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含可变导向车道交叉口的车道功能与信号控制协同优化方法

李雪梅 张存保 曹雨 秦瑞阳

李雪梅, 张存保, 曹雨, 秦瑞阳. 含可变导向车道交叉口的车道功能与信号控制协同优化方法[J]. 交通信息与安全, 2023, 41(5): 54-63. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.05.006
引用本文: 李雪梅, 张存保, 曹雨, 秦瑞阳. 含可变导向车道交叉口的车道功能与信号控制协同优化方法[J]. 交通信息与安全, 2023, 41(5): 54-63. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.05.006
LI Xuemei, ZHANG Cunbao, CAO Yu, QIN Ruiyang. A Method for Collaborative Optimization of Lane Functions and Signal Control at Intersections with Variable Approach Lanes[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2023, 41(5): 54-63. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.05.006
Citation: LI Xuemei, ZHANG Cunbao, CAO Yu, QIN Ruiyang. A Method for Collaborative Optimization of Lane Functions and Signal Control at Intersections with Variable Approach Lanes[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2023, 41(5): 54-63. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.05.006

含可变导向车道交叉口的车道功能与信号控制协同优化方法

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2023.05.006
基金项目: 

国家重点研发计划项目 2020YFB1600500

详细信息
    作者简介:

    李雪梅(1995—),硕士研究生. 研究方向:交通管理与控制. E-mail:1206679574@qq.com

    通讯作者:

    张存保(1976—),博士,研究员. 研究方向:交通信息工程及控制、交通安全. E-mail:zhangcunbao@163.com

  • 中图分类号: U491.5+4

A Method for Collaborative Optimization of Lane Functions and Signal Control at Intersections with Variable Approach Lanes

  • 摘要: 可变导向车道作为1种灵活的交通组织方式,可通过动态调整进口道的车道功能来提高交叉口的通行效率,然而在实际运行过程中,仅在直、左车道间切换的可变导向车道交叉口存在时空资源利用率不足的问题。为此研究了1种可在直行、左转和直左合用车道间切换的车道功能与信号控制协同优化方法。根据交叉口实时的交通流数据,综合考虑不同车道功能下的交叉口车均延误、切换时间间隔、交通需求变化稳定性等指标对车道功能切换进行判断,实现车道功能与信号控制的动态优化;引入含可变导向车道交叉口的车道驶离流率修正系数改进延误公式,并考虑车道功能与信号相位之间的关系,基于相位矩阵建立以车均延误最小为目标的优化模型,确定最优的车道功能、相位和信号配时方案。利用VISSIM软件搭建仿真环境,以武汉市建设大道-新华路交叉口为例进行仿真验证,实验结果表明:相比于车道功能仅在直、左间切换的定时控制方法,采用在直行、左转和直左合用车道间切换的车道功能与信号控制协同优化方法的交叉口车均延误减少9.2%~12.5%,含有可变导向车道的进口道车均延误减少10.8%~25%,平均排队长度减少9.8%~12.3%。

     

  • 图  1  设置有可变导向车道的交叉口设计图

    Figure  1.  Intersection with variable approach lanes

    图  2  优化控制流程

    Figure  2.  Optimization control process

    图  3  设置有可变导向车道的交叉口交通流向图

    Figure  3.  Traffic flow of intersection with variable approach lanes

    图  4  建设大道-新华路交叉口渠化现状图

    Figure  4.  Channelization diagram of intersection

    图  5  仿真控制流程

    Figure  5.  Simulation control process

    图  6  仿真运行界面图

    Figure  6.  Simulation operation interface diagram

    图  7  仿真实验结果对比图

    Figure  7.  Comparison of simulation experiment results

    表  1  交叉口现状渠化表

    Table  1.   Intersection channelization table

    方向 进口道数量 车道划分说明
    北向 5 2左,3直
    南向 5 2左,3直
    东向 5 2左,3直
    西向 4 1左,1可变导向车道,2直
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    表  2  交叉口信号控制方案

    Table  2.   Intersection signal control scheme

    时段 相位1 相位2 相位3 相位4 周期/s
    高峰期 55 34 52 36 177
    平峰期 40 27 38 25 130
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    表  3  交叉口不同时段流量

    Table  3.   Traffic volume of at intersection at different times

    进口道 流向 交通流量/(pcu/h)
    早高峰 平峰 晚高峰
    北进口 左转 472 251 522
    直行 1 052 894 1 187
    南进口 左转 462 292 493
    直行 1 174 990 1 214
    东进口 左转 469 320 501
    直行 1 134 912 1 243
    西进口 左转 443 272 428
    直行 1 258 918 1 226
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    表  4  优化方案配置表

    Table  4.   Optimization scheme configuration table

    时段 仿真时段/s 车道数设置 信号控制方案
    左转 直左合用 直行
    早高峰 900~1 620 1 0 3
    1 620~3 420 2 0 2
    3 420~4 500 1 1 2
    平峰 4 500~8 100 1 1 2
    晚高峰 8 100~9 000 2 0 2
    9 000~11 700 1 0 3
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    表  5  交通效益评价指标

    Table  5.   Traffic benefit evaluation index

    控制时段 评价指标 现状方案 优化方案 改善程度/%
    早高峰 交叉口车均延误/s 51.8 45.3 12.5
    西进口道车均延误/s 52.5 39.4 25
    西进口道平均排队长度/m 35.4 31.1 12.2
    平峰 交叉口车均延误/s 32.8 28.8 9.2
    西进口道车均延误/s 32.6 29 10.8
    西进口道平均排队长度/m 18.4 16.6 9.8
    晚高峰 交叉口车均延误/s 59.2 52 12.1
    西进口道车均延误/s 59 48.5 17.7
    西进口道平均排队长度/m 42.1 36.9 12.3
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  • [1] 陈永恒, 李婉宁, 吴场建. 基于可变车道的交叉口左转公交优先方法[J]. 交通运输系统工程与信息, 2020, 20(5): 79-85, 141.

    CHEN Y H, LI W N, WU C J. Method of bus left-turn priority at intersection based on variable lane[J]. Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology, 2020, 20(5): 79-85, 141. (in Chinese)
    [2] 宋浪, 王健, 杨滨毓, 等. 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 L, WANG J, YANG B Y, et al. 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. (in Chinese) doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.03.008
    [3] 傅立骏, 郭海锋, 董红召. 基于动态交通流量的可变车道自适应控制方法[J]. 科技通报, 2011, 27(6): 899-903. doi: 10.3969/j.issn.1001-7119.2011.06.019

    FU L J, GUO H F, DONG H Z. An adaptive control method of variable lane based on dynamic traffic flow[J]. Bulletin of Science and Technology, 2011, 27(6): 899-903. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1001-7119.2011.06.019
    [4] HE J, ZHU Y, ZHANG J, et al. Reversible lane control system with low emission load based on VISSIM simulator[C]. 2021 IEEE 2nd International Conference on Big Data, Artificial Intelligence and Internet of Things Engineering, Nanchang: IEEE, 2021.
    [5] 周鹏, 丁晨. 智能可变车道的导向判决算法的研究与实现[J]. 武汉理工大学学报, 2012, 34(8): 82-86.

    ZHOU P, DING C. Research and implementation of the oriented decision algorithm of intelligent variable lane[J]. Journal of Wuhan University of Technology, 2012, 34(8): 82-86. (in Chinese)
    [6] MA Q, WANG M. A new strategy of variable lane based on video detection[C]. The 5th International Conference on Intelligent Systems Design and Engineering Applications, New York: IEEE, 2014.
    [7] 代磊磊, 刘成生, 徐棱, 等. 基于视频检测的可变导向车道动态控制方法及应用[J]. 中国公共安全(学术版), 2020(1): 103-106.

    DAI L L, LIU C S, XU L, et al. Dynamic control method and application of reversible lane based on video detection[J]. China Public Security(Academy Edition), 2020(1): 103-106. (in Chinese)
    [8] 刘昱岗, 王卓君, 刘艳芳. 基于ANFIS的可变导向车道智能控制系统[J]. 交通运输工程学报, 2017, 17(4): 149-158. doi: 10.3969/j.issn.1671-1637.2017.04.016

    LIU Y G, WANG Z J, LIU Y F. Intelligent control system of variable approach lane based on adaptive neuro-fuzzy inference system[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2017, 17(4): 149-158. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1671-1637.2017.04.016
    [9] ASSI K J, RATROUT N T. Proposed quick method for applying dynamic lane assignment at signalized intersections[J]. IATSS Research, 2018, 42(1): 1-7.
    [10] 常玉林, 赵超, 张鹏. 基于交叉口时空需求度的可变导向车道自适应控制方法[J]. 科学技术与工程, 2018, 18(31): 76-83.

    CHANG Y L, ZHAO C, ZHANG P. An adaptive control method of variable lane based on intersection space-time demand[J]. Science Technology and Engineering, 2018, 18 (31): 76-83. (in Chinese)
    [11] LAM W H K, POON A C K, MUNG G K S. Integrated model for lane-use and signal-phase designs[J]. Journal of Transportation Engineering, 1997, 123(2): 114-122.
    [12] WONG C K, WONG S C. A lane-based optimization method for minimizing delay at isolated signal-controlled junctions[J]. Journal of Mathematical Modelling and Algorithms, 2003, 2(4): 379-406.
    [13] YU C, MA W J, LO H K, et al. Robust optimal lane allocation for isolated intersections[J]. Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering, 2017, 32(1): 72-86.
    [14] 张鹏, 李文权, 常玉林. 基于Ring-Barrier相位的交叉口车道功能判分与信号配时协同优化模型[J]. 东南大学学报(自然科学版), 2013, 43(3): 659-663.

    ZHANG P, LI W Q, CHANG Y L. Collaborative optimization model of lane markings and signal timings based on Ring-Barrier phase at intersections[J]. Journal of Southeast University (Natural Science Edition), 2013, 43(3): 659-663. (in Chinese)
    [15] 丁靖, 周红媚, 姚荣涵. 交叉口可变导向车道与信号配时协同优化模型[J]. 交通运输研究, 2015(3): 7-13.

    DING Q, ZHOU H M, YAO R H. A simultaneous optimization model of variable approach lane and signal timing at intersection[J]. Transport Research, 2015(3): 7-13. (in Chinese)
    [16] ZHAO F, FU L P, PAN X F, et al. An interactive traffic signal optimization approach with dynamic variable guidance lane control[J]. Journal of Advanced Transportation, 2022, 2022: 1-17.
    [17] DING C, DAI R J, FAN Y, et al. Collaborative control of traffic signal and variable guiding lane for isolated intersection under connected and automated vehicle environment[J]. Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering, 2022, 37(15): 2052-2069.
    [18] ALHAJYASEEN W K M, NAJJAR M, RATROUT N T, et al. The effectiveness of applying dynamic lane assignment at all approaches of signalized intersection[J]. Case Studies on Transport Policy, 2017, 5(2): 224-232.
    [19] 宋现敏, 张亚南, 马林. 交叉口动态车道与交通信号协同优化方法[J]. 交通运输系统工程与信息, 2020, 20(6): 121-128.

    SONG X M, ZHANG Y N, MA L. An optimization model for dynamic lane grouping and signal phase at intersection[J]. Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology, 2020, 20(6): 121-128. (in Chinese)
    [20] 王连震, 王宇萍, 姚丽. 基于可变导向车道的交叉口时空资源协同优化方法[J]. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版), 2021, 45(6): 1005-1009.

    WANG L Z, WANG Y P, YAO L. Collaborative optimization method of intersection space-time resources based on variable guide lane[J]. Journal of Wuhan University of Technology(Transportation Science & Engineering), 2021, 45(6): 1005-1009. (in Chinese)
    [21] 赵靖, 周溪召. 交叉口可变车道最佳车道功能及信号转变方法[J]. 上海理工大学学报, 2016, 38(4): 380-386.

    ZHAO J, ZHOU X Z. Optimal switching method for lane assignment and signal control for variable lanes at intersections[J]. Journal of University of Shanghai for Science and Technology, 2016, 38(4): 380-386. (in Chinese)
    [22] ZHAO J, YAO J, HE S, et al. Operational efficiency evaluation of intersections with dynamic lane assignment using field data[J]. Journal of Advanced Transportation, 2017, 2017: 1-13.
    [23] 吴中, 江懿. 基于效用理论的单进口放行方式下直左合用车道设计[J]. 重庆交通大学学报(自然科学版), 2017, 36 (9): 80-84.

    WU Z, JIANG Y. Design of straight-left shared lanes under single import release mode based on utility theory[J]. Journal of Chongqing Jiaotong University(Natural Science), 2017, 36(9): 80-84. (in Chinese)
    [24] 梁子君. 基于交通流组合相位控制逻辑的信号优化控制研究[D]. 西安: 长安大学, 2018.

    LIANG Z J. Research on signal optimization control based on the control logic of overlapping phase of the traffic flow[D]. Xi'an: Chang'an University, 2018. (in Chinese)
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  • 收稿日期:  2022-11-18
  • 网络出版日期:  2024-01-18

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