逆向可变车道动态切换及信号控制优化方法

为弥补逆向可变车道切换控制方法判断条件较为单一,且配套的信号控制方法难以适应交通流动态变化的不足,提出逆向可变车道动态启停切换及交通信号优化控制方法.根据交叉口流向饱和度、车道切换效益与车道切换时间间隔等指标获取逆向可变车道动态切换控制决策,实现逆向可变车道的动态开启和关闭;同时,利用检测器获取车辆到达率、车道饱和流率与剩余排队车辆数等实时交通流数据,根据车流到达驶离图示推导交叉口车均延误计算公式.引入左转车道释放流率系数,修正左转车道释放流率,改进了交叉口延误计算公式,构建以延误最小为目标的交叉口信号配时动态优化模型.最后,以武汉市古田四路-长丰大道交叉口为对象开展了仿真实验,结果表明:相比于定时切换控制方式,动态切换控制与信号配时动态优化方式下的逆向可变车道交叉口车均延误减少6.7%~14.9%,含有逆向可变车道进口方向的左转车均延误减少7.6%~15.6%,平均排队长度减少6.4%~21.9%,验证了动态控制方法提升交叉口运行效率的有效性.      

含可变导向车道交叉口的车道功能与信号控制协同优化方法

可变导向车道作为1种灵活的交通组织方式,可通过动态调整进口道的车道功能来提高交叉口的通行效率,然而在实际运行过程中,仅在直、左车道间切换的可变导向车道交叉口存在时空资源利用率不足的问题。为此研究了1种可在直行、左转和直左合用车道间切换的车道功能与信号控制协同优化方法。根据交叉口实时的交通流数据,综合考虑不同车道功能下的交叉口车均延误、切换时间间隔、交通需求变化稳定性等指标对车道功能切换进行判断,实现车道功能与信号控制的动态优化;引入含可变导向车道交叉口的车道驶离流率修正系数改进延误公式,并考虑车道功能与信号相位之间的关系,基于相位矩阵建立以车均延误最小为目标的优化模型,确定最优的车道功能、相位和信号配时方案。利用VISSIM软件搭建仿真环境,以武汉市建设大道-新华路交叉口为例进行仿真验证,实验结果表明：相比于车道功能仅在直、左间切换的定时控制方法,采用在直行、左转和直左合用车道间切换的车道功能与信号控制协同优化方法的交叉口车均延误减少9.2%～12.5%,含有可变导向车道的进口道车均延误减少10.8%～25%,平均排队长度减少9.8%～12.3%。     

双开口式逆流左转车道几何设计及信号配时优化

为解决单开口式（即仅有1个预信号开口）逆流左转车道（即通过预信号控制动态借用的出口车道）的长度与左转交通需求匹配效果不佳的问题,通过对单开口式逆流左转车道的设计进行分析,提出1种双开口式（即设置2个预信号开口）逆流左转车道的设计及控制方法。结合逆流左转车道的车辆运行规则,分析单开口式、双开口式逆流左转车道上车辆排队行为特征差异,构建逆流左转车道通行能力计算模型和延误计算模型。考虑主预信号协调控制、饱和度、交通波传递等约束条件,以车均延误最小为优化目标,采用0-1变量表示各个预信号开口是否启用,将常规设计、单开口式、双开口式信号配时整合到1个统一的混合整数非线性规划优化模型中,并给出逆流左转车道长度的设计依据。通过案例分析发现:①在逆流左转车道长度为80 m时,交叉口通行能力提升幅度最大;②当通行能力满足需求时,逆流左转车道长度越短,交叉口延误降低越明显;③若为保证通行能力而采用较长的逆流左转车道时,双开口式逆流左转车道通行效率优于单开口式;④综合考虑延误、通行能力等因素,单开口式逆流左转车道长度宜设置为40~60 m,而双开口式宜设置为80 m左右;⑤双开口式逆流左转车道可根据需要选择是否启用每个预信号开口,应用较为灵活,适用于各种流量场景。      

排阵式交叉口几何设计与信号控制协同鲁棒优化

针对排阵式交叉口在实际交通波动环境中存在车辆滞留排序区,运行效率稳定性难以保障的问题,提出了鲁棒优化方法,平衡交叉口运行的效率和稳定性。在分析排阵式交叉口运行特性的基础上,指出了其运行效率波动性与交叉口几何设计、信号控制、交通需求、饱和流率和运行车速这5个因素有关。确定了将交通需求、饱和流率和运行车速这3个客观波动因素作为模型的输入参数,将几何设计和信号控制这2个可受设计人员控制的要素作为模型的优化控制变量进行协同优化的模型框架。在此基础上,以交叉口车均延误条件风险值最小为目标,考虑了各流向车道数、信号相位相序、排序区车辆清空等方面的约束条件,构建了基于情景的鲁棒优化模型,并建立了遗传算法对模型进行求解。通过案例分析,对鲁棒优化模型的置信水平取值和算法准确性进行了分析,证明了算法可以使目标函数收敛到最小值,并基于蒙特卡洛模拟对优化效益进行了检验。研究发现,所建立的几何设计与信号控制协同鲁棒优化模型可实现在交通需求和供给的波动下,对排阵式交叉口的车道功能、排序区长度以及主、预信号控制进行协同优化。相较于确定性的设计方法,在平均延误层面基本维持原有水平,但对延误标准差和最大值有着较为明显的改善,案例中分别减少了48%和23%。     

平行流交叉口延误计算及信号配时鲁棒优化模型

为解决平行流交叉口在实际应用中因交通波动导致主预信号协调效果不佳、移位左转车道上车辆排队溢出等问题,研究了基于情景的鲁棒优化控制方法。通过解析平行流交叉口交通运行机理,确定了交通需求、饱和流率和运行车速的随机波动会影响其运行稳定性,以此关联时变交通供给与平行流交叉口控制的耦合特征。进而构建了车均延误平均值-标准差目标函数,利用权重系数直观反映决策者对通行效率和稳定性偏好程度。在此基础上,考虑主预信号协调控制、车道功能划分、车道清空等约束条件,建立了平行流交叉口鲁棒优化模型。结合移位左转车道上车辆运行规则,基于车辆到达-驶离图式推导给出延误计算模型。研究结果表明：延误模型仿真验证中,左转和直行车均延误相对误差绝对值的平均值不超过3%,且最大值不超过6%,拟合效果较好。案例分析中,鲁棒优化相对于确定性优化,在延误均值仅增加2.24%的情况下,延误标准差降低了21.23%,说明鲁棒优化在几乎不损失交叉口通行效率的前提下,提高了平行流交叉口运行稳定性,使信号控制更符合实际交通运行需要。敏感性分析中,目标函数值随移位左转车道长度、设计速度的增加呈先减后增的变化趋势,故设计阶段移位左转车道长度的取...     

基于混行跟驰仿真的CAV专用进口道动态设置方法

信号交叉口是影响交通系统运行安全和效率的关键。在国家新基建战略的提出以及车路协同技术不断发展的环境下,合理设置网联自动驾驶车辆(Connected and Autonomous Vehicle,CAV)专用进口道,对信号交叉口进口道处不同网联类型的车辆进行科学的交通组织,能够提高交叉口的通行能力,降低行车延误,促进城市交通系统效率与安全的双提升。建立协同自适应巡航控制(Cooperative Adaptive Cruise Control,CACC)车辆跟驰模型和GM (General Motor)模型分别描述混行环境下网联车辆与非网联车的跟驰行为,以提高进口道通行能力、降低延误和油耗为优化目标,采取敏感度分析方法,提出不同CAV比例、进口道车道数、交通量和信号配时方案组合情况下CAV专用进口道的动态设置条件,适用于不同交通状况的信号交叉口,具有较强的普适性。数值仿真结果表明：采用该方法设置CAV专用进口道能够提高混行信号交叉口的通行能力、降低延误和车均油耗;在实际应用时,可视交叉口类型和交通智能化程度灵活选取CAV专用进口道设置方式,为混行交通流环境下交叉口进口道的交通组织优化提供理论依据和模型支持,对车路协同系统的相关研究具有参考意义。     

考虑可变导向车道的干线交叉口协调控制方法

为降低包含可变导向车道的干线车均延误与排队长度,提出一种考虑可变导向车道的干线交通信号协调控制方法.以直行和左转方向交通流饱和度为判别标准,对可变导向车道行车方向是否切换进行判断;基于车道行车方向切换对干线交通流造成的影响,对HCM模型中的通行能力、均匀延误修正系数等参数进行修正,建立考虑可变导向车道的干线协调控制信号配时优化模型.以武汉市青年路3个交叉口为例,利用Vissim软件进行仿真实验,结果表明,相比于现状情况下的单点信号配时方案,模型能够有效降低干线车均延误与排队长度,可变导向车道所在的信号交叉口进口道优化效果最为明显,车均延误减少16.87%,直行和左转方向排队长度分别降低17.95% 和23.24%,证明模型对包含可变导向车道的干线协调控制交叉口运行具有积极影响.      

一种改进的移位左转车道信号控制方法及其效用分析

针对交叉口传统移位左转交通组织存在的交通冲突与通行效率问题，提出了一种改进的移位左转车道设置方法，并分析改进前、后的交通冲突状况。综合考虑行人与非机动车的过街需求，分析路段左转信号与交叉口主信号之间的协调控制关系，设计改进的移位左转交叉口相位方案，建立移位左转交叉口设计要点计算模型，包括移位左转车道长度、路段左转变道段长度、路段左转车储存段长度。假设车辆到达服从泊松分布，推导并建立改进的移位左转交叉口各相位的延误计算模型。以车均延误最小为目标，构建改进的移位左转交叉口信号控制参数优化模型，采用穷举法给出其求解算法。从左转交通量、移位左转车道长度、交叉方向右转车辆比重3个方面分析改进方法的适用条件，并借助VISSIM仿真，使用在哈尔滨市交叉口收集的数据验证改进方法的效用。研究结果表明：当移位左转车道长度为100 m左右时，该交通组织方式可以发挥最大效益；改进的移位左转交通组织较改进前交叉口车均延误下降了16.1%，验证了所提改进方法的有效性；当左转交通量小于400 pcu·h^-1，交叉方向右转交通量比重大于25%时，采用改进的移位左转方法，交叉口的通行效率改善更加显著。研究成果可为移位左转车道的设置及信号配时提供依据。     

信号交叉口掉头车道通行能力研究

为丰富城市道路通行能力理论,在对重庆市学府大道六公里等4个路口进行调查的基础上,分析了信号交叉口掉头车道的交通流运行特性;探讨了饱和流率、车道宽度与转弯半径对掉头车道通行能力的影响;重点从通行能力的基本原理入手,研究了车辆饱和车头时距,并按车头时距的差异,将掉头车道的车辆分为两类,建立了其通行能力表征模型;最后利用VISSIM仿真平台对所建模型进行了验证,结果表明仿真值与模型计算值的相对误差在6.5%以内。     

对称两向平行流交叉口信号配时优化控制研究

为解决传统常规道路交叉口中因设置有左转专用相位导致主路通行效率下降的问题，提出了一种对称两向的平行流交叉口设计方案。通过分析对称两向平行流交叉口的车辆运行规则，制定信号控制相位方案，以交叉口车均延误最小化为目标建立信号配时优化模型。根据各转向车辆到达-驶离图式，推导了对称两向平行流交叉口延误计算模型，并通过VISSIM仿真进行验证。仿真结果表明，当两者车均延误相对误差绝对值的最大值不超过5%时，模型拟合效果较好。应用案例分析发现，对称两向平行流交叉口相对于常规交叉口能够降低30%以上的车均延误，同时在对称两向平行流交叉口设计中，将移位左转车道设置在主路的通行效率要优于支路。     

T型交叉口移位左转几何设计及信号配时优化

为降低T型交叉口中左转和直行冲突对通行效率的影响,通过分析T型交叉口移位左转设计车辆运行规则,协调主预信号配时,制定信号控制相位方案,以避免车辆二次停车,提出了T型交叉口移位左转几何设计方法,包括平行流交叉口和连续流交叉口2种移位左转设计。以T型交叉口车均延误最小化作为优化目标,建立T型交叉口移位左转设计信号配时优化模型,并进行案例分析。结果表明：1)相对于常规设计,采用移位左转设计能降低20%～40%的车均延误,有效提升了T型交叉口通行效率;2)对比平行流交叉口和连续流交叉口2种移位左转设计,当主路左转交通流量较大时,宜采用连续流交叉口设计,当支路左转交通流量较大时,宜采用平行流交叉口设计。     

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。     

临界饱和状态交通干线协调控制模型

为提升临界饱和状态下干线车流通行效率，提出了一种基于冲击波理论的干线双向信号协调控制方法。首先，建立了考虑车速变化、转向比例、车道变化等因素的干线交通流模型，分析了临界饱和交通干线交通流运行状态与各参数间的关系。第二，构建了以干线双向通过量最大化为优化目标的混合整数线性规划模型，通过优化干线公共周期和各交叉口绿信比以提高干线通行能力。第三，构建了以延误最小化为优化目标的二次规划模型，并提出了相应的求解算法，通过优化相位差和相位方案实现了干线交叉口的信号协调。临界饱和交通干线协调控制模型由通过量最大化模型和延误最小化模型构成，考虑各交叉口间的制约影响关系，有效避免了排队滞留、溢出、交叉口“死锁”等现象。采用两阶段优化方法，通过通过量最大化模型优化周期及绿信比，继而应用延误最小化模型优化交叉口相位方案及相位差，获得干线系统双向信号协调最优控制方案。最后，应用临界饱和交通状态干线协调控制模型对南京市中山东路10个交叉口进行了信号协调优化，并对优化结果进行了仿真分析。结果表明：临界饱和交通状态干线协调控制模型能对双向临界饱和干线的信号控制方案进行优化，与对照方案相比，优化方案的双向总交通量提升了21.9%，车均延误降低了63.1%，通行能力与服务水平提升显著。     

车辆提前掉头几何参数设置及阈值流量研究

为提高城市道路车辆掉头安全与通行效率,以传统四相位信号控制交叉口为研究对象,提出路段提前掉头设置条件与方法.同时以车辆通行安全和效率为目标,构建了车辆提前掉头开口位置与上下游交叉口距离的判别模型、掉头车流排队长度以及掉头开口大小等关键几何参数设置模型,提出了路段提前掉头车均延误计算方法,并和交叉口掉头方案相比较,得出设...     

综合待行区对交叉口通行能力及延误影响的研究

综合待行区的设置对于交叉口空间资源的有效利用、通行能力的提高和延误的减少具有重要作用。在讨论综合待行区设置条件的基础上,分析综合待行区的设置对信号灯交叉口通行能力及延误的影响。以某双向8车道信号交叉口为例展开研究,并应用VISSIM软件对改善效果进行仿真验证。仿真结果表明:设置待行区域后,交叉口通行能力有显著提升,且平均延误也有所降低。     

交叉口直行待行区设置研究

在交叉路口极其复杂的交通流运行状态的情形下,结合待行区设置的基本条件,深入研究有无直行待行区通行能力模型和延误模型的异同。分析了设置直行待行区前后绿灯间隔时间和有效绿灯时间等信号控制参数变化的情况,并精确运用数学公式推导出通行能力的增加值以及延误时间的减少值。最后结合实例交叉口,并通过仿真进行交通运行效率分析,结果表明:一般在流量比或饱和度比较大的情况下设置直行待行区,充分利用路口的空间闲置区域部分,提高直行车道的利用率,最大限度达到时间和空间的相互转换的目的,从而不仅提高直行车道的通行能力,降低车均延误时间,而且还在一定程度上提高交叉口的通行能力,减少了整个路口的延误,验证了模型的正确性和适用性。     

城市信号交叉口左转待行区设置及效益评价研究

目前,左转待行区已经在很多城市得到推广。介绍左转待行区设置的一般步骤,结合交叉口几何条件、左转车流、直行车流分析左转待行区设置的量化条件,根据最短绿灯间隔计算左转待行区长度的临界值,选取通行能力、停车延误、停车次数等参数来评价左转待行区设置对交通效益的影响,并结合南京市新建交叉口实测数据进行分析。结果表明：南京市汉中路-虎踞南路交叉口满足左转待行区设置条件,在不改变其他条件的前提下,较之左转待行区使用前通行能力大幅增加,车均延误略有降低,停车次数有所增加。因此,在满足设置条件的前提下,设置左转待行区能够有效提高交叉口行车效率,改善运行环境。     

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。     

平行流交叉口设计方法研究及通行效益分析

为解决常规交叉口左转和直行冲突问题,提出了一种创新设计的平行流交叉口,探讨了其信号配时方案及VISSIM仿真研究方法,给出了临界车流、主预信号协调、移位左转车道长度、预信号交叉口长度等信号配时依据,并比较了平行流交叉口和常规交叉口的通行效益。仿真结果表明,平行流交叉口能够提升交叉口通行效益,在低、中、高3种流量场景下,相对于常规交叉口,车均延误分别降低了45.63%、57.42%、75.55%,车均停车次数分别降低了7.5%、11.49%、48.10%,且当常规交叉口处于过饱和状态时,采用平行流交叉口效益更优。     

设置导流岛的信号交叉口运行效果评价

为了评价设置导流岛的信号交叉口运行效果,选取通行能力和延误作为评价指标,结合仿真与评价技术开展研究.通过仿真对比分析信号交叉口设置导流岛前后通行能力表明:行人和自行车交通量及右转车道长度对导流岛交通疏导效果影响很大.在行人和自行车交通量较小、短右转车道情况下带导流岛的信号交叉口右转通行能力较高.采用IQA方法计算设置导流岛前后延误表明:大部分情况下带导流岛的信号交叉口机动车运行延误较小,只有在交通量很大的情况下,延误有增大趋势.可见,在行人和自行车交通量较小、右转车道长度较短的交叉口设置导流岛能提高通行能力,减小交叉口延误.