CN112289042A - 交叉口的非机动车与机动车左转车道设计及信号控制方法 - Google Patents

交叉口的非机动车与机动车左转车道设计及信号控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种预信号控制下非机动车与机动车左转设计优化方案及其对应的信号控制方法，将设置直行机动车预停车线和左转非机动车穿越通道，在机动车出口车道和左转车道之间设置左转非机动车车道与移位左转车道向出口道内侧平移1个车道相结合，以及适用于本交叉口设置方案的预信号与交叉口信号的协调控制方法和对应的主预信号灯设计。在车流即将到达交叉口时，通过上游预信号对到达的车流进行预组织，使得左转交通流与其他方向的交通流实现分离，并且让右转受信号灯控制；信号灯简洁，易于驾驶员理解；增大了机动车左转车的转弯半径以及非机动车左转空间，消除了主信号处左转非机动车与直行机动车的冲突以及右转机动车车与左转非机动车的冲突。

Description

交叉口的非机动车与机动车左转车道设计及信号控制方法
技术领域
本发明属于交通设计与控制技术领域，具体涉及一种交叉口的非机动车与机动车左转车道设计方案及其对应的信号控制方法。
背景技术
我国非机动车是一种重要的交通出行方式，而在现有背景下，交通研究主要是针对机动车，实践层面也主要应用于以机动车交通为主的地区；现有的预信号交叉口大部分没有考虑非机动车左转问题。预信号下机动车左转占据交叉口大部分空间，使得非机动车左转空间很大程度上受限，且主信号处左转非机动车与直行机动车的冲突较大；现有的移位左转方案使得右转机动车与左转机动车形成冲突。
发明内容
发明目的：本发明的目的是针对上述问题，提供一种交叉口的非机动车与机动车左转车道设计方案及其对应的信号控制方法，本发明的方法具有如下特点：其一，增加非机动车左转空间，合理利用空间资源；其二，消除主信号处左转非机动车与直行机动车的冲突，提高交叉口的安全水平；其三，减少右转机动车与左转机动车之间冲突点的个数，减少左转非机动车与直行机动车之间冲突点的个数，提升连续流交叉口的通行能力；其四，信号灯设计简洁，驾驶员容易理解。
技术方案：一种交叉口的非机动车与机动车左转车道设计方案：本发明在连续流交叉口预信号处设置直行机动车预停车线和左转非机动车穿越通道与移位左转车道向出口道内侧平移1个车道相结合。在机动车出口车道和左转车道之间设置左转非机动车车道，左转非机动车将利用预信号的左转相位由路侧非机动车道进入左转非机动车道，进而在主信号完成左转；移位左转车道向出口道内侧平移1个车道，给交叉方向右转车留出通行车道。
在空间设计的基础上，进一步通过优化信号配时，在保障左转非机动车通行安全的基础上，提高机动车交通通行能力。
一种交叉口的非机动车与机动车左转车道设计方案对应的信号控制方法：本发明的连续流交叉口主信号采用两相位控制，分为东西直行，左转，南北右转相位和南北直行，左转和东西右转相位，预信号也为两相位控制，分为出口与进口直行通行相位和左转机动车与非机动车通相位。为了保障主信号与预信号的协调，要求主信号东西直行左转，南北右转通行相位绿灯开始时刻，与东西两个进口道预信号出口与进口直行流向通行相位绿灯开始时刻相同；主信号南北直行左转，东西右转通行相位绿灯开始时刻，与南北两个进口道预信号出口与进口直行流向通行相位绿灯开始时刻相同，即满足式(1)～(10)
Figure BDA0002747453760000021
Figure BDA0002747453760000022
Figure BDA0002747453760000023
Figure BDA0002747453760000024
Figure BDA0002747453760000025
Figure BDA0002747453760000026
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Figure BDA0002747453760000028
Figure BDA0002747453760000029
Figure BDA0002747453760000031
其中，i为交叉口进口道编号，i＝1、2、3、4分别表示A1、A2、A3、A4进口道，即南，东，北，西进口道；j为交通流向编号，j＝1、2、3、4分别表示左转、直行、右转、出口流向；gij为主信号i进口道j流向绿灯开始时刻，用在1个信号周期中的相对时间表示，为0～1间的数；λij为主信号i进口道j流向绿灯持续时长，为0～1间的数；I为绿灯间隔时间(s)；T为信号周期时长(s)；
Figure BDA0002747453760000032
为预信号i进口道j流向绿灯开始时刻，为0～1间的数；
Figure BDA0002747453760000033
为预信号i进口道j流向绿灯持续时长，为0～1间的数。
上述的(1)(2)两式假定了主信号绿灯开始时间；(3)(4)两式给出了主信号中与(1)(2)式对应相位不同的相位绿灯开始时间的计算方法；(5)式限定了A1与A3进口道，A2与A4进口道主信号绿灯持续时间分别相等；(6)式表明了主信号总周期时长；(7)式保障了主信号与预信号的协调，即主信号东西直行左转，南北右转通行相位绿灯开始时刻，与东西两个进口道预信号出口与进口直行流向通行相位绿灯开始时刻相同，主信号南北直行左转，东西右转通行相位绿灯开始时刻，与南北两个进口道预信号出口与进口直行流向通行相位绿灯开始时刻相同；(8)(9)两式给出了预信号各进口道绿灯开始时间；(10)式表明了预信号总周期时长。
有益效果：本发明的设计方法增加了左转非机动车的行驶空间，为左转非机动车提供了专用的通行空间路径，且移位左转车道向内侧平移，在不妨碍右转车通行的同时，增大了左转车的转弯半径。当交叉口放行本方向直行车时，左转车辆随直行车辆一起通过交叉口，消除了左转车流与直行车流在交叉口内部的冲突，同时减少信号相位数，且它充分利用了交叉口闲置的空间资源，避免了红灯期间出口车道无车通行的浪费，能显著提高交叉口的通行能力并降低延误，右转车可直接进入距离最近的出口道，减少右转车行驶距离，并且易于驾驶员理解，避免了因驾驶员不熟悉规则而误入移位左转车道情况的发生。
为充分利用出口最外侧车道，交叉方向右转交通量越大此种交通组织优势越明显。但直行车辆通过交叉口时为避开对向左转车辆，行驶路径需向交叉口中心偏移。因此此种交通组织方式适用于相交道路均为双向四车道或以上道路,三块板的道路段面形式时效果更佳。车道数越多，交叉口面积越大，左转车流和直车流运行起来就越顺畅，此种交通组织的效果就越明显。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的信号灯相位示意图；
图3是本发明的预信号灯以及交叉口主信号灯设置示意图。
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
本发明将设置直行机动车预停车线和左转非机动车穿越通道，在机动车出口车道和左转车道之间设置左转非机动车车道与移位左转车道向出口道内侧平移1个车道相结合，以及适用于本交叉口设置方案的预信号与交叉口信号的协调控制方法和对应的主预信号灯设计。在车流即将到达交叉口时，通过上游预信号对到达的车流进行预组织，使得左转交通流与其他方向的交通流实现分离，并且让右转受信号灯控制；信号灯简洁，易于驾驶员理解；增大了机动车左转车的转弯半径以及非机动车左转空间，消除了主信号处左转非机动车与直行机动车的冲突以及右转机动车车与左转非机动车的冲突，从而在保障非机动车通行安全的基础上，提高了机动车交通的通行能力。
如图1-3所示，基于预信号的两相位交叉口包含垂直相交的四条道路，依次为：A1、A2、A3、A4。每一条道路均包含四条机动车进口道以及四条机动车出口道以及一条非机动车左转道。道路A1、A2、A3、A4的机动车进口道依照行车方向从左至右依次划分为移位左转车道、直行车道、直行车道、右转车道。每条道路的四条进口道均设置调整待行区，道路A1、A2、A3、A4的预信号停车线以及交叉口停车线处均设置信号指示灯。在预信号停车线与交叉口停车线之间设置非机动车左转专用车道，其位于出口道与机动车移位左转车道之间。
以道路A2为例，对车流的实际运行情况进行详细说明。
车流从东至西行驶至道路A2的预信号停车线处，假定此时预信号指示灯为绿色左转箭头灯、红色圆形灯、红色右转箭头灯，左转机动车流与左转非机动车流通过预信号停车线进入调整待行区进行等待，并分别占据调整待行区的移位左转道路与非机动车左转道路，道路A2的交叉口信号指示灯的绿色左转箭头灯亮起时，调整待行区内的车辆通过交叉口停车线进入交叉口区域；左转交通流完全进入交叉口后，预信号指示灯转变为为红色左转箭头灯、绿色圆形灯、绿色右转箭头灯，直行与右转车流通过预信号停车线进入调整待行区，此时直行车无需等待，可直接通过交叉口停车线进入交叉口区域，右转车需在调整待行区等待，并占据调整待行区的右转道路，道路A2的交叉口信号指示灯的绿色右转箭头灯亮起，左转箭头灯与圆形灯转变为红色时，调整待行区内的车辆通过交叉口停车线通过交叉口。
本发明还提供了基于预信号的混合相位交叉口信号控制方法，其相位构成如图2所示，提供了相对应的信号灯设计，主预信号灯相同，且简洁，易于驾驶员理解。
具体的，一种交叉口的非机动车与机动车左转车道设计方案如下：本发明在连续流交叉口预信号处设置直行机动车预停车线和左转非机动车穿越通道与移位左转车道向出口道内侧平移1个车道相结合。在机动车出口车道和左转车道之间设置左转非机动车车道，左转非机动车将利用预信号的左转相位由路侧非机动车道进入左转非机动车道，进而在主信号完成左转；移位左转车道向出口道内侧平移1个车道，给交叉方向右转车留出通行车道。
在空间设计的基础上，进一步通过优化信号配时，在保障左转非机动车通行安全的基础上，提高机动车交通通行能力。
所述的交叉口的非机动车与机动车左转车道设计方案对应的信号控制方法如下：本发明的连续流交叉口主信号采用两相位控制，分为东西直行，左转，南北右转相位和南北直行，左转和东西右转相位。预信号也为两相位控制，分为出口与进口直行通行相位和左转机动车与非机动车通相位。为了保障主信号与预信号的协调，要求主信号东西直行左转，南北右转通行相位绿灯开始时刻，与东西两个进口道预信号出口与进口直行流向通行相位绿灯开始时刻相同；主信号南北直行左转，东西右转通行相位绿灯开始时刻，与南北两个进口道预信号出口与进口直行流向通行相位绿灯开始时刻相同。如图2所示，即满足式(1)～(10)
Figure BDA0002747453760000061
Figure BDA0002747453760000062
Figure BDA0002747453760000071
Figure BDA0002747453760000072
Figure BDA0002747453760000073
Figure BDA0002747453760000074
Figure BDA0002747453760000075
Figure BDA0002747453760000076
Figure BDA0002747453760000077
Figure BDA0002747453760000078
其中，i为交叉口进口道编号，i＝1、2、3、4分别表示A1、A2、A3、A4进口道，即南，东，北，西进口道；j为交通流向编号，j＝1、2、3、4分别表示左转、直行、右转、出口流向；gij为主信号i进口道j流向绿灯开始时刻，用在1个信号周期中的相对时间表示，为0～1间的数；λij为主信号i进口道j流向绿灯持续时长，为0～1间的数；I为绿灯间隔时间(s)；T为信号周期时长(s)；
Figure BDA0002747453760000079
为预信号i进口道j流向绿灯开始时刻，为0～1间的数；
Figure BDA00027474537600000710
为预信号i进口道j流向绿灯持续时长，为0～1间的数。
上述的(1)(2)两式假定了主信号绿灯开始时间；(3)(4)两式给出了主信号中与(1)(2)式对应相位不同的相位绿灯开始时间的计算方法；(5)式限定了A1与A3进口道，A2与A4进口道主信号绿灯持续时间分别相等；(6)式表明了主信号总周期时长；(7)式保障了主信号与预信号的协调，即主信号东西直行左转，南北右转通行相位绿灯开始时刻，与东西两个进口道预信号出口与进口直行流向通行相位绿灯开始时刻相同，主信号南北直行左转，东西右转通行相位绿灯开始时刻，与南北两个进口道预信号出口与进口直行流向通行相位绿灯开始时刻相同；(8)(9)两式给出了预信号各进口道绿灯开始时间；(10)式表明了预信号总周期时长。
本发明的设计方法增加了左转非机动车的行驶空间，为左转非机动车提供了专用的通行空间路径，且移位左转车道向内侧平移，在不妨碍右转车通行的同时，增大了左转车的转弯半径。当交叉口放行本方向直行车时，左转车辆随直行车辆一起通过交叉口，消除了左转车流与直行车流在交叉口内部的冲突，同时减少信号相位数，且它充分利用了交叉口闲置的空间资源，避免了红灯期间出口车道无车通行的浪费，能显著提高交叉口的通行能力并降低延误，右转车可直接进入距离最近的出口道，减少右转车行驶距离，并且易于驾驶员理解，避免了因驾驶员不熟悉规则而误入移位左转车道情况的发生。
为充分利用出口最外侧车道，交叉方向右转交通量越大此种交通组织优势越明显。但直行车辆通过交叉口时为避开对向左转车辆，行驶路径需向交叉口中心偏移。因此，此种交通组织方式适用于相交道路均为双向四车道或以上道路,三块板的道路段面形式时效果更佳。车道数越多，交叉口面积越大，左转车流和直车流运行起来就越顺畅，此种交通组织的效果就越明显。

Claims (3)

1.一种交叉口的非机动车与机动车左转车道设计方案，其特征在于：本发明在连续流交叉口预信号处设置直行机动车预停车线和左转非机动车穿越通道与移位左转车道向出口道内侧平移1个车道相结合，在机动车出口车道和左转车道之间设置左转非机动车车道，左转非机动车将利用预信号的左转相位由路侧非机动车道进入左转非机动车道，进而在主信号完成左转；移位左转车道向出口道内侧平移1个车道，给交叉方向右转车留出通行车道。
2.根据权利要求1所述的交叉口的非机动车与机动车左转车道设计方案，其特征在于：在空间设计的基础上，进一步通过优化信号配时，在保障左转非机动车通行安全的基础上，提高机动车交通通行能力。
3.一种根据权利要求1所述的交叉口的非机动车与机动车左转车道设计方案对应的信号控制方法，其特征在于：本发明的连续流交叉口主信号采用两相位控制，分为东西直行，左转，南北右转相位和南北直行，左转和东西右转相位；预信号也为两相位控制，分为出口与进口直行通行相位和左转机动车与非机动车通相位；为了保障主信号与预信号的协调，要求主信号东西直行左转，南北右转通行相位绿灯开始时刻，与东西两个进口道预信号出口与进口直行流向通行相位绿灯开始时刻相同；主信号南北直行左转，东西右转通行相位绿灯开始时刻，与南北两个进口道预信号出口与进口直行流向通行相位绿灯开始时刻相同，即满足式(1)～(10)
Figure FDA0002747453750000011
Figure FDA0002747453750000012
Figure FDA0002747453750000013
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Figure FDA0002747453750000021
Figure FDA0002747453750000022
Figure FDA0002747453750000023
Figure FDA0002747453750000024
Figure FDA0002747453750000025
其中，i为交叉口进口道编号，i＝1、2、3、4分别表示A1、A2、A3、A4进口道，即南，东，北，西进口道；j为交通流向编号，j＝1、2、3、4分别表示左转、直行、右转、出口流向；gij为主信号i进口道j流向绿灯开始时刻，用在1个信号周期中的相对时间表示，为0～1间的数；λij为主信号i进口道j流向绿灯持续时长，为0～1间的数；I为绿灯间隔时间(s)；T为信号周期时长(s)；
Figure FDA0002747453750000026
为预信号i进口道j流向绿灯开始时刻，为0～1间的数；
Figure FDA0002747453750000027
为预信号i进口道j流向绿灯持续时长，为0～1间的数；
上述的(1)(2)两式假定了主信号绿灯开始时间；(3)(4)两式给出了主信号中与(1)(2)式对应相位不同的相位绿灯开始时间的计算方法；(5)式限定了A1与A3进口道，A2与A4进口道主信号绿灯持续时间分别相等；(6)式表明了主信号总周期时长；(7)式保障了主信号与预信号的协调，即主信号东西直行左转，南北右转通行相位绿灯开始时刻，与东西两个进口道预信号出口与进口直行流向通行相位绿灯开始时刻相同，主信号南北直行左转，东西右转通行相位绿灯开始时刻，与南北两个进口道预信号出口与进口直行流向通行相位绿灯开始时刻相同；(8)(9)两式给出了预信号各进口道绿灯开始时间；(10)式表明了预信号总周期时长。
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