CN109087507A

CN109087507A - 一种道路交通信号单点控制效益评价方法

Info

Publication number: CN109087507A
Application number: CN201810992610.2A
Authority: CN
Inventors: 张雷元; 树爱兵; 马超锋; 王婷婷; 徐新东
Original assignee: Traffic Management Research Institute of Ministry of Public Security
Current assignee: Traffic Management Research Institute of Ministry of Public Security
Priority date: 2018-08-29
Filing date: 2018-08-29
Publication date: 2018-12-25

Abstract

本发明提供一种道路交通信号单点控制效益评价方法，其能够提供量化的数据，客观的评价道路交叉口信号的控制效益。一种道路交通信号单点控制效益评价方法，其包括步骤：S1:确定能够表征道路交叉口交通运行状况的指标；S2：确认指标的计算公式，并计算指标的单项指标值；S3：建立单项指标值取值范围与单点控制效益评估指数的取值范围的对应关系；S4：通过线性插值方法计算出对应的单点控制效益评估指数；S5：针对在不同的交通时段评价交通信号单点控制效益的侧重点不同，对不同交通时段的各项指标设置不同的权重；基于各项单点控制效益评估指数和与之对应的权重，运用加权平均法计算出对应的单个交叉口对应的控制效益综合指数。

Description

一种道路交通信号单点控制效益评价方法

技术领域

本发明涉及道路交叉口信号控制效果评价技术领域，具体为一种道路交通信号单点控制效益评价方法。

背景技术

随着智能交通技术的广泛应用，交通信号控制技术得到大规模发展。据统计，截止2016年底全国共有7.4万个信号灯控制交叉口，灯控率达到43.1%。各地应用的信号控制系统种类多样，控制手段存在定时、感应、自适应、干线协调、区域控制等多种方式，且应用水平参差不齐，为了合理的控制管理交通信号灯，需要对交通信号灯的应用效果和适应性进行评估验证；由于我国缺少统一的交通信号控制效益评估规范，当前评价道路交叉口信号管理的合理性，主要是通过人工对每个道路交叉口的拥堵情况入手进行观察，从每个路口的车辆排队情况、每个绿灯通过的车辆数等角度对道路交叉口的信号管理情况进行判断，但是采用的方法都是人为主观判断的方法进行，缺少合理的通用的量化分析方法，以至于无法建立统一的评估体系，对交叉路口的交通信号进行统一的科学的控制管理。

发明内容

为了解决当前评价道路交叉口的信号管理的合理性主要采用主观判断、缺少量化分析的问题，本发明提供一种道路交通信号单点控制效益评价方法，其能够提供量化的数据，客观的评价道路交叉口信号的控制效益。

本发明的技术方案是这样的：一种道路交通信号单点控制效益评价方法，其包括如下步骤：

S1：确定能够表征道路交叉口交通运行状况的指标；

其特征在于：其还包括如下步骤：

S2：确认每个所述指标的计算公式，并计算所述指标的单项指标值；

S3：根据实际情况中所述单项指标取值对单个道路交叉口的交通信号单点控制效益的影响，建立所述单项指标值取值范围与单点控制效益评估指数的取值范围的对应关系；

S4：基于所述单项指标值、以及步骤S3中所述单项指标值取值范围与所述单点控制效益评估指数的取值范围的对应关系，通过线性插值方法计算出对应的所述单点控制效益评估指数；所述单点控制效益评估指数的计算公式为：

式中：

j：取值范围为正整数，代表第j个在步骤S1中确定的指标，

p_j：第j个指标计算得出的单点控制效益评估指数，保留小数点一位，

x_j：第j个指标在步骤S2中计算出的对应的单项指标值，

x_jl：在步骤s3中，第j个指标的单项指标值所属的取值范围的下限阈值，

x_j2：在步骤s3中，第j个指标的单项指标值所属的取值范围的上限阈值，

y_j1：在步骤s3中，第j个指标对应的单点控制效益评估指数的取值范围的下限阈值，

y_j2：在步骤s3中，第j个指标对应的单点控制效益评估指数的取值范围的上限阈值；

S5：针对在不同的交通时段评价交通信号单点控制效益的侧重点不同，对不同交通时段的各项所述指标设置不同的权重；基于各项所述单点控制效益评估指数和与之对应的所述权重，运用加权平均法计算被评估的单个道路交叉口对应的控制效益综合指数；

所述控制效益综合指数的计算公式为：

式中：

P：综合控制效益评估指数，按照“四舍五入”取整，

j：取值范围为正整数，代表在步骤S1中确定的第j个指标，

p_j：在步骤S4中第j个指标计算得出的单点控制效益评估指数，

w_j：第j个指标的对应的权重，

n：在步骤S1中确定的指标的总数，

计算出的所述控制效益综合指数，用以对该交通时段的单个道路交叉口的控制效益进行评估。

其进一步特征在于：

其还包括步骤S6：依据所述控制效益综合指数确定对应的控制效益等级，通过所述控制效益等级可以更直观的看出单个交叉口的应用效果；所述控制效益等级划分为优、良、中、合格、差五个等级，所述控制效益等级与所述综合控制效益评估指数的取值范围的对应关系如下：

当所述控制效益综合指数取值为100~85的时候，所述控制效益等级取值为优；

当所述控制效益综合指数取值为84~75的时候，所述控制效益等级取值为良；

当所述控制效益综合指数取值为74~55的时候，所述控制效益等级取值为中；

当所述控制效益综合指数取值为54~45的时候，所述控制效益等级取值为合格；

当所述控制效益综合指数取值为44~0的时候，所述控制效益等级取值为差；

在所述步骤S2中：

所述指标包括关键车道排队长度、平均行车延误、绿灯利用率；

关键车道是对整个交叉口通行能力和信号配时设计起决定作用的进口车道；所述关键车道排队长度的单项指标值的计算方法是用红灯期间交叉口各个方向的所述关键车道上车辆排队长度的平均值表示；

所述关键车道排队长度的单项指标值的计算公式如下：

式中：

V：排队长度（米），

V_l：排队的大车数量（辆），

V_s：排队的小车数量（辆），

：标准小客车平均长度（米/辆）；

行车延误是指车辆受信号控制影响通过交叉口而产生的额外行程时间；所述平均行车延误的单项指标值的计算方法是调查时段内的所有所述行车延误之和与被调查交叉口的车辆总数的比值；

所述行车延误之和的计算公式为：

所述平均行车延误的单项指标值的计算公式为：

式中：

：平均延误（秒/辆），

i：取值范围为正整数，

D_i：第i个调查时段对应的总延误，

t_i：第i个调查时段（秒），

V_S,i：第i个调查时段内停驶的车辆数（辆），

V_R,i：第i个调查时段内非停驶的车辆数（辆）；

绿灯利用时间是指信号控制交叉口绿灯期间各个进口道有车辆通过停车线的时间；所述绿灯利用率的单项指标值的计算方法是所述绿灯利用时间之和与总绿灯时长的比值；

所述绿灯利用时间的计算公式为：

所述绿灯利用率的单项指标值的计算公式为：

式中：

W_R：绿灯利用率，

i：取值范围为正整数，

G_a,i：第i个调查时段内的绿灯利用时间（秒），

G_i：信号配时绿灯时间（秒），

h_si：第i个调查时段内绿灯启亮时，放行方向前3-5辆车平均车头时距（秒/辆），

V_i：第i个调查时段内通过的车辆数（辆）；

在所述步骤S3中，所述单项指标值取值范围与所述单点控制效益评估指数取值范围的对应关系，如下所示：

所述关键车道排队长度取值<30或所述平均行车延误取值<10或所述绿灯利用率取值>90的时候，其各自对应的所述单点控制效益评估指数取值都为[90,100]；

所述关键车道排队长度取值[30,48) 或所述平均行车延误取值[10,20) 或所述绿灯利用率取值[80,90)的时候，其各自对应的所述单点控制效益评估指数取值都为[80,90)；

所述关键车道排队长度取值[48,60) 或所述平均行车延误取值[20,35) 或所述绿灯利用率取值[70,80)的时候，其各自对应的所述单点控制效益评估指数取值都为[60,80)；

所述关键车道排队长度取值[60,90) 或所述平均行车延误取值[35,55) 或所述绿灯利用率取值[50,70)的时候，其各自对应的所述单点控制效益评估指数取值都为[40,60)；

所述关键车道排队长度取值>=90或所述平均行车延误取值>=55或所述绿灯利用率取值<=50的时候，其各自对应的所述单点控制效益评估指数取值都为[0,40)；

在所述步骤S5中，所述交通时段包括高峰期、平峰期；所述权重与各项所述指标的对应关系如下：

所述关键车道排队长度，在所述高峰期对应的所述权重为0.56；

所述关键车道排队长度，在所述平峰期对应的所述权重为0.11；

所述平均行车延误，在所述高峰期对应的所述权重为0.33；

所述平均行车延误，在所述平峰期对应的所述权重为0.56；

所述绿灯利用率，在所述高峰期对应的所述权重为0.11；

所述绿灯利用率，在所述平峰期对应的所述权重为0.33。

本发明的技术方案中通过设置能够表征道路交叉口运行状况的指标，分别对指标进行量化计算得出针对单个交叉口的控制效益综合指数，实现了对单个路口的信号控制的合理性进行量化的评价，可以使用控制效益综合指数对道路交叉口的信号控制效果进行横向或者纵向的比较，结果客观、清晰；设置的指标关键车道排队长度、平均行车延误、绿灯利用率，易于理解，计算简单，从三个角度全面的量化的表现了单个交叉口的信号控制效果；设置权重的时候，不仅对不同的指标区分设置，并且对同一天的不同时段也进行了区分，划分了高峰期和平峰期，更进一步的细致而全面的量化了单个交叉口的信号控制效果，使本方法更具通用性。

附图说明

图1为本发明的道路交通信号单点控制效益评价方法的流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的技术方案是这样的，其包括如下几个步骤。

S1：通过综合分析可以表征道路交通运行状况的相关指标，按照客观性、实用性、可操作性等原则，确定能够表征道路交叉口管理状况的指标。

S2：确认指标的计算公式并计算指标的单项指标值；用来表征道路交通运行状况的指标包括关键车道排队长度、平均行车延误、绿灯利用率；

关键车道是对整个交叉口通行能力和信号配时设计起决定作用的进口车道；关键车道排队长度的单项指标值的计算方法是用红灯期间交叉口各个方向的关键车道上车辆排队长度的平均值表示；

关键车道排队长度的单项指标值的计算公式如下：

式中：

V：排队长度（米），

V_l：排队的大车数量（辆），

V_s：排队的小车数量（辆），

：标准小客车平均长度（米/辆）；

行车延误是指车辆受信号控制影响通过交叉口而产生的额外行程时间；平均行车延误的单项指标值的计算方法是调查时段内的所有行车延误之和与被调查交叉口的车流量总数的比值；

行车延误之和的计算公式为：

平均行车延误的单项指标值的计算公式为：

式中：

：平均延误（秒/辆），

i：取值范围为正整数，

D_i：第i个调查时段对应的总延误，

t_i：第i个调查时段（秒），

V_S,i：第i个调查时段内停驶的车辆数（辆），

V_R,i：第i个调查时段内非停驶的车辆数（辆）；

绿灯利用时间是指信号控制交叉口绿灯期间各个进口道有车辆通过停车线的时间；绿灯利用率的单项指标值的计算方法是绿灯利用时间之和与总绿灯时长的比值；

绿灯利用时间的计算公式为：

绿灯利用率的单项指标值的计算公式为：

式中：

W_R：绿灯利用率，

i：取值范围为正整数，

G_a,i：第i个调查时段内的绿灯利用时间（秒），

G_i：信号配时绿灯时间（秒），

V_i：第i个调查时段内通过的车辆数（辆）。

S3：通过选择不同类型城市、不同等级的道路交叉口进行实践分析和仿真验证，获取单项指标取值对单个道路交叉口的交通信号单点控制效益的影响，建立单项指标值取值范围与单点控制效益评估指数的取值范围的对应关系，如下表1所示：

表1 单项指标值取值范围与单点控制效益评估指数的取值范围的对应关系

以上述表1中表示的单项指标值与单点控制效益评估指数的的对应关系作为后续计算的基础。

S4：基于单项指标值，以及步骤S3中表1中记录的单项指标值取值范围与单点控制效益评估指数的取值范围的对应关系，通过线性插值方法计算出对应的单点控制效益评估指数；单点控制效益评估指数的计算公式为：

式中：

j：取值范围为正整数，代表第j个在步骤S1中确定的指标，

x_j：第j个指标在步骤S2中计算出的对应的单项指标值，

y_j2：在步骤s3中，第j个指标对应的单点控制效益评估指数的取值范围的上限阈值。

S5：针对交通的不同时段，评价交通信号单点控制效益的侧重点不同，对不同交通时段的各项指标设置不同的权重；采用专家评分法中的优序图法，建立不同时段各项指标权重，如下表2所示：

表2 不同时段的各项指标的权重表

基于各项单点控制效益评估指数和与之对应的权重，运用加权平均法计算出被评估的单个交叉口对应的控制效益综合指数；控制效益综合指数的计算公式为：

式中：

P：综合控制效益评估指数，按照“四舍五入”取整，

j：取值范围为正整数，代表在步骤S1中确定的第j个指标，

p_j：第j个指标评计算得出的单点控制效益评估指数，

w_j：第j个指标的对应的权重，

n：在步骤S1中确定的指标的总数，

计算出的控制效益综合指数，用以对该交通时段的对单个交叉口的控制效益进行评估。

S6：依据控制效益综合指数确定对应的控制效益等级，按照《城市道路交通管理评价指标体系》，控制效益等级划分为优、良、中、合格、差五个等级，控制效益等级与综合控制效益评估指数的对应关系如下表3所示：

表3　控制效益等级与综合控制效益评估指数的对应关系表

通过控制效益等级的设置可以使测量者更直观的看出单个道路交叉口的信号控制的效果。

选择某个道路交叉口，分别测量此道路交叉口在实施感应信号控制技术前后的指标，单项指标包括关键车道排队长度、平均行车延误、绿灯利用率，使用本发明的单点控制效益评价方法，评价实施感应信号控制技术前后的控制效益情况。

首先，利用路口摄像机记录下应用前后高峰、平峰时段的交叉口交通视频图像；分析视频录像，并通过计算获取控制效益评价所需的各项指标数据，包括交叉口各个进口方向上的车道的排队长度、绿灯利用率、车辆延误，各项指标数据获取方法为：

关键车道排队长度：记录关键车道红灯期间排队的大车和小车数，按照标准《道路交通流量调查》（GA/T 299-2001）中大车和转弯车辆的折算系数，换算成标准小客车当量进行累加获得；

平均行车延误：记录路口各个方向进口道的非停驶车辆数、停驶车辆数、停驶车辆等待时间，用总停驶车辆时间除以总车辆数，获得平均行车延误；

绿灯利用率：记录绿灯亮时对应放行方向进口道第3-5辆车的平均车头时距，得到绿灯利用时间，用总的绿灯利用时间除以总的绿灯时间。

分别计算三个指标在高峰、平峰时段的单项指标值后，获得如下面的表4所示数据

表4 实施感应信号控制技术前后的各项单项指标取值

基于上述表4中的单项指标值、以及上述表1中的单项指标值取值范围与单点控制效益评估指数的取值范围的对应关系，通过线性插值方法分别计算出每个单项指标所对应的单点控制效益评估指数；然后，基于上述表2中的各个单项指标对应的权重，运用加权平均法对道路交叉口分别在高峰、平峰时段的控制效益进行综合计算得到综合控制效益评估指数；最后基于上述表3中的控制效益等级与综合控制效益评估指数的对应关系，得到如下表5所示的，实施感应信号控制技术前后的各个交通时段的控制效益等级与综合控制效益评估指数的取值；

表5 实施感应信号控制技术前后的各个时段的控制效益等级

从表5的最后一列可以直观的得到每个交通时段的应用感应控制技术前后的交叉口的控制效益。

从上述表5的具体内容进行分析可以看出，应用感应控制技术后，交叉口的整体控制效益有较大幅度提高，其中平峰期提高了35%，高峰期提高了30%，且平峰期使用感应控制的效果比高峰期更佳，测量结果与实际的效果相符合；本发明的技术方案中采用专家评分法中的优序图法建立不同时段各项指标权重、运用加权平均法计算出被评估的单个交叉口对应的控制效益综合指数、通过线性插值方法计算出对应的单点控制效益评估指数，使本发明的技术方案具有科学的理论基础，且易于理解适于应用；通过本发明的技术方案得到的评价结果客观、清晰，实现了对单个道路交叉口的信号控制效益的合理性进行量化的评价；通过本发明的技术方案可以建立统一的评估体系，对交叉路口的交通信号进行统一的科学的控制管理。

Claims

1.一种道路交通信号单点控制效益评价方法，其包括如下步骤：

S1：确定能够表征道路交叉口交通运行状况的指标；

其特征在于：

其还包括如下步骤：

式中：

j：取值范围为正整数，代表第j个在步骤S1中确定的指标，

x_j：第j个指标在步骤S2中计算出的对应的单项指标值，

式中：

P：综合控制效益评估指数，按照“四舍五入”取整，

j：取值范围为正整数，代表在步骤S1中确定的第j个指标，

w_j：第j个指标的对应的权重，

n：在步骤S1中确定的指标的总数，

2.根据权利要求1所述一种道路交通信号单点控制效益评价方法，其特征在于：其还包括步骤S6：依据所述控制效益综合指数确定对应的控制效益等级，通过所述控制效益等级可以更直观的看出单个交叉口的应用效果；所述控制效益等级划分为优、良、中、合格、差五个等级，所述控制效益等级与所述综合控制效益评估指数的取值范围的对应关系如下：

当所述控制效益综合指数取值为44~0的时候，所述控制效益等级取值为差。

3.根据权利要求1所述一种道路交通信号单点控制效益评价方法，其特征在于：在所述步骤S2中：所述指标包括关键车道排队长度、平均行车延误、绿灯利用率。

4.根据权利要求3所述一种道路交通信号单点控制效益评价方法，其特征在于：关键车道是对整个交叉口通行能力和信号配时设计起决定作用的进口车道；所述关键车道排队长度的单项指标值的计算方法是用红灯期间交叉口各个方向的所述关键车道上车辆排队长度的平均值表示；

所述关键车道排队长度的单项指标值的计算公式如下：

式中：

V：排队长度（米），

V_l：排队的大车数量（辆），

V_s：排队的小车数量（辆），

：标准小客车平均长度（米/辆）。

5.根据权利要求3所述一种道路交通信号单点控制效益评价方法，其特征在于：行车延误是指车辆受信号控制影响通过交叉口而产生的额外行程时间；所述平均行车延误的单项指标值的计算方法是调查时段内的所有所述行车延误之和与被调查交叉口的车辆总数的比值；

所述行车延误之和的计算公式为：

所述平均行车延误的单项指标值的计算公式为：

式中：

：平均延误（秒/辆），

i：取值范围为正整数，

D_i：第i个调查时段对应的总延误，

t_i：第i个调查时段（秒），

V_S,i：第i个调查时段内停驶的车辆数（辆），

V_R,i：第i个调查时段内非停驶的车辆数（辆）。

6.根据权利要求3所述一种道路交通信号单点控制效益评价方法，其特征在于：绿灯利用时间是指信号控制交叉口绿灯期间各个进口道有车辆通过停车线的时间；所述绿灯利用率的单项指标值的计算方法是所述绿灯利用时间之和与总绿灯时长的比值；

所述绿灯利用时间的计算公式为：

所述绿灯利用率的单项指标值的计算公式为：

式中：

W_R：绿灯利用率，

i：取值范围为正整数，

G_a,i：第i个调查时段内的绿灯利用时间（秒），

G_i：信号配时绿灯时间（秒），

V_i：第i个调查时段内通过的车辆数（辆）。

7.根据权利要求1所述一种道路交通信号单点控制效益评价方法，其特征在于：在所述步骤S3中，所述单项指标值取值范围与所述单点控制效益评估指数取值范围的对应关系，如下所示：

所述关键车道排队长度取值>=90或所述平均行车延误取值>=55或所述绿灯利用率取值<=50的时候，其各自对应的所述单点控制效益评估指数取值都为[0,40)。

8.根据权利要求1所述一种道路交通信号单点控制效益评价方法，其特征在于：在所述步骤S5中，所述交通时段包括高峰期、平峰期；所述权重与各项所述指标的对应关系如下：

所述平均行车延误，在所述高峰期对应的所述权重为0.33；

所述平均行车延误，在所述平峰期对应的所述权重为0.56；

所述绿灯利用率，在所述高峰期对应的所述权重为0.11；

所述绿灯利用率，在所述平峰期对应的所述权重为0.33。