CN109615893A - 一种两相位无冲突交叉口的信号控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种两相位无冲突交叉口的信号控制系统及控制方法，它属于交通工程技术领域。本发明解决了现有两相位信号控制方案左转与直行存在冲突导致左转通行能力不足的问题。本发明通过对两相位信号控制交叉口进行重新设计，规定各流向车辆运行规则，使得两相位不存在冲突点，并且交叉口同时实现左转、直行和右转，最大限度提高交叉口道路资源利用效率；通过对直行相位协调配时，使得直行车流从临时停车线到达路口停车线时不用二次停车，降低了直行车流的延误，相比较于传统信号控制方法，本发明方法将车均延误下降了30.1％，提升了交叉口通行能力，对改善交叉口的拥堵具有明显的效果，提高了交叉口利用效率。本发明可以应用于交通工程技术领域。

Description

一种两相位无冲突交叉口的信号控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于交通工程技术领域，具体涉及一种两相位无冲突交叉口信号控制系统及控制方法。

背景技术

交叉口一直是城市交通的瓶颈点，四路交叉的交叉口存在16个交通冲突点。传统交叉口两相位信号控制方案，虽然保护直行车流通行效率，但依然存在4个左转与直行交通冲突点。两相位信号控制只适用于小型交叉口，当左转交通量较大时，左转车流频繁寻找安全穿越间隙穿越对向直行车流实现左转，与直行车流形成冲突点，降低了直行车流通行效率，存在严重的安全隐患。若交叉口单向车道数大于3条，左转车流难以寻找到安全穿越间隙实现左转，使得左转车辆停留在交叉口正中央，导致驾驶员可能产生冒进行为，强行穿越直行车流，产生交通事故。若停留在交叉口正中央的左转车辆在本直行相位无法放行完毕，则会对下一相位造成影响，产生交通拥堵。

四相位信号控制方案设置左转专用相位保护左转车流，相应的增加了相对于两相位信号控制方案损失时间一倍，可利用时间减少。特别是大型交叉口，其清空时间长，造成的损失时间也相应增加。左转车流在左转专用相位使用交叉口时对路口资源利用效率不高。

因此，虽然两相位信号控制方案损失时间小，但是存在左转与直行的冲突点，导致左转通行能力不足，四相位信号控制方案虽然没有交通冲突点，但对道路资源浪费严重。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有两相位信号控制方案左转与直行存在冲突导致左转通行能力不足的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

基于本发明的一个方面：一种两相位无冲突交叉口信号控制系统，所述交叉口为主信号交叉口，主信号交叉口的停车线为主信号停车线；控制主信号交叉口的为主信号灯m；

对于主信号交叉口的任意一个进口，在距离主信号停车线的始端L₁至L₁+L₂的范围设置临时交叉口，临时交叉口的停车线为临时停车线，控制临时交叉口的为临时信号灯；

以进口车流的前进方向为参考方向，所述进口的最外侧车道为左转右转车道，在临时交叉口上游，最外侧车道左侧的两车道为直行车道；在临时交叉口和主信号交叉口之间，最外侧车道旁边的车道为逆向右转车道，逆向右转车道的行车方向与进口行车方向相反，逆向右转车道左侧的两车道为直行车道；临时信号灯用于控制本进口直行车道和逆向右转车道；

在逆向右转车道上的主信号停车线处设置检测器，检测器用于检测进入逆向右转车道上的车辆数量；

对于主信号交叉口的其他进口，进口设计原理与所述进口的设计原理相同。

基于本发明的另一个方面：一种两相位无冲突交叉口信号控制系统的控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、根据主信号灯的位置、临时信号灯的位置以及车流行驶轨迹，确定临时交叉口的临时信号灯的直行绿灯启亮时刻到主信号交叉口的主信号灯的直行绿灯启亮时刻的时间间隔t₁和主信号交叉口的主信号灯的左转绿灯启亮时刻到临时交叉口的临时信号灯的右转绿灯启亮时刻的时间间隔t₂；

步骤二、根据步骤一确定好的t₁和t₂，以及逆向右转车道长度L₁和临时交叉口长度L₂，规定直行、左转和右转车流在主信号灯和临时信号灯的各相位下的运行规则。

本发明的有益效果是：本发明的一种两相位无冲突交叉口的信号控制系统及控制方法，本发明通过对两相位信号控制交叉口进行重新设计，规定各流向车辆运行规则，使得两相位不存在冲突点，并且交叉口同时实现左转、直行和右转，最大限度提高交叉口道路资源利用效率；通过对直行相位协调配时，使得直行车流从临时停车线到达路口停车线时不用二次停车，降低了直行车流的延误，相比较于传统信号控制方法，本发明方法将车均延误下降了30.1％，提升了交叉口通行能力，对改善交叉口的拥堵具有明显的效果，提高了交叉口利用效率。

附图说明

图1为本发明的两相位无冲突交叉口的设计示意图；

图2为本发明的两相位无冲突交叉口的信号灯相位方案示意图；

其中：m1代表主信号灯的相位1，m2代表主信号灯的相位2，mW1代表西进口的临时信号灯的相位1，mW2代表西进口的临时信号灯的相位2，mE1代表东进口的临时信号灯的相位1，mE2代表东进口的临时信号灯的相位2，mN1代表北进口的临时信号灯的相位1，mN2代表北进口的临时信号灯的相位2，mS1代表南进口的临时信号灯的相位1，mS2代表南进口的临时信号灯的相位2；图中箭头方向表示在对应相位时车辆的运行方向；虚线框里面的箭头表示：逆向右转车道上的右转车流是由主信号交叉口左转车流组成；

图3为本发明的车流运行规则的示意图；

图4为本发明的主信号灯与临时信号灯协调配时的示意图；

C为信号周期的长度。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式所述的一种两相位无冲突交叉口的信号控制系统，所述交叉口为主信号交叉口1，主信号交叉口1的停车线为主信号停车线12；控制主信号交叉口的为主信号灯m；

对于主信号交叉口1的任意一个进口，在距离主信号停车线12的始端L₁至L₁+L₂的范围设置临时交叉口2，临时交叉口2的停车线为临时停车线21，控制临时交叉口2的为临时信号灯；

以进口车流的前进方向为参考方向，所述进口的最外侧车道为左转右转车道3，在临时交叉口上游，最外侧车道左侧的两车道为直行车道4；在临时交叉口2和主信号交叉口1之间，最外侧车道旁边的车道为逆向右转车道5，逆向右转车道5的行车方向与进口行车方向相反，逆向右转车道5左侧的两车道为直行车道4；临时信号灯用于控制本进口直行车道4和逆向右转车道5；

在逆向右转车道5上的主信号停车线处设置检测器6，检测器6用于检测进入逆向右转车道5上的车辆数量；

对于主信号交叉口1的其他进口，进口设计原理与所述进口的设计原理相同。

如图1所示，以双向六车道道路西进口为例，其余进口设置相同。主信号交叉口1受主信号灯m控制，其停车线称为主信号停车线12；在距离主信号停车线12的始端L₁至L₁+L₂的范围设置临时交叉口2，其停车线称为临时停车线12，受临时信号灯mW控制，临时信号灯mW上游最外侧一车道为左转右转车道3，最外侧车道左侧的两车道为直行车道4，左转右转车道不受mW控制；临时交叉口与主信号交叉口之间，直行车道往对向移动一车道，将对向一车道插入在直行车道与左转右转车道之间，车道方向与进口道相反，作为逆向右转车道，主信号停车线处在逆向右转车道上设置检测器。

本实施方式对两相位信号控制方案进行研究，消除其左转与直行的冲突，提高道路资源利用率，保护车流通行安全。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述主信号交叉口1为四路交叉的交叉口。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：所述四路交叉的交叉口包括东、西、南、北四个进口；所述西进口的临时信号灯为mW，东进口的临时信号灯为mE，南进口的临时信号灯为mS，北进口的临时信号灯为mN。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述主信号交叉口的每个进口均为双向六车道道路。

具体实施方式五：基于具体实施方式一的一种两相位无冲突交叉口的信号控制系统的控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、根据主信号灯的位置、临时信号灯的位置以及车流行驶轨迹，确定临时交叉口的临时信号灯的直行绿灯启亮时刻到主信号交叉口的主信号灯的直行绿灯启亮时刻的时间间隔t₁和主信号交叉口的主信号灯的左转绿灯启亮时刻到临时交叉口的临时信号灯的右转绿灯启亮时刻的时间间隔t₂；

步骤二、根据步骤一确定好的t₁和t₂，以及逆向右转车道长度L₁和临时交叉口长度L₂，规定直行、左转和右转车流在主信号灯和临时信号灯的各相位下的运行规则。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：所述步骤一的具体过程为：

主信号灯和临时信号灯均为两相位信号控制，且信号周期时长皆相等；

如图4所示，对于西进口直行车流与南进口左转车流，在主信号交叉口的主信号灯放行西进口直行车流时，同时放行南进口左转车流；即西进口直行车流与南进口左转车流相位相同；

西进口的临时信号灯mW的直行车流和逆向右转车道上右转车流的相位相互冲突，临时信号灯mW直行车道上绿灯和黄灯启亮时，逆向右转车道上右转红灯启亮；临时信号灯mW的逆向右转车道上右转绿灯和黄灯启亮时，直行车道上红灯启亮；

为了避免西进口直行车流二次停车，当西进口的直行车流从临时停车线到达主信号停车线时，主信号灯放行西进口直行车流的绿灯刚好启亮；则临时信号灯mW的直行绿灯启亮时刻到主信号灯放行西进口直行车流的绿灯启亮时刻的时间间隔t₁为：

式中：l代表驾驶员反应时间，单位为秒；

为了防止南进口左转车流到达临时信号灯mW时，临时信号灯mW右转绿灯已经启亮，造成临时信号灯mW右转绿灯时间浪费，

则主信号灯放行南进口左转车流的绿灯启亮时刻到临时信号灯mW的右转绿灯启亮时刻的时间间隔t₂满足：

式中：L_l为左转车流在主信号交叉口行驶轨迹长度，单位为米；v_l为南进口左转车流在主信号交叉口和逆向右转车道上行驶的平均车速；

其他流向设计原理相同。

本实施方式的应用是针对于四路交叉的主信号交叉口，主信号交叉口包括东、西、南、北四个进口。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是：所述步骤二的具体过程为：

如图2所示，主信号灯在相位1放行南北方向直行车流时，同时放行东西方向的左转车流与右转车流；南北方向临时交叉口的临时信号灯mN和mS在相位1放行直行车流，东西方向临时交叉口的临时信号灯mE和mW在相位1放行逆向右转车道的右转车流；

见图2中mE1、mW1所示，虚线框里面的左转表示逆向右转车道的车流是由主信号灯上一相位m2放行的南北方向左转车流组成，实现南北方向车辆左转；

主信号灯在相位2放行东西方向直行车流时，同时放行南北方向左转车流与右转车流，东西方向临时交叉口的临时信号灯mE和mW在相位2放行直行车流；南北方向临时交叉口的临时信号灯mS和mN在相位2放行逆向右转车道的车流右转；

见图2中mS2、mN2所示，虚线框里面的左转表示逆向右转车道的车流是由主信号灯上一相位m1放行的东西方向左转车流组成，实现东西方向车辆左转；

直行车流运行规则为：对于西进口直行车流，如图3中实线轨迹，西进口直行车流在临时交叉口等候排队，当临时信号灯mW直行绿灯启亮，直行车流从临时停车线出发向左偏移一个车道，行驶到达主信号停车线，协调临时信号灯mW与主信号灯配时，直行车流不需要在主信号停车线二次停车，即直接通过主信号交叉口，其余进口直行车流运行规则相同；

左转右转车流运行规则为：对于南进口左转右转车流，如图3中虚线轨迹，南进口左转右转车流在主信号交叉口等候排队，当主信号灯放行南方向的左转右转绿灯启亮，右转车流直接右转，左转车流从主信号停车线出发通过西进口的逆向右转车道到达西进口的临时交叉口的临时停车线等候排队，同时检测器检测进入逆向右转车道车流是否超过容量，若超过容量，则提前关闭主信号灯放行南方向的左转绿灯；当临时信号灯mW右转绿灯启亮时，逆向右转车道上的车流右转驶入对向车道，实现南进口左转车流左转，其余进口左转右转车流运行规则相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五、六或七不同的是：所述逆向右转车道L₁的长度的确定过程为：

逆向右转车道是用来给另一方向的左转车流等候排队，逆向右转车道的长度由一个信号周期内左转车流的排队长度决定；

根据车辆的运行速度和交通量确定逆向右转车道L₁的长度：

其中：V₀为左转车流设计小时交通量，单位为辆/小时；α为车流到达不均匀系数；N为每小时内主信号灯的周期个数；d_l为左转车流排队时的车头间距，单位米；m₀为逆向右转车道数量。

根据规范要求，L₁≥30米。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五、六或七不同的是：所述临时交叉口的长度L₂的确定过程为：

临时交叉口最小长度要能保证车流安全变道，临时交叉口的长度L₂为直行车流安全变道所需长度与右转车流安全变道所需长度中的最大值，即临时交叉口的长度L₂的计算公式如下：

L₂＝max(v_rt_r,v_st_s)

其中：v_s和v_r分别为直行车流与逆向右转车道上右转车流的平均行驶车速，单位为米/秒；t_s和t_r分别为直行车流与逆向右转车道上右转车流安全变道所需时间，单位为秒。

实施例

以图1和图3的交叉口为例，采用VISSIM仿真，研究本发明相对于传统交叉口信号控制方法延误下降程度。

各进口道双向六车道，高峰小时交通量为左转200veh/h、直行600veh/h、右转100veh/h，信号周期时长为100s。

逆向右转车道长度

临时交叉口长度

对于西进口，临时交叉口直行绿灯启亮时刻到主信号交叉口放行西进口直行车流的绿灯启亮时刻的时间间隔

主信号交叉口放行南进口左转车流的绿灯启亮时刻到临时交叉口的右转绿灯启亮时刻的时间间隔

分别采用本发明方法与传统交叉口信号控制方法进行VISSIM仿真，其车均延误分别为23.21、33.19s/pcu，本发明方法相对于传统交叉口信号控制办法，其车均延误下降了30.1％。说明本发明提升了交叉口通行能力，降低了交叉口延误，对改善交叉口的拥堵具有明显的效果，提高了交叉口利用效率。

本发明采用两相位信号控制方法减少了损失时间，提高了信号周期的利用效率。

本发明的上述算例仅为详细地说明本发明的计算模型和计算流程，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种两相位无冲突交叉口的信号控制系统，其特征在于，所述交叉口为主信号交叉口(1)，主信号交叉口(1)的停车线为主信号停车线(12)；控制主信号交叉口的为主信号灯m；

对于主信号交叉口(1)的任意一个进口，在距离主信号停车线(12)的始端L₁至L₁+L₂的范围设置临时交叉口(2)，临时交叉口(2)的停车线为临时停车线(21)，控制临时交叉口(2)的为临时信号灯；

以进口车流的前进方向为参考方向，所述进口的最外侧车道为左转右转车道(3)，在临时交叉口上游，最外侧车道左侧的两车道为直行车道(4)；在临时交叉口(2)和主信号交叉口(1)之间，最外侧车道旁边的车道为逆向右转车道(5)，逆向右转车道(5)的行车方向与进口行车方向相反，逆向右转车道(5)左侧的两车道为直行车道(4)；临时信号灯用于控制本进口直行车道(4)和逆向右转车道(5)；

在逆向右转车道(5)上的主信号停车线处设置检测器(6)，检测器(6)用于检测进入逆向右转车道(5)上的车辆数量；

对于主信号交叉口(1)的其他进口，进口设计原理与所述进口的设计原理相同。

2.根据权利要求1所述的一种两相位无冲突交叉口的信号控制系统，其特征在于，所述主信号交叉口(1)为四路交叉的交叉口。

3.根据权利要求2所述的一种两相位无冲突交叉口的信号控制系统，其特征在于，所述四路交叉的交叉口包括东、西、南、北四个进口；所述西进口的临时信号灯为mW，东进口的临时信号灯为mE，南进口的临时信号灯为mS，北进口的临时信号灯为mN。

4.根据权利要求1所述的一种两相位无冲突交叉口的信号控制系统，其特征在于，所述主信号交叉口的每个进口均为双向六车道道路。

5.基于权利要求1所述的一种两相位无冲突交叉口的信号控制系统的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、根据主信号灯的位置、临时信号灯的位置以及车流行驶轨迹，确定临时交叉口的临时信号灯的直行绿灯启亮时刻到主信号交叉口的主信号灯的直行绿灯启亮时刻的时间间隔t₁和主信号交叉口的主信号灯的左转绿灯启亮时刻到临时交叉口的临时信号灯的右转绿灯启亮时刻的时间间隔t₂；

步骤二、根据步骤一确定好的t₁和t₂，以及逆向右转车道长度L₁和临时交叉口长度L₂，规定直行、左转和右转车流在主信号灯和临时信号灯的各相位下的运行规则。

6.根据权利要求5所述的一种两相位无冲突交叉口的信号控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤一的具体过程为：

主信号灯和临时信号灯均为两相位信号控制，且信号周期时长皆相等；

对于西进口直行车流与南进口左转车流，在主信号交叉口的主信号灯放行西进口直行车流时，同时放行南进口左转车流；即西进口直行车流与南进口左转车流相位相同；

西进口的临时信号灯mW的直行车流和逆向右转车道上右转车流的相位相互冲突，临时信号灯mW直行车道上绿灯和黄灯启亮时，逆向右转车道上右转红灯启亮；临时信号灯mW的逆向右转车道上右转绿灯和黄灯启亮时，直行车道上红灯启亮；

当西进口的直行车流从临时停车线到达主信号停车线时，主信号灯放行西进口直行车流的绿灯刚好启亮；则临时信号灯mW的直行绿灯启亮时刻到主信号灯放行西进口直行车流的绿灯启亮时刻的时间间隔t₁为：

式中：l代表驾驶员反应时间，单位为秒；

主信号灯放行南进口左转车流的绿灯启亮时刻到临时信号灯mW的右转绿灯启亮时刻的时间间隔t₂满足：

式中：L_l为左转车流在主信号交叉口行驶轨迹长度，单位为米；v_l为南进口左转车流在主信号交叉口和逆向右转车道上行驶的平均车速；

其他流向设计原理相同。

7.根据权利要求6所述的一种两相位无冲突交叉口的信号控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤二的具体过程为：

主信号灯在相位1放行南北方向直行车流时，同时放行东西方向的左转车流与右转车流；南北方向临时交叉口的临时信号灯mN和mS在相位1放行直行车流，东西方向临时交叉口的临时信号灯mE和mW在相位1放行逆向右转车道的右转车流；

主信号灯在相位2放行东西方向直行车流时，同时放行南北方向左转车流与右转车流，东西方向临时交叉口的临时信号灯mE和mW在相位2放行直行车流；南北方向临时交叉口的临时信号灯mS和mN在相位2放行逆向右转车道的车流右转；

直行车流运行规则为：对于西进口直行车流，西进口直行车流在临时交叉口等候排队，当临时信号灯mW直行绿灯启亮，直行车流从临时停车线出发向左偏移一个车道，行驶到达主信号停车线，协调临时信号灯mW与主信号灯配时，直行车流不需要在主信号停车线二次停车，即直接通过主信号交叉口；

其余进口直行车流运行规则相同；

左转右转车流运行规则为：对于南进口左转右转车流，南进口左转右转车流在主信号交叉口等候排队，当主信号灯放行南方向的左转右转绿灯启亮，右转车流直接右转，左转车流从主信号停车线出发通过西进口的逆向右转车道到达西进口的临时交叉口的临时停车线等候排队，同时检测器检测进入逆向右转车道车流是否超过容量；

若超过容量，则提前关闭主信号灯放行南方向的左转绿灯；当临时信号灯mW右转绿灯启亮时，逆向右转车道上的车流右转驶入对向车道，实现南进口左转车流左转；

其余进口左转右转车流运行规则相同。

8.根据权利要求5、6或7所述的一种两相位无冲突交叉口的信号控制系统的控制方法，其特征在于，所述逆向右转车道L₁的长度的确定过程为：

根据车辆的运行速度和交通量确定逆向右转车道L₁的长度：

其中：V₀为左转车流设计小时交通量，单位为辆/小时；α为车流到达不均匀系数；N为每小时内主信号灯的周期个数；d_l为左转车流排队时的车头间距，单位米；m₀为逆向右转车道数量。

9.根据权利要求5、6或7所述的一种两相位无冲突交叉口的信号控制系统的控制方法，其特征在于，所述临时交叉口的长度L₂的确定过程为：

临时交叉口的长度L₂为直行车流安全变道所需长度与右转车流安全变道所需长度中的最大值，即临时交叉口的长度L₂的计算公式如下：

L₂＝max(v_rt_r,v_st_s)

其中：v_s和v_r分别为直行车流与逆向右转车道上右转车流的平均行驶车速，单位为米/秒；t_s和t_r分别为直行车流与逆向右转车道上右转车流安全变道所需时间，单位为秒。