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双开口式逆流左转车道几何设计及信号配时优化

宋浪 王健 杨滨毓 朱湧

宋浪, 王健, 杨滨毓, 朱湧. 双开口式逆流左转车道几何设计及信号配时优化[J]. 交通信息与安全, 2022, 40(3): 75-85. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.03.008
引用本文: 宋浪, 王健, 杨滨毓, 朱湧. 双开口式逆流左转车道几何设计及信号配时优化[J]. 交通信息与安全, 2022, 40(3): 75-85. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.03.008
SONG Lang, WANG Jian, YANG Binyu, ZHU Yong. A Method for Optimizing Geometric Design and Signal Timing for Contraflow Left-turn Lanes with Double-exits[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2022, 40(3): 75-85. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.03.008
Citation: SONG Lang, WANG Jian, YANG Binyu, ZHU Yong. A Method for Optimizing Geometric Design and Signal Timing for Contraflow Left-turn Lanes with Double-exits[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2022, 40(3): 75-85. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.03.008

双开口式逆流左转车道几何设计及信号配时优化

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.03.008
基金项目: 

国家自然科学基金重大研究计划项目 91846301

重庆市技术创新与应用发展专项重点项目 cstc2019jscx-tjsbX0013

详细信息
    作者简介:

    宋浪(1996—),博士研究生. 研究方向:交通控制、智能交通. E-mail:lang_song@qq.com

    通讯作者:

    王健(1974—),博士,教授. 研究方向:交通运输规划与管理. E-mail:wang_jian@hit.edu.cn

  • 中图分类号: U491.5

A Method for Optimizing Geometric Design and Signal Timing for Contraflow Left-turn Lanes with Double-exits

  • 摘要: 为解决单开口式(即仅有1个预信号开口)逆流左转车道(即通过预信号控制动态借用的出口车道)的长度与左转交通需求匹配效果不佳的问题,通过对单开口式逆流左转车道的设计进行分析,提出1种双开口式(即设置2个预信号开口)逆流左转车道的设计及控制方法。结合逆流左转车道的车辆运行规则,分析单开口式、双开口式逆流左转车道上车辆排队行为特征差异,构建逆流左转车道通行能力计算模型和延误计算模型。考虑主预信号协调控制、饱和度、交通波传递等约束条件,以车均延误最小为优化目标,采用0-1变量表示各个预信号开口是否启用,将常规设计、单开口式、双开口式信号配时整合到1个统一的混合整数非线性规划优化模型中,并给出逆流左转车道长度的设计依据。通过案例分析发现:①在逆流左转车道长度为80 m时,交叉口通行能力提升幅度最大;②当通行能力满足需求时,逆流左转车道长度越短,交叉口延误降低越明显;③若为保证通行能力而采用较长的逆流左转车道时,双开口式逆流左转车道通行效率优于单开口式;④综合考虑延误、通行能力等因素,单开口式逆流左转车道长度宜设置为40~60 m,而双开口式宜设置为80 m左右;⑤双开口式逆流左转车道可根据需要选择是否启用每个预信号开口,应用较为灵活,适用于各种流量场景。

     

  • 图  1  单开口式逆流左转车道

    Figure  1.  Single -exit contraflow left-turn lane

    图  2  双开口式逆流左转车道

    Figure  2.  Double-exit contraflow left-turn lanes

    图  3  相位方案

    Figure  3.  Phase scheme

    图  4  逆流左转车道排队行为特征

    Figure  4.  Queuing characteristics of contraflow left-turn lane

    图  5  逆流左转车道排队间隙现象

    Figure  5.  Queuing gap phenomenon of contraflow left-turn lane

    图  6  中国重庆市南滨路-烟雨路交叉口

    Figure  6.  intersection of Nanbin Road and Yanyu Road in Chongqing,China

    图  7  车均延误仿真对比

    Figure  7.  Comparison of vehicle delay simulation

    图  8  综合功能区总长度影响分析

    Figure  8.  Influence analysis for total length of comprehensive functional area

    表  1  逆流左转车道长度设置梳理

    Table  1.   Contraflow left-turn lane length setting

    文献 推荐或使用长度/m 设置依据
    [6] 70 通行能力
    [7] 50
    [8] 43, 50, 53 实地调查数据
    [9] 60 通行能力、延误
    [11] 40, 50 实地调查数据
    [12] 40 排队长度、几何特征
    [13] 50, 0 实地调查数据
    [14] 50
    [17] 43, 0, 3 实地调查数据
    [18] 50 排队长度、几何特征
    [20] 61~91 通行能力
    [23] 40, 0 排队长度、几何特征
    [24] 40, 45, 50, 55, 60 实地调查数据
    [25] 40, 0 排队长度、几何特征
    [26] 60 通行能力、延误
    [27] 50, 0 实地调查数据
    [28] 55 排队长度
    [29] 50 排队长度、几何特征
    [30] 40~60
    [31] 60
    [32] 50 排队长度、几何特征
    [33] 55 实地调查数据
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    表  2  对比方案

    Table  2.   Schemes for comparison

    方案编号 δ1 δ2 类型 Lilp/m Lilp1/m Lilp2/m
    1 0 0 常规交叉口
    2 1 0 单开口式 13 40 30
    3 0 1 单开口式
    4 1 1 双开口式
    5 0 0 常规交叉口
    6 1 0 单开口式 13 50 40
    7 0 1 单开口式
    8 1 1 双开口式
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    表  3  信号配时结果

    Table  3.   Signal timing result  单位: s

    方案编号 流量场景 东西 南北 周期时长
    左转相位
    时长
    直行相位
    时长
    预信号1
    启亮/关闭
    预信号2
    启亮/关闭
    左转相位
    时长
    直行相位
    时长
    预信号1
    启亮/关闭
    预信号2
    启亮/关闭
    低流量 29 19 29 19 96
    1 中流量 过饱和
    高流量 过饱和
    低流量 19 19 66/6 19 19 28/44 76
    2 中流量 19 19 66/6 19 19 28/44 76
    高流量 过饱和
    低流量 20 19 73/1 20 19 34/40 78
    3 中流量 24 21 84/6 24 21 39/51 90
    高流量 29 29 102/11 29 29 44/69 116
    低流量 20 19 68/78 73/1 20 19 29/39 34/40 78
    4 中流量 24 21 79/89 84/6 24 21 34/44 39/51 90
    高流量 29 29 97/107 102/11 29 29 39/49 44/69 116
    低流量 29 19 29 19 96
    5 中流量 过饱和
    高流量 过饱和
    低流量 19 19 67/4 19 19 29/42 76
    6 中流量 19 19 67/4 19 19 29/42 76
    高流量 过饱和
    低流量 23 19 81/2 23 19 39/44 84
    7 中流量 28 23 96/7 28 23 45/58 102
    高流量 过饱和
    低流量 23 19 75/4 81/2 23 19 33/46 39/44 84
    8 中流量 28 23 89/102 96/7 28 23 38/51 45/58 102
    高流量 过饱和
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    表  4  仿真结果对比

    Table  4.   Comparison of simulation results

    方案编号 流量场景 交叉口输入
    流量(/ pcu/h)
    交叉口通过车辆数/(pcu/h) 车均延误/s
    左转 直行 交叉口 左转 直行 交叉口
    低流量 3 200 1 624 1 581 3 205 34.76 37.55 36.14
    1 中流量 过饱和
    高流量 过饱和
    低流量 3 200 1 627 1 583 3 210 29.46 26.64 28.07
    2 中流量 4 400 2 228 2 171 4 399 33.86 28.34 31.14
    高流量 过饱和
    低流量 3 200 1 617 1 583 3 201 39.16 27.82 33.56
    3 中流量 4 400 2 225 2 171 4 396 46.63 34.34 40.58
    高流量 5 280 2 661 2 605 5 266 56.54 42.84 49.78
    低流量 3 200 1 618 1 583 3 201 31.97 27.82 29.92
    4 中流量 4 400 2 224 2 171 4 395 39.74 34.33 37.08
    高流量 5 280 2 662 2 605 5 267 53.39 42.83 48.18
    低流量 3 200 1 624 1 581 3 205 34.76 37.55 36.14
    5 中流量 过饱和
    高流量 过饱和
    低流量 3 200 1 627 1 583 3 210 30.24 26.64 28.47
    6 中流量 4 400 2 227 2 171 4 398 36.95 28.34 32.71
    高流量 过饱和
    低流量 3 200 1 626 1 582 3 209 37.28 31.01 34.19
    7 中流量 4 400 2 227 2 175 4 401 49.37 39.34 44.43
    高流量 过饱和
    低流量 3 200 1 628 1 582 3 210 31.53 31.01 31.27
    8 中流量 4 400 2 219 2 175 4 394 39.32 39.34 39.33
    高流量 过饱和
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  • 收稿日期:  2021-12-24
  • 网络出版日期:  2022-07-25

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