1、可變車道誘導(dǎo)方法研究3李麗麗曲昭偉王殿海(吉林大學(xué)長(zhǎng)春130022摘要為尋求可變車道的誘導(dǎo)方法,提出基于雙停車線的主、預(yù)信號(hào)誘導(dǎo)方法,對(duì)雙停車線的布局方法和預(yù)信號(hào)的配時(shí)方法進(jìn)行了研究。確定了主、預(yù)信號(hào)之間的距離;對(duì)主、預(yù)信號(hào)之間的配時(shí)關(guān)系進(jìn)行了分析,確定了主預(yù)信號(hào)周期之間的關(guān)系、車道屬性過(guò)渡過(guò)程中預(yù)信號(hào)的配時(shí)方案以及雙停車線之間的距離對(duì)信號(hào)配時(shí)的影響。關(guān)鍵詞可變車道;誘導(dǎo)方法;預(yù)信號(hào);配時(shí)方案中圖分類號(hào):U491.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A可變車道123是解決城市上下班高峰期間的交通流量分布不均造成交通擁堵的有效方法之一。、上海、大連、沈陽(yáng)、杭州等大城市已陸續(xù)實(shí)施了交叉口渠化區(qū)可變車道方案。目前可變車道

2、誘導(dǎo)方法主要就是利用原有的車道誘導(dǎo)標(biāo)志,經(jīng)過(guò)加工改裝,將標(biāo)志上固定不變的指向箭頭改為可變的箭頭,根據(jù)交叉口的流量變化情況,由值班交警或者指揮中心調(diào)度控制,改變箭頭的指向?？勺冘嚨赖恼T導(dǎo)標(biāo)志可以分為集中式和分散式,如圖1所示。 圖1可變車道誘導(dǎo)標(biāo)志車道的改變由值班交警根據(jù)觀測(cè)交通流的大小來(lái)遙控信號(hào)標(biāo)志牌的方式實(shí)現(xiàn)的。如圖2所示,當(dāng)標(biāo)志牌上右數(shù)第3車道出現(xiàn)叉形符號(hào)時(shí),表示此時(shí)車輛禁止駛?cè)氪藢?dǎo)向車道,當(dāng)標(biāo)志牌上右數(shù)第3車道叉形符號(hào)上升變小,下方出現(xiàn)直行標(biāo)志時(shí),表示該車道將轉(zhuǎn)換為直行車道。國(guó)內(nèi)外在渠化區(qū)內(nèi)設(shè)置可變車道并不多見,相關(guān)的可變車道研究成果主要有:張樹山3對(duì)多收稿日期:20082062203國(guó)

3、家“十一五”科技支撐計(jì)劃(批準(zhǔn)號(hào):2006BA J18B07203資助相位信號(hào)燈交叉口路口的交通情況進(jìn)行了分析,明確了可變車道燈的必要性及設(shè)置原則;倪富健4等針對(duì)城市路網(wǎng)中可變交通信息牌分布地點(diǎn)的最優(yōu)選擇進(jìn)行了研究,并建立數(shù)學(xué)模型;崔妍5等針對(duì)實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù),論證了設(shè)置可變車道的可行性,并提出了實(shí)施方案;宮曉燕6等針對(duì)潮汐交通現(xiàn)象,提出了基于有序樣本聚類和非參數(shù)回歸交通流預(yù)測(cè)的通行方向切換算法,并形成一套控制制軟件;高自友3等提出了雙向車流量不平衡道路的車道調(diào)整方法,并建立了離散雙層規(guī)劃模型。圖2北京某可變車道指示牌以往可變車道的誘導(dǎo)方式存在著一定的弊端,當(dāng)車道屬性突然變化時(shí),駕駛員需要一定時(shí)間

4、反應(yīng)并做出決策,需要一定的距離改變行駛的車道,否則即使車道屬性改變,而駕駛員根本來(lái)不及反應(yīng)決策,可能造成車輛誤駛?cè)脲e(cuò)誤車道,導(dǎo)致進(jìn)口道運(yùn)行混亂。為了解決這個(gè)問(wèn)題,本文提出了在渠劃區(qū)上游再設(shè)置一條停車線,并設(shè)置相應(yīng)的預(yù)信號(hào)控制,形成雙停車線的控制布局。預(yù)信號(hào)的設(shè)置在交叉口渠化區(qū)上游設(shè)置一條停車線,通過(guò) 設(shè)置這條停車線上的預(yù)信號(hào)來(lái)控制可變車道內(nèi)車輛的通行,當(dāng)預(yù)信號(hào)的直行標(biāo)志為綠燈時(shí),直行車輛可以進(jìn)入可變車道等待主信號(hào)的直行綠燈時(shí)間;反之,當(dāng)預(yù)信號(hào)的左轉(zhuǎn)標(biāo)志為綠燈時(shí),左轉(zhuǎn)車輛可以進(jìn)入可變車道等待主信號(hào)的左轉(zhuǎn)綠燈時(shí)間,并在綠燈啟亮?xí)r通過(guò)交叉口。1.1預(yù)信號(hào)設(shè)置布局 在主、預(yù)信號(hào)停車線的前方,可變車道需

5、安裝直行與左轉(zhuǎn)2個(gè)箭頭信號(hào)指示燈7,當(dāng)可變車道的屬性為直行車道時(shí),直行箭頭為綠色信號(hào),左轉(zhuǎn)箭頭為紅色,反之亦然。預(yù)信號(hào)的停車線設(shè)置成虛線,表示只有需要進(jìn)入可變車道的車輛在此停車,其他車輛可以不受限制。預(yù)信號(hào)的布局如圖3所示。 圖3預(yù)信號(hào)設(shè)置布局圖1.2主信號(hào)停車線與預(yù)信號(hào)停車線之間的距離 主信號(hào)停車線與預(yù)信號(hào)停車線之間的距離主要要考慮以下兩方面的因素:1車輛由預(yù)信號(hào)停車線行駛至渠化區(qū)的不可變換車道段之前必須有充分的距離使車輛完成換道9。2車輛在預(yù)信號(hào)綠燈末期進(jìn)入渠化區(qū)的不可變段之后,需保證車輛在到達(dá)主信號(hào)停車線時(shí)可以駛出交叉口。主信號(hào)與預(yù)信號(hào)的配時(shí)關(guān)系下面以基本的4相位十字交叉口為例,討論可變

6、車道主信號(hào)與預(yù)信號(hào)之間的關(guān)系。見圖4所示。南進(jìn)口的第2條車道為可變車道,交叉口的信號(hào)配時(shí)方案如圖5所示。圖4交叉口示意圖圖5交叉口信號(hào)配時(shí)方案圖5中第1相位綠燈期間南北直行方向車輛有通行權(quán),第2相位綠燈期間南北左轉(zhuǎn)方向車輛具有通行權(quán),第3相位綠燈期間東西直行方向車輛有通行權(quán),第4相位東西左轉(zhuǎn)方向車輛有通行權(quán)。當(dāng)可變車道為直行車道時(shí),可變車道的主信號(hào)與第1相位的信號(hào)顯示是一致的,當(dāng)可變車道為左轉(zhuǎn)車道時(shí),可變車道的主信號(hào)與第2相位的顯示是一致的,下面分別討論可變車道由直行過(guò)渡為左轉(zhuǎn)、由左轉(zhuǎn)過(guò)渡為直行兩種情況下預(yù)信號(hào)設(shè)置方法。2.1可變車道屬性由直行變?yōu)樽筠D(zhuǎn)可變車道的屬性由直行變?yōu)樽筠D(zhuǎn)時(shí),主信號(hào)與預(yù)

7、信號(hào)之間的關(guān)系如6圖所示。圖6直行2左轉(zhuǎn)主預(yù)信號(hào)關(guān)系車道的過(guò)渡在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)即可完成,主信號(hào)的一個(gè)周期信號(hào)顯示依次為:直行綠燈、左轉(zhuǎn)綠燈、紅燈;預(yù)信號(hào)一個(gè)周期信號(hào)顯示依次為:直行綠燈、紅燈、左轉(zhuǎn)綠燈、紅燈。1預(yù)信號(hào)8的周期與主信號(hào)的周期相等。為確保周期的穩(wěn)定性,主信號(hào)的周期與預(yù)信號(hào)的周期應(yīng)該相等。2預(yù)信號(hào)的紅燈啟亮要比主信號(hào)紅燈提前啟亮t 1。如果預(yù)信號(hào)與主信號(hào)同時(shí)啟亮(即預(yù)信號(hào)與主信號(hào)的綠燈同時(shí)結(jié)束,則預(yù)信號(hào)綠燈末期到達(dá)直行車輛雖然通過(guò)了停車線,但由于還要行駛預(yù)信號(hào)停車線與主信號(hào)停車線之間的一段距離,這些直行車輛可能在主信號(hào)綠燈結(jié)束之前不能駛出交叉口,不得不在主信號(hào)停車線之前等待下一次綠燈

8、啟亮,但是下一次綠燈啟亮?xí)r,可變車道的屬性已經(jīng)發(fā)生變化,停在主信號(hào)停車線后面的直行車沒(méi)有通行權(quán),因此,預(yù)信號(hào)紅燈需要提前啟亮,用來(lái)消散主信號(hào)與預(yù)信號(hào)之間的直行車。預(yù)信號(hào)比主信號(hào)紅燈啟亮提前的時(shí)間為t 1,t 1的大小由主信號(hào)與預(yù)信號(hào)之間的距離和平均車速的大小決定,其計(jì)算方法如下:t 1=l 1v(1式中:v 為車輛的平均速度,m/s ;l 1為主信號(hào)停車線與預(yù)信號(hào)停車線之間的距離,m 。3預(yù)信號(hào)的綠燈要比主信號(hào)的綠燈提前啟亮t 2。因?yàn)槿绻餍盘?hào)與預(yù)信號(hào)的綠燈同時(shí)啟亮,則左轉(zhuǎn)車輛行駛從預(yù)信號(hào)停車線到主信號(hào)停車線的這段距離所用的時(shí)間內(nèi),可變車道內(nèi)沒(méi)有車輛通過(guò)交叉口,也就是說(shuō)損失了綠燈時(shí)間,因此,

9、為了避免損失綠燈時(shí)間,預(yù)信號(hào)的綠燈時(shí)間要比主信號(hào)的綠燈時(shí)間早啟亮t 2。大小由主信號(hào)與預(yù)信號(hào)之間的距離、平均車速、起動(dòng)加速度決定,計(jì)算方法如下:t 2=v 2+2al 1-va(2式中:a 為啟動(dòng)加速度。2. 2可變車道屬性由左轉(zhuǎn)變?yōu)橹毙锌勺冘嚨赖膶傩杂芍毙凶優(yōu)樽筠D(zhuǎn)時(shí),主信號(hào)與預(yù)信號(hào)之間的關(guān)系如7圖所示。圖7左轉(zhuǎn)2直行主預(yù)信號(hào)關(guān)系車道的過(guò)渡需要在2個(gè)周期內(nèi)完成,主信號(hào)在第1個(gè)周期內(nèi)執(zhí)行第2相位,在第2個(gè)周期內(nèi)執(zhí)行第一相位;而預(yù)信號(hào)需要在第1個(gè)周期內(nèi)清空可變車道內(nèi)所有的左轉(zhuǎn)車輛,為車道變換做好準(zhǔn)備。具體配時(shí)方法如下:1預(yù)信號(hào)的周期與主信號(hào)的周期相等。為確保周期的穩(wěn)定性,主信號(hào)的周期與預(yù)信號(hào)的周期

10、應(yīng)該相等。2預(yù)信號(hào)的左轉(zhuǎn)綠燈時(shí)間比主信號(hào)要提前截止t 3。主信號(hào)在本周期執(zhí)行第2相位,而下一周期由于車道屬性的改變要執(zhí)行第一相位。在2個(gè)相位過(guò)渡的過(guò)程中,在本周期紅燈啟亮之前,需清空可變車道主信號(hào)與預(yù)信號(hào)之間的這段空間內(nèi)的所有左轉(zhuǎn)車。因此,預(yù)信號(hào)的左轉(zhuǎn)綠燈時(shí)間比主信號(hào)要提前截止t 3。t 3的計(jì)算方法如下:為保證本周期內(nèi)到達(dá)的左轉(zhuǎn)車輛在t 3內(nèi)完全消散,有:q L C =(g L -t 3S L整理可得:t 3=g L -q L C S L(4式中:g L 為主信號(hào)左轉(zhuǎn)綠燈時(shí)間,s ;q L 為左轉(zhuǎn)車的到達(dá)率,veh/s ;C 為信號(hào)周期,s ;S L 為左轉(zhuǎn)車的飽和流率,veh/s 。3預(yù)信

11、號(hào)的直行綠燈要比主信號(hào)提前啟亮r ?？勺冘嚨缹傩杂勺筠D(zhuǎn)變直行,主信號(hào)變化之前要經(jīng)歷一個(gè)紅燈時(shí)間,在這個(gè)紅燈期間內(nèi),不能讓左轉(zhuǎn)車進(jìn)入可變車道,而這段時(shí)間內(nèi),如果沒(méi)有車輛進(jìn)入可變車道的主信號(hào)與預(yù)信號(hào)之間的路段,那么可變車道直行綠燈啟亮?xí)r,就會(huì)損失一段綠燈時(shí)間,因此預(yù)信號(hào)的綠燈應(yīng)該比主信號(hào)提前啟亮r ,讓停在預(yù)信號(hào)停車線后面的直行車輛進(jìn)入主、預(yù)信號(hào)之間的路段,等待主信號(hào)直行綠燈的啟亮。模擬驗(yàn)證為驗(yàn)證方法的可行性,利用Vissim 進(jìn)行模擬分析。模擬條件如下:信號(hào)交叉口渠化方式如圖4所示,信號(hào)配時(shí)方案如圖5所示,各相位綠燈時(shí)間均為20s ,交叉口主信號(hào)的配時(shí)方案設(shè)置可變車道前后保持不變,可變車道渠化段

12、長(zhǎng)度為45m ,過(guò)渡段長(zhǎng)度為30m ,車輛的平均速度取15m/s ,則:t 1=5s ,t 2=3s ,t 3=12s 。設(shè)置可變車道前后左轉(zhuǎn)車延誤對(duì)比見圖8所示。綜合延誤的指標(biāo)d =d 1q 1+d 2q 2q 1+q 2式中:d 1、d 2為左轉(zhuǎn)和直行的延誤;q 1、q 2為左轉(zhuǎn)和直行的流量。綜上可知:設(shè)置可變車道之后左轉(zhuǎn)車道延誤、綜合延誤均有所減少,說(shuō)明在高峰期實(shí)行可變車道運(yùn)行效果明顯。 圖8左轉(zhuǎn)車延誤對(duì)比圖 圖9綜合延誤對(duì)比圖結(jié)束語(yǔ)針對(duì)可變車道的誘導(dǎo)方法,提出了基于雙停車線的預(yù)信號(hào)控制方法。首先,研究了雙停車線的布局方法,確定了主、預(yù)信號(hào)之間的距離;然后,對(duì)主、預(yù)信號(hào)之間的配時(shí)關(guān)系進(jìn)行

13、了分析,確定了主預(yù)信號(hào)周期之間的關(guān)系、車道屬性過(guò)渡過(guò)程中預(yù)信號(hào)的配時(shí)方案以及雙停車線之間的距離對(duì)信號(hào)配時(shí)的影響。并用V ISSIM 軟件驗(yàn)證了其運(yùn)行效果,為可變車道設(shè)置提供了有利的理論支持。參考文獻(xiàn)1倪富健,劉志超.可變交通信息牌的最優(yōu)分布模型J .信息與控制,2003,32(5:39523982崔妍,劉東.北京市朝陽(yáng)路可變車道交通組織研究J .道路交通與安全,2006,6(9:212243張樹山.多相位信號(hào)燈的優(yōu)化可變車道燈的設(shè)置J .山西警官高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)2004,12(12:552564倪富健,劉志超.可變交通信息牌的最優(yōu)分布模型J .信息與控制,2003,32(5:39523985崔

14、妍,劉東.北京市朝陽(yáng)路可變車道交通組織研究J .道路交通與安全,2006(6:212246宮曉燕,康勝.“潮汐式”交通中可變通道的通行方向切換算法的研究與應(yīng)用J .交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息,2006,6(6:332407Sheu J B ,Ritchie S G.Stochastic modeling and real 2time prediction of vehicular lane 2changing behavior J .Transportation Research Part B ,2001,35(8:69527168張衛(wèi)華,王煒.基于公交優(yōu)先通行的交叉口預(yù)信號(hào)設(shè)置方法研究J .公路

15、交通科技,2004,21(6:1012104G uidance Method of the V ariable LaneL I Lili QU Zhaow ei WANG Dianhai(J ili n Universit y ,Chan gchun 130022,Chi na Abstract :In order to seek the variable lane s guidance method ,this paper proposed a pre 2signal guidance methodbased on the double paking line.First ,the double parking line layout method was studied ,and the distance between main singal and the pre 2signal was determined.Then ,the signal timing relation between main singal and the pre 2signal was an 2alyzed.The relation between main singal cycle and the pre 2s