孫紹偉

(交運(yùn)集團(tuán)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(hào)方案時(shí)，一般針對(duì)直行車(chē)和左轉(zhuǎn)車(chē)的信號(hào)控制較多。而對(duì)于右轉(zhuǎn)車(chē)流基本不設(shè)定信號(hào)控制。其原因是傳統(tǒng)交通信號(hào)控制中，右轉(zhuǎn)車(chē)一般對(duì)其采用讓行控制原則。但在一些車(chē)道失衡的交叉口中，隨著車(chē)流量的增加，右轉(zhuǎn)車(chē)流與其他方向車(chē)流的沖突加劇，如果不設(shè)右轉(zhuǎn)信號(hào)控制，當(dāng)側(cè)向直行車(chē)流恒定通過(guò)交叉口時(shí)，因很難提供足夠的右轉(zhuǎn)車(chē)穿越間隙右轉(zhuǎn)車(chē)勢(shì)必會(huì)強(qiáng)行穿越，造成沖突延誤，加大了交通安全隱患。通過(guò)設(shè)置右轉(zhuǎn)信號(hào)燈控制能夠有效減少這一沖突。但是，目前還缺少對(duì)這一問(wèn)題的系統(tǒng)研究，使得右轉(zhuǎn)信號(hào)燈設(shè)置出現(xiàn)了不合理現(xiàn)象?，F(xiàn)今關(guān)于右轉(zhuǎn)信號(hào)控制研究中有的是引入非機(jī)動(dòng)車(chē)和行人通過(guò)交叉口產(chǎn)生的危險(xiǎn)系數(shù)大小來(lái)確定是否需要設(shè)置右轉(zhuǎn)信號(hào)控制；有的是根據(jù)交通流量轉(zhuǎn)化為飽和度的方式來(lái)衡量，通過(guò)最優(yōu)飽和度數(shù)值確定右轉(zhuǎn)信號(hào)控制的開(kāi)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(méi)有針對(duì)沖突本身去解析和量化研究。因此，本文針對(duì)右轉(zhuǎn)車(chē)與直行車(chē)匯流沖突研究具有理論與實(shí)際意義。

2 右轉(zhuǎn)和直行車(chē)流沖突模型

2.1 理論分析

當(dāng)右轉(zhuǎn)車(chē)流和直行車(chē)流之間為爭(zhēng)奪道路使用權(quán)造成雙方某一向車(chē)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(jì)右轉(zhuǎn)車(chē)道與直行車(chē)道匯流沖突數(shù)據(jù)，分析影響通行效率要素。驗(yàn)證統(tǒng)計(jì)的車(chē)頭時(shí)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(duì)應(yīng)的沖突情況，為建立通行能力計(jì)算模型打下理論基礎(chǔ)。

圖1 信控交叉口右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車(chē)與直行機(jī)動(dòng)車(chē)匯流沖突

2.2 交通調(diào)查

以淄博市張店區(qū)交警支隊(duì)旁交叉口為例，在高峰期進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。通過(guò)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(duì)旁交叉口示意圖

統(tǒng)計(jì)匯流沖突數(shù)據(jù)方法：劃定匯入沖突點(diǎn)，從第一輛車(chē)輛駛過(guò)沖突點(diǎn)開(kāi)始計(jì)時(shí)，到直行方向綠燈結(jié)束前最后一輛直行車(chē)車(chē)輛駛過(guò)沖突點(diǎn)結(jié)束。如表1、表2所示。

表1 車(chē)輛通過(guò)沖突點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表

表2 車(chē)輛最大拒絕間隙和穿越間隙統(tǒng)計(jì)表

2.3 車(chē)頭分布擬合

CoWan’s M3分布描述的是兩種車(chē)流狀態(tài)，一種是紅燈期間排隊(duì)等待車(chē)輛在綠燈開(kāi)始時(shí)以車(chē)隊(duì)狀態(tài)通過(guò)交叉口，另一種是綠燈開(kāi)始后后續(xù)到達(dá)的車(chē)輛以自由流狀態(tài)通過(guò)交叉口，通過(guò)考慮兩種的車(chē)流狀態(tài)，更能貼切模擬信號(hào)控制狀態(tài)下單車(chē)道車(chē)流車(chē)頭時(shí)距分布情況。得出車(chē)頭時(shí)距累積分布函數(shù)模型如下。

(1)

式中：α為自由行駛車(chē)流的比例估計(jì)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(jì)為

(3)

以下對(duì)CoWan’s M3分布進(jìn)行檢驗(yàn)。

對(duì)匯流沖突點(diǎn)的車(chē)頭時(shí)距進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表4所示。

表4 交叉口直行車(chē)到達(dá)數(shù)觀(guān)測(cè)值整理表

由計(jì)算可以得出。

(4)

由DF=7-2=5，α取0.05，查表得。

(5)

可見(jiàn)CoWan ’s M3分布是可以表示的。

2.4 右直沖突車(chē)道通行能力模型

直行車(chē)與右轉(zhuǎn)車(chē)匯流沖突后通行效率系數(shù)η計(jì)算。當(dāng)產(chǎn)生沖突后通行效率系數(shù)為

(6)

式中：hs為飽和直行車(chē)頭時(shí)距，hr-s為前直行車(chē)與匯入的右轉(zhuǎn)車(chē)車(chē)頭時(shí)距，hs-r為匯入的右轉(zhuǎn)車(chē)與后直行車(chē)的車(chē)頭時(shí)距。

根據(jù)表2的統(tǒng)計(jì)列出右轉(zhuǎn)車(chē)插入直行車(chē)車(chē)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(chē)頭時(shí)距τ1，當(dāng)小于2.63 s時(shí)右轉(zhuǎn)車(chē)輛無(wú)法匯入。在車(chē)頭時(shí)距4.5 s時(shí)，插入的右轉(zhuǎn)車(chē)輛不會(huì)影響后續(xù)的直行車(chē)，定義為可插入車(chē)頭時(shí)距上限τ2，大于4.5 s時(shí)右轉(zhuǎn)車(chē)輛匯入間隙不會(huì)對(duì)執(zhí)行車(chē)輛產(chǎn)生影響。則可插入車(chē)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(chē)道通行能力模型為。

(8)

上述模型公式運(yùn)用車(chē)頭時(shí)距插入間隙概率的方法，計(jì)算得出右直沖突車(chē)道一小時(shí)內(nèi)的最高通行能力。

3 交叉口右轉(zhuǎn)信號(hào)控制方法

右直沖突車(chē)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(chē)流的信號(hào)感應(yīng)控制方法。運(yùn)用右轉(zhuǎn)信號(hào)控制開(kāi)啟(藍(lán)色線(xiàn))和不開(kāi)啟兩種方案(紅色線(xiàn))，針對(duì)建立模型計(jì)算出右直沖突車(chē)道通行能力進(jìn)行計(jì)算，并用曲線(xiàn)直觀(guān)表示。

如圖3所示，交點(diǎn)為閾值qt，小于閾值時(shí)右轉(zhuǎn)控制信號(hào)關(guān)閉，大于閾值時(shí)右轉(zhuǎn)控制信號(hào)開(kāi)啟，從而使得右直沖突車(chē)道的通行能力一直處于最優(yōu)。交叉口右轉(zhuǎn)信號(hào)感應(yīng)控制策略如圖4所示。

圖3 兩種控制方案通行能力對(duì)比

圖4 右轉(zhuǎn)信號(hào)感應(yīng)控制流程圖

4 結(jié) 論

本文從右轉(zhuǎn)車(chē)流與直行車(chē)輛沖突機(jī)理的角度分析，建立了右轉(zhuǎn)車(chē)與直行車(chē)匯流沖突車(chē)道的通行能力模型，通過(guò)計(jì)算得到了最佳右轉(zhuǎn)控制方案開(kāi)啟閾值，設(shè)計(jì)了科學(xué)合理的右轉(zhuǎn)信號(hào)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。