多車道高速公路最外側(cè)車道封閉條件下交通信號控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于公路交通運(yùn)行與組織技術(shù)及交通控制領(lǐng)域，具體涉及一種多車道高速 公路最外側(cè)車道封閉條件下交通信號控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高速公路屬于高等級公路，指的是能適應(yīng)年平均晝夜小客車交通量為25000輛以 上、專供汽車分道高速行駛、并全部控制出入的公路。隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，高速 公路也在其中越來越扮演著重要作用。在2013年6月20日，交通運(yùn)輸部在《國家公路網(wǎng) 規(guī)劃（2013年-2030年）》里進(jìn)一步完善了我國的國家高速公路網(wǎng)，在西部增加了兩條南北 縱線，形成了 7條首都放射線、11條南北縱線和18條東西橫線組成的"71118"網(wǎng)，規(guī)劃總 里程從8. 5萬公里增加至11. 8萬公里。一方面，在中西部仍需要新建或者改建多條高速公 路；另一方面，已建成的部分高速公路由于交通量的快速增長，使得部分高速公路的路面條 件以及交通設(shè)施都不同程度的遭到了破壞，亟待對高速公路進(jìn)行擴(kuò)建。當(dāng)前，全國有多地正 在進(jìn)行或者計(jì)劃進(jìn)行高速公路的改擴(kuò)建工程。然而，由于"重工程設(shè)計(jì)，輕交通設(shè)計(jì)"的思 想嚴(yán)重，在改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)中對交通組織設(shè)計(jì)研宄得很不夠，致使在施工過程中交通組織 無序、交通疏導(dǎo)盲目，經(jīng)常造成長時(shí)間交通擁堵等被動局面。為此，在高速公路進(jìn)行施工時(shí)， 對施工區(qū)域附近的交通組織顯得格外重要，若交通組織不力，會影響道路使用者的安全、增 加交通延誤。
[0003] 通常而言，在進(jìn)行高速公路的改擴(kuò)建工程時(shí)，往往都是封閉最外側(cè)的一個(gè)車道，供 高速公路施工所使用。由于一個(gè)車道的封閉施工，使得上游行駛的在該車道的車輛不得不 換道至其他車道行駛，這樣就產(chǎn)生了車輛的合流和交織行為。同時(shí)，施工區(qū)域也是一個(gè)交通 的瓶頸區(qū)域，如果不進(jìn)行合理有效的交通組織，在該區(qū)域較為容易產(chǎn)生交通擁堵?？梢哉J(rèn) 為，高速行駛的車輛在自由交織過程中，一定是存在著巨大的交通安全隱患。此外，因施工 而受阻的車輛在通行時(shí)，需等到其左側(cè)的車道存在較大的可穿越空隙才能進(jìn)行通行，降低 了車輛的通行效率的同時(shí)也增加了交通擁堵發(fā)生的概率。
[0004] 經(jīng)過發(fā)明人的長期的研宄發(fā)現(xiàn)，在多車道高速公路最外側(cè)車道封閉施工條件 下，通過有效的信號控制，對車輛進(jìn)行通行權(quán)分配，可以很好的解決交通流運(yùn)行的合流 和交織行為，大大降低交通事故發(fā)生的概率。此外，在美國和韓國，也有學(xué)者在進(jìn)行高速 公路在車道封閉施工條件下的信號控制問題，并且取得了一些成果，如NingYang等人 在〈〈Simulation-BasedStudyonaLane-BasedSignalSystemforMergeControlat FreewayWorkZones》論文中提出的適用于雙向四車道的LBSM控制系統(tǒng)。但是之前的研 宄僅僅針對了雙向四車道的高速公路，并沒有辦法將該方法直接移植至多車道的高速公路 上，特別是移植至一些單向車道數(shù)為奇數(shù)的高速公路系統(tǒng)。此外，對于如何在有信號控制條 件下時(shí)進(jìn)行交通組織，以往的研宄本沒有涉及?？梢哉J(rèn)為，目前在多車道高速公路最外側(cè)車 道封閉施工條件下的信號控制方法的研宄上所取得的階段性成果，對于多車道的高速公路 目前還沒有任何的控制方法可以直接的參考與移植。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)在多車道高速公路最外側(cè)的一個(gè)車道因施工而封閉時(shí)，該車道上的 受阻車輛在借其內(nèi)側(cè)車道通行過程中該方向所有車輛因合流和自由交織而引發(fā)的安全問 題，本發(fā)明提供了多車道高速公路最外側(cè)車道封閉條件下交通信號控制方法，通過信號燈 依次放行因施工而受阻的車輛與不受阻車輛，輔之以對施工方向上車道緩沖區(qū)長度、停車 線位置及不可換道區(qū)長度的設(shè)計(jì)，從而提升高速公路封閉區(qū)域車輛通行的安全性。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] 本發(fā)明多車道高速公路最外側(cè)車道封閉條件下交通信號控制方法，該方法采用四 相位的信號控制，通過壓縮其他車道的通行時(shí)間，提供通行權(quán)給行駛在最外側(cè)車道上的車 輛，具體包括以下幾個(gè)步驟:A)交通數(shù)據(jù)采集步驟、B)加權(quán)平均加速度確定步驟、C)緩沖區(qū) 長度及停車線位置確定步驟、D)不可換道區(qū)長度確定步驟、E)信號控制方案確定步驟和F) 信號控制實(shí)施步驟。
[0008] A、采集最外側(cè)車道發(fā)生封閉施工的多車道高速公路的交通數(shù)據(jù)。
[0009] 所述交通數(shù)據(jù)包括：封閉施工區(qū)域上游的單向車道數(shù)量N，N自然數(shù)；封閉施工區(qū) 域上游斷面的第t小時(shí)交通流量<，1<t<24,且t取整數(shù)；封閉施工區(qū)域上游斷面每 小時(shí)交通流量的歷史最大值<ax ;封閉施工區(qū)域斷面的小時(shí)交通流量gf,1<t<24,且t 取整數(shù)；封閉施工區(qū)域斷面的每小時(shí)交通流量的歷史最大值封閉施工區(qū)域的限速值 、封閉施工區(qū)域上游斷面的實(shí)際通行能力cu;封閉施工區(qū)域斷面的實(shí)際通行能力cd;高 速公路的貨車比例a;貨車的平均最大加速度atradt;客車的平均最大加速度apassmg"。其 中，小時(shí)交通流量<、<ax、<ax和V的單位取當(dāng)量小汽車/車道/小時(shí)；實(shí)際通行能力cu 和cd的單位取當(dāng)量小汽車/車道/小時(shí)；平均最大加速度atnKk和apass_#單位取米每二 次方秒，限速<m,+,的單位取米每秒。
[0010] B、根據(jù)步驟A采集的交通數(shù)據(jù)確定該多車道高速公路加權(quán)平均加速度aw，如下式 所示：
[0011]aw=aatruck+(l_a)apassenger (1)
[0012] 其中，多車道高速公路加權(quán)平均加速度aw，單位取米每二次方秒。
[0013] C、利用步驟A采集的交通數(shù)據(jù)和步驟二獲得的加權(quán)平均加速度aw，計(jì)算封閉施工 區(qū)域斷面前的緩沖區(qū)長度d，從而確定停車線位置。
[0014] 緩沖區(qū)長度d:
[0015]
【主權(quán)項(xiàng)】
1.多車道高速公路最外側(cè)車道封閉條件下交通信號控制方法，其特征在于，該方法采 用四相位的信號控制，通過壓縮其他車道的通行時(shí)間，提供通行權(quán)給行駛在最外側(cè)車道上 的車輛，具體包括以下幾個(gè)步驟： A、 采集最外側(cè)車道發(fā)生封閉施工的多車道高速公路的交通數(shù)據(jù)； 所述交通數(shù)據(jù)包括：封閉施工區(qū)域上游的單向車道數(shù)量N，N自然數(shù)；封閉施工區(qū)域上 游斷面的第t小時(shí)交通流量<，1 <t< 24,且t取整數(shù)；封閉施工區(qū)域上游斷面每小時(shí)交 通流量的歷史最大值<ax ;封閉施工區(qū)域斷面的第t小時(shí)交通流量&，1 <t< 24,且t取整 數(shù)；封閉施工區(qū)域斷面的每小時(shí)交通流量的歷史最大值<ax ;封閉施工區(qū)域的限速值^"; 封閉施工區(qū)域上游斷面的實(shí)際通行能力cu;封閉施工區(qū)域斷面的實(shí)際通行能力cd;高速公 路的貨車比例a;貨車的平均最大加速度atradi;客車的平均最大加速度apassmgOT; B、 根據(jù)步驟A采集的交通數(shù)據(jù)確定該多車道高速公路加權(quán)平均加速度aw，如下式所 示： aw= a a truck+(l_a )a passenger (1) c、利用步驟A采集的交通數(shù)據(jù)和步驟B獲得的加權(quán)平均加速度aw，計(jì)算封閉施工區(qū)域 斷面前的緩沖區(qū)長度d，從而確定停車線位置；
停車線設(shè)置于封閉施工區(qū)域斷面前離封閉施工區(qū)域開始位置距離為d的緩沖區(qū)一端； D、 計(jì)算設(shè)置于停車線的上游的不可換道區(qū)長度L，如下式所示：
E、 通過信號控制周期時(shí)長計(jì)算、信號控制相序以及信號控制通行規(guī)則確定執(zhí)行 信號控制策略，每個(gè)車道均由一個(gè)獨(dú)立的信號燈控制，具體如下： E1)信號控制周期時(shí)長
其中t為第t小時(shí)；信號燈共有4個(gè)相位，分別為相位1、相位1切換至相位2的全紅 相位、相位2、相位2切換至相位1的全紅相位； E2)信號控制相序：相序依次為相位1、從相位1切換至相位2的全紅相位、相位2、從 相位2切換至相位1的全紅相位； E3)信號控制通行規(guī)則：當(dāng)信號燈處于相位1時(shí)，最外側(cè)車道上行駛的車輛需要在停車 線前的不可換道區(qū)停車等候，其余車道上的車輛可以繼續(xù)行駛通過停車線； 當(dāng)信號燈處于相位2時(shí)，最內(nèi)側(cè)車道上行駛的車輛需要在停車線前的不可換道區(qū)停車 等候，其余車道上的車輛可以繼續(xù)行駛通過停車線； 當(dāng)信號燈的信號處于全紅相位時(shí)，所有車道上行駛的車輛需要在停車線前的不可換道 區(qū)停車等候，禁止行駛通過停車線； F、實(shí)施信號控制策略中，
，信號燈啟動，所有車輛的運(yùn) 行受到信號燈的控制；否則，信號燈關(guān)閉，所有車輛可以自由行駛。
2. 根據(jù)權(quán)利要求2所示的多車道高速公路最外側(cè)車道封閉條件下交通信號控制 方法，其特征在于，所述E步驟中，相位1的時(shí)長為
；相位2的時(shí)長為
分別表示從相位1切換至2的全紅相位的時(shí)長和從相 位2切換至相位1的全紅相位的時(shí)長。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所示的多車道高速公路最外側(cè)車道封閉條件下交通信號控制方法， 其特征在于，所述E步驟中，相位1為直行相位，此時(shí)具有通行權(quán)的車輛能且僅能沿著正前 方的車道方向行駛通過停車線； 相位2為左直相位，此時(shí)具有通行權(quán)的車輛能且僅能沿著其所在車道左側(cè)相鄰的第一 個(gè)車道的方向行駛通過停車線。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多車道高速公路最外側(cè)車道封閉條件下交通信號控制方法，包含交通數(shù)據(jù)采集、加權(quán)平均加速度確定、緩沖區(qū)長度及停車線位置確定、不可換道區(qū)長度確定、信號控制方案確定、信號控制實(shí)施；該方法通過采集高速公路封閉施工區(qū)域上游斷面及施工斷面的各種交通流信息，設(shè)計(jì)并確定施工區(qū)域所影響方向上的各車道的緩沖區(qū)長度、停車線位置及不可換道區(qū)長度；并通過計(jì)算得出的信號控制方案，對施工區(qū)域方向的受阻車道與不受阻車道進(jìn)行通行權(quán)分配，本發(fā)明方法通過信號來控制高速公路受封閉施工影響方向車道上的車流通行，減少由于車道縮減所造成的車輛合流和自由交織的發(fā)生，提升交通運(yùn)行的安全性，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。
【IPC分類】G08G1-08
【公開號】CN104778847
【申請?zhí)枴緾N201510167289
【發(fā)明人】華雪東, 付旻, 魏軍, 徐冀
【申請人】南京全司達(dá)交通科技有限公司, 遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月9日