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  • 道路交叉口管理
    2021-11-04 17:57:09

    在这里插入图片描述

    道路交叉口管理

    平面交叉口

    定义

    • 两条或两条以上道路在同一平面相交

    按形状分类

    • 1.十字型交叉口、2.T型交叉口,3.Y型交叉口
      4.X型交叉口、5.环形交叉口

    交通组织方式

    • 平A类

      • 信号交叉控制

        • 进出口道展宽交叉口
        • 进出口道不展宽交叉口
    • 平B类

      • 无信号控制交叉口

        • 之之路只准右转同行的交叉口
        • 减速让行或停车让行标志管制交叉口
    • 平C类

      • 环形交叉口

    管理控制原则

    • 减少冲突原则

      • 单行、禁左右转、多相位信号控制
    • 控制相对速度

      • 交叉口速度、严格控制合流角,一般以小于30度
    • 重交通车流和公共交通邮箱<

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    导  语:

    近年来,随着我国城镇化建设不断推进,道路交通安全问题呈现新的特征。在市郊或城郊结合部的干线公路沿线,由于两侧地块不断开发建设,行人和非机动车交通量逐渐增长。干线公路大型、重型货运车辆流量大,交通量占比高,因此,在平交口范围内,行人、非机动车、机动车争夺优先通行权的矛盾日益凸显,导致机动车辆右转过程中碰撞碾压行人或者非机动车的事故时有发生。那么,如何改善干线公路交叉口通行条件,减少右转弯车辆与行人、非机动车之间的冲突呢?

    本文以上海市嘉定区干线公路交叉口为例,来讲讲右转车辆与非机动车冲突精细化治理实例,以期为大家提供思考和借鉴。

    1

    在交叉口处,为何右转机动车易与行人或非机动车发生碰撞、碾压事故?

    一方面,行人或非机动车对大型货车前、后轮行驶轨迹之间的轮迹差缺乏足够认识,在等候红灯或等待穿越时停靠位置过于靠前,导致货车右转时来不及避让。另一方面,平交口右转半径较大,行驶条件较好,大型车辆右转时车速过快或者看不见“反光镜盲区”的非机动车驾驶人或行人,这客观上导致了驾驶人观察和应对紧急情况的反应时间不足。

    另外,有些交通参与者缺乏交通安全意识和遵守规则的意识,非机动驾驶人者在通过交叉口时往往不减速,甚至抢行。此外,逆行、随意穿插等违法行为普遍存在,这些因素给事故的发生埋下了隐患。

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    图1:右转弯车辆与非机动车之间的冲突示意图

    2

    如何提升交叉口安全性,减少右转机动车与行人、非机动车之间的冲突?

    为提高交叉口的安全性,相关部门曾采取了很多改善措施,如加强宣传教育与执法、在平交口入口前设置警示标志提醒右转机动车减速、在平交口范围内设置警示标志与标线、设置醒目的彩色沥青和地面标记等来提醒交通参与者,但经过长期实践发现效果并不理想,仍难以对交通参与者,尤其是行人与非机动车驾驶人的行为形成有效约束。

    鉴于此,可考虑通过设置硬隔离设施,对交叉口内非机动车、行人及大型车辆的行驶轨迹加以硬性约束,在不明显影响通行效率的条件下,实现安全的目的。当然,机非硬隔离的设置应遵循因地制宜的原则,结合路口实际情况,尽量利用既有设施,降低工程实施成本。如果设置机非硬隔离设不当,也会出现“无效隔离”、“隔离岛头突出”和“大型机动车转弯半径不足”等问题,反而会增加事故风险。

    3

    在交叉口处,如何科学、合理的设置硬隔离设施?

    下面从精细化交通组织设计的角度,介绍采用水泥隔离墩缩小交叉口右转半径,限制非机动车无序过街轨迹的工程措施:

    01硬隔离设置基本原则

    为保证混凝土隔离墩对路口机动车、非机动车的约束效果,以及具备良好的视觉诱导效果,其需要满足以下2个基本要求:

    一是硬隔墩设置的范围:自平面交叉口干线道路上游入口处机非分隔带(或分隔栏)端头开始,至下游出口处机非分隔带(或分隔栏)端头止。在被交道路如果没有机非隔离带,则隔离墩需要向被交道路下游路段各延伸不小于5m。二是除行人和非机动车通道开口外,隔离墩需要连续设置。设置的基本要求具体参考下图所示:

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    图2:隔离墩设置基本要求示意图(点击图片可查看清晰大图)

    02行人、非机动车交通组织

    为确保交通安全,对于路口所有的左转非机动车,其行驶路径取消直接左转,改为“二次过街”,且应设置明显的指示标志,如下图所示:

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    图3:“二次过街”交通标志牌 

    一般情况下,应设置独立的非机动车和行人过街通行空间。若路口非机动车流量较大、车型较宽,行人流量较小,可适当压缩人行横道宽度(最小可压缩至3m),从而拓出非机动车专用过街通道。如果交叉口受条件限制而无法设置独立的非机动车道时,非机动车可与行人共用人行横道。此时,应规定非机动车须下车推行,并设置明显的交通管理标志。

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    图4:非机动车下车推行交通标志牌

    有条件的情况下,建议在路口增设一道隔离墩对非机动车行驶路径加以限制和引导,迫使其适度绕行后过街,以降低速度;同时,避免其逆行过街。

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    图5:增设隔离墩迫使非机动车适度绕行、防止逆行过街(点击图片可查看清晰大图)

    03硬隔离的半径、开口宽度、开口数量要求

    通过对硬隔离的半径、开口宽度、开口数量的控制实现交叉口交通安全效果的提升。这三个参数需要根据实际情况予以调整,以适应实际的交通需求。

    ☞ 硬隔离转弯半径。转弯半径需要考虑交叉口机动车辆本身的转弯半径要求,合适的转弯半径能够对右转车辆形成有效约束。硬隔离右转弯半径建议取值范围6m~15m,具体视平交口实际情况而定。

    ☞ 硬隔离开口宽度。硬隔离设施需要于适当位置开设行人与非机动车过街开口,开口宽度要与行人和非机动车流量、非机动车车型相适应。一般情况下,建议行人过街开口宽度取3m;在非机动车流量较小的情况下,非机动车过街开口宽度建议取2m;若非机动车流量较大或者相对较宽的三轮车等车型较多,则建议非机动车过街开口宽度取3m。具体视平交口实际情况调整。

    ☞ 硬隔离开口数量。右转处硬隔离开口数量可为2~4个,具体视平交口实际情况而定;大型平交口,如主干路-主干路相交路口,一般人行横道位于安全岛内,建议隔离墩设置4个开口,两个方向的行人和非机动车开口全部独立;主干路-次干路、主干路-支路相交路口,可在横跨主干路方向设置2个开口,在横跨次级道路上行人和非机动车共用1个开口,隔离墩共计设置3个开口;对于相对较小的路口,如次干路-次干路、次干路-支路相交路口,可在每个方向各设置1个开口,隔离墩共计设置2个开口。

    04配套设施要求

    隔离墩设置完成后,需要配合设置相关的附属设施,相互配合形成一个系统, 对行人、非机动车以及右转机动车加以引导和警示。需增设的附属设施主要包括交通标志、立面标记、反光膜、红白警示柱等。

    ☞ 下图为需要增设的不同类型的交通标志:

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    图6:引导非机动车过街的指示和警告标志

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    图7:交通标志设置示例(安装于隔离墩上)

    ☞ 反光膜贴于隔离墩靠机动车一侧的立面上,用于诱导右转机动车驾驶人的视线,反光膜的反光性能需达到Ⅳ类标准以上。

    ☞ 红白警示柱主要设置于隔离墩开口处的端头,用于提醒机动车和非机动车驾驶人小心驾驶,避免与隔离墩发生碰撞。另外,在隔离墩的人行过街开口处也需等间距设置红白警示柱,用于保证行人能够穿行,阻挡非机动车穿行。

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    图8:设置于隔离墩开口处端头的红白警示柱

    ☞ 适当采取有关的“视觉增强”措施,主要包括:雨夜反光标线、预成形标线带、发光道钉等,增强夜间、雨天的视认性;有实施条件的情况下,非机动车过街区域内可采用彩色铺装。

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    图9:发光道钉效果

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    图10:非机动车道彩色铺装效果

    4

    两个典型交叉口设计实例

    综合上述基本要求,我们来看看依托上海嘉定区两个典型的交叉口所做的设计实例。

    实例一:主要干线公路-主要干线公路相交路口 

    如图11所示:该平面交叉口为干线公路与干线公路相交路口,相交道路均为双向六车道规模,平面交叉口范围很大。由于条件允许,平面交叉口单一象限内硬隔离设置4个开口,即人行道-非机动车-非机动车-人行道分别都设置开口,并且增设隔离墩对非机动车行驶路径进行引导。右转弯半径取值12m,行人过街开口宽度取值3m,非机动车过街开口宽度取值2m。并且增设了配套设施,如交通标志,红白警示柱等。设置总图以及现场设置图片请看图11、图12:

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    图11:上海市嘉定区嘉松北路—曹安公路交叉口设置总图 (点击图片可查看清晰大图)

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    图12:现场设置图

    除设置机非硬隔离外,增设的非机动车导向硬分隔以及导流线能够有效的规范非机动车的行驶轨迹,并且能够使得非机动车难以逆行过街,从而保障非机动车的行车安全。在人行道开口处,设置红白警示柱,除了可以约束行人在警示柱之外等候外,还可防止非机动车从人行道穿越威胁行人安全。在增设的硬隔离上,还安装了一些醒目的交通提醒标志牌,对路口的非机动车,行人起到较好的提醒作用。

    效果:统计数据显示,该交叉口改善后3月内,交通事故环比下降20%。

    实例二:主要干线公路-次要干线公路相交路口

    如图13所示:该平面交叉口为主要干线公路与次要干线公路相交路口,相交道路均为双向四车道规模,平面交叉口范围较小。由于条件受限,沿次干路方向过街条件允许加设非机动车道,而在主干路方向过街条件难以加设非机动车道。在不进行交叉口设施规模改设的基础上,设置人行道与非机动车道混合通道。平面交叉口单一象限内硬隔离设置3个开口,即行人非机动车混合通道-非机动车道-人行道。右转弯半径取值12m,行人过街开口宽度取值3m,非机动车过街开口宽度取值2m。并且在非机动车右转中也设置了隔离墩,同样增设了配套设施,如交通标志牌,红白警示柱等。设置总图以及现场设置图片请看图13、图14:

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    图13:上海市嘉定区宝钱公路—城北路交叉口设置总图(点击图片可查看清晰大图)

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    图14:现场设置图

    由于该路口不同方向条件不同,所以进行不同的设计,其中具备设置非机动车道的路口,与实例一的设置基本类似;而不具备设置非机动车道的路口,进行混行设计,并且需要在等候处设置交通标志提醒非机动车进行下车推行,保障行人、非机动车过街安全。其他的设置的配套设施如警示柱以及交通标志类似实例一。

    效果:统计数据显示,该交叉口改善后5月内,交通事故环比下降42.9%。

    5

    交叉口设置硬隔离设施后效果显著,但要坚持因地制宜、精细化原则

    设置硬隔离能够对机动车、非机动车行驶轨迹进行有效的约束与诱导,防范不遵守交通法规所带来的安全风险。以上海市嘉定区为例,干线公路交叉口设置硬隔离设施后,2020年大货车因右转未让行人的死亡事故下降29.2%,效果十分显著。但是设置硬隔离设施实属“不得已而为之”的做法,其主要目的是对右转机动车、行人及非机动车在穿越交叉口范围时的行车速度、行驶路径和停靠位置施以硬性约束,强制其降低速度、遵守交通规则,避免交通事故的发生。尽力确保交通安全,但又不明显影响通行效率。

    硬隔离的设置方案需要遵循因地制宜的原则来制定,并且应十分重视现场交通调查,切实掌握现实交通需求。应综合考虑交叉口的现状形态、既有设施及现状交通特性来优化硬隔离设置方法,努力使设计的交通组织方案与现实交通需求相适应,避免使用缺乏针对性的“一刀切”的“通用图”设计模式,从而做到交通运行精细化管理。

    (文/ 同济大学交通运输工程学院 王俊骅;上海市公安局交警总队 肖宾;上海市公安局嘉定分局交警支队 相金兴、王革;)


    编校丨刘林、赵洹琪

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  • 其中,最具挑战性的决策建模和预测场景之一是车辆在城市交叉口,人类的决策会极大地影响驾驶操作的安全和效率。人类交通参与者缺乏意识、反应迟钝或决策失误会导致不安全和不可靠的转弯动作或大幅降低驾驶速度以确保...


    前言

    以下为大家解读一篇被IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems Early Access的关于无人驾驶路径规划方面的文章《Helping Automated Vehicles With Left-Turn Maneuvers: A Game Theory-Based Decision Framework for Conflicting Maneuvers at Intersections》,是伊利诺兹大学香槟分校的研究人员写的,该文章还未被收录,使用博弈理论解决交叉路口冲突。


    一、摘要

    联网自动驾驶汽车(CAVs)的部署为提高运输系统的安全和效率提供了机会。然而,尽管这项技术发展迅速,但预计人类驾驶的车辆将在交通中占主导地位,迫使CAVs需要能在混合交通环境中运行。在这种环境中实现可靠和安全的人车协作的关键是解决互动问题,并将人类驾驶员的基本决策机制纳入CAVs的运动规划算法。为了实现这一目标,并扩展先前开发的博弈理论模型,本研究提出了一种拟人化的决策方法解决交叉路口的冲突问题。该项目组搭建了现场测试环境,直接从CAVs的感知系统中提取所需的建模数据。模型考虑了环境不确定性,很好地捕捉人类驾驶员在无保护的左转机动中的真实行为。所得出的知识可以直接用于CAV运动规划算法,为车辆在混合交通环境中运行时提供更准确的行为预测结果。

    二、正文

    1.引言

    A.背景介绍

    本文考虑无人与有人车辆共同参与的混合交通场景。其中,最具挑战性的决策建模和预测场景之一是车辆在城市交叉口,人类的决策会极大地影响驾驶操作的安全和效率。人类交通参与者缺乏意识、反应迟钝或决策失误会导致不安全和不可靠的转弯动作或大幅降低驾驶速度以确保安全。然而,CAVs可以通过准确测量距离和速度,监测周围环境,并对各种驾驶情况及时作出反应,从而有可能克服这些限制。结合可靠的理解和对人类驾驶者行为的可靠理解和预测,CAV可以快速反应,执行可靠和安全的轨迹。
    对车辆进行无保护路口左转的顺序分析通常是基于规则和模型的,比如基于迎面而来的车辆之间提供的间隙,以及左转弯司机的间隙接受程度。然而,现实世界的观察表明,实际行为可能更复杂。例如,迎面而来的车辆可能会加速以阻止左转动作或者减速为转弯车辆提供更大的间隙。因此,仅仅基于模型在作者认为是不够的。

    B.本文贡献

    本文主要思想是将现实世界中对人类行为的观察与非合作的纳什均衡理论联系起来,并建立一个行为决策架构,该架构可直接用于混合交通环境下的CAVs。我总结和精简一下:即从数据中估计博弈理论中回报收益的各个参数值。

    2.博弈模型搭建

    本文提出了一个基于博弈理论的建模框架,以近似人类在交叉路口左转决策,博弈场景主要由三个部分:(1)玩家(决策者);(2)每个玩家可以选择的一组可能行动;(3)回报收益,代表玩家在每个游戏结果的预期回报。假设每个玩家都是理性的,即每个玩家都是以自己收益的最大化为动机的。本文利用完全信息动态非合作博弈。
    在这里插入图片描述
    我们从上图中直观的描述一下博弈理论中的三大要素,博弈参与者就是player A和B。A有两个可供选择的行为:左转或者等B通过十字路口;B也有两个可供选择的行为:直行或者减速。TABLE 1表明了这场博弈的四种策略组合,其中 U x x A U_{xx}^A UxxA U x x B U_{xx}^B UxxB分别表述A或者B在XX策略下的回报。
    在这里插入图片描述
    下面我们重点来介绍回报获取方法。
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    回报包括确定性因素 v v v和不确定因素 ε \varepsilon ε,然后作者结合图1分析了 v v v和哪些因素有关,得到下式:
    在这里插入图片描述
    对于A,在决策时,需要决定是左转还是等待,该决策中两个决定因素是车辆相对速度和距离。所以在A选择左转时的支付函数(也就是回报函数)中要引入避免碰撞的加减速度,此外在转弯时还需要保持舒适的加减速度,由此有了(2)(3)。此外,当 h 1 h 0 \frac{h_1}{h_0} h0h1越大,A等待下个间隙进行左转的概率就越高,这一信息可能需要通过V2V的方式获取,因为A可能看不到B后面的车,然后我们就有了(4)(5)。相同的方法分析B也是如此,得到(6)-(9)。值得注意的是比较(3)和(7),因为A的决策是停车,所以B直行时,不可能与A碰撞,但是呢B的策略是减速,所以A左转时,仍需要考虑可能与B发生碰撞。然后咱们就已经把博弈模型搭建好啦。
    文中指出,如果A决定在当前博弈中等待,那么A和下一辆车将再次进行另一场博弈。

    3.数据来源

    接下来要做的事情就是通过大量数据辨识支付函数中的参数,然后再用大量数据验证这个参数可不可能,给出正确率,然后就大功告成,那么数据怎么来呢?在本文中,作者提出相关数据非常少,因为大部分研究都基于仿真,所以他们自己去采数据。
    在这里插入图片描述
    对其中一个情况,作者做了分析:
    在这里插入图片描述
    这样子的数据,作者提取出来了224组,做了如下汇总:
    在这里插入图片描述

    4.模型求解

    对于一个博弈模型,有同步的也有贯序的(就是动态的),在之前的研究当中,作者已经用了同步的方法,这里他用贯序的方法(斯塔克伯格博弈)对该场景进行建模,并比较了之前的建模方法,以挖掘更近似人类真实驾驶模式的博弈模型。
    受到Kita《An inverse analysis of interactive travel behavior》这篇文章的启发,基于非合作博弈中的纳什均衡理论,使用了一种全新的方法校准博弈参数。目的是用与观测数据最一致的值估计参数,所提出方法基于对决策者之间交互行为的逆向分析,以一个分层的方式,首先计算每个可能组合是纳什均衡点的概率。然后,将每个组合的纳什均衡概率设置为和观测的数据一致。使这些概率最大化的参数即为估计参数。

    A. 纳什均衡

    (1)同时博弈纳什均衡

    纳什均衡(NE)是博弈论中一个解决方案的概念,即当他人决策不改变时,我能使我回报最高的决策,用数学话语描述,即当A选1,B选1为纳什均衡解时:
    在这里插入图片描述
    事实上,纳什均衡点可能不止一个,当下面这个式子被满足时,纳什均衡点就有两个:
    在这里插入图片描述
    因此需要确定一个标准来选择唯一的纳什均衡点,以指定实现哪个结果,与实际观测值才能进行匹配。虽然有研究指出从多个平衡点中选取一个平衡的方法,但是在无人驾驶领域中并没有广泛接受的方法,在本文中,假设当存在两个纳什均衡点时,均衡点的选择概率记为 δ \delta δ 1 − δ 1-\delta 1δ,因此A选策略1,B选策略1是纳什均衡点的概率为:
    在这里插入图片描述

    (2)斯塔克伯格博弈纳什均衡

    即玩家一个接一个选择动作,后选策略的玩家有关于先前玩家选择策略的信息。通过逆向归纳法确定策略,称为子博弈完美纳什均衡(SPNE)。
    这里作者给了个图,有误,有兴趣的同学可以去看一下,我重新画了一个,方便大家理解这个贯序博弈。按照交通法规,在无信号灯的路口,转弯让直行,右转让左转,所以B拥有优先决定权。
    在这里插入图片描述

    B 逻辑模型

    为了解PSNE 和 SPNE概率,需要对支付函数中不可观测部分做出一些假设。用下式表示第k个玩家在游戏n中采用i策略可以得到最大回报值的概率。
    在这里插入图片描述
    假设 ε i ∣ n k \varepsilon_{i|n}^k εink已知,该式子就可以表示为 ε j ∣ n k \varepsilon_{j|n}^k εjnk的累积分布函数,然后我们就可以通过假设误差项的模型来表示这个累计分布函数,使用的是Gumbel分布来表示误差项,其累计分布函数(CDF)和概率密度函数(pdf)如下所示:
    在这里插入图片描述
    对于每个他人决策j,都需要满足,所以最终是采用连乘的形式来表示,如下所示:
    在这里插入图片描述
    假设 ε i ∣ n k \varepsilon_{i|n}^k εink未知,那么通过概率密度函数,就可以描述为在每个 ε i ∣ n k \varepsilon_{i|n}^k εink下的积分结果,如下所示:
    在这里插入图片描述
    通过一些数学转换,文中没提,也不是他的创新点,变成了著名的Logit模型:
    在这里插入图片描述
    可以看到,误差项,直接没了,这就是数学,太牛逼了,所有研究的基础,具体推导有兴趣的同学了解去吧,我是没这个实力的。通过这一步,再加上之前设立处理多个纳什均衡时的 δ \delta δ,我们 就可以算得指定策略组合是纳什均衡的概率。

    C. 最大似然估计(MLE)

    文中使用最大似然估计校准博弈参数,以使得观测结果的概率最大化。考虑将现实生活中观测得到的N个真实博弈场景作为参数估计。在游戏n中玩家使用实际观测到的相同策略的概率通过以下公式得到(即观测到的策略=纳什均衡策略):
    在这里插入图片描述对于N个博弈来说,就可以获得似然函数likelihood function:
    在这里插入图片描述
    我们的目标就是建立一组 θ \theta θ使得 L ( θ ) L(\theta) L(θ)最大。这点我用通俗一点的语言再解释以下,以防朋友们还没理解,就是说对于N次博弈中的每一个,我们都先根据那些观测到的已知参数,比如距离啊,速度啊之类的,以及 θ \theta θ,根据前面的方法求各个策略是纳什均衡点的概率,然后呢看我们观测到的真实的那个策略在求出来的那个分布概率里面的值是多少,拿出来,然后对N次博弈每次都这样操作以下,乘积就是似然函数。

    5. 结果分析

    本文224个观测结果中,用了168个进行参数校准和估计,剩余的用于测试,使用python3.7 scipy库实现优化,用MLE进行参数估计。从耗时角度,使用斯塔克伯格博弈节约了8%时间,参数校准结果如下:
    在这里插入图片描述
    测试方法就是求出对应参属下策略组合为纳什均衡点的分布,然后看最大概率是不是实际观测得到的策略组合。然后用均方根误差来描述:
    在这里插入图片描述
    1 ( x i ′ − x i ) 1(x_i' - x_i) 1(xixi)表示当估计策略与实际策略相等时,为0,否则为1。
    在这里插入图片描述
    表4说明使用贯序的博弈准确率和RMSE更高,至于 l 2 l^2 l2是个啥,原文甚至都没有解释,就很离谱,感兴趣的同学可以帮我一起找找原文里哪里说了这是个啥意思,我猜测是时间,可以留言哈,谢谢大家!
    在这里插入图片描述
    表5对错误进行了分析,A判断错误概率,B判断错误概率,以及AB都判断错误概率,可以看出来,贯序博弈和同时博弈对于B来说差不多,因为B先嘛,但是对A影响比较大,贯序博弈使得对左转的那个车判断更准确了。
    在这里插入图片描述
    这张图完全看不懂,我感觉作者搞错了,文字部分他说通过这张图可以看出玩家选择的观察到的决策集在所提出的斯塔克伯格贯序博弈中被指定为平衡点的概率与同时博弈模型高。但这上图是概率分布图啊,面积和竟然不是1,而且概率会超过1,不理解,一般纵坐标是概率,横坐标是策略组合吧。
    然后作者又给了一张可能在我看来是错误数据的表来描述斯塔克伯格博弈在敏感性问题上表现比同时博弈要好,我们来看看我为啥这么说:
    在这里插入图片描述
    如何评价敏感性呢,就是说当相关参数都增加百分之一,看看系统表现怎么样,但是呢图中给的数据明显都一样,应该是给错了。

    最终下了结论,用贯序博弈更好,全篇完!

    参考文献

    1. Analooee A, Kazemi R, Azadi S. SCR-Normalize: A novel trajectory planning method based on explicit quintic polynomial curves. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part K: Journal of Multi-body Dynamics. 2020;234(4):650-674. doi:10.1177/1464419320924196
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  • 对于有中央分隔带的交叉口,利用分隔带实现左转,可以减少交叉口冲突点,减少其他相位上车流的延误,提高通行能力,但也相应地增加左转车流的延误。本文基于对利用中央分隔带的渠化设置的各车流延误计算,以交叉口...
  • 201-227-平面交叉口机-机冲突时空分布及预测模型——以混合交通流环境为背景-word资料.pdf
  • 信号交叉口自行车对左转机动车饱和流率的影响研究,于泉,过雁鸣,为了分析信号交叉口自行车对左转机动车的冲突,本文主要以国内信号交叉口的自行车作为研究对象,研究自行车通过交叉口时不同的状
  • 结合交叉口车流、行人流的交通特性,提出了一种左转机动车和斜向行人协同过街的思路,在交叉口内设置斜行斑马线和2字形人行横道,以降低交叉口整体延误及人-机冲突;并建立了基于人-机冲突交叉口平均延误模型,该...
  • 一个交叉口有不相冲突的交通流,也存在有冲突的交通流,比如南北东西的交通流。可以通过信号分时来缓解这种冲突。 若将南北、东西的通行时间各取50%,其路段上的通行能力到了路口,由于时间的减半,通行能力大致也...

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    交通安全是一个非常综合的一个问题。在德国,这个专业领域,是把交通安全融会贯通于城市或者是交通规划、设计、建设、管理的全过程,而并非把它当成一个学科、一个专业。由于我本人比较熟悉的是城市道路交叉口的规划设计问题所以今天给大家讲一下城市道路交叉口规划规范。差不多十年前编制完成的一个国标,这个中间的一些问题,看似跟交通安全不直接相关,但其实交通安全是贯穿于整个规划设计的内容中的,比如说交叉口形式的选择、行人过街问题等等,这些都跟交通安全相关,其中特别与交通安全相关的,我比较熟悉了解的是信号控制中的绿灯间隔问题。

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    所以今天主要跟大家分享两个题目,一个是城市道路交叉口规划规范中的一些重要内容的解读,一个是绿灯间隔时间问题的分析。绿灯间隔时间在教科书上也有所论及,但是在实际应用过程当中存在很多问题,绿灯间隔时间是直接影响交通安全问题的。

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    言归正传,开始解读一下城市道路交叉口规划得几点主要内容。

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    首先大概介绍一下这个编制的过程。这个规范编制是从2003年开始,建设部要在全国范围内编修编制一些城乡规划的标准和规范,就在深圳召开了一个会议。

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    会议后就发布了一个编制的计划,委托同济大学杨教授(杨佩昆先生)来主编这个城市道路交叉口规划规范的文本。这个是首次编制交叉口的规划,以前没有这个方面的规范,它属于一个新编规范,于2010年12月24号发布,1月1号开始实施,至今差不多已近十年时间了。今天讲这个规范是因为规范中所提到的一些内容在工程实践、城市建设管理中还没有得到很好的理解和贯彻。所以将这个内容拿出来和大家讨论,希望能够推动一些好的理念、方法在促进城市道路交通建设,包括安全建设的过程中起一些好的作用。

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    为何要编制这个规范呢?改革开放以后,城市建设有了很快的发展,但在发展过程中,也出现一些问题,特别是城市道路网中的关键节点的规划设计以及运行都产生了一些问题,这些问题有些可以追溯到规划阶段。规划考虑的是能否对后面的设计工作、建设管理创造一个好的基础。由此希望通过这样一个规范标准的建设来指导和约束城市道路交叉口的规划和建设工作,特别是针对交叉口的规划用地。在具体工程实践当中,例如在交叉口的改建设计时,常常在用地这一方面非常局促,比如说人行过街的安全岛,车道的布置等,总是缺一些可以利用的面积,由此想通过规范的编制来提供一些指导和约束。

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    这是当时的一些参编单位和主要的参编人。

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    这个编制持续了七年之久,进行了大量的实地的调查及充分的内部讨论,并且征求了国内外一些专家的意见,也考虑到国外的一些好的经验,比如说美国、英国、德国、日本等等。

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    它的一些特点就不多说了。

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    现在分享和讨论一下规范的要点。在一般规定中第3.1.2这一条,交叉口规划必须结合技术、经济、社会、环境等因素,再进行多方案综合比选后确定。在具体工作中,包括设计人员、控制管理的、交警部门等等,在确定交叉口方案时往往会缺乏多方案的比较,从而导致交叉口在运行的过程中出现这样那样的问题。其实交叉口一些要素的确定,包括基本形式等等,是涉及很多方面的,应进行不同方案的比选,做一些定性、定量的比较,从而找到一个未必是最优,但比较合适的一个方案。可能这样一个过程之后,才能使得交叉口形式、要素、控制方案、管理方案的确定等等比较精细化、比较好。针对当时出现的一些这样的问题,有些现在可能依旧存在,即在交叉口的规划设计、建设管理过程中,通常采取较简单的方式来进行。但是,其实要考虑各种不同的要素,包括交叉口形式、行人和非机动车的过街、是否要设置公交专用道等等,也包括如何来进行比较,仅从通行能力的角度去分析吗?其实各地提出的要求和目标,大多是排堵、保畅,排堵是处于一个非常重要的位置。其实一个交叉口的运行还应考虑很多其他的因素,包括投资、对环境的影响、日后的维护等等,其中最重要的一个是安全。必须综合全面的考虑这些问题再确定交叉口的形式跟设计要素,这样才能保证交叉口运行的合理、合适。

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    3.2.3.条是关于交叉口的选型。大概十几年前,不少城市碰到交通拥堵问题之后,觉得平面难以解决的就采取立交或者是跨线桥的方式,但这样往往会适得其反,解决了这一点的拥堵却造成了更多点拥堵。由此经过很多专家的建议和讨论,决定建立交的门槛要提高,主要要控制建设城市道路网中的立体交叉口的门槛,若每小时pcu的交通需求不超过12000就不要考虑建立交。即采用平交这种形式来避免建设一些不必要的立交造成更多的问题。

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    3.4.1条说平面交叉口的规划范围应该包括交叉口各个道路相交部分以及进口道、出口道向外延伸的10-20米的路段的这个范围,如右图所示,而不是仅指交叉口中间的这一部分的区域。如物理区、功能区这些概念与这个思想是一致的,就是得把一个交叉口作为一个整体来进行考虑。

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    这张图来自于王小刚老师。一个交叉口的新建改建,必须包括它的完整的空间。从本人自己的理解角度,来做一个分享。

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    国内一些城市进行交叉口或者城市道路的改建工程时往往只针对一条干道来做,通常只包括这条道路的两条边线或者延伸一公里或者两公里的范围,将相交道路进口道排除在改建项目范围之外了,使得交叉口只在改建干道的两侧有所涉及,由此会存在一些弊病。大家知道交叉口是一个整体,其时间和空间是可以转换的,简单来说,就是可以通过改善干道或者相交道路通行条件来缓解干道上的交通通行。所以,如果只考虑交叉口的一个方向是不够的,由此提出这样一个要求,要避免在交叉口的规划设计中的片面、不全面的、不合理的一些情况。

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    关于交叉口不同的选型,将就自己的理解和认识做一些延伸。城市道路交叉口大概有两种典型的形式。一种如左图,通过行人过街的中间安全岛和转角的三角安全岛来提供良好的行人过街的空间。与此相对的如右图,即不用转角三角安全岛,这种设计现在更为普遍。这两种形式在物理区的面积基本相同的情况下,左边这种形式交叉口中间的冲突区域更小,其通行秩序可以得到更好的管理,特别是信号控制更容易处理。右边这种形式也有一些好处,比如对自行车通行而言可能会更加便利,直行或者左转的自行车会比较顺利;但是,它也有很大的弊端,交叉口整个空间比较大,它的控制和管理,特别是信号配时,会是一个很大很头痛的一个问题,若没有行人过街的中间安全岛,那么交叉口就很容易会失控。

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    关于交叉口的选型,里面存在很多的文章和问题。这里通过几张图片,给大家形成一个大概的、直观的印象。一个比较规范的交叉口它的机动车的行驶空间,行人过街的空间应该是明确的做出规划的,通过标识使人、车,非机动车各行其道,由此才能给控制和管理打下好的基础。如左上角的图是四川眉山的交叉口的改善设计图,图中包括交叉口中间的标线等,可以良好的约束通行秩序。左下角为国内的一个案例,它的规划设计看起来也比较规整,但存在一个很大的缺陷,缺乏一个人行过街的中间安全岛。中上的图是德国的一个案例,它充分保证了人的空间,从机动车驾驶员视角的角度,可以给驾驶员通过交叉口做一个非常好的引导,特别是左转车流和直行车流。一个好的交叉口的效果图大概如右上所示,目前在国内有不少城市按照这个方向在做。从右下角视频可以看出,在规划设计后交通流的通行比较有序。

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    左图的特点是通过转角三角岛保护行人,用彩色沥青路面来标识非机动车道,这是做得好的地方。但是有非常严重的一个问题,行人过街横跨了差不多是九条车道,但中间没有设置行人过街安全岛,这样会导致交叉口的信号设计不科学,甚至导致一些问题的发生。右图则是在左图基础上增设了中间安全岛,做得较为规范,三角安全岛的面积也足够大。

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    由图片可以看出非机动车通过三角安全岛然后跟人行过街并行,这种组织方式可以使交叉口秩序非常良好,但是当左转非机动车流量非常大时,安全岛的面积可能不够,如果面积足够,则这种组织方式就较为优秀了。针对此交叉口未设置右转安全岛,是有利有弊的。

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    人行过街的距离会比较长,但设置人行过街中间安全岛后,就会得到改善。如图设置了人行过街安全岛,但中间未设置信号,岛头也不够扎实,存在一些问题。

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    这个视频就不多做解释了。

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    交叉口的形式除了经典的十字交叉以外,也有环岛的形式。国内有不少城市会采用一些大型环岛,但近几年陆续产生不少问题。环岛有一定的优势,也有一些风险。优势在于它避免了信号延误,但是它的通行能力受到一定局限,理论上环岛的通行能力大概在2700-2800 或3000pcu每小时,超过这个量后无论环岛有几条车道都会产生拥堵,尤其是在流量不平衡的情况下,增加一点流量就可能导致整个环岛的拥堵。可以采取环岛信号控制的方法,来缓解甚至解决部分环岛拥堵的问题。

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    这里有一个案例是上海五角塔的环岛。其运行大概有十多年,它采用了信号控制的方式,且充分细致考虑了交通的组织,然后进行了渠化设计,一直运行的比较好,是一个比较好的案例。环岛会存在一些风险,但是通过信号控制和渠化设计可以大大改善这些问题。

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    由这两个案例可以看出,复杂交叉口或者畸形交叉口通过合理的渠化设计和信号控制的配合,在很大程度上解决了通行安全的问题。左图是眉山的“七叉路口”,该区域大概每个月会发生两次较严重的交通安全事故,但通过合理的信号设计后基本消除了严重交通安全事故。右图是一个畸形路口规划设计的案例,这个案例有很多比较好、精细化程度比较高的地方,但也存在一些可以改进的方面。总体来说,对于一些畸形交叉口可以通过合理的规划设计来进行改善。城市道路交叉口的形式、如何进行渠化设计和信号控制,以及两者如何配合,这些都是大有可为的。

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    由城市道路交叉口在路网中的位置、城市的不同特征,包括它连接的区域及进出的特征、非机动车和公交的通行情况等等,可以说没有两个交叉口是完全一模一样的,所以在交叉口的规划设计过程中,要投入一定的关注,需进行一些细致的信息的搜集和思考,要进行不同方案的比选,最后才确定交叉口的形式,这样才能使交叉口的运行比较好。对于交叉口的设计问题要具体问题具体分析,且需要精细化。

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    第3.5.1条第5款说明,交叉口要注意视距三角形的问题。因为视距三角形直接关系到交通安全,若视距三角考虑不足,可能会由于视线问题导致交通冲突碰撞,甚至造成交通事故。在规范里对视距三角提出一个距离要求,就是视距三角的距离,跟行驶速度相关。

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    由此可根据相应的设计车速得出停车视距长度。反过来,当视距不能满足设计要求时,就必须采取限速措施,使它满足视距三角。另外,在视距三角形的界限范围内不得布置任何高出道路平面标高1米且影响驾驶员视线的物体。1米是因为小汽车驾驶员的视线一般在一米左右,其次是考虑到1米左右的儿童应该在道路系统里得到显著的关注。对于影响驾驶员视线的物体,也有一些讨论,因为交通标志、信号灯的立杆等必要的交通设施也处于视距范围内且超过1米,但经过观察实验可以看出标杆等不一定影响驾驶员视线,所以,在驾驶员视线通透的情况下,设置必要的交通设施的立杆是可以的,要将实际需求与视距三角形的规定统一起来

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    第3.5.7条,交叉口行人过街设计步速应为1米每秒。它的意义非常重大,在进行信号设计时,行人过街步速以1米或1.2米每秒为标准对信号设计参数的影响非常大。考虑到过交叉口的有不同的人群,有儿童、老人,还有一些行动不便的人,确定1米体现了交叉口的规划设计中以人为本的理念,相对来说这个标准是定的比较高的,且认为这个条款是处于规划规范中,在规划阶段的约束标准是宜高不宜低的。

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    另外附录里的一个条款,也对交叉口的信号控制和运行管理有非常重要的意义,它主要讲的是基本饱和流量。在规范的编制过程中,要求各参编单位在十几个城市进行了具体的基本饱和流量的调查工作,得到了大量数据,经过数据的整理和分析,得出这样一种结论,交叉口各种进口道的基本饱和流量,直行车道大概在1550-1750pcu/h,左右转车道相应有些折减,大城市的通行效率比较高,建议取高值,中小城市通行效率可能比较低,建议取低值。每个城市的数值都不一样,甚至每个城市的各个地区也会不同,它的取值与驾驶行为、车辆技术、交通设计精细化程度等都是密切相关的,它是一个非常综合的指标。规范给出的是一个参考量,当在进行交叉口规划设计和信号配置设计缺少第一手资料时,就可以参考规范的数据。

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    规范的4.1.4条,平面交叉口的规划应该要符合下列规定。即关于交叉口转角缘石的半径,它与设计车速有关,具体如表中。后经中规院的详尽的试验,对这一部分的认识进行了提高和改善。不管是大车还是小车,它在交叉口的转弯速度与设计车速基本无关,基本上稳定在每小时20公里左右,即使是公共汽车、卡车,转弯时基本也是这个速度。此时,转弯半径可以在规范上提出的半径数值上适当下降。基本上10米的转弯半径就可以很好地服务各种不同车辆的转向。这里说的是缘石半径,但有非机动车道的话,这十米还包含非机动车道,实际上的缘石半径还可以降低,到7米,甚至到5米。其实,转弯半径比较小也是有利有弊的。从很多城市交叉口布局来看,现在普遍存在的问题是缘石半径太大,导致转弯速度较高,所以,减小交叉口的转弯缘石半径可以压缩转向车流的速度,有利于提高交通安全。此外,大转弯半径会导致人行过街距离较长,减小缘石半径更有利于人行过街。由此,减小交叉口转弯缘石半径可以说是一种人性化、以人为本的设计。具体设计时要权衡两者利弊,考虑具体的情况。但是缘石半径并不是越大越好,转弯缘石半径做得越大,不仅浪费了交叉口的建设用地,而且会使人行过街变得困难,甚至存在右转车流速度过快造成的安全隐患。

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    第4.1.3条,新建、改建交叉口的进口道的宽度应进行展宽。以下算式为一个较简单的算法,即进口道展宽的宽度应该等于干道车道的车道宽度*n*r,n指路段的车道数,r是进口道展宽系数。总的来说,进口道的车道数应基本上等于干道车道数的两倍,若干道车道过宽,则也可以将进口道宽度收窄,这个参数也可以适当降低。这样才能使交叉口的通行能力跟路段上的通行能力基本一致。

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    这是一个德国的交叉口案例,左边是一个放大图,右边是一个全局图。它路段是两条车道,进口道变为五条车道。虽说进口道车道数应等于路段车道数的两倍左右,但也要考虑具体的需要。规范是交叉口的建设用地预留范围,是一个比较宽泛的要求。

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    这为徐耀赐教授报告中的一个图。路段来去是两条车道(双向四车道),到了进口道展宽为四条车道。也是符合规范的基本原理的。

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    一个交叉口有不相冲突的交通流,也存在有冲突的交通流,比如南北东西的交通流。可以通过信号分时来缓解这种冲突。

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    若将南北、东西的通行时间各取50%,其路段上的通行能力到了路口,由于时间的减半,通行能力大致也会减半。这样会导致路段通行能力和进口道通行能力严重不匹配。由此,如前文规范中所说,进口道车道数要增加,约等于路段车道数的量,这样就可以把不平衡的通行能力变得比较平衡。但针对这一点也有很多的反对意见,因为城市道路交叉口间隔比较近,这样可能会使路网结构变得不伦不类;由于周边都做了建设用地,很难将交叉口改建成这种形式。如果一个交叉口的进口道无法展宽,那么它路段的三条车道也是没有必要的,路段上车道的空间是有富余的,可以将路段上车道的一条去掉:做成绿化带、改为公交专用道等等,都可能对整个交叉口的通行能力没有太大影响,反而给了公交车辆良好的优先通行的空间。由此,公交专用道可以避免直接划到停车线外,而是可以放在交叉口功能区以外的位置,这样既给了公交通行条件,也不影响交叉口的通行能力。

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    这是交叉口的一个效果图,路段两个车道,到了进口道就变为四个车道。从通行能力的角度来看,这个交叉口的设计是比较合理的,但它人行过街安全岛也存在一些问题。

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    4.1.3条, 平面交叉口红线展宽要考虑车道宽度,这条是对车道宽度的规定。机动车道的宽度不应该小于3米。在规划阶段,一条机动车道,须按照3米来考虑,但在改建时受空间的制约,若主要通行的车辆不是大型车辆、公共汽车、卡车等,则车道宽度最小可以缩小到2.8米。这条条款是希望交叉口进口道的车道宽度既不要太宽,也不要太窄。太窄会影响安全,也会影响通行能力,太宽会造成用地浪费,且不利于对交通通行和安全。个人认为城市交叉口进口道的最佳宽度为3米到3.25米。超过3.25米到3.5米甚至是4米就没有太多的好处了,甚至负面影响会更大。

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    7.1.5条是关于人行过街的长度。人行过街长度超过16米时,应设置人行过街安全岛。这是一条强制性条款,就个人认识,其应该为规范中最重要的一条。但在近十年的交通规划、设计、建设实践中这一条款并没有得到普遍的贯彻执行,但这一点是非常重要的。人行过街安全岛不仅是人行提供一个安全驻足,而且是影响整个交叉口安全性、可靠性、合理性等等的一个关键因素。

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    此案例为江苏某地的一个交叉口,该交叉口人行过街的距离过长,且没有人行过街安全岛,导致交叉口的信号设计困难。其次,该交叉口的转弯半径过大,没有太大必要,甚至会产生副作用。

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    对该交叉口问题进行分析后,采取的改善措施主要有减小转弯半径、设置人行过街中间安全岛。

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    此外,还设置了辅助行人过街的导流线,用彩色铺装非机动车道等等。

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    改善之后,以北边进口道为例,它原来人行过街需要49米,改善以后,较长段的过街的距离是14米,较短的为10米,其人行一次过街的距离减小了35米,其他进口道也都是如此。这种改变会对人行过街相位时长产生重大影响,按照图中给出的人行过街速度1.22米每秒和人行过街最短绿灯时间的式子来计算,以北进口道为例,其原来所需的清空时间为40秒,改善后则变为8秒、11秒;原来最短绿灯时间需要42秒,现在只需10秒、13秒。

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    改变之后,对人行过街甚至整个交叉口的信号配时都会有一些影响。按经典的四相位信号控制计算,以北进口道为例,由于原来行人清空时间和最短绿灯时间的要求,其需有82秒的绿灯加绿闪时间,假设左转只需要10秒,这个交叉口也需要208秒以上的周期才能进行控制,这个周期过长,但若不设置长周期就无法安全控制这个交叉口,产生行人和机动车的冲突,使交通混乱。

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    即使不按所给的式子计算人行过街最短绿灯时间,而是将其降为十秒,将机动车的最小绿灯时间定为20秒,这样这个交叉口也需要最少152秒的周期才能进行安全的控制,这个周期时间也相对偏大。

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    经过改善以后,人行过街一次所需要的绿灯时间和清空时间大大下降,在这个标准下,行人绿灯时间能够满足行人过街绿灯时间和清空时间的要求,机动车的最小绿灯时间选择20秒,此时100秒的周期时长就可以安全控制这个交叉口。例如,西进口道的行人可以在南北通行时进行绿灯放行,在下一个相位,南北左转时,东西进口道的行人也可以通行,即行人通行相位可以横跨两个机动车通行相位,所以行人过街时间得到充分的保障。

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    也可采用感应式信号控制,此前需有一个基本的定时信号控制方案。可采用主线15秒最小绿灯时间,支线10秒,则感应式信号控制的基本定时信号控制可达到79秒的周期时间。相较之前周期时长下降很多,交叉口的可控性会更好,给后面的感应式信号控制留出很大的空间。

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    假设将周期设计为100秒,就可以合理安全地控制人行过街跟机动车的信号,且各个方向最短绿灯时间都有五秒的伸缩余地,若哪个方向的流量较大,则可将这个方向的绿灯时间延长,若哪个方向车流提前清空,则可将这一段的绿灯时间分配给其他方向,交叉口的控制就会更灵活、延误时间会更小。若设置感应式信号控制,也可使感应信号控制可行且较灵活。以上为最基本定时信号的一个方案,还会有一个常规方案,将主要相位的最长绿灯时间放宽10秒,交叉口灵活感应控制伸缩的范围会更大。可以灵活控制部分的绿灯时间的价值要远远大于不可控部分。

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    接下来讲一下信号控制中绿灯间隔时间的问题,绿灯间隔时间可以说是信号控制的基石。

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    首先关于绿灯间隔时间的定义。在教科书中,绿灯间隔时间一般是指上一个相位的绿灯结束到下一个相位的绿灯开始之间的时间间隔。在谷歌中,绿灯间隔时间的定义与我们在教科书上的定义相同。可能用图来说明更加直观。如左图交叉口,南北东西共有12个交通流,假设使用两个相位,则1、2、3、7、8、9的交通流,首先是绿灯、黄灯、红灯,而4、5、6、10、11、12,首先是红灯绿灯再是黄灯,所谓的绿灯间隔时间,就是指右图上一条线的绿灯结束到第二条线的绿灯开始之间的间隔。

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    在百度搜索引擎上,绿灯间隔时间是相互冲突的一股交通流的绿灯结束时刻和下一股交通流的绿灯开始时刻之间的时间间隔。由该两股通过的共同区域称为冲突区域,其中最危险点称为关键冲突点,能够保证交通安全的绿灯间隔时间最小值称为最短绿灯间隔时间。

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    百度中这种绿灯间隔时间定义的说法出处来自于德国现行的信号控制规范。

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    接下来看美国STM第二版中对绿灯间隔时间的定义。这是比较权威的信号控制设计的手册。5.3.2条讲的是车辆信号切换和清空间隔,虽未直接说明是绿灯间隔时间,但两者意义相差不大。车辆相位切换和清空间隔的目的是在两个相互冲突的相位之间提供安全过渡。它是由黄灯间隔和可选的红灯间隔信号组成。黄灯信号的目的是警告驾驶员路权分配即将发生改变,红灯间隔信号用于在冲突车流收到绿灯信号之前提供额外的安全间隔时间。这种说法是将绿灯间隔时间分为黄灯时间和全红时间两个部分。

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    将yellow change简单翻译为黄灯的黄色变化间隔的持续时间,通常基于驾驶员感知反应时间以及安全停车或安全通过交叉路口所需的时间。每个州的《统一车辆法规》将直接影响黄灯间隔时间,因为它决定是采用允许或者是限制黄灯法规。允许指的是驾驶员在整个黄灯间隔期间都可以进入交叉口,可以在红灯期间离开交叉路口,根据允许的黄灯法律,因车辆在整个黄灯时间都可以进入交叉口,所以必须设置全红间隔作为控制参数,以确保路权在交叉路口的安全转换。也可以采用限制黄灯,一种是,车辆在信号指示为黄灯时不得进入交叉口,除非车辆可以在黄灯结束前清空交叉口,这意味着黄灯持续时间应该足够长,以便让司机在确定无法安全停车时获得清空交叉路口所需的时间。另一种是车辆不得进入交叉路口,除非无法安全停车。在限制性黄灯法规条件下,全红间隔的设置是可选的,应该采用工程师的专业判断。因驾驶员在进入交叉口前无法判断能否在时间内离开交叉口,所以这种说法有非常大的不确定性。

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    美国对于黄灯的说明和解释各个州都有所不同。黄灯在美国STM中本身就留有很大的不确定性。

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    红灯清空间隔,也有地方称为全红间隔,指的是黄灯结束后的时间阶段,在下一个相位显示绿灯前,该相位显示红色信号。此时间间隔的目的是为在黄灯期间进入交叉口的车辆留出时间,在下一相位之前清空交叉口,且这里“全红”的说法并不恰当,因为红灯仅显示于单个相位,而不是所有相位。对于“红灯仅显示于单个相位,而不是所有相位”一般较难理解。

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    不同的人对阶段的定义有所不同,由上图我个人觉得“红灯仅显示于单个相位,而不是所有相位”是有一定道理的,对于这个说法大家可以有自己的分析和考虑。在STM中关于phase的定义不是很明确。

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    关于这一部分也可以讨论MUTCD中的相关说法。MUTCD提供黄灯和红灯清空间隔的应用和时间长度的指导。建议根据具体交叉口条件(比如接近速度和交叉口的宽度)预先确定间隔时间。MUTCD建议黄灯时间应持续约3~6秒,较长的时间用于速度较高的交叉口。且建议红灯清空时间不应该超过6秒。这个范围总体上方向是对的,但还不够明确。在MUTCD《城市交通监控》最近进行的一项调查中显示,工程师一般使用标准红灯清空间隔的时间约为0.5~2秒。

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    此外,在STM中还有一个具体的计算绿灯间隔时间的公式。从算式中可以清楚看到全红时间与交叉口的宽度相关。从算式来说就是要考虑整个交叉口的宽度,包括对向进口道的人行横道,不考虑进入方向头车需要的时间。

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    接下来介绍德国关于绿灯间隔时间的定义,主要参考的是德国的信号控制规范。

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    德国关于绿灯间隔时间的定义是比较明确的。如图交叉口,有两股相冲突的车流,首先是车流1获得绿灯,绿灯结束后车流2获得绿灯,在这种情况下,绿灯间隔时间是相互冲突的一股交通流的绿灯结束时刻和下一股交通流的绿灯开始时刻之间的时间间隔。计算公式为:Tz=Tu+Tr-Tc, Tu指的是过渡时间,Tr为清空时间,Tc是驶入时间。车流1通过冲突点,冲突点在车流1的车尾,这时距离的参考点为停车线到冲突点这个长度和下一个相位交通流2从它的车头到冲突点的这个长度。这里的说法与美国有所不同,美国说的是上一个相位的车辆最后一个车辆从停车线一直到清空至车尾驶过人行过街横道,下一个相位的绿灯才能开始。相较而言,美国对于绿灯间隔时间的定义有更多的富余,而德国的计算量更加精细,没有一丝模糊空间。规范里提到,过渡时间包括直行车流3秒,转弯车流2秒,这个时间指的并不是黄灯时间。在美国过渡时间就是黄灯时间,而德国却不一样。这个取值是与速度相关的。德国专家认为黄灯时间不管为3秒,4秒或者5秒,它计算的基点是在于黄灯的第3秒还会有直行车辆通过。这里是有一定漏洞。关于清空时间最重要的有两点,一是它的长度,除了停车线到冲突点的位置之外,机动车为6米,有轨电车为15米。二是它的清空速度,直行速度为10米每秒,转弯速度为7米每秒。这都是按规范规定的。驶入时间等于驶入距离除以驶入速度,驶入速度按40千米每小时计算。德国规范规定信号控制交叉口的限速不得高于70千米每小时,高于70千米每小时时不能设置信号灯。不管限速为多少,相关的速度还是按照规范来选取。

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    德国规范中具体关于绿灯间隔时间中黄灯的问题,将会在第4期“城市道路交通信号控制技术与应用培训班”中有详细介绍。

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    再介绍一些关于绿灯间隔时间的计算。德国规范中说到,需要计算所有冲突交通流之间绿灯间隔时间的组合情况。因此首先必须理清交叉口所有交通流冲突点。通过交通的渠化和组织,将交叉口从比较无序的情况整治为较为有序的情况。在有序的情况下,依旧会存在一些冲突点,要理清这些交通流冲突点,并且计算各个冲突点两个冲突流之间的绿灯间隔时间。

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    这个案例是北京的一个交叉口,当时对交叉口进行了一些渠化设计,右边是当时交叉口的一些图片。

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    该交叉口设计采用10个机动车信号灯组,4个非机动车灯组,6个行人灯组,总共20个灯组进行控制,需要计算出每一对有冲突交通流的信号灯组之间的最小绿灯间隔时间。

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    在此基础上要画出所有机动车的流线,不同方向车流进入不同车道都需要画出它的流向,不同的轨迹会形成不同的冲突点。如右图,西进口的车辆,它进入左侧车道有三个冲突点,进入右侧车道也有三个冲突点,总共有6个冲突点,对每个冲突点都需按照该算式计算最小绿灯间隔时间,然后取6个值中的最大值作为该灯组间的最小绿灯间隔时间,该过程中需要采用小数点的进位法,例如5.1秒也需记为6秒。德国信号控制规范的要求是采用进位法而不是四舍五入的方法。

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    在进行所有计算之后,会形成一个绿灯间隔时间矩阵表,作为信号控制的基础。在此基础上才能进行后面的工作。

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    绿灯间隔时间矩阵表认为是信号控制设计和运行过程当中必须遵守的最小绿灯间隔时间值。小于这个值时,则被认为是侵犯了交通安全。除特殊情况外,一般情况下会严格按照该表数值进行控制。如果因为计算错误导致交叉口碰撞事故,那么责任工程师、项目经理和设计公司需要承担法律责任,因此计算文件必须保留至少20年。

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    在此引用北京的一个案例来说明绿灯间隔时间的计算过程。

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    不论是定时控制还是感应式控制,都需要先做一个基本的定时信号控制方案。该案例共分为4个相位,相位1和相位2之间叫做相位的过渡,因为每一个灯和任何一个其他灯之间的绿灯间隔时间都是独立计算的,所以相位绿灯时间的开启和关闭。可能会存在相差一两秒的情况。所以相位间的间隔时间比较复杂,难以用黄灯时间加上全红时间来形容,所以用德国的绿灯间隔时间的概念来做信号设计,会相对比较复杂。这里的绿灯间隔时间是相位的间隔。

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    相位过渡须有如右图所示的这种独立的表,这种表须经过设计计算并存入信号控制机,在每一个相位切换的过程必须严格按照此过渡过程来执行。绝不能侵犯前面所说的表中最小绿灯时间的最小值。

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    定时式信号控制相对简单,但感应式信号控制则会比较复杂。感应式信号控制的切换顺序并不是固定,它是根据检测器的具体检测结果来决定走向,其相位的走向是动态的,由此它的相位间隔时间表就更为重要。这个表必须经过严格的计算,任何基于德国信号控制规范的设计软件,例如Lisa,都会支持这个过渡过程的计算。

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    在2015年发布的安徽省信号控制设计规范当中也有一些对于这些思想的体现。对机动车黄灯的有一些说法和要求。例如若采用非机动车专用信号,则黄灯过渡信号时间可为2秒。建议采用红色加黄色的灯;行人过渡信号应采用红闪,而不是现在的绿闪等等。

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    在此规范中关于绿灯间隔时间的取值提出了一种查表法,区分了不同的清空和进入的情况。如机动车清空机动车进入、机动车清空非机动车进入、非机动车清空机动车进入、非机动车清空非机动车进入,分为这4种不同情况来进行查表。

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    如何进行查表呢?规范中对后三种情况进行了比较计算,以一个经典的交叉口为例,将关键的关系对按照1秒的全红时间来计算,计算结果如图。(验算结果1)

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    验算结果2

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    验算结果3

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    规范中给出了一个表格,可按照不同的清空与进入情况,在一个带标识的设计图上丈量清空距离与进入距离的差值,将这个差值按照不同的范围进行估算,之后大概可以用查表的方法来找出全红时间。绿灯间隔时间则是一个过渡时间加上全红时间。

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    最后是一个不按这种计算方法计算的案例,交叉口较大,车流较少,若在信号控制设计过程中没有设置非机动车的专用信号灯,则这种情况对非机动车非常危险。图中信号灯即将从红灯转换成绿灯,后面已经有一辆大巴车离开停止线,他看到红黄灯变为绿灯,可能就不会踩刹车,而是直接进入交叉口,他没有违反交通规则,是按照限速的规定来行驶的。但此时右边有一辆非机动车,这时信号灯处于黄灯时间,此非机动车有很大可能是在黄灯后期进入交叉口。

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    途中大巴车还未到达停车线,而非机动车已经驶入交叉口中线,非机动车驶入交叉口也并未违反交通规则。在进行信号灯的设计时应该考虑到非机动车的清空和机动车进入的情况。但在20年前中国的城市道路交叉口信号设计中根本不会考虑到非机动车的清空和机动车的进入。

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    由此可能会导致非机动车的通行时间路权不足,如图。

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    甚至导致交通事故。

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    从这个案例可以看出,绿灯间隔时间是关乎道路交通信号控制安全的一个极其重要的参数。

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    我的汇报到此结束,谢谢大家!

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    答疑部分

    问题:

    1、交叉口中心的小型十字形起到什么作用?

    答:是对通过交叉口冲突区域的交通流进行导向和引导。通过交叉口的交通流有不同的方向,各个方向的车流都需要引导,不能只引导一个方向,当两条道路等级相差不大时,需要对两个方向的车流同时进行引导,需要画两个方向的车辆引导边线,若边线无序则会导致交叉口混乱。采用十字形导向,既可以明确引导此方向的车流通行,也不会很干扰另一个方向驾驶员的视觉。

    2、国内哪些路口有使用这些十字形标线,有实例可以看一看吗?

           答:例如刚刚的五角场案例(上海市)。要对岛内行驶车流有明确导向,也可明确引导进岛方向车流,则可采用十字形的标线。当东西、南北两个方向90度交叉时是十字形,如果在不规则的情况下,它也可能是X形。上海浦东的一个环岛也有这样的画线等等,但这种画线用得不多。

    3、如何去定义人行横道的长度?如果为一块板,则是两个机动车道路缘石之间距离,但

    有的道路是三块板,这种情况要如何算?这种情况下它可能包括了非机动车道,还需设置行人安全岛吗?

    答:规范中明确的一点说的是,这个16米指的是人行横跨机动车道超过16米就要设置人行过街安全岛,是不包括非机动车道的,是按机动车道的边线来丈量的。

    4、如果左转非机动车需要二次过街,那信号灯、交通标志要怎么设置和引导?

           答:这个问题涉及信号灯放置的位置及标志的设置,是一个具体的设计问题。光讲设置原则比较简单,但具体怎么设置其实是一个非常细致的问题。从原则上讲,首先要分离左转和直行的非机动车,要分离他们的停车空间。其次要设置明确的标识使左转非机动车驾驶人在进口道就能清楚看到非机动车的行驶流线和停车等待区域。当然,信号灯要设置在合适的、不容易引起误解的地方,能使左转非机动车驾驶人明确看到。从原则上讲大致如此,但具体如何设置需要考虑交叉口的空间关系和空间结构、地上的标志标线、彩色的铺装等等来进行引导。具体设置要考虑具体的情况。

    5、当行人、非机动车比较多的时候,过街安全岛空间不够该怎么办?有没有安全性的问题?

    答:行人和非机动车很多,可能指的是他在过街的一个时段里,例如在一个周期时间内、红灯时间内或允许他到达三角岛的这一段时间内会来很多人。在这里的一个决定性因素是周期时间。如果将周期时间减半,那么行人和非机动车的数量也将会减半。所以要减少行人和非机动车在安全岛的空间,首先可以在设计时将空间尽量做大一些,但由于交叉口的空间总是有限的,但空间过大也不一定是好事情,当空间较大时,交叉口面积会变大,交叉口的转弯半径也会变大,会引起另外的问题。由此可以将信号周期尽量减小,例如减小至一半,此时再去考察交叉口安全岛的面积是否足够。实质上就是将信号配时与安全岛的设计结合起来。

    6、左转车辆借用直行道,右转车辆借用人行道的缺点?

    答:通常来说左转借道是一个非常规的做法,从个人角度而言这是一个在非常情况下不得已而为之的做法,但若将它作为一个普遍做法是不可取的,是违背交通基本原则的,是突破城市道路交通运行底线的。这样做的好处是可以提高相应的通行能力,让左转车流在左转相位内能够多一条运行车道,但是它会使机动车在一个运行周期内切换它的运行方向,这十分危险,可能会导致交通事故的发生。由此,在无法保证安全的情况下,采用借道左转的措施是非常危险的。右转借道则会导致人行空间缩窄,这不是一个以人为本的做法。这是为机动车腾空间,而压缩行人过街。如果人行道的宽度十分宽则借道也未免不行,若是人行道已经十分窄再借道则需考虑它的利弊,要考虑将利弊的平衡点放在哪里,是考虑人还是考虑车?

    7、一般非机动车、行人二次过街周期比较长,缩短比较困难,有无其他办法?且由于中小城市慢行交通分担率的问题,非机动车二次过街基本上都用在比较大的交叉口。

           答:为何非机动车过街要与机动车的主线车流合在一起?在常规的城市建设规划中,非机动车是跟随机动车运行的,两者都是主干道,这样会导致在机动车流很大的交叉口,所以非机动车流也会很大,将两者的需求叠加在一起了,这应该是在交通规划中需要避免的问题。也就是说在规划设计阶段,为何不考虑将非机动车的流线、路径规划在非主干道或者次干道上,不应该将非机动车的主要流线跟机动车的主要流线合并起来,而是应该尽量的分开。在城市道路规划时,应该将非机动车道放置在机动车道边上,甚至是独立规划非机动车的通道,从而使非机动车能与机动车的主干道分离。

    8、关于城市右转车流不受控制的问题。

           答:路口机动车信号红灯且横向行人过街快要绿灯时,如何解决此时机动车右转与横向行人过街的冲突问题?

    9、报告中所提的全红的清空时间大概为6秒左右,但在实际中例如上海市的很多地方,全红时间甚至达到20秒,从您的视角来看,是否上海市的设计过于保守?

           答:如果存在这种现象的话,也可能是一种非常极端的情况。如果设置10秒,则要考虑这种设置是否有必要。因为每个交叉口都不一样,甚至有畸形交叉口,如果清空的距离和进入距离差别很大时,10秒的全红时间也是有可能的。

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    宣讲人:李克平 教授

    整理人:罗莹  陈莹 杜志刚 秦小琳

    来源:守护交安天长地久

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