CN104680804A - 一种交叉口直右共用车道预信号控制方法 - Google Patents

Abstract

一种交叉口直右共用车道预信号控制方法，涉及交通技术领域。解决交叉口直行方向红灯期间直右共用车道上的直行车辆因停车等待而阻碍右转车通行的问题。设置一条提示变道标线，在其路侧设置一块交通标志和预信号系统。预信号需与交叉口主信号直行方向的配时相协调，当预信号红灯提前启亮时提示变道标线后的直行车辆须从直右共用车道经变道驶入紧邻直行车道；当预信号绿灯提前启亮时提示变道标线后排队等待的直行车辆可提前启动，从直行车道经变道驶入直右共用车道。本发明有效地避免主信号直行红灯启亮时直右共用车道上因直行车辆停车等待而阻碍右转车辆通行的情况发生，还能提高主信号直行绿灯启亮时直行车辆通过效率，提高交叉口的整体通行效率。

Description

一种交叉口直右共用车道预信号控制方法

技术领域

本发明具体涉及一种交叉口直右共用车道预信号控制方法，涉及交通工程技术领域。

背景技术

近年来，经济发展带动了城市机动车保有量的快速增长，道路供不应求的现象已经屡见不鲜。作为城市路网节点的交叉口，更是成为制约道路通行能力的关键所在。为了提高交叉口的通行能力，交通领域学者和从业者在有限的道路条件下，提出了许多优化方法和改进措施，获得了很好的效果。

其中，对于交叉口直行交通量较大，但道路条件有限的情况，多采用直行和右转共用一条车道的方法，以牺牲一部分右转车辆的运行效率为代价，来提高交叉口直行车辆在绿灯期间的通行效率。虽然这种做法在一定程度上能够提高直行方向的通行能力，但有时红灯期间停在直右共用车道上的直行车辆却阻碍了右转车辆的通行，多余的等待时间也会造成右转驾驶人不安、烦躁的情绪。对于如何有效解决这个问题，目前尚无有效的方法。

预信号是交叉口主信号的辅助设施，以规范和引导交叉口进口道上车辆行驶行为。目前国内外对于预信号的应用集中在控制交叉口左转车辆和公交优先两个方面。通常的做法是：在停车线之前一段距离处设置预信号停车线，两条停车线之间为待行区。当左转需求较大时，预信号控制直行车辆停在预信号停车线后，而左转车辆可驶入待行区的所有车道(包括直行车道)，实现左转。当交叉口实行公交优先策略时，预信号用于控制社会车辆能否驶入待行区，确保在红灯期间到达的公交车辆总能够排在社会车辆之前，实现公交优先。但是，往往存在直行车辆因停车等待而阻碍右转车通行的现象。

发明内容

本发明提供了一种交叉口直右共用车道预信号控制方法，以解决交叉口直行方向红灯期间直右共用车道上的直行车辆因停车等待而阻碍右转车通行的问题。

本发明所述一种交叉口直右共用车道预信号控制方法，包括预信号、提示变道标线和交通标志，按照道路限速值求取直行车辆的停车距离L，在直右共用车道及其紧邻直行车道内距停车线L处设置一条提示变道标线，在其路侧设置一块交通标志和预信号系统。预信号需与交叉口主信号直行方向的配时相协调，当预信号红灯提前启亮时，提示变道标线后的直行车辆须从直右共用车道经变道驶入紧邻直行车道；当预信号绿灯提前启亮时，提示变道标线后排队等待的直行车辆可提前启动，从直行车道经变道驶入直右共用车道，进而加速至适当速度通过交叉口。本发明不仅能够避免主信号直行红灯启亮时直右共用车道上因直行车辆停车等待而阻碍右转车辆通行的情况发生，还能够提高主信号直行绿灯启亮时直行车辆通过效率，从而提高交叉口的整体通行效率。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案具体为：

步骤一：规定预信号控制下直右共用车道及其紧邻直行车道上直行车辆的运行规则；

步骤二：根据信号交叉口具体情况，协调主、预信号配时；

步骤三：根据道路限速值等条件，确定设置预信号、提交变道标线和交通标志的位置；

步骤四：根据预信号灯、提示变道线等的设置位置，根据确定预信号红灯提前启亮时间；

步骤五：根据预信号设置位置，确定预信号绿灯提前启亮时间；

步骤六：根据步骤二到五中确定的数值，设置预信号灯、提示变道标线及交通标志。

在所述步骤一中，预信号控制提示变道标线后的直行车辆驶离或驶入直右共用车道。预信号红灯启亮时，提示变道标线后的直行车辆须驶离直右共用车道；预信号绿灯启亮时，提示变道标线后的直行车辆可驶入直右共用车道。

在所述步骤二中，交叉口预信号与主信号间存在一个配时协调的问题。预信号仅包括红与绿两种灯色，二者均较主信号直行方向的红、绿灯提前数秒启亮，但主、预信号周期时长相等。预信号红灯提前启亮，可避免主信号直行方向红灯启亮时，直右共用车道因直行车辆停车等待而阻碍右转车辆通行的情况发生，从而提高交叉口右转运行效率。预信号绿灯提前启亮，可使提示变道标线后排队等待的直行车辆提前启动驶入直右共用车道，待主信号直行绿灯启亮时，直行车辆则刚好加速到达停车线，从而提高交叉口直行运行效率。

在所述步骤三中，预信号、提示变道标线及交通标志至停车线的距离相等。该距离应满足提示变道线后的第一辆直行车辆的停车距离需求，即

$L\≥\frac{V}{3.6}\mathrm{\δ}+\frac{V^2}{25.92d}$

式中L表示提示变道标线与停车线之间的距离，(m)；V为车辆运行速度，取限速值，(km/h)；δ为驾驶人的反应时间，取值为1.0(s)；d表示制动减速度，取中间值为3.5(m/s²)。

在所述步骤四中，预信号红灯提前启亮时间间隔内直右共用车道上提示变道标线后的第一辆直行车辆变道后进入紧邻直行车道，在主信号直行红灯启亮时，能够安全地停在停车线前。同时，确保预信号红灯启亮时，已越过提示变道标线的直行车辆能够在主信号红灯启亮前进入交叉口。因此，预信号红灯提前启亮时间t_r应满足：

$t_r\≥\mathrm{\δ}+\frac{V}{3.6d}$

式中δ为驾驶人的反应时间，取值为1.0(s)；V为车辆运行速度，取限速值，(km/h)；d表示制动减速度，取中间值为3.5(m/s²)。

在所述步骤五中，预信号绿灯提前启亮时间t_g，可根据提示变道标线与停车线之间的距离L确定，利用公式

$L\≤\frac{1}{2}{{\mathrm{at}}_g}^2$ 即 $t_g\≥\sqrt{\frac{2L}{a}}$

式中a为车辆启动加速度，取3.0m/s²。这个t_g可以确保预信号绿灯启亮时，位于直右共用车道紧邻的直行车道上提示变道标线后的直行车辆经可提前启动，经变道后开始加速，在主信号绿灯启亮时刚好进入交叉口。

在所述步骤六中，预信号装置、提示变道标线及交通标志应根据上述各步骤中求得的数值进行设置。

本发明具有以下有益效果：

本发明借鉴交叉口左转和公交优先预信号控制方法，在有直右共用车道的交叉口进口道上安装预信号灯，用来控制直行车辆能否进入直右共用车道。一方面可以确保主信号直行绿灯期间直右共用车道可以被直行车辆使用，以提高交叉口直行方向的通行能力；另一方面避免主信号直行红灯期间直右共用车道上因直行车辆停车等待而阻碍右转车辆通行的现象发生，消除右转车辆因被迫停车而产生的延误。本发明方法通过在交叉口停车线前一段距离处设置一个与主信号相协调的预信号灯，配合预信号控制下直右共用车道及其紧邻直行车道上直行车辆的运行规则，控制红、绿相位直右共用车道及其紧邻直行车道上直行车辆的行驶行为，达到提高右转车辆通行效率、改善交叉口整体通行能力的效果。

与现有技术相比，本发明所述的控制方法，能够使交叉口进口道直行红灯期间，直右共用车道一直处于可被右转车辆使用的状态，避免直行车辆停止在直右共用车道上等待红灯而阻碍右转车辆通行的现象的发生，并且通过预信号红、绿信号的提前启亮，可提高交叉口直行方向的通行能力。

附图说明

图1是交叉口直右共用车道预信号控制的硬件设施图；

图2是哈尔滨市某信号交叉口进口道示意图；

图3是哈尔滨市某信号交叉口进口道信号配时示意图，

图4是预信号配时示意图(与图3对应)；

图5是预信号相关设施设置情况示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

图1是交叉口直右共用车道预信号控制的硬件设施。如图1所示，该交叉口是具有直右共用车道的信号交叉口，所需硬件装置为预信号灯、提交变道标线和交通标志。这三种设施均设置在交叉口停车线前一定距离。该方法包括如下步骤：

步骤一具体为：规定预信号控制下直右共用车道及其紧邻直行车道上直行车辆的运行规则。预信号控制提示变道标线后的直行车辆驶离或驶入直右共用车道。预信号红灯启亮时，提示变道标线后的直行车辆须驶离直右共用车道进入直行车道；预信号绿灯启亮时，提示变道标线后的直行车辆可驶入直右共用车道。

步骤二具体为：根据信号交叉口具体情况，协调主、预信号配时。交叉口预信号与主信号间存在一个配时协调的问题。预信号仅包括红与绿两种灯色，二者均较主信号直行方向的红、绿灯提前数秒启亮，但主、预信号周期时长相等。预信号红灯提前启亮，可避免主信号直行方向红灯启亮时，直右共用车道因直行车辆停车等待而阻碍右转车辆通行的情况发生，从而提高交叉口右转运行效率。预信号绿灯提前启亮，可使提示变道标线后排队等待的直行车辆提前启动驶入直右共用车道，待主信号直行绿灯启亮时，直行车辆则刚好加速到达停车线，从而提高交叉口直行运行效率。预信号红灯与绿灯提前启亮时间由步骤三与五确定。

步骤三具体为：根据道路限速值等条件，确定设置预信号、提交变道标线和交通标志的位置。预信号、提示变道标线及交通标志至停车线的距离相等。该距离应满足提示变道线后的第一辆直行车辆的停车距离需求，即

$L\≥\frac{V}{3.6}\mathrm{\δ}+\frac{V^2}{25.92d}$

式中L表示提示变道标线与停车线之间的距离，(m)；V为车辆运行速度，取限速值，(km/h)；δ为驾驶人的反应时间，取值为1.0(s)；d表示制动减速度，取中间值为3.5(m/s²)。

步骤四具体为：确定预信号灯红灯提前启亮时间。预信号红灯提前启亮时间的最小值应满足——直右共用车道上提示变道标线后的第一辆直行车辆变道后进入紧邻直行车道，在主信号直行红灯启亮时，能够安全地停在停车线前。同时，确保预信号红灯启亮时，已越过提示变道标线的直行车辆能够在主信号红灯启亮前进入交叉口。因此，预信号红灯提前启亮时间t_r应满足：

式中δ为驾驶人的反应时间，取值为1.0(s)；V为车辆运行速度，取限速值，(km/h)；d表示制动减速度，取中间值为3.5(m/s²)。

步骤五具体为：根据预信号设置位置，确定预信号绿灯提前启亮时间。预信号绿灯提前启亮时间t_g，可根据提示变道标线与停车线之间的距离L确定，利用公式

即

式中a为车辆启动加速度，取3.0m/s²。这个t_g可以确保预信号绿灯启亮时，位于直右共用车道紧邻的直行车道提示变道标线后的直行车辆经可提前启动，经变道后开始加速，在主信号绿灯启亮时刚好进入交叉口。

步骤六具体为：根根据步骤二到五中确定的数值，设置预信号灯、提示变道标线及交通标志。由步骤二到步骤五已经确定了预信号灯、提示变道标线及交通标志的相关参数，对照参数在道路上设置即可。

具体实施例：

以哈尔滨某信号交叉口为例，研究其具有直右共用车道的进口道，见图2。

该进口道的基本情况如下：进口道5车道，其中1条左转专用道，3条直行车道和1条直右共用车道；信号周期时长为108s，该进口道信号配时有两个相位，配时情况见图4；高峰小时交通量情况，如表1所示。延误计算采用VISSIM仿真配合视频调查相结合的方法，得到的该进口道各方向上的延误，如表2所示。

表1该信号交叉口目标进口道高峰小时交通量

同时，我们采用视频调查的方法，观测了90个周期共计3个小时的交叉口直右共用车道的运行情况。

在这90个周期中，直行红灯期间，均有直行车辆停在直右共用车道上等待绿灯启亮从而阻碍右转车辆通行的情况发生。

这里引入一个等待时间T表示直右共用车道上右转车辆因直行车辆阻挡而排队等待的总时间。

T＝t₁+t₂+…+t_n

式中t₁，t₂，t_n分别表示每辆右转车辆因直行停止车辆阻挡而排队等待的时间。

表3右转车辆等待总时长

这两项结果表明，在现有的交叉口控制方式下，拥有直右共用车道的交叉口右转车辆延误明显，并且该延误是由于直行车辆的不合理占道而造成的。不但降低了右转车辆的通行效率，而且会让右转车辆驾驶人因为等待而产生腻烦心理，不利于轻松驾车、安全驾车。

现利用本发明所提出的方法对其进行改进：

根据公式，确定预信号停车线距离，这里道路限速为60km/h

$L\≥\frac{V}{3.6}\mathrm{\δ}+\frac{V^2}{25.92d}=\frac{60}{3.6}\×0.5+\frac{{60}^2}{25.92\×3.5}=40m$

根据公式求t_r

$t_r\≥\mathrm{\δ}+\frac{V}{3.6d}=0.5+\frac{60}{3.6\×3.5}=4.76s$

再根据公式，求t_g，这里车辆加速度a取3m/s²

$t_g=\sqrt{\frac{2L}{a}}=\sqrt{\frac{2\×40}{3}}=5.16s$

至此，求得该方法所需的各项数据。预信号配时如附图4，交叉口相关设施设置如附图5。将确定的t_r，L，t_g反映在利用VISSIM建立的交叉口模型中，对该方法进行仿真，最终获取的交叉口进口道延误如表4。

表4改进后交叉口进口道各方向延误

从延误表中看出，直行车辆的延误略有增加，右转车辆延误大幅度减小。最终该进口道每辆车平均延误减少了1.8s(9.9％)，效果显著。同时，直行红灯期间，直右共用车道上没有直行车辆不合理占道情况，这也将极大程度提高右转车辆驾驶人心情。

Claims (7)

1.一种交叉口直右共用车道预信号控制方法，所述方法是基于预信号装置、提示变道标线和交通标志来实现的，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：规定预信号控制下直右共用车道及其紧邻直行车道上直行车辆的运行规则；

步骤二：根据信号交叉口具体情况，协调主、预信号配时；

步骤三：根据道路限速值条件，确定设置预信号、提交变道标线和交通标志的位置；

步骤四：根据预信号灯、提示变道线的设置位置，确定预信号红灯提前启亮时间；

步骤五：根据预信号设置位置，确定预信号绿灯提前启亮时间；

步骤六：根据步骤二到五中确定的各个参数数值，设置预信号灯、提示变道标线及交通标志。

2.如权利要求1所述的一种交叉口直右共用车道预信号控制方法，其特征在于：所述步骤一的具体实现过程为：预信号控制提示变道标线后的直行车辆驶离或驶入直右共用车道；预信号红灯启亮时，提示变道标线后的直行车辆须驶离直右共用车道；预信号绿灯启亮时，提示变道标线后的直行车辆可驶入直右共用车道。

3.如权利要求1或2所述的一种交叉口直右共用车道预信号控制方法，其特征在于：所述步骤二的具体实现过程为：协调交叉口预信号与主信号间的配时，预信号仅包括红与绿两种灯色，二者均较主信号直行方向的红、绿灯提前数秒启亮，但主、预信号周期时长相等；

预信号红灯提前启亮，用于避免主信号直行方向红灯启亮时，直右共用车道因直行车辆停车等待而阻碍右转车辆通行的情况发生；

预信号绿灯提前启亮，可使提示变道标线后排队等待的直行车辆提前启动驶入直右共用车道，待主信号直行绿灯启亮时，直行车辆则刚好加速到达停车线。

4.如权利要求3所述的一种交叉口直右共用车道预信号控制方法，其特征在于：在所述步骤三中，预信号、提示变道标线及交通标志至停车线的距离相等，该距离应满足提示变道线后的第一辆直行车辆的停车距离需求，即

$L\≥\frac{V}{3.6}\mathrm{\δ}+\frac{V^2}{25.92d}$

式中L表示提示变道标线与停车线之间的距离，单位为m；V为车辆运行速度，取限速值，单位为km/h；δ为驾驶人的反应时间，取值为1.0s；d表示制动减速度，取中间值为3.5m/s²。

5.如权利要求1或4所述的一种交叉口直右共用车道预信号控制方法，其特征在于：

在所述步骤四中，预信号红灯提前启亮时间间隔内直右共用车道上提示变道标线后的第一辆直行车辆变道后进入紧邻直行车道，在主信号直行红灯启亮时，能够安全地停在停车线前；同时，确保预信号红灯启亮时，已越过提示变道标线的直行车辆能够在主信号红灯启亮前进入交叉口；预信号红灯提前启亮时间t_r应满足：

$t_r\≥\mathrm{\δ}+\frac{V}{3.6d}$

式中δ为驾驶人的反应时间，取值为1.0s；V为车辆运行速度，取限速值，km/h；d表示制动减速度，取中间值为3.5m/s²。

6.如权利要求5所述的一种交叉口直右共用车道预信号控制方法，其特征在于：在所述步骤五中，预信号绿灯提前启亮时间t_g，可根据提示变道标线与停车线之间的距离L确定，利用公式

$L\≤\frac{1}{2}{{\mathrm{at}}_g}^2$ 即 $t_g\≥\sqrt{\frac{2L}{a}}$

式中a为车辆启动加速度，取3.0m/s²；t_g用于确保预信号绿灯启亮时，位于直右共用车道紧邻的直行车道上提示变道标线后的直行车辆经可提前启动，经变道后开始加速，在主信号绿灯启亮时刚好进入交叉口。

7.如权利要求6所述的一种交叉口直右共用车道预信号控制方法，其特征在于：在所述步骤六中，预信号装置、提示变道标线及交通标志应根据上述各步骤中求得的数值进行设置。