在信号交叉口一种新型的车道设置方式及其交通控制组织 (一)所属技术领域
本技术方案是应用于城市交通组织技术领域
本技术方案是按车辆靠右行驶的国家和地区的交通来组织论述，若车辆靠左行驶的国家和地区的信号交叉口交通组织采用本技术方案就把本技术方案中所有提及的“左”改为“右”，“右”改为“左”，交叉口直行车入口(即交叉口直行车驶入段)改在驶入交叉口方向上在车行道中心线的左侧，交叉口直行车出口(即交叉口直行车驶出段)改在驶入交叉口方向上在车行道中心线的右侧，左转弯、右转弯专用车道的设置及其交通组织按照本技术方案论述的右转弯、左转弯车道的设置及其交通组织技术作相应调整。
(二)背景技术
目前，不管是中等城市、大城市，还是建成了城市快速路、轻轨、地铁的特大城市，信号交叉口交通组织都在城市交通组织中占着非常重要的地位。信号交叉口交通组织得好坏，直接影响城市交通的组织水平、管理能力，以及城市道路系统的服务能力。对主要的信号交叉口，在进行交通组织时，目前都把左转弯车道设置在交叉口直行车道与车行道中心线之间，有的把专用左转弯车道延伸接近于交叉口中心，以便左转弯车在信号灯转为绿灯时能够快速地通过交叉口，如四川省成都市中心区人民商场处大型信号交叉口的左转弯车道组织(注：车辆驶入交叉路口段称为“交叉口入口”，车辆驶出交叉路口段称为“交叉口出口”，下面提到的交叉口入口、出口均为此含义)。若左转弯车是在给直行车为绿灯的时间内通过交叉口，由于左转弯车转弯时与迎面直行车有交通冲突，左转弯车会影响或严重影响直行车交通；当左转弯交通流量较大时，就需要给左转弯车流专门设置左转信号灯，但由于左转弯车在转弯时会占用较多地信号灯时间，即使增加左转弯车道数，交叉口通行能力也会随着左转弯交通流量的增加而降低。当交叉口交通流量增大到一定程度时，由于左转弯车转弯时存在严重的缺点(转弯时与迎面直行车有冲突点，转弯半径小、速度慢，转弯时间长)，即使增大交叉口面积，增加直行或左转弯车道数也不能相应地增大交叉口的设计通行能力，因此也只有通过扩建交叉口用地建立互通式立交桥或半互通式立交桥解决交通问题了。但问题是建立互通式立交桥或半互通式立交桥不但要花费数成千上万元的资金，占用大量土地，而且交叉口附近的商业营业房、铺面还要降价贬值。如何解决这个难题，本专利提供了一种投资非常小而又切实可行的解决方法。
(三)发明内容
交叉口交通流分为入口交通流(即驶入交叉口的交通流)和出口交通流(即离开交叉口的交通流)，入口交通流包括右转弯车入口交通流、直行车入口交通流、左转弯车入口交通流，出口交通流包括左转弯车出口交通流、直行车出口交通流、右转弯车出口交通流。传统的交叉口交通组织是按照靠右行驶来组织的，入口车道设置在车行道中心线的右边(以驶入交叉口方向计算)，出口车道设置在车行道中心线的左边(以驶入交叉口方向计算)，即车行道设置方式从右到左(以驶入交叉口方向计算)依次为：右转弯车入口车道、直行车入口车道、左转弯车入口车道、出口车道(包括左转弯车、直行车和右转弯车出口车道)。当然按靠右行驶来组织交通时左转弯车出口车道、直行车出口车道和右转弯车出口车道可混用，在交叉口可以不表示出来。为了提高交叉口的通行能力，克服左转弯车在转弯时存在的缺点，避免左转弯车在转弯时与迎面直行车发生冲突或节省给左转弯车专门分配的绿灯时间，在特大城市、大城市以及中等城市主干道与主干道相交的信号交叉口、主干道与次干道相交的信号交叉口以及次干道与次干道相交的信号交叉口，在左转弯车驶入交叉口一定距离处开始设置一段专用左转弯车道，然后跨越车行道中心线和直行出口车道，在交叉口直行出口车道与右转出口车道之间设置专用左转弯车道，入口、出口车行道设置顺序以驶入交叉口方向计算从右到左依次为：右转弯入口车道(一条或数条或与直行车道混用)、直行入口车道(一条或数条)、直行出口车道(一条或数条)、左转弯入口车道(一条或数条)、左转弯出口车道(一条或数条或与右转弯出口车道混用)、右转弯出口车道(一条或数条)；当受道路条件限制时，如果直行入口车道较少，可把右转弯入口车道作为右转入口和直行入口混合车道；如果左转弯车出口交通和右转弯车出口交通量较小或受交叉口条件限制，可把左转弯车出口车道和右转弯车出口车道合并为一条。右转弯车流、直行车流、左转弯车流在交叉口信号灯控制下按照各自的车道行驶；在同路段上迎面直行车交通为红灯期间内，让左转弯车在路口驶入段提前越过道路中心线和直行车出口车道，然后驶入设置在直行车出口车道与右转弯车出口车道之间的左转弯入口车道内；在左转弯车流信号灯为绿灯时，驶入设置在直行出口车道与右转弯出口车道之间的左转弯入口车道内的车辆就可直接左转离开交叉口。
在左转弯车流从交叉口驶入段跨越车行道中心线的前方位置，设置左转弯车流信号灯，以避免与迎面直行车出口交通发生冲突。
交叉口左转弯车道线从车道入口到出口应设置完整，以便驾驶员容易识别。
为了提高交叉口通行能力，在离交叉口一定范围(比如50米)内，一方面可去掉机动车道与非机动车道之间的隔离带，尽可能增加交叉口入口和出口的车道数，在交叉口驶入、驶出段的非机动车道上划定一个车行道作为右转弯车道；另一方面可省去交叉口人行道路缘石或降低人行道路缘石高度，使得非机动车能平稳、顺利地利用人行道离开交叉口，间接地扩大交叉口的设计通行能力。
车道宽度确定：根据城市道路设计手册，“交叉口设附加车道线时，直行车道的宽度可由3.25(大型车)～3.0(小型车)米缩窄到3.0(大型车)～2.75米(小型车)”。采用本技术方案时，对交叉口驶出段车道宽度需要考虑车辆有15～40公里的运行速度等安全因数，当直行出口车道或左转弯入口车道或右转弯出口车道只有一条时，车道宽度建议采用3.25(大型车)米，当为两条以上(含2条)时建议采用3.25(大型车)～3.0米(小型车)；在交叉口驶入段，每条直行车道采用3.0(大型车)～2.75米(小型车)。
本技术方案的原理是：在同路段上迎面直行车交通为红灯期间内，让左转弯车在路口驶入段提前越过车行道中心线和直行车出口车道，然后驶入设置在直行车出口车道与右转弯车出口车道之间的左转弯入口车道内；在左转弯车流信号灯为绿灯时，驶入专用左转弯入口车道上的车辆就可直接左转离开交叉口，避免了与出口直行车发生冲突，把左转弯车和迎面直行车冲突点消灭在交叉口之外。在迎面直行交通为绿灯期间时，在交叉口驶入段的左转弯车不能越过车行道中心线，只能在本车流方向上在直行车入口车道与车行道中心线之间的左转弯车道上作短暂停留，避免与出口直行车流发生冲突。
本技术方案的使用范围：
机动车道与非机动车道分离或基本没有非机动车交通，机动车道双向在4条以上(含4条车道)的两条干道相交的信号交叉口。
本技术方案特别适用于机动车道双向为6车道以上(含6条车道)的干道相交的信号交叉口，车道越多越实用。
本技术方案实施的可行性：
影响本技术方案可行性的两大因数有两个，一是交叉口机动车道拓宽是否可行，二是车辆行驶时是否安全。
1.交叉口机动车道拓宽可行性：对双向为4车道(不含非机动车道)的两条干道相交的信号交叉口，机动车道宽度一般为14～15米，在干道上还有非机动车道、非机动车与机动车隔离带，另外还有4米以上的人行道；若采用此技术方案，可在交叉口入口和出口共设置5条车道，从右到左(以驶入交叉口方向计算)依次为：1条右转、直行混合车道3.0米，1条直行入口车道3.0米，1条直行车出口车道3.25米、1条左转弯车入口车道3.25，1条左转出口、右转出口混合车道3.25米，5条车道总宽为15.75米左右，只比原机动车道多0.75～1.75米，利用机动车道与非机动车道之间的隔离带或非机动车道和人行道，把机动车道拓宽0.75～1.75米是完全可行的。当然，为了提高交叉口通行能力，在离交叉口一定范围(比如50米)内，可去掉非机动车道与机动车道之间的隔离带，尽可能增加交叉口入口和出口的车道数。在交叉口对双向为6车道(不含非机动车道)的两条干道相交的信号交叉口，机动车道宽度一般为21～22米；若采用此技术方案，可在交叉口驶入段和驶出段共设置7条车道，从右到左(以驶入交叉口方向计算)依次为：一条右转、直行混合车道3.0米，两条直行车道宽度为2*3.0米，2条出口直行车道2*3.0米，一条左转弯车入口车道3.25米，一条左转弯车出口、右转出口混合车道3.25米，7条车道总宽为21.5米左右，因此在交叉口利用本技术方案是完全可行性。所以只要满足机动车道与非机动车道分离或基本没有非机动车流交通，且机动车道双向在4条以上(含4条，但不含非机动车道)的两条干道相交的信号交叉口，均可使用本技术方案。
2.车辆行驶时安全性：本技术方案左转弯车流和右转弯车流是按照各自的车行道行驶，受信号灯控制，左转弯车流通过交叉口时与迎面直行车流无冲突点；左转弯车流从进入交叉口驶入段，经过车行道中心线和直行车出口车道，至在直行车和右转弯车驶出段之间的专用左转弯入口车道时，在信号灯控制下也无冲突点；每一条车道设置的宽度都考虑了安全间距因数，因此车辆行驶比较安全。当信号灯停电时，如交通流量较大，比如在车流量高峰期，左转弯车流可受人工控制，如交通流量较小时，比如在夜晚，在本技术方案实施2年内，可暂时关闭专用左转弯车道，实施2年后，由于驾驶员习惯了这种左转弯技术及其交通组织方案，即使在夜晚停电没有信号灯时也不必关闭专用左转弯车道了。
本技术方案的有益效果是：
1.把左转弯车和迎面直行车冲突点消灭在交叉口之外的交叉口驶入段和驶出段上，简化信号交叉口交通组织，使交叉口交通流更加有序化。
由于本技术方案的左转弯车辆在经过信号交叉口时与迎面出口直行车无冲突点，不影响直行车交通，因此简化了信号交叉口交通组织，同时使交叉口交通流更加有序化。
2.只要用地条件允许，增加交叉口的直行、左转、右转弯车道数，交叉口某方向的设计交通流量就可呈比例地增加。
由于本技术方案的左转弯车辆在经过信号交叉口时与迎面直行车无冲突点，左转弯车流对迎面直行车流没有影响，因此扩建左转弯车道数，信号交叉口左转弯设计通行能力就会按左转弯车道数的增加倍数呈比例增加：扩建直行车道数，信号交叉口直行车设计通行能力就会按直行车道数的增加倍数呈比例增加；扩建右转弯车道数，信号交叉口右转弯设计通行能力就会按右转弯车道数的增加倍数呈比例增加；同时扩建直行、左转、右转弯车道数，交叉口机动车设计通行能力相应地增加。
利用这种优势，当交叉口机动车通行量超过交叉口的设计通行能力时，就可通过花费很少的费用，扩建交叉口及其路段上的车道数，就可解决交通问题了。
3.提高信号交叉口的通行能力。
可提高信号交叉口20％～30％的饱和通行能力。下面利用城市交通理论加以证明。
平面信号交叉口饱和通行能力NL取决于相交道路的几何条件及交通条件，即进口饱和通行能力Ni由各进口理论饱和通行能力通过各种修正后获得。
NL=Σi=1m(3600/ht)ribiniηitipi]]>
式中：NL-进口饱和通行能力(直行小汽车当量/小时)
ht-进口道饱和车头时距(秒)，小汽车为2.671秒；
ri-i进口的进口道自行车影响修正系数(纵向干扰)；
bi-i进口的进口道自行车影响修正系数(横向干扰)；
ni-i进口的车道数；
ηi-i进口的车道宽修正系数；
ti-i进口的有效通行时间比，可取绿信比；
pi-i进口的行人干扰影响修正系数。
车道宽度修正系数ηi与车道宽度w的关系为：
ηi＝50(w-1.5)*10-2，(w≤3.5米)
ηi＝(-54+188w/3-16w2/3)*10-2，(w＞3.5米)
在交叉口车道设置宽度一般为3.0～3.25米，即车道宽度修正系数ηi为0.75～0.875，为便于计算ηi取0.8
在没有自行车和行人干扰的情况下，即上述公式中ri＝1、bi＝1、pi＝1，车道宽度修正系数ηi取0.8，进口饱和通行能力NL为：
NL=0.8*Σi=1m(3600/2.671)niti]]>
此时，进口饱和通行能力NL与右转弯车、直行车和左转弯车的车道数ni和绿信比ti有关。根据英国的研究，考虑车道功能，对于左转专用车道，1辆左转弯车相当于1.5辆当量直行车：对于左直或左直右混行车道，1辆左转弯车相当于3.0辆当量直行车；对于右转专用车道，1辆右转弯车相当于1.0辆当量直行车；对于直右或左直右混行车道，1辆右转弯车相当于1.2辆当量直行车。
假设具有相同条件的两条道路相交的“十”字型平面交叉口，其进出口车道数为7条，按照传统交叉口交通组织方式，其进口车道设置从右到左(以驶入交叉口方向计算)依次为：1条专用右转弯车道、2条直行车道、1条专用左转弯车道，出口车道数为3条，在没有自行车和行人干扰的情况下，车道宽度修正系数ηi取0.8，一个信号灯周期取120秒，设置的直行车绿灯时间为45秒，专用左转弯车绿灯时间为24秒，黄灯时间取3*2秒，右转弯车绿灯时间可为120秒，但受其他交叉口的影响，右转弯车有效的绿灯时间约为55秒，因此右转弯车绿灯时间按55秒计算。则该交叉口进口饱和通行能力计算为：
Ni＝4*(0.8*((3600/2.671)*2*45/120+(3600/2.671)*1*55/120+(3600/2.671)*1*24/120/1.5)
＝5786(直行小汽车当量/小时)
式中：0.8*(3600/2.671)*2*45/120 为两条进口直行车道的饱和通行能力；
0.8*(3600/2.671)*1*55/120 为1条进口右转弯车道的饱和通行能力(换算为直行车道的饱和通行能力)；
0.8*(3600/2.671)*1*24/120/1.5 为1条进口左转弯车道的饱和通行能力(换算为直行车道的饱和通行能力)
若按本交叉口交通组织方案，即交叉口入口车道、出口车道设置从右到左(以驶入交叉口方向计算)依次为：1条右转弯车入口车道、2条直行车入口车道、2条直行车出口车道、1条左转弯车入口车道、1条左转弯车和右转弯车混用出口车道，在没有自行车和行人干扰的情况下，车道宽度修正系数ηi取0.8，一个信号灯周期取120秒，设置的直行车绿灯时间为58秒，专用左转弯车绿灯时间为58秒，专用右转弯车绿灯时间为58秒，黄灯时间取4*1秒，专用右转弯车绿灯时间为120秒。则该交叉口进口饱和通行能力计算为：
Ni＝4*(0.8*((3600/2.671)*2*58/120+(3600/2.671)*1*58/120+(3600/2.671)*1*58/120/1.5)
＝7643(直行小汽车当量/小时)
式中：0.8*(3600/2.671)*2*58/120 为两条进口直行车道的饱和通行能力；
0.8*(3600/2.671)*1*58/120 为1条进口右转弯车道的饱和通行能力(换算为直行车道的饱和通行能力)；
0.8*(3600/2.671)*1*58/120/1.5 为1条进口左转弯车道的饱和通行能力(换算为直行车道的饱和通行能力)
由此可以得知：用本交叉口交通组织方式比传统的交通组织方式多增加7643-5786＝1857辆直行小汽车当量/小时，交叉口饱和通行能力增加
1857/5786*100％＝32.1％
即使在有部分自行车和行人干扰的情况下，采用本交通组织方式也比传统的交通组织方式增加饱和通行能力达20％～30％。
4.经济价值显著。
对使用本方案的每一个信号交叉口设计通行能力，相对于传统的交叉口交通组织方案，可提高20％～30％的饱和通行能力。按增加20％的饱和通行能力计算，每个交叉口每年产生的直接经济效益比传统的交叉口交通组织方案产生的经济效益多50万元以上，若在城市中心区，产生的直接经济效益多达千万元以上。
对特大城市、大城市在道路系统投资方面可节省数座乃至几十座建立立交桥的费用，相当于节省上亿元的投资。
(四)下面结合附图和实施例子对本技术方案进一步说明。
图1、图2、图3是机动车道为两条具有6车道的主干道相交的平面信号交叉口车道设置及其交通组织形式。在交叉口驶入段、驶出段车道共设置7条，从右到左(以驶入交叉口方向计算)依次为：一条专用右转弯入口车道、两条直行入口车道，两条直行车出口车道、一条专用左转弯入口车道、一条左转弯右转弯出口车道；其中图1是专用左转弯车道从交叉口驶入段经过交叉口和驶出段离开交叉口全过程的车道设置及其交通组织方案；图2、图3是以交叉口中心为原心，把图1放大了的图形；图4是在交叉口驶入、驶出路段上左转、右转、直行交通组织图形，以便更清楚地看见图1的内容。
图5、图6、图7是机动车道为两条具有4车道的主干道相交的信号交叉口车道设置及其交通组织形式。在交叉口驶入段、驶出段车道共设置5条，从右到左(以驶入交叉口方向计算)依次为：一条右转和直行混行入口车道、一条直行入口车道，一条直行车出口车道、一条专用左转弯入口车道、一条左转弯右转弯出口车道；其中图5是专用左转弯车道从交叉口驶入段经过交叉口和驶出段离开交叉口全过程的车道设置及其交通组织方案，图6、图7是以交叉口中心为原心，把图5放大了的图形，以便更清楚地看见图5的内容。
图8、图9是机动车道为4车道的两条主干道相交的信号交叉口左转弯设置及其交通组织形式。利用机动车与非机动车之间的隔离带以及非机动车道，把交叉口驶入段、驶出段车道共设置7条车道，从右到左(以驶入交叉口方向计算)依次为：一条右转入口车道、两条直行入口车道，一条直行车出口车道、一条专用左转弯入口车道、一条左转弯出口车道，一条右转弯出口车道；图8是专用左转弯车道从交叉口驶入段经过交叉口和驶出段离开交叉口全过程的车道设置及其交通组织方案，图9是以交叉口中心为原心，把图7放大了的图形，以便更清楚地看见图8的内容。
图中：①交叉口入口，②交叉口出口，③人行道，④非机动车道，⑤公交车站，⑥左转车停车线，⑦左转信号灯，⑧车道线渐变段，⑨专用左转弯车道，⑩绿化草坪，车行道中心线。