CN102024329A - 十字交叉口左转预信号和直行继信号的协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种十字交叉口左转预信号和直行继信号的协调控制方法，先在十字交叉口中间位置设置主信号灯，四个进口道的左转车第一停车线处分别设置左转预信号灯，四个出口道的直行车流第二停车线的前方分别设置直行继信号灯；再设置主信号相位、左转预信号和直行继信号的相位差、直行车继信号与主信号之间的相位差，然后进行配时准备，计算各相位的关键流量比之和，最后分配绿灯时间；本发明通过对主信号、预信号和继信号之间进行协调控制，彻底在时间上分离左转车流和直行车流之间的冲突，保障行车安全；协调控制共用周期只需要一次计算，快捷简便，有效地避免采用传统配时方法可能引起的左转车流的堵塞。

Description

十字交叉口左转预信号和直行继信号的协调控制方法

技术领域

本发明属于城市道路交通控制领域，具有涉及对十字交叉口进口道左转机动车的预信号灯和直行机动车的继信号灯进行控制的方法。

背景技术

目前，在十字交叉口，常用两相位信号控制方法和多相位信号控制方法对信号灯进行控制。两相位信号控制方法无法避免左转车流和对向直行车流的冲突，而例如双向左转四相位的多相位信号控制方法虽然可以在时间上避免左转与直行的冲突，但是会增加周期时长和配时损失时间，增大车流的延误。限制左转又会增加左转车辆的绕行距离。所以交叉口的左转机动车的管理和控制是个很难解决的问题。

为了提高信号交叉口的通行能力，现有的交叉口进口左转二次停车的交通方法能够克服左转弯车在交叉口转弯时存在的缺点，其原理是：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。左转、直行、右转车流在信号灯控制下各行其道，把左转弯车和迎面直行车冲突点“消灭”在交叉口之外的路段上。但是，这种方法有两大不足之处：一是，没有真正消灭左转车和对面直行车的冲突点，只是将冲突点转移到了远离交叉口的路段上，而一旦发生冲突将是严重的正面相撞事故。二是，该方法规定在同路段上迎面直行车交通为红灯期间内（相交道路绿灯期间内），让左转弯车提前越过道路中心线和直行出口车道，进入在直行出口车道与右转弯出口车道之间的专用左转弯入口车道内，但是，如果左转车流过大，在迎面直行车交通为红灯期间内难以全部通过的话，会造成左转车流堵塞的情况。

发明内容

本发明的目的是为克服上述十字交叉口进口左转二次停车的交通方法的不足，提出一种左转预信号和直行继信号的协调控制方法，通过设置左转机动车预信号灯、直行机动车继信号灯，并且协调主信号、预信号和继信号之间的相位差，科学计算共用周期时长和分配绿灯时间，达到在时间上彻底分离左转车流与对向直行车流的冲突，避免配时不当引起的左转车流堵塞，增加十字交叉口通行能力，减少车辆延误，提高交通安全的目的。

为达到上述目的，本发明采用如下步骤：先在十字交叉口中间位置设置主信号灯，四个进口道的左转车第一停车线处分别设置左转预信号灯，四个出口道的直行车流第二停车线的前方分别设置直行继信号灯；再采用常规的两相位设置主信号相位以及左转预信号和直行继信号的相位差；交叉口东、西、南、北四个进口的直行机动车通过交叉口的速度分别为V _E、 V _W、V _S、V _E；东、西、南、北四个进口的直行车第一停车线和其对应出口的第二停车线之间的间距分别为L _E、L _W、L _S、L _N，则在继信号绿灯晚于主信号绿灯时，西、东、北、南四个出口道直行车继信号与主信号之间的相位差分别为：                                                

、

、

、

；然后进行配时准备，计算各相位的关键流量比之和

，Y _NS为主信号南北相位的关键流量比，Y _EW为主信号东西相位的关键流量比，根据公式

计算出公共周期时长C，L为配时损失时间；最后分配绿灯时间，主信号南北相位的绿灯时间为 ，主信号东西相位的绿灯时间为

；南进口左转预信号的绿灯时间为

 ； 北进口左转预信号的绿灯时间为

；东进口的左转预信号灯13的绿灯时间为

；西进口左转预信号的绿灯时间为

；南出口直行继信号的绿灯时间为；北出口直行继信号的绿灯时间为

；东出口直行继信号的绿灯时间为；西出口直行继信号的绿灯时间为

。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1.设置左转车预信号灯和直行车继信号灯，并且通过对主信号、预信号和继信号之间进行协调控制，可以彻底在时间上分离左转车流和直行车流之间的冲突，保障行车安全。

2.本发明提出协调控制共用周期计算方法，只需要一次计算，快捷简便，而且可以有效地避免采用传统配时方法可能引起的左转车流的堵塞。

3.本发明可以消除交叉口内左转车流与对向直行车流之间的冲突，增大交叉口通行能力和减少车辆延误时间，而且可以使直行车流只在交叉口处等待一次，不停车通过出口路段的直行与左转的冲突点。

附图说明

图1是十字交叉口左转机动车预信号和直行机动车继信号设置图；

图2是十字交叉口左转预信号和直行继信号协调控制方法流程图；

图3是交叉口主信号、左转机动车预信号和直行机动车继信号的相位设置图；

图1和图3中，白色表示绿灯，灰色表示黄灯，黑色表示红灯。

具体实施方式

参见图1和图2，本发明具体通过以下步骤实现： 

1 、设置左转机动车预信号灯和直行机动车继信号灯

如附图1所示的十字交叉口，将十字交叉道路分为N（北）方向路口、S（南）方向路口、W（西）方向路口和E（东）方向路口四个路口。

将十字交叉口中间位置的信号灯称为主信号灯1。在交叉口的四个进口道的左转车第一停车线3、12、15、24处分别设置一组信号灯，称为左转预信号灯2、13、14、25，控制左转车流转入出口方向的左转专用转弯车道；在交叉口四个出口道的直行车流第二停车线6、9、18、21的前方，分别设置一组信号灯，称为直行继信号灯5、8、19、22，用于分离直行车流和左转车流的冲突。

除此之外，附图1中4、11、16、23分别表示交叉口四个进口直行车第一停车线，7、10、17、20分别表示交叉口左转车第二停车线。

当左转预信号灯2、13、14、25显示绿灯时，允许左转车流跨越车行道中心线和直行出口车道，进入设置在直行出口车道与右转出口车道之间的专用左转弯车道。

虽然通过合理设置相位差（接下来的步骤2）可以在时间上基本避免左转机动车和直行机动车的冲突，但是为了防止少量直行车的异常操作（车速过慢、过快等）造成的左转和直行的冲突，还需要设置直行继信号灯5、8、19、22。当直行继信号灯5、8、19、22显示绿灯时，允许直行车流通行，红灯则不允许通行。

2 、设置主信号、预信号和继信号之间的相位差

（1）主信号相位

按照附图1组织方式，在交叉口，左转机动车和直行机动车已经不存在冲突点。因此，可以采用两相位控制（见附图3），即南北（SN）相位和东西（EW）相位。

南北相位放行的车流包括：南北直行机动车、南北左转机动车和东西右转机动车；东西相位放行的车流包括：东西直行机动车、东西左转机动车和南北右转机动车。

（2）左转预信号和直行继信号

左转预信号和直行继信号分别控制着路段上左转、直行冲突点处左转车和直行车的通行。如附图3所示，同一路段的冲突点，当左转预信号显示绿灯时，直行继信号显示红灯；当左转预信号显示红灯时，直行继信号显示绿灯。

（3）主信号和直行继信号的相位差

当交叉口主信号南北向显示绿灯时，东西向的左转车流可以由左转车第一停车线12、15处转入设置在出口道的左转专用车道；当主信号东西向显示绿灯时，南北向的左转车流可以由第一停车线(3、24)处转入设置在出口道的左转专用车道。

为了减少直行机动车的二次停车，需要科学设置主信号和直行继信号之间的相位差。设交叉口东（E）、西（W）、南（S）、北（N）四个进口的直行机动车通过交叉口的速度分别为：V _E、 V _W、V _S、V _E；附图2中，设东进口直行车第一停车线11和西出口第二停车线9之间的距离为L _E，西进口直行车第一停车线16和东出口第二停车线18之间的距离为L _W，南进口直行车第一停车线23和北出口第二停车线6之间的距离为L _S，北进口直行车第一停车线4和南出口第二停车线21之间的距离为L _N。则在继信号绿灯晚于主信号绿灯时，西出口直行机动车继信号灯8的绿灯相位与主信号的东西绿灯相位之间的相位差为：

                                                             （a）

则东出口直行机动车继信号灯19的绿灯相位与主信号1的东西绿灯相位之间的相位差（继信号绿灯晚于主信号绿灯）为：

                                                             （b）

则北出口直行机动车继信号灯5的绿灯相位与主信号的南北绿灯相位之间的相位差（继信号绿灯晚于主信号绿灯）为：

                                                             （c）

则南出口直行机动车继信号灯22的绿灯相位与主信号1的南北绿灯相位之间的相位差（继信号绿灯晚于主信号绿灯）为：

                                                             （d）

详细的相位设置见附图3所示。白色表示绿灯，灰色表示黄灯，黑色表示红灯。

3 、计算公共周期时长

协调控制的交叉口要采用相同的周期时长C。本发明的交通组织控制方式如附图1，相当于五个交叉口，即一个主交叉口、四个路段的附交叉口一起协调控制。传统的协调控制配时方法是对协调系统的每个交叉口进行计算周期时长，然后取最大者作为共用周期时长，这样本发明就需要进行五次计算，非常繁琐。

根据步骤2的相位关系，本发明提出一种简便配时方法，只需要对主信号交叉口进行一次周期时长计算，步骤如下。

（1）    配时准备工作

包括确定多时段信号配时的时段划分，确定配时时段内各进口道各流向的设计交通量，确定各进口道车道渠化方案，估算各进口各类车道的实际饱和流量等，和传统方法相同，不再详述。

（2）    计算各相位的关键流量比之和Y

主信号南北相位绿灯时，和传统的方法不同，绿灯时长除了需要满足南北直行、南北左转和东西右转（如果右转受信号灯控制）三种车流的通行外，还需要满足东进口左转第一停车12处左转车流的通行和西进口左转第一停车线15处左转车流的通行，因此，主信号南北相位的关键流量比的计算方法如下：

                （e）

式中：Y _NS为主信号南北相位的关键流量比；y _ST为交叉口南进口直行车流的流量比；y _NT为交叉口北进口直行车流的流量比；y _SL为交叉口南进口左转车流的流量比；y _NL为交叉口北进口左转车流的流量比；y _ER为交叉口东进口右转车流的流量比；y _WR为交叉口西进口右转车流的流量比；y _EL为交叉口东进口左转车流的流量比；y _WL为交叉口西进口左转车流的流量比。

主信号东西相位绿灯时，和传统的方法不同，绿灯时长除了需要满足东西直行、东西左转和南北右转（如果右转受信号灯控制）三种车流的通行外，还需要满足南进口左转第一停车线24处左转车流的通行和北进口左转第一停车线3处左转车流的通行。因此，主信号东西相位的关键流量比的计算方法如下：

                （f）

式中：Y _EW为主信号东西相位的关键流量比；y _ET为交叉口东进口直行车流的流量比；y _WT为交叉口西进口直行车流的流量比；y _EL为交叉口东进口左转车流的流量比；y _WL为交叉口西进口左转车流的流量比；y _SR为交叉口南进口右转车流的流量比；y _NR为交叉口北进口右转车流的流量比；y _SL为交叉口南进口左转车流的流量比；y _NL为交叉口北进口左转车流的流量比。

则交叉口的关键流量比之和Y为：

                                                            （g）

（3）    公共周期时长计算

采用常规的韦伯斯特（Webster）周期时长计算公式：

周期公式计算

                                                             （h）

式中：C为周期时长；L为配时损失时间。

4 、分配绿灯时间

（1）主信号绿灯分配

主信号南北相位的绿灯时间为：

                                                         （i）

主信号东西相位的绿灯时间为：

                                                        （j）

（2）左转预信号的绿灯分配

交叉口南进口的左转预信号灯25的绿灯时间为：

                                                  （k）

交叉口北进口的左转预信号灯2的绿灯时间为：

                                                 （l）

交叉口东进口的左转预信号灯13的绿灯时间为：

                                                   （m）

交叉口西进口的左转预信号灯14的绿灯时间为：

                                                  （n）

（3）直行继信号的绿灯分配

交叉口南出口的直行继信号灯25的绿灯时间为：

                                            （o）

交叉口北出口的直行继信号灯5的绿灯时间为：

                                            （p）    

交叉口东出口的直行继信号灯19的绿灯时间为：

                                           （r）         

交叉口西出口的直行继信号灯8的绿灯时间为：

                                           （t）。

下面提供本发明的1个实施例。

实施例

图1所示的十字交叉口的流量、饱和流量等信息见表1，配时总损失时间取10秒。

表1 算例交叉口的到达流量等信息

根据公式（e），南北相位关键流量比计算如下：

根据公式（f），东西相位关键流量比计算如下：

根据公式（h），可以得到周期时长：

根据公式（i），主信号南北相位绿灯时间为：

根据公式（j），主信号东西相位绿灯时间为：

根据公式（k）~公式（n），左转预信号的绿灯分配如下：

；；

；

根据公式（o）~公式（t），直行继信号的绿灯分配如下：

；

；；

如果不设置左转预信号灯和直行继信号灯，只规定在同路段上迎面直行车交通为红灯期间内（相交道路绿灯期间内），让左转弯车提前越过道路中心线和直行出口车道，进入在直行出口车道与右转弯出口车道之间的专用左转弯入口车道内，且配时采用常规Webster的配时方法。可以计算周期时长C=51s，南北相位绿灯时间为g _NS=17s，东西进口左转车辆在第一停车线的通行能力为：540pcu/h，小于到东进口左转到达流率600pcu/h。即东进口左转到达车流过大，在西进口直行车交通为红灯期间（南北相位为绿灯时间）难以全部通过，会造成左转车流在东进口第一停车线处堵塞。

Claims (2)

1.一种十字交叉口左转预信号和直行继信号的协调控制方法，其特征是采用如下步骤：

1）在十字交叉口中间位置设置主信号灯，四个进口道的左转车第一停车线处分别设置左转预信号灯，四个出口道的直行车流第二停车线的前方分别设置直行继信号灯；

2）采用常规的两相位设置主信号相位以及左转预信号和直行继信号的相位差；交叉口东、西、南、北四个进口的直行机动车通过交叉口的速度分别为V _E、 V _W、V _S、V _E；东、西、南、北四个进口的直行车第一停车线和其对应出口的第二停车线之间的间距分别为L _E、L _W、L _S、L _N，则在继信号绿灯晚于主信号绿灯时，西、东、北、南四个出口道直行车继信号与主信号之间的相位差分别为：                                               

、

、

、

；

3）进行配时准备，计算各相位的关键流量比之和

，Y _NS为主信号南北相位的关键流量比，Y _EW为主信号东西相位的关键流量比，根据公式

计算出公共周期时长C，L为配时损失时间；

4）分配绿灯时间，主信号南北相位的绿灯时间为

 ，主信号东西相位的绿灯时间为

；南进口左转预信号的绿灯时间为

 ； 北进口左转预信号的绿灯时间为

；东进口的左转预信号灯13的绿灯时间为

；西进口左转预信号的绿灯时间为

；南出口直行继信号的绿灯时间为；北出口直行继信号的绿灯时间为

；东出口直行继信号的绿灯时间为

；西出口直行继信号的绿灯时间为。

2.根据权利要求1所述的一种十字交叉口左转预信号和直行继信号的协调控制方法，其特征是：步骤3）中的、

 ，y _ST为南进口直行车流的流量比；y _NT为北进口直行车流的流量比；y _SL为南进口左转车流的流量比；y _NL为北进口左转车流的流量比；y _ER为东进口右转车流的流量比；y _WR为西进口右转车流的流量比；y _EL为东进口左转车流的流量比；y _WL为西进口左转车流的流量比；y _ET为东进口直行车流的流量比；y _WT为西进口直行车流的流量比；y _EL为东进口左转车流的流量比；y _WL为西进口左转车流的流量比；y _SR为南进口右转车流的流量比；y _NR为北进口右转车流的流量比；y _SL为南进口左转车流的流量比；y _NL为北进口左转车流的流量比。

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