CN109272758A - 一种可用于y字形道路无交叉系统的红绿灯控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可用于Y字形道路无交叉系统的红绿灯指示系统，属于道路指示指示通行技术领域。十字路口道路系统中车辆的行进路线必然发生交叉，且传统道路系统中红绿灯的设置必然造成车流的停滞，此二者是造成城市交通拥堵的根源所在。本发明旨在构建一种可用于Y字形道路无交叉系统的红绿灯指示系统，其与种Y字形道路无交叉通行系统的结合既实现了车辆“无交叉”运行，又实现了车辆的“无等待”通行。是对城市Y字路口道路系统的完善和优化。使其完全解决了传统道路系统中交叉、拥堵、耗时、耗能、耗材、占地面积大等问题，具省时、节能、减排、安全、高效、便捷的优点，更适用于新城区的道路规划设计。

Description

一种可用于Y字形道路无交叉系统的红绿灯控制系统

技术领域

本发明涉及一种Y字路口道路系统及可用于Y字形道路无交叉系统的红绿灯指示系统，属于道路通行技术领域。

背景技术

随着人类社会的科技进步和城市化进程，城市道路通行方式历经了三个时期：第一个时期是“自主通行”时期。那时的城市规模小，交通工具为马车、人力车和步行，路口为十字形交叉路口，无交通指示标识，在道路上行进完全依靠自主判断，相互避让，此方式仅适用于车辆和人口数量少、城区规模小的地区。第二个时期是“指示通行”时期。十九世纪末，汽车的发明使得道路通行活跃起来，且随着车辆和人口数量的增加、城区规模的扩大，凭自主判断和避让容易形成车辆在路口处的挤塞，为保证通行秩序，人们发明了红绿灯并配以路标，以光学信号和标识指示车辆的行进时间和路线，然而由于传统十字路口的设置必然发生车辆行驶线路的交叉及等待，故传统道路系统中十字路口红绿指示灯的发明和运用，虽然一方面在一定程度上规范了交通秩序，但另一方面却直接导致了车流在“十”字路口附近阶段性积聚，并连锁反应形成阻塞，进而造成车辆通行时间延迟、油耗增加、尾气增多的不良影响。第三个时期是“立体智能通行”时期。随着车辆和人口数量急剧增加、城区规模的的急剧扩建，前述通行时期通行方式的弊端日益显现，传统平面“十”字路口交通已不能满足现实需要，为解决交通拥堵问题，人们在地上架设高架桥、立交桥，在地下挖设隧道、地铁，即进入立体智能交通时期，这在一定程度上提高了通行效率，却又不可避免的造成了建设成本的大规模投入和耗费，且交通拥堵问题仍未彻底解决，其依然是困扰每个市民的城市顽疾。

形成堵塞的根源在于：传统十字路口交通道路系统中车辆行驶线路必然发生的交叉和等待。唯有解决车辆行驶线路的“交叉和等待”问题，方能彻底解决交通堵塞，进而解决车辆在路口等待红绿指示灯造成的耗时、费油和环境污染问题以及建设立体交通系统造成的成本大规模投入及耗费问题。引导城市道路通行方式进入第四个时期——“自由通行”时期，或称为“无交叉无等待通行”时期。

发明内容

本发明通过构建城市Y字路口道路系统，并科学设计道路的允行方向，能够完全解决传统道路系统里车辆行进中的“交叉”问题，并通过构建一种可用于Y字形道路无交叉系统的红绿灯指示系统，从而完全解决车辆在运行过程中的“等待”问题。从而彻底实现车辆“无交叉无等待”地自由畅行。

为实现上述目标，本发明提供以下技术方案：

首先，构建一种Y子无交叉通行系统实体及控制运行方法。

以Y字路口作为道路构建单元，相互连接构成Y字路口道路系统。每六条道路围成一个六边形区域作为住宅功能区或商务功能区，以下将之统称为城市功能单元。如Y字路口相邻两条道路夹角为120°，则城市功能单元为正六边形，整个城市道路系统呈蜂巢状。如图1所示。

将第一列六边形城市功能单元周边道路车辆允行方向设置为逆时针方向，第二列设置为顺时针方向，第三列设置为逆时针方向，……，相邻两列城市建设单元周边道路的允行方向相反。如此，构成每个Y字路口的三条道路中，有两条单向允行道路，一条双向允行道路，车辆在路口处不与其他任何车辆发生交叉，按照道路上标注的车辆允行方向标线行驶即可顺利通过每个路口。如图2所示。

Y字路口中心设置调头岛或掉头隔离带。在每个Y字路口中心设置车辆调头岛，车辆通过调头岛实现180度转向行驶，由双向允行道路的一侧到达另一侧。如图3所示；在同向道路近Y字路口处设车道中间隔离安全岛，如图5（4）。

南北向道路和东西向道路的允行方向如图4所示。南北道路呈120度角单次折线，均为单行路线，相邻两条南北道路通行方向相反，图中 X1、X2、X3、X4为南北方向道路，其中X1、X3为自南向北通行，X2、X4为自北向南通行。

每条横向边线作为一节横向道路，位于同一直线上的全部横向边线作为一条横向道路，如图中 Y1 Y2 ...Y7。每条横向道路均为东西双向允行,一节横向道路行至六边形区块时，经过六边形区块南部或北部三条边线到达下一节横向道路。

车辆严格按照道路车行线标注方向运行即可，由于标注的车行线无交叉，故车辆沿标注线从任何一点到另一点时有多条可达线路均“无交叉”，

其次，构建一种应用于Y字形道路无交叉系统的红绿灯控制系统。

斑马线、红绿灯系统的设置运行及行人横过马路时相应控制运行方法：

Y字形道路无交叉通行系统中直线路段上斑马线、红绿灯的设置及相应车辆控制运行方法：人行横道上按车道序号标注数字，在人行横道上方，同向道路的不同车道均设置车行红绿灯，红绿灯按同一方向（从左往右或从右往左）依次交替亮起（可根据车道宽度设置红绿灯亮色方式，如，车道较宽时，可设置车道1、3为红灯时，车道2、4为绿灯，车道1、3为绿灯时，车道2、4为红灯；车道交窄时可设置车道1、2为红灯时，车道3、4为绿灯，车道1、2为绿灯时，车道3、4为红灯），保证同向车辆在本车道变为红灯时可以变道到旁边的绿灯车道以实现车辆的不间断“无等待”通行。在人行横道两端设置人行指示灯，人行指示灯数量为车道数，人行灯亮灯形状为车道序号数，人行指示灯颜色与相应序号车道上方车行指示灯颜色相反，即同序号车道内车行灯为绿色时，同序号形状的人行灯为红色；同序号车道内车行灯为红色时，同序号人行灯为绿色。车辆和行人按照红绿灯指示通过。

Y字交叉路口斑马线、红绿灯的设置及相应车辆控制运行方法：在Y字路口的全部为同向车道的道路上近Y字交叉口的一端设置斑马线及红绿灯，如图5所示，斑马线以隔离安全岛（4）为界分为三段，每段斑马线两端设置人行指示灯，斑马线上方空中设车行红绿指示灯，车辆按红绿灯指示在两个不同路段交替行驶，车行指示灯颜色与人行指示灯颜色相反，即车行灯为绿色时，人行灯为红色；车行灯为红色时，人行灯为绿色。车辆和行人按照红绿灯指示过马路。如此实现车辆同向分流，进而实现车辆的持续无等待通行。

如图5所示。在Y字路口的进入道路上设置红绿灯，车辆按红绿灯指示在两个不同路段交替行驶，实现了车辆在路口既能避开行人又能连续行驶的目标。在人行横道斑马线两端设置红绿灯，同一道路的车行指示灯颜色与人行指示灯颜色相反，即车行灯为绿色时，人行灯为红色；车行灯为红色时，人行灯为绿色。行人按照红绿灯指示就可安全地过马路。如图5显示，进入网状安全岛内侧车道为红灯，进入网状安全岛外侧车道为绿灯，即表示车辆应当驶向网状安全岛外侧车道，不得驶向网状安全岛内侧车道。此时网状安全岛外侧人行道为红灯，内侧人行道为绿灯，即表示行人可以通过网状安全岛内侧车道，不得通过网状安全岛外侧车道。如图6显示的则是当图5指示灯发生变化后，车行人行状态则与图5相反。

城市功能单元内部的Y字路口道路系统的设置。如图7所示，在不妨碍规划使用的情况下，在六边形城市功能单元内部同样设置Y字路口道路，可以减少城市功能单元周边道路上两点之间的通行路程，也利于城市功能单元内部与外部之间车辆的行进。当然，也可根据地形和需要改变路口道路夹角及城市功能单元面积。如图8、9、10、11所示。区块合并后，周边道路可根据实际情况改变形状。

本发明创造与传统十字路口道路系统的相比，具有省时、节能、减排、安全、建设成本低的优越性。

（一）通行路程比较

Y字路口南北向道路/十字路口南北向道路，比值=1.15/1

Y字路口东西向道路/十字路口东西向道路，比值分两种情况：

（1）经过的路段数量为偶数时，比值 =4n/3n=1.33/1

（2）经过的路段数量n为奇数时，

A、如果起始路段为平线，则比值=4n/3n+1

n=1，则比值为1/1，n为无限大，则比值为1.33/1，即1/1≤比值≤1.33/1

列举n≤15时的比值情况：

n=1 ，比值=1.000/1

n=3 ，比值=1.200/1

n=5 ，比值=1.250/1

n=7 ，比值=1.263/1

n=9 ，比值=1.286/1

n=11，比值=1.294/1

n=13，比值=1.300/1

n=15，比值=1.304/1

B、如果起始路段为斜线，则比值=4n/3n-1

n=1，则比值为2/1，n为无限大，则比值为1.33/1，即 1.33/1≤比值≤2/1

列举n≤15时的比值情况：

n=1，比值=2/1

n=3，比值=1.5/1

n=5，比值=1.43/1

n=7，比值=1.4/1

n=9，比值=1.38/1

n=11，比值=1.375/1

n=13，比值=1.368/1

n=15，比值=1.363/1

如果地点A与地点B在一个城市的斜角线上（即非南北方位、非东西方位），Y字路口道路从A点到B点的路程与十字路口从A点到B点的路程的比值，通常情况为1.15/1≤比值≤1.33/1。精确的计算公式为：

[南北路段路程+东西路段路程]/[南北路段路程/1.15+东西路段路程/对应比值]

即，Y字路口道路两点间的路程比相应的十字路口道路两点间的路程通常多15%—33%

（二）通行时间比较

1、假设十字路口的红绿灯间隔时间为60秒，车辆以40千米/小时的速度行驶，平均每次在隔十字路口中心位置50米处时遇到红灯停车。车辆应当在距离十字路口红灯停车线至少100米处开始减速，假设速度减为20千米/小时行至停车处。当绿灯亮时，每辆车的起步时间间隔为2秒，自启动后100米期间的速度为20千米/小时，之后以40千米/小时的速度继续行驶。假设每辆车占路长度为6米。

按照上述描述，车辆通过十字路口的时间为：

十字路口前减速路段所用时间=（100米-50米）÷20千米/小时=9秒

红灯转为绿灯期间的等待时间=60秒

绿灯亮后前方车辆的启动时间=50米÷6米/车×2秒=17秒

启动后行进100米所用的时间=100米÷ 20千米/小时=18秒

以上时间合计为：104秒。

1、假设每行进1000米经过一个十字路口，则所用的时间为：

非路口路段=（1000米- 150米）÷40千米/小时=76.5秒

路口路段=104秒

以上时间共计：180.5秒。

2、按照Y字路口道路从A点到B点的路程与按照十字路口从A点到B点的路程的比值，已知十字路口从A点到B点的路程“S+”，可以计算出Y字路口道路从A点到B点的路程“SY”。即SY=S+ × 比值。

以比值=1.33/1为例。SY=S+ ×比值=1000米×1.33/1=1330米

因Y字道路系统车辆可不停顿驶过路口，按照40千米/小时速度计算，

1330米÷40千米/小时=119.7秒

3、由上述1、2计算得出，从A点到B点，Y字路口道路行驶时间与十字路口行驶时间的比值=119.7秒/180.5秒=66.32%

在上下班时段、节假日期间、学校商场等区域周边，十字路口的车流更加拥堵缓慢，车辆在路口积压，往往两三个绿灯都无法通过。此时，Y字路口道路行驶时间与十字路口行驶时间的比值一般在20%—66.32%之间。

即，车辆在Y字路口道路行驶同路程用时比在十字路口道路行驶的同路程用时大幅减少。

（三）能耗比较

车辆在Y字道路以40—60千米/小时速度匀速行驶，以2.0排量小汽车为例,综合油耗一般在7L/百公里。

车辆在十字道路行驶，因在路口处的经过减速、停车、起步，以2.0排量小汽车为例,油耗一般在12L/百公里。而且由于发动机的长时间空转，汽油不完全燃烧形成积碳。

故，车辆在Y字路口道路行驶的百公里油耗与车辆在十字路口道路行驶的百公里油耗的比值=7L/12L=58.33%。

在上下班时段、节假日期间、学校商场等区域周边，十字路口的车流更加拥堵缓慢，油耗飙升。此时，车辆在Y字路口道路行驶的百公里油耗与车辆在十字路口道路行驶的百公里油耗的比值一般在30%—58.33%。之间。

即，车辆在Y字路口道路行驶的百公里油耗比在十字路口道路行驶的百公里油耗大幅降低。

（四）占地面积比较。

将Y字道路所围成的六边形城市功能单元变形为十字道路所围成的四边形城市功能单元，如图12所示。S 代表面积，L代表周长。

图中，S1=S2=> S六边形=S四边形

L六边形=2a×6=12a

L四边形=[(2a+a/2×2)×2] + (2×√3a×2)=6a+ 6.928a=12.928a

L六边形/L四边形=12a/12.928a = 92.82 %

1-92.82 % = 7.18 %

即，设置同样面积的城市功能单元，Y字路口道路比十字路口道路少占用7.18 %的土地。

（五）建设成本比较

Y字路口和十字路口中的人行道、安全岛、控制人行的红绿灯的建设成本都是相同的。

Y字路口有两处进入车道需要设置2座控制车行的红绿灯。而十字路口有4处进入车道需要设置4座控制车行的红绿灯。

Y字路口调头岛的四周可以设置为隔离栅栏、隔离墩、或浆砌花坛，需要一定的建设资金。而十字路口道路系统，为了解决车辆行进路线的交叉问题，铺设立交桥、高架路，建设成本巨大。

即， Y字路口道路系统比十字路口道路系统节省巨大的建设成本，估计在20%左右。

（六）交通事故比较

因车辆在十字路口处抢行频频引发重大交通事故，而Y字路口因车辆之间不发生交叉，可连续通过，司机不需要抢行，故路口处不会引发交通事故。

即， Y字路口道路系统比十字路口道路系统安全性高。

附图说明：

图1是未标注车辆允行标线的Y字形道路无交叉通行系统实体；

图2是Y字形道路无交叉通行系统实体及车辆运行方向标示图；

图3是Y字形道路无交叉通行系统实体内掉头岛的构建及车辆允行方向标示图；

图4是双向道路的设置及车辆允行方向示图。

图5是 Y字交叉路口斑马线、红绿灯的设置及安全岛内侧车道车行指示灯为红灯时相应车辆控制允行方向示图；

图6是 Y字交叉路口斑马线、红绿灯的设置及安全岛外侧车道车行指示灯为红灯时相应车辆控制允行方向示图；

图7是Y字形道路无交叉通行系统实体构建的城市单元内部Y字道路系统的构建及允行方向示图；

图8、图9、图10、图11是Y字形道路无交叉通行系统实体根据地形和需要改变道路夹角及城市功能单元面积示图。

图12是同面积的六边形城市单元与与四边形城市单元对比图；

图13是Y字形道路无交叉通行系统实体中A点到B1、B2、B3、B4的运行示图。

附图图例：

（1）：车辆运行方向指示标线；（2）：掉头岛或掉头隔离带；（3）：斑马线；（4）：安全岛或隔离带；

X、X1-X6:南北方向道路；Y、Y1-Y7:东西方向道路;

S:面积；L：周长；A1、B1、C1、D1、E1、F1：Y字形道路无交叉通行系统实体中六边形城市单元周围道路交叉点，A2、C2、D2、F2：四边形城市单元周围道路交叉点。

Ⓐ：车辆起始点；Ⓑ：车辆行驶目的地点。

具体实施例：

车辆严格按照道路车行线标注方向运行即可，车辆沿标注线从任何一点到另一点时有多条无交叉线路可达，确定最优线路的方法是，先定目的点相对于起点的角度方位，再沿车辆起点所在的横向（纵向）道路到达目的点所在的纵向（横向）道路，最后沿此纵向（横向）道路到达目的点。

如图13所示。从任意点Ⓐ到任意北行道路上点Ⓑ1的行驶路径。首先，判断Ⓑ1相对于Ⓐ的南北方位，如在南（北），则驶向可以最近到达的纵向南（北）行道路X2，再沿路南（北）行至Ⓑ1南侧最近的横向道路Y2，然后沿横向道路行驶至Ⓑ1所在的纵向北行道路X5，沿路向北到达Ⓑ1。

从任意点Ⓐ到任意南行道路上点Ⓑ2的行驶路径。首先，判断Ⓑ2相对于Ⓐ的南北方位，如在南（北），则驶向可以最近到达的纵向南（北）行道路X2，再沿路南（北）行至Ⓑ2北侧最近的横向道路Y3，然后沿横向道路行驶至Ⓑ2所在的纵向南行道路X6，沿路向南到达Ⓑ2。

从任意点Ⓐ到任意横向道路上点Ⓑ3(Ⓑ4)的行驶路径。首先，判断Ⓑ3相对于Ⓐ的南北方位，如在南（北），则驶向可以最近到达的纵向南（北）行道路X2，再沿路南（北）行至Ⓑ3所在的横向道路Y4，然后沿横向道路行驶至Ⓑ3(通过掉头岛至Ⓑ4)。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，在不脱离本发明原理的前提下，所作出的改进和润饰，也视为本发明的保护范围。

Y字路口道路系统是一个全新的规划设计理念，从理论上能够彻底解决城市交通堵塞问题，但尚需道路交通专家的进一步论证、完善以及实践的检验，希望能够引起国家交通主管部门和专家学者的关注和重视，在地方拟建的新城中进行实验。

城市Y字路口道路系统，即蜂巢状的城市道路系统，其实是大自然早已为人类所设计，图案至美、线条流畅，倘若经过实验确能达到高效便捷、节能环保的目标，希望能早日推而广之，造福社会。

Claims (5)

1.一种Y字形道路无交叉通行系统构建及运行线标注方法：将环绕城市小区周围的道路均设置为近正六边形形状，按照正六边形道路最近的两条边平行排列构建成本发明的Y字形道路系统的实体；从宏观上看来，整个道路系统如蜂窝状形态，且各六边形道路中每个Y子路口转角的角度以平滑的120度衔接； 任取道路系统构建实体区域内的一个正六边形区域的周边道路作为一个参考基准单元，构建横向（如东西）虚拟X轴、纵向（如南北）虚拟Y轴参考线，将道路单元根据距X线轴的远近分别按规律标注不同的箭头式道路车行线，具体为：第一列六边形道路单元标注为逆时针道路车行线，第二列标注为顺时针道路车行线，第三列六边形道路单元标注为逆时针道路车行线，以此类推，相邻两列的道路单元运行方向相反；加注车行线后的整个道路系统效果为横向波浪式道路，且隔行道路单元中的道路运行方向相反。

2.如权利要求1所述Y字形道路无交叉通行系统，在双单向道路之间设置隔离带，在双向道路两端近Y字路口中央处设置掉头岛，在同向道路近Y字路口处设车道中间隔离安全岛，如图5（4）。

3.如权利要求1所述Y字形道路无交叉通行系统车辆运行线路确定方法：车辆严格按照道路车行线标注方向运行即可，车辆沿标注线从任何一点到另一点时有多条线路可达，确定最优线路的方法是，先定目的点相对于起点的角度方位，再沿车辆起点所在的横向（纵向）道路到达目的点所在的纵向（横向）道路，最后沿此纵向（横向）道路到达目的点。

4.一种可用于Y字形道路无交叉通行系统中直线路段上斑马线、红绿灯的构建及通过指示灯控制车辆运行的方法：在人行横道上方，同向道路的不同车道上方均对应设置车行指示灯，不同车道上的红绿灯按同一方向依次交替亮起，保证同向车辆在本车道变为红灯时可以变道到旁边的绿灯车道以实现车辆的不间断持续通行；人行横道上地面按车道序号标注数字，人行横道两端上方设置人行指示灯，人行指示灯的亮灯形状为车道序号数，且人行指示灯颜色与相应序号车道上方车行指示灯颜色相反的依次交替亮起，即同序号车道内车行灯为绿色（红色）时，同序号形状的红色（绿色）人行灯亮起；车辆和行人按照各自对面的红绿灯指示通过。

5.权利要求1所述的Y字形道路无交叉通行系统中，近Y字路口一端的全部为同向车道的道路以隔离安全岛为界分为三段，每段均构建如权利要求3所述的斑马线、红绿灯及红绿灯控制运行方法，实现车辆同向分流，进而实现车辆和人群的不间断通行。