CN112287499A - 一种预信号交通条件下的慢行交通交叉口通行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预信号交通条件下的慢行交通交叉口通行方法，针对于机动车右转与非机动车左转的安全性与冲突问题，在车道设计方面，非机动车与机动车预停车线初设有交错移位车道的设计，且机动车主停车线较非机动车主停车线置后一段距离，两条主停车线之间的区域设立为借道左转通行车道以便非机动车借对向最内侧车道左转，增大了机动车与非机动车左转的空间，消除了非机动车左转以及机动车右转时产生的冲突。在相位设计方面，通过对机动车与非机动车相位及配时的设计，避免非机动车与机动车通过交叉口时的冲突，增强了非机动车同行安全性。车道与相位设计的结合使非机动车的安全通行得到了保障，同时也提高了交叉口的通行效率。

Description

一种预信号交通条件下的慢行交通交叉口通行方法

技术领域

本发明具体涉及一种在预信号条件下的通过设置非机动车待行区与右转专用车道、机动车与非机动车预停车线与主停车线处两次车道交叉借用的慢行交通的通行方法的设计，主要针对解决预信号交叉口非机动车辆左转与右转机动车与非机动车通行冲突方案的研究。

背景技术

当前我国各大城市交通拥堵情况逐渐加重，尤其集中于交叉口，过饱和交叉口的日益增加使得人们的便捷出行受到了极大地阻碍。出现这种情况的主要原因在于交叉口的通行能力已不能与现有的交通流量相匹配。为解决此问题需联系道路设计、交通配时、信号控制等方面，预信号控制方法通过在交叉口每个进口方向停车线后增加一条停车线和一组信号灯的方法控制机动车流运行，从完善车道组织与信号配时方案两个角度提升交叉口通行能力，能够有效地缓解交叉口交通拥堵。

现今预信号控制方法研究主要集中于机动车通行，在已有较普遍的预信号控制方法中，通常采用直、左、右车辆混行的道路设计，此时出现机动车与慢性交通工具，尤其是非机动车之间的两个冲突：1、机动车与非机动车的起步时间与车速的不统一导致其在空间、时间上的冲突，使得交叉口空间(尤其左转时)不充裕；2、机动车右转通常不受信号灯限制，其右转时须通过非机动车道，与直行或左转的非机动车产生冲突。此两冲突说明预信号控制方法在科学性与现实性方面仍有一定缺陷，难以使固定大小的交叉口尽可能多的通行更多交通流量，也难以保证非机动车行驶的安全性与稳定性。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种预信号交通条件下的慢行交通交叉口通行方法。

技术方案：一种预信号交通条件下的慢行交通交叉口通行方法，基于预信号的混合相位交叉口包括垂直相交的四条道路，依次为：R1、R2、R3、R4，每一方向道路均为五车道，其中包括一条位于道路最外侧的非机动车车道，由最内侧到最外侧的车道分别为S1、S2、S3、S4、S5，其中非机动车道为S5，机动车与非机动车分别设有主、预停车线，且机动车主停车线较后于非机动车主停车线，机动车主停车线与非机动车主停车线之间的区域为非机动车借道左转通行车道，记为S6，非机动车通过此车道进入对向道路的S1车道，通过交叉口，实现移位左转车道的设计，即借道左转；

在机动车与非机动车预停车线后，机动车车道采取直、左、右分离的方式，每条道路都包括四条进口道与四条出口道，且道路S1、S2、S3、S4的机动车预停车线后方车道依照行车方向从左至右依次划分为左转车道、直行车道、直行车道、右转直行车道，且最外侧机动车道S4与非机动车S5采用交错借道的方式，使非机动车在允许通行时通过借道的方式进入S4车道，而在非机动车预停车线前的S5车道成为右转专用车道，右转非机动车与特定相位时的机动车直行或借道进入S5车道，不受主信号灯控制，直接右转通行；机动车通过机动车预信号灯控制进入机动车待行区，机动车待行区采用混行机制，机动车进入后充满机动车待行区，并通过机动车主信号灯控制通过交叉口；非机动车进入待行区S4车道后，依据非机动车主信号的控制，直接直行通过交叉口，或依靠借道左转通行车道S6进入对向道路最内侧车道S1并左转通过交叉口，由此实现非机动车借道左转。

有益效果：本发明提供的一种预信号交通条件下的慢行交通通过交叉口方法的研究，主要根据已有道路与交叉口条件对车道、信号灯等控制设施进行规划与设计，以解决非机动车左转及机动车右转与非机动车通行冲突的问题。重点研究利用设置非机动车待行区使非机动车与机动车在预信号条件下在时间与空间上协调通过，减少交叉口冲突与拥挤的方法，以解决预信号控制下机动车与非机动车之间的冲突。

本发明提出的一种预信号交通条件下的慢行交通通过交叉口的方法，包括道路设计与信号控制两方面因素。在道路设计方面，本专利有如下特点：

1、在非机动车与机动车预停车线初设有交错移位车道的设计，非机动车在非机动车预信号绿灯时通过交错移位车道进入原最外侧机动车道，预停车线前的原非机动车道成为右转专用车道，右转的非机动车或特定相位时的机动车分别可直行进入或通过交错移位车道进入右转专用车道，不受机动车与非机动车主信号控制，直接进行右转通行。此设计可以大大减轻机动车右转与非机动车行驶的冲突问题，保证非机动车行驶安全性与稳定性。

2、机动车主停车线较非机动车主停车线置后一段距离，两条主停车线之间的区域设立为借道左转通行车道，左转非机动车进入非机动车待行区后，当非机动车主信号灯允许通行时，通过此借道左转通行车道进入对向道路最内侧车道并左转，由此实现移位借道非机动车车道的设计与非机动车借道左转通行。此设计可以通过相位的设计，使机动车与非机动车的行驶互不干扰，使非机动车安全通过交叉口，且可以大大提高非机动车的通行效率。

在相位设计方面，因道路运行以及动车为主，且左传机动车数量较少可集中通行，采用了以机动车左转车辆为设计标准的机制，令机动车与非机动车的相位相交错，避免冲突。在保证安全稳定前提下，追求效率最高，即目标函数为最大化借道左转车道的通行能力，建立了相位设计模型。

同时，本专利也提出了机动车与非机动车待行区长度的计算方法。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中提供了本方案的具有机动车与非机动车待行区的预信号控制的交叉口设计方案。

图1是本发明设计的相位设计示意图，是以机动车为设计标准；

图2是本发明中各相位的配时示意图，表现了在各主、预停车线信号灯相位时间的配合；

图3是本发明设计的车道设计示意图，图中以道路R1做具体设计说明。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1-3所示，基于预信号的混合相位交叉口包括垂直相交的四条道路，依次为：R1、R2、R3、R4，每一方向道路均为五车道，其中包括一条位于道路最外侧的非机动车车道，由最内侧到最外侧的车道分别为S1、S2、S3、S4、S5，其中非机动车道为S5。机动车与非机动车分别设有主、预停车线，且机动车主停车线较后于非机动车主停车线，机动车主停车线与非机动车主停车线之间的区域为非机动车借道左转通行车道，记为S6，非机动车通过此车道进入对向道路的S1车道，通过交叉口，实现移位左转车道的设计，即借道左转。

在机动车与非机动车预停车线后，机动车车道采取直、左、右分离的方式。每条道路都包括四条进口道与四条出口道，且道路S1、S2、S3、S4的机动车预停车线后方车道依照行车方向从左至右依次划分为左转车道、直行车道、直行车道、右转直行车道，且最外侧机动车道S4与非机动车S5采用交错借道的方式，使非机动车在允许通行时通过借道的方式进入S4车道，而在非机动车预停车线前的S5车道成为右转专用车道，右转非机动车与特定相位时的机动车直行或借道进入S5车道，不受主信号灯控制，直接右转通行。机动车通过机动车预信号灯控制进入机动车待行区，机动车待行区采用混行机制，机动车进入后充满机动车待行区，并通过机动车主信号灯控制通过交叉口。非机动车进入待行区S4车道后，依据非机动车主信号的控制，直接直行通过交叉口，或依靠借道左转通行车道S6进入对向道路最内侧车道S1并左转通过交叉口，由此实现非机动车借道左转。

相位设计方面，非机动车的相位及周期、相位配时以非机动车为准，因左转车辆在交叉口行驶的路程较直行长且左转车辆少于直行车辆易集中通行，所以相位配时以左转机动车为标准。

机动车预信号相位一：直行绿灯，直行机动车进入待行区，垂直方向直行机动车进入待行区。

机动车预信号相位二：直行绿灯，直行机动车进入待行区，垂直方向禁止通行。

机动车预信号相位三：红灯，禁止车辆进入，垂直方向左转机动车进入待行区。

机动车预信号相位四：直行绿灯，左转机动车进入待行区，垂直方向左转机动车进入待行区。

机动车预信号相位五：直行绿灯，左转机动车进入待行区，垂直方向禁止通行

机动车预信号相位六：红灯，禁止车辆进入，垂直方向直行机动车进入待行区。

机动车预信号相位七：直行绿灯，直行机动车进入待行区，垂直方向直行机动车进入待行区。

机动车预信号相位八：直行绿灯，直行机动车进入待行区，垂直方向禁止通行。

机动车预信号相位九：红灯，禁止车辆进入，垂直方向左转机动车进入待行区。

机动车预信号相位十：直行绿灯，左转机动车进入待行区，垂直方向左转机动车进入待行区。

机动车预信号相位十一：直行绿灯，左转机动车进入待行区，垂直方向禁止通行

机动车预信号相位十二：红灯，禁止车辆进入，垂直方向直行机动车进入待行区。

机动车主信号相位一：红灯，禁止通行，垂直方向待行区直行车辆通过。

机动车主信号相位二：直行绿灯，待行区直行车辆通过，垂直方向禁止通行。

机动车主信号相位三：直行绿灯，待行区直行车辆通过，垂直方向禁止通行。

机动车主信号相位四：红灯，禁止通行，垂直方向待行区左转车辆通过。

机动车主信号相位五：左转绿灯，待行区左转车辆通过，垂直方向禁止通行。

机动车主信号相位六：左转绿灯，待行区左转车辆通过，垂直方向禁止通行。

机动车主信号相位七：红灯，禁止通行，垂直方向待行区直行车辆通过。

机动车主信号相位八：直行绿灯，待行区直行车辆通过，垂直方向禁止通行。

机动车主信号相位九：直行绿灯，待行区直行车辆通过，垂直方向禁止通行。

机动车主信号相位十：红灯，禁止通行，垂直方向待行区左转车辆通过。

机动车主信号相位十一：左转绿灯，待行区左转车辆通过，垂直方向禁止通行。

机动车主信号相位十二：左转绿灯，待行区左转车辆通过，垂直方向禁止通行。

相对应的非机动车道及待行区相应配时顺序为：

非机动车预信号相位一：红灯，禁止通行。

非机动车预信号相位二：直行绿灯，直行非机动车进入待行区。

非机动车预信号相位三：红灯，禁止通行。

非机动车预信号相位四：左转绿灯，左转非机动车进入待行区。

非机动车预信号相位五：红灯，禁止通行。

非机动车预信号相位六：直行绿灯，直行非机动车进入待行区。

非机动车预信号相位七：红灯，禁止通行。

非机动车预信号相位八：左转绿灯，左转非机动车进入待行区。

非机动车预信号相位九：红灯，禁止通行。

非机动车预信号相位十：直行绿灯，直行非机动车进入待行区。

非机动车预信号相位十一：红灯，禁止通行。

非机动车预信号相位十二：左转绿灯，左转非机动车进入待行区。

非机动车主信号相位一：左转绿灯。

非机动车主信号相位二：红灯，禁止通行。

非机动车主信号相位三：直行绿灯。

非机动车主信号相位四：红灯，禁止通行。

非机动车主信号相位五：左转绿灯。

非机动车主信号相位六：红灯，禁止通行。

非机动车主信号相位七：直行绿灯。

非机动车主信号相位八：红灯，禁止通行。

非机动车主信号相位九：左转绿灯。

非机动车主信号相位十：红灯，禁止通行。

非机动车主信号相位十一：直行绿灯。

非机动车主信号相位十二：红灯，禁止通行。

此外，为提高机动车与非机动车的通行效率，本发明还提供了机动车与非机动车独立主预信号的待行区长度的计算方法。

本发明运用到以下参数：

对于机动车道及机动车待行区来说：

λ_p:机动车预信号绿信比；

S_p:机动车预停车线处进入借道左转车道的饱和流率，veh/h；

S_m:机动车借道左转车道在主停车线处的饱和率，veh/h；

C_m:机动车主信号周期时长，s；

V:机动车交叉口处车辆平均行驶车速，m/s；

G_m:机动车主信号绿灯开始时刻，s；

G_p:机动车预信号绿灯开始时刻，s；

C_p:机动车预信号周期时长，s；

D:机动车排队车辆平均车头空距，m；

R_m:机动车主信号红灯开始时刻，s；

N:机动车左转车道数；

R_p:机动车预信号红灯开始时刻，s；

机动车安全时间间隔，s；

G_m1：机动车同一周期内主信号第一次绿灯开始时刻，s；

G_m2：机动车同一周期内主信号第二次绿灯开始时刻，s；

L_min：机动车在交叉口左转时各车道左转的最短距离，m；

R_m2:机动车下一周期主信号红灯开始时刻，s；

V_w：排队消散波波速，m/s；

对于非机动车及非机动车待行区来讲：

λ_p’:非机动车预信号绿信比；

S_p’:非机动车预停车线处进入借道左转车道的饱和流率，veh/h；

S_m’:非机动车借道左转车道在主停车线处的饱和率，veh/h；

C_m’:非机动车主信号周期时长，s；

V’:非机动车交叉口处车辆平均行驶车速，m/s；

G_m’:非机动车主信号绿灯开始时刻，s；

G_p’:非机动车预信号绿灯开始时刻，s；

C_p':非机动车预信号周期时长，s；

D’:非机动车排队车辆平均车头空距，m；

R_m’:非机动车主信号红灯开始时刻，s；

R_p’:非机动车预信号红灯开始时刻，s；

非机动车安全时间间隔，s；

S:非机动车借道左转通行车道S6长度，m。

对于待行区长度设计：所述排队长度的约束，要求借道左转车道长度应大于等于进入该车道左转车辆的排队长度，即满足

机动车待行区长度：

L＝{S_p*S_m*[G_m1-G_p–(L/V)]}/[3600*N*(S_m-S_p)]

非机动车待行车道长度：

L’＝{S_p’*S_m’*[G_m1’-G_p’–(L’/V’)]}/[3600*(S_m’-S_p’)]

本专利目的为保证安全稳定前提下，效率最高，即目标函数为最大化借道左转车道的通行能力：

Max S_pλ_p

所述车辆清空的约束，要求满足以下四个约束条件：

1、机动车预信号绿灯开始时刻应满足所有使用该出口道的车辆均已通过机动车预停车线断面，充满整个待行区。

2、为使在一周期内可通过足够多的车辆，即有连续车流通过机动车预停车线进入机动车待行区，并左转通过交叉口。

3、机动车主信号灯下一周期绿灯开始时刻之前，应排空机动车待行区内所有车辆。

4、机动车预信号有效绿灯时刻为进口左转车道排队消散并到达机动车预停车线的时刻。

G_m1+L/V_w≥G_p+λ_p C_p

5、为使在行驶方向及对向主信号红灯，禁止通行时，其对向车辆可以通过，保持通行流畅，除了相位设计以外，还需注意机动车主信号绿灯时长应与红灯时长相等。

G_m1-R_m＝R_m2-G_m

注意：预信号绿信比不得大于1，即λp≤1；预信号绿灯开始时刻不应大于周期时长，即：Gp1≤Cp。

本发明的方案设计在车道设计及相位设计方面在已有道路条件条件下对已有预信号通行方案进行改进，保证了非机动车行驶的安全性与稳定性，也有效减轻了机动车右转与非机动车行驶的冲突。

Claims (1)

1.一种预信号交通条件下的慢行交通交叉口通行方法，其特征在于：基于预信号的混合相位交叉口包括垂直相交的四条道路，依次为：R1、R2、R3、R4，每一方向道路均为五车道，其中包括一条位于道路最外侧的非机动车车道，由最内侧到最外侧的车道分别为S1、S2、S3、S4、S5，其中非机动车道为S5，机动车与非机动车分别设有主、预停车线，且机动车主停车线较后于非机动车主停车线，机动车主停车线与非机动车主停车线之间的区域为非机动车借道左转通行车道，记为S6，非机动车通过此车道进入对向道路的S1车道，通过交叉口，实现移位左转车道的设计，即借道左转；

在机动车与非机动车预停车线后，机动车车道采取直、左、右分离的方式，每条道路都包括四条进口道与四条出口道，且道路S1、S2、S3、S4的机动车预停车线后方车道依照行车方向从左至右依次划分为左转车道、直行车道、直行车道、右转直行车道，且最外侧机动车道S4与非机动车S5采用交错借道的方式，使非机动车在允许通行时通过借道的方式进入S4车道，而在非机动车预停车线前的S5车道成为右转专用车道，右转非机动车与特定相位时的机动车直行或借道进入S5车道，不受主信号灯控制，直接右转通行；机动车通过机动车预信号灯控制进入机动车待行区，机动车待行区采用混行机制，机动车进入后充满机动车待行区，并通过机动车主信号灯控制通过交叉口；非机动车进入待行区S4车道后，依据非机动车主信号的控制，直接直行通过交叉口，或依靠借道左转通行车道S6进入对向道路最内侧车道S1并左转通过交叉口，由此实现非机动车借道左转。

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