行区最大停放车辆数ni等于该方向左转环道待行区长度li除以车辆停止时的平均车头间距s，见式(1)：

31、ni＝li/s  (1)

32、第i方向的左转移位入环车辆绿灯时间等于该方向左转环道待行区最大停放车辆数ni乘以单辆车通过停车线平均时间t，见式(2)：

33、

34、相位的左转移位入环车辆绿灯时间，等于两个相对方向的左转移位入环车辆绿灯时间的较小值加上启动损失时间l，启动损失时间l由调查确定，见式(3)(4)：

35、

36、

37、进一步地，步骤3-2中，所述左转出环移位车辆放行时间由左转出环区长度、左转环道待行区长度、移位左转区长度、车辆静止起步条件下的平均行驶速度和启动损失时间确定，具体为：

38、左转出环进入i方向绿灯提前启动时间tf,i，计算方式为i进口道左转出环区长度xc,i与车辆静止起步条件下的平均行驶速度v1之比，见式(5)：

39、tf,i＝xc,i/v1                            (5)

40、采取对向放行，相位的左转出环移位车辆绿灯提前启动时间to,1、to,2选择相对两个方向tf,i的较小值，保证左转出环移位车辆在到达移位左转区时，左转移位入环车辆已放行完毕；单个相位的左转出环移位车辆绿灯提前启动时间等于较小的提前启动时间min(tf,i)加上启动损失时间l，两个相位提前启动时间见式(6)、(7)：

41、to,1＝l+min(tf,i) (i为第一相位放行方向)             (6)

42、to,2＝l+min(tf,i) (i为第二相位放行方向)             (7)

43、相位的放行总时间，要保证两个方向最后一辆左转出环移位车辆通过移位左转区，计算方法为：计算两个相对方向的左转出环区长度、左转环道待行区长度、移位左转区长度之和与车辆静止起步条件下的平均行驶速度v1之比，比值选两个相对方向之间较大的值，之后再加上启动损失时间，作为该相位的左转出环移位车辆放行总时间；

44、相位一左转出环移位车辆放行总时间go,1见式(8)、(9)、(10)：

45、t1＝(xc,1+l2+ly,1)/v1                     (8)

46、t3＝(xc,3+l4+ly,3)/v1                     (9)

47、go,1＝l+max(t1,t3)                      (10)

48、相位二左转出环移位车辆放行总时间go,2见式(11)、(12)、(13)：

49、t2＝(xc,2+l3+ly,2)/v1                    (11)

50、t4＝(xc,4+l1+ly,4)/v1                    (12)

51、go,2＝l+max(t2,t4)                     (13)

52、进一步地，步骤3-3中，所述直行车辆放行时间根据左转移位入环车辆放行时间、左转出环移位车辆放行时间、提前启动时间和直行绿灯间隔时间确定，具体为：

53、直行绿灯间隔时间表示在下一相位左转移位入环车辆到达冲突点前，保障最后一辆直行车能够通过冲突点的时间，计算方法为：

54、相位一直行绿灯间隔时间i1，见式(14)、(15)、(16)：

55、is,1＝ls,1/v2-(xr,2+ly,2)/v1                    (14)

56、is,3＝ls,3/v2-(xr,4+ly,4)/v1                   (15)

57、i1＝max(is,1,is,3)                         (16)

58、直行绿灯间隔时间选择两个方向之间的较大值，确保另一方向不会发生冲突；

59、相位二直行绿灯间隔时间i2，见式(17)、(18)、(19)：

60、is,2＝ls,2/v2-(xr,3+ly,3)/v1                   (17)

61、is,4＝ls,4/v2-(xr,1+ly,1)/v1                    (18)

62、i2＝max(is,2,is,4)                        (19)

63、式(14)至(19)中，is,1、is,2、is,3、is,4分别表示南、东、北、西进口道直行绿灯间隔时间，ls,1、ls,2、ls,3、ls,4分别表示南、东、北、西进口道直行车流清尾区长度，xr,1、xr,2、xr,3、xr,4分别表示南、东、北、西四个方向左转入环区长度，v2表示车辆连续运行条件下的平均行驶速度，v1表示车辆静止起步条件下的平均行驶速度；

64、整个相位的直行绿灯时间等于左转移位入环车辆绿灯时间和左转出环移位车辆绿灯时间之和减去该相位的提前启动时间，再减去该相位的直行绿灯间隔时间，见式(20)、(21)：

65、gs,1＝ga,1+go,1-to,1-i1                      (20)

66、gs,2＝ga,2+go,2-to,2-i2                     (21)

67、其中，ga,1、ga,2、go,1、go,2、to,1和to,2依据步骤3-1和步骤3-2的计算结果确定。

68、进一步地，步骤3-4中，所述过街行人配时，确定过街行人放行方法和放行时间，具体为：行人过街信号与车流放行方向一致，时间为单个相位时长。

69、与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：

70、本发明的基于移位左转与二次停车的环形交叉口信号配时方案，环岛的左转车辆短距离直接左转，无需绕中心岛约270°，即可完成左转；本方法适用于大型环形交叉口，尤其是在高峰时段，高峰时段通行能力高；本方法适用于左转交通量较大的环形交叉口，对于左转车放行有优化，左转车的通行能力大，延误降低；本方法配时方案的相位数少，且周期时间较短，各个方向排队等待时间短；本方法右转车无需排队等待可以一直通行，仅需遵守道路交通规则，同时注意礼让行人。