您好,欢迎来到中国公路网!

投稿须知 2019WTC专题
不均衡车流下的环形交叉口入口延误优化方法:基于信号控制的动态策略

作者:段宇洲 曲晓波 等 来源:中国公路网 时间:2019-03-14

导言

考虑其安全性优势,现代环形交叉口被广泛应用在车流量较小的交叉口处。但当各入口流量不均衡时,亦会导致较大的延误。本研究基于截断信号的设置方式,考虑周期时长、绿信比等信号控制参数作为约束条件,提出以平均入口延误最小为优化目标构建数学模型,并基于VISSIM仿真提出相应的求解算法。研究结果表明,所提出的策略可有效提高运行效率,对于不均衡车流下的环形交叉口具有很好的适用性。

(文献来源:Yuzhou, D., Xiaobo, Q., Said, E. & Yadan, Y. (2019). Optimising total entry delay at roundabouts with unbalanced flow: a dynamic strategy for smart metering. IET Intelligent Transport Systems, 13(3): 485–494. DOI: 10.1049/iet-its.2018.5180)

引言: 环形交叉口与信号灯

因具有较高的安全性,现代环形交叉口在欧美地区日益受到工程设计人员的青睐,数量呈递增趋势。但当某一入口的车流量较大,且明显高于其他入口流量时,可能会导致环形交叉口产生较大的延误。若对其进行改建,一方面,需要耗费较高的建设费用;另一方面,亦会破坏环形交叉口的美观。本研究将考虑在保持交叉口几何特征的前提下,采用信号控制的方式,来缓解不均衡车流所带来的影响。

信号控制在环形交叉口中的应用

按照控制入口的个数,可分为全入口控制和部分入口控制两种方式。考虑本案例中流量呈现的不均衡特性,若采用全入口控制可能会产生额外延误。澳大利亚的著名交通学者Akcelik曾提出了截断控制方法,属于部分入口控制,是一种经济有效的措施。故本文在此基础上,采用截断控制的方式对环形交叉口处的不均衡车流进行优化控制。

研究方法

1 研究对象

选择一四路单车道环形交叉口作为研究对象,考虑流量分布等实际情况,在需进行流量控制的入口道上设置截断信号灯。注:此处以靠左侧行车为例。

8-1.jpg

2 构建优化模型

以环形交叉口的平均入口延误为优化目标,考虑周期时长、绿信比等约束条件,构建数学模型如下:

8-2.jpg

3 模型求解

考虑到延误和通行能力计算的复杂度,提出以VISSIM仿真软件为平台,将不同的信号控制方案进行编码计算,最后输出最优方案。

3.1 结果与分析

为了验证模型的有效性,本文在实际场景的基础上,进行了实例应用。基于一个实地的四路单车道环形交叉口,对截断信号灯设置前后的运行状况进行对比分析。计算结果表明,合适的截断信号可以有效提高环形交叉口整体的运行性能。根据测算优化结果的平均值,西进口的入口延误降低了49.6%,整个环形交叉口的延误值降低了18.6%。此外,考虑到截断信号所处的进口道流量较高,优化结果对应的绿信比也较高,这种趋势随着信号周期的增加愈加明显。

3.2 方案测试

为了测量不同流量和右转条件下(针对“左侧行车”)有无截断信号对整体效益的影响,进行了案例扩展。

(1)南进口不同流量的影响

保持其它入口处的流量值不变,通过改变南进口流量,分析设置截断信号前后其对整体运行结果的影响。结果表明,当南进口流量处于一定区间时,截断信号对效益有较大提升。

8-3.jpg

(2)不同流量组合的影响

以南进口V1和其他三个入口流量V2进行组合,假设V1>V2,无信号控制时的延误分布情况见下图。分析可知,当流量较小时,截断信号的设置效果并不明显;随着流量的增加,截断信号的正效益逐渐呈现。

8-4.jpg

(3)南进口右转车的影响

总流量保持一致,通过改变南进口右转车的比例,探讨截断信号设置前后的变化。结果表明,设置截断信号的可以提高整个环形交叉口的运行效益。

8-5.jpg

 

总结

本研究针对不均衡车流对环形交叉口所导致的问题进行了分析,在此基础上,构建了优化目标、约束条件,构建了配时优化模型。考虑到延误和通行能力计算的复杂性,提出了基于VISSIM仿真的求解流程,有效输出了最优方案。所提策略为单车道环形交叉口信号控制的设置提供了参考依据。

但本研究存在一些局限性。例如,未考虑行人和非机动车对环形交叉口的影响。此外,主要研究了单车道环形交叉口,对于多车道的情况仍需进行后续研究。

主要参考文献

Qu, X., Ren, L., Wang, S., et.al.: 'Estimation of entry capacity for single-lane modern roundabouts: case study in Queensland, Australia'. Journal of Transportation Engineering, 2014, 140(7), 05014002.

Brilon W.: 'Safety of roundabouts: an international overview'. Transportation Research Board 95th Annual Meeting, Washington, DC, USA, 2016.

Hummer, J. E., Milazzo, I., Joseph, S., et.al.: 'The potential for metering to help roundabouts manage peak period demands in the US'. Transportation Research Board 93rd Annual Meeting, Washington, DC, USA, 2014.

Akçelik, R.: 'Roundabout metering signals: capacity, performance and timing'. 6th International Symposium on Highway Capacity and Quality of Service, stockholm, Sweden, 2011, pp. 686-696.

Akçelik, R.: 'Capacity and performance analysis of roundabout metering signals'. TRB National Roundabout Conference, Vail, Colorado, USA, 2005.

Bie, Y., Cheng, S., Easa, S., et al.: 'Stop-line setback at a signalized roundabout: a novel concept for traffic operations'. Journal of Transportation Engineering, 2016, 142, (3), 05016001. 

【中国公路网编辑记者王珏 在线QQ:1485994861】
       【电话:13810405128/010-84990788—1369 邮箱:1485994861@qq.com 】

0

相关阅读

关注一下,不做时代的旁观者

微信公众号

微信订阅号