信号交叉口直行待行区的设置研究

交叉口利用率不高的现象普遍存在,而目前解决交叉口拥堵所采取的措施使信号周期时长过长,路口延误增加、油耗增加、城市环境污染加剧。该文的出发点在于探索直行车道在路口的利用率提高的方法,初步分析直行待行区的设置方法和设置长度,并通过实例分析对比了直行待行区设置前后的交通效益指标。结果表明:合理设置直行机动车等待区可以缩短周期时长,减小车均延误,提高进口车道的利用率,充分利用交叉口的时空资源。     

基于机动车延误的Hook-turn交叉口信号控制方案优化方法

为了给Hook-turn交叉口信号配时方案设置提供理论依据,建立了交叉口直行专用车道的机动车延误计算方法;之后考虑交叉口内部待行区左转机动车发生排队上溯、未发生排队上溯2种情况,建立了直行/左转/右转共用车道的机动车期望延误模型;研究了待行区左转机动车对同相位交通流运行的影响,提出了有效利用绿灯时间的校正方法。以交叉口机动车平均延误最小为目标,以周期时长、相位绿灯时间为自变量,建立信号配时方案优化方法。采用实际交叉口数据对所建立方法进行检验,并根据Hook-turn方法设计了2种改进渠化方案;在VISSIM中采集2种改进方案、现状方案的机动车延误指标,并进行对比分析。结果表明:在优化信号配时方案下,Hook-turn方法可以减少直行机动车以及交叉口整体机动车平均延误;当左转车流量较小时,Hook-turn方法的效益显著。     

基于通行能力的借对向车道左转交叉口信号控制模型优化

借道左转是一种在交叉口现有车道设置基本不变的情况下,为了保证更多的左转车辆可以快速通过交叉口而借用对向出口车道进行左转的新型交通组织方式。该交通组识方式适用于当前有专用左转信号相位且左转车流量较大的交叉口。基于苏州市人民路-十梓街交叉口的实际运行困境,在该交叉口进口道进行借对向车道左转的渠化设计和信号控制方案设计,以此来提高交叉口的交通流通行效率。通过分析车流到达情况和车道使用情况,基于传统交叉口通行能力公式,建立借道左转交叉口通行能力模型。接着以左转通行能力最大为目标,以预信号时长、借道左转车道的开口位置为优化变量,建立了交叉口信号控制方案优化模型,并采用迭代算法进行求解。最后通过仿真试验,利用人民路-十梓街交叉口的实际运行数据对所建立的优化控制方案进行验证,证明模型的有效性。结果表明:优化后的借道左转方案可以提高左转机动车通行能力,降低进口道延误,提高交叉口的整体运行效率;对于设置了借道左转车道的两个南北向进口道,左转车道的平均延误分别降低了35%和33%,平均排队长度也有显著下降,且对没有设置借道左转的东西进口道影响较小,说明该借道左转组织方案在左转车流量较大的交叉口适用性良好,具有实践价值和可操作性。     

信号交叉口左转专用可变车道设置研究

针对某些城市信号交叉口各流向交通流量分布不均导致的左转车道拥挤问题,为减少交叉口的道路资源浪费,提出在交叉口出口道设置左转专用可变车道的交通组织方法.结合已有理论研究,归纳出左转专用车道的静态和动态适用条件,并确定左转可变车道的长度、开关时间等参数的计算模型.以威海市某信号交叉口为例,通过交通调查与分析,提出设置西进口左转专用可变车道的可行性,并使用Vissim微观仿真的方法对左转可变车道的应用效果进行模拟分析,最后给出该交叉口的交通管理设施设置方案.方案实施前后仿真结果表明,可变车道设置后的20个周期内,左转车流的延误降低51%,排队长度降低72%,左转效率得到了极大提升.      

逆向左转交叉口的全感应公交优先信号控制技术

逆向左转交叉口已在中国70余个城市实现常态化应用，各地却始终没有形成设置和运用配套交通控制设施的统一做法。当公交专用车道穿过逆向左转交叉口时，必须考虑如何实施公交优先信号控制。基于此，针对十字形逆向左转交叉口提出一种全感应公交优先信号控制技术，该技术对信号灯设置、信号相位设置、相位显示顺序选择和交通流数据采集提出具体要求。以消除逆向左转车道的交通安全风险、加快优先车辆的运行速度、减少机动车相位的绿灯浪费为目标，设计5组逻辑规则，构成信号控制算法，向优先车辆提供绿灯延长和绿灯早启服务，自动调整机动车相位的绿灯时长、预左转相位的红灯时长和绿灯时长。选取1个典型的十字形常规交叉口和1个十字形逆向左转交叉口作为试验对象，利用Vissim创建虚拟道路交通环境。在交通仿真试验中，通过D-最优设计生成1 000个高负荷交通需求场景，共进行3 000次仿真运行。研究结果表明：就应用全感应信号控制技术的交叉口而言，设置逆向左转车道会在统计学意义上显著影响交叉口性能，对于降低全体车辆平均延误有明显效果，对于降低优先车辆平均延误有一定效果；就逆向左转交叉口而言，将全感应信号控制技术升级成全感应公交优先信号控...     

基于设置直行待行区的平面信号交叉口交通改善研究

针对道路平面交叉口的拥堵现状,结合交叉口常用的渠化设计方法,采用直行待行区的方法来组织交叉口的机动车辆,解决交叉口拥堵问题。以实际的直行待行区为例,分析其设计过程,并结合Vissim分析对比交叉口设置直行待行区前后交通运行参数指标。结果表明:合理设置机动车直行待行区可以缩短周期时长,减小平均延误,提高进口车道的资源利用率。     

涡轮式2相位平面交叉口设计研究

提出在可用面积较大的交叉口运用涡旋式交通组织方案。通过将左转车道移至交叉口进口道外侧和二次停车的方式,改变左转机动车在交叉口实现转向的位置,使其转化为另1个方向的直行机动车,减少左转机动车在交叉口产生冲突点,从而提高交叉口通行能力并减少延误。对交叉口涡轮式交通组织原理进行了介绍,并通过实例分析对比了进行涡轮式交通组织方案改造前后的交通效益指标。结果表明,运用涡轮式交叉口设计后,交叉口通行能力得到大大提高,车均延误明显减少。     

基于实测数据的出口车道左转交叉口饱和流率修正

为了准确计算出口车道左转交叉口的通行效率,基于实测数据,对该类型交叉口饱和流率进行了研究。研究调查了邯郸市的3个设置有出口道左转的交叉口和1个具有相似规模的常规交叉口,并根据左转车道位置,将调查数据分为5组,包括出口车道左转交叉口的进口左转车道、2条出口左转车道、预信号处左转车道以及常规交叉口进口左转车道。通过将各组出口车道左转交叉口饱和流率与常规交叉口进行对比,证实了出口车道左转这种控制方法对交叉口主停车线和预停车线饱和流率均存在显著影响。在此基础上,考虑车辆滞留、驾驶员非正常驾驶行为、车道利用率、多左转车道和有效绿灯时间等因素,运用概率论及数理统计,分别对主、预停车线建立了出口车道左转控制对车道饱和流率的修正模型。并将模型计算结果与实际调查结果进行比较,对模型进行了检验,主、预停车线处饱和流率估算平均误差分别为1.6%和1.5%。研究表明,出口车道左转控制方法虽然能提高交叉口整体通行能力,但对饱和流率会造成一定负面影响,降低预停车线处和主停车线处车道饱和流率分别为19.4%和23.1%。预停车线处主要影响因素是驾驶员非正常驾驶,主停车线处主要影响因素是车道利用和多左转相互干扰。     

城市交叉口逆向可变车道设置研究

针对城市交叉口存在的早晚高峰段交通流分布不均衡现象,为避免道路资源的浪费,提出在交叉口进口道设置逆向可变车道,利用信号灯的相位控制逆向可变车道的开闭,以缓解交通拥堵。并以淄博市张店区某一交叉口为研究对象,结合已有理论对逆向可变车道的长度、开闭时间及附属设施进行研究,具体阐述逆向可变车道的设置方法。基于Vissim仿真技术结果表明:设置逆向可变车道后该交叉口左转车辆的延误时间减少了34.2%,最大排队长度减少了41.5%,一个信号周期内通过的车辆数增加了67.6%。     

基于动态信号配时的非线性规划模型

为提高整个路网的通行效用,根据周期时长、相位绿信比与机动车延误特征,建立周期波动动态信号配时的非线性规划模型.信号控制系统根据路网中各路段机动车的流量特征,进行动态调整信号周期时长和各相位绿信比的最优配置,从而合理分配各进口车道的通行权.结果表明:运用动态信号配时法和固定信号配时法交通分配的结果基本一致,运用动态信号配时法与固定信号配时法相比,动态信号配时法使机动车在十字交叉口上效用提高10％左右,在T型交叉口上效用提高30％左右,较好地适应各种交通状态的变化.在非机动车交通量较小的交叉口,动态信号配时有利于非机动车通行效用的提高;而在交通量较大的交叉口上,动态信号配时对非机动车的通行效用有较小量的波动.     

一种新式的交叉口左转待行区信号控制方法

针对信号交叉口许可相位运行期间直行车与左转车交通冲突严重、通行效率低下的问题，提出一种针对许可相位的新式左转待转区设计方法，设计该组织模式下的信号相位方案并分析了设置左转待转区前后的交通冲突情况。建立新式左转待转区设置后的延误模型，以车均延误最小为优化目标，建立改进后交叉口信号控制参数优化模型，并给出求解算法。以哈尔滨市融江路-群力第六大道交叉口为例，VISSIM仿真表明：尽管提出的方法对次要道路中左转车的延误和停车率不利，但总的车均延误在下降，特别是主路相位延误下降更明显，说明所提方法可行、有效。进一步分析交通流量规模、左转车比例和左转待转区容量等因素对设置左转待转区前后次要道路车均延误的影响，结果表明：当每方向左转待转区容量固定不变时，红灯期间到达的左转车辆数越多，所提方法适用的次要道路交通流量临界点越高，且随着次要道路交通流量的增加，所提方法适用的临界左转比例在下降；在相同交通条件下，每个方向左转待转区容量越大，车均延误就越小，说明每个方向左转待转区容量越大，所提方法的效果越明显。该方法有助于改善含许可相位的信号交叉口交通安全和通行效率。     

机动车左弯待转区设置的临界条件

为寻求左弯待转区的设置依据,分析了交叉口的几何形状,给出了设置左弯待转区的几何临界条件;利用累计曲线和交通波理论建立了左转车排队位置模型,如果交叉口的渠化方案和信号配时方案保持不变,应用排队位置模型可以得出在排队长度约束下的临界流量和极限流量;如果左转车的到达率一定时间段是稳定不变的,可以得到设置左弯待转区的左转相位最短绿灯时间和最长红灯时间.研究成果可为左弯待转区的设置提供理论依据.     

倒计时信号灯对交叉口交通安全影响研究

针对倒计时装置对信号交叉口交通安全的影响进了研究。采集了9个信号交叉口共计13个进口道的相关数据,以红黄灯时段车辆通过停车线情况及交通冲突数作为替代安全评价指标,对比设置及未设置信号倒计时装置的交叉口进口道数据,量化了信号倒计时装置对城市信号交叉口交通安全的影响。结果表明,在交叉口直行和左转2个方向上,受到信号倒计时装置影响,车辆在交叉口进口道处的冒险通行频次以及交通冲突数均有显著提升,对交叉口交通安全水平存在负面影响,建议在工程应用中谨慎使用信号倒计时装置。      

蝴蝶领结型交叉口交通组织与几何参数计算

为消除平面交叉口左转交通对交叉口的瓶颈作用，采用蝴蝶领结型交叉口交通组织方式，禁止交叉口车辆左转，将左转车流引至次要道路的环岛处进行掉头，将左转车流变成直行车流，并根据车速、道路和交通条件推导了掉头环岛与交叉口的距离、半径和车道宽度的计算模型。经过蝴蝶领结型交叉口交通组织以后，使交叉口的车辆禁止向左行驶，促使冲突点减少且信号控制只需两个相位，能够将交叉口信号灯的利用率提升，对交叉口运行效率具有显著提升效果。     

人机混驾环境下无信号交叉口自动驾驶汽车左转运动规划研究

为了使自动驾驶汽车在人机混驾环境下能安全、高效地左转通过无信号交叉口，在借鉴人类驾驶人左转时会对周围车辆驾驶意图进行提前预判的基础上，提出了一种基于周围车辆驾驶意图预测的自动驾驶汽车左转运动规划模型。首先将无信号交叉口处周围车辆的驾驶意图分为左转、右转、直行3种类型，利用相关向量机预测周围车辆驾驶意图，以概率形式输出意图预测结果并实时更新，进一步界定自动驾驶汽车与周围车辆的潜在冲突区域并判断是否存在时空冲突；接着，在充分考虑他车速度、航向及车辆到达冲突区域边界距离的基础上建立基于部分可观测马尔可夫决策过程的自动驾驶汽车左转运动规划模型，生成一系列期望加速度；最后，基于Prescan-Simulink联合仿真平台搭建无信号交叉口仿真场景，对所提左转运动规划方法进行仿真验证，将基于博弈论的运动规划方法、基于人工势场理论的运动规划方法与所提出的方法进行比较，并选取行进比例达到1所用的时间和碰撞次数作为评价指标。研究结果表明：基于相关向量机的驾驶意图预测方法可在自动驾驶汽车到达交叉口之前准确预测出他车驾驶意图；基于部分可观测马尔可夫决策过程的左转运动规划方法能够通过速度调整策略实现人机混驾环境下自动驾驶汽车与周围车辆在无信号交叉口处的交互；不同算法对比效果表明，所提左转运动规划方法在自动驾驶汽车与不同数量周围车辆交互的仿真场景下均可有效避免碰撞事故发生并提高自动驾驶汽车左转通过无信号交叉口的效率。     

全设置连续流交叉口信号配时及延误模型

为了解决连续流交叉口车辆多次停车问题，提出了各流向车辆在所遇第2条停车线处不用停车的优化控制策略。通过协调主预信号配时，调整信号控制相位相序方案，促使车辆直接通过所遇第2条停车线，使得左转车辆停车次数由3次减少到2次或者1次，直行车辆停车次数由2次减少到1次。分析各流向车辆到达-驶离图式，构建左转车流在所遇第3条停车线处的延误计算模型，结合Webster经典模型，给出连续流交叉口整体延误计算模型，其计算结果与VISSIM仿真结果基本一致。推导给出车辆不二次停车、车车不冲突以及连续流交叉口自身交通组织等因素所需满足的约束条件，以交叉口车均延误最小化为优化目标，构建连续流交叉口主预信号协调配时优化控制模型，并设计了4种交通场景以验证不同情况下的效益改善情况。研究结果表明：通过信号协调减少1次停车，能够降低50%以上的车均延误和车均停车次数；根据各转向交通量所占比例选择合适的车道分配方案有助于提升连续流交叉口通行效率；在2种策略下交叉口车均停车次数分别为0.88~1.05、0.59~0.77，与已有控制策略约2次车均停车次数相比，明显降低了连续流交叉口车辆停车次数。研究成果可为连续流交叉口控制提供新的视角，对交叉口通行效率的提升效果也更加显著。     

动态出口左转车道控制优化研究

动态出口左转车道（EFL）设计现已应用于多个城市道路交叉口。为解决该类交叉口在实际运行过程中存在的车流量在各个车道分布不均衡,逆流车道在某些时段使用率不高等问题,对现有的EFL设计及交通控制方案进行改进。研究1种非常规的EFL设计以及动态出口车道灵活配置的方法,并对改进后动态出口左转车道的长度进行优化。基于此,研究驱动信号控制策略,建立非常规EFL设计下的延误计算模型。运用Matlab对常规、改进前、改进后这3种情况下的交叉口信号控制方案进行了对比分析。结果表明:当左转流量为400辆/h时常规交叉口最佳信号周期为130 s,同周期下改进后与常规、改进前的交叉口相比车均延误下降比例分别为39.68%和29.48%;当左转流量为500辆/h时常规交叉口最佳周期为174 s,同周期下改进后较常规、改进前的交叉口车均延误下降比例分别为12.90%和12.02%。      

基于竞争循环双Q网络的自适应交通信号控制

为了更加有效且可靠地自适应协调交通流量,以减少车辆的停车等待时间为目标,提出了3DRQN(Dueling Double Deep Recurrent Q Network)算法对交通信号进行控制。算法基于深度Q网络,利用竞争架构、双Q网络和目标网络提高算法的学习性能;引入了LSTM网络编码历史状态信息,减少算法对当前时刻状态信息的依赖,使算法具有更强的鲁棒性。同时,针对实际应用中定位精度不高、车辆等待时间难以获取等问题,设计了低分辨率的状态空间和基于车流压力的奖励函数。基于SUMO建立交叉口的交通流模型,使用湖北省赤壁市交叉口收集的车流数据进行测试,并与韦伯斯特固定配时的策略、全感应式的信号控制策略和基于3DQN(Dueling Double Deep Q Network)的自适应控制策略进行比较。结果表明:所提出的3DRQN算法相较上述3种方法的车辆平均等待时间减少了25%以上。同时,在不同车流量及左转比例的场景中,随着左转比例和车流量的增大,3DRQN算法的车辆平均等待时间会有明显上升,但仍能保持较好效果,在车流量为1 800 pcu·h^-1、左转比例为50%的场景下,3DRQN算法的车辆平均等待时间相比3DQN算法减少约15%,相比感应式方法减少约24%,相比固定时长的方法减少约33%。在车流激增、道路通行受限、传感器失效等特殊场景下,该算法具有良好的适应性,即使在传感器50%失效的极端场景下,也优于固定时长的策略10%以上。表明3DRQN算法具有良好的控制效果,能有效减少车辆的停车等待时间,且具有较好的鲁棒性。     

环形交叉口待行区设置与信号控制方法

为解决环形交叉口左转通行能力不足的问题，提出一种借助内侧环道与外侧环道设置左转待行区和直行待行区，并建立环道交通信号与进口道交通信号协调控制的环形交叉口信号控制方法。在饱和度等约束条件下，基于进口道停车线和环道停车线后不同的交通状态建立相应的延误计算模型，以延误最小为优化目标建立信号控制参数优化模型。案例分析表明：当左转交通量低于左转二次停车控制法适用的左转临界值时，所提出方法的延误较高；而当左转交通量高于该临界值时，左转二次停车控制法的延误快速上升并高于所提出方法的延误，且将导致环道锁死，而采用该方法仍能稳定运行，验证了提出方法的有效性。进一步分析进口交通量、不同类型环道数量和环岛半径等差异对所提出方法控制效益的影响，结果表明：随着环形交叉口进口交通量增大，该方法适用的临界左转比例随之降低；当进口交通量的左转比例低于临界左转比例时，交叉口处于非饱和状态且延误低；反之，交叉口处于过饱和状态且延误高。当左转交通量高于450 veh·h^-1时，增加左转环道有利于降低车均延误；而当直行交通量高于1 150 veh·h^-1时，增加直行环道效果更佳。当进口交通量小于800 veh·h^-1时，环岛半径对交叉口延误影响不大；而一旦进口交通量高于800 veh·h^-1后，环岛半径对车均延误的影响随进口交通量的增长愈加显著，环岛半径越大，交叉口车均延误就越高。