CN107085951A - 一种交叉口进口道直左共用可变车道预信号控制方法 - Google Patents

Abstract

一种交叉口进口道直左共用可变车道预信号控制方法，本发明涉及车道预信号控制方法。本发明的目的是为了解决现有交叉口进口道通行效率低，通行能力差的问题。具体过程为：一：规定预信号控制第2车道上车辆的运行规则；所述第2车道为以车流方向为正前方与最左侧车道相邻的车道；所述最左侧车道为以车流方向为正前方的最左侧；二：根据交叉口主信号的相位配时，协调主、预信号的配时；三：根据道路限速值，确定设置预信号灯、提示变道标线和交通标志的位置；四：根据预信号灯和提示变道标线的位置，确定预信号直行红灯相对于主信号直行红灯提前启亮时间；确定预信号直行绿灯相对于主信号直行绿灯提前启亮时间。本发明用于交通工程领域。

Description

一种交叉口进口道直左共用可变车道预信号控制方法

技术领域

本发明涉及车道预信号控制方法。

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。

例如，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。导致现有交叉口进口道通行效率低，通行能力差。

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。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有交叉口进口道通行效率低，通行能力差的问题，而提出一种交叉口进口道直左共用可变车道预信号控制方法。

一种交叉口进口道直左共用可变车道预信号控制方法具体过程为：

步骤一：规定预信号控制第2车道上车辆的运行规则；

所述第2车道为以车流方向为正前方与最左侧车道相邻的车道；

所述最左侧车道为以车流方向为正前方的最左侧，最左侧车道为第1车道；

步骤二：根据交叉口主信号的相位配时，协调主、预信号的配时；

步骤三：根据道路限速值，确定设置预信号灯、提示变道标线和交通标志的位置；

步骤四：根据预信号灯和提示变道标线的位置，确定预信号直行红灯相对于主信号直行红灯提前启亮时间；确定预信号直行绿灯相对于主信号直行绿灯提前启亮时间。

本发明的有益效果为：

本发明借鉴交叉口右转和公交优先预信号控制方法，在有左转专用车道的交叉口进口道上安装预信号灯，控制第2车道的通行功能。一方面可以确保主信号左转绿灯期间，左侧第1、2车道可以供左转车辆使用，以提高短时间内交叉口左转方向的通行能力。另一方面当主信号直行绿灯亮启时，车道2、3、4均可供直行车辆使用，提高了交叉口直行方向的通行能力。本发明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，配合预信号控制下左侧第2车道上车辆的运行规则，达到提高交叉口左转车辆、直行车辆通行效率，改善交叉口整体通行能力的效果。与现有技术相比，本发明所设置的预信号控制方法，将第2车道变为一种“可变车道”，能够使4车道交叉口进口道左转绿灯期间，提供两条左转车道，在直行绿灯期间提供三条右转车道，使得第2车道在该进口道通行期间一直处于被使用的状态，相当于在原有车道的基础上增加了一条车道，充分利用了道路资源。

从延误表表4中看出，直行车辆的延误有较为明显的减少，最终该进口道每辆车平均延误减少了4.1s(11％)，效果较为显著。从表5交叉口目标进口道不同信号周期数下进口道各方向通过车辆数来看，相同信号周期数下直行方向所通过的车辆数有较大幅度的增加，能够使进口道直行方向道路资源占有率与其较大的交通量相匹配。仿真结果表明，本项发明提高了该交叉口直行方向的通行效率和交叉口整体通行能力，有效地利用了道路资源，有利于缓解城市交通拥堵，提高驾驶员的驾驶体验。

附图说明

图1是交叉口直左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相对应)；

图5是预信号相关设施设置情况示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种交叉口进口道直左共用可变车道预信号控制方法具体过程为：

步骤一：规定预信号控制第2车道上车辆的运行规则；

所述第2车道为以车流方向为正前方与最左侧车道相邻的车道；

所述最左侧车道为以车流方向为正前方的最左侧，最左侧车道为第1车道；

步骤二：根据交叉口主信号的相位配时，协调主、预信号的配时；

步骤三：根据道路限速值，确定设置预信号灯、提示变道标线和交通标志的位置；

步骤四：根据预信号灯和提示变道标线的位置，确定预信号直行红灯相对于主信号直行红灯提前启亮时间；确定预信号直行绿灯相对于主信号直行绿灯提前启亮时间。

本发明所述一种交叉口直左共用车道预信号控制方法，包括预信号、交通标线和交通标志，在左侧第2车道距停车线前一定距离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。

当主信号左转方向绿灯启亮时(预信号直行红灯和左转绿灯提前启亮)，左侧第2车道为左转专用车道，在最左侧车道等待左转的车辆可以排队通过交叉口，也可以向右变道进入第2车道左转通过交叉口，左侧左转车道上的车辆可以提前启动，驶入第2车道直行，进而加速至适当速度左转通过交叉口。

当主信号直行方向绿灯启亮时(预信号直行绿灯灯和左转红灯提前启亮)，左侧第2车道为直行车道，左转的车辆不能驶入第2车道，需在最左侧车道排队等待，直行车辆可以并道进入第2车道，直行通过交叉口。之后预信号灯又变为直行红灯，直行车辆不能驶入第2车道，左转的车辆可在第1和第2车道上排队，等待下一信号周期的左转放行信号。

本方法可以提高主信号直行绿灯启亮时直行车辆通过效率以及左转绿灯启亮时左转车辆的通过效率，从而提高交叉口的整体通行能力。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一中规定预信号控制第2车道上车辆的运行规则；具体过程为：

当主信号为左转放行时，预信号左转绿灯提前启亮，同时启亮的还有左转绿灯，第2车道此时为左转专用车道，直行车辆不可占用第2车道，左转车辆由第2车道进入交叉口完成左转；在最左侧车道等待左转的车辆依次排队通过最左侧车道或换道至第2车道左转通过交叉口。另外，在交通量较小时，左侧第1车道上的车辆可以根据预信号灯提前驶入第2车道直行，进而在主信号左转绿灯亮启时，左转车刚好加速至适当速度后通过交叉口。

当主信号为直行放行时，预信号直行绿灯提前启亮，第2车道此时为直行车道，需要左转的车辆不能驶入第2车道，须在最左侧左转专用道排队等待；直行车辆进入第2车道，直行通过交叉口；此时第2、3、4车道都用于直行，在第3车道上直行的车辆可根据预信号灯提前驶入第2车道，进而在主信号直行绿灯启亮时，直行车辆刚好以一定速度到达停车线直行通过交叉口，以提高该进口道的通行效率。

当预信号由直行绿灯变为直行红灯时，提示变道标线之后的直行车辆需向右变道进入相邻车道，若此时直行方向交通量较大，排队长度已经超过提示变道标线，则在第2车道上的直行车辆无法完成变道。为了尽量避免这种情况的发生，在预信号直行绿灯转为直行红灯前加入3s黄灯，在这3s黄灯内，提示变道标线后第2车道上无法变道到第3车道的直行车辆仍可加速通过路口。(由于预信号直行红灯是提前启亮的，因此此时主信号仍为直行绿灯)。

当预信号由左转绿灯变为左转红灯前，若左转交通量较大，左转车同样会出现该情况，因此在预信号左转绿灯变为红灯时也加入3s黄灯，提示变道标线后第2车道上无法变道到第1车道的左转车加速通过路口；

所述提示变道标线后为还没有进入提示变道标线的车辆。

所述第3车道为与第2车道车道相邻的车道。

其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述步骤二中根据交叉口主信号的相位配时，协调主、预信号的配时；具体过程为：

预信号具有直行红绿灯、左转红绿灯以及黄灯3种灯色；直行方向的红、绿灯均较主信号直行方向红、绿灯提前数秒启亮，同理左转方向的红、绿灯均较主信号左转方向红、绿灯提前数秒启亮，主信号和预信号二者周期相等。

预信号分为直行红绿灯和左转红绿灯，分为两相位控制：①预信号左转绿灯+预信号直行红灯②预信号左转红灯+预信号直行绿灯，主信号和预信号周期时长相等；

主信号左转方向绿灯结束前，预信号左转绿灯结束，同时预信号直行绿灯启亮；主信号直行方向绿灯结束前，预信号直行绿灯结束，同时预信号左转绿灯启亮。

预信号直行绿灯提前启亮(意味着左转红灯也提前启亮)，可以避免主信号左转方向红灯启亮时，因左转车停车等待而阻碍直行车辆通行的情况发生。预信号直行红灯提前启亮(意味着左转绿灯也提前启亮)，一方面可以确保第2车道内的直行车辆全部通过交叉口，另一方面可以留出两条车道供左转车辆排队等待，当下一个信号周期主信号左转绿灯启亮时，车道1和车道2中排队的左转车辆可以完成左转，由此提高了短时间内左转车辆的通行效率。

其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述步骤三中根据道路限速值，确定设置预信号灯、提示变道标线和交通标志的位置；具体过程为：

预信号、提示变道标线和交通标志至停车线的距离相等，距离满足提示变道线后的第一辆直行车辆的停车距离需求，即

式中：L表示提示变道标线与停车线之间的距离；V为车辆运行速度，根据道路等级取限速值，单位为Km/h；T为驾驶人的反应时间，根据以往调查取平均值为1s；a₁表示制动减速度，取中间值为3.5，单位为m/s²。

其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述步骤四中根据预信号灯和提示变道标线的位置，确定预信号直行红、绿灯提前启亮时间；具体过程为：

绿灯提前启亮时，已经越过提示变道线的左转车辆能够在主信号左转红灯启亮前进入交叉口；另一方面，直行车辆可提前启动，变道后开始加速，在直行绿灯启亮时刚好进入交叉口。因此

预信号直行绿灯相对于主信号直行绿灯提前启亮时间t_g应当满足：

即

式中：a₂表示启动加速度，取中间值为3.0，单位为m/s²。

预信号直行红灯提前启亮时间间隔内，也应满足两方面的要求。一是刚越过提示变道线的直行车辆，能够在主信号直行红灯启亮前进入交叉口，以免直行车辆在车道2上停车等待，从而阻碍下一周期左转车辆的通行。另一方面，提示变道线后的第一辆直行车辆在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。因此预信号直行红灯相对于主信号直行红灯提前启亮时间t_r应当满足：

其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：

本实施例一种交叉口进口道直左共用可变车道预信号控制方法具体是按照以下步骤制备的：

以哈尔滨大成街与宣化街信号交叉口西南进口道为例，研究其具有直左共用车道的进口道，见图2。

该进口道的基本情况如下：进口道4车道，其中2条左转专用道，1条直行车道，1条直右车道。信号周期时长为174s，该进口道信号配时有两个相位，配时情况见图3。高峰小时交通量情况如表1所示。延误计算采用VISSIM仿真的方法，得到的该进口道各方向上的延误数据以及不同信号周期数下各方向通过的车辆数，如表2和表3所示：

表1该信号交叉口目标进道口高峰小时交通量

表2交叉口目标进口道各方向延误

表3不同信号周期下进口道各方向通过车辆数

由表2延误数据和表3所示进口道通过车辆数可知，在现有的交叉口控制方式下，交叉口车辆延误明显，该进口道通行效率较低。

现利用本发明所提出的方法对其进行改进：

根据公式，确定预信号停车线的距离L，道路限速为60Km/h。

根据公式求tg，启动加速度a2取中间值为3.0(m/s2)

再根据公式求tr

取tr值为6.0s。

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L，tg，tr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及不同信号周期数下通过车辆数量如表4和表5所示：

表4交叉口目标进口道各方向延误

表5不同信号周期数下进口道各方向通过车辆数

从延误表中看出，直行车辆的延误有较为明显的减少，最终该进口道每辆车平均延误减少了4.1s(11％)，效果较为显著。从交叉口目标进口道不同信号周期数下进口道各方向通过车辆数来看，相同信号周期数下直行方向所通过的车辆数有较大幅度的增加，能够使进口道直行方向道路资源占有率与其较大的交通量相匹配。仿真结果表明，本项发明提高了该交叉口直行方向的通行效率和交叉口整体通行能力，有效地利用了道路资源，有利于缓解城市交通拥堵，提高驾驶员的驾驶体验。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种交叉口进口道直左共用可变车道预信号控制方法，其特征在于：所述方法具体过程为：

步骤一：规定预信号控制第2车道上车辆的运行规则；

所述第2车道为以车流方向为正前方与最左侧车道相邻的车道；

所述最左侧车道为以车流方向为正前方的最左侧，最左侧车道为第1车道；

步骤二：根据交叉口主信号的相位配时，协调主、预信号的配时；

步骤三：根据道路限速值，确定设置预信号灯、提示变道标线和交通标志的位置；

步骤四：根据预信号灯和提示变道标线的位置，确定预信号直行红灯相对于主信号直行红灯提前启亮时间；确定预信号直行绿灯相对于主信号直行绿灯提前启亮时间。

2.根据权利要求1所述一种交叉口进口道直左共用可变车道预信号控制方法，其特征在于：所述步骤一中规定预信号控制第2车道上车辆的运行规则；具体过程为：

当主信号为左转放行时，预信号左转绿灯提前启亮，第2车道此时为左转专用车道，直行车辆不可占用第2车道，在最左侧车道等待左转的车辆依次排队通过最左侧车道或换道至第2车道左转通过交叉口；

在预信号左转绿灯变为左转红灯前加入3s黄灯，在这3s黄灯内，提示变道标线后第2车道上无法变道到第1车道的左转车通过路口；

当主信号为直行放行时，预信号直行绿灯提前启亮，第2车道此时为直行车道，需要左转的车辆不能驶入第2车道，须在最左侧左转专用车道排队等待；直行车辆进入第2车道，直行通过交叉口；

在预信号直行绿灯转为直行红灯前加入3s黄灯，在这3s黄灯内，提示变道标线后第2车道上无法变道到第3车道的直行车辆通过路口；

所述第3车道为与第2车道车道相邻的车道。

3.根据权利要求2所述一种交叉口进口道直左共用可变车道预信号控制方法，其特征在于：所述步骤二中根据交叉口主信号的相位配时，协调主、预信号的配时；具体过程为：

预信号分为直行红绿灯和左转红绿灯，分为两相位控制：①预信号左转绿灯+预信号直行红灯②预信号左转红灯+预信号直行绿灯，主信号和预信号周期时长相等；

主信号左转方向绿灯结束前，预信号左转绿灯结束，预信号直行绿灯启亮；主信号直行方向绿灯结束前，预信号直行绿灯结束，预信号左转绿灯启亮。

4.根据权利要求3所述一种交叉口进口道直左共用可变车道预信号控制方法，其特征在于：所述步骤三中根据道路限速值，确定设置预信号灯、提示变道标线和交通标志的位置；具体过程为：

预信号、提示变道标线和交通标志至停车线的距离相等，距离满足提示变道线后的第一辆直行车辆的停车距离需求，即

<mrow> <mi>L</mi> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <mfrac> <mrow> <mi>V</mi> <mi>T</mi> </mrow> <mn>3.6</mn> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <msup> <mi>V</mi> <mn>2</mn> </msup> <mrow> <mn>25.92</mn> <msub> <mi>a</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>

式中：L表示提示变道标线与停车线之间的距离；V为车辆运行速度，根据道路等级取限速值，单位为Km/h；T为驾驶人的反应时间，取值为1s；a₁表示制动减速度，取值为3.5，单位为m/s²。

5.根据权利要求4所述一种交叉口进口道直左共用可变车道预信号控制方法，其特征在于：所述步骤四中根据预信号灯和提示变道标线的位置，确定预信号直行红、绿灯提前启亮时间；具体过程为：

预信号直行绿灯相对于主信号直行绿灯提前启亮时间t_g应当满足：

即

式中：a₂表示启动加速度，取值为3.0，单位为m/s²；

预信号直行红灯相对于主信号直行红灯提前启亮时间t_r应当满足：

<mrow> <msub> <mi>t</mi> <mi>r</mi> </msub> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <mi>T</mi> <mo>+</mo> <mfrac> <mi>V</mi> <mrow> <mn>3.6</mn> <msub> <mi>a</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>.</mo> </mrow> 2