一种提高平面交叉路口通行效率的方法.pdf

本发明属于交通领域，用于提高平面交叉路口通行效率。交叉路口需要四个相位来避免交通流的冲突，相位切换时有起步延时，为了降低影响，又要延长相位周期，导致服务水平降低。本发明依靠道路标线和红绿灯的调整，在交叉路口的入口内设置跨过对向车道的左转弯导流车道和公交左转导流车道，并增加停车线和信号灯，通过信号灯的控制，使两个相对方向车流无冲突运动一段时间。最终达成如下效果：将四个相位压缩至两个主直行相位，左转相位压缩至直行相位内；提升各交通流的绿信比，两个直行相位绿信比均接近50%，左转相位绿信比达25%至30%；缩短周期而不影响效率，减少等待时间；提供公交优先通道，方便公交车左转。

1.  一种提高平面交叉路口通行效率的方法的特征是在普通路口信号灯控制的平面交叉路口入口内一定距离设置左转弯导流车道和公交左转导流车道。

2.  左转弯导流车道的特征在于该车道跨过对向车道，延伸至对向车道左侧并在其左侧留有一定长度的车道；其特征还在于在跨过对向车道前有一条停止线，并有一组前置左转信号灯控制左转弯车辆能否越过该线；其特征还在于停止线延伸到旁边直行右转分流车道上，并有一组前置直行右转信号灯控制直行和右转弯车辆能否越过该线。

3.  公交左转弯导流车道的特征在于该车道为公交专用车道或其他在直行车道右侧的车道而设置，且该车道跨过直行车道和对向车道，延伸至对向车道左侧并与权利2所述左转弯导流车道合并；其特征还在于在跨过直行车道前有一条停止线，并有一组前置公交信号灯控制车辆能否越过该线；其特征还在于公交车左转导流车道停止线应超前于权利2所述停止线一定距离。

4.  权利2, 权利3所述的前置左转, 前置直行右转, 前置公交信号灯与权利1所述的普通信号灯联动，控制公交车优先占据左转直行右转的位置，控制左转与直行右转车利用等待时间分流到道路两侧，避免在同一时间运动的左转车与对向直行车的冲突。

一种提高平面交叉路口通行效率的方法
技术领域
本发明属交通领域，用于改善平面交叉路口通行效率。
背景技术
城市道路是高密度的网状结构，一般每隔三四百米就有重要道路的交叉路口。道路交叉口分平面交叉、环形交叉和立体交叉。立交的交叉路口由于占地面积大、成本高昂、不适合行人与非机动车等缺点，难以在市内道路中大量应用；而环形交叉在交通流量大时很容易堵塞，也不适合大量应用。目前主要是平面交叉路口，特别是平面型十字交叉路口和T型交叉路口。
平面十字交叉路口每个方向的入口车流有直行、左转、右转、掉头四种情况，四个方向共有16种车流，每个方向还有行人流及非机动车流。为了对冲突交通流进行优化分配，避免车流、人流交叉，需要通过信号系统（俗称红绿灯）控制各个方向机动车、非机动车、行人分时占用路口。红绿灯有很多种相位组合方式，科学证明对于平面十字交叉路口，必须要四个相位才可以将车流完全分开，比如对于两条主路交叉的路口，可以采用东西直行，东西左转，南北直行，南北左转四个相位来分开。
由于平面交叉路口必须分时使用, 使其成为城市交通的主要瓶颈。而且在相位切换时车辆起步会有较长延时，加重了路口的负担。根据统计一辆车从起步到通过40米路口花费8-10秒钟,而车辆若按10米/秒(36公里时速) 通过40米路口只要4秒，因此可以说每个相位切换时车辆起步造成约4-6秒钟延时,四个相位共有16-24秒钟左右延时。
对于城市交通系统而言，提升公交系统的效率是非常重要的环节。例如很多地方在道路右侧设置了公交专用车道用于公交的通行。这样便于公交车靠站上下客，但是公交车左转时要从最右侧的公交专用车道横穿直行车道再进入左转车道，这样公交车左转很困难，对直行车道的干扰也很大。
人们采用很多办法包括空间和时间上的调整来来改善路口的效率，如展宽交叉口来提高通过量；建立“左转弯待转区”来提高左转效率；通过加大周期，降低起步延时的影响，比如总周期为60秒, 则有1/3时间被浪费, 如果周期延长为120秒, 则只有1/6时间被浪费。以上措施提高了路口通过机动车的能力，但是也有局限性，甚至带来了新问题，比如展宽交叉口会加大行人横道的长度；延长相位时间会加长车辆和行人的等待时间等，这些都会都会恶化行人过马路的情况等，有严重的副作用。
发明内容
本发明试图在不改变道路本身，依靠道路标线和红绿灯的调整，达成如下的效果：
将四个相位压缩至两个主直行相位，而将左转相位压缩至直行相位内；提升各方向交通流所占的绿信比，使关键的两个直行相位绿信比均接近50%，而在一个直行相位占用的50%中, 其嵌入的左转相位绿信比可达25%至30%, 剩下为行人通行时间；缩短周期至60秒（无人行横道）或80秒（有人行横道）而不影响通过效率，缩短车辆和行人等待时间；提供公交优先通道， 特别是为公交车左转提供优先通道。
道路标线及信号灯设计如图1。四个方向的路口是一样的，下面以南向路口为例说明。
在路口入口一定距离（百米左右）设置一条停止线，称为前置停止线（16）。在前置停止线之后，分别是前置左转分流车道 (17)，前置直行右转分流车道(18)。在前置停止线之前，设置左转弯分流车道（15）、直行分流车道（14）和 直行右转分流车道（13）。左转分流车道跨过出口车道（23）在其左侧延伸一段距离，称为左侧左转分流车道（25），左转分流车道前方为左转停止线(22)，然后是左转导向线（21）；直行右转分流车道前方再分为直行分流车道（8）与右转分流车道（9）， 然后是停止线( 4)，右转分流车道前方为右转导向线（3）。
为了实现公交优先，公交专用车道（19）在前置停止线一定距离后（约30米左右）再设置公交停止线（11）。公交停止线之后的区域为公交左转待驶区（12），公交停止线之前为公交左转分流车道（10），跨过直行分流车道、出口车道然后并入左侧的左转分流车道。
左转分流车道与出口车道之间交叉点称为第一交叉点（26）。 公交左转分流车道与直行分流车道交叉点称为第二交叉点（10），与出口车道的交叉点称第三交叉点（24）。
     每个方向路口内设置三组前置红绿灯，在南向称为SL0（5）,SS0（6）,SG0（7）在北、西、东方向则分别以N、W、E做前缀, 称为NL0，NS0，NG0，WL0，WS0，WG0，EL0，ES0，EG0等)，分别控制前置左转分流车道(17), 前置直行右转分流车道（18）和公交待驶区（12）的车辆。每个方向路口对面为常规配置的直行（1）、右转红绿灯（2）（在南向称为SS,SR, 在北、西、东方向则分别以N、W、E做前缀, 称为NS，NR，WS，WR，ES，ER），分别控制直行分流车道、右转分流车道。 由于左转分流车道移到左侧，左转红绿灯（20）（在南向称为SL, 在北、西、东方向NL、WL、EL）移到左转分流车道对面，便于该车道司机看到。
路口各方向车流人流的状态由各方向路口内的前置红绿灯和路口对面常规红绿灯控制，信号灯采用的相位时序如图2。通过信号灯控制，可以将相位分为相位1（T0-T1）至相位10（T9-T10）。其中又可以某些相位合起来，如将T2-T7称为南北直行相位，将T2-T4称为南北左转相位，T7-下周期T2称为东西直行相位，将T7-T9称为东西左转相位。在南北相位前，可以利用东西相位的后半段时间（T0-T2），在不影响东西直行的情况下，将南北向左转车和直行、右转车分流到道路两侧，这样在南北相位开始时，南北向直行、左转、右转、掉头车可以无冲突运动一段时间（T2-T4）。对于南向路口，可以在北向直行车到达第一交叉点前停止南向左转车进入第一交叉点，避免左转车与直行车冲突。南向左转公交车在T0时刻起步，在T2时刻停止越过公交停止线，避免与南向直行车在第二交叉点冲突和北向直行车在第三交叉点冲突。由于普通车在T1时刻才起步且其位置落后于公交车，公交车得到优先权。
附图说明
图1为道路标线及信号灯设计
图2为信号时序图
图3为初始状态图
图4为相位1状态图
图5为相位2状态图
图6为相位3状态图
图7为相位4状态图
图8为相位5状态图
图9为相位6状态图
图10为相位7状态图
图11为相位8状态图
图12为相位9状态图
图13为相位10状态图
具体实施方式
路口各方向车流人流的状态由各方向路口内的前置信号灯和路口对面常规信号灯控制。下面我们以80秒为周期，根据信号灯相位时序图说明路口各方向车流及人流的状态。（以西、南方向的车流人流说明， 东、北方向的车流人流是与西、南方向对称，下面不作说明）。初始状态西、南方向的车流人流如图3。其中WL0为红灯，西向左转和掉头车流在前置停止线前等待；WS0为红灯，西向直行和右转车停止越过前置停止线；WG0为红灯，西向公交左转车流在公交停止线前等待；WL为红灯，西向左转车在左转停止线前等待（实际等待的车极少）；WR为为红灯，西向右转车变道至右转分流车道等待；WS为绿灯，直行车通过路口； WP为红灯，行人在西向路口等待；SP为红灯，南向路口应停止下路，已下路行人应快速通过；SR为红灯，南向路口右转车在停止线等待；SS为红灯，南向路口直行车在停止线等待（一般无等待车辆）；SL为红灯，南向路口左转车在左转停止线等待（一般无等待车辆）；SG0,  SS0为红灯，南向路口公交车在公交停止线等待；SS0为红灯，南向路口直行和右转车在前置停止线等待；SL0为红灯，南向路口左转车在前置停止线等待。
2．相位1（0-5秒）
     该相位为南北向公交优先和东西向直行右转预截止相位。SG0，NG0红灯变绿灯，南北向公交车优先从公交专用车道起步至左转弯分流车道、直行分流车道、右转弯分流车道。WS0,ES0绿灯变红灯，东西向直行右转车停止越过前置停止线，为东西向公交左转留出空间。
3．相位2（5-10秒）
   该相位为南北向预备相位。在这个相位，南北向车提前分流，进入各自车道。其中SL0，NL0红灯变绿灯，南向掉头车从前置左转分流车道掉头，南北向左转车起步越过对向车道进入左侧左转分流车道，由于东西向的左、右转弯车已在上周期70秒时停止，经过15秒后不会在对向车道影响左转车； SS0 ，NS0红灯变绿灯，南北向直行和右转车起步进入直行右转分流车道，由于刚起步，该部分还不会影响左转公交车。
4．相位3（10-20秒）
    该相位为南北向主相位。SL，SS，SR，NL，NS，NR红灯变绿灯，南北向车越过路口停止线按车道进入路口。WS，ES绿灯变红灯，东西向车禁止进入路口。由于东西向直行车已提前在0秒时被红灯阻止在前置停止线，其尾流（按50KM时速）经过10秒时间已基本通过路口，不影响南北向车辆的通行。直行、右转车在5秒时起步，经过5秒时间接近第二交叉口。NG0，SG0绿灯变红灯，南北向左转公交车应停止越过公交停止线，避免与直行右转分流线的车流在第二交叉口冲突。南北向直行和右转公交车可以绕过左转公交车继续前进。为了避免左转公交车在停止区溢出，应设置足够长度（如一般情况下20米以上能停两台公交车）。
5．相位4（20-30秒）
该相位为南北向左转预截止相位。SL0，NL0（前置左转信号灯）绿灯变红灯，南北向左转和掉头车禁止越过前置停止线，以避免与对向直行车在第一交叉口冲突。（假设路口宽度40米，第一交叉口至路口距离80米，则对向停止线至第一交叉口距离为120米，对向直行车在10秒越过停止线，假设起步阶段平均时速36KM，10秒钟时间运行距离100米，因此离第一交叉口还有20米的安全距离）。
6．相位5（30-40秒）
   该相位为南北向左、右转车截止相位。WP，EP红灯变绿灯，东西向行人开始过人行横道，SL，NL，SR，NR绿灯变红灯，南北向左、右转车禁止越过停止线，左、右转车尾流应快速通过，以避免与东西向行人冲突。SL0，NL0（前置左转信号灯）在20秒时变为红灯，左转分流车道应在20-30秒的10秒时间内被清空，基本没有车辆被阻止在左转停止线前。前置直行右转信号灯SS0为绿灯（持续至45秒时，共15秒时间），可能持续有车辆进入右转分流车道，必须设置足够右转分流车道长度保障不发生溢出（设置70米长度可以停留10辆小车左右，），如果确实经常发生溢出，可以用非机动车道分流。
7．相位6（40-45秒）
      该相位为东西向公交优先相位和南北向直行右转预截止相位。WG0，EG0红灯变绿灯，东西向公交车优先从公交专用车道起步左转弯分流车道、直行分流车道、右转弯分流车道。SS0，NS0绿灯变红灯，南北向直行、右转车停止越过前置停止线，为公交左转等留出空间。
 8．相位7（45-50秒）
      该相位为东西向预备相位。在这个相位，东西向车提前分流，进入各自车道。其中WL0，EL0红灯变绿灯，东西向掉头车从前置左转分流车道掉头，东西向左转车起步越过对向车道进入左侧左转分流车道，由于南北向的左、右转弯车已在40秒时停止，不会在对向车道影响左转车； WS0，ES0红灯变绿灯，东西向直行和右转车起步进入直行右转分流车道，不会影响左转公交车。
9．相位8（50-60秒）
该相位为东西向主相位。WL，WR，WS，EL，ER，ES红灯变绿灯，东西向车越过路口停止线按车道进入路口。SS，NS绿灯变红灯，南北向车禁止进入路口。由于南北向直行车已提前在40秒时被红灯阻止在前置停止线，其尾流（按50KM时速）经过10秒时间已基本通过路口，不影响东西向车辆的通行。WG0绿灯变红灯，左转公交车应在50秒时停止越过公交停止线，这是由于直行、右转车在45秒时起步，经过5秒时间接近第二交叉口，左转公交车必须避免与直行右转分流线的车流在第二交叉口冲突。直行和右转公交车可以绕过左转公交车继续前进。为了避免左转公交车在停止区溢出，应设置足够长度（如一般情况下20米以上能停两台公交车）。
10．相位9（60-70秒）
该相位为东西向左转预截止相位。WL0、EL0绿灯变红灯，东西向左转、掉头车禁止越过前置停止线，以避免与对向直行车在第一交叉口冲突，理由同相位4的说明。
11．相位10（70-80秒）
   该相位为东西向左、右转截止相位。WL，WR东西向左、右转车禁止越过停止线，以避免与南北向行人冲突。SP，NP红灯变绿灯， 南北向行人开始过人行横道。由于WL0已在60秒时变为红灯，左转分流车道应在10秒时间内被清空，基本没有车辆被阻止在左转停止线前。前置直行、右转信号灯WS0为绿灯，持续至T1（5秒）共15秒时间，可能持续有车辆进入右转分流车道，必须设置足够右转分流车道长度保障不发生溢出（设置70米长度可以停留10辆小车左右，），如果确实经常发生溢出，可以用非机动车道分流。
  从上述描述可以总结如下：1．  周期被控制在80秒；2．公交优先得到充分保证， 且左转公交车也能容易变道通过。南北向公交车0秒时从公交停止线起步，优先占据左转、直行的位置，10秒时可以优先越过停止线； 东西向公交车40秒时从公交停止线起步，优先占据了左转、直行的位置，50秒时可以优先越过停止线；3．直行车的通行时间为40秒，最长等待时间为40秒，绿信比接近50%。南北向公交直行车0秒时从公交停止线起步，普通直行车5秒时从前置停止线起步，10秒时公交直行车和普通直行车越过停止线，到45秒时停止过前置停止线，50秒时停止过停止线，前10秒为路口内预备时间，用于消除起步延时，10-50秒共有40秒时间为有效通过时间，绿信比接近50%。同理东西向公交车40秒时从公交停止线起步，直行车45秒时从前置停止线起步，下周期10秒时停止过停止线，有效通行时间也为40秒，绿信比接近50%；4．左转车的通行时间为20秒，最长等待时间为60秒，绿信比接近25%。南北向公交左转车0秒时从公交停止线起步，普通左转车5秒时从前置停止线起步，10秒时公交左转车和普通左转车可以顺次越过停止线，到30秒时停止越过左转停止线，南北向左转总有效通行时间为10-30秒共20秒，达到总周期的25%左右。同理东西向公交左转车40秒时从公交停止线起步，普通左转车45秒时从前置停止线起步,50秒时公交左转车和普通左转车可以顺次越过停止线，到70秒时停止越过左转停止线，东西向左转总有效通行时间为50-70秒(共20秒)，达到总周期的25%左右；5．右转车的绿信比接近25%。本方案中为了避免右转车和另外方向左转车冲突以及避免右转车和另外方向行人冲突，将右转信号控制设置为与左转一致，绿信比接近25%。如果条件允许，也可以将右转车道移到非机动车道，不设置红绿灯信号控制； 6．人行横道通行时间为20秒，等待时间最长为60秒。本方案中，东西向行人在相位5，6，7过人行横道，通行时间为20秒；南北向行人在相位10，1，2过人行横道，通行时间为20秒。行人等待时间为60秒左右。