CN105321359A - 十字路口三相星形控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种十字路口星形同步左转控制系统，包括由南北车道、东西车道组成的十字路口，所述的十字路口中的各支路中均包括双向的进口道、出口道，进口道、出口道之间设置有转向车道，转向车道中纵向设置有禁停区，横向设置有护栏，禁停区、护栏将转向车道分割为左转进口道、反向左转进口道、左转出口道和反向左转出口道，所述的进口道设置有流量检测器。应用上述的十字路口星形同步左转控制系统的控制方法，为定时控制方法或感应控制方法。本发明能够通过转向车道实现四个方向左转车流同步放行，减小左转车流带来的冲突，有效提高十字交叉口的通行效率，减小延误。避免了机动车与机动车在转向过程中的彼此冲突。

Description

十字路口三相星形控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于交通控制系统及其控制方法，具体涉及一种十字路口三相星形控制系统及其控制方法。

背景技术

城市道路的平面交叉口普遍采用的是两相位，四相位和五相位信号控制。其中两相位的工作方式是轮流开放不同的信号显示，依次对相交的两个不同方向的车辆给予通行权。此方案虽然从时间上隔离了两个不同方向的车流，但左转车流仍与对向直行车流以及非机动车造成冲突。一般情况下左转交通量远远小于直行交通量，使左转车辆很难获得可穿越空挡，不能完全通过，进一步影响了下一周期的交通组织，常常使得整个交叉口交通完全瘫痪。之后人们采用优化信号配时的方式来提高交叉口效率，在原有两相位的基础上增添、组合，如在交叉口设置左转专用信号灯，但此类方案通常会引起信号周期的增加，使直行车流延误增大，达到的效果有限。

信号控制研究的重点逐渐转到充分利用现有的道路设施上来，用低成本、见效快的交通流组织和交通控制手段解决平面交叉口问题，改善道路交通运行状况，提高交叉口效率。在国外，对于流量大的路口采用建造简易立交的方式，并通过相应的渠化设计来达到顺畅交通的作用。或建造造型灵活多变的交叉口，充分顺应交通流。但此类交叉口需要精细、系统的工程，而我国对于交叉口的建立一般较粗糙，短时间内无法进行大规模的改建，因此国外的一些技术在国内无法有效应用。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种十字路口三相星形控制系统及其控制方法。

本发明的技术方案是：一种十字路口星形同步左转控制系统，包括由南北车道、东西车道组成的十字路口，所述的十字路口中的各支路中均包括双向的进口道、出口道，进口道、出口道之间设置有转向车道，转向车道中纵向设置有禁停区，横向设置有护栏，禁停区、护栏将转向车道分割为左转进口道、反向左转进口道、左转出口道和反向左转出口道，左转进口道、反向左转进口道分别设置有SL1上游左转信号灯、SL2左转主信号灯，反向左转出口道中设置有D2检测器，反向左转进口道设置有D1检测器、D0检测器，所述的进口道设置有流量检测器。

所述的D0检测器为存在型检测器；所述的D1检测器、D2检测器为通过型检测器。

应用上述的十字路口星形同步左转控制系统的控制方法，所述的控制方法为定时控制方法或感应控制方法；

所述的定时控制方法、感应控制方法均包括三相位，即东西直行相位、南北直行相位、同步左转相位；

所述的定时控制方法，包括以下步骤：

东西直行相位、南北直行相位均有定时器固定控制，同步左转相位的绿灯放行时间与反向左转进口道长度有关，左转绿灯时间必须满足能一次放行反向左转进口道内的全部排队车辆，根据泊松流的概率分布确定反向左转进口道的车流排队数n设同步左转相位的总周期为C３，左转绿灯时间为t理，则左转红灯时间为t_l红＝c₃-t_理,车辆到达符合泊松分布，利用泊松流的概率分布

$P_n\left(\mathrm{\Δ}t\right)=\frac{{\left(\mathrm{\λ}\mathrm{\Δ}t\right)}^n}{n!}{e}^{-\mathrm{\λ}\mathrm{\Δ}t},\left(n=0,1,\mathrm{2...}\right)$

计算出当来车数量大于n的概率小于θ时（一般取0.1），此时n值为反向左转进口道的车辆排队数。计算反向左转进口道的最佳长度L1，实测出交叉口各进口车道的大车率HV，则反向左转进口道的最佳长度

L₁＝5.5×n×(1-HV)+10×n×HV＝5.5×n+4.5×n×HV

SL1上游左转信号灯与SL2左转主信号灯相互排斥，SL2左转主信号灯为绿灯时，SL1上游左转信号灯为红灯，SL2左转主信号灯为红灯时，SL1上游左转信号灯为绿灯，相对SL2左转主信号灯而言，SL1上游左转信号灯切换时间较左转主信号灯切换时间有几秒的滞后，当SL2左转主信号灯由红灯变为绿灯时，经过几秒滞后时间之后，SL1上游左转信号灯由绿灯经黄灯变为红灯；

所述的感应控制方法，包括以下步骤：

东西直行相位时，东西车道绿灯亮起后，首先判断是否达到最小绿灯时间，在最小绿灯时间内，一直保持东西直行是绿灯；绿灯时间超过最小绿灯时间之后，通过十字路口各支路中的检测器测定车头时距，如果车头时距小于预置时间，则继续判断是否达到最大绿灯时间，达到最大绿灯时间则东西车道红灯亮起，南北车道绿灯亮起，未达到最大绿灯时间则继续执行东西车道绿灯指令；如果车头时距大于预置时间，则东西车道红灯亮起，南北车道绿灯亮起；

南北直行相位时，南北车道绿灯亮起后，首先判断是否达到最小绿灯时间，在最小绿灯时间内，一直保持南北直行是绿灯；绿灯时间超过最小绿灯时间之后，通过十字路口各支路中的检测器测定车头时距，如果车头时距小于预置时间，则继续判断是否达到最大绿灯时间，达到最大绿灯时间则南北车道红灯亮起，东西车道绿灯亮起，未达到最大绿灯时间则继续执行南北车道绿灯指令；如果车头时距大于预置时间，则南北车道红灯亮起，东西车道绿灯亮起；

同步左转相位时，SL2左转主信号灯绿灯亮起，通过D1检测器测量车头时距，如果车头时距大于预置时间，则SL2左转主信号灯变为红灯，如果车头时距小于预置时间，则SL2左转主信号灯保持绿灯亮起指令；

SL1上游左转信号灯绿灯亮起，通过D0检测器判断是否有车存在，有车存在说明排队车辆较多，则SL1上游左转信号灯变为红灯；无车存在则继续通过D2检测器判断是否有车通过，如果有车通过则SL1上游左转信号灯变为红灯，如果无车通过SL1上游左转信号灯保持绿灯亮起指令；SL1上游左转信号灯红灯亮起，判断同步左转是否完成，如果完成，通过安全时间后上游左转信号灯变为绿灯。

本发明能够通过转向车道实现四个方向左转车流同步放行，减小左转车流带来的冲突，有效提高十字交叉口的通行效率，减小延误。避免了机动车与机动车在转向过程中的彼此冲突，方便实用，适应性，实用性高。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中任意支路的结构示意图；

图3是本发明中东西直行、南北直行的控制流程图；

图4是本发明同步左转过程中上游左转信号灯SL1的控制流程图；

图5是本发明同步左转过程中左转主信号灯SL2的控制流程图；

图6是本发明中三相位配时图；

图7是本发明中三相位的示意图。

其中：

1南北车道2东西车道

3SL2左转主信号灯4第一车道

5转向车道6第二车道

7护栏8SL1上游左转信号灯

9左转进入道10反向左转进入道

11左转出口道12反向左转出口道

13D2检测器14D1检测器

15D0检测器16禁停区

17流量检测器。

具体实施方式

以下，参照附图和实施例对本发明进行详细的说明：

如图1、2所示，一种十字路口星形同步左转控制系统，包括由南北车道2、东西车道1组成的十字路口，所述的十字路口中的各支路中均包括双向的进口道4、出口道6，其特征在于：进口道4、出口道6之间设置有转向车道5，转向车道5中纵向设置有禁停区16，横向设置有护栏7，禁停区16、护栏7将转向车道5分割为左转进口道9、反向左转进口道10、左转出口道11和反向左转出口道12，左转进口道9、反向左转进口道10分别设置有SL1上游左转信号灯8、SL2左转主信号灯3，反向左转出口道12中设置有D2检测器13，反向左转进口道10设置有D1检测器14、D0检测器15，所述的进口道4设置有流量检测器17。

所述的D0检测器15为存在型检测器；所述的D1检测器14、D2检测器13为通过型检测器。

本发明中还设置有标志标线和隔离桩，车辆同步左转时，标志标线可以引导车辆正确地从反向左转进口道10驶出，记过左转，驶入另一个路口的反向左转出口道12。在每个方向的禁停区16右侧设置隔离桩。隔离桩可以引导车辆从左转进口道9通过禁停区16驶入反向左转进口道10。标志标线和隔离桩共同引导车辆实现同步左转。

如图3~7所示，一种应用上述的十字路口星形同步左转控制系统的控制方法，

所述的定时控制方法、感应控制方法均包括三相位，即东西直行相位、南北直行相位、同步左转相位；

所述的定时控制方法，包括以下步骤：

东西直行相位、南北直行相位均有定时器固定控制。同步左转相位的绿灯放行时间与反向左转进口道长度有关，左转绿灯时间必须满足能一次放行反向左转进口道内的全部排队车辆。根据泊松流的概率分布确定反向左转进口道的车流排队数n设同步左转相位的总周期为C３，左转绿灯时间为t理，则左转红灯时间为t_l红＝c₃-t_理,车辆到达符合泊松分布，利用泊松流的概率分布

$P_n\left(\mathrm{\Δ}t\right)=\frac{{\left(\mathrm{\λ}\mathrm{\Δ}t\right)}^n}{n!}{e}^{-\mathrm{\λ}\mathrm{\Δ}t},(n=0,1,2...)$

计算出当来车数量大于n的概率小于θ时（一般取0.1），此时n值为反向左转进口道的车辆排队数。计算反向左转进口道的最佳长度L1。实测出交叉口各进口车道的大车率HV，则反向左转进口道的最佳长度

L₁＝5.5×n×(1-HV)+10×n×HV＝5.5×n+4.5×n×HV。

SL1上游左转信号灯8与SL2左转主信号灯3相互排斥，SL2左转主信号灯3为绿灯时，SL1上游左转信号灯8为红灯，SL2左转主信号灯3为红灯时，SL1上游左转信号灯8为绿灯，相对SL2左转主信号灯3而言，SL1上游左转信号灯8切换时间较左转主信号灯3切换时间有几秒的滞后，当SL2左转主信号灯3由红灯变为绿灯时，经过几秒滞后时间之后，SL1上游左转信号灯8由绿灯经黄灯变为红灯。

所述的感应控制方法，包括以下步骤：

东西直行相位时，东西车道1绿灯亮起后，首先判断是否达到最小绿灯时间，在最小绿灯时间内，一直保持东西直行是绿灯；绿灯时间超过最小绿灯时间之后，通过十字路口各支路中的检测器17测定车头时距，如果车头时距小于预置时间，则继续判断是否达到最大绿灯时间，达到最大绿灯时间则东西车道1红灯亮起，南北车道2绿灯亮起，未达到最大绿灯时间则继续执行东西车道1绿灯指令；如果车头时距大于预置时间，则东西车道1红灯亮起，南北车道2绿灯亮起；

南北直行相位时，南北车道2绿灯亮起后，首先判断是否达到最小绿灯时间，在最小绿灯时间内，一直保持南北直行是绿灯；绿灯时间超过最小绿灯时间之后，通过十字路口各支路中的检测器17测定车头时距，如果车头时距小于预置时间，则继续判断是否达到最大绿灯时间，达到最大绿灯时间则南北车道2红灯亮起，东西车道1绿灯亮起，未达到最大绿灯时间则继续执行南北车道2绿灯指令；如果车头时距大于预置时间，则南北车道2红灯亮起，东西车道1绿灯亮起；

同步左转相位时，SL2左转主信号灯3绿灯亮起，通过D1检测器14测量车头时距，如果车头时距大于预置时间，则SL2左转主信号灯3变为红灯，如果车头时距小于预置时间，则SL2左转主信号灯3保持绿灯亮起指令；

SL1上游左转信号灯8绿灯亮起，通过D0检测器15判断是否有车存在，有车存在说明排队车辆较多，则SL1上游左转信号灯8变为红灯；无车存在则继续通过D2检测器13判断是否有车通过，如果有车通过则SL1上游左转信号灯8变为红灯，如果无车通过SL1上游左转信号灯8保持绿灯亮起指令；SL1上游左转信号灯8红灯亮起，判断同步左转是否完成，如果完成，通过安全时间后上游左转信号灯8变为绿灯。

本发明的工作过程如下：东西直行相位时，指示东西方向直行的信号灯亮绿灯，南北方向直行的信号灯亮红灯，四个方向上的左转主信号灯亮红灯，上游左转信号灯亮绿灯。东西直行相位结束后，经3s黄灯等待后南北直行相位开始。南北直行相位时，指示南北方向直行的信号灯亮绿灯，东西方向直行的信号灯亮红灯，四个方向上的左转主信号灯亮红灯，上游左转信号灯还是亮绿灯。南北直行相位结束后，经3s黄灯等待后同步左转相位开始。同步左转相位时，指示东西方向直行的信号灯亮红灯，指示南北方向直行的信号灯也亮红灯，四个方向上的左转主信号灯亮绿灯，上游左转信号灯经几秒后由绿变红。

本发明能够通过转向车道实现四个方向左转车流同步放行，减小左转车流带来的冲突，有效提高十字交叉口的通行效率，减小延误。避免了机动车与机动车在转向过程中的彼此冲突，方便实用，适应性，实用性高。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种十字路口星形同步左转控制系统，包括由南北车道（2）、东西车道（1）组成的十字路口，所述的十字路口中的各支路中均包括双向的进口道（4）、出口道（6），其特征在于：进口道（4）、出口道（6）之间设置有转向车道（5），转向车道（5）中纵向设置有禁停区（16），横向设置有护栏（7），禁停区（16）、护栏（7）将转向车道（5）分割为左转进口道（9）、反向左转进口道（10）、左转出口道（11）和反向左转出口道（12），左转进口道（9）、反向左转进口道（10）分别设置有SL1上游左转信号灯（8）、SL2左转主信号灯（3），反向左转出口道（12）中设置有D2检测器（13），反向左转进口道（10）设置有D1检测器（14）、D0检测器（15），所述的进口道（4）设置有流量检测器（17）。

2.根据权利要求1所述的十字路口星形同步左转控制系统，其特征在于：所述的D0检测器（15）为存在型检测器；所述的D1检测器（14）、D2检测器（13）为通过型检测器。

3.应用权利要求1所述的十字路口星形同步左转控制系统的控制方法，其特征在于：所述的控制方法为定时控制方法或感应控制方法；

所述的定时控制方法、感应控制方法均包括三相位，即东西直行相位、南北直行相位、同步左转相位；

所述的定时控制方法，包括以下步骤：

东西直行相位、南北直行相位均有定时器固定控制，同步左转相位的绿灯放行时间与反向左转进口道（10）长度有关，左转绿灯时间必须满足能一次放行反向左转进口道（10）内的全部排队车辆，根据泊松流的概率分布确定反向左转进口道的车流排队数n，设同步左转相位的总周期为C_３，左转绿灯时间为

t_理，则左转红灯时间为t_l红＝c₃-t_理,车辆到达符合泊松分布，利用泊松流的概率分布，计算出当来车数量大于n的概率小于θ时（一般取0.1），此时n值为反向左转进口道的车辆排队数，计算反向左转进口道的最佳长度L₁，SL1上游左转信号灯（8）与SL2左转主信号灯（3）相互排斥，SL2左转主信号灯（3）为绿灯时，SL1上游左转信号灯（8）为红灯，SL2左转主信号灯（3）为红灯时，SL1上游左转信号灯（8）为绿灯，相对SL2左转主信号灯（3）而言，SL1上游左转信号灯（8）切换时间较左转主信号灯（3）切换时间有几秒的滞后，当SL2左转主信号灯（3）由红灯变为绿灯时，经过几秒滞后时间之后，SL1上游左转信号灯（8）由绿灯经黄灯变为红灯；

所述的感应控制方法，包括以下步骤：

东西直行相位时，东西车道（1）绿灯亮起后，首先判断是否达到最小绿灯时间，在最小绿灯时间内，一直保持东西直行是绿灯；绿灯时间超过最小绿灯时间之后，通过十字路口各支路中的检测器（17）测定车头时距，如果车头时距小于预置时间，则继续判断是否达到最大绿灯时间，达到最大绿灯时间则东西车道（1）红灯亮起，南北车道（2）绿灯亮起，未达到最大绿灯时间则继续执行东西车道（1）绿灯指令；如果车头时距大于预置时间，则东西车道（1）红灯亮起，南北车道（2）绿灯亮起；

南北直行相位时，南北车道（2）绿灯亮起后，首先判断是否达到最小绿灯时间，在最小绿灯时间内，一直保持南北直行是绿灯；绿灯时间超过最小绿灯时间之后，通过十字路口各支路中的检测器（17）测定车头时距，如果车头时距小于预置时间，则继续判断是否达到最大绿灯时间，达到最大绿灯时间则南北车道（2）红灯亮起，东西车道（1）绿灯亮起，未达到最大绿灯时间则继续执行南北车道（2）绿灯指令；如果车头时距大于预置时间，则南北车道（2）红灯亮起，东西车道（1）绿灯亮起；

同步左转相位时，SL2左转主信号灯（3）绿灯亮起，通过D1检测器（14）测量车头时距，如果车头时距大于预置时间，则SL2左转主信号灯（3）变为红灯，如果车头时距小于预置时间，则SL2左转主信号灯（3）保持绿灯亮起指令；

SL1上游左转信号灯（8）绿灯亮起，通过D0检测器（15）判断是否有车存在，有车存在说明排队车辆较多，则SL1上游左转信号灯（8）变为红灯；无车存在则继续通过D2检测器（13）判断是否有车通过，如果有车通过则SL1上游左转信号灯（8）变为红灯，如果无车通过SL1上游左转信号灯（8）保持绿灯亮起指令；SL1上游左转信号灯（8）红灯亮起，判断同步左转是否完成，如果完成，通过安全时间后上游左转信号灯（8）变为绿灯。