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专利号: 2020109801119
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 信号装置
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于对称交叉口的行人过街效率与安全分析方法,其特征在于:所述方法包括如下步骤:

S1、建立过街模型:以行人过街要遇到的信号灯次数为对象,研究行人在十字路口直行过街和对角过街的情况,建立基于对称交叉口的三种过街模式;

S101、模式1:常规模式:红灯等待,绿灯通过,行人直行过街会遇到一次信号灯,对角过街会遇到两次信号灯;

S102、模式2:两阶段过街模式:设计了一个中心安全岛,以容纳选择两个阶段过街的行人,直行过街的行人将先通过一次信号灯到达中心安全岛,再等待一次信号灯到达对街,对角过街的行人将遇到四次信号灯;

S103、模式3:互斥相位模式:添加了行人专用相位,共有四个相位,允许行人在行人专用相位过街,此时,所有车辆不允许通行,直行过街和对角过街都等待一次通行信号灯;

S2、效率分析的建模:将延误作为效率指标,建立对于三种过街模式的行人延误模型并进行延误模型的整合;

其中,S2效率分析的建模具体过程为:假设所有驾驶员都遵守交通规则,在人行横道上遇到冲突时均以行人优先,因此,当行人与车辆发生冲突时,行人延误为零;过街模式m的总行人延误dm如下:式中,dmi分别为行人在三种过街模式(m=1,2,3)中直行过街(i=1)和对角过街(i=2)的信号延误,dmij为过街模式m中采用过街路径j进行过街运动i的行人过街延误;

过街模式m的平均行人延误 如下:式中,cm是过街模式m的信号周期长度,q1、q2分别为直行和对角的行人到达率;

绘制行人数量与时间的函数关系,坐标轴下用阴影表示出行人通行时间段,并找到一次过街的行人到达率、行人的饱和流率和行人的消散时间的线段,用面积表示总行人延误;

S201:通过绘制模式1下不同过街路径的过街行人数量与时间的函数关系的图形,用面积关系表示行人的延误模型;

S202:通过绘制模式2下不同过街路径的过街行人数量与时间的函数关系的图形,用面积关系表示行人的延误模型;

S203:通过绘制模式3下不同过街路径的过街行人数量与时间的函数关系的图形,用面积关系表示行人的延误模型;

S204:延误模型的整合:不同过街模式、不同路径的行人延误模型有多种可能性,根据行人数量与时间的函数图像的形状和行人第二次遇到信号之前的等待时间,将延误模型分为三个代表性类型;

所述三个代表性类型为:

当m=1,i=1或m=3,i=1时,延误模型具体表达式为:qi是行人运动i的到达率,单位ped/s;s是行人饱和流率,单位ped/s;A是第一周期中行人的红灯相位集合;rmn是过街模式m中相位n的有效红灯时间,单位s;

当m=1,i=2,j=1,2,3,4;m=2,i=1,2,j=1,2,7,8或m=3,i=2时,延误模型的具体表达式为:

tf‑l是行人第一个绿灯结束时间与行人最后一个绿灯开始时间之间的时间长度,单位s;gmnr是行人绿灯时间减去行人消散时间的时间长度,单位s;B是除去最后一个允许行人过街的绿灯相位集合;

当m=1,i=2,j=5,6,7,8或m=2,i=1,2,j=3,4,5,6,延误模型的具体表达式为:Np为第一个周期出现延迟的人数;td是第一相位绿灯阶段行人消散时间,单位s;是区分行人运动的指标,如果m=1,则 否则 E是一组允许过街运动的阶段;rmn是过街模式m中相位n的有效红灯时间,单位s;

S3、安全分析的建模:假设行人是理性的,行人违规为零,基于行人与车辆暴露冲突计算潜在的交通事故数量;

S4、综合分析:将延误和潜在的安全事故分别转换为金钱,并利用总成本作为评估行人过街不同模式下性能的综合指标;

S5、比较分析:使用Webster模型时来确定交叉口信号配时方案;

S501、比较对称交叉口与常规交叉口之间的行人延误;

S502、从安全和效率的角度比较对称交叉口的三种行人过街模式;

S6、敏感性分析:采用Webster模型进行信号配比,研究周期长度、临界流量比和平均成本对总成本的影响效果;

所述对称交叉口为通过重新组织交叉口交通流线,一条干道上的车辆靠右行驶,另一条相交道路上的车辆靠左行驶。

2.根据权利要求1所述的基于对称交叉口的行人过街效率与安全分析方法,其特征在于:模式1具体为:

用仿真软件搭建交叉口模型,并仿真模式1路口,该路口有东南西北四条道路,每个道路都有一个信号灯,以面向路口中心点为正向,从南进口道的左边走到南进口道的右边,即为直行过街,该种过街便需要遇到一次信号灯;从南进口道的左边走到东进口道的右边有两条路径,先往东走再往北走或者先往北走再往东走,这种方式即为对角过街,该种过街便需要遇到两次信号灯。

3.根据权利要求1所述的基于对称交叉口的行人过街效率与安全分析方法,其特征在于:模式2具体为:

用仿真软件软件搭建交叉口模型,并仿真模式2路口,该路口有东南西北四条道路,每个道路都有一个信号灯,且每条道路中间都有一个中心安全岛,该安全岛可以容纳过街的行人;以面向路口中心点为正向,从南进口道的左边走到南进口道的右边,即为直行过街,从南进口道的左边走到中心安全岛需要遇到一次信号灯,从中心安全岛走到南进口道的右边需要遇到一次中心安全岛,即直行过街会遇到两次信号灯;从南进口道的左边走到东进口道的右边有两条路径,先往东走再往北走或者先往北走再往东走,这种方式即为对角过街,该种过街便需要遇到四次信号灯。

4.根据权利要求1所述的基于对称交叉口的行人过街效率与安全分析方法,其特征在于:模式3具体为:

用仿真软件仿真模式3路口,该路口有东南西北四条道路,每个道路都有一个信号灯,以面向路口中心点为正向;该路口有四个相位,前三个相位允许车辆的通过,行人等待;第四个相位为专用行人相位,此时所有车辆都等待行人过街;从南进口道的左边走到南进口道的右边,即为直行过街,该种过街便需要遇到一次信号灯;从南进口道的左边走到东进口道的右边有两条路径,先往东走再往北走或者先往北走再往东走,这种方式即为对角过街,该种过街也只需要遇到一次信号灯。

5.根据权利要求1所述的基于对称交叉口的行人过街效率与安全分析方法,其特征在于:S3安全分析的建模具体过程为:暴露的重点是遵守交通规则的车辆与行人之间的冲突;造成这一现象的主要原因是交叉口相位设计不合理,不同方向的行人流和车流路径相交;模式2和模式3中行人和车辆之间没有冲突,因此在这两种模式下暴露为零;基于交通冲突技术,利用暴露计算方法和给定暴露下的事故概率,可以计算出潜在的交通事故数,对于模式1,可以计算为下式;对于模式

2和3,没有冲突,

车辆与行人发生冲突的数量可由下式计算得:η

Λκ表示进口道η运动方向为κ的车辆;Γij表示车辆与过街类型是i类,路径为j的行人η

发生冲突的集合;Qκ表示在进口道η,车辆运动方向为κ的车流量;

基于暴露冲突数,行人过街时产生得安全成本计算为:其中,PT表示从暴露冲突数量到事故数的转化系数;ΔA是修正系数;NEij过街类型是i类,路径为j的行人与车辆产生的冲突数量。

6.根据权利要求1所述的基于对称交叉口的行人过街效率与安全分析方法,其特征在于:S4综合分析的过程具体为:

在过街模式m中,过街模式m的安全性和效率的总成本可用下式表示:Mm=MAm+Mpm

其中,Mpm表示行人延误而产生的效率成本的货币价值,MAm表示潜在事故引起的安全成本的货币价值。

7.根据权利要求1所述的基于对称交叉口的行人过街效率与安全分析方法,其特征在于:S5比较分析的过程具体为:

在分析行人延误之前,我们需要确定交叉口信号配时方案,Webster建立了以车辆平均延误最小化的信号配时模型,该模型是一个经典模型,用于解决传统交叉口信号配时问题;

S501、比较对称交叉口与常规交叉口之间的行人延误:当周期长度固定时,对称交叉口比传统交叉口具有更大的通行能力,当通行流量固定时,对称交叉口的信号周期长度更短;

为了更好地说明对称交叉口在减少行人延误方面的优势,选择对称交叉口和传统交叉口的行人延误进行比较;由于常规交叉口中通常没有中央安全岛,并且其信号控制中一般没有互斥相位,故选择对称交叉口的模式1进行比较;在VissiM仿真软件中进行仿真,并获得整个交叉口的平均延误;

S502、从安全和效率的角度比较对称交叉口的三种行人过街模式:比较对称交叉口三种行人过街模式的行人延误和总成本,总成本包括延误成本和安全成本;确定每个模式的信号时序,计算直行和对角过街各模式下各相位的行人平均延误以及各模式的平均行人延误,分析不同单位事故成本取值下三种过街模式的最优过街模式。

8.根据权利要求1所述的基于对称交叉口的行人过街效率与安全分析方法,其特征在于:S6敏感性分析的过程具体为:采用Webster模型进行信号配比,研究周期长度、临界流量比和平均成本对总成本的影响效果,具体是通过绘制过街的周期长度和平均行人延误之间的函数图像,RCFR与三个过街模式的平均行人延误之间的函数图像及平均行人成本与三个交叉口的cA,cp之间的综合关系的函数图像;其中,RCFR=相位1的临界流量比:相位2的临界流量比,cA表示每次事故的平均成本,cp表示每小时行人延误的平均成本。