本發(fā)明涉及城市道路交通渠劃和信號(hào)控制技術(shù)，具體涉及一種城市主干道的路段交通掉頭控制方法。

背景技術(shù)：

主干道作為城市交通的大動(dòng)脈和城市路網(wǎng)的骨架，具有道路寬度一般≥40m和路段長度一般≥500m的特征，是連通城市各功能分區(qū)的主要道路。城市主干道的交通運(yùn)行情況直接影響到整個(gè)路網(wǎng)的服務(wù)水平。

為提高城市主干道的交通運(yùn)行效率，將車輛掉頭位置由交叉口轉(zhuǎn)移到路段上的設(shè)置形式，已成為城市主干道掉頭交通組織的重要發(fā)展趨勢。已有的路段交通掉頭控制方法，通常是直接移植交叉口的交通控制形式，將掉頭車道設(shè)置在緊鄰中央分隔帶的位置，并采用常規(guī)兩相位的信號(hào)控制策略分配掉頭交通與直行交通的時(shí)間通行路權(quán)，對(duì)車輛的掉頭過程進(jìn)行交通管控。在這種常規(guī)方法的管控下，掉頭車輛的行駛不順暢，直行車輛的通行效率受到極大影響。同時(shí)，由于中央分隔帶的寬度需要根據(jù)掉頭車輛的轉(zhuǎn)彎半徑相應(yīng)增加，路段的車輛可行駛區(qū)域也會(huì)受到相應(yīng)影響。

為降低路段掉頭車輛對(duì)直行車輛交通通行需求的影響，以及避免中央分隔帶設(shè)置過寬而影響路段交通運(yùn)行效率，本發(fā)明針對(duì)主干道路幅較寬的特點(diǎn)，提出了一種城市主干道的路段交通掉頭控制方法。該方法在充分考慮掉頭車輛交通運(yùn)行特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合掉頭交通與直行交通的運(yùn)行需求，優(yōu)化道路路段空間設(shè)計(jì)方案和信號(hào)控制方案，降低掉頭車輛對(duì)直行車輛通行效率的影響，提高城市干線道路路段的通行能力和運(yùn)行效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種城市主干道的路段交通掉頭控制方法，優(yōu)化路段掉頭空間設(shè)計(jì)和信號(hào)控制方案，降低掉頭車輛對(duì)直行車輛通行效率的影響，實(shí)現(xiàn)路段運(yùn)行效率和服務(wù)水平的整體提升。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明包括以下步驟：

步驟一，采集路段上的道路設(shè)施信息和交通運(yùn)行數(shù)據(jù)；

步驟二，根據(jù)步驟一中得到的道路設(shè)施信息和交通運(yùn)行數(shù)據(jù)，換算和修正上行方向的直行交通等效流量、上行方向的掉頭交通等效流量、下行方向的直行交通等效流量、下行方向的掉頭交通等效流量，確定上行進(jìn)口方向的車道配置方案，以及下行進(jìn)口方向的車道配置方案；

步驟三，根據(jù)步驟一中得到的道路設(shè)施信息與步驟二中得到的上、下行方向的車道配置方案，結(jié)合掉頭車輛的交通運(yùn)行特征，確定上行進(jìn)口方向的掉頭車道位置設(shè)計(jì)方案，以及下行進(jìn)口方向的掉頭車道位置設(shè)計(jì)方案；

步驟四，根據(jù)步驟一中得到的道路設(shè)施信息、步驟二中得到的上行和下行方向的車道配置方案、步驟三中得到的上行和下行方向的掉頭車道位置設(shè)計(jì)方案，結(jié)合掉頭車輛的交通運(yùn)行特征，確定路段中央分隔帶的開口設(shè)計(jì)方案；

步驟五，根據(jù)步驟一中得到的交通運(yùn)行數(shù)據(jù)、步驟二中得到的上行和下行方向的車道配置方案、步驟三中得到的上行和下行方向的掉頭車道位置設(shè)計(jì)方案、步驟四中得到的路段中央分隔帶開口設(shè)計(jì)方案，確定路段掉頭控制的信號(hào)配時(shí)方案。

所述步驟一中，道路設(shè)施信息包括道路路段寬度L_sec、路段中央分隔帶寬度L_sep、路段機(jī)動(dòng)車道寬度L_veh、路段非機(jī)動(dòng)車道寬度L_bike；交通運(yùn)行數(shù)據(jù)包括上行方向的直行交通流量F_up,str、上行方向的掉頭交通流量F_up,tur、下行方向的直行交通流量F_down,str、下行方向的掉頭交通流量F_down,tur，以及上行方向直行交通的小型車比例U_str,sml、上行方向掉頭交通的小型車比例U_tur,sml、上行方向直行交通的大型車比例U_str,lrg、上行方向掉頭交通的大型車比例U_tur,lrg、下行方向直行交通的小型車比例D_str,sml、下行方向掉頭交通的小型車比例D_tur,sml、下行方向直行交通的大型車比例D_str,lrg、下行方向掉頭交通的大型車比例D_tur,lrg。

所述步驟二的具體步驟如下：

第一步，確定上行方向、下行方向的直行交通等效流量與掉頭交通等效流量為：

E_up,str＝F_up,str(λ_smlU_str,sml+λ_lrgU_str,lrg)，E_up,tur＝F_up,tur(λ_smlU_tur,sml+λ_lrgU_tur,lrg)，

E_down,str＝F_down,str(λ_smlD_str,sml+λ_lrgD_str,lrg)，E_down,tur＝F_down,tur(λ_smlD_tur,sml+λ_lrgD_tur,lrg)

其中，E_up,str、E_up,tur、E_down,str、E_down,tur分別為上行方向的直行交通等效流量、上行方向的掉頭交通等效流量、下行方向的直行交通等效流量、下行方向的掉頭交通等效流量，且單位為pcu/h；F_up,str、F_up,tur、F_down,str、F_down,tur的單位為veh/h；λ_sml為小型車的當(dāng)量小汽車換算系數(shù)，且λ_sml＝1；λ_lrg為大型車的當(dāng)量小汽車換算系數(shù)，且λ_lrg＝2；

第二步，確定上行進(jìn)口方向、下行進(jìn)口方向的機(jī)動(dòng)車道數(shù)為：

L_veh＝L_sec-L_bike-L_sep，L_sep＝(L_sec-L_bike)mod375

其中，N_up、N_down分別為上行進(jìn)口方向的機(jī)動(dòng)車道數(shù)、下行進(jìn)口方向的機(jī)動(dòng)車道數(shù)；N_sum為該路段的總機(jī)動(dòng)車道數(shù)；L_sec、L_sep、L_veh、L_bike的單位為cm；mod為求余運(yùn)算；

第三步，確定上行進(jìn)口方向、下行進(jìn)口方向的直行車道數(shù)和掉頭車道數(shù)為：

其中，N_up,str、N_up,tur、N_down,str、N_down,tur分別為上行進(jìn)口方向的直行車道數(shù)、上行進(jìn)口方向的掉頭車道數(shù)、下行進(jìn)口方向的直行車道數(shù)、下行進(jìn)口方向的掉頭車道數(shù)。

所述步驟三的具體步驟如下：

從道路中央分隔帶向道路兩側(cè)，機(jī)動(dòng)車的車道從1開始排序；則上行進(jìn)口方向掉頭車道的計(jì)數(shù)起始值、下行進(jìn)口方向掉頭車道的計(jì)數(shù)起始值均為：其中，N為上行進(jìn)口方向掉頭車道，以及下行進(jìn)口方向掉頭車道的計(jì)數(shù)起始值；n為大于零的偶數(shù)，n≤2(N_up-N_up,tur)且n≤2(N_down-N_down,tur)；r為機(jī)動(dòng)車的最小轉(zhuǎn)彎半徑，且大型車r＝1000、小型車r＝600，單位為cm；d為機(jī)動(dòng)車的車輛寬度，且大型車d＝250、小型車r＝180，單位為cm；ceil表示返回大于或者等于指定表達(dá)式的最小整數(shù)。

所述步驟四的具體步驟如下：路段中央分隔帶的開口尺寸為S_sep＝2r+d+ε。其中，ε為安全行駛距離，且ε＝200，單位為cm。

所述步驟五的具體步驟如下：

第一步，路段掉頭交通控制的信號(hào)周期為：

其中，T為路段掉頭交通控制的信號(hào)周期，單位為s；V_e為路段車道設(shè)計(jì)交通量，單位為pcu/h；ceil表示返回大于或者等于指定表達(dá)式的最小整數(shù)；α為直行交通停車率；

第二步，上行進(jìn)口方向、下行進(jìn)口方向的第1到車道為直行車道，且其綠燈時(shí)間為：

其中，T_g,str為第1到直行車道的綠燈時(shí)間，單位為s；

第三步，上行進(jìn)口方向的第到車道為掉頭車道，下行進(jìn)口方向的第到車道為掉頭車道，且其綠燈時(shí)間為：

其中，T_g,tur為第到掉頭車道的綠燈時(shí)間，單位為s；

第四步，上行進(jìn)口方向的第到N_up車道為直行車道，下行進(jìn)口方向的第到N_down車道為直行車道，在整個(gè)信號(hào)周期均能通行，即綠燈時(shí)間為T_g＝T。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明首先采集道路和交通信息數(shù)據(jù)，然后根據(jù)掉頭車輛與直行車輛的交通通行需求確定車道配置方案，其次依據(jù)掉頭車輛的掉頭行駛要求確定掉頭車道位置和中央分隔帶的開口參數(shù)，最后確定路段掉頭交通控制的信號(hào)配時(shí)方案。本發(fā)明充分考慮了城市主干道的道路特征、掉頭車輛的交通運(yùn)行特征，以及掉頭車輛與直行車輛的交通通行需求特征，本發(fā)明通過優(yōu)化城市主干道掉頭路段的空間設(shè)計(jì)方案和信號(hào)控制方案，能夠大幅度提高掉頭車輛的運(yùn)行效率和直行車輛的通行效率。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)掉頭位置在相同的時(shí)間內(nèi)通過更多的車輛，對(duì)城市交通系統(tǒng)的優(yōu)化和運(yùn)行效率的提升具有重要意義。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的某主干道掉頭路段實(shí)例示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

參見圖1，本發(fā)明包括以下步驟：

第一步，采集路段上的道路設(shè)施信息和交通運(yùn)行數(shù)據(jù)；

道路設(shè)施信息包括道路路段寬度L_sec、路段中央分隔帶寬度L_sep、路段機(jī)動(dòng)車道寬度L_veh、路段非機(jī)動(dòng)車道寬度L_bike；交通運(yùn)行數(shù)據(jù)包括上行方向的直行交通流量F_up,str、上行方向的掉頭交通流量F_up,tur、下行方向的直行交通流量F_down,str、下行方向的掉頭交通流量F_down,tur，以及上行方向直行交通的小型車比例U_str,sml、上行方向掉頭交通的小型車比例U_tur,sml、上行方向直行交通的大型車比例U_str,lrg、上行方向掉頭交通的大型車比例U_tur,lrg、下行方向直行交通的小型車比例D_str,sml、下行方向掉頭交通的小型車比例D_tur,sml、下行方向直行交通的大型車比例D_str,lrg、下行方向掉頭交通的大型車比例D_tur,lrg。

第二步，確定上行方向、下行方向的直行交通等效流量與掉頭交通等效流量為：

E_up,str＝F_up,str(λ_smlU_str,sml+λ_lrgU_str,lrg)，E_up,tur＝F_up,tur(λ_smlU_tur,sml+λ_lrgU_tur,lrg)，

E_down,str＝F_down,str(λ_smlD_str,sml+λ_lrgD_str,lrg)，E_down,tur＝F_down,tur(λ_smlD_tur,sml+λ_lrgD_tur,lrg)

其中，E_up,str、E_up,tur、E_down,str、E_down,tur分別為上行方向的直行交通等效流量、上行方向的掉頭交通等效流量、下行方向的直行交通等效流量、下行方向的掉頭交通等效流量，且單位為pcu/h；F_up,str、F_up,tur、F_down,str、F_down,tur的單位為veh/h；λ_sml為小型車的當(dāng)量小汽車換算系數(shù)，且λ_sml＝1；λ_lrg為大型車的當(dāng)量小汽車換算系數(shù)，且λ_lrg＝2；

第三步，確定上行進(jìn)口方向、下行進(jìn)口方向的機(jī)動(dòng)車道數(shù)為：

L_veh＝L_sec-L_bike-L_sep，L_sep＝(L_sec-L_bike)mod 375

其中，N_up、N_down分別為上行進(jìn)口方向的機(jī)動(dòng)車道數(shù)、下行進(jìn)口方向的機(jī)動(dòng)車道數(shù)；N_sum為該路段的總機(jī)動(dòng)車道數(shù)；L_sec、L_sep、L_veh、L_bike的單位為cm；mod為求余運(yùn)算；

第四步，確定上行進(jìn)口方向、下行進(jìn)口方向的直行車道數(shù)和掉頭車道數(shù)為：

其中，N_up,str、N_up,tur、N_down,str、N_down,tur分別為上行進(jìn)口方向的直行車道數(shù)、上行進(jìn)口方向的掉頭車道數(shù)、下行進(jìn)口方向的直行車道數(shù)、下行進(jìn)口方向的掉頭車道數(shù)。

第五步，從道路中央分隔帶向道路兩側(cè)，機(jī)動(dòng)車的車道從1開始排序；則上行進(jìn)口方向掉頭車道的計(jì)數(shù)起始值、下行進(jìn)口方向掉頭車道的計(jì)數(shù)起始值均為：其中，N為上行進(jìn)口方向掉頭車道，以及下行進(jìn)口方向掉頭車道的計(jì)數(shù)起始值；n為大于零的偶數(shù)，n≤2(N_up-N_up,tur)且n≤2(N_down-N_down,tur)；r為機(jī)動(dòng)車的最小轉(zhuǎn)彎半徑，且大型車r＝1000、小型車r＝600，單位為cm；d為機(jī)動(dòng)車的車輛寬度，且大型車d＝250、小型車r＝180，單位為cm；ceil表示返回大于或者等于指定表達(dá)式的最小整數(shù)。

第六步，根據(jù)步驟一中得到的道路設(shè)施信息、步驟二中得到的上行和下行方向的車道配置方案、步驟三中得到的上行和下行方向的掉頭車道位置設(shè)計(jì)方案，結(jié)合掉頭車輛的交通運(yùn)行特征，確定路段中央分隔帶的開口設(shè)計(jì)方案；路段中央分隔帶的開口尺寸為S_sep＝2r+d+ε。其中，ε為安全行駛距離，且ε＝200，單位為cm；

第七步，路段掉頭交通控制的信號(hào)周期為：

其中，T為路段掉頭交通控制的信號(hào)周期，單位為s；V_e為路段車道設(shè)計(jì)交通量，單位為pcu/h；ceil表示返回大于或者等于指定表達(dá)式的最小整數(shù)；α為直行交通停車率；

第八步，上行進(jìn)口方向、下行進(jìn)口方向的第1到車道為直行車道，且其綠燈時(shí)間為：

其中，T_g,str為第1到直行車道的綠燈時(shí)間，單位為s；

第九步，上行進(jìn)口方向的第到車道為掉頭車道，下行進(jìn)口方向的第到車道為掉頭車道，且其綠燈時(shí)間為：

其中，T_g,tur為第到掉頭車道的綠燈時(shí)間，單位為s；

第十步，上行進(jìn)口方向的第到N_up車道為直行車道，下行進(jìn)口方向的第到N_down車道為直行車道，在整個(gè)信號(hào)周期均能通行，即綠燈時(shí)間為T_g＝T。

參見圖2，實(shí)施例：

步驟一，采集路段上的道路設(shè)施信息和交通運(yùn)行數(shù)據(jù)。

本步驟中，道路設(shè)施信息包括道路路段寬度L_sec、路段非機(jī)動(dòng)車道寬度L_bike；交通運(yùn)行數(shù)據(jù)包括上行方向的直行交通流量F_up,str、上行方向的掉頭交通流量F_up,tur、下行方向的直行交通流量F_down,str、下行方向的掉頭交通流量F_down,tur，以及上行方向直行交通的小型車比例U_str,sml、上行方向掉頭交通的小型車比例U_tur,sml、上行方向直行交通的大型車比例U_str,lrg、上行方向掉頭交通的大型車比例U_tur,lrg、下行方向直行交通的小型車比例D_str,sml、下行方向掉頭交通的小型車比例D_tur,sml、下行方向直行交通的大型車比例D_str,lrg、下行方向掉頭交通的大型車比例D_tur,lrg。

本實(shí)例中，道路路段寬度L_sec、路段非機(jī)動(dòng)車道寬度L_bike采用紅外線測距儀和工程測量尺通過實(shí)地測量得到；上行方向的直行交通流量F_up,str、上行方向的掉頭交通流量F_up,tur、下行方向的直行交通流量F_down,str、下行方向的掉頭交通流量F_down,tur，以及上行方向直行交通的小型車比例U_str,sml、上行方向掉頭交通的小型車比例U_tur,sml、上行方向直行交通的大型車比例U_str,lrg、上行方向掉頭交通的大型車比例U_tur,lrg、下行方向直行交通的小型車比例D_str,sml、下行方向掉頭交通的小型車比例D_tur,sml、下行方向直行交通的大型車比例D_str,lrg、下行方向掉頭交通的大型車比例D_tur,lrg通過交通運(yùn)行數(shù)據(jù)采集攝像機(jī)與數(shù)據(jù)處理服務(wù)器得到。

步驟二，根據(jù)步驟(A)中得到的道路設(shè)施信息和交通運(yùn)行數(shù)據(jù)，換算和修正上行方向的直行交通等效流量、上行方向的掉頭交通等效流量、下行方向的直行交通等效流量、下行方向的掉頭交通等效流量，確定上行進(jìn)口方向的車道配置方案，以及下行進(jìn)口方向的車道配置方案，具體方法為：

第一步，確定上行方向、下行方向的直行交通等效流量與掉頭交通等效流量為：

E_up,str＝F_up,str(λ_smlU_str,sml+λ_lrgU_str,lrg)，E_up,tur＝F_up,tur(λ_smlU_tur,sml+λ_lrgU_tur,lrg)，

E_down,str＝F_down,str(λ_smlD_str,sml+λ_lrgD_str,lrg)，E_down,tur＝F_down,tur(λ_smlD_tur,sml+λ_lrgD_tur,lrg)

本實(shí)例中，交通運(yùn)行采集數(shù)據(jù)分別為F_up,str＝1960veh/h、F_up,tur＝290veh/h、U_str,sml＝0.9、U_str,lrg＝0.1、U_tur,sml＝1.0、U_tur,lrg＝0、F_down,str＝1880veh/h、F_down,tur＝220veh/h、D_str,sml＝0.9、D_str,lrg＝0.1、D_tur,sml＝1.0、D_tur,lrg＝0，則上行方向的直行交通等效流量為E_up,str＝2156pcu/h，上行方向的掉頭交通等效流量為E_up,tur＝290pcu/h，下行方向的直行交通等效流量為E_down,str＝2068pcu/h，下行方向的掉頭交通等效流量為E_down,tur＝220pcu/h。

第二步，確定上行進(jìn)口方向、下行進(jìn)口方向的機(jī)動(dòng)車道數(shù)為：

L_veh＝L_sec-L_bike-L_sep，L_sep＝(L_sec-L_bike)mod375

本實(shí)例中，道路設(shè)施采集數(shù)據(jù)分別為L_sec＝4000cm、L_bike＝800cm，則機(jī)動(dòng)車道的寬度為L_veh＝3000cm，道路中央分隔帶的寬度為L_sep＝200cm，上行進(jìn)口方向的機(jī)動(dòng)車道數(shù)為N_up＝4，下行進(jìn)口方向的機(jī)動(dòng)車道數(shù)為N_down＝4。

第三步，確定上行進(jìn)口方向、下行進(jìn)口方向的直行車道數(shù)和掉頭車道數(shù)為：

本實(shí)例中，上行進(jìn)口方向的直行車道數(shù)為N_up,str＝3，上行進(jìn)口方向的掉頭車道數(shù)為N_up,tur＝1，下行進(jìn)口方向的直行車道數(shù)為N_down,str＝3，下行進(jìn)口方向的掉頭車道數(shù)為N_down,tur＝1。

步驟三，根據(jù)步驟(A)中得到的道路設(shè)施信息與步驟(B)中得到的上、下行方向的車道配置方案，結(jié)合掉頭車輛的交通運(yùn)行特征，確定上行進(jìn)口方向的掉頭車道位置設(shè)計(jì)方案，以及下行進(jìn)口方向的掉頭車道位置設(shè)計(jì)方案，具體方法為：

本步驟中，從道路中央分隔帶向道路兩側(cè)，機(jī)動(dòng)車的車道從1開始排序。則上行進(jìn)口方向掉頭車道的計(jì)數(shù)起始值、下行進(jìn)口方向掉頭車道的計(jì)數(shù)起始值均為：

本實(shí)例中，機(jī)動(dòng)車轉(zhuǎn)彎半徑r＝600cm，機(jī)動(dòng)車的車輛寬度r＝180cm，n＝4，則上行進(jìn)口方向掉頭車道的計(jì)數(shù)起始值，以及下行進(jìn)口方向掉頭車道的計(jì)數(shù)起始值為N＝2。

步驟四，根據(jù)步驟(A)中得到的道路設(shè)施信息、步驟(B)中得到的上行和下行方向的車道配置方案、步驟(C)中得到的上行和下行方向的掉頭車道位置設(shè)計(jì)方案，結(jié)合掉頭車輛的交通運(yùn)行特征，確定路段中央分隔帶的開口設(shè)計(jì)方案。

本實(shí)例中，路段中央分隔帶的開口尺寸為S_sep＝1580cm。

步驟五，根據(jù)步驟(A)中得到的交通運(yùn)行數(shù)據(jù)、步驟(B)中得到的上行和下行方向的車道配置方案、步驟(C)中得到的上行和下行方向的掉頭車道位置設(shè)計(jì)方案、步驟(D)中得到的路段中央分隔帶開口設(shè)計(jì)方案，確定路段掉頭控制的信號(hào)配時(shí)方案，具體方法為：

第一步，路段掉頭交通控制的信號(hào)周期為：

本實(shí)例中，直行交通停車率α＝0.3，則路段掉頭交通控制的信號(hào)周期為T＝43s。

第二步，上行進(jìn)口方向、下行進(jìn)口方向的第1到車道為直行車道，且其綠燈時(shí)間為：

本實(shí)例中，第1到直行車道的綠燈時(shí)間為T_g,str＝20s。

第三步，上行進(jìn)口方向的第到車道為掉頭車道，下行進(jìn)口方向的第到車道為掉頭車道，且其綠燈時(shí)間為：

本實(shí)例中，第到掉頭車道的綠燈時(shí)間為T_g,tur＝23s。

第四步，上行進(jìn)口方向的第到N_up車道為直行車道，下行進(jìn)口方向的第到N_down車道為直行車道，在整個(gè)信號(hào)周期均能通行，即綠燈時(shí)間為T_g＝T。

本實(shí)例中，上行進(jìn)口方向的第到N_up車道為直行車道，以及下行進(jìn)口方向的第到N_down車道為直行車道，其在整個(gè)信號(hào)周期均能通行，即綠燈時(shí)間為T_g＝43s。