第6章 交叉口空间资源动态配置方法

第6章交叉口空间资源动

态配置方法6.1优化背景研究显示，混合驾驶车道的饱和流率受CAV渗透率影响，见下式：式中，Sl,1—车道组l中CAV专用车道的饱和流率，pcu/s；Sl,2—车道组l中人工驾驶车道的饱和流率，pcu/s；Sl,3—车道组l中混合驾驶车道的饱和流率，pcu/s；pbl—车道组l中车道b的CAV渗透率。同时研究表明，CAV专用车道的饱和流率是人工驾驶车道饱和流率的2倍，甚至更高。从上式可以看出，混合驾驶车道的饱和流率并非随CAV渗透率线性增长，将CAV和CHV分离行驶可能会有助于提高车道组(进而相位)的饱和流率，但需考虑不同类型车道绿灯时间利用率的平衡；否则，会降低交叉口的控制效率。如一个三车道的直行车道组，CAV渗透率50%，将CAV和CHV分离在不同的车道上行驶，较混合驾驶通行时车道组的饱和流率更高，交叉口信号控制的通行能力能明显提升。6.2CAV专用车道配置法假设所有车辆均为网联车，每辆车进入路段时即驶入目标车道。定义L为交叉口所有车道组的集合，Bal、Bhl和Bml各自代表车道组l∈L中CAV专用车道集合、人工驾驶车道集合与混合驾驶车道集合。Ibl为车道组l∈L中车道b∈Bhl或b∈Bml上的全部车辆集合、Abl

为车道组l∈L中车道b∈Bal上的全部CAV集合。当车道组l中的车道条数不小于2时，以车道组l饱和流率最大为目标来优化车道功能的配置，即：1.优化模型CAV专用车道、人工驾驶车道、混合驾驶车道由内至外的分配需满足以下条件：bl=bl,1+bl,2+bl,3式中，bl—车道组l中的车道条数；bl,1—车道组l中CAV专用车道的条数；bl,2—车道组l中人工驾驶车道的条数；bl,3—车道组l中混合驾驶车道的条数；σ—车道组l∈L中评判每车道交通流是否均衡的阈值；γl—车道组l中CAV右转车的比例；Vbl—车道组l中车道b的交通流量，pcu/s。6.2CAV专用车道配置法定义绿灯时间有效利用率(el)与转换指数(CIl)两个指标来建立车道组l动态的CAV专用车道分配方法。(1)车道组l中有CAV专用车道el用车道组l中CAV专用车道的绿灯时间有效利用率代替，即：式中，hbl—车道组l中车道b的饱和车头时距，s；gl,k—第k周期车道组l的绿灯时长，s。转换指数确立方法如下：式中，ε1=0.6、ε2=0.9—低、高饱和度阈值，s；CIl,1—低饱和度转换指数；CIl,2—高饱和度转换指数。转换指数的阈值设为3。即CIl,1=3或CIl,2=3时，车道组l将重启车道功能的分配，然后重置CIl,1=0、CIl,2=0。2.动态分配法6.2CAV专用车道配置法(2)车道组l中无CAV专用车道el用车道组l中人工驾驶车道与混合驾驶车道的绿灯时间有效利用率代替，即：转换指数确立方法如下：若车道组中的车道条数不低于2且CIl

=3，则重启车道功能的划分，并重置CIl=0。2.动态分配法6.3CAV共享车道配置法1.共享原理每个进口设置的1条或多条CAV共享车道介于人工驾驶左转车道和人工驾驶直行车道之间。以其中1种相位方案为例：东西向先左转，后直行，如图6-3所示。类似于综合待行区的控制方法，红灯期间控制直行CAVs、左转CAVs及阻滞的左转CHVs分别在虚拟停车线后的直行车道和左转车道排队；左转相位开启前，引导虚拟停车线后左转车道的CAVs与CHVs各自进入CAV共享车道和人工驾驶左转车道，待左转信号开启后同时放行；左转相位结束前，清空CAV共享车道上的左转CAVs，并将后续到达的左转CAVs控制在虚拟停车线后停车等待，同时，引导虚拟停车线后的直行CAVs进入CAV共享车道。同理，直行相位结束前也需清空CAV共享车道上的直行CAVs。无虚拟停车线的车道，CAVs与CHVs直接行驶至交叉口停车线处，排队等待。6.3CAV共享车道配置法1.共享原理6.3CAV共享车道配置法1.共享原理6.3CAV共享车道配置法2.CAV共享车道分配方法6.3CAV共享车道配置法2.CAV共享车道分配方法6.3CAV共享车道配置法3.CAV共享车道调度方法在CAV共享车道上，CAVs调度时的轨迹优化见图。6.3CAV共享车道配置法3.CAV共享车道调度方法(1)调度时间6.3CAV共享车道配置法3.CAV共享车道调度方法(2)调度方法当仅有1条CAV共享车道时，虚拟停车线仅在CAV共享车道及其内侧相邻车道的后方布置，如图6-5所示。直行CAVs在CAV共享车道后的虚拟停车线处排队，左转CAVs在直行CAVs的内侧车道排队。此时，若左转车道仅1条，当虚拟停车线后左转车道无CAVs时，左转CHVs不受虚拟停车线约束，直接行驶至交叉口停车线后排队；当虚拟停车线后左转车道有CAVs时，其后的CHVs会受到阻滞，部分CHVs会产生二次停车；在开启虚拟停车线后的左转车流时，CAVs与CHVs各自进入CAV共享车道和人工驾驶左转车道。若左转车道不止1条，则虚拟停车线后左转CAVs与左转CHVs分车道行驶，左转CHVs直接行驶至交叉口停车线后排队。6.3CAV共享车道配置法3.CAV共享车道调度方法(2)调度方法当有多条CAV共享车道时，问题转化为虚拟停车线L1后m1股左转CAVs和m2股直行CAVs复合利用m条CAV共享车道的分时调度(m=m1+m2)，如图6-6所示。m1:m2依据左转CAVs与直行CAVs的比例取整确立，此时，左转CHVs直接行驶至交叉口停车线后排队。6.4适用性分析1.CAV专用车道直行车道组l中有3条车道，采用三种车道分配方案进行数值仿真，检验CAV渗透率(Pcav)对不同车道分配方案的影响，结果见图。当Pcav<0.33时，无CAV专用车道的车道分配方案PI(延误与停车次数的线性加权)最小。当Pcav分别介于[0.33,0.76]和(0.76,1]时，PIs分别在设置一条和两条CAV专用车道时最小。当Pcav大于0.33时，分配CAV专用车道是有利的；Pcav越高，CAV专用车道数量需求就越多。6.4适用性分析2.CAV共享车道在进口车道条数确定的情况下，CAV共享车道设置与否及设置几条车道与CAV渗透率密切相关。当CAV渗透率小于0.35时，不设置CAV共享车道效果最好；当CAV渗透率介于0.35-0.7时，设置1条CAV共享车道效果最佳；而当CAV渗透率超过0.7时，宜设置2条及以上CAV共享车道。同样的交通条件和交叉口几何条件，CAV共享车道策略较仅设置CAV专用车道策略，交叉口车均延误能下降了6-10%，主要归功于左转交通流通行条件的改善