本發(fā)明屬于交通工程和交通信息及控制系統(tǒng)領域，涉及交叉口間信號相位協(xié)調設計
技術領域：
，更具體地說，涉及一種城市主干路禁左及左轉保護相位設置方法。
背景技術：
：隨著城市化進程的發(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，排隊延誤高，通行速度緩慢，沒有體現(xiàn)出主干路快速通達的作用。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：①成本小，不涉及土木動工，實施快捷；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。經對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，一方面，針對城市道路禁左的文獻，多為一些定性分析及實踐經驗總結，缺少針對主干路多個連續(xù)交叉口的禁左模型及標準規(guī)范的研究。另一方面，針對左轉保護相位設置的定量方法，主要有以下兩種：(1)美國《道路通行能力手冊》(HCM2010)中，設置左轉專用相位的依據包括：①如果在一個進口的左轉車道超過一條，就推薦設置左轉相位。②任何一個進口的左轉車流量超過240veh/h，推薦設置左轉相位。③將左轉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，推薦設置左轉相位。表1：建議設置左轉專用相位的Cross-product最小值車道數(shù)量Cross-product值1500002900003110000(2)上海市工程建設規(guī)范《城市道路平面交叉口規(guī)劃與設計規(guī)程》DGJ08-96-2001中給出：有左轉專用車道時，根據左轉流向設計交通量計算的左轉車每周期平均到達3輛時，宜用左轉保護相位。可以看出，現(xiàn)有方法在設置交叉口禁左或左轉保護相位時，主要以當前交叉口自身的條件作為切入點，如當前交叉口左轉車流量、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)調禁左和左轉保護相位的設置。按現(xiàn)有的方法從當前交叉口考慮，主干路與主干路屬于大型交叉口，左轉交通需求大，需設置左轉保護相位，且直行相位綠燈相應減少，極易形成主干路的擁堵點。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重的情況。技術實現(xiàn)要素：技術問題：針對現(xiàn)有禁左或設置左轉保護相位僅考慮當前交叉口的不足，本發(fā)明的目的是提供一種城市主干路禁左及左轉保護相位的設置方法，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保護相位的設置地點，提高主干路通行能力，降低主干路通行延誤。技術方案：為解決上述技術問題，本發(fā)明的城市主干路禁左及左轉保護相位的設置方法，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,各交叉口四個進口道按逆時針方向以a,b,c,d進行編號，其中a和c為主干路進口道。步驟2：根據采集的現(xiàn)狀交通流量和車道數(shù)，計算若交叉口禁左(禁止左轉)或設置左轉保護相位時交通流量和車道數(shù)的重分配結果。步驟3：根據交通流量和車道數(shù)的重分配結果，計算交叉口各相位綠信比。步驟4：根據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：根據主干路通行能力值，確定主干路各交叉口禁左及左轉保護相位的設置地點。本發(fā)明中，步驟2中的禁左或設置左轉保護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距離范圍內的交叉口至少有一個交叉口設置左轉保護相位，確保交通流能夠正常左轉。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設置左轉保護，取值為1表示交叉口y設置禁左。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左轉的交通流等概率地分配到距離交叉口y的s范圍內的交叉口左轉，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：根據步驟22的流量分配方案，考慮交叉口y禁左或設置左轉保護后，流量重分配后流量表達式如式(6)(7)(8)(9)(10)(11)所示：上行左轉：Qya→yd=(qya→yd+Σu=1nPya→yduγu-y)(1-σy)---(6)]]>下行左轉：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：Qya→yb＝qya→yb(10)下行右轉：Qyc→yd＝qyc→yd(11)步驟24：根據步驟22的流量分配方案，若交叉口y禁左，則原有的左轉車道分配給直行車道，如交叉口y設置左轉保護相位，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：根據步驟2得到的流量重分配結果，計算交叉口y的總流量比步驟32：根據交叉口y的總流量比按各進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保護相位設置地點的計算方法，包括如下步驟：步驟51：根據步驟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)經左轉、直行、右轉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：根據步驟51的計算結果，根據式(17)的目標函數(shù)，及約束條件(1)-(16)，計算主干路禁左及左轉保護相位的設置地點，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，若交叉口右轉交通流不受控，使用實際右轉流量值替代右轉通行能力值。有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點本發(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保護相位的設置方法，克服現(xiàn)有方法僅從當前交叉口出發(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，而經常是主干路與主干路相交的大型交叉口發(fā)生嚴重擁堵，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保護相位的設置，使交通流更加均勻地分布到每個交叉口，降低關鍵交叉口的交通需求和交通壓力，提高通行能力，預防排隊溢出。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。具體實施方式結合附圖和實施例，對本發(fā)明技術方案詳細說明如下：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)明選擇山東省濟南市境內緯二路一段從經二路交叉口到經七路交叉口為發(fā)明的研究對象，含6個連續(xù)的信號交叉口，按順序從經二路交叉口進行編號。每個交叉口的周期時長均為150秒，交叉口各進口道分方向的流量，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)設置s＝1000m，即如果某交叉口禁左，則距離此交叉口1000m范圍內必須存在一個或多個交叉口設置左轉保護相位，確保交通流能正常左轉。遍歷所有可行(滿足公式1、2、3)的交叉口禁左和左轉保護相位設置方案，進行下述操作。在此，以交叉口1、4、6禁左，交叉口2、3、5設置左轉保護相位為例，進行實施流程展示。使用公式(4)、(5)計算交叉口1、4、6禁左，交叉口2、3、5設置左轉保護相位后左轉流量的重分配結果，如表3所示表3交叉口禁左后左轉流量重分配結果分配流量交叉口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果，如表4所示。表4交叉口禁左后整體流量重分配結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，將其左轉車道分配給直行車道。根據表3所示的流量分配結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根據公式(12)計算通行能力，結果如表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根據公式(13)(14)(15)(16)計算上下行通行能力差值，結果如表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根據目標函數(shù)公式(17)，選出在交叉口1、4、6禁左，交叉口2、3、5設置左轉保護相位時的目標函數(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保護相位設置方案，重復以上步驟，按目標函數(shù)公式17選取最優(yōu)解，為-895.683，對應的最優(yōu)方案為交叉口2、5、6禁左，交叉口1、3、4設置左轉保護相位。當前第1頁1 2 3