CN101215816B - 可增加交通流量的红绿灯交叉路口 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可增加交通流量的红绿灯交叉路口。利用系统研究路网和道路利用系数的成果，充分利用时间差和路面空间的轮空规律，在车流进入交叉路口前对其进行有序化梳理；设立新的等待区和交叉整流区，使各路口从左到右的车道都按照一进一出的模式连续排列，包括使左转弯的车流左移。以此消除上行左转弯车流和下行直行车流的冲突，使每一轮绿灯放行车道的数量最大化，并使交叉路口的红灯频次减半。即使不扩建现有的道路，也可能使三叉路口、十字路口等交叉路口的车流量明显增加，从而大幅度提高路网的流量。进一步优化，效果更好。本发明广泛适用于城市市区的三叉路口、十字路口、双T型路口、五路及六路交叉路口。

Description

可增加交通流量的红绿灯交叉路口

技术领域：

本发明涉及交通信号灯控制的交叉路口。关联到城市地面交通路网流量的大幅度增加。 

背景技术：

双向多车道构成的，由交通信号灯控制的交叉路口，主要包括十字路口，三叉路口，双T型交叉路口，以及五、六路交叉路口。 

在交通信号灯控制的十字路口中，现有左转弯车流的通行方式使同轴的两个路口，不能同时放行直行车流和左转弯车流；一个路口亮红灯时，上行路口往往挤满车辆，而相邻的逆行道却已空空如也。车辆一到十字路口就得到绿灯的概率低于23％。即使在畅通时段，相应的道路利用系数[评估路网通行容量的系数，包含平均车速等前提和因素。]，往往不到23％；极端情况是，完全堵车时，道路利用系数跌到0；交通高峰时段，该系数往往只有5％到10％，效率太低。由于机动车数量的剧增，“北京干道的平均时速只有10年前的一半”；“北京公交车的平均时速只剩下10公里”。 

发明内容：

目标：现有的多种交叉路口都能大幅度提高通行量[含成倍提高]，从而提高路网的流量和平均车速。 

方向：成倍减少交叉路口的红灯频率，多倍提高道路利用系数。 

方法：在系统研究路网道路利用率的基础上，充分利用时间差和休眠的平面空当，使车流有序化，使放行车道的数量最大化。具体内容将在下文展开。 

附图说明：

图1有交叉整流区和过渡区的六路交叉路口。 

图2十字路口。 

图3扩大过渡区的十字路口。 

图4进一步提高车速的十字路口。 

图5三叉路口。 

图6优化后的三叉路口。 

图7在第[3-1]时序放行的三叉路口车辙。 

图8在第[3-2]时序放行的三叉路口车辙。 

图9在第[3-3]时序放行的三叉路口车辙。 

图10T型三叉路口。 

图11π形交叉路口。 

图12π形交叉路口中，一对路口的放行车流图。 

图13π形交叉路口中，另一对路口的放行车流图。 

图14双折角交叉路口。 

图15双折角交叉路口的纵向放行车流图 

图16双折角交叉路口的横向放行车流图； 

图17五路交叉路口。 

标号说明： 

1第一等待区；2交叉整流区；3第二过渡区；4第三过渡区；5右转弯下行车道；6左起第一个定向上行道；7路口右界的上行道；8三区的下行信号灯；9导向绿岛；10一区的左转弯上行信号灯；11一区的后卫信号灯；12许可调头区；13来自相邻路口的左转弯车流；14分段放行的斑马线；15向右平移后的车道；16跑直线的车流；17左弧形带区；18上弧形带区；19右弧形带区；20进入三叉路口的上行车流；21交叉区内先下行离开后上行进入的两个方向车流；22离开三叉路口后的下行车流；23三角绿岛；24纵向将右转弯上行的车流；25横向右转弯后的下行车流；26“直”行的上行车流；27“直”行的下行车流；28纵向左转弯上行的车流；29A侧斑马线；30直行车流；31下行车流；32先直行后转弯的车流；33B侧斑马线；34C侧斑马线；N指北针。 

本发明源于对几种效率最低的多路交叉路口的研究。 

为了画面简洁，各图中省略了人行道、斑马线[只画出有关放行的斑马线]和非机动车道；此外，对于各路口特征相同的交叉路口，除了另外说明的需要，序号不重复标注。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例阐述本发明内容： 

对于右行制道路，在六路交叉路口，包括右转弯的在内，每个路口都有5对不同方向往来的车流。n路交叉路口，每个路口都有(n-1)个方向往来的车流。五路交叉路口，每个路口都有4个方向往来的车流。三叉路口，每个路口只有2个方向往来的车流。 

实施例1，六路交叉路口的实施例，参见图1，各主干道皆双向6车道。 

交叉路口的基本特征：因为各个路口都有5对方向的车辆要往来，为此，应将路口附近的、定向不同的车道组数量扩大到10组。每组可以是一个车道，也可以是多个车道。以南路口为例来说明有关主要结构： 

A，除了最右侧的右转弯车道[组]，不同定向车道的等待区从原来的上行路口后移一段距离[比如50到200m]后构成第一等待区(1)。区(1)的左域都是下行车道。区(1)内有4组行车方向不同的车道组。1个车道组可以是1个，也可以是数量不等的多个车道，同一个车道组内的行车方向都相同。图1中每组只取1车道。从左到右，不同定向车道组的排序是：左、中左、中、中右。 

B，各路口机动车道路的最左侧是下行车道[指源自左邻路口右转弯的车道]。将路口左侧左起第二组车道[称之为左起第一个定向上行道(6)]，设置成供车辆左转弯上行开出的或等待开出的首个“第二过渡区(3)”。 

C，将首个第二过渡区(3)的右邻车道组，设置成所述路口的首个第三过渡区(4)。 

第二过渡区(3)和第三过渡区(4)的数量都是4个。它们是左右相间排列的，也就是：从左邻路口右转弯进入的下行车道(5)开始，车道组从左往右的排序是左下行右上行，亦即一进一出的模式重复排列，直到所述路口右界的上行道(7)[本例：右转弯上行道]为止。 

D，在第一等待区和各个第二过渡区之间，有一一对应的4个上行通道； 

在各个第三等待区和下行车道之间也有一一对应的4个通道，但属下行的通道。 

这些上行、下行通道有序地交叉排列，构成起双向梳理车流作用的交叉整流区和变道区， 简称交叉整流区(2)。交叉整流区的作用就在于对车流进行有序化梳理，使上行、下行的车流分时段经过交叉整流区后，都能沿着有序的、互不冲突的车道行驶。 

4个上行通道供来自第一等待区(1)4个行车方向的车流“逆行”经过交叉整流区(2)，而后对号进入各自的第二过渡区(3)； 

4个下行通道供来自4个第三等待区(4)的下行车流经过交叉整流区(2)后各奔前程。 

其特征还有： 

在第一等待区(1)的前方，在交叉整流区及其关联域，包括在不同车道之间的空档，构建有利于安全行车和防止车流冲突的导向绿岛(9)。对于多路交叉路口，(9)是“群岛”；下文介绍的十字路口，则是双岛或孤岛。在该绿岛上可设置行车路线指示牌和信号灯；在交叉整流区(2)路面，用不同颜色的箭头指示不同定向车流的行车方向。 

对于多路交叉路口，第二过渡区(3)相当于第二等待区。设置较大面积的第二过渡区，可容纳较多的左转弯车辆。第二过渡区(3)的面积宜大等于第一等待区(1)，以简化信号灯管理。 

由图1可见，设置这三个区后，各近邻路口的车流都可以无冲突地同时左、右转弯开出，各路口还可以同时接收左、右转弯进入的车流，这样，车流增加到12股。当南路口放行时，另有3个路口的6个车流相互对开。一共有12+6＝18组车流通行。此即效益，获车流量最大化的效果。 

本例在第一轮[每一轮，三个路口]对六路交叉路口采用各个路口间隔轮流放行的控制，而后换一个路口开始另一轮放行。轮流的方式可以是多样化的，就是在同一个路口，包括上下班时间，时间段不同，优化的间隔方式也要根据具体情况而变化。 

与原来的交通信号灯系统相比，现在合并了‘左’转弯和‘直行’的绿灯。同时增加用于协调与控制(1)、(3)、(4)三个区的第二信号灯系统。第二信号灯系统主要包含：在第一等待区(1)的出口处设置上行信号灯(10)，在一区的入口处设置后卫信号灯(11)。在第三过渡区(4)的出口处，设置三区的下行信号灯(8)。第二信号灯的运行方式，将在下面的实施例中例释。 

对于不同方向车流的运行，将在变数不多的十字路口中阐述。 

实施例2，结合图2介绍本发明十字路口的基本特征。 

十字路口，每个路口都有3个方向往来的车流。因而，在十字路口的每个路口，设置有6个定向出入的车道组[(4)还是不同车流分时进入后再下行的车道组]。图2中标注了与图1一致的标号。其行车的车流结构，比六路交叉路口大为简化。本发明中，第二过渡区(3)也是第二等待区。 

以放行南北路口[或东西路口]时为例，由于南北路口[或东西路口]的车流都可以无冲突地同时右转弯、直行和左转弯；在分段放行斑马线没有放行时，右转弯车道都处于放行状态。上述设计进一步演化后，可使平面十字路口获得最大数量的通行车道。 

结合图3，说明十字路口的初步优化。 

为了提高道路利用系数，使交叉路口的下行区有更多的车辆驰入，从而提高流量，可适当拓宽交叉路口，增加上行车道数量、增加第二过渡区和第三过渡区的车道数量。第一等待区(1)、第二过渡区(3)、第三过渡区(4)内的车道数量可以是1个车道，也可以是数量不等的多个车道。 

结合图4，结合信号灯，说明不同方向车流的运行： 

十字路口各个路口的放行情况是轮番相似的。图3中以南口为例(北口亦同)，当东[西]路 口放行时[对应南口的上行是红灯]，南口的下行信号灯(8)切换成红灯，这时左转弯上行信号灯(10)切换成绿灯，让第一等待区(1)内的车辆进入第二过渡区(3)。与此同期，后卫信号灯(11)切换成红灯，以保证第二过渡区(3)内的车辆不会溢出。对于要左转弯的车流，这是一个“逆行过境”的过程，由于路程与时间差的缘故，下行信号灯(8)很快就可以切换成绿灯[时间周期只有交叉路口红灯周期几分之一]，从而获得这样的预期效果：可以使第二过渡区(3)内布满车辆，到南口放行的绿灯到来时，就有足够数量的左转弯车辆上行；又可以使来自东口的左转弯车流(13)很快通过交叉整流区(2)； 

对于直行车流，第三过渡区(4)是个畅通的过道。对于所述左转弯车流(13)，该区(4)是个短暂的等待区[第三等待区的下行信号灯(8)的红灯设置时间，不到一个十字路口红灯周期的三分之一。]； 

在概率上，要左转弯的车流到达南口的第一等待区(1)后，最少只要等待1轮红灯，最多只要等待2.3轮的红灯，即可完成整个左转弯过程； 

对于直行的车流，到达十字路口后，充其量只要等一轮红灯； 

对于右转弯车流，除了放行相应路段的斑马线时段，所有右转弯车道都处于放行状态。 

此外，在对应与车流从第一等待区进入第二过渡区的时段，可允许其他车辆在进入第一等待区(1)前的一段马路上完成调头[参见标记许可调头区(12)]而不影响交通，这完全是时间差允许的。 

实施例3，如图3所示，为了提高车辆在下行区的平均车速，可将十字路口的平面布置作局部不对称的变化：将第一等待区(1)及其右邻的车道(15)都向右平移，使得从第三过渡区(4)出口下行的车流(16)都能跑直线。 

关于斑马线： 

参见图4的十字路口，可以在与直行车流平行的路口设置分段放行的斑马线(14)。在放行相应的直行车流时，就可以开放该段斑马线(14)。行人与非机动车止步于相邻左转弯车流(13)车道的界线。在该车流(13)通过后再让行人和非机动车完成穿越；从而既可缩短行人过街的时间，又可以大幅度减少对机动车的影响。左转弯的车辆比直行的车辆少时，或者扩大第二和第三过渡区，就可以提前关闭左转弯的绿灯，从而提早开放分段放行的斑马线(14)的第二区段。这种优化使斑马线几乎不会影响直行与左转弯机动车的通行。另一方面，原来行人最多要等3次红灯才能过一个路口，现在最多只要等一轮，而且这一轮的过街时间也缩短了。 

在图2和图3中，同样可以设置这样的分段放行的斑马线(14)。为了简洁画面，因为其他三个路口的斑马线都相同而作‘隐藏’处理。 

对于行人较多的时段，可以采用集中放行整个十字路口所有斑马线的模式，让行人和非机动车随意纵横或交叉穿行。 

对于实施例2，十字路口改造中的动土甚少；对于实施例3，改造代价也少。再看信号系统，红灯减少了一半，车流等红灯的时间可减少一半以上。加上行驶车道数量的最大化增加，在路面机动车保有量同等的情况下，车辆堆砌排队的长度自然缩短。车辆多次等待放行的概率将明显下跌。十字路口因此可以获得增加约一倍以至更多流量的效果，路网无疑将得益于此。 

实施例4，三叉路口的实施例。参见图5到图9。 

如图5所示，在三叉路口，每个路口只有两个方向往来的车流，正好符合三角形的几何特性。所以，就把各自路口的第二过渡区(3)和第三过渡区(4)向前推入到三角区内，并使得第二过渡区的出口正好与对应的第三过渡区的进口吻接，合二而一而构成三角过渡区的一个弧形带区。即不存在另外的行车路线要进入该弧形带区。三角区包括三角过渡区及其包围的公共区。由此得到图6的结构。所述的三角过渡区，分别由左弧形带区(17)，上弧形带区(18)和右弧形带区(19)构成。此外，可将三角区中的公共区设置为三角绿岛(23)。这是三叉路口特有的结构。此外，还能人车和谐、能使整个三叉路口紧凑高效。 

这样的三叉路口，信号灯的控制可以是这样的： 

图8与图9是图7图形依序顺时针旋转120°、240°后的换位图。先以图7的东北侧路口全放行时段，即第[3-1]时序的时段为例，结合可放行的车辙，说明通行流程。 

A，进入三叉路口的上行车流(20)先经过右弧形带区(19)[对应于图7：该带内的每股车流标有三个箭头，以示全贯通]，后穿过南侧路口的交叉整流区，变成离开三叉路口的下行车流。这是第一组离开三叉路口后的下行车流(22)； 

B，与此同时，原来停在左弧形带区(17)内的车辆穿过左上侧的交叉整流区后离开三叉路口，成为第二组离开三叉路口后的下行车流(22)。该左上侧交叉整流区内通过的，先是下行离开的车流[图6中，(21)表示交叉区内先下行离开后上行进入的两个方向车流。粗虚线车辙，对应于前半段时间。]，而后才是上行进入三角区的车流[双点划线车辙，对应于后半段时间]。左弧形带区(17)很快就会清空[该带内的每个车流只标有一个箭头，以示短时间通行]。利用该带(17)清空后的时间就可开放该侧的斑马线。各图中都只画出放行的分段放行的斑马线(14)]，让行人和非机动车进出三角绿岛(23)； 

对于行人，依时序，周而复始地对行人开放不同弧形带区(17)、(18)、(19)上的斑马线。这样，除了右转弯的车流每三轮要停一次车，但停车等待的时间完全可以短于右弧形带区(19)的绿灯时间。在相应的时间内，三角区其他车流则不必停车，从而获得更高的交通效率。 

C，前述的，对应于(21)后半段时间放行的上行进入的车流，除了进入并填满上弧形带区(18)[该带内的每股车流有两个箭头]，还允许滞留、停满在交叉整流区内，这是时间差所允许的。但在交叉整流区停满车后，相应的第一等待区的出口处信号灯(10)必须切换成红灯。这些滞留、停满的车辆将等待随后第[3-2]时序的放行，后续流程将与B雷同。 

第[3-2]时序对应的是图8。这个时段，南侧路口全放行。第[3-3]时序对应的是图9，其时，西北侧路口全放行。它们先后“克隆”演绎上述的A、B、C。三叉路口，三组一循环，如环无端，周行不息。 

图10示出一种T型路口，一种典型的三叉路口。图中沿用了图7的序号。 

对三叉路口，还有其他放行方式；斑马线，也有多种放行方式。“具体如何控制”非本发明重点，都从略。 

双T型交叉路口，是常见的、且效率很低的交叉路口。主要分有双T型连接的交叉路口， 可称之为双T型交叉路口中的π形交叉路口；还有双T型反向连接的交叉路口，像1个T和另一个颠倒的T连接而成交叉路口，也像一个T的与一个L的水平线相连接而成的交叉路口。称之为双折角交叉路口。 

实施例5，结合图11到图13阐述双T型交叉路口中的π形交叉路口，马路都是双向6车道的。 

图11是2个T型三叉路口的结合体。与三叉路口相同点在于，可将所有的第二等待区，推进到三角区内；不同点在于，各个路口的车道排序则循多路交叉路口的模式。即，每个路口都按照一进一出[一正一逆]的循环排列来设置车道。双向6车道，共循环三次。在交叉路口水平行车区路段，车道的行车方向也都设置成一正一逆的排序； 

另外，在两个T型口的三角区，设置有三角绿岛(23)和斑马线[只画出轮廓线]。在图11中，标注了相关车道的行车方向。 

图12示出了π形交叉路口中，一对路口的放行车流，以西南口和东口说明车流分布。有两组车流始终是畅通的，分别是纵向将右转弯上行的车流(24)和横向右转弯后的下行车流(25)；西南路口与东侧路口同时亮绿灯后，西南口还有三组车流，第一是先右转弯，接着纵向直行，而后左转弯的上行车流(26)；第二是来自东口的直行的要左转弯的下行车流(27)；第三是纵向左转弯上行的车流(28)。由于来自东口的车流(27)路途较‘遥远’，当左转弯上行车流(28)]开出的车辆数已经够多时，车流(27)的第一方阵还没有到达南口的交叉整流区(2)。在信号灯控制方面，在车流(27)即将到达整流区(2)时，令车流(28)停止进入整流区(2)。这样利用时空差，在合理的信号灯控制下，车流(27)和(28)都可分时通过整流区(2)而不发生冲突。在整流区(2)内，在车流(28)轨迹上连续标有2个箭头，对车流(27)只标1个箭头，以此表达时间上的先后。这种箭头数不相等的表达方式，在后续图中的含义相同。由于拓扑上的等效与相似，对东口的车流，描述从略。 

由图12还可见，该口对应的三角绿岛(23)的北侧，车流最少，是开放该侧斑马线，即A侧斑马线(29)的优化时段。另一个交叉路口，开放B侧斑马线(33)。 

图13示出了π形交叉路口中，另一对路口的放行车流。以西口和东南口说明车流分布：图中标出了西口的直行车流(30)；来自东南口的先上行左转弯，后横向直行到达西口的下行车流(31)；还有从西口先直行后转弯的车流(32)。由图可见，这时可以同时开放左部T型路口中的B侧斑马线(33)和C侧斑马线(34)；对于东部T型路口，则同时切换到开放另2侧斑马线，因为相应放行的车道少，影响面少，是优化时段。图13与图12的车流结构，可相互拓扑转化。 

实施例6，结合图14到图16阐述双T型交叉路口中的双折角交叉路口，马路也都是双向6车道的。 

图11与图14，可相互等效拓扑转化；图12与图15、图13与图16之间，同样可以相互等效拓扑转化。所以对应的各图中，采用了相同的标号。以下叙述，也有拓扑的“相似”。 

与图11相仿：图14也将所有的第二过度区，推进到三角区；各个路口的车道排序也都按照一进一出[一正一逆]的循环排列来设置车道；在交叉路口水平行车区路段，车道的行车方向也都设置成一正一逆的排序。在两个T型口的三角区，也设置有三角绿岛(23)和斑马线[只画 出轮廓线]。在图14中，也标注了相关车道的行车方向。 

图15示出了双折角交叉路口的纵向放行车流。以南口为例说明车流分布：除了两组始终畅通的车流[纵向将右转弯上行的车流(24)和横向右转弯后的下行车流(25)]，南北通行的绿灯打开后，该口还有右转弯后最终还要纵向“直”行的上行车流(26)和来自北口的纵向“直”行的要左转弯的下行车流(27)；还有纵向左转弯上行的车流(28)。由于来自北口的车流(27)路途较‘遥远’，当左转弯上行车流(28)开出的车辆数已经够多时，南下车流(27)的第一方阵还没有到达所说的南口的交叉整流区(2)； 

车流(27)到达交叉整流区(2)前，令车流(28)停止进入交叉整流区(2)。这样利用时空差，在合理的信号灯控制下，车流(27)和(28)都可分时通过整流区(2)而不发生冲突。由于拓扑上的等效性，对北口的车流，描述从略。 

由图15可见，该口对应的三角绿岛(23)的北侧，车流最少，是开放该侧斑马线，即A侧斑马线(29)的优化时段。北口的情况与南口呈180°度轴对称，不重复叙述。 

图16示出了双折角交叉路口的横向放行车流。图中标出了西口的直行车流(30)、下行车流(31)和先直行后转弯的车流(32)。由图可见，可以同时开放B侧斑马线(33)和C侧斑马线(34)，而且是优化时段。 

对应于原来的信号灯控制，现在只有图15、16两种情况了。所以，主信号灯只要红绿灯交替切换即可[与各等待区对应的信号灯，进行逻辑和时间差的配合即可]。两种情况，每次都有8组不同方向，相向往来的车流通行，获得车流量倍增的佳效。图12、13，效果亦同。 

实施例7，五路交叉路口的实施例，参见图17。每个路口从左到右依次进出的车道组有4对。其他内容与六路交叉路口相仿，且更简单些，叙述从略。 

以上图文是针对右行制的表述。本发明用于左行制时，各图作对偶的镜像处理即可。 

本发明广泛适合于老城区交叉路口的更新改造。 

Claims (8)

1.可增加交通流量的红绿灯交叉路口，交叉路口包括十字路口，三叉路口，双T型交叉路口，五路交叉路口，六路交叉路口，其特征是：不同定向车道的等待区从路口后移50到200m后构成第一等待区，在第一等待区的前方，设置有交叉整流区，将路口左侧左起第二组车道，设置成第二过渡区，将第二过渡区的右邻车道，设置成进入该路口的第三过渡区，路口不同定向进出的车道组从左往右的排序是左下行右上行，亦即一进一出的模式重复循环，直到路口右界的上行道；对应于左行制道路，设置作对偶变化。

2.根据权利要求1所述的交叉路口，其特征是：三叉路口中各路口的第二过渡区和第三过渡区推进到三角区内，并合并构成三角过渡区的一个弧形带区。

3.根据权利要求1所述的交叉路口，其特征是：在六路交叉路口的每个路口，有5对定向出入的车道组。

4.根据权利要求1所述的交叉路口，其特征是：在十字路口的每个路口，有3对定向出入的车道组。

5.根据权利要求1所述的交叉路口，其特征是：在五路交叉路口的每个路口，有4对定向出入的车道组。

6.根据权利要求1所述的交叉路口，其特征是：在双T型交叉路口的每个路口，有3对定向出入的车道组，在其水平行车区路段，车道的行车方向都设置成一正一逆的车道。

7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的交叉路口，其特征是：在交叉整流区的关联域设置有导向绿岛。

8.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的交叉路口，其特征是：在交叉路口设置有分段放行的斑马线。

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