[发明专利]信号交叉口自行车对转弯车辆饱和流率影响修正方法

权利要求书

1、信号交叉口自行车对右转车辆饱和流率影响修正方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

在交叉口划定冲突区域，把自行车和转弯机动车的冲突分为两个阶段：

第一阶段是红灯期间聚集等待的自行车，以高密度、低自由度的自行车群方式通过，具体定义为：绿灯初期，平均占有道路面积小于3m²的一系列自行车组成的一个自行车群；

第二阶段为随机到达的自行车，以低密度、高自由度的随机形式通过，此阶段自行车的到达符合泊松分布；这个阶段利用可穿越间隙理论进行分析，计算出自行车对转弯车辆饱和流率的影响系数；

自行车与右转机动车冲突区域的长度为标准小汽车的长度加上一段0.5～0.8米的安全距离，

具体步骤如下：

步骤1：利用交叉口视频检测系统采集交叉口的相关参数，包括自行车交通量Q_bic、自行车群的长度L、自行车群平均速度v、自行车第一阶段时间t和第二阶段的时间、右转机动车比例P_RT、右转机动车所能穿越自行车的可接受间隙t_R0和随车时距t_Rf；

所述的自行车交通量即为每小时通过交叉口的自行车的数量；

所述的自行车群的长度为平均占有道路面积小于3m²的一系列自行车从第一辆车的车头到最后一辆车的车尾的长度；

所述的自行车第一阶段时间为绿灯开始到第二阶段第一辆随机到达自行车到达冲突区的时间，自行车第二阶段时间为第二阶段第一辆随机到达的自行车到达冲突区到绿灯结束的时间；

步骤2：计算第一阶段自行车群对右转机动车饱和流率修正系数

第一阶段自行车对右转机动车饱和流率修正利用冲突区时间占有率方法来计算修正系数；时间占有率方法就是划定一定大小的冲突区域，并假设当自行车占有该冲突区域时，机动车无法通过该冲突区，通过研究自行车在冲突区的时间占有率来分析自行车对右转机动车饱和流率的影响；自行车的时间占有率就是一个时间段内，释放自行车从车头进入冲突区到车尾驶出冲突区的累计时间在这段时间段内所占的比例；

定义：第一阶段自行车群的第一辆车的车头进入冲突区到最后一辆车的车尾离开冲突区的时间为t₁，则

t1=L+lv---(1)]]>

其中：L：自行车群的长度，单位为米

l：冲突区长度，即冲突区的长度为标准小汽车的长度加上一段0.5～0.8米的安全距离

v：自行车群平均速度，单位为米/秒

那么自行车在冲突区的时间占有率OCC_bic为

OCCbic=t1t---(2)]]>

t：自行车第一阶段时间，单位为秒

同样考虑车道组右转机动车所占比例，则第一阶段自行车对右转机动车饱和流率修正系数是：

f_Rb1＝1-P_RTOCC_bic    (3)

其中：P_RT是车道组中右转机动车比例；

步骤3：计算第二阶段自行车对右转机动车饱和流率修正系数

第二阶段自行车对右转机动车饱和流率的修正利用可接受间隙法进行分析，假设第二阶段自行车到达符合泊松分布，且自行车之间随车时距分布符合负指数分布，按照转弯让直行的原则，右转机动车需要穿越直行自行车的可接受间隙通过交叉口；

能穿越自行车可接受间隙的右转机动车的交通量为

QR′=Qbice-λtR01-e-λtRf---(4)]]>

上式中：

t_R0：右转机动车所能穿越自行车的可接受间隙，单位为秒；

t_Rf：右转机动车的随车时距，单位为秒；

λ：自行车到达率λ=Qbic3600;]]>

Q_bic：自行车交通量单位为辆/小时；

Q_R′：右转机动车可能穿越自行车可接受间隙通过的交通量，单位为辆/小时；

e：为常数，e＝2.718；

1)对于右转专用车道：

s_R＝min(S₀Nf_wf_HVf_gf_pf_bbf_af_LUf_RTf_Rp，Q_R′)    (5)

s_R：右转机动车饱和流率，单位为辆/小时

s₀：基本饱和流率

N：车道组的车道数

f_w：车道宽度修正系数

f_HV：重车修正系数

f_g：进口坡度修正系数

f_p：停车修正系数

f_bb：公交车影响修正系数

f_a：地区类型修正系数

f_LU：车道利用率修正系数

f_RT：右转车修正系数

f_Rp：行人对右转机动车修正系数

如果Q_R′≥S₀Nf_wf_HVf_gf_pf_bbf_af_LUf_RTf_Rp，

则s_R＝S₀Nf_wf_HVf_gf_pf_bbf_af_LUf_RTf_Rp，此时第二阶段自行车对右转机动车饱和流率修正系数f_Rb2＝1

如果Q_R′＜S₀Nf_wf_HVf_gf_pf_bbf_af_LUf_RTf_Rp

则s_R＝Q_R′，此时第二阶段自行车对右转机动车饱和流率修正系数fRb2=QR′S0NfwfHVfgfpfbbfafLUfRTfRp]]>

2)对于右转混行车道

s_R＝min(S₀Nf_wf_HVf_gf_pf_bbf_af_LUf_LTf_Lpf_RTf_RpP_RT，Q_R′)    (6)

f_LT：左转车修正系数

f_Lp：行人对左转机动车修正系数

P_RT：车道组右转机动车比例

如果Q_R′≥S₀Nf_wf_HVf_gf_pf_bbf_af_LUf_LTf_Lpf_RTf_RpP_RT

则s_R＝S₀Nf_wf_HVf_gf_pf_bbf_af_LUf_LTf_Lpf_RTf_RpP_RT，此时第二阶段自行车对右转机动车饱和流率修正系数f_Rb2＝1

如果Q_R′＜S₀Nf_wf_HVf_gf_pf_bbf_af_LUf_LTf_Lpf_RTf_RpP_RT，

则s_R＝Q_R′，此时第二阶段自行车对右转机动车饱和流率修正系数fRb2=QR′S0NfwfHVfgfpfbbfafLUfLTfLpfRTfRpPRT]]>

步骤4：计算整个绿灯期间自行车对右转机动车饱和流率修正系数

通过分析两个阶段自行车和右转机动车的冲突，分别得到两个阶段自行车对右转机动车饱和流量的修正系数f_Rb1和f_Rb2；两个阶段的饱和流率修正系数对绿灯期间两个阶段时间的加权平均就是整个绿灯期间自行车对右转机动车饱和流率的影响系数，即自行车对右转机动车饱和流率的修正系数表达式就是：

f_Rb＝f_Rb1P₁+f_Rb2P₂    (7)

其中：

P₁：自行车第一阶段的时间占绿灯时间的比例

P₂：自行车的第二阶段的时间占绿灯时间的比例。

2、信号交叉口自行车对左转车辆饱和流率影响修正方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

在交叉口划定冲突区域，把自行车和转弯机动车的冲突分为两种阶段：

第一阶段是红灯期间聚集等待的自行车，以高密度、低自由度的自行车群方式通过，具体定义为：绿灯初期，平均占有道路面积小于3m²的一系列自行车组成的一个自行车群；

第二阶段为随机到达的自行车，以低密度、高自由度的随机形式通过，此阶段自行车的到达符合泊松分布；

自行车和左转机动车冲突区域的长度为标准小汽车的长度加上一段0.5～0.8米米安全距离；

步骤1：利用交叉口视频检测系统采集交叉口的相关参数，包括对向自行车群从等待线到左转冲突区的时间t_h，左转机动车在没有对向直行机动车干扰的情况下从左转待转线到冲突区的时间t_H，对向直行机动车队从绿灯开始到离开交叉口的清空时间为g_q，对向自行车交通量Q_bico，对向自行车第一阶段和第二阶段的时间，车道组左转机动车所占比例P_LT，对向直行机动车交通量Q_o，左转机动车随车时距t_Lf，左转机动车所能穿越的可接受间隙t_L0；对向自行车第一阶段时间t为绿灯开始到第二阶段第一辆随机到达自行车到达冲突区的时间，对向自行车第二阶段时间为第二阶段第一辆随机到达的自行车到达冲突区到绿灯结束的时间；

步骤2：判断左转机动车与对向自行车冲突情况

左转机动车与对向自行车冲突有三种情况，一种是左转机动车在对向直行机动车队到达前就利用信号灯黄灯或全红时间提前完成左转，但由于饱和流率的测量是根据进入交叉口的车辆数而不是离开的车辆数，因此此种情况在此不作考虑；第二种情况是左转机动车等待对向直行机动车队清空后再利用可接受间隙穿越对向直行机动车后与处于第一阶段的自行车群冲突，第三种情况是左转机动车等待对向直行机动车队通过后再利用可接受间隙穿越对向直行机动车后，第一阶段的自行车群已经通过，这时左转车与处于第二阶段的随机到达的自行车冲突；设t₁为第一阶段自行车群的第一辆车的车头进入冲突区到最后一辆车的车尾离开冲突区的时间为t₁；则冲突分为以下两种情况：

(1)g_q+t_H≤t₁+t_h的情况

当g_q+t_H≤t₁+t_h，即左转机动车等待直行机动车队清空后到达冲突区的时间小于等于第一阶段自行车群从等待线出发到全部离开左转冲突区的时间；这样，左转机动车会与两个阶段释放的自行车相冲突，设自行车的第一阶段的时间占绿灯时间比例是P₁，自行车第二阶段的时间占绿灯时间的比例是P₂；

1)计算第一阶段自行车对左转机动车饱和流率修正系数

当绿灯亮时，处于第一阶段的自行车群开始向冲突区运动，左转机动车在等待直行机动车队清空后也开始向冲突区运动；自行车在冲突区的时间占有率是：

OCCbico=t1-(gq+tH-th)t-(gq+tH-th)---(8)]]>

上式中：OCC_bico：对向自行车在冲突区占有率

t：自行车第一阶段时间

对向直行机动车队通过后，对向直行机动车的间隙可以供左转机动车通过的概率为其中t_L0为左转机动车可接受的间隙，单位为秒，Q_o是对向直行机动车交通量，单位为辆/小时；

则第一阶段自行车对左转机动车饱和流率修正系数是：

fLpb1=1-PLTOCCbicoe-(tL0Qo/3600)---(9)]]>

其中：P_LT是车道组左转机动车比例

2)计算第二阶段自行车对左转机动车饱和流率修正系数

左转机动车需要穿越对向第二阶段自行车的可接受间隙才能通过交叉口；假设此时自行车到达符合泊松分布、自行车车头时距符合负指数分布，能穿越自行车可接受间隙的左转机动车的交通量为：

QL′=Qbicoe-λtL01-e-λtLf---(10)]]>

上式中：t_L0：左转机动车所能穿越的可接受间隙，单位为秒

t_Lf：左转机动车的随车时距，单位为秒

λ：自行车到达率λ=Qbic3600]]>

Q_bico：对向自行车的交通量，单位为辆/小时

Q_L′：左转机动车可能穿越对向自行车通过交叉口的交通量，单位为辆/小时

i)对于不设左转保护相位的左转专用车道：

s_L＝min(S₀Nf_wf_HVf_gf_pf_bbf_af_LUf_LTf_Lp，Q_L′)    (11)

s_L：左转机动车饱和流率，单位为辆/小时

如果Q_L′≥S₀Nf_wf_HVf_gf_pf_bbf_af_LUf_LTf_Lp，

则s_L＝S₀Nf_wf_HVf_gf_pf_bbf_af_LUf_LTf_Lp，此时第二阶段自行车对左转机动车饱和流率修正系数f_Lb2＝1

如果Q_L′＜S₀Nf_wf_HVf_gf_pf_bbf_af_LUf_LTf_Lp

则S_L＝Q_L′，此时第二阶段自行车对左转机动车饱和流率修正系数

fLb2=QL′S0NfwfHVfgfpfbbfafLUfLTfLp]]>

ii)对于左转混行车道

S_L＝min(S₀Nf_wf_HVf_gf_pf_bbf_af_LUf_LTf_Lpf_RTf_RpP_LT，Q_L′)    (12)

P_LT：车道组左转机动车比例

如果Q_L′≥S₀Nf_wf_HVf_gf_pf_bbf_af_LUf_LTf_Lpf_RTf_RpP_LT

则s_L＝S₀Nf_wf_HVf_gf_pf_bbf_af_LUf_LTf_Lpf_RTf_RpP_LT，此时f_Lb2＝1

如果Q_L′＜S₀Nf_wf_HVf_gf_pf_bbf_af_LUf_LTf_Lpf_RTf_RpP_LT，

则s_L＝Q_L′，此时fLb2=QL′S0NfwfHVfgfpfbbfafLUfLTfLpfRTfRpPLT]]>

3)计算整个绿灯时间自行车对左转机动车饱和流率修正系数

两个阶段的饱和流率修正系数对绿灯期间两个阶段时间的加权平均就是整个绿灯期间自行车对左转机动车饱和流率的影响系数，即自行车对左转机动车饱和流率的修正系数表达式就是：

f_Lb＝f_Lb1P₁′+f_Lb2P₂′    (13)

式中：P₁′是左转机动车与第一阶段自行车冲突时间与左转机动车与两个阶段自行车冲突时间和的比值，即

P1′=t-(gq+tH-th)G-(gq+tH-th)---(14)]]>

其中：G是绿灯时间，单位为秒

P₂′是左转机动车与第二阶段冲突时间与左转机动车与两个阶段自行车冲突时间的比值，即

P₂′＝1-P₁′    (15)

(2)g_q+t_H＞t₁+t_h的情况

对于这种情况，左转机动车穿越对向直行机动车后，第一阶段的自行车群已经通过冲突区，左转机动车不会再与第一阶段自行车群冲突，此时左转机动车只与第二阶段的自行车冲突，对向自行车对左转机动车饱和流率的影响系数与步骤(1)中的2)部分相同；

g_q+t_H＞t₁+t_h情况下，由于左转车只与第二阶段的自行车冲突，因此自行车对左转机动车饱和流率的修正系数f_Lb＝f_Lb2。