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。     

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。      

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...     

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。     

出口车道左转交叉口几何及信号组合优化模型

为了进一步提高出口车道左转这种非常规交叉口的运行水平,提出了一种基于组合设计的优化方法。优化模型以储备通行能力最大作为优化目标,考虑交通流量、车道功能划分、主信号控制、预信号控制、综合功能区长度以及饱和度等约束条件,描述了优化参数间的相互关系,建立了混合整数非线性规划模型。该模型将交叉口几何布置与信号控制的关键参数整合在一个统一的优化框架中,以保障设计结果最优。通过将模型转化为一系列混合整数线性规划,采用分支定界法对其进行求解,进而通过算例和敏感性分析验证出口车道左转交叉口的优化效益。研究结果表明:利用出口车道左转的设计方法不仅可在饱和度较大的情况下显著提升交叉口通行能力,使原本处于过饱和状态的交叉口变为不饱和;而且在低流量水平下,也有助于减少交叉口延误和排队长度,算例中分别降低1.2%和5.1%;并且优化效益随左转交通量比例以及使用该设计方法岔口数的增加而增加,左转交通量比例每增加5%,该设计方法计算的通行能力将增加1%~5%,平均每增加1个岔口的使用,可使交叉口通行能力提高6.1%。     

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%。      

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.      

交通组成对信号交叉口饱和流率影响研究

信号交叉口处车辆折算系数取值是否合理直接影响到信号交叉口计算通行能力的精确与否。以往的研究认为直行过程、左转过程和右转过程的车辆折算系数相同,忽略了车型和车辆运动之间的联系。针对北京市典型信号交叉口,对不同功能车道的车辆饱和车头时距进行观测。利用车头时距法对不同功能车道的车辆折算系数进行了研究,得出适用于我国现阶段道路交通条件下交通组成对饱和流率影响的修正系数模型。     

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。     

交叉口移位左转设置方法研究及仿真分析

左转交通流在城市道路交叉口处产生的冲突点最多,合理组织左转交通流能够有效提高交叉口的通行效率.结合交叉口现实情况,提出移位左转放行方法,该方法将左转车道转移至对向车道,实现相对方向直行和左转车辆同时放行,消除交叉口左转产生的交通冲突、减少信号相位数、提高绿信比,从而提高直行车辆乃至整个交叉口的通行效率.针对此方法设计了移位左转交叉口的几何物理模型,进一步提出了一种联动控制算法来判定该方法的适用条件;阐述了该方式下慢行交通组织方法;并通过Vissim微观仿真对满足适用移位左转条件的实例交叉口进行了对比验证.仿真结果表明,设置移位左转后,该实例交叉口主信号总车均延误比现状交叉口主信号总车均延误减小了24.53s,交叉口通行效率得到提高.      

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%。     

信号交叉口拓宽专用双左转车道通行能力研究

在北京市3个信号交叉口拓宽双左转车道交通流数据调查的基础上,应用数理统计学方法对拓宽条件下专用双左转车道的交通运行特性和释放流率进行了研究.发现拓宽专用双左转交通流释放流率呈现出明显的两阶段特性,结合该特性给出了通行能力计算模型,最后采用仿真的方法对模型进行了验证.结果表明:通过与HCM提出的方法对比发现,文中提出的模型更能合理的计算拓宽条件下专用双左转车道的通行能力.      

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.      

信号交叉口专用双左转车道交通特性分析

结合北京市典型信号控制交叉口实际情况,现场调查高峰时段7个保护相位下专用双左转车道的车头时距、周期流量、大型车比例等数据,对双左转车道使用特性和调头车辆影响特性进行分析。结果表明,左转车辆的内、外侧车道利用率为50%,大型客车倾向于选择外侧左转车道行驶,给出双左转饱和流率的范围为1587～1818pcu/h/ln,平均值为1665pcu/h/ln,并且得到内、外侧左转饱和车头时距均值无显著性差异的结论。考虑到内侧车道特有的调头行为对左转车辆运行的影响,用数学方法确定了调头行为带来影响的范围,给出左转调头车辆相对于左转标准小型车的当量值为1.39。     

基于概率模型的具有短车道的信号交叉口进口道通行能力研究

分析了短车道效应对进口道拓宽车道通行能力的影响,基于交通流理论和概率论,提出了考虑短车道排队阻塞情况下的信号交叉口进口道通行能力计算模型.该模型根据进口道中3种转向车流的比例、短车道几何特征以及信号周期计算一个信号周期中两种不同短车效应的发生概率,并计算各自情况下的进口道通行能力.进一步探讨了该模型中转弯车辆比例、短车道长度、信号周期长度、绿信比的变化对通行能力的影响.研究发现短车道对通行能力的主要影响因素包括左转车比例、短车道长度和绿信比,且当左转车比例在50％左右时,增加短车道长度能显著提高通行能力.此外,使用西安和上海的实测数据对本模型和HCM2000通行能力模型进行验证和对比,本模型的计算结果比HCM2000模型更加精确,误差小于200 pcu/h.     

基于公交优先通行的交叉口预信号设置方法研究

在信号交叉口设置双停车线配上预信号控制是实施公交优先的有效技术措施之一,本文对基于公交优先的预先信号控制下交叉口进口道的布局方法与公交车停靠规则进行了研究,提出了由公交高峰小时到达率、主信号相位红灯时长、进口道数量、以及单个公交车辆所需的停靠长度等来确定主信号停车线与预信号线之间距离的方法,分析了已有文献中关于主信号与预信号配时相互协调关系的不足,并提出了改进的方法。     

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。     

许可相位下饱和流率修正系数研究

为了分析信号相位设置对交叉口交通设计的影响,揭示许可相位条件下交通流的运行规律,以许可相位条件下左转车流对饱和流率的修正系数为研究对象,将许可相位条件下的车道分为3类:左转专用车道、直左共用车道和一般直行车道。采用微观交通仿真软件为研究工具,对各种交通条件下的交通运行特征进行了仿真分析,在大量仿真实验数据的基础上,采用回归分析的方法,得到了许可相位条件下左转车流对饱和流率的修正系数的计算模型。该模型无需事先输入信号配时参数,适宜于交通设计阶段进行信号配时时饱和流率的估算。最后通过若干组数据验证了该模型的有效性。。     

信号交叉口通行能力计算方法的比较分析

详细介绍目前国内外常用的4种计算信号交叉口通行能力的方法(饱和流率模型、城市道路设计规范、停车线法、冲突点法),以一个典型十字型信号交叉口为例,计算该交叉口的通行能力,并将结果与实测通行能力进行比较,探讨最适合我国交通条件和混合交通流特性的通行能力计算方法。初步评价各种方法的优缺点及适用范围,旨在使国内有关信号交叉口通行能力的计算有一个统一的标准。     

移位左转交叉口自适应信号控制方法和模型

为降低交通流波动对移位左转交叉口通行效率与安全的不利影响,运用模型预测控制(MPC)确定移位左转交叉口自适应信号控制方法的基本框架,在此基础上,实时检测交通数据进行短时交通预测,并对累计到达消散理论进行拓展,将交通流划分为随机到达流、车辆到达受预信号影响的约束流以及车辆到达受主信号多流向影响的组合流3种类型,根据上、下游行程时间差对主、预信号间不同车流的到达情况进行推演,提出面向移位左转交叉口的延误估算方法,建立以延误最小为目标的自适应信号配时优化模型.运用Vissim软件进行仿真验证,结果表明,与定时控制相比,文中方法可使移位左转交叉口的车均延误、停车次数、排队长度分别下降31.2%,7.4%,47.8%.