本發(fā)明涉及一種交叉路口車道及其通行能力計算方法，具體涉及一種信號控制的交叉路口特殊車道。
背景技術(shù)：
：信號控制交叉路口是城市道路交通的瓶頸節(jié)點，車道設(shè)置是影響其運行水平的關(guān)鍵因素。目前的設(shè)置是針對設(shè)置具有獨立功能的車道展開的，但受限于交叉路口道路空間資源，尤其是對于城市路網(wǎng)中最為密集的次支路系統(tǒng)，由于道路本身路幅較窄，即使通過縮減車道寬度，也往往無法增設(shè)一條滿足大型車通行的標準車道。設(shè)置在交叉路口的車道的種類，主要根據(jù)以下幾種設(shè)計方式得到：1、根據(jù)《公路與城市道路設(shè)計手冊》，每條車道的寬度主要決定于行駛車輛車身的寬度和橫向安全距離，它與設(shè)計車型和車速有關(guān)，具體可由我國交通部公式或薩馬哈也夫公式計算；2、美國的《Apolicyongeometricdesignofhighwaysandstreets》中建議采用3.6m的標準車道，但在交叉路口低流量低車速的情況下可采用2.74m及以下的車道；3、根據(jù)《城市道路車道寬度取值合理性研究》、《挖掘道路潛力提高通行能力》和《窄車道在杭州市道路綜合整治工程中的應(yīng)用》等報告，在我國北京、上海、杭州等地的工程實踐中，通過壓縮車道寬度節(jié)約道路資源并規(guī)范駕駛行為提高道路通行能力均取得了良好的效果。但上述得到的交叉路口車道，對實際解決交叉路口的通行能力有一定提高，但均沒有將道路資源得到最充分利用：方法1是確定車道寬度的理論方法，主要可用來檢驗車道寬度取值的合理性；方法2和3是實際應(yīng)用的相關(guān)成果，這些成果一方面反映出車道寬度取值逐漸減小的趨勢，但另一方面這些成果均要求每條車道應(yīng)滿足所有設(shè)計車型正常通行的需求，未考慮車道的組合使用。對于城市道路，由于需要滿足公共汽車等大型車的通行要求，按照以往車道必須滿足所有車型的理念，每條車道都必須設(shè)置得足夠?qū)挘@限制了窄車道的廣泛使用。但實際運行中，城市道路上最常見的車型是小型車，按大型車通行要求設(shè)計的車道對于小型車而言車道寬度過寬，造成道路資源的浪費。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明是為解決上述問題而提出的，目的在于結(jié)合城市道路以小型車為主車輛構(gòu)成特征，以及交叉路口行駛車速較低的交通運行特征，提出一種信號控制的交叉路口特殊車道及其通行能力的計算方法。本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種信號控制的交叉路口特殊車道，被設(shè)置在城市道路的有信號控制的交叉路口，用于提高該交叉路口的通行能力，其特征在于，包括：特殊寬度車道，設(shè)置在交叉路口，兩邊采用常規(guī)車道分界線，特殊寬度車道包括：第一窄車道，設(shè)置在特殊寬度車道中，用于作為小型車輛的行駛車道；以及第二窄車道，與第一窄車道并列設(shè)置在特殊寬度車道中，用于作為小型車輛的行駛車道，其中，當有大車進入交叉路口時，特殊寬度車道作為大車的行駛車道，第一窄車道與第二窄車道之間具有短虛線，當窄車道上行駛小型車輛時，該短虛線用于作為各個窄車道之間的車道分界線，特殊寬度車道上的交通流受同一信號相位控制。本發(fā)明提供的信號控制的交叉路口特殊車道，還可以具有這樣的特征：其中，第一窄車道與第二窄車道車道功能設(shè)置為相同。本發(fā)明提供的信號控制的交叉路口特殊車道，還可以具有這樣的特征：其中，第一窄車道與第二窄車道的車道功能可設(shè)置為相同，也可設(shè)置為不相同。本發(fā)明提供的信號控制的交叉路口特殊車道，還可以具有這樣的特征：其中，從交叉路口的展寬段起始點至該交叉路口停車線為特殊寬度車道的長度，長度的范圍在30～120m，兩個常規(guī)車道分界線之間的距離為特殊寬度車道的寬度，寬度的范圍在5.0～5.2m，相應(yīng)的第一窄車道與第二窄車道的寬度均在2.5～2.6m的范圍。本發(fā)明提供的信號控制的交叉路口特殊車道，還可以具有這樣的特征：其中，交叉路口的大車率小于30％。本發(fā)明還提供一種上述的信號控制的交叉路口特殊車道的通行能力的計算方法，其特征在于，包括以下步驟：設(shè)定進入信號控制的交叉路口特殊車道時，前后兩輛大車之間的小型車的車輛數(shù)為n，步驟一，當信號控制的交叉路口特殊車道上的大車率為ph時，計算進入信號控制的交叉路口特殊車道的小型車的車輛數(shù)為n的概率分布P(n)，由式(1)計算得出：P(n)＝ph(1-ph)n-1(1)式(1)中，P(n)表示小型車車隊中車輛數(shù)等于n的概率，ph可通過交通預(yù)測得到；步驟二，計算進入不同窄車道的小型車的數(shù)量概率，并設(shè)定n1、n2和n3分別為只允許在第一窄車道通行的小型車輛數(shù)、只允許在第二窄車道通行的小型車輛數(shù)和允許在兩條窄車道上任意一條通行的小型車輛數(shù)，車輛數(shù)的單位為veh，且n1、n2和n3之和為步驟一中的n，則n1、n2和n3的概率P(n1,n2,n3|n)由式(2)計算：P(n1,n2,n3|n)=n!n1!n2!n3!Pp1n1Pp2n2Pp3n3---(2)]]>式(2)中，Pp1、Pp2和Pp3分別表示n1、n2和n3各自占總數(shù)為n的小型車輛中的比例，三者之和等于1，再通過式(3)進一步計算：P(n,n1,n2,n3)＝P(n1,n2,n3|n)P(n)(3)式(3)中，P(n,n1,n2,n3)表示只允許在第一窄車道通行、只允許在第二窄車道通行和在兩條窄車道均允許通行的車輛數(shù)分別為n1、n2和n3及它們的和為n的概率；步驟三，計算小型車兩車并排行駛時的比例：小型車無法按兩車并排行駛狀態(tài)通行的數(shù)量可由式(4)確定，m＝max{|n1-n2|-n3,mod(n,2)}(4)式(4)中，m表示無法按兩車并排行駛狀態(tài)通行的車輛數(shù)(veh)，從而，小型車兩車并排行駛的比例可由式(5)計算，pa(n)=Σn1=0nΣn2=0n-n1n-mnP(n,n1,n2,n3)---(5)]]>式(5)中，pa(n)表示小型車車隊總車輛數(shù)為n時小型車兩車并排行駛時的比例，進而可由式(6)確定小型車兩車并排行駛的車輛占小型車總車輛數(shù)的比例，pa=Σn=1+∞pa(n)---(6)]]>式(6)中，pa表示小型車兩車并排行駛的車輛占小型車總車輛數(shù)的比例；步驟四，計算信號控制的交叉路口特殊車道中小型車與標準小汽車的換算系數(shù)，信號控制的交叉路口特殊車道中小型車的平均車頭時距可由式(7)確定，hc=pah02fw2+(1-pa)h0fw1---(7)]]>式(7)中，hc表示信號控制的交叉路口特殊車道中小型車的平均車頭時距，單位s/veh，h0表示標準小汽車飽和車頭時距，單位s/veh，fw1表示交叉路口車道的特殊寬度車道的車道寬度的修正系數(shù)，fw2表示交叉路口車道的窄車道的車道寬度修正系數(shù)，則小型車與標準小汽車的換算系數(shù)可由式(8)計算：Ec=1fw1+(12fw2-1fw1)pa---(8)]]>式(8)中，Ec表示信號控制的交叉路口特殊寬度車道中小型車與標準小汽車換算系數(shù)；第五步，計算信號控制的交叉路口特殊寬度車道中大型車與標準小汽車的換算系數(shù)，大型車在信號控制的交叉路口特殊車道中按單車道使用，只需考慮車道寬度的影響，如式(9)，Eh=hhh0fw1=ETfw1---(9)]]>式(9)中，Eh表示信號控制的交叉路口特殊寬度車道中大型車車與標準小汽車換算系數(shù)；hh表示信號控制的交叉路口特殊車道中大型車的平均車頭時距，s/veh；ET表示常規(guī)車道的大型車與標準小汽車換算系數(shù)；第六步，信號控制的交叉路口特殊車道與常規(guī)車道相比，所提高的車道通行能力百分比可由式(10)計算，F(xiàn)=100(1-ph)Ec+phEh%---(10)]]>式(10)中，F(xiàn)為信號控制的交叉路口特殊車道與常規(guī)車道相比提高車道通行能力的百分比。發(fā)明作用與效果本發(fā)明提供的信號控制的交叉路口特殊車道，由于具有特殊寬度車道，特殊寬度車道中又設(shè)置有第一窄車道和第二窄車道，既能作為大車行駛車道，也可作為兩輛小型車的行駛車道，而且寬度范圍在5.0-5.2m，所以可以在不顯著增加車道寬度的條件下，就可以充分利用現(xiàn)有道路資源，提高城市信號控制的交叉路口的通行能力。另外本發(fā)明還提供了一種該種信號控制的交叉路口特殊車道的通行能力的計算方法，能計算出該種交叉路口車道相比常規(guī)車道的通行能力提高的百分比。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例中的信號控制的交叉路口特殊車道結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例中的信號控制的交叉路口特殊車道行駛車輛時的示意圖；圖3為本發(fā)明實施例中信號控制的交叉路口特殊車道為左轉(zhuǎn)與直行混行車道時的信號相位示意圖；圖4為本發(fā)明實施例中的常規(guī)交叉路口的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式實施例以下結(jié)合附圖來說明本發(fā)明的實施例的具體實施方式。圖1為本發(fā)明實施例中的信號控制的交叉路口特殊車道結(jié)構(gòu)示意圖。如1所示，信號控制的交叉路口特殊車道10被設(shè)置在城市車道的由信號控制的交叉路口100中，用于提高該交叉路口的通行能力。交叉路口100大車率為10％，具有多個岔口，道路120為其中一個岔口。岔口120的總寬度為18.75m，展寬段長度為80m，其起點為121，終點為122。岔口120具有進口道120a和出口道120b，分別供去向和來向的車輛行駛。交叉路口車道10具有特殊寬度車道11，設(shè)置在進口道120a上。圖2為本發(fā)明實施例中的信號控制的交叉路口特殊車道行駛車輛時的示意圖。如圖1和圖2所示，特殊寬度車道11包括第一窄車道12a和第二窄車道12b。特殊寬度車道11的兩邊采用常規(guī)車道之間的常規(guī)分界線。從進口道展寬段起點121到終點122為寬度車道11的長度，長度與展寬段長度相同，的范圍在30～120m。特殊寬度車道的兩條常規(guī)車道分界線之間的距離為其寬度，寬度車道11的寬度在5.0～5.2m的范圍。本實施例中，特殊寬度車道11的長度為80m，寬度為5.0m。當有大車進入交叉路口100時，特殊寬度車道11用于作為大車40的行駛車道。第一窄車道12a和第二窄車道12b并排設(shè)置在特殊寬度車道11中，它們的寬度長度均相同，分別用于作為小型車輛50的行駛車道。該兩個窄車道之間具有短虛線，當該兩個窄車道上行駛小型車輛50時，該短虛線用于作為各個窄車道之間的車道分界線。第一窄車道12a和第二窄車道12b各自的寬度為特殊寬度車道11的一半，其范圍為2.5～2.6m。該兩個窄車道各自長度與特殊寬度車道11的一致，其范圍為30～120m。本實施例中該兩個窄車道的長度為80m寬度為2.5m。從圖1和圖2中可以看出來，進口道120a上由于設(shè)置了信號控制的交叉路口特殊車道10，而該交叉路口特殊車道具有設(shè)置了第一窄車道12a和第二窄車道12b的特殊寬度車道11，而第一窄車道12a和第二窄車道12b相比常規(guī)單條車道較窄，使得交叉路口特殊車道10相比出口道120b，在有大車40時，可以將特殊寬度車道11作為其行駛車道，而在其他時候，可以將特殊寬度車道11中的第一窄車道12a和第二窄車道12b作為小型車輛50的行駛車道，這樣既提高了通行能力，又可以充分利用道路資源。圖3為本發(fā)明實施例中信號控制的交叉路口特殊車道為左轉(zhuǎn)與直行混行車道時的信號相位示意圖。圖3中，車道中的實線箭頭表示車道功能，分別為直行和左轉(zhuǎn)，白色箭頭表示小型車輛50的流線方向，黑色虛線箭頭表示大型車40的流線方向。如圖3所示，第一窄車道12a和第二窄車道12b的車道功能可設(shè)置為不同的，也可以設(shè)置為相同的車道功能，但為保障通行安全，允許通行的所有交通流必須在同一信號相位內(nèi)放行，當?shù)谝徽嚨?2a和第二窄車道12b的車道功能分別為左轉(zhuǎn)和直行時，該信號相位應(yīng)允許該進口左轉(zhuǎn)和直行流向同時放行。本實施例中，第一窄車道12a和第二窄車道12b的車道功能均設(shè)置為相同的，都為直行。下面通過和交叉路口100的一樣的常規(guī)交叉路口200對比說明如何計算信號控制的交叉路口特殊車道10的通行能力。圖4為本發(fā)明實施例中的常規(guī)交叉路口的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖4所示，假設(shè)常規(guī)交叉路口200的具有和交叉路口100一樣結(jié)構(gòu)，并具有一樣的大車率，都為10％，在和道路120相同的道路220上也設(shè)置有進口道220a和出口道220b。進口道220a即為常規(guī)車道，具有三條寬度一致的車道22a、22b、22c，該三條車道的寬度均為3.75m、長度為80m，車道功能分別為左轉(zhuǎn)、直行和右轉(zhuǎn)。進口道220a總寬度為11.75m。設(shè)定進入信號控制的交叉路口特殊車道時，前后兩輛大車之間的小型車的車輛數(shù)為n為1～50。然后，計算設(shè)置有交叉路口車道10的進口道120a相對于常規(guī)車道220a所提高的車道通行能力百分比，具體步驟如下：步驟一，當信號控制的交叉路口特殊車道上的大車率為ph時，計算進入信號控制的交叉路口特殊車道的小型車的車輛數(shù)為n的概率分布，由式(1)計算得出：P(n)＝ph(1-ph)n-1(1)式(1)中，P(n)表示小型車車隊中車輛數(shù)等于n的概率，ph可通過交通預(yù)測得到。本實施例中，由于大車率為10％，據(jù)此得到n＝1～50的概率分布，見表1中所示。表1nP(n)nP(n)nP(n)nP(n)nP(n)10.1000110.0349210.0122310.0042410.001520.0900120.0314220.0109320.0038420.001330.0810130.0282230.0098330.0034430.001240.0729140.0254240.0089340.0031440.001150.0656150.0229250.0080350.0028450.001060.0590160.0206260.0072360.0025460.000970.0531170.0185270.0065370.0023470.000880.0478180.0167280.0058380.0020480.000790.0430190.0150290.0052390.0018490.0006100.0387200.0135300.0047400.0016500.0006步驟二，計算進入不同窄車道的小型車的數(shù)量概率，設(shè)定n1、n2和n3分別為只允許在第一窄車道通行的小型車輛數(shù)、只允許在第二窄車道通行的小型車輛數(shù)和允許在兩條窄車道上任意一條通行的小型車輛數(shù)(車輛數(shù)，單位veh)，且n1、n2和n3之和為步驟一中的n，則n1、n2和n3的概率P(n1,n2,n3|n)由式(2)計算：P(n1,n2,n3|n)=n!n1!n2!n3!Pp1n1Pp2n2Pp3n3---(2)]]>式(2)中，示在車隊車輛總數(shù)等于n的條件下上述三種情況的車輛數(shù)分別為n1、n2和n3的概率，Pp1、Pp2和Pp3分別表示n1、n2和n3各自占總數(shù)為n的小型車輛中的比例，三者之和等于1，再通過式(3)進一步計算：P(n,n1,n2,n3)＝P(n1,n2,n3|n)P(n)(3)式(3)中，P(n,n1,n2,n3)表示只允許在第一窄車道通行、只允許在第二窄車道通行和在兩條窄車道均允許通行的車輛數(shù)分別為n1、n2和n3及它們的和為n的概率。由于本實施例中第一窄車道12a和第二窄車道12b的車道功能相同，所以所有小型車在該兩條窄車道均允許通行，因此，式(3)中n3＝n且n1＝n2＝0，小型車在兩條窄車道上的分布概率等于上一步計算得到的小型車車隊中車輛數(shù)概率步驟三，計算小型車兩車并排行駛的比例：小型車無法按兩車并排行駛狀態(tài)通行的數(shù)量可由式(4)確定，m＝max{|n1-n2|-n3,mod(n,2)}(4)式(4)中：m表示無法按兩車并排行駛狀態(tài)通行的車輛數(shù)(veh)，從而，小型車兩車并排行駛的比例可由式(5)計算，pa(n)=Σn1=0nΣn2=0n-n1n-mnP(n,n1,n2,n3)---(5)]]>式(5)中：pa(n)表示小型車車隊總車輛數(shù)n時小型車兩車并排行駛的比例，進而可由式(6)確定小型車兩車并排行駛的車輛占小型車總車輛數(shù)的比例，pa=Σn=1+∞pa(n)---(6)]]>式(6)中：pa表示小型車兩車并排行駛的車輛占小型車總車輛數(shù)的比例。計算小型車兩車并排行駛的比例，即將小型車車隊車輛數(shù)取1至正無窮情況下兩車并排行駛的比例進行求和，結(jié)果為0.8364。在小型車車隊中車輛數(shù)為1～50情況下，表2列出了小型車兩車并排行駛的比例。表2npa(n)npa(n)npa(n)npa(n)npa(n)10.0000110.0317210.0116310.0041410.001420.0900120.0314220.0109320.0038420.001330.0540130.0261230.0094330.0033430.001240.0729140.0254240.0089340.0031440.001150.0525150.0214250.0077350.0027450.000960.0590160.0206260.0072360.0025460.000970.0456170.0174270.0062370.0022470.000880.0478180.0167280.0058380.0020480.000790.0383190.0142290.0051390.0018490.0006100.0387200.0135300.0047400.0016500.0006步驟四，計算信號控制的交叉路口特殊車道中小型車與標準小汽車的換算系數(shù)。信號控制的交叉路口特殊車道中小型車的平均車頭時距可由式(7)確定：hc=pah02fw2+(1-pa)h0fw1---(7)]]>式(7)中，hc表示信號控制的交叉路口特殊車道中小型車的平均車頭時距，單位s/veh，h0表示標準小汽車飽和車頭時距，單位s/veh，fw1表示交叉路口車道的特殊寬度車道的車道寬度的修正系數(shù)，，參考HCM2010(《道路通行能力手冊》)，取1.04，fw2表示交叉路口車道的窄車道的車道寬度修正系數(shù)，參考HCM2010取0.96，從而小型車與標準小汽車的換算系數(shù)可由式(8)計算。Ec=1fw1+(12fw2-1fw1)pa---(8)]]>式(8)中，Ec表示信號控制的交叉路口特殊寬度車道中小型車與標準小汽車換算系數(shù)。本實施例中，經(jīng)計算Ec為0.5929。第五步，計算信號控制的交叉路口特殊寬度車道中大型車與標準小汽車的換算系數(shù)，大型車在信號控制的交叉路口特殊車道中按單車道使用，只需考慮車道寬度的影響，如式(9)，Eh=hhh0fw1=ETfw1---(9)]]>式(9)中，Eh表示信號控制的交叉路口特殊寬度車道中大型車車與標準小汽車換算系數(shù)；hh表示信號控制的交叉路口特殊車道中大型車的平均車頭時距，s/veh；ET表示常規(guī)車道的大型車與標準小汽車換算系數(shù)，參考HCM2010取2。由此計算得到Eh＝1.9231。第六步，信號控制的交叉路口特殊車道與常規(guī)車道相比，所提高的車道通行能力百分比可由式(10)計算，F(xiàn)=100(1-ph)Ec+phEh%---(10)]]>式(10)中：F為信號控制的交叉路口特殊車道與常規(guī)車道相比提高車道通行能力的百分比，根據(jù)式(10)計算得到，本實施例的F為37.75％。實施例的作用與效果本發(fā)明提供的信號控制的交叉路口特殊車道，由于具有特殊寬度車道，特殊寬度車道中又設(shè)置有第一窄車道和第二窄車道，既能作為大車行駛車道，也可作為兩輛小型車的行駛車道，而且寬度范圍在5.0-5.2m，所以可以在不顯著增加車道寬度的條件下，就可以充分利用現(xiàn)有道路資源，提高城市信號控制的交叉路口的通行能力又由于兩條窄車道的通行的所有交通流必須在同一信號相位內(nèi)放行，所以保障了該種交叉路口的行駛安全；另外，本發(fā)明提供的上述信號控制的交叉路口特殊車道的通行能力的計算方法，能計算出相比常規(guī)車道，本發(fā)明的信號控制的交叉路口特殊車道通行能力得到大幅度的提高。盡管上面對本發(fā)明說明書的具體實施方式進行了描述，以便于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于具體實施方式的范圍，對本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護之列。當前第1頁1 2 3