交通信号灯的双重设置方法及双重交通信号灯装置 本发明涉及一种交通信号灯的双重设置方法，以及实现这种方法所使用的双重交通信号灯装置。
为了车辆和行人顺利、安全、迅速的通过交叉路口，一百多年前人们就发明了红绿信号灯指挥交通，此法逐渐成为世界各国通用的一种交通法规。目前，道路交通指挥方面的红黄绿信号灯主要安置在交叉路口和行人过街横道，它们都设置在交叉路口或过街路边。随着我国社会和经济的发展，机动车、非机动车和行人的数量迅速增加，许多大中城市主要道路上的交通压力已经不堪负荷，致使交通阻塞频频发生，并有越演越烈之势，而平面交叉路口处车辆的通过能力弱，往往是交通阻塞的瓶颈，尤其是当交通流量高峰时(如上下班时间)。现有道路状况短时间内难以得到改造，如何提高平面交叉路口的交通放行能力，是交通管理部门亟待解决的问题。现在，在城市里的交通流量较大的平面交叉路口都设立了分车道线和红绿方向信号指挥灯，但是当需要直行、左转或右转的车辆在交叉路口地停止线内排队，并按照红绿方向信号灯的指挥，依次、分别通过交叉路口时，这时真正可用的行车路幅被压缩了，例如原有的三车道的路幅，在直行车辆通过交叉路口时，只有中间一条直行车道是开放的，左转或右转方向的车辆处于不动的等待状态，它们白白占据了两条车道；当左转车辆通过交叉路口时，只有左边一条左转车道是开放的，直行或右转方向的车辆处于不动的等待状态，它们也白白占据了两条车道。因此，为了使交叉路口车辆尽速通过，应该尽量开放更多的车道(即路幅)，车道开放越多，同一时间通过路口的车辆就越多。有效的办法是：在任一方向信号灯开放的有限时间内，应设法让所有该方向的车辆占据尽可能多的车道。同时，还要尽量避免让机动车从起步状态通过交叉路口，因为从起步状态通过比在行驶状态通过的车辆要少一倍以上。
本发明的任务是针对如上问题，提供一种交通信号灯的双重设置方法，以及实现这种方法所使用的双重交通信号灯装置。它在现有道路条件下，不仅能开放尽量多的车道(即路幅)，并能尽量避免机动车从起步状态通过交叉路口，从而大大提高交叉路口的交通放行能力，在交通流量的高峰期其效果尤其明显。是一种投资少、实施简便、立竿见影的缓解城市交通高峰压力的技术方案。
本发明的技术方案如下：平面交叉路口交通信号灯的双重设置方法：在道路交叉路口原有的交通信号灯之外，再增加设置一组信号灯，具体方法是：在每一组原信号灯后方的一定距离处设置第二组信号灯，第二组信号灯中各灯开启与熄灭的时间，均比第一组提前，时间差由控制电路控制。这里所采用的信号灯最好是标有放行方向的信号灯，至少是第二组信号灯采用标有放行方向的信号灯。所说的第二组信号灯，可以设置在交叉路口所有的道路上，也可以只设置在其中的一条、两条或几条道路上，例如在十字路口的四条道路上全部采用双重设置；或丁字路口只在其中一条主要路口上采用双重设置。这里所说的“第一组”“第二组”是以交叉路口为中心向四周延伸叙述的；车辆行进时是先到达第二组，后到达第一组。设置了第二组信号灯后，可以采用以下方案来提高车辆通过率：例如：第二组信号灯管辖的各车道实行分道管理，准备驶向不同方向的车辆分别进入不同的车道；而两组信号灯之间的各车道则放宽限制，甚至可以设置为通用车道：是第二组信号灯放行的车辆，增加了可选用的车道数量，可提高通过能力。又如：当第二组信号灯同时放行两个方向的车辆时，可由这两个方向的车辆分享各车道，而消除路口总要有空余车道的现象。这样既可以增加车道的使用效率，又可以提高车辆的通过速度。所说的两组信号灯之间的“一定距离”，是指车辆变道所需要的距离，即：从第二组信号灯处出发的某一车道内的所有车辆，在向第一组信号灯行驶的过程中，分别驶向其他车道，即分散占据更多车道或所有车道所需要的距离。该距离的长短由该路口车道的数目、车辆的密度以及该处的时速限制等因素决定，一般为15米至60米。同样，两组信号灯开启与熄灭的“时间差”，也是由路口处的车道数目、车辆的流量、该地的时速限制等因素综合决定的。例如，可以在上述的“一定距离”确定以后，用这段距离除以车辆的时速，其结果即为时间的时间差；也可以用小型车辆从第二组信号灯处起步，加速到交叉路口处所需要的时间来确定时间差。同时，同一交叉路口中各道路两组信号灯的时间差可以一致、也可以不一致；同一道路两组信号灯中对应各车道的各灯的时间差可以一致、也可以不一致。实现这种方法的装置是双重交通信号灯装置，由设置在路口的交通信号指挥灯和信号灯控制电路组成，其特征是：设置有第二组信号灯装置，该装置包括第二组信号灯和第二组信号灯控制电路，该控制电路与第一组信号灯的控制电路连接，或者两组信号灯共用一个控制电路，至少在第二组信号灯控制电路采用逻辑数字电路。至少第二组信号灯应该是标有放行方向的信号指挥灯，并且最好是对应各车道的信号指挥灯，或是对应各行车方向的信号指挥灯。
本发明为提高平面交叉交叉路口的车辆通过能力提供了一种新的方法和装置，可以利用现有的交通法规、现有的交通指挥装置和利用现有的交叉路口的道路状况，明显地提高城市平面交叉路口的机动车放行能力至少50％以上。应用本方法和装置以后，各车道内等待绿灯的车辆可以在距离路口较远的地方(第二组信号灯处)分布在各个不同车道内等待，车辆在通过第二组信号灯以后，立刻增加通行车道的数量，可以大幅度提高交叉路口处以至整条路面的通过能力。同时，只要两组信号灯的时间差设计得合理，则所有车辆都是在第二组信号灯处起步，可以用较高的车速通过交叉路口(第一组信号灯处)，又从另一方面提高了车辆的通过能力。本技术方案能立竿见影的缓解城市交通高峰压力，它投资少、实施简便、市场应用前景广阔。
现结合附图与实施例作进一步说明。
图1为本发明工作原理图；
图2为实施例1的工作原理示意图；
图3为电原理图；
图4为实施例2示意图；
图5为实施例3示意图。
实施例1，参照图1：平面交叉路口1是十字路口，在路口处设置有红黄绿交通信号指挥灯2和信号灯控制电路6，信号灯控制电路6有连接导线4与信号灯2连接，信号灯控制电路6管理路口的信号灯2；红黄绿交通信号指挥灯2和信号灯控制电路6组成了现有的红黄绿交通信号指挥灯装置。本发明的特征是：设置有第二组红黄绿交通信号指挥灯装置，它是由第二组红黄绿交通信号指挥灯3和第二组信号灯控制电路7组成，第二组信号灯控制电路7有连接导线5与信号灯3连接，第二组信号灯控制电路7管理信号灯3的工作；由于信号灯2和信号灯3之间的红黄绿交通信号的开启、关闭必须是数字式、逻辑式的相互配合准确的协调动作，因此信号灯控制电路6和第二组信号灯控制电路7必须是一个相互关联的统一的整体设计电路，利用现有的已在使用的信号灯控制电路和各种相关的成熟的数字电路或单片机技术可以实现多种实用的双组红黄绿交通信号指挥灯装置的控制电路，这种双组信号灯控制电路要根据道路进入平行交叉路口的数目(如十字、T字等)、主要行车方向(直行、左转或右转)及车道的数目、人行横道信号灯的数目、倒计时数字钟的数目等具体情况设计。由于信号灯2和信号灯3之间的工作状态是数字式和逻辑式的，所以，第二组红黄绿交通信号指挥灯应该是红绿方向信号指挥灯，并且最好是对应各车道的车道红绿方向信号指挥灯，或是对应行车方向的红绿方向信号指挥灯(即标有直行或左转、右转方向的红绿灯)，只有这样才能实现本发明的任务。图2是本发明的使用说明：平面交叉十字路口1，其路口处设置的红黄绿交通信号指挥灯2通过连接导线4与信号灯控制电路6组成了现有的红黄绿交通信号指挥灯装置，在道路上设有行车标线，停止线9位于交叉路口处；第二组红黄绿交通信号指挥灯3通过连接导线5与信号灯控制电路7组成了第二组红黄绿交通信号指挥灯装置；在道路停止线9的后方，增设了有停止线10，这样，在停止线9和停止线10之间就形成了一个能够由第二组红黄绿交通信号指挥灯装置控制的(它控制着停止线10后方的车辆何时允许进入)区域8，区域8的长度一般为15米至60米，也可以根据交通指挥的具体情况设定。当平行十字交叉路口1的交通流量正常时，关闭第二组红黄绿交通信号指挥灯装置，只使用路口处的红黄绿交通信号指挥灯2；可是，在交通流量高峰时(如上下班时间)，即可将第二组红黄绿交通信号指挥灯装置投入使用：
①当信号灯2为全部红色时，信号灯3的直行方向绿色信号灯点亮，直行车辆随之进入区域8内的所有车道等待，即趁另外路口的车辆在通行的时间，直行车辆驶入区域8内所有车道做好过街的准备工作。
②当信号灯2为绿色时，已经等候在区域8内的所有车道上的直行车辆可以同时起步通过交叉路口1，这使过街的道路路幅被最大的使用。
③当需要关闭直行车辆通行、并开始左转弯方向车辆通行时，是将第二组信号灯3的直行方向红色信号灯点亮、和同时将左转弯方向绿色信号灯点亮，而信号灯2仍为绿色。这时的情况是，未进入区域8的直行车辆被关闭在停止线10的后方，已经进入区域8的直行车辆仍然可以通过交叉路口；而此时，左转弯方向车辆进入区域8，可能它的前方会有直行车辆，但不会妨碍它进入交叉路口1后的左转弯行驶，另外，由于左转弯方向车辆是在行驶状态中进入交叉路口1的，故单位时间里通过交叉路口的车辆比从起步状态通过交叉路口的多，同时，左转弯方向车辆在进入区域8后，如果前方的车辆是公共汽车等大车型，其后面的小型车(如小轿车)可以从旁边的车道超车通过交叉路口1左转弯，因为此时，区域8内的直行车辆已经放空，其车道空出。
④当需要关闭左转弯方向车辆通行时，是先将第二组信号灯3的左转弯方向红色信号灯点亮，等待数秒钟时间(使已经进入区域8内的左转弯车辆全部放空)，再将信号灯2的全部红色信号灯点亮。
⑤这时，交叉路口1的交通指挥回复至①的状态，以后循环往复。由于对右转弯方向车辆的交通指挥的难度较低，其可以参照应用的模式较多，故在此不加赘述。
通过以上的说明，可以发现：一、信号灯2和信号灯3之间有着逻辑关联性的是时间数字关系，如果一旦这种时间数字关系紊乱或丧失，本发明所述的双组交通信号指挥灯装置将无法使用。二、第二组红黄绿交通信号指挥灯装置不是整日24小时被开启工作的，只有在交通流量高峰时才被启用，因此，在信号灯控制电路7处必须设置定时电路或定时器，利用现有技术，它们无论是以硬件结构或是以单片机程序软件结构的形式都可以实现。本实施例的电路连接关系参照图3：它是实施例1(图1)的双组信号灯控制电路的电路图，该电路采用单片机和门电路技术。由于交叉路口的相对方向的信号灯的工作情况是相同的，所以用信号灯2和2’表示四个路口的四组信号灯共计36个信号灯(每组三个车道，每车道红黄绿三种颜色信号灯)，用信号灯3和3’表示四个路口的第二组信号灯共计36个信号灯(每组三个车道，每车道红黄绿三种颜色信号灯)；信号灯2和2’的开启、关闭是由以IC2(8051单片机)为主体的信号灯控制电路管理的，8051单片机的18个I/O端口输出电平信号至TTL集成电路芯片74LS04(六非门)，由74LS04驱动继电器J1～J9，从而达到对信号灯2和2’的开启、关闭的控制；第二组信号灯3和3’的工作状态是由以IC1为主体的信号灯控制电路管理的，即IC1的8051单片机的18个I/O端口输出电平信号至TTL集成电路芯片74LS04(六非门)，由74LS04驱动继电器J1～J9，从而达到对信号灯2和2’的开启、关闭的控制；因为信号灯2和2’和第二组信号灯3和3’开启、关闭动作必须是相互配合的数字式、逻辑式的准确的协调动作，同时由于第二组信号灯3和3’仅在交通流量高峰时(如上下班时间)才会被投入使用，而平时只有信号灯2和2’在工作，所以此双组信号灯控制电路采用了双单片机电路设计，外部时钟信号CP向IC1、IC2提供振荡脉冲源，使两个8051同步工作，通过两个单片机的并行通信(P1.0～P1.7)连接实现相互数据的传输；两个8051单片机都需要编程软件的支持，在同一设计的基础上，分别对两个8051单片机编程，使IC2可以单独的管理信号灯2和2’，但在与IC1同时工作时，实现双组信号灯控制电路的管理状态，这种设计有利于根据交叉路口各种不同的需要，互换不同的双组信号灯控制电路的管理软件，它便于维修和软件升级，却不影响正在工作中的信号灯2和2’。
实施例2，参照图4：它表示了双组信号灯控制电路另一种形式：红黄绿交通信号指挥灯2通过连接线4与信号灯控制电路6连接；第二组红黄绿交通信号指挥灯3通过连接线5与第二组信号灯控制电路7连接；信号灯控制电路6与第二组信号灯控制电路7通过通信线缆8连接，以此实现信号灯2和第二组信号灯3开启、关闭的相互配合的数字式、逻辑式的准确的协调动作。
参照5，它表示了双组信号灯控制电路又一种形式，第二组红黄绿交通信号指挥灯3的每一组信号灯都分别通过连接线5与各自的第二组信号灯控制电路7连接；连接线4除了连接信号灯2和信号灯控制电路6之外，尚连接第二组信号灯控制电路7，即第二组信号灯控制电路7接受信号灯2开启、关闭的信息，经数字电路，实现对第二组信号灯3开启、关闭逻辑控制。