一种感应式短右转车道交通控制方法及实现

胡鹏

（湖南警察学院交通管理系，长沙　410138）

一种感应式短右转车道交通控制方法及实现

胡鹏

（湖南警察学院交通管理系，长沙410138）

0　引言

机动车保有量的迅速增加给城市交通研究者们带来了巨大挑战。为更好地应对这些挑战，相关领域的研究者们孜孜以求，从交通实践出发，不断应用新理论、新方法来保障道路交通的安全、有序和畅通［1］。作为城市交通拥堵主要发生地的平面交叉口在过去十多年里成为研究者们的主要研究对象，尤其是针对信号交叉口交通控制的相关方法不断涌现，为交叉口通行能力的提高和城市交通拥堵的缓解发挥了重要作用［2］。在这其中，平面交叉口直行/右转交通的组织在过去几年里得到了持续的关注［3］。具体地，在当前道路资源无法在短时间内显著增加的情况下，通过拓宽交叉口进口道道路宽度开辟右转专用车道已经成为平面交叉口通行能力提升改造工作的通用方法。遗憾的是，来自交通管理一线的研究者们在实践中不断发现，经过改造后的交叉口直行/右转相邻两车道在交通流量增大时常出现因一条车道（直行/右转）排队车辆溢出而导致另一条车道（右转/直行）被阻挡而引发交通阻塞的情况。这种情况的频繁出现从很大程度上降低了交叉口通行效率，造成了交叉口时空资源的浪费，形成交通管理实践中的短右转车道问题［4］。

尽管当前有不少研究者从通行能力的角度对短右转车道的存在及长度进行了一些富有数理基础的探讨，也形成了一些可供参考的研究成果，但对于如何解决隐藏在短右转车道背后的交通阻塞问题，少有提及［5］。有鉴于此，本文从短右转车道交通阻塞形成机理入手，借助交通冲突和交通控制理论，提出一种可供工程实践参考的短右转车道交通控制方法，在此基础上探索一种基于感应式直行/右转车道交通控制系统，从而在一定程度上缓解短右转车道的交通阻塞，进而达到提高交叉口通行效率的目的。

1　短右转车道交通阻塞形成机理

在平面交叉口的交通组织设计中，短右转车道是指在将道路边缘局部拓宽以增加专用右转车道的一种交通组织方案（如图1a所示），受道路条件限制，此右转车道长度一般要小于相邻车道的长度。定义图中直行车道长度为Ls，右转车道长度为Lr，那么有0≤Lr≤Ls，Lr=0表示没有进行拓宽进口道的设计（如图1b所示），Lr=Ls可以理解为自路段起就增加了一条车道（如图1c所示）。

图1　

排队车辆溢出是指进入交叉口进口道车辆在排队等候通行的过程中因车辆集聚导致排队长度超过进口道长度的情况。对于上图所示短右转车道而言，一条车道排队车辆溢出就会造成相邻车道通行被阻挡，定义直行车辆排队长度Qs和右转车辆排队长度Qr，以排队长度为观察目标描述直行/右转车道运行状态如下：

（1）直行车道溢出阻塞右转通行Qr≤Lr，Qs≤Ls

直行车辆排队数目过多导致排队溢出，右转车道通行正常，此时右转车辆受到阻挡，待直行车辆放行时，右转车辆方能通行（如图2a所示，图中黑色小车为右转车辆，白色为直行车辆，下同），由于直行车辆常需等候直行绿灯信号，所以这种阻塞发生的频率最高；

（2）右转车道溢出阻塞直行Qr≥Lr，Qs≥Ls

右转车辆排队数目过多导致排队溢出，直行车道通行正常，此时直行车辆受到阻挡，待右转车道清空或恢复正常通行时，直行车辆方能通行（如图2b所示），普通交叉口长采用右转常绿的交通控制策略，这种阻塞情况的发生常与非机动车的直行、行人过街等对右转车辆的冲突密切相关；

（3）直行/右转车道均溢出Qr≥Lr，Qs≥Ls

直行/右转车辆排队数目均已经超过进口道长度，直行/右转车辆相互阻塞的情况将持续发生，整个交叉口也面临拥堵（如图2c所示），此时的交叉口处于严重的过饱和状态；

图2　

（4）直行/右转车道均没有溢出，相邻车道通行互无干扰Qr＜Lr，Qs＜Ls

此时属于交通流量较小的状态，直行/右转车辆的通行均未受到影响（如图2d所示）。

对于状态4，直行、右转车辆互不干扰，有序通行，是一种相对理想的运行状态；状态3描述的是交叉口的一种过饱和状态，对于此种过饱和状态的研究将在后续的研究中予以讨论；不难看出，状态1、2描述的是因一条车道排队长度溢出从而导致相邻车道通行到阻塞的情况。短右转车道交通控制的目标在于通过恰当的控制策略解决因当前车道排队数目过多造成相邻车道通行受阻，通行能力降低的问题。

2　借道直行的交通控制策略

为保证交叉口出口道通行能力的最大化，常采用右转常绿的交通控制方式。因为平面交叉口不同方向直行、左转交通流的相互冲突，所以直行、左转车辆通过红绿信号灯从时间上将他们之间的交通从冲突予以分离，以保证交通安全。因此，状态2中右转车辆排队溢出问题的解决以右转常绿的交通控制方式为基础，以减少行人、非机动车过街对右转交通的干扰为保障，确保右转车辆行驶的顺畅。

与右转交通采用常绿交通控制方式不同，直行交通必须受红绿信号灯的控制。当直行交通需求超过直行方向上通行能力时，状态1中所描述的交通阻塞就会发生。从交通控制角度来看，提高信号交叉口某一方向通行能力的常用措施包括两种，增加车道数目和增加相应相位的绿灯时长，这里我们重点考虑车道数目增加的可能性。实践中常出现右转车道空闲，直行车道排队溢出的情况，一定程度上造成了交叉口面积的浪费，从最优控制的角度，空闲的右转车道应该被用于直行车辆的通行。受车辆待驶区设置的启发，右转车道在没有右转车辆通行的情况下，允许直行车辆的借道通行，以提高直行方向上的通行能力，减少直行车道排队溢出发生的几率，形成短右转车道借道直行的交通控制方法，算法描述如下：

①检测右转车道内是否有车辆通行，没有车辆进入下一步；

②直行绿灯时，直行车辆借右转车道直行；

③直行绿灯结束，直行车辆禁止进入右转车道。

3　感应式短右转车道控制系统设计

以提高交叉口右转车道利用效率，减少短右转车道交通阻塞发生机率为目标的感应式交通控制系统由车辆信息采集子系统、交通信号子系统、借道直行交通控制子系统三部分组成，各子系统功能分析如下：

（1）车辆信息采集子系统

通过感应线圈或者视频采集右转车道中车辆数目、速度等信息，并将这些信息送至借道直行交通控制子系统。

（2）交通信号子系统

交通信号子系统包括为实现借道通行的法定交通标志、标线及信号灯，该系统要向直行车辆传递出准确的通行信号；受机动车驶入待驶区信号灯的启发，设计借道直行信号灯如下，绿灯亮时，指示直行车辆借道直行，如图3所示。为了保证借道直行驾驶行为处于相关法律法规框架之内，交通工程设计上右转车道改为可变车道，如图4所示。

图3　借道直行信号灯　

图4　借道直行车道设置

（3）借道直行交通控制子系统

该子系统是整个控制系统的核心部分。从交通控制角度来看，借道直行信号时长必须保证进入车道的所有车辆在绿灯时间内全部通过停止线，以避免直行车辆在直行信号红灯在右转车道内等候而影响右转车辆通行，同时又需要考虑提前启动避免直行绿灯实践的浪费。基于个体驾驶行为差异的借道直行交通控制子系统应具备在线学习能力，以实现借道直行时长的动态调整，更好适应通行的需要。

4　系统有效性分析

为进一步分析文中所提方法的有效性，以平面交叉口直行右转车道为研究对象建立仿真平台，从车辆排队长度的动态变化来比较分析两种控制方法下通行效率。出于便于比较的目的，实验中每个周期内交通需求近似为线性函数，直行车道初始排队长度取5pcu，直行车道长度8pcu，右转车道长度取5pcu，相位周期时长取80秒，直行绿灯时长设置为32秒，借道通行时长与直行绿灯时长相同，单车道消散流量按经验取值1400pcu/h。同一周期内，直行排队车辆溢出时右转车辆被阻挡的概率确定为50%。实际上，直行/右转交通需求应该为若干相对独立的随机过程，而直行右转车辆到达共用车道的情况符合更复杂的分布情况，对于这种更一般的形式，将在后续的研究工作中进行讨论。不同方向上交通需求如图5（a）所示。

从图5（b）可以看到，在流量过饱和的情况下，由于右转常绿的交通组织措施，右转车道排队长度增加速度要明显小于直行车道排队长度增加的速率，此时直行排队溢出的阻塞情况呈常发态势。图5（c）所示是文中所提控制方法下排队长度变化曲线，直行车辆借道通行策略实施后通行能力得到了提高，右转排队车辆数目不断减少，而直行车辆排队数目增加速度要明显小于常规控制方案。值得注意的是，上述实验只是简单验证所提策略的有效性，所以对实验中的参数进行了简化处理。

图5　

5　结语

以短右转车道直行/右转交通流的组织运行为研究对象，从短右转车道中直行/右转车辆排队溢出诱发交通阻塞机理入手，通过直行车辆借右转车道直行的交通组织方法，以车道中车辆数目的实时感应为基础，实现常绿右转交通组织下直行/右转交通的时空分离，提高了车道的利用率，达到提高交叉口通行能力、缓解交通拥堵的目标。后续的研究工作将关注于基于借道直行车辆运动轨迹的智能控制，另外右转过程中直行非机动车与右转车辆之间的交通冲突也是需要进一步研究的内容。

［1］姜晓睿，田亚，蒋莉等．城市道路交通数据可视分析综述［J］．中国图象图形学报，2015，20（4）：454-467.

［2］刘伟，肖文彬，高显鹏．交叉口流线动态控制的优化配时模型研究［J］．公路交通科技，2015，32（4）：124-129.

［3］宗二凯，邵长桥．信号交叉口直右共用车道通行能力研究［J］．交通运输系统工程与信息，2011，11（6）：62-67.

［4］ZongZ.Tian，Ning Wu．A probabilistic model for signalized intersection capacity with a short-right-turn lane［J］．Journal of Transportation Engineering，2006，132（3）：205-212.

［5］马万经，陆艳，安琨等．短车道信号控制交叉口通行能力概率模型［J］．同济大学学报：自然科学版，2012，40（11）：1641-1646.

Short Right Turn Lane；Inductive Control；Right Turn on Red

An Inductive Control Method for Short Right Turn Lane

HU Peng

（The Traffic Management Department of Hunan Police Academy，Changsha Hunan 410138）

1007-1423（2015）26-0031-05

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.26.008

胡鹏（1984-），男，湖南临澧人，硕士，讲师，研究方向为智能交通管理

2015-08-18

2015-09-16

针对交通管理实践中经常出现因右转车道长度限制导致车辆排队溢出诱发交通阻塞的问题，结合交通冲突理论和交通控制理论相关成果，提出一种短右转车道交通控制方法。通过右转常绿信号保证右转交通流的畅通，右转车道无车占用的情况下，直行车辆在直行绿灯时允许借右转车道直行，从而达到提高交叉口通行能力的目的。

短右转车道；感应控制系统；右转常绿

湖南警察学院科研项目（No.2013YB25）

In order to solve the queue blockage with short right turn lane，proposes a traffic control method for short right turn lane based on traffic conflict theory and control theory.In this method，the vehicles with turn right demand have priority of passage by right turn on red.When the right turn lane without occupied by the vehicle，the straight vehicle will be allowed through the intersection by the right lane within green time.The capacity of intersection has been improved by this method.