本發(fā)明屬于交通工程和交通信息及控制系統(tǒng)領(lǐng)域，涉及交叉口間信號相位協(xié)調(diào)設(shè)計
技術(shù)領(lǐng)域：
，更具體地說，涉及一種城市主干路禁左及左轉(zhuǎn)保護(hù)相位設(shè)置方法。
背景技術(shù)：
：隨著城市化進(jìn)程的發(fā)展，交通需求呈幾何級數(shù)增長，交通擁堵已成為各大城市的常規(guī)現(xiàn)象，特別是早晚高峰的主干路，排隊(duì)延誤高，通行速度緩慢，沒有體現(xiàn)出主干路快速通達(dá)的作用。為了緩解主干路交通擁堵，交通工程師采用了多種交通組織的方法，而“禁左”已成為最重要的手段之一。交叉口禁左有如下優(yōu)點(diǎn)：①成本小，不涉及土木動工，實(shí)施快捷；②效果顯著，由于禁左后會增加主干路直行交通流的車道數(shù)和綠燈時間，主干路通行能力將大幅增加。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，一方面，針對城市道路禁左的文獻(xiàn)，多為一些定性分析及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，缺少針對主干路多個連續(xù)交叉口的禁左模型及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的研究。另一方面，針對左轉(zhuǎn)保護(hù)相位設(shè)置的定量方法，主要有以下兩種：(1)美國《道路通行能力手冊》(HCM2010)中，設(shè)置左轉(zhuǎn)專用相位的依據(jù)包括：①如果在一個進(jìn)口的左轉(zhuǎn)車道超過一條，就推薦設(shè)置左轉(zhuǎn)相位。②任何一個進(jìn)口的左轉(zhuǎn)車流量超過240veh/h，推薦設(shè)置左轉(zhuǎn)相位。③將左轉(zhuǎn)流量和對向沖突車流量相乘得到Cross-product值，如果此值超過下表中的值，推薦設(shè)置左轉(zhuǎn)相位。表1：建議設(shè)置左轉(zhuǎn)專用相位的Cross-product最小值車道數(shù)量Cross-product值1500002900003110000(2)上海市工程建設(shè)規(guī)范《城市道路平面交叉口規(guī)劃與設(shè)計規(guī)程》DGJ08-96-2001中給出：有左轉(zhuǎn)專用車道時，根據(jù)左轉(zhuǎn)流向設(shè)計交通量計算的左轉(zhuǎn)車每周期平均到達(dá)3輛時，宜用左轉(zhuǎn)保護(hù)相位。可以看出，現(xiàn)有方法在設(shè)置交叉口禁左或左轉(zhuǎn)保護(hù)相位時，主要以當(dāng)前交叉口自身的條件作為切入點(diǎn)，如當(dāng)前交叉口左轉(zhuǎn)車流量、與對向直行車的沖突數(shù)、道路條件和環(huán)境條件等。而缺少從主干路整體層面考慮多個交叉口該如何協(xié)調(diào)禁左和左轉(zhuǎn)保護(hù)相位的設(shè)置。按現(xiàn)有的方法從當(dāng)前交叉口考慮，主干路與主干路屬于大型交叉口，左轉(zhuǎn)交通需求大，需設(shè)置左轉(zhuǎn)保護(hù)相位，且直行相位綠燈相應(yīng)減少，極易形成主干路的擁堵點(diǎn)。因此，出現(xiàn)了馬路越來越寬，交叉口越做越大，而交通擁堵越來越嚴(yán)重的情況。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：技術(shù)問題：針對現(xiàn)有禁左或設(shè)置左轉(zhuǎn)保護(hù)相位僅考慮當(dāng)前交叉口的不足，本發(fā)明的目的是提供一種城市主干路禁左及左轉(zhuǎn)保護(hù)相位的設(shè)置方法，從主干路多個交叉口整體層面考慮不同飽和度(流量)條件下的最佳禁左和左轉(zhuǎn)保護(hù)相位的設(shè)置地點(diǎn)，提高主干路通行能力，降低主干路通行延誤。技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的城市主干路禁左及左轉(zhuǎn)保護(hù)相位的設(shè)置方法，包括如下步驟：步驟1：確定主干路研究區(qū)段包含的交叉口數(shù)量n，采集各交叉口各相位的現(xiàn)狀交通流量，車道數(shù)，信號周期時長C,各交叉口四個進(jìn)口道按逆時針方向以a,b,c,d進(jìn)行編號，其中a和c為主干路進(jìn)口道。步驟2：根據(jù)采集的現(xiàn)狀交通流量和車道數(shù)，計算若交叉口禁左(禁止左轉(zhuǎn))或設(shè)置左轉(zhuǎn)保護(hù)相位時交通流量和車道數(shù)的重分配結(jié)果。步驟3：根據(jù)交通流量和車道數(shù)的重分配結(jié)果，計算交叉口各相位綠信比。步驟4：根據(jù)信號周期時長和綠信比，計算主干路各交叉口各流向的通行能力值。步驟5：根據(jù)主干路通行能力值，確定主干路各交叉口禁左及左轉(zhuǎn)保護(hù)相位的設(shè)置地點(diǎn)。本發(fā)明中，步驟2中的禁左或設(shè)置左轉(zhuǎn)保護(hù)相位時交通流量和車道數(shù)的重分配計算方法，包括如下步驟：步驟21：若主干路某個交叉口y禁左，則距離交叉口y，沿主干路上下游s距離范圍內(nèi)的交叉口至少有一個交叉口設(shè)置左轉(zhuǎn)保護(hù)相位，確保交通流能夠正常左轉(zhuǎn)。如式(1)、(2)、(3)所示：|lx-ly|≤s，γx-y＝1(1)|lx-ly|>s，γx-y＝0(2)Πγx-yσy＝0(3)式中，|lx-ly|表示交叉口x和交叉口y的距離。γx-y是二元變量，γx-y∈(0,1)，取值為0表示交叉口x在交叉口y的s范圍外，取值為1表示交叉口x在交叉口y的s范圍外；σy是二元變量，σy∈(0,1)，取值0表示交叉口y設(shè)置左轉(zhuǎn)保護(hù)，取值為1表示交叉口y設(shè)置禁左。步驟22：滿足步驟21之后，若交叉口y禁左，則原來在交叉口y左轉(zhuǎn)的交通流等概率地分配到距離交叉口y的s范圍內(nèi)的交叉口左轉(zhuǎn)，如式(4)、(5)所示：上行方向：qya→ydσy=Σx=1nPxa→xdy(1-σx)γx-y---(4)]]>下行方向qyc→ybσy=Σx=1nPxc→xby(1-σx)γx-y---(5)]]>步驟23：根據(jù)步驟22的流量分配方案，考慮交叉口y禁左或設(shè)置左轉(zhuǎn)保護(hù)后，流量重分配后流量表達(dá)式如式(6)(7)(8)(9)(10)(11)所示：上行左轉(zhuǎn)：Qya→yd=(qya→yd+Σu=1nPya→yduγu-y)(1-σy)---(6)]]>下行左轉(zhuǎn)：Qyc→yb=(qyc→yb+Σu=1nPyc→ybuγu-y)(1-σy)---(7)]]>上行直行：Qya→yc=qya→yc+Σv=y-ny+n(ρv-uΣu=1nPva→vcu)---(8)]]>下行直行：Qyc→ya=qyc→ya+Σv=y-ny+n(ρv-uΣu=1nPvc→vau)---(9)]]>上行右轉(zhuǎn)：Qya→yb＝qya→yb(10)下行右轉(zhuǎn)：Qyc→yd＝qyc→yd(11)步驟24：根據(jù)步驟22的流量分配方案，若交叉口y禁左，則原有的左轉(zhuǎn)車道分配給直行車道，如交叉口y設(shè)置左轉(zhuǎn)保護(hù)相位，則車道分配保持不變。本發(fā)明中，所述步驟3中的交叉口各相位綠信比的計算方法，包括如下步驟：步驟31：根據(jù)步驟2得到的流量重分配結(jié)果，計算交叉口y的總流量比步驟32：根據(jù)交叉口y的總流量比按各進(jìn)口道等飽和度的原則分配綠信比λ。本發(fā)明中，步驟4中主干路各交叉口各流向通行能力值E的計算方法是指，使用步驟3計算得出的綠信比λ，乘以信號周期時長C，乘以步驟2計算得到的車道數(shù)L，再乘以飽和流量S，如公式(12)所示。E＝S·L·λ·C(12)本發(fā)明中，步驟5中主干路各交叉口禁左及左轉(zhuǎn)保護(hù)相位設(shè)置地點(diǎn)的計算方法，包括如下步驟：步驟51：根據(jù)步驟4計算得到的交叉口各流向通行能力值E，計算:各交叉口上行方向直行通行能力差值：交叉口y直行相位的通行能力與上游交叉口(y+1)經(jīng)左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)流入的通行能力的差值ΔE1，如公式(13)所示。ΔE1＝Eyc→ya-E(y+1)b→ya-E(y+1)c→ya-E(y+1)d→ya(13)各交叉口上行方向左轉(zhuǎn)通行能力差值ΔE2，如公式(14)所示。ΔE2＝Eyc→yb-E(y+1)b→yb-E(y+1)c→yb-E(y+1)d→yb(14)各交叉口下行方向直行通行能力差值ΔE3，如公式(15)所示。ΔE3＝Eya→yc-E(y-1)b→yc-E(y-1)a→yc-E(y-1)d→yc(15)各交叉口下行方向左轉(zhuǎn)通行能力差值ΔE4，如公式(16)所示。ΔE4＝Eya→yd-E(y-1)b→yd-E(y-1)a→yd-E(y-1)d→yd(16)步驟52：根據(jù)步驟51的計算結(jié)果，根據(jù)式(17)的目標(biāo)函數(shù)，及約束條件(1)-(16)，計算主干路禁左及左轉(zhuǎn)保護(hù)相位的設(shè)置地點(diǎn)，即優(yōu)化得出各交叉口的最優(yōu)σy取值。max[min(ΔE1，ΔE2，ΔE3，ΔE4)](17)本發(fā)明中的步驟51，在計算通行能力差值時，若交叉口右轉(zhuǎn)交通流不受控，使用實(shí)際右轉(zhuǎn)流量值替代右轉(zhuǎn)通行能力值。有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明方法針對城市主干路多個交叉口，整體考慮禁左和左轉(zhuǎn)保護(hù)相位的設(shè)置方法，克服現(xiàn)有方法僅從當(dāng)前交叉口出發(fā)，無法在整體層面獲得最優(yōu)解的不足。能通過左轉(zhuǎn)交通流的有效組織，使主干路交叉口之間通行能力相互匹配，提高主干路通行能力，降低主干路通行延誤。本發(fā)明方法能從主干路整體層面緩解交通擁堵。主干路交通擁堵時，并非所有交叉口都發(fā)生擁堵，而經(jīng)常是主干路與主干路相交的大型交叉口發(fā)生嚴(yán)重?fù)矶?，而其他小型交叉口如主干路與支路交叉口通行能力仍有剩余，本發(fā)明方法能通過禁左與左轉(zhuǎn)保護(hù)相位的設(shè)置，使交通流更加均勻地分布到每個交叉口，降低關(guān)鍵交叉口的交通需求和交通壓力，提高通行能力，預(yù)防排隊(duì)溢出。附圖說明圖1為本發(fā)明方法的流程圖；圖2為本發(fā)明方法的研究對象示意圖。具體實(shí)施方式結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明技術(shù)方案詳細(xì)說明如下：示例：選擇如圖1所示的一段城市主干路連續(xù)交叉口為研究對象，本發(fā)明選擇山東省濟(jì)南市境內(nèi)緯二路一段從經(jīng)二路交叉口到經(jīng)七路交叉口為發(fā)明的研究對象，含6個連續(xù)的信號交叉口，按順序從經(jīng)二路交叉口進(jìn)行編號。每個交叉口的周期時長均為150秒，交叉口各進(jìn)口道分方向的流量，車道數(shù)，如表2所示。表2各交叉口分方向流量與車道數(shù)設(shè)置s＝1000m，即如果某交叉口禁左，則距離此交叉口1000m范圍內(nèi)必須存在一個或多個交叉口設(shè)置左轉(zhuǎn)保護(hù)相位，確保交通流能正常左轉(zhuǎn)。遍歷所有可行(滿足公式1、2、3)的交叉口禁左和左轉(zhuǎn)保護(hù)相位設(shè)置方案，進(jìn)行下述操作。在此，以交叉口1、4、6禁左，交叉口2、3、5設(shè)置左轉(zhuǎn)保護(hù)相位為例，進(jìn)行實(shí)施流程展示。使用公式(4)、(5)計算交叉口1、4、6禁左，交叉口2、3、5設(shè)置左轉(zhuǎn)保護(hù)相位后左轉(zhuǎn)流量的重分配結(jié)果，如表3所示表3交叉口禁左后左轉(zhuǎn)流量重分配結(jié)果分配流量交叉口1交叉口2交叉口3交叉口4交叉口5交叉口6上行a-d方向禁左100150禁左80禁左下行c-b方向禁左153253禁左173禁左使用公式(6)(7)(8)(9)(10)(11)計算所有交叉口流量重分配的結(jié)果，如表4所示。表4交叉口禁左后整體流量重分配結(jié)果分配后流量交叉口1交叉口2交叉口3交叉口4交叉口5交叉口6a-c方向194018571673175717901850c-a方向202018401720177017201810a-d方向禁左130230禁左190禁左c-b方向禁左393553禁左353禁左交叉口1、4、6禁左后，將其左轉(zhuǎn)車道分配給直行車道。根據(jù)表3所示的流量分配結(jié)果和各車道組的車道數(shù)，按交叉口等飽和度的原則分配各綠信比。如直行相位的綠信比可按下式計算。λ=max(Qa-cST,Qc-aST)QS(C0-t)C0---(18)]]>綠信比計算結(jié)果如表5所示表5交叉口分方向的綠信比方向交叉口1交叉口2交叉口3交叉口4交叉口5交叉口6a-c,c-a0.8120.6370.6300.7350.6740.643a-d,c-b00.0940.11400.0720b-d,d-b0.1010.1090.1290.0730.1030.321b-a,d-c0.0190.0240.0790.0570.0490根據(jù)公式(12)計算通行能力，結(jié)果如表6所示。表6交叉口分方向的通行能力通行能力E交叉口1交叉口2交叉口3交叉口4交叉口5交叉口6a-c,c-a4385.7552294.4812270.43972.5692428.6433472.769b-a,d-c28.94837.074118.83486.78374.6230a-d,c-b0142.117171.6120108.5420b-d,d-b366.685395.458464.641263.341371.7581156.338根據(jù)公式(13)(14)(15)(16)計算上下行通行能力差值，結(jié)果如表7所示表7交叉口分方向的通行能力差值通行能力差值ΔE1ΔE2ΔE3ΔE4交叉口1-交叉口22489.218-238.156-1179.4-754.823交叉口2-交叉口3270.6891-111.526626.8531-437.143交叉口3-交叉口4-968.403-234.3352044.065-491.24交叉口4-交叉口51900.121-260.714-478.248-965.834交叉口5-交叉口6-674.372-241.1271572.526-501.399根據(jù)目標(biāo)函數(shù)公式(17)，選出在交叉口1、4、6禁左，交叉口2、3、5設(shè)置左轉(zhuǎn)保護(hù)相位時的目標(biāo)函數(shù)值，即表6中的-1179.4。遍歷所有可行(滿足公式1、2、3)的交叉口禁左和左轉(zhuǎn)保護(hù)相位設(shè)置方案，重復(fù)以上步驟，按目標(biāo)函數(shù)公式17選取最優(yōu)解，為-895.683，對應(yīng)的最優(yōu)方案為交叉口2、5、6禁左，交叉口1、3、4設(shè)置左轉(zhuǎn)保護(hù)相位。當(dāng)前第1頁1 2 3