环形交叉口信号控制最佳周期计算方法
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S 到达的阶段达到消散平衡点 , 见图 3 ( a ) ; 情况 3 ,
Fig. 3
图3
环道停车线处左转车均延误
Roundabout Road
Left2turning Vehicle Delays at Stop Line of
左转车辆在以到达率为 q 的阶段达到消散平衡点 , 见图 3 ( b) ; 情况 4 , 左转车辆在以到达率为 0 的阶段 达到消散平衡点 , 见图 3 ( c) 。图 3 中 G 为进口绿灯 信号时间 ; R 为进口红灯信号时间 ; t 为时间 , 以第 1 辆左转车到达环道停车线的时刻为 t = 0 点 。 0 g + I′ - T ≤ 0 t1 = f 1 ( Q) =
dL = d1 + d2 ( 2)
进口停车线处左转车均延误 d1 的计算公式与 直行车辆延误计算公式相同 , 即 d1 = dS 。 环道停车线处左转车均延误 d2 可跟据车流到 达 2驶离曲线计算 , 针对左转车辆达到消散平衡点时 刻的不同 , 分别给出相应的计算方法 , 如式 ( 3) 所示 , 可分为 4 种情况 :情况 1 , 左转车辆到达环道停车线 时为绿灯信号 ; 情况 2 , 左转车辆在以进口饱和流率
杨晓光1 ,赵 靖1 ,汪 涛2
( 1. 同济大学 交通运输工程学院 ,上海 200092 ; 2. 上海济安交通工程咨询有限公司 ,上海 200092)
摘要 : 针对信号控制环形交叉口这一特殊的控制对象 ,运用理论解析结合计算机仿真检验的方法 , 分别给出环形交叉口直行和左转的延误计算模型 ; 并在此基础上提出了一种以交叉口车均延误最 小为目标 ,适合于在非饱和状态下采用多进口道放行协同环道控制环形交叉口的最佳周期值计算 方法 。最后通过模拟试验和实例分析对模型的适用性进行了检验 。结果表明 : 该模型有较高的精 度和可靠性 ,为求解环形交叉口信号控制最佳周期提供了一种有效的新算法 。 关键词 : 交通工程 ; 信号控制 ; 仿真检验 ; 最佳周期 ; 环形交叉口 ; 延误 中图分类号 : U491. 51 文献标志码 :A
参数定义 为便于讨论 , 现将各参数定义如下 : d 为交叉口
空间距离参数
Parameters of
Space Distance
总车均延误 ; dij 为 i 进口 j 流向车均延误 ; dS 为直 行车均延误 ; dL 为左转车均延误 ; d1 为进口停车线 处左转车均延误 ; d2 为环道停车线处左转车均延 误 ; S 1 为进口停车线处饱和流率 ; S 2 为环道停车线 处饱和流率 ; C 为信号周期 ; x 为所计算车道组饱和 度 ; I′ 为进口信号灯与环道信号灯的绿灯时间间隔 ;
施 ,是影响城市交通流运行质量的一个决定性因 素
[ 124 ]
。对于交叉口而言 ,最佳周期值的确定方法长
[5 ]
源自文库
期以来受到广大学者的关注 。经典的最佳周期值计 算模 型 主 要 有 F2B 法
HCM2000 法
[7 ]
、 澳 大 利 亚 A RRB 法
[6 ]
、
等 。F2B 法是目前确定单个交叉口
[9 ]
Optimal Cycle Calculation Method of Signal Control at Roundabout
YAN G Xiao2guang1 , ZHAO J ing1 , WAN G Tao 2
( 1. School of Traffic and Transportation Engineering , Tongji U niversity , Shanghai 200092 , China ; 2. Shanghai Jiπ an Transportation Co nsulting L td , Shanghai 200092 , China)
( 1)
式中 : a = min{ 1 , x} ; c 为车道组通行能力 。
2. 2. 2
左转车辆车均延误
由于左转交通流将经过 2 次通行信号 , 因此不 能简单地通过计算进口道绿信比来确定其延误 。左 转车辆延误主要由 2 个部分构成 : ① 车辆在进口道 第 1 停车线处延误 , 这部分与直行车流基本相同 ; ② 车辆在环道第 2 停车线处延误 , 由于左转车辆在环 道停车线到达率由车辆在进口停车线处驶离率决 定 , 可采用到达 2驶离曲线结合交通流集散波理论计 算 。具体计算公式如下
间隔 ; g 为进口绿灯信号时间 ; r 为进口红灯信号时 间 ; q 为车辆到达率 ; qij 为 i 进口 j 流向车辆到达率 ; Q 为累计车辆数 ; T 为左转车辆首车从进口停车线 驶到环道停车线的时间 ;Δ T 为左转尾车通过冲突 点所需时间 ; n 为环形交叉口进口数 ; m 为各进口流 向数 ; vr 为 清 空 速 度 ; ve 为进入速度 ; la 为进口停车线至 冲 突 点 ①的 距 离
Abstract : Aimed at t he ro undabo ut wit h signal co nt rol which is a special co nt rol o bject , using t he t heory analysis and co mp uter simulatio n test ,aut hor s established t he delaying calculatio n model of t hro ugh running and lef t2t urning vehicle of ro undabo ut . Then , aut hor s derived t he optimal cycle calculatio n met hod based o n t he minimum delay , which was suitable for t he multi2app roach going coordinated wit h ro undabo ut co nt rol . At last , by simulatio n experiment and case st udy , t he adaptabilit y of t he p ropo sed model was checked o ut . Result s show t hat t he suggested model can p rovide a new met hod fo r optimal cycle of signal co nt rol at ro undabo ut . Key words : t raffic engineering ; signal co nt rol ; simulatio n test ; op timal cycle ; ro undabo ut ; delay
( 图 2 ) ; lb 为环道停
车线至冲突点 ① 的 ( ) 距离 图 2 ; lc 为进 口停车线至冲突点 ② 的距离 ( 图 2 ) ; ld 为下一相位进口停 车线至冲突点 ② 的 距离 ( 图 2) ; lp 为行 人过街长度 。
2. 2 2. 2. 1
图2
Fig. 2
2
2. 1
环形交叉口最佳信号周期值模型
第 21 卷 第6期 2008 年 11 月
文章编号 :100127372 (2008) 0620090206
中 国 公 路 学 报 China Journal of Highway and Transport
Vol . 21 No . 6 Nov. 2008
环形交叉口信号控制最佳周期计算方法
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
http://www.cnki.net
第 6 期 杨晓光 ,等 : 环形交叉口信号控制最佳周期计算方法 联、 相互影响的 ( 直接相关或灰相关) ,因而采用补偿 系数的方法对某一个单独的指标作补偿过于片面 , 难以在理论上具有足够的说服力 ; 同时它也仅适用 于一般的交叉口形式 [ 12213 ] 。 HCM2000 中也提出了 信号控制交叉口周期时长和延误的计算模型 。其延 误计算公式有着较广的适用性 ( 能适应各种饱和度 的状态) , 但其周期时长的确定是基于期望的饱和 度 ,因此用 HCM2000 中的周期计算公式并不一定 能得到交叉口车均延误最小的结果 。 综上所述 ,现有各种最佳周期理论与方法有 2 个显著特征 : ① 以延误最小为优化目标 [ 14215 ] ; ② 模型 形式简单 。 上述各模型的延误及周期时长计算公式均是针 对一般交叉口形式 ,对于信号控制环形交叉口 ,由于 左转机动车需要在环道停车线处等待 ,2 次通过通 行信号 ,其运行状况和延误计算都与一般十字交叉 口有着较大差异 ,导致现有最佳周期计算模型都不 能完全适用 。本文中将针对采用多进口道放行协同 环道控制环形交叉口进行研究 , 提出一种以车均延 误最小为优化目标的最佳周期值计算方法 。
环形交叉口车均延误模型 直行车辆车均延误
对于直行车辆而言 , 信号控制环形交叉口与一 般平面交叉口均经 1 次信号控制后驶离交叉口 , 其 通行方式类似 , 可以沿用以往计算车辆延误的方法 。 由于 HCM2000 中的延误计算公式对于各种状态均
http://www.cnki.net
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
图1
Fig. 1
91
多进口道同时放行的环道控制相位相序
Phase Sequences of Multi2approach Going
Combined with Roundabout Road Control
I″ 为环道信号灯与下一相位进口信号灯的绿灯时间
1
多进口道放行协同环道控制方法
环形交叉口作为道路平面交叉的一种形式 , 在 各国都有着广泛的应用 。但由于传统的无信号控制 环形交叉口通行能力无法满足日益增长的交通量需 求 ,有专家学者提出对环形交叉口采用信号控制 。 多进口道放行协同环道控制是其中一种新兴的控制 方法 ,在厦门 、 广州 、 上海等许多城市应用 ,并取得了 一定效果 。 对于各岔环形交叉口 , 在同一个信号相位放行 多个 ( 一般为 2 个) 进口道 , 有冲突的转弯车流由环 道信号控制在环道空间内排队待行 , 在后一相位放 行前驶离环形交叉口 。以四岔环形交叉口为例 , 其 常规相位相序见图 1 ,进行两相位信号控制[ 16217 ] 。
最佳周期最为常用的方法之一[ 8 ] 。该方法被包括德 国、 日本在内的许多国家采用
,主要有如下 3 个关
收稿日期 :2008202211 基金项目 : 国家自然科学基金项目 (50578123) 作者简介 : 杨晓光 (19592) ,男 ,江苏宿迁人 ,教授 ,博士研究生导师 ,工学博士 , E2mail :yangxg @mail . tongji. edu. cn 。
0
引 言
交通信号控制是道路交通管理的一项重要措
键点 : ① 以车辆总延误时间最小为前提 ; ② 以稳态理 论为基础建立延误时间计算公式 ; ③ 在拟定信号配 时方案时 ,绿信比与流量比成正比 。但该方法仅适 用于一般形式交叉口 , 且只能在饱和度较小的情形 下才有较好的结果 [ 10211 ] 。澳大利亚 A RRB 法引入 停车补偿系数 ,并与车辆延误时间合在一起 ,用以评 价信号配时方案的优化程度 , 可认为是对 F2B 法的 一个修正和补充 , 该方法能适应多种信号控制 ( 设 计) 目标的需要 。但车辆在交叉口停车线前的延误 、 停车 、 排队 、 燃油消耗以及运营费用等指标是相互关
92
中 国 公 路 学 报 2008 年
有较好的适用性 , 本文中将其作为直行车辆延误计 算公式 。由此可得
dS =
0 . 5 C ( 1 - g/ C) 2 + 900 × 0 . 25 [ x - 1 + 1 - a g/ C 4x ( x - 1) 2 + ] 0 . 25 c
Fig. 3
图3
环道停车线处左转车均延误
Roundabout Road
Left2turning Vehicle Delays at Stop Line of
左转车辆在以到达率为 q 的阶段达到消散平衡点 , 见图 3 ( b) ; 情况 4 , 左转车辆在以到达率为 0 的阶段 达到消散平衡点 , 见图 3 ( c) 。图 3 中 G 为进口绿灯 信号时间 ; R 为进口红灯信号时间 ; t 为时间 , 以第 1 辆左转车到达环道停车线的时刻为 t = 0 点 。 0 g + I′ - T ≤ 0 t1 = f 1 ( Q) =
dL = d1 + d2 ( 2)
进口停车线处左转车均延误 d1 的计算公式与 直行车辆延误计算公式相同 , 即 d1 = dS 。 环道停车线处左转车均延误 d2 可跟据车流到 达 2驶离曲线计算 , 针对左转车辆达到消散平衡点时 刻的不同 , 分别给出相应的计算方法 , 如式 ( 3) 所示 , 可分为 4 种情况 :情况 1 , 左转车辆到达环道停车线 时为绿灯信号 ; 情况 2 , 左转车辆在以进口饱和流率
杨晓光1 ,赵 靖1 ,汪 涛2
( 1. 同济大学 交通运输工程学院 ,上海 200092 ; 2. 上海济安交通工程咨询有限公司 ,上海 200092)
摘要 : 针对信号控制环形交叉口这一特殊的控制对象 ,运用理论解析结合计算机仿真检验的方法 , 分别给出环形交叉口直行和左转的延误计算模型 ; 并在此基础上提出了一种以交叉口车均延误最 小为目标 ,适合于在非饱和状态下采用多进口道放行协同环道控制环形交叉口的最佳周期值计算 方法 。最后通过模拟试验和实例分析对模型的适用性进行了检验 。结果表明 : 该模型有较高的精 度和可靠性 ,为求解环形交叉口信号控制最佳周期提供了一种有效的新算法 。 关键词 : 交通工程 ; 信号控制 ; 仿真检验 ; 最佳周期 ; 环形交叉口 ; 延误 中图分类号 : U491. 51 文献标志码 :A
参数定义 为便于讨论 , 现将各参数定义如下 : d 为交叉口
空间距离参数
Parameters of
Space Distance
总车均延误 ; dij 为 i 进口 j 流向车均延误 ; dS 为直 行车均延误 ; dL 为左转车均延误 ; d1 为进口停车线 处左转车均延误 ; d2 为环道停车线处左转车均延 误 ; S 1 为进口停车线处饱和流率 ; S 2 为环道停车线 处饱和流率 ; C 为信号周期 ; x 为所计算车道组饱和 度 ; I′ 为进口信号灯与环道信号灯的绿灯时间间隔 ;
施 ,是影响城市交通流运行质量的一个决定性因 素
[ 124 ]
。对于交叉口而言 ,最佳周期值的确定方法长
[5 ]
源自文库
期以来受到广大学者的关注 。经典的最佳周期值计 算模 型 主 要 有 F2B 法
HCM2000 法
[7 ]
、 澳 大 利 亚 A RRB 法
[6 ]
、
等 。F2B 法是目前确定单个交叉口
[9 ]
Optimal Cycle Calculation Method of Signal Control at Roundabout
YAN G Xiao2guang1 , ZHAO J ing1 , WAN G Tao 2
( 1. School of Traffic and Transportation Engineering , Tongji U niversity , Shanghai 200092 , China ; 2. Shanghai Jiπ an Transportation Co nsulting L td , Shanghai 200092 , China)
( 1)
式中 : a = min{ 1 , x} ; c 为车道组通行能力 。
2. 2. 2
左转车辆车均延误
由于左转交通流将经过 2 次通行信号 , 因此不 能简单地通过计算进口道绿信比来确定其延误 。左 转车辆延误主要由 2 个部分构成 : ① 车辆在进口道 第 1 停车线处延误 , 这部分与直行车流基本相同 ; ② 车辆在环道第 2 停车线处延误 , 由于左转车辆在环 道停车线到达率由车辆在进口停车线处驶离率决 定 , 可采用到达 2驶离曲线结合交通流集散波理论计 算 。具体计算公式如下
间隔 ; g 为进口绿灯信号时间 ; r 为进口红灯信号时 间 ; q 为车辆到达率 ; qij 为 i 进口 j 流向车辆到达率 ; Q 为累计车辆数 ; T 为左转车辆首车从进口停车线 驶到环道停车线的时间 ;Δ T 为左转尾车通过冲突 点所需时间 ; n 为环形交叉口进口数 ; m 为各进口流 向数 ; vr 为 清 空 速 度 ; ve 为进入速度 ; la 为进口停车线至 冲 突 点 ①的 距 离
Abstract : Aimed at t he ro undabo ut wit h signal co nt rol which is a special co nt rol o bject , using t he t heory analysis and co mp uter simulatio n test ,aut hor s established t he delaying calculatio n model of t hro ugh running and lef t2t urning vehicle of ro undabo ut . Then , aut hor s derived t he optimal cycle calculatio n met hod based o n t he minimum delay , which was suitable for t he multi2app roach going coordinated wit h ro undabo ut co nt rol . At last , by simulatio n experiment and case st udy , t he adaptabilit y of t he p ropo sed model was checked o ut . Result s show t hat t he suggested model can p rovide a new met hod fo r optimal cycle of signal co nt rol at ro undabo ut . Key words : t raffic engineering ; signal co nt rol ; simulatio n test ; op timal cycle ; ro undabo ut ; delay
( 图 2 ) ; lb 为环道停
车线至冲突点 ① 的 ( ) 距离 图 2 ; lc 为进 口停车线至冲突点 ② 的距离 ( 图 2 ) ; ld 为下一相位进口停 车线至冲突点 ② 的 距离 ( 图 2) ; lp 为行 人过街长度 。
2. 2 2. 2. 1
图2
Fig. 2
2
2. 1
环形交叉口最佳信号周期值模型
第 21 卷 第6期 2008 年 11 月
文章编号 :100127372 (2008) 0620090206
中 国 公 路 学 报 China Journal of Highway and Transport
Vol . 21 No . 6 Nov. 2008
环形交叉口信号控制最佳周期计算方法
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
http://www.cnki.net
第 6 期 杨晓光 ,等 : 环形交叉口信号控制最佳周期计算方法 联、 相互影响的 ( 直接相关或灰相关) ,因而采用补偿 系数的方法对某一个单独的指标作补偿过于片面 , 难以在理论上具有足够的说服力 ; 同时它也仅适用 于一般的交叉口形式 [ 12213 ] 。 HCM2000 中也提出了 信号控制交叉口周期时长和延误的计算模型 。其延 误计算公式有着较广的适用性 ( 能适应各种饱和度 的状态) , 但其周期时长的确定是基于期望的饱和 度 ,因此用 HCM2000 中的周期计算公式并不一定 能得到交叉口车均延误最小的结果 。 综上所述 ,现有各种最佳周期理论与方法有 2 个显著特征 : ① 以延误最小为优化目标 [ 14215 ] ; ② 模型 形式简单 。 上述各模型的延误及周期时长计算公式均是针 对一般交叉口形式 ,对于信号控制环形交叉口 ,由于 左转机动车需要在环道停车线处等待 ,2 次通过通 行信号 ,其运行状况和延误计算都与一般十字交叉 口有着较大差异 ,导致现有最佳周期计算模型都不 能完全适用 。本文中将针对采用多进口道放行协同 环道控制环形交叉口进行研究 , 提出一种以车均延 误最小为优化目标的最佳周期值计算方法 。
环形交叉口车均延误模型 直行车辆车均延误
对于直行车辆而言 , 信号控制环形交叉口与一 般平面交叉口均经 1 次信号控制后驶离交叉口 , 其 通行方式类似 , 可以沿用以往计算车辆延误的方法 。 由于 HCM2000 中的延误计算公式对于各种状态均
http://www.cnki.net
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
图1
Fig. 1
91
多进口道同时放行的环道控制相位相序
Phase Sequences of Multi2approach Going
Combined with Roundabout Road Control
I″ 为环道信号灯与下一相位进口信号灯的绿灯时间
1
多进口道放行协同环道控制方法
环形交叉口作为道路平面交叉的一种形式 , 在 各国都有着广泛的应用 。但由于传统的无信号控制 环形交叉口通行能力无法满足日益增长的交通量需 求 ,有专家学者提出对环形交叉口采用信号控制 。 多进口道放行协同环道控制是其中一种新兴的控制 方法 ,在厦门 、 广州 、 上海等许多城市应用 ,并取得了 一定效果 。 对于各岔环形交叉口 , 在同一个信号相位放行 多个 ( 一般为 2 个) 进口道 , 有冲突的转弯车流由环 道信号控制在环道空间内排队待行 , 在后一相位放 行前驶离环形交叉口 。以四岔环形交叉口为例 , 其 常规相位相序见图 1 ,进行两相位信号控制[ 16217 ] 。
最佳周期最为常用的方法之一[ 8 ] 。该方法被包括德 国、 日本在内的许多国家采用
,主要有如下 3 个关
收稿日期 :2008202211 基金项目 : 国家自然科学基金项目 (50578123) 作者简介 : 杨晓光 (19592) ,男 ,江苏宿迁人 ,教授 ,博士研究生导师 ,工学博士 , E2mail :yangxg @mail . tongji. edu. cn 。
0
引 言
交通信号控制是道路交通管理的一项重要措
键点 : ① 以车辆总延误时间最小为前提 ; ② 以稳态理 论为基础建立延误时间计算公式 ; ③ 在拟定信号配 时方案时 ,绿信比与流量比成正比 。但该方法仅适 用于一般形式交叉口 , 且只能在饱和度较小的情形 下才有较好的结果 [ 10211 ] 。澳大利亚 A RRB 法引入 停车补偿系数 ,并与车辆延误时间合在一起 ,用以评 价信号配时方案的优化程度 , 可认为是对 F2B 法的 一个修正和补充 , 该方法能适应多种信号控制 ( 设 计) 目标的需要 。但车辆在交叉口停车线前的延误 、 停车 、 排队 、 燃油消耗以及运营费用等指标是相互关
92
中 国 公 路 学 报 2008 年
有较好的适用性 , 本文中将其作为直行车辆延误计 算公式 。由此可得
dS =
0 . 5 C ( 1 - g/ C) 2 + 900 × 0 . 25 [ x - 1 + 1 - a g/ C 4x ( x - 1) 2 + ] 0 . 25 c