交叉口右轉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車的信號控制較多。而對于右轉車流基本不設定信號控制。其原因是傳統交通信號控制中，右轉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，右轉車流與其他方向車流的沖突加劇，如果不設右轉信號控制，當側向直行車流恒定通過交叉口時，因很難提供足夠的右轉車穿越間隙右轉車勢必會強行穿越，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研究，使得右轉信號燈設置出現了不合理現象?，F今關于右轉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生的危險系數大小來確定是否需要設置右轉信號控制；有的是根據交通流量轉化為飽和度的方式來衡量，通過最優飽和度數值確定右轉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，本文針對右轉車與直行車匯流沖突研究具有理論與實際意義。

2 右轉和直行車流沖突模型

2.1 理論分析

當右轉車流和直行車流之間為爭奪道路使用權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。統計右轉車道與直行車道匯流沖突數據，分析影響通行效率要素。驗證統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。

圖1 信控交叉口右轉機動車與直行機動車匯流沖突

2.2 交通調查

以淄博市張店區交警支隊旁交叉口為例，在高峰期進行數據采集。通過拍攝交叉口流量視頻作為提取數據的基礎資料。交叉口示意圖如圖2所示。

圖2 淄博市張店區交警支隊旁交叉口示意圖

統計匯流沖突數據方法：劃定匯入沖突點，從第一輛車輛駛過沖突點開始計時，到直行方向綠燈結束前最后一輛直行車車輛駛過沖突點結束。如表1、表2所示。

表1 車輛通過沖突點統計表

表2 車輛最大拒絕間隙和穿越間隙統計表

2.3 車頭分布擬合

CoWan’s M3分布描述的是兩種車流狀態，一種是紅燈期間排隊等待車輛在綠燈開始時以車隊狀態通過交叉口，另一種是綠燈開始后后續到達的車輛以自由流狀態通過交叉口，通過考慮兩種的車流狀態，更能貼切模擬信號控制狀態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：關于參數b的取值可參照表3。

表3 數值參照表

λ為衰減常數，參數極大似然估計為

(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計，如表4所示。

表4 交叉口直行車到達數觀測值整理表

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

直行車與右轉車匯流沖突后通行效率系數η計算。當產生沖突后通行效率系數為

(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車車頭時距，hs-r為匯入的右轉車與后直行車的車頭時距。

根據表2的統計列出右轉車插入直行車車頭間隙分布區間上下限為[τ1，τ2]。從數據分析得到2.63 s為最小插入車頭時距τ1，當小于2.63 s時右轉車輛無法匯入。在車頭時距4.5 s時，插入的右轉車輛不會影響后續的直行車，定義為可插入車頭時距上限τ2，大于4.5 s時右轉車輛匯入間隙不會對執行車輛產生影響。則可插入車頭間隙分布區間的概率為。

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的最高通行能力。

3 交叉口右轉信號控制方法

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，建立了交叉口右轉車流的信號感應控制方法。運用右轉信號控制開啟(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，小于閾值時右轉控制信號關閉，大于閾值時右轉控制信號開啟，從而使得右直沖突車道的通行能力一直處于最優。交叉口右轉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 右轉信號感應控制流程圖

4 結 論

本文從右轉車流與直行車輛沖突機理的角度分析，建立了右轉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控制方案開啟閾值，設計了科學合理的右轉信號控制策略，使得具有直右匯入沖突的交叉路口通行能力得到改善。