交叉口右轉(zhuǎn)信號感應控制策略研究

孫紹偉

(交運集團青島溫馨巴士有限公司，山東 青島 266000)

1 引 言

目前，在制定交通信號方案時，一般針對直行車和左轉(zhuǎn)車的信號控制較多。而對于右轉(zhuǎn)車流基本不設定信號控制。其原因是傳統(tǒng)交通信號控制中，右轉(zhuǎn)車一般對其采用讓行控制原則。但在一些車道失衡的交叉口中，隨著車流量的增加，右轉(zhuǎn)車流與其他方向車流的沖突加劇，如果不設右轉(zhuǎn)信號控制，當側(cè)向直行車流恒定通過交叉口時，因很難提供足夠的右轉(zhuǎn)車穿越間隙右轉(zhuǎn)車勢必會強行穿越，造成沖突延誤，加大了交通安全隱患。通過設置右轉(zhuǎn)信號燈控制能夠有效減少這一沖突。但是，目前還缺少對這一問題的系統(tǒng)研究，使得右轉(zhuǎn)信號燈設置出現(xiàn)了不合理現(xiàn)象?，F(xiàn)今關(guān)于右轉(zhuǎn)信號控制研究中有的是引入非機動車和行人通過交叉口產(chǎn)生的危險系數(shù)大小來確定是否需要設置右轉(zhuǎn)信號控制；有的是根據(jù)交通流量轉(zhuǎn)化為飽和度的方式來衡量，通過最優(yōu)飽和度數(shù)值確定右轉(zhuǎn)信號控制的開啟閾值。上述方法雖然從安全角度、飽和度角度去分析，但一直沒有針對沖突本身去解析和量化研究。因此，本文針對右轉(zhuǎn)車與直行車匯流沖突研究具有理論與實際意義。

2 右轉(zhuǎn)和直行車流沖突模型

2.1 理論分析

當右轉(zhuǎn)車流和直行車流之間為爭奪道路使用權(quán)造成雙方某一向車輛明顯的減速行為定義為直右匯流沖突，這種匯流沖突如圖1所示。統(tǒng)計右轉(zhuǎn)車道與直行車道匯流沖突數(shù)據(jù)，分析影響通行效率要素。驗證統(tǒng)計的車頭時距分布符合CoWan’s M3分布，以此模擬不同直行流量條件下相對應的沖突情況，為建立通行能力計算模型打下理論基礎(chǔ)。

圖1 信控交叉口右轉(zhuǎn)機動車與直行機動車匯流沖突

2.2 交通調(diào)查

以淄博市張店區(qū)交警支隊旁交叉口為例，在高峰期進行數(shù)據(jù)采集。通過拍攝交叉口流量視頻作為提取數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)資料。交叉口示意圖如圖2所示。

圖2 淄博市張店區(qū)交警支隊旁交叉口示意圖

統(tǒng)計匯流沖突數(shù)據(jù)方法：劃定匯入沖突點，從第一輛車輛駛過沖突點開始計時，到直行方向綠燈結(jié)束前最后一輛直行車車輛駛過沖突點結(jié)束。如表1、表2所示。

表1 車輛通過沖突點統(tǒng)計表

表2 車輛最大拒絕間隙和穿越間隙統(tǒng)計表

2.3 車頭分布擬合

CoWan’s M3分布描述的是兩種車流狀態(tài)，一種是紅燈期間排隊等待車輛在綠燈開始時以車隊狀態(tài)通過交叉口，另一種是綠燈開始后后續(xù)到達的車輛以自由流狀態(tài)通過交叉口，通過考慮兩種的車流狀態(tài)，更能貼切模擬信號控制狀態(tài)下單車道車流車頭時距分布情況。得出車頭時距累積分布函數(shù)模型如下。

(1)

式中：α為自由行駛車流的比例估計值。

α=ebτqc

(2)

式中：關(guān)于參數(shù)b的取值可參照表3。

表3 數(shù)值參照表

λ為衰減常數(shù)，參數(shù)極大似然估計為

(3)

以下對CoWan’s M3分布進行檢驗。

對匯流沖突點的車頭時距進行統(tǒng)計，如表4所示。

表4 交叉口直行車到達數(shù)觀測值整理表

由計算可以得出。

(4)

由DF=7-2=5，α取0.05，查表得。

(5)

可見CoWan ’s M3分布是可以表示的。

2.4 右直沖突車道通行能力模型

直行車與右轉(zhuǎn)車匯流沖突后通行效率系數(shù)η計算。當產(chǎn)生沖突后通行效率系數(shù)為

(6)

式中：hs為飽和直行車頭時距，hr-s為前直行車與匯入的右轉(zhuǎn)車車頭時距，hs-r為匯入的右轉(zhuǎn)車與后直行車的車頭時距。

根據(jù)表2的統(tǒng)計列出右轉(zhuǎn)車插入直行車車頭間隙分布區(qū)間上下限為[τ1，τ2]。從數(shù)據(jù)分析得到2.63 s為最小插入車頭時距τ1，當小于2.63 s時右轉(zhuǎn)車輛無法匯入。在車頭時距4.5 s時，插入的右轉(zhuǎn)車輛不會影響后續(xù)的直行車，定義為可插入車頭時距上限τ2，大于4.5 s時右轉(zhuǎn)車輛匯入間隙不會對執(zhí)行車輛產(chǎn)生影響。則可插入車頭間隙分布區(qū)間的概率為。

P=P(h≤t2)-P(h<τ1)

(7)

右直沖突車道通行能力模型為。

(8)

上述模型公式運用車頭時距插入間隙概率的方法，計算得出右直沖突車道一小時內(nèi)的最高通行能力。

3 交叉口右轉(zhuǎn)信號控制方法

右直沖突車道通行能力模型的建成為流量閾值的研究提供了基礎(chǔ)，建立了交叉口右轉(zhuǎn)車流的信號感應控制方法。運用右轉(zhuǎn)信號控制開啟(藍色線)和不開啟兩種方案(紅色線)，針對建立模型計算出右直沖突車道通行能力進行計算，并用曲線直觀表示。

如圖3所示，交點為閾值qt，小于閾值時右轉(zhuǎn)控制信號關(guān)閉，大于閾值時右轉(zhuǎn)控制信號開啟，從而使得右直沖突車道的通行能力一直處于最優(yōu)。交叉口右轉(zhuǎn)信號感應控制策略如圖4所示。

圖3 兩種控制方案通行能力對比

圖4 右轉(zhuǎn)信號感應控制流程圖

4 結(jié) 論

本文從右轉(zhuǎn)車流與直行車輛沖突機理的角度分析，建立了右轉(zhuǎn)車與直行車匯流沖突車道的通行能力模型，通過計算得到了最佳右轉(zhuǎn)控制方案開啟閾值，設計了科學合理的右轉(zhuǎn)信號控制策略，使得具有直右匯入沖突的交叉路口通行能力得到改善。