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道路交叉直右共用车道预信号控制方法许稷摘要:为避免道路交叉直行红灯期间直右共用车道上因直行车辆停车等待而阻碍右转车辆通行的现象发生,探究道路交叉直右共用车道预信号控制方法。运用预信号理论,制定预信号条件下直右共用车道及其紧邻直行车道上直行车辆的行驶规则,给出确定提示变道线标志位置的计算公式,并协同预信号与主信号的配时方案。案例分析及仿真验证结果表明,该方法显著地降低了右转车辆的延误,并减少了道路交叉的整体延误。关键诃:交叉,直右共用车道,预信号,延误1引言近年来,经济发展带动城市机动车保有量的快速增长,道路供不应求的情况屡见不鲜。1三2交叉作为城市路网带煮,已是制约道路通行能力的关键所在。为了提高交义通行能力,交通行业工作者们在有限的道路条件下,提出了许多优化方法和改进措施。对于交叉直行交通量较大、道路条件有限的情况,多采用直行和右转共用一条车道的方法,以牺牲部分右转车辆运行效率为代价,提高交叉直行车辆在绿灯期间的通过率。这种做法在一定程度上能够提高直行方向通行能力,但红灯期间停在直右共用车道上的直行车辆却将大大增加右转车辆延误。对于这一问题,目前尚无系统的研究。本文将提出一种新的预信号方法,解决这一问题。预信号方法是在交叉主信号灯之前加装一个预信号灯,通过预信号灯的启亮或关闭,配合预信号停车线,管理车辆在到达交叉停车线前的一些行为。1991年,英国运输局出于保证公交优先的目的,首次提出了预信号方法四。借鉴这样的思想,在拥有直行右转共用车道的交叉安装预信号灯,并将已有研究中的预信号停车线转变为提示变道标线,用来管理直行车辆能否进入直右共用车道。这种方法一方面可以在直行绿灯期间保证直行车辆能够使用直右共用车道,确保直行方向的通行能力不降低:另一方面避免直行红灯期间直行车辆停在直右车道上阻碍右转车辆通行情况的产生,减少右转车辆因被迫停车等待而产生的停车延误。興尚理筑素前网Z.ZC
本文将根据理论分析明确方法实施规则,通过数学推导获取方法设置参数。以哈尔滨市三个代表性交叉为实例,利用VISSIM仿真软件中的延误分析功能,评价预信号方法实施效果。2预信号理论方法及应用2.1预信号理念预信号是交叉主信号的辅助设施,用以规范和引导交叉进道上车辆行驶行为。目前,国内外对于预信号的应用集中在公交优先和提高交叉左转车辆通过效率两个方面2-)。在公交优先方面,其做法为:在交叉停车线前再设置一条停车线,并配合预信号来控制社会车辆通行。在预信号红灯期间,社会车辆只能在预信号停车线前等待,而公交车辆可以通过公交专用道进入主信号控制的公交车待行区域等待放行。这样就可以保证信号红灯期间到达的公交车辆总是在社会车辆的前排队等候,并能够在主信号绿灯启亮时以第一时间通过交叉,减少公交车辆在交叉的延误⑧。在提高交叉左转车辆通过效率方面,其做法为:在交叉进道的通行区域内设置前、后两条停车线,交叉主信号停车线与预信号停车线之间的区域为待行区域。通过调整预信号来控制不同相位的车辆驶入待行区域,7使得每个流向的车辆直行或者左转)在绿灯期间内都能够使用待行区内所有的车道9借鉴上述方法,在拥有直右共用车道的交叉进道上安装预信号灯,用以控制直行车辆能否进入直右共用车道,其方法示意如图1。该方法的硬件设施包括预信号、提示变道标线和交通标志。按照道路限速值求取直行车辆的停车距离L,在直右共用车道及其紧邻直行车道内距停车线L处设置一条提示变道标线,在其路侧设置一块交通标志和预信号系统。预信号需与交叉主信号直行方向的配时相协调,预信号仅包括红与绿两种灯色,二者均较主信号直行方向的红、绿灯提前数秒启亮,主、预信号周期时长相等。当预信号红灯提前启亮时,提示变道标线后的直行车辆须从直右共用车道经变道驶入紧邻直行车道:当预信号绿灯提前启亮时,提示变道标线后排队等待的直行车辆可提前启动,从直行车道经变道驶入直右共用车道,进而加速至适当速度通过交叉。这就使直右共用车道的利用效率得到充分提高,特别是直行红灯期间,直右共用车道上不会出现直行车辆占道等待红灯阻碍右转车辆通行情况的发生,能够保证右转车辆自由行驶。興尚理筑素前阀Z.ZC.ET
(kmh):8为驾驶人的反应时间,取值为1.0(s):d表示制定减速度,取中间值为3.5(ms)。2.4预信号与主信号配时协同交叉预信号与主信号间存在配时协调问题。预信号仅包括红与绿两种灯色,二者均较主信号直行方向的红、绿灯提前数秒启亮,主、预信号周期时长相等。预信号红灯提前启亮,可避免主信号直行方向红灯启亮时,直行车辆停在直右共用车道上阻碍右转车辆通行的情况发生;预信号绿灯提前启亮,可使提示变道标线后排队等待的直行车辆提前启动驶入直右共用车道,待主信号直行绿灯启亮时,直行车辆刚好加速到达停车线,保证直行车辆通行效率不被降低。2.4.1预信号灯红灯提前启亮时间预信号红灯提前启亮时间的最小值应满足两个条件。首先,直右共用车道上提示变道标线后的第一辆直行车辆变道后进入紧邻直行车道,在主信号直行红灯启亮时,能够安全地停在停车线前:同时,确保预信号红灯启亮时,己越过提示变道标线的直行车辆能够在主信号红灯启亮前进入交叉。因此,预信号红灯提前启亮时间,应满足以下两个约束条件:δ+筑素3.60J(4)er v由于L不是一个确定值,因此不同情况下1的取值也不同。当L取上节中推导出的临界值时,即V2δ+(5)3.625.92d、L(6)3.6dVt,28+(7)3.6d当L增加到一定程度时<<>(8)3.6dVlo2V(9)式中6为驾驶人的反应时间,取值为1.0(s):'为车辆运行速度,取限速值,(km/h):d表示制定减速度,取中间值为3.5(m/s)。2.4.2预信号灯绿灯提前启亮时间理筑素前阀Z.ZC.ET
预信号绿灯提前启亮是为了确保预信号绿灯启亮时,位于直右共用车道紧邻的直行车道提示变道标线后的直行车辆可提前启动,经变道后开始加速,在主信号绿灯启亮时刚好进入交叉,最大程度提高直行方向通行效率。因此,预信号绿灯提前启亮时间g可根据提示变道标线与停车线之间的距离L确定。22L1(10)(11)3实例分析及仿真验证3.1实例分析在电子地图上对哈尔滨市291个由快速路、主次干道构成的主要交叉进行预调查,确定哈尔滨市直右共用车道的存在情况。预调查结果表明,在291个交叉中,拥有直右共用车道的交叉80个,占交叉总数27.5%。拥有直右共用车道的进道共168个。此类交叉是城市道路网不可忽视的组成部分,其通行效率的高低将直接影响到整个城市道路网络的服务水平在拥有正右买用车通的道本,查行军追的数量如下米所示表1拥有直右共用车道的进道直行车道数量表直行车道数0条1条2条3条4条5条进道数量1265453952比值7.1%38.7%26.8%23.2%3.0%1.2%其中,拥有1~3条直行车道的进道占总量的88.7%,是最常见的三种形式。0条直行车道的进道对本文提出的方法没有研究价值,4条、5条直行车道的进道不具有广泛代表性。因此,分别选择拥有1条、2条、3条直行车道的进道各1个,作为实例分析对象。以其中一个哈尔滨市先锋路与嵩山路交叉西进为例,计算直右共用车道预信号方法设置参数,并通过仿真软件验证其效果。该进道的基本情况如下:进道5车道,其中1条左转专用道,3条直行车道和1条直右共用车道:信号周期时长为108s,该进道信号配时有两个相位,配时情况见图2:高峰小时交通量情况,如表2所示。延误计算采用VISSIM仿真配合视频调查相结合的方法,得到的该进道各方向上的延误,如表2所示。興尚理筑素前阀Z.ZC.ET
3.2结果比较将三个代表性交叉数据均代入VISSIM中进行仿真,最后获得结果如下:表4拥有3条直行车道的进道使用预信号方法前后延误对比方向左转直行右转平均控制延误延误44.221.218.623.12预信号方法延误44.222.42.620.83减少百分比0-5.7%88.9%9.9%表5拥有2条直行车道的进道使用预信号方法前后延误对比方向左转直行右转平均控制延误延误36.223.920.125.63预信号方法延误36.225.71.823.37减少百分比0-7.5%91.0%8.9%表6拥有1条直行车道的进道使用预信号方法前后延误对比方向左转直行右转平均控制延误延课典币素材22.9JiSC.NE25.89预信号方法延误37.228.42.024.96减少百分比0-24.0%89.7%3.5%由仿真结果看出,预信号方法的使用将大幅度减少进道右转车辆的延误,略微增加直行车辆的延误。交叉进道总体延误均有不同程度降低。当交叉进道中包含2条或3条直行车道时,应用预信号方法能够较好地减小交叉延误,但当交叉进道仅有1条直行车道时,使用预信号方法后,直行车辆延误增加较大,进道总体平均控制延误仅仅降低3.5%。4结语本文借鉴公交优先中采用的预信号理念,提出一种新的交叉直右共用车道预信号控制方法。通过理论分析及数学推导,确定该方法中所包括的直行车辆运行规则、提示变道标线位置标定、主预信号配时协调等问题。在数据验证方面,通过调查直右共用车道在哈尔滨市市区的存在情况,选取代表性进道作为研究对象,通过仿真软件验证了预信号方法在不同形式进道上的运行效果。研究的过程中发现,不同形式的进道使用预信号方法所取得的效果不尽相同。今后的興Z心.ET
研究工作中,将深入探讨该方法的适用条件,确定预信号方法能够适用的进道类型以及流量流向比的范围值。参考文献[1]Jianping Wu,Nick Hounsell.Bus Priority Using pre-signals[J].Transportation Research Part A,1998:328.[2]Zhao Jian-li,Wu Jian-ping.Application of microscopic simulation technology in a pre-signal control method ata complex intersection[C]//Proceedings of the International Conference on Technology Management andInnovation,Wuhan,China,2010:612.[3]Yiguang Xuan,Carlos F.Daganzo,Michael J.Cassidy.Increasing the capacity of signalized intersections withseparate left turn phases[J].Transportation Research Part B,2011:455.[4]S.IIgin Guler,Monica Menendez.Analytical formulation and empirical evaluation of pre-signals for buspriority[J].Transportation Research Part B,2014:64.[)季彦婕,邓卫,交叉预信号公交优先方案及效益评价)华中科技大学学报(城市科学版),2003(1):83-84,96.[6张卫华,王炜.基于公交优先通行的交叉预信号设置方法研究[).公路交通科技,2004(6:101-104.[7]Chiwei Yan.Hai Jiang.Siyang Xie.Capacity optimization of an isolated intersection under the phase swapsorting strategy[J].Transportation Research Part B,2014:60.[8]张卫华,陆化普.公交优先的预信号控制交叉车辆延误分析[U.中国公路学报,2005(4):78-82[9马万经,谢涵洲.双停车线进道主、预信号配时协调控制模型[)。吉林大学学报(工学版),2013(3):633-639作者简介许稷,江苏省城市规划设计研究院宿迁分院,助理工程师。興尚理筑素前阀Z.ZC.ET
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