本發(fā)明涉及交通設(shè)計(jì)與交通控制領(lǐng)域，尤其是涉及一種信控交叉口左轉(zhuǎn)交通組合設(shè)計(jì)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，機(jī)動(dòng)車保有量逐年增加，城市道路系統(tǒng)負(fù)荷愈加嚴(yán)重，城市交通擁堵問(wèn)題、空氣質(zhì)量、事故頻發(fā)等問(wèn)題日益凸顯。平面交叉口作為城市道路交通網(wǎng)絡(luò)的基本節(jié)點(diǎn)，匯集了不同方向的交通流。多股交織運(yùn)行的交通流在同一平面完成分流、交匯和沖突等相互干擾行為。由于空間和時(shí)間的限制，交叉口己經(jīng)成為制約整個(gè)道路交通系統(tǒng)充分發(fā)揮功能效率的瓶頸。有數(shù)據(jù)表明，在平面交叉口發(fā)生的交通事故占城市道路交通事故總數(shù)的58.9％，其中車行道超過(guò)2/3的交通事故與左轉(zhuǎn)車輛有關(guān)，由左轉(zhuǎn)車輛運(yùn)行導(dǎo)致的路口通行效率下降，廢氣排放加劇的現(xiàn)象愈演愈烈。因此，有效組織左轉(zhuǎn)車流運(yùn)行對(duì)于保障交通安全、提高交叉口通行效益至關(guān)重要。

國(guó)內(nèi)針對(duì)信控交叉口左轉(zhuǎn)交通時(shí)空優(yōu)化方法主要有兩類，第一類為基于相位的優(yōu)化，需要遍歷所有時(shí)空優(yōu)化組合，且渠劃相位方案與配時(shí)優(yōu)化分離，優(yōu)化效率與結(jié)果均受影響。第二類為基于車道的優(yōu)化，該方法以車道為基本對(duì)象，將渠劃、信號(hào)相位與配時(shí)方案同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化方案的效率及最優(yōu)性得以保證。但由于此方法的渠劃方案僅為左轉(zhuǎn)車道功能的確定，未考慮左轉(zhuǎn)待行區(qū)及左轉(zhuǎn)短車道長(zhǎng)度(容量)對(duì)優(yōu)化結(jié)果的影響，因此針對(duì)設(shè)置左轉(zhuǎn)待行區(qū)及左轉(zhuǎn)短車道的交叉口而言，現(xiàn)有的優(yōu)化方法也并不適用，這也是本發(fā)明需要解決的重點(diǎn)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種信控交叉口左轉(zhuǎn)交通組合設(shè)計(jì)優(yōu)化方法。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種信控交叉口左轉(zhuǎn)交通組合設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，包括以下步驟：

1)獲取目標(biāo)交叉口的幾何條件、信號(hào)方案和歷史交通需求，明確交叉口服務(wù)水平要求，并將其轉(zhuǎn)化為左轉(zhuǎn)交通時(shí)空優(yōu)化模型的輸入?yún)?shù)；

2)以交叉口車均延誤最小為目標(biāo)函數(shù)結(jié)合約束條件建立優(yōu)化左轉(zhuǎn)交通時(shí)空優(yōu)化模型；

3)對(duì)左轉(zhuǎn)交通時(shí)空優(yōu)化模型進(jìn)行求解，獲得考慮左轉(zhuǎn)待行區(qū)和短車道組合設(shè)計(jì)的左轉(zhuǎn)交通時(shí)空優(yōu)化方案，該優(yōu)化方案包括左轉(zhuǎn)空間設(shè)計(jì)參數(shù)和信號(hào)方案。

所述的步驟1)中，交叉口幾何條件包括交叉口內(nèi)部左轉(zhuǎn)與直行車流軌跡長(zhǎng)度與位置、停車線與沖突點(diǎn)的距離、各個(gè)進(jìn)口允許設(shè)置左轉(zhuǎn)待行區(qū)及短車道容量范圍，信號(hào)方案包括該交叉口信號(hào)周期、各股車流綠燈時(shí)間范圍和綠燈間隔時(shí)間，歷史交通需求包括：該交叉口所有進(jìn)口左轉(zhuǎn)與直行交通流在不同時(shí)段的流量與到達(dá)分布規(guī)律，服務(wù)水平包括該交叉口運(yùn)行服務(wù)水平的要求。

所述的左轉(zhuǎn)交通時(shí)空優(yōu)化模型的假設(shè)條件包括：

(1)所有車輛均為標(biāo)準(zhǔn)小汽車；城市道路選取小客車(2軸，軸距2.3-2.9米之間)作為標(biāo)準(zhǔn)小汽車，為了使不同交通組成的交通流能夠在相同尺度下進(jìn)行分析，使其具有可比性，在分析計(jì)算時(shí)需要將實(shí)際交通組成中的各種交通量換算成標(biāo)準(zhǔn)車當(dāng)量)

(2)車輛到達(dá)交叉口的事件相互獨(dú)立，且服從泊松分布；

(3)車輛臨界間隙、跟車時(shí)距及飽和流率在一定時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定不變；

(4)交通系統(tǒng)在一段時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，各方向交通流飽和度小于1，并且考慮因車流隨機(jī)到達(dá)而產(chǎn)生的排隊(duì)殘留現(xiàn)象。

所述的左轉(zhuǎn)交通時(shí)空優(yōu)化模型的約束條件包括車道功能約束、信號(hào)方案約束、車流量約束、左轉(zhuǎn)短車道和左轉(zhuǎn)待行區(qū)容量限制約束以及車流飽和度約束。

所述的車道功能約束包括：

a)每根進(jìn)口車道均被利用：

其中，δi,j,k為0-1型變量，若車流經(jīng)過(guò)i岔口的第k車道從i岔口運(yùn)行至j岔口，則δi,j,k取1，否則取0，nt為交叉口岔口總數(shù)，αi為i岔口的進(jìn)口車道總數(shù)；

b)每個(gè)進(jìn)口至少有一根車道供直行或左轉(zhuǎn)車流運(yùn)行：

且

其中，δi,m,k為0-1型變量，若車流經(jīng)過(guò)i岔口的第k車道從i岔口運(yùn)行至m岔口，則δi,m,k取1，否則取0，δi,n,k為0-1型變量，若車流經(jīng)過(guò)i岔口的第k車道從i岔口運(yùn)行至n岔口，則δi,n,k取1；

c)左轉(zhuǎn)車流被安排在直行車流左側(cè)運(yùn)行：

其中，δi,j,k+1為0-1型變量，若車流經(jīng)過(guò)i岔口的第k+1車道從i岔口運(yùn)行至j岔口，則δi,j,k取1，否則取0；

d)出口車道數(shù)不應(yīng)小于同時(shí)匯入該出口的車道數(shù)：

其中，e(j)為j岔口的出口車道總數(shù)；

e)直左車道數(shù)限制，每個(gè)進(jìn)口至多設(shè)置一根直左共用車道：

f)左轉(zhuǎn)短車道為左轉(zhuǎn)專用車道：

其中，sli值為1時(shí)表示i岔口靠近道路中線的第一根車道為左轉(zhuǎn)短車道，為0時(shí)表示i岔口靠近道路中線的第一根車道為常規(guī)車道，δi,m,1為0-1型變量，若車流經(jīng)過(guò)i岔口的第1車道從i岔口運(yùn)行至m岔口，則δi,m,k取1，否則取0，δi,n,1為0-1型變量，若車流經(jīng)過(guò)i岔口的第1車道從i岔口運(yùn)行至n岔口，則δi,m,k取1，否則取0。

所述的信號(hào)方案約束包括：

g)車道信號(hào)設(shè)置，若從i岔口到j(luò)岔口的車流經(jīng)由i岔口的第k車道駛出，則第k車道的綠燈開(kāi)始及持續(xù)時(shí)間應(yīng)與該流向的信號(hào)配時(shí)設(shè)置一致：

其中，m為一任意大的正整數(shù)，θi,k為i岔口第k車道綠燈開(kāi)始時(shí)刻數(shù)值與信號(hào)周期數(shù)值的比值，θi,j為從i岔口運(yùn)行至j岔口的車流信號(hào)綠燈開(kāi)始時(shí)刻數(shù)值與信號(hào)周期數(shù)值的比值，φi,k為i岔口第k車道綠燈持續(xù)時(shí)間數(shù)值與信號(hào)周期數(shù)值比值，為從i岔口運(yùn)行至j岔口的車流信號(hào)綠燈持續(xù)時(shí)間數(shù)值與信號(hào)周期數(shù)值的比值；

h)信號(hào)周期t及車流綠燈時(shí)間限制：

其中，tmax為信號(hào)周期最大值，tmin為信號(hào)周期最小值，gi,j為從i岔口運(yùn)行至j岔口的車流所需的最小綠燈時(shí)間；

i)清空時(shí)間約束：

其中，θl,m為從i岔口運(yùn)行至m岔口的車流信號(hào)綠燈開(kāi)始時(shí)刻數(shù)值與信號(hào)周期數(shù)值的比值，ωi,j,l,m為0-1型變量，當(dāng)從l岔口運(yùn)行至m岔口的車流(l,m)在從i岔口運(yùn)行至j岔口的車流車流(i,j)之后運(yùn)行，取值為1，否則取值為0。

所述的車流量約束包括：

j)進(jìn)口交通流量約束，從i岔口到j(luò)岔口的車流量應(yīng)等于所有車道中該流向的車流量之和：

其中，qi,j為從i岔口運(yùn)行至j岔口的車流流量，qi,j,k為經(jīng)過(guò)i岔口第k車道從i岔口運(yùn)行至j岔口的車流量；

k)禁行流向的流量約束：

其中，m為一任意大的正整數(shù)。

所述的左轉(zhuǎn)短車道和左轉(zhuǎn)待行區(qū)容量限制約束為：

其中，lsli為i岔口左轉(zhuǎn)短車道容量，lsli為i岔口左轉(zhuǎn)短車道容量的最大值，lwai,k為i岔口k車道左轉(zhuǎn)待行區(qū)容量，lwai,k為i岔口k車道左轉(zhuǎn)待行區(qū)容量的最大值。

所述的車流飽和度約束為：

其中，saturi,k為i岔口第k車道的飽和度，yi,k為i岔口第k車道的交通流量比，φi,k為i岔口第k車道綠燈持續(xù)時(shí)間與信號(hào)周期比值，qi,j,k為經(jīng)過(guò)i岔口第k車道從i岔口運(yùn)行至j岔口的車流量，si,k為i岔口第k車道的飽和流量，xlimit為最大飽和度限值。

所述的左轉(zhuǎn)交通時(shí)空優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)為：

其中，di,k為第i進(jìn)口第k車道的車均延誤，t為信號(hào)周期，φi,k為i岔口第k車道綠燈持續(xù)時(shí)間與信號(hào)周期比值，yi,k為i岔口第k車道的交通流量比，t為時(shí)段時(shí)長(zhǎng)，saturi,k為i岔口第k車道的飽和度，k為增量延誤參數(shù)，i為增量延誤矯正系數(shù)，qi,k為經(jīng)過(guò)i岔口第k車道的車流量，d為交叉口車均延誤，nt為交叉口岔口總數(shù)，αi為i岔口的進(jìn)口車道總數(shù)，qi,j,k為經(jīng)過(guò)i岔口第k車道從i岔口運(yùn)行至j岔口的車流量。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、該方法采用基于車道的時(shí)空優(yōu)化方法，將渠劃方案與信控方案在同一優(yōu)化框架中進(jìn)行優(yōu)化，有助于尋找全局最優(yōu)解。

2、該方法充分考慮在不同情況(車道功能與信號(hào)相位組合)下，左轉(zhuǎn)待行區(qū)和短車道對(duì)左轉(zhuǎn)運(yùn)行規(guī)律和通行能力的影響，在對(duì)不同情況下左轉(zhuǎn)飽和流率修正方法模型研究基礎(chǔ)上，建立左轉(zhuǎn)交通時(shí)空優(yōu)化模型，相比已有方法的優(yōu)化結(jié)果，該方法可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)優(yōu)化左轉(zhuǎn)待行區(qū)/短車道容量、車道功能、信號(hào)方案的功能。

附圖說(shuō)明

圖1為交叉口幾何圖示。

圖2為對(duì)向進(jìn)口道的左轉(zhuǎn)信號(hào)設(shè)置情況分類圖。

圖3為交叉口空間圖示。

圖4為東西進(jìn)口左轉(zhuǎn)信號(hào)設(shè)置情況圖。

圖5為本發(fā)明的方法流程結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本方法包括以下步驟：

1)根據(jù)交通流量調(diào)查與數(shù)據(jù)分析、現(xiàn)場(chǎng)踏勘等方式，獲取目標(biāo)交叉口的幾何條件、信號(hào)方案和歷史交通需求，明確交叉口服務(wù)水平要求，并將已知條件轉(zhuǎn)化為輸入?yún)?shù)。

2)在優(yōu)化框架中利用新建立的優(yōu)化模型，形成5類約束條件，并以交叉口車均延誤最小為目標(biāo)函數(shù)求得考慮左轉(zhuǎn)待行區(qū)和短車道組合設(shè)計(jì)的左轉(zhuǎn)交通時(shí)空優(yōu)化方案。

3)在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，車道功能和信號(hào)方案可直接應(yīng)用，左轉(zhuǎn)待行區(qū)容量和短車道容量應(yīng)結(jié)合停車間距轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)度應(yīng)用于實(shí)踐。

左轉(zhuǎn)交通時(shí)空優(yōu)化模型

1)模型假設(shè)

①所有車輛均為標(biāo)準(zhǔn)小汽車。

②車輛到達(dá)相互獨(dú)立，到達(dá)服從泊松分布。

③駕駛員的駕駛行為是理性的，車輛臨界間隙、跟車時(shí)距及飽和流率在一定時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定不變。

④交通系統(tǒng)在一段時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，各方向交通流飽和度小于1，考慮因車流隨機(jī)到達(dá)而產(chǎn)生的排隊(duì)殘留現(xiàn)象。

2)模型重要參數(shù)

依據(jù)時(shí)空優(yōu)化邏輯建立混合整數(shù)非線性優(yōu)化模型，模型涉及的重要參數(shù)與決策變量如表1和圖1所示：

表1模型重要參數(shù)與決策變量

3)模型建立

(1)約束條件

a.車道功能

a每根進(jìn)口車道均被利用：由于不考慮右轉(zhuǎn)車流影響，當(dāng)進(jìn)口車道為左轉(zhuǎn)或直行車道時(shí)δi,j,k＝1，當(dāng)進(jìn)口車道為直左車道時(shí)δi,j,k＝2。由于模型不考慮右轉(zhuǎn)車流及出發(fā)到達(dá)岔口相同的車流，故j＝i或(i+3)的δ值無(wú)效。

b每個(gè)進(jìn)口至少有一根車道供直行(左轉(zhuǎn))車流運(yùn)行。

且

c為了消除同一進(jìn)口直行和左轉(zhuǎn)車流運(yùn)行軌跡間的沖突，左轉(zhuǎn)車流一般被安排在直行車流左側(cè)運(yùn)行。若第k+1車道允許車流從i岔口運(yùn)行至j岔口(δi,j,k+1＝1)，那么其左側(cè)的第k車道不能允許車流從i岔口運(yùn)行至j+1岔口(δi,j+1,k＝0)。

d出口道約束：各進(jìn)口車道功能劃分應(yīng)充分考慮出口車道數(shù)限制，某岔口的出口車道數(shù)不應(yīng)小于同時(shí)匯入該出口的車道數(shù)，e(j)表示j岔口的出口車道數(shù)。

e直左車道數(shù)限制：為了防止同一進(jìn)口直行左轉(zhuǎn)車流交織運(yùn)行，每個(gè)進(jìn)口至多設(shè)置一根直左共用車道，即：

f左轉(zhuǎn)短車道為左轉(zhuǎn)專用車道：sli為1表示靠近道路中線的第一根車道為左轉(zhuǎn)短車道，sli為0表示常規(guī)車道，則對(duì)第一根車道進(jìn)行車道功能約束為：

b.信號(hào)方案

g車道信號(hào)設(shè)置：若從i岔口到j(luò)岔口的車流經(jīng)由i岔口的第k車道駛出(δi,j,k＝1)，則第k車道的綠燈開(kāi)始及持續(xù)時(shí)間應(yīng)與該流向的信號(hào)配時(shí)設(shè)置一致。m表示任意較大的正整數(shù)，當(dāng)δi,j,k＝1時(shí)，約束條件±(1-δi,j,k)才起到約束作用。

h周期及車流綠燈時(shí)間限制：周期及各流向車流綠燈時(shí)間范圍應(yīng)根據(jù)車流排隊(duì)清空及行人過(guò)街需求而定，最大周期(tmax)、最小周期(tmin)及各流向最小綠燈時(shí)間(gi,j)均為模型的已知輸入量，表示方向?yàn)?i,j)的車流綠燈時(shí)間與周期的比值。

i清空時(shí)間：信控交叉口內(nèi)部存在多股不同流向的交通流。出于安全考慮，任意兩股來(lái)自不同岔口的交通流u＝(i,j,k)，v＝(l,m,n)在放行過(guò)程中均需要一定的清空時(shí)間，確保下一流向的車流頭車到達(dá)沖突點(diǎn)前上一流向車流尾車已通過(guò)沖突點(diǎn)。所有滿足條件的u,v流向車流組成集合ψ。wu,v表示v車流跟隨u車流運(yùn)行需要的清空時(shí)間。ωi,j,l,m為0-1型變量，0表示流向?yàn)?l,m)車流在(i,j)車流之后運(yùn)行，1表示(l,m)車流在(i,j)車流之前運(yùn)行。各流向的綠燈開(kāi)始時(shí)刻數(shù)值與周期的比值θi,j、持續(xù)時(shí)間數(shù)值與周期的比值φi,j與ωu,v、ωi,j,l,m的關(guān)系如式5.9所示。m為任意較大的正整數(shù)，只有當(dāng)δi,j,k＝δl,m,n＝1時(shí)，m(2-δi,j,k-δl,m,n)＝0，約束有意義。若(l,m)車流在(i,j)車流之后運(yùn)行(ωi,j,l,m＝0)，則(l,m)車流的綠燈開(kāi)始時(shí)間應(yīng)比(i,j)車流推遲(φi,jt+ωu,v)(s)。

wu,v應(yīng)根據(jù)交叉口幾何條件、車流運(yùn)行軌跡與運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算而定，本模型將其簡(jiǎn)化為3s，如表2所示：

表2車流清空時(shí)間

c.車流量約束

a進(jìn)口交通流量約束：從i岔口到j(luò)岔口的車流量應(yīng)等于所有車道中該流向的車流量之和。

b禁行流向的流量約束：m為任意較大的正整數(shù)，若i岔口的k車道不承擔(dān)從i岔口到j(luò)岔口的交通流(δi,j,k＝0)，則qi,j,k也為0，若δi,j,k為1，則此條約束無(wú)意義。

d.左轉(zhuǎn)短車道和左轉(zhuǎn)待行區(qū)容量限制

lsli表示i岔口左轉(zhuǎn)短車道容量的最大值，lwai,k表示i岔口k車道左轉(zhuǎn)待行區(qū)容量的最大值，短車道和待行區(qū)取值不應(yīng)超過(guò)其最大值。

e.車流飽和度約束

車流飽和度是反應(yīng)道路通行效率與綠燈時(shí)間利用率的綜合指標(biāo)，表征各條道路及交叉口的車流運(yùn)行穩(wěn)定性，在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中應(yīng)為各條道路設(shè)置相應(yīng)的可接受最大飽和度限值xlimit，極限值的選取可根據(jù)實(shí)際控制目標(biāo)自行確定。實(shí)踐表明，當(dāng)飽和度保持0.8-0.9之間時(shí)，交叉口可以獲得較好的運(yùn)行條件，當(dāng)飽和度接近1時(shí)，實(shí)際通行條件將迅速惡化，說(shuō)明進(jìn)口車道數(shù)分配或信號(hào)相位配時(shí)方案不合理，難以滿足實(shí)際流量的需求，本文在案例驗(yàn)證中取極限值為0.9。

根據(jù)前期對(duì)考慮短車道和待行區(qū)的左轉(zhuǎn)通行能力研究可知，不同短車道類型在左轉(zhuǎn)保護(hù)或允許相位下，左轉(zhuǎn)和直行車流的運(yùn)行機(jī)理和通行能力計(jì)算公式不同，由于通行能力等于綠信比和飽和流率的乘積，綠燈時(shí)間不變，對(duì)通行能力的修正不同也可理解為對(duì)左轉(zhuǎn)飽和流率(si,k)的修正不同。下表總結(jié)了在實(shí)際應(yīng)用中可能出現(xiàn)的10種考慮左轉(zhuǎn)短車道和待行區(qū)后的左轉(zhuǎn)和直行車流飽和流量計(jì)算情況，表3中f0-f7僅通過(guò)代號(hào)簡(jiǎn)要表示每類函數(shù)。括號(hào)中的參數(shù)是函數(shù)涉及到的主要參數(shù)。其中，交叉口幾何尺寸指交叉口左轉(zhuǎn)車流和對(duì)向直行車流從停車線運(yùn)行至沖突點(diǎn)的距離，左轉(zhuǎn)待行區(qū)參數(shù)指待行區(qū)容量及車道數(shù)，左轉(zhuǎn)短車道參數(shù)指短車道容量。車流運(yùn)行參數(shù)包括左轉(zhuǎn)和直行車流通過(guò)交叉口的平均行程速度，左轉(zhuǎn)車流啟動(dòng)波波速、車流飽和車頭時(shí)距等。車流比例指直左車道中左轉(zhuǎn)與直行車流的比例。

表3不同車道渠劃及相位方案下進(jìn)口道左轉(zhuǎn)與直行車流飽和流量計(jì)算函數(shù)

下面將所要研究的10種情況進(jìn)行公式化表達(dá)，以便用于時(shí)空優(yōu)化模型中求解車道飽和流率。

車道功能

左轉(zhuǎn)車道信號(hào)設(shè)置，針對(duì)考慮左轉(zhuǎn)待行區(qū)和左轉(zhuǎn)短車道的情況，本優(yōu)化模型不考慮信號(hào)搭接相位，對(duì)于某一對(duì)向進(jìn)口道主要討論如下8種信號(hào)設(shè)置情況，如圖2所示。相應(yīng)的車流信號(hào)綠燈起始時(shí)刻數(shù)值與周期的比值θi,j、綠燈持續(xù)時(shí)間數(shù)值與周期的比值清空時(shí)間w之間的關(guān)系如式1.15所示：

車道飽和流率計(jì)算

a若進(jìn)口無(wú)左轉(zhuǎn)短車道(sli＝0)，則車道飽和流率計(jì)算可分為三類：

lanei,k＝2:si,k＝f0(1.16)

b若進(jìn)口設(shè)置左轉(zhuǎn)短車道(sli＝1)，則短車道和相鄰車道的飽和流率計(jì)算需按表3中分情況討論，其余車道的飽和流率計(jì)算可按照無(wú)短車道的情形計(jì)算：

i.直左相互影響型短車道：

lanei,1＝1，

lanei,1＝1，lanei,2＝3:si,k＝f5(1.17)

ii.直左互不影響型短車道：

lanei,1＝1，

因此，車道飽和流率si,k需根據(jù)式1.16-1.18分類計(jì)算得到，進(jìn)而求得車道流量比yi,k和車流飽和度saturi,k。

(2)目標(biāo)函數(shù)：某一組確定的交通需求下交叉口車均延誤最小

延誤計(jì)算選用韋伯斯特延誤公式，由于本模型所研究的交叉口為穩(wěn)態(tài)交叉口，故初始延誤取為0，此處計(jì)算延誤的前兩項(xiàng)(平均控制延誤與增量延誤)。其中t表示研究周期，取1，k為增量延誤參數(shù)，定時(shí)控制時(shí)取0.5，i表示增量延誤矯正系數(shù)，獨(dú)立交叉口取1。di,k表示第i進(jìn)口第k車道的車均延誤，d表示交叉口車均延誤，等于車道車均延誤的加權(quán)平均值，如式1.19所示：

本發(fā)明的優(yōu)化模型為混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型，模型目標(biāo)函數(shù)及約束條件如上文所述，模型決策變量規(guī)模隨岔口數(shù)nt，進(jìn)口車道數(shù)αi增加較快，變量類型包括整數(shù)及連續(xù)變量，模型的約束條件及目標(biāo)函數(shù)存在非線性表達(dá)，采用傳統(tǒng)優(yōu)化方法已無(wú)法滿足運(yùn)算效率與準(zhǔn)確性的要求，可采用現(xiàn)代智能算法(遺傳算法)對(duì)模型進(jìn)行求解。

實(shí)施例：

如圖3所示。案例為常規(guī)四路交叉口西進(jìn)口可以設(shè)置左轉(zhuǎn)短車道和左轉(zhuǎn)待行區(qū)，具體的空間條件、信號(hào)方案、車流運(yùn)行參數(shù)及車流到達(dá)情況如表4所示，以東西向進(jìn)口道為例分析優(yōu)化結(jié)果：

表4交叉口時(shí)空資源條件及車流運(yùn)行參數(shù)

優(yōu)化方案分析：

為了更全面地比較進(jìn)口道設(shè)置左轉(zhuǎn)短車道和左轉(zhuǎn)待行區(qū)后對(duì)左轉(zhuǎn)交通時(shí)空優(yōu)化方案的影響，優(yōu)化方案分四類呈現(xiàn)：“西進(jìn)口無(wú)左轉(zhuǎn)短車道&無(wú)左轉(zhuǎn)待行區(qū)”、“西進(jìn)口無(wú)左轉(zhuǎn)短車道&有左轉(zhuǎn)待行區(qū)”、“西進(jìn)口有左轉(zhuǎn)短車道&無(wú)左轉(zhuǎn)待行區(qū)”、“西進(jìn)口有左轉(zhuǎn)短車道&有左轉(zhuǎn)待行區(qū)”，這里的西進(jìn)口無(wú)短車道表示西進(jìn)口的最內(nèi)側(cè)車道為常規(guī)車道而非圖中的短車道形式。四類時(shí)空優(yōu)化方案如表5-8所示。由于優(yōu)化結(jié)果中南北方向直左車流一起放行，且在東西方向車流運(yùn)行之前，故將南北直左車流所在相位稱為相位1，東西方向車流信號(hào)設(shè)置情況如圖4所示。

(1)若西進(jìn)口未設(shè)置左轉(zhuǎn)短車道和左轉(zhuǎn)待行區(qū)，則優(yōu)化方案如下表：

表5優(yōu)化方案(1)

從交叉口車均延誤大小來(lái)評(píng)定方案優(yōu)劣，方案編號(hào)依次為：1,3,2,5,4。由于東西進(jìn)口直行車流量較小，若采用左轉(zhuǎn)允許相位，左轉(zhuǎn)車流穿越概率較大可以滿足該情況下左轉(zhuǎn)車流通行，信號(hào)相位數(shù)及總損失時(shí)間減小進(jìn)一步提升交叉口通行效益，因此采用左轉(zhuǎn)允許相位的方案1-3的交叉口車均延誤小于采用左轉(zhuǎn)保護(hù)相位的方案4,5。然而，由于方案1-3中會(huì)出現(xiàn)2股左轉(zhuǎn)與直行車流的穿越過(guò)程，若考慮車流運(yùn)行安全因素，降低因穿越造成的事故率，可以選擇采用左轉(zhuǎn)保護(hù)相位對(duì)稱放行或單口放行的方案4,5。

(2)若西進(jìn)口無(wú)左轉(zhuǎn)短車道，有左轉(zhuǎn)待行區(qū)，則優(yōu)化方案如下：

表6優(yōu)化方案(2)

根據(jù)交叉口車均延誤判斷方案優(yōu)劣性：方案編號(hào)依次為：1,2,3,5,4。方案1,2(相位編號(hào)為1,2,3)的車道功能和配時(shí)參數(shù)與5的方案1,2相同，交叉口車均延誤減小約4.3％，說(shuō)明當(dāng)西進(jìn)口采用左轉(zhuǎn)允許相位時(shí)，設(shè)置待行區(qū)可以一定程度上提升交叉口通行效益。方案3,4(相位編號(hào)為4,6)中西進(jìn)口采用左轉(zhuǎn)保護(hù)相位，車道功能與表5的方案3,4相同，但配時(shí)需要根據(jù)待行區(qū)設(shè)置情況進(jìn)行調(diào)整。由于方案3中相位2已達(dá)到最小綠燈限制，無(wú)法繼續(xù)縮減綠燈時(shí)間保證因待行區(qū)設(shè)置而增加的清空時(shí)間，因此優(yōu)化方案中未設(shè)置待行區(qū)。而方案4顯示在東西進(jìn)口采用左轉(zhuǎn)保護(hù)相位對(duì)稱放行時(shí)，可以設(shè)置待行區(qū)至最大容量，相位2綠燈時(shí)間縮減7s，交叉口車均延誤有所降低。方案5(相位編號(hào)為8)為單口放行相位，本文不考慮該情況下設(shè)置左轉(zhuǎn)待行區(qū)，故交叉口優(yōu)化方案與表5的方案5相比無(wú)變化。

(3)若西進(jìn)口有左轉(zhuǎn)短車道，無(wú)左轉(zhuǎn)待行區(qū)，則優(yōu)化結(jié)果如下：

表7優(yōu)化方案(3)

相比“西進(jìn)口無(wú)左轉(zhuǎn)短車道，無(wú)左轉(zhuǎn)待行區(qū)”的優(yōu)化結(jié)果(表5)，有短車道時(shí)進(jìn)口道車道功能劃分發(fā)生變化。如方案1(相位編號(hào)為1)，雖然配時(shí)方案相同，但西進(jìn)口由“1根左轉(zhuǎn)車道+1根直左車道+1根直行車道”變?yōu)椤?根左轉(zhuǎn)短車道+1根左轉(zhuǎn)車道+1根直行車道”，東進(jìn)口增加一根左轉(zhuǎn)車道，減少一根直行車道。車均延誤相比5.12的方案1增加7.8％。方案2(相位編號(hào)為4,5)西進(jìn)口車道功能相比5的方案2，增加一根左轉(zhuǎn)車道，減少一根直左車道，車均延誤與常規(guī)車道時(shí)相比基本相同。方案3(相位編號(hào)為4,5)無(wú)論如何調(diào)整配時(shí)或車道劃分方案也無(wú)法滿足車流飽和度小于限值0.9的要求。方案4,5(相位編號(hào)為6,7,8)需同時(shí)調(diào)整車道功能和信號(hào)配時(shí)，車均延誤相比獨(dú)立左轉(zhuǎn)車道增加3.3％,2.9％。若此時(shí)不考慮左轉(zhuǎn)短車道的影響，依然采用表5中的方案4,5組織車流運(yùn)行，經(jīng)計(jì)算交叉口最大車流飽和度已超過(guò)限值0.9，交叉口運(yùn)行穩(wěn)定性大幅降低，由此說(shuō)明考慮短車道進(jìn)行時(shí)空優(yōu)化的必要性。

(4)若西進(jìn)口有短車道，有待行區(qū)，則優(yōu)化結(jié)果如下：

表8優(yōu)化方案(4)

優(yōu)化結(jié)果如表8所示。相比有左轉(zhuǎn)短車道，無(wú)待行區(qū)的優(yōu)化結(jié)果(表5)，方案1,2(相位編號(hào)為1,2)的西進(jìn)口采用左轉(zhuǎn)允許相位，配時(shí)及車道功能無(wú)變化，設(shè)置待行區(qū)后車均延誤相比表5的方案1,2降低3.3％,2.2％。方案4(相位編號(hào)為6)采用左轉(zhuǎn)保護(hù)相位對(duì)稱放行，配時(shí)及車道功能均不變，由于相位2已達(dá)到最小綠燈限制，無(wú)法繼續(xù)縮減綠燈時(shí)間滿足車流清空要求，因此優(yōu)化方案中不設(shè)置待行區(qū)。方案5(相位編號(hào)為8)為單口放行相位，不考慮設(shè)置待行區(qū)，交叉口優(yōu)化方案與表5的方案5相比無(wú)變化。

綜上所述，相比無(wú)左轉(zhuǎn)短車道和無(wú)左轉(zhuǎn)待行區(qū)的交叉口時(shí)空優(yōu)化方案，設(shè)置左轉(zhuǎn)待行區(qū)首先可能改變最優(yōu)配時(shí)方案，尤其對(duì)于“左轉(zhuǎn)保護(hù)相位對(duì)稱放行”情況，進(jìn)而改變車道功能劃分。左轉(zhuǎn)短車道首先可能改變?cè)撨M(jìn)口及對(duì)向進(jìn)口的最優(yōu)車道功能方案，進(jìn)而對(duì)配時(shí)方案進(jìn)行調(diào)整。若時(shí)空優(yōu)化不考慮二者的影響，則可能出現(xiàn)優(yōu)化方案不適宜交叉口車流達(dá)到率，交叉口處于過(guò)飽和狀態(tài)，給交叉口車流運(yùn)行帶來(lái)不利影響。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。