CN113658440B - 一种直行公交利用右转车道插队优先的信号控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种直行公交利用右转车道插队优先的信号控制方法及系统，属于城市道路交通控制技术领域。本发明在判断交叉口右转和公交共用车道存在公交车排队，公交专用信号辅灯执行绿闪相位，公交车驶入公交先行区；等公交专用信号辅灯执行绿灯相位，且主信号灯保持红灯相位，公交车优先通过交叉口，直至主信号灯变为绿灯时，直行社会车辆通行，当主信号灯再次执行红灯相位且公交专用信号辅灯也执行红灯相位，公交车于进口道停车线处等待。本发明降低了公交车通过交叉口的耗时，提高了公交车的通行效率，保障了交通安全，实现了公交车时间上和空间上的插队优先。

Description

一种直行公交利用右转车道插队优先的信号控制方法及系统

技术领域

本发明属于城市道路交通控制领域，具体涉及交叉口上的公交车辆优先通过交叉口的信号控制方法及系统。

背景技术

近年来，全国的汽车保有量越来越多，交通拥堵问题日益严重。国内外实践经验表明，城市公交优先发展对于解决中国城市交通拥堵问题、保障城市可持续发展、推动国家城镇化发展具有重要意义。因此，如何合理高效地使用有限的道路资源成为解决道路拥堵的重要措施之一。

在城市道路交叉口，当右转交通量不大或者交叉口空间资源受限时，公交车和右转社会车辆共用进口车道的方法经常被采用。这对于公交车来说是有好处的，可以提高公交车的通行效率，降低公交车在交叉口的延误，但是会显著降低右转车辆的通行效率。一般而言，右转车辆可以不受信号灯的控制，只需要注意避让行人和非机动车。但是，和公交共用车道上的右转车辆经常会被排在前面的公交车挡道，被挡道的右转社会车辆又会对后续到达的公交车产生干扰，即使随直行车辆一起绿灯放行，也会和同向直行的行人和自行车相冲突，存在交通安全隐患、效率低下。并且，如果该车道上公交车到达频率较高，很容易导致排队长度增大，严重可能会发生溢出现象，影响上游交叉口，进而导致路段拥堵。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种直行公交利用右转车道插队优先的信号控制方法及系统，提高公交车的通行效率，缓解公交车与右转社会车辆的冲突。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种直行公交利用右转车道插队优先的信号控制方法，包括步骤：

S1，在右转和公交共用车道上设置公交先行区，并根据公交先行区设置与主信号灯周期相同的公交专用信号辅灯，对进入公交先行区的公交车进行控制；

S2，公交专用信号辅灯执行红灯相位，当红灯时间到达阈值时，判断交叉口右转和公交共用车道是否存在公交车排队，若是则执行S3，否则执行S4；

S3，公交专用信号辅灯执行绿闪相位，公交车驶入公交先行区；等公交专用信号辅灯执行绿灯相位，且主信号灯保持红灯相位，公交车优先通过交叉口，直至主信号灯变为绿灯时，直行社会车辆通行，当主信号灯再次执行红灯相位且公交专用信号辅灯也执行红灯相位，公交车于进口道停车线处等待；交通信号控制机继续检测即将借用右转和公交共用车道直行通过交叉口的公交车来车数量；

S4，公交专用信号辅灯执行绿闪相位，等待绿闪时间到达阈值，公交专用信号辅灯与主信号灯同步执行绿灯相位，等待绿灯时间到达阈值，主信号灯与公交专用信号辅灯显示为红灯；交通信号控制机检测继续即将借用右转和公交共用车道直行通过交叉口的公交车来车数量。

进一步地，所述公交先行区在四相位控制交叉口时，在交叉口四个进口，分别在右转和公交共用车道前方设置公交先行区一、公交先行区二、公交先行区三和公交先行区四；所述公交先行区在三相位控制交叉口，在没有单独左转的方向上设置公交先行区。

进一步地，所述公交车优先通过交叉口需要根据公交车、社会车辆通过交叉口的时间差设置相位差，包括公交专用信号辅灯的绿闪相位与主信号灯的相位差、公交专用信号辅灯的绿灯相位与主信号灯的相位差。

进一步地，所述公交专用信号辅灯的绿闪相位与主信号灯的相位差，具体为：

1)四相位对称放行及三相位放行的情况

南进口的公交专用信号辅灯二绿闪相位与主信号灯第一相位的相位差为：T_S＝L_W/V_W- T_c；

北进口的公交专用信号辅灯四绿闪相位与主信号灯第一相位的相位差为：T_N＝L_E/V_E- T_c；

东进口的公交专用信号辅灯一绿闪相位与主信号灯第三相位的相位差为：T_E＝L_S/V_S- T_c；

西进口的公交专用信号辅灯三绿闪相位与主信号灯第三相位的相位差为：T_W＝L_N/V_N- T_c；

2)四相位顺时针单边轮放的情况

南进口的公交专用信号辅灯二绿闪相位与主信号灯第二相位的相位差为：T_S＝L_W/V_W- T_c；

北进口的公交专用信号辅灯四绿闪相位与主信号灯第四相位的相位差为：T_N＝L_E/V_E- T_c；

东进口的公交专用信号辅灯一绿闪相位与主信号灯第一相位的相位差为：T_E＝L_S/V_S- T_c；

西进口的公交专用信号辅灯三绿闪相位与主信号灯第三相位的相位差为：T_W＝L_N/V_N- T_c；

其中：T_C为车辆在停车线启动延误时间；V_E、V_W、V_S、V_N为东、西、南、北四个进口的直行机动车通过交叉口的速度，L_S为南进口停车线到东进口先行区冲突点之间的长度，L_N为北进口停车线到西进口先行区冲突点之间的长度，L_E为东进口停车线到北进口先行区冲突点之间的长度，L_W为西进口停车线到南进口先行区冲突点之间的长度。

进一步地，所述公交专用信号辅灯的绿灯相位与主信号灯的相位差，具体为：

南进口的公交专用信号辅灯二绿灯相位与主信号灯第三相位的相位差为：

其中：首辆社会车辆在全部排队公交车驶入出口道后以安全车距d的距离跟随其后所需时间t_cs为：

D_S为南进口停车线到北出口的距离，l_b为公交车车长，d为车辆之间的安全车距，α_c为社会车辆从停车线驶离交叉口时的加速度，V_m为路段车辆限速；

当

第n辆公交车驶离交叉口所需时间t_bs为：

当

时，第n辆公交车驶离交叉口所需时间t_bs为：

α_b为公交车从停车线驶离交叉口时的加速度；

其余进口的公交专用信号辅灯一、公交专用信号辅灯三、公交专用信号辅灯四绿灯相位与对应主信号灯相位的相位差为：

其中r表示可取值“S”、“N”、“W”、“E”，分别表示四个进口方向；若交叉口为四相位对称放行交叉口，则ΔT_S、ΔT_N分别为公交专用信号辅灯二、公交专用信号辅灯四绿灯相位与主信号灯第三相位的相位差，ΔT_E、ΔT_W分别为公交专用信号辅灯一、公交专用信号辅灯三绿灯相位与主信号灯第一相位的相位差；若交叉口为四相位顺时针单边轮放交叉口，则ΔT_S为公交专用信号辅灯二绿灯相位与主信号灯第四相位的相位差，ΔT_N为公交专用信号辅灯四绿灯相位与主信号灯第二相位的相位差，ΔT_E为公交专用信号辅灯一绿灯相位与主信号灯第三相位的相位差，ΔT_W为公交专用信号辅灯三绿灯相位与主信号灯第一相位的相位差；若交叉口为“南北直行-南北左转-东西通行”三相位交叉口，则ΔT_E、ΔT_W分别为公交专用信号辅灯一、公交专用信号辅灯三绿灯相位与主信号灯第一相位的相位差；若交叉口为“南北通行-东西直行-东西左转”三相位交叉口，则ΔT_S、ΔT_N分别为公交专用信号辅灯二、公交专用信号辅灯四绿灯相位与主信号灯第二相位的相位差。

进一步地，所述公交专用信号辅灯旁还设置有LED显示屏，用于对公交车驾驶员进行操作提示：当公交专用信号辅灯处于绿闪相位时，LED显示屏显示“公交车请驶入先行区”；当公交专用信号辅灯处于绿灯相位时，则显示“公交车请通过交叉口”；当公交专用信号辅灯处于红灯相位时，则显示“公交车请于车道内停车等待”。

进一步地，所述四相位控制交叉口处在交叉口四个进口处均设置左转导流线一、左转导流线二、左转导流线三和左转导流线四；所述三相位控制交叉口在设置单独左转相位的进口道处设置左转导流线：若东西方向存在单独左转相位，则在东西进口处分别设置左转导流线一、左转导流线三；若南北方向存在单独左转相位，则在南北进口处分别设置左转导流线二、左转导流线四。

一种直行公交利用右转车道插队优先的信号控制系统，包括：

计数检测器，实时检测右转和公交共用车道公交车辆的到达状况，并将检测数据发送给信号中心系统；

信号中心系统，对采集到的公交车检测数据进行分析得到检测结果，并发送给交通信号控制机；

交通信号控制机，当需要采取公交插队优先时，对对应路口的公交专用信号辅灯、交叉口信号灯重新进行配时方案调整，并将配时方案执行结果发送给信号中心系统；

LED显示屏，用于对公交车驾驶员进行操作提示。

本发明的有益效果为：

(1)本发明设置的公交先行区，可以增加右转和公交共用车道的长度，可以容纳更多的公交车排队；且公交车可以提前进入公交先行区，降低了公交车通过交叉口的耗时，提高了公交车的通行效率；

(2)本发明中公交车通过公交先行区优先通过交叉口，降低了公交车与同向社会车辆之间的干扰，保障了交通安全，实现了公交车时间上与空间上的插队优先；

(3)本发明中右转车辆可以在相交道路左转放行的时候通过路口，提高了其通行效率，降低延误时间，减少右转和公交共用车道上公交车与右转车辆的冲突，并降低右转车辆对过街行人的阻碍，交通安全性得以提高。

附图说明

图1为本发明所述信号控制系统的架构图；

图2为本发明所述信号控制方法流程图；

图3为本发明所述信号控制系统的现场布置图；

图4为本发明交叉口右转和公交共用车道公交插队优先信号控制方法示意图；

图5为本发明交叉口各个进口右转和公交共用车道公交插队优先信号控制方法示意图；

图6为本发明交叉口右转和公交共用车道公交插队优先信号控制方法所需要的四相位对称放行示意图；

图7为本发明交叉口右转和公交共用车道公交插队优先信号控制方法所需要的四相位单边轮放示意图；

图8为本发明交叉口右转和公交共用车道公交插队优先信号控制方法所需要的三相位示意图；

图中：1-主信号灯，2-LED显示屏一，3-LED显示屏二，4-LED显示屏三，5-LED显示屏四，6-公交先行区一，7-公交先行区二，8-公交先行区三，9-公交先行区四，10-左转导流线一，11-左转导流线二，12-左转导流线三，13-左转导流线四，14-南进口停车线，15-西进口停车线，16-北进口停车线，17-东进口停车线，18-北进口先行区冲突点，19-西进口先行区冲突点，20-南进口先行区冲突点，21-东进口先行区冲突点，22-公交专用信号辅灯一，23-公交专用信号辅灯二，24-公交专用信号辅灯三，25-公交专用信号辅灯四，26-南进口公交先行区停车线，27-北进口公交先行区停车线，28-东进口公交先行区停车线，29-西进口公交先行区停车线。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，一种直行公交利用右转车道插队优先的信号控制系统，包括计数检测器、信号中心系统、交通信号控制机、LED显示屏和公交专用信号辅灯。计数检测器，采用架设于交叉口进口道处的路面RFID计数检测机，实时检测右转和公交共用车道公交车辆的到达状况，并将检测数据发送给信号中心系统。信号中心系统，对采集到的公交车检测数据进行分析得到检测结果，并发送给交通信号控制机。交通信号控制机，当需要采取公交插队优先相位时，对对应路口的公交专用信号辅灯、交叉口信号灯重新进行配时方案调整，并将配时方案执行结果发送给信号中心系统。LED显示屏，对公交车驾驶员进行操作提示：当检测到公交专用信号辅灯处于绿闪相位时，LED显示屏显示“公交车请驶入先行区”；当检测到公交专用信号辅灯处于绿灯相位时，则显示“公交车请通过交叉口”；当检测到公交专用信号辅灯处于红灯相位时，则显示“公交车请于车道内停车等待”。公交专用信号辅灯，以“绿闪”、“绿灯”、“红灯”三种指示方式提示公交车何时驶入先行区及驶离交叉口。

本发明直行公交利用右转车道插队优先的信号控制系统现场布置见图3，在十字交叉口西出口道附近面朝东进口道设置LED显示屏一2及公交专用信号辅灯一22、在北出口道附近面朝南进口道LED显示屏二3及公交专用信号辅灯二23、在东出口道附近面朝西进口道 LED显示屏三5及公交专用信号辅灯三24、在南出口道附近面朝北进口道LED显示屏四4及公交专用信号辅灯四25。

如图2所示，一种直行公交利用右转车道插队优先的信号控制方法，包括如下具体步骤：

步骤(1)，在右转和公交共用车道上设置公交先行区，并根据公交先行区设置与主信号灯1周期相同的公交专用信号辅灯，对进入公交先行区的公交车进行控制。公交专用信号辅灯设置绿闪、绿灯、红灯三种相位。以南进口为例，南进口公交专用信号辅灯在相交道路(东西方向)直行车辆全部通过冲突点时执行绿闪相位，提示公交车驶入公交先行区；公交专用信号辅灯在南口直行车辆允许通行时执行绿灯相位，提示公交车驶离交叉口；其余时间公交专用信号辅灯执行红灯相位，提示公交车于进口道停车线处等待。

步骤(2)，交通信号控制机检测即将借用右转和公交共用车道直行通过交叉口的公交车来车数量。

步骤(3)，公交专用信号辅灯执行红灯相位，当红灯时间到达阈值时，判断交叉口右转和公交共用车道是否存在公交车排队，若是则执行步骤(4)，否则执行步骤(5)。

步骤(4)，公交专用信号辅灯执行绿闪相位，公交车驶入公交先行区，等待绿闪时间到达阈值，主信号灯1执行公交插队优先相位，并根据公交车、社会车辆通过交叉口的时间差设置相位差(包括公交专用信号辅灯的绿闪相位与主信号灯的相位差以及主信号灯与公交专用信号辅灯的绿灯相位差)。以南进口为例，南进口公交专用信号辅灯在相交道路(东西方向) 直行车辆全部通过冲突点时执行绿闪相位，提示公交车驶入公交先行区；绿闪时间到达阈值后公交专用信号辅灯执行绿灯相位，南口直行信号(主信号灯1显示)保持红灯相位，即主信号灯1执行公交插队优先相位；公交插队优先相位到达阈值后，南口直行信号与公交专用信号辅灯均显示绿灯相位，允许直行社会车辆通行，在保证安全车距的条件下确保公交车优先通过交叉口；等待绿灯时间到达阈值，主信号灯1和公交专用信号辅灯执行红灯相位，提示公交车于进口道停车线处等待，执行步骤(2)。

步骤(5)，公交专用信号辅灯执行绿闪相位；等待绿闪时间到达阈值，公交专用信号辅灯与同向直行主信号灯1同步执行绿灯相位；等待绿灯时间到达阈值，主信号灯1与公交专用信号辅灯显示为红灯，执行步骤(2)。

一种直行公交利用右转车道插队优先的信号控制方法，具体过程描述如下：

一、设置公交先行区和左转导流线

如图4、5所示，四相位需要在交叉口四个进口处均设置左转导流线一10、左转导流线二11、左转导流线三12和左转导流线四13，三相位需要在东西两个进口设置左转导流线二 11和左转导流线四13；这是为了避免相交道路上的左转车辆左转时占用右转和公交共用车道公交先行区，造成先行区无法有效的运行，并形成安全隐患。

四相位控制交叉口，在交叉口四个进口，分别在右转和公交共用车道前方设置公交先行区一6、公交先行区二7、公交先行区三8和公交先行区四9，在各个出口道附近面朝对向进口道设置LED显示屏一2、LED显示屏二3、LED显示屏三4和LED显示屏四5；三相位控制交叉口，以“东西直行-东西左转-南北通行”的三相位放行方式为例，仅在南北向的右转和公交共用车道前方设置公交先行区二7和公交先行区四9。

由于公交先行区的设置不仅增加了右转和公交共用车道的长度，同时还能在一定程度上减少右转车辆的冲突，因此在交叉口条件允许的情况下应尽可能延长公交先行区长度。而公交先行区的长度与交叉口的几何形状有关。以南进口为例，公交先行区长度与东出口的车道数、车道宽度、非机动车车道宽度和东进口的左转车辆行车轨迹有关，再根据东进口左转导流线一11预留出1-2m的安全距离即可。

公交先行区内的地面使用MMA彩色路面涂料涂成绿色，便于提示驾驶员并同其它标志标线进行区分，若条件允许的话，在距停车线20米左右处设置标牌提示前方右转和公交共用车道设有公交先行区。

二、设置LED显示屏和公交专用信号辅灯

如图4、5所示的十字交叉口，将交叉道路分为N(北)方向路口、S(南)方向路口、W(西)方向路口和E(东)方向路口。

将十字交叉口中间位置的信号灯称为主信号灯1。在四相位交叉口的四个出口道附近分别安装LED显示屏一2、LED显示屏二3、LED显示屏三4和LED显示屏四5，提示右转和公交共用车道上的公交车进入先行区。而三相位交叉口只需在南北出口处附近设置LED电子显示屏二3和LED电子显示屏三4，提示右转和公交共用车道上的公交车进入先行区。同时，设有公交先行区的交叉口均需在LED显示屏处增设公交专用信号辅灯一22、公交专用信号辅灯二23、公交专用信号辅灯三24和公交专用信号辅灯四25。

为了达到公交车辆插队优先的目的，四相位对称放行十字交叉口的相位放行顺序必须先直行再左转，四相位单边轮放的十字交叉口的相位放行顺序必须顺时针单边放行，如图4、5 所示。公交先行区LED显示屏和公交专用信号辅灯具体的控制方法为：

1)四相位对称放行

①南北方向：当东西方向直行机动车全部驶过公交先行区二7和公交先行区四9时，南北方向的LED显示屏二3、LED显示屏三4显示“公交车请驶入先行区”，南北方向的公交专用信号辅灯显示绿闪，右转社会车辆可以趁机右转，而且不会受到行人和非机动车的干扰；当绿闪时间到达阈值时，南北方向的LED显示屏二3、LED显示屏三4显示“公交车请通过交叉口”，南北方向的公交专用信号辅灯显示绿灯，右转社会车辆在避让行人和非机动车的情况下右转；其它情况下，南北方向的LED显示屏二3、LED显示屏三4显示为“公交车请于车道内停车等待”，南北方向的公交专用信号辅灯显示红灯，右转和公交共用车道上的直行公交车不允许进入公交先行区，只能在右转和公交共用车道内等待。

②东西方向：当南北方向直行机动车全部驶过公交先行区一6、公交先行区三8时，东西方向的LED显示屏一2、LED显示屏四5显示“公交车请驶入先行区”，东西方向的公交专用信号辅灯显示绿闪，右转社会车辆可以趁机右转，而且不会受到行人和非机动车的干扰；当绿闪时间到达阈值时，东西方向的LED显示屏一2、LED显示屏四5显示“公交车请通过交叉口”，东西方向的公交专用信号辅灯显示绿灯，右转社会车辆在避让行人和非机动车的情况下右转；其它情况下，东西方向的LED显示屏一2、LED显示屏四5显示为“公交车请于车道内停车等待”，东西方向的公交专用信号辅灯显示红灯，右转和公交共用车道上的直行公交车不允许进入公交先行区，只能在右转和公交共用车道内等待。

2)四相位顺时针单边轮放

①南口：当西口单边放行直行机动车全部驶过公交先行区二7时，南口对应的LED显示屏二3显示“公交车请驶入先行区”，南口的公交专用信号辅灯显示绿闪，右转社会车辆可以趁机右转；当绿闪时间到达阈值时，南口对应的LED显示屏二3显示“公交车请通过交叉口”，南口的公交专用信号辅灯显示绿灯；其它情况下，南口对应的LED显示屏二3显示“公交车请于车道内停车等待”，南口的公交专用信号辅灯显示红灯。

②西口：当北口单边放行直行机动车全部驶过公交先行区三8时，西口对应的LED显示屏四5显示“公交车请驶入先行区”，西口的公交专用信号辅灯显示绿闪，右转社会车辆可以趁机右转；当绿闪时间到达阈值时，西口对应的LED显示屏四5显示“公交车请通过交叉口”，西口的公交专用信号辅灯显示绿灯；其它情况下，西口对应的LED显示屏四5显示“公交车请于车道内停车等待”，西口的公交专用信号辅灯显示红灯。

③北口：当东口单边放行直行机动车全部驶过公交先行区四9时，北口对应的LED显示屏三4显示“公交车请驶入先行区”，北口的公交专用信号辅灯显示绿闪，右转社会车辆可以趁机右转；当绿闪时间到达阈值时，北口对应的LED显示屏三4显示“公交车请通过交叉口”，北口的公交专用信号辅灯显示绿灯；其它情况下，北口对应的LED显示屏三4显示“公交车请于车道内停车等待”，北口的公交专用信号辅灯显示红灯。

④东口：当南口单边放行直行机动车全部驶过公交先行区一6时，东口对应的LED显示屏一2显示“公交车请驶入先行区”，东口的公交专用信号辅灯显示绿闪，右转车辆可以趁机右转；当绿闪时间到达阈值时，东口对应的LED显示屏一2显示“公交车请通过交叉口”，东口的公交专用信号辅灯显示绿灯；其它情况下，东口对应的LED显示屏一2显示“公交车请于车道内停车等待”，东口的公交专用信号辅灯显示红。

三、设置主信号、公交专用信号之间的相位差

为了保证公交先行区车辆的交通安全，并最大限度地利用公交先行区，必须合理设置主信号与公交专用信号之间的相位差。

(1)主信号相位

如图3、4所示，在交叉口实现公交待行需满足下列条件其中之一：

①相交道路交通信号设有独立的左转相位，且路口存在公交车借用右转和公交共用车道直行通过交叉口；

②交叉口放行方式为四个进口道按顺时针方向进行单边轮放，且路口存在公交车借用右转和公交共用车道直行通过交叉口。

(2)公交专用信号

以南口先行区为例，如图3所示，只有在西口直行的车辆完全经过公交先行区二7之后，南口右转和公交共用车道上的公交车才能进入公交先行区等待，这样才可以避免西口直行车辆与南口公交先行区内的公交车辆产生冲突。

(3)主信号灯与控制右转和公交共用车道的公交专用信号辅灯的相位差

公交先行区的实行需要科学设置主信号和公交专用信号之间的相位差。

1)公交专用信号辅灯的绿闪相位和主信号灯的相位差

除了考虑车辆在停车线启动延误时间T_C(以2s为准)，还要考虑车辆通过交叉口停车线与相交道路公交先行区冲突点所需的时间。在四相位中设交叉口东(E)、西(W)、南(S)、北(N)四个进口的直行机动车通过交叉口的速度分别为V_E、V_W、V_S、V_N；且南进口停车线 14到东进口先行区冲突点21之间的长度为L_S，北进口停车线16到西进口先行区冲突点19 之间的长度为L_N，东进口停车线17到北进口先行区冲突点18之间的长度为L_E，西进口停车线15到南进口先行区冲突点20之间的长度为L_W。在三相位中，则只需要考虑东西向的车辆通过交叉口的时间，东西向车辆通过交叉口的速度为V_E、V_W，东进口停车线17到北进口先行区冲突点18之间的长度为L_E，西进口停车线15到南进口先行区冲突点20之间的长度为 L_W。

四相位对称放行的情况下，见附图6，相位差计算公式如下：

南进口的公交专用信号辅灯23绿闪相位与主信号灯1第一相位的相位差为：

T_S＝L_W/V_W-T_c (1)

北进口的公交专用信号辅灯四25绿闪相位与主信号灯1第一相位的相位差为：

T_N＝L_E/V_E-T_c (2)

东进口的公交专用信号辅灯一22绿闪相位与主信号灯1第三相位的相位差为：

T_E＝L_S/V_S-T_c (3)

西进口的公交专用信号辅灯三24绿闪相位与主信号灯1第三相位的相位差为：

T_W＝L_N/V_N-T_c (4)

四相位顺时针单边轮放的情况下，见附图7，相位差计算公式如下：

南进口的公交专用信号辅灯23绿闪相位与主信号灯1第二相位的相位差为：

T_S＝L_W/V_W-T_c (5)

北进口的公交专用信号辅灯四25绿闪相位与主信号灯1第四相位的相位差为：

T_N＝L_E/V_E-T_c (6)

东进口的公交专用信号辅灯一22绿闪相位与主信号灯1第一相位的相位差为：

T_E＝L_S/V_S-T_c (7)

西进口的公交专用信号辅灯三24绿闪相位与主信号灯1第三相位的相位差为：

T_W＝L_N/V_N-T_c (8)

见图8，三相位情况与四相位对称放行差别如下：在计算南北方向公交专用信号辅灯绿闪相位与主信号灯1的相位差时，参考四相位对称放行中南北进口的公交专用信号辅灯绿闪相位与主信号1的相位差的计算公式(公式(1)、(2))；在计算东西方向公交专用信号辅灯绿闪相位与主信号灯1的相位差时，参考四相位对称放行中东西进口的公交专用信号辅灯绿闪相位与主信号1的相位差的计算公式(公式(3)、(4))。

2)公交专用信号辅灯绿灯相位和主信号的相位差

为确保放行时交叉口所有排队公交车能优先通过交叉口，需要根据检测到的公交车排队车辆数给交叉口信号灯设置公交插队优先相位，滞后同向社会车直行绿灯时间。下面进行公交插队优先相位的相位差公式推导：

假设公交车与社会车辆从停车线驶离交叉口时做初速度为0的匀加速直线运动，加速度分别为α_b(以1.5m/s²为准)、α_c(以2.5m/s²为准)，V_m为路段车辆限速，公交车和社会车辆车速达到限速后不再变化；公交车车长为l_b(以12m为准)，启动延误时间为T_b(以3s为准)；南进口停车线14到北出口的距离为D_S，南进口停车线14到南进口公交先行区停车线26的距离为D_S1；北进口停车线16到南出口的距离为D_N，北进口停车线16到北进口公交先行区停车线27的距离为D_N1；东进口停车线17到西出口的距离为D_E，东进口停车线17到东进口公交先行区停车线的距离为D_E1；西进口停车线15到东出口的距离为D_W，西进口停车线15到西进口公交先行区停车线29的距离为D_W1；车辆之间的安全车距为d(以2m为准)。

四相位对称放行的情况下，以南口为例，假设交叉口公交车、社会车在停车线处启动时均以匀加速状态加速到限值，然后以限值进行匀速行驶，南口右转和公交共用车道公交车排队车辆数为n，则需判断第n辆公交车驶离交叉口期间是否一直处于匀加速状态，因此第n 辆公交车驶离交叉口所需时间t_bs为：

确保安全车距的条件下，首辆社会车辆在全部排队公交车驶入出口道后以安全车距d的距离跟随其后所需时间t_cs为：

公式(10)默认右转和公交共用车道的直行公交车排队长度不超过交叉口间距，即

若

则需保证末尾公交车行驶至进口道停车线前方并与首辆社会车保持安全车距，此时t_cs＝Tc，则t_bs表示为：

南进口的公交专用信号辅灯二23绿灯相位与主信号灯1第三相位的相位差为：

同理，可得到其余进口的公交专用信号辅灯一22、公交专用信号辅灯三24、公交专用信号辅灯四25绿灯相位与对应主信号相位的相位差，其公式为：

其中r表示可取值“S”、“N”、“W”、“E”，分别表示四个进口方向；若交叉口为四相位对称放行交叉口，则ΔT_S、ΔT_N分别为公交专用信号辅灯二23、公交专用信号辅灯四25绿灯相位与主信号灯1第三相位的相位差，ΔT_E、ΔT_W分别为公交专用信号辅灯一22、公交专用信号辅灯三24绿灯相位与主信号灯1第一相位的相位差；若交叉口为四相位顺时针单边轮放交叉口，则ΔT_S为公交专用信号辅灯二23绿灯相位与主信号灯1第四相位的相位差，ΔT_N为公交专用信号辅灯四25绿灯相位与主信号灯1第二相位的相位差，ΔT_E为公交专用信号辅灯一22绿灯相位与主信号灯1第三相位的相位差，ΔT_W为公交专用信号辅灯三24绿灯相位与主信号灯1第一相位的相位差；若交叉口为“南北直行-南北左转-东西通行”三相位交叉口，则ΔT_E、ΔT_W分别为公交专用信号辅灯一22、公交专用信号辅灯三24绿灯相位与主信号灯1 第一相位的相位差；若交叉口为“南北通行-东西直行-东西左转”三相位交叉口，则ΔT_S、ΔT_N分别为公交专用信号辅灯二23、公交专用信号辅灯四25绿灯相位与主信号灯1第二相位的相位差。

四相位对称放行的相位差设置情况见图6。

四相位顺时针单边轮放的情况下，见图7，相位差计算公式与四相位对称放行相同，计算结果差别如下：ΔT_S表示南进口的公交专用信号辅灯二23绿灯相位与主信号1第四相位的相位差；ΔT_N表示北进口的公交专用信号辅灯四25绿灯相位与主信号1第二相位的相位差；ΔT_E表示东进口的公交专用信号辅灯一22绿灯相位与主信号1第三相位的相位差；ΔT_W表示西进口的公交专用信号辅灯三24绿灯相位与主信号1第一相位的相位差。

三相位情况与四相位对称放行差别如下：在计算东西方向公交先行区专用信号绿灯相位与主信号灯1的相位差时，参考四相位对称放行中东西进口的公交先行区专用信号绿灯相位与主信号1的相位差的计算公式(公式(9)-(13))，参见图8；在计算南北方向公交先行区专用信号绿灯相位与主信号灯1的相位差时，参考四相位对称放行中南北进口的公交先行区专用信号绿灯相位与主信号1的相位差的计算公式(公式(9)-(13))。

公式(1)-(13)确定四相位和三相位公交专用信号绿闪相位和绿灯相位的开始时间、结束时间。如图6、7、8所示相位配时。

本发明适用于使用四相位对称放行十字交叉口、四相位顺时针单边轮放十字交叉口、三相位十字交叉口这三种场景，因此分别举例进行说明。

实施例1四相位对称放行交叉口

四相位对称放行交叉口配时以南进口为例，假设周期为100s。南北直行与东西直行的时间均为27s，南北左转与东西左转的时间均为17s，黄灯时间为3s。如图4西进口停车线15 到南进口公交先行区冲突点20之间的距离L_W为40m，南进口停车线14到北出口的距离D_S为50m。西进口的车辆通过交叉口的车速V_W假设为5m/s，路段限速60km/h，假设交叉口当前右转和公交公用车道上公交车排队车辆数为1。

(1)设置左转导流线、公交先行区、公交专用信号灯、LED显示屏

根据交叉口的几何形状设置左转导流线，再根据东进口左转导流线11的线型留出2m的安全距离，设置南进口的公交先行区7，假设长度为15m，南进口停车线14到南进口公交先行区停车线26的距离D_S1为20m。并在北出口处面向南进口设置LED显示屏3及公交专用信号辅灯23，如图4、5所示。

(2)计算公交专用信号辅灯与主信号灯的相位差

如附图6所示，T_S＝40/5-2＝6s，且第一相位绿灯和黄灯的时长为30s。因此南进口公交专用信号辅灯23在第一相位红灯开始的6s后开始绿闪，LED显示屏3开始显示“公交车请驶入先行区”，提示右转和公交共用车道的公交车辆进入先行区7，右转的车辆可以直接通行。

因此

(计算结果向上取整)，因此在14s后第三相位即南北直行相位，南北直行信号灯(主信号灯1)先显示红灯，公交专用信号辅灯23同时显示绿灯，LED显示屏3显示“公交车请通过交叉口”，提示公交车辆通过交叉口，2s后南北直行信号灯显示绿灯，确保公交车优先驶离交叉口。在27s后第三相位显示红灯，公交专用信号辅灯23也为红灯，LED显示屏3显示“公交车请于车道内停车等待”，禁止公交车辆继续通行。

在公交专用信号显示绿灯的29s中，公交先行区内7的公交车辆相对于同向社会车通过交叉口耗时更短，当对向出口道数量小于进口道直行车道数时，直行放行时公交车与直行社会车辆驶过交叉口时会发生合流现象，公交先行区的设计，配合2s的公交插队优先相位，可使公交车优先通过交叉口并选择行驶车道，提高了公交车行驶效率，降低了车辆合流带来的交通安全隐患。

实施例2四相位顺时针单边轮放交叉口

四相位顺时针单边轮放交叉口配时以南进口为例，假设周期为120s。各个进口道单放时间均为27s，黄灯时间为3s。如图4西进口停车线15到南进口公交先行区冲突点20之间的距离L_W为40m，南进口停车线14到北出口的距离D_S为50m。西进口的车辆通过交叉口的车速V_W假设为5m/s，路段限速40km/h，假设交叉口当前右转和公交公用车道上公交车排队车辆数为1。

(1)设置左转导流线、公交先行区、公交专用信号灯、LED电子显示屏

根据交叉口的几何形状设置左转导流线，再根据东进口左转导流线11的线型留出2m的安全距离，设置南进口的公交先行区7，假设长度为15m，南进口停车线14到南进口公交先行区停车线26的距离D_S1为20m。并在北出口处面向南进口设置LED电子显示屏3及公交专用信号辅灯23，如附图4、5所示。

(2)计算公交专用信号辅灯与主信号灯的相位差

如附图7所示，T_S＝40/5-2＝6s,且第一相位绿灯和黄灯的时长为30s。因此南进口信号灯在第一相位红灯开始的6s后开始绿闪，LED显示屏3开始显示“公交车请驶入先行区”，提示右转和公交共用车道的公交车辆进入先行区7，右转的车辆可以直接通行。

因此

(计算结果向上取整)，因此在54s后第四相位即南口单放相位，南口直行信号灯先(主信号灯1)显示红灯，公交专用信号辅灯23同时显示绿灯，LED显示屏3显示“公交车请通过交叉口”，提示公交车辆通过交叉口，5s后南口直行信号灯显示绿灯，确保公交车优先驶离交叉口。在27s后第一相位显示红灯，公交专用信号辅灯23也为红灯，LED显示屏3显示“公交车请于车道内停车等待”，禁止公交车辆继续通行。

实施例3三相位十字交叉口

三相位配时交叉口以南进口为例，假设周期为75s。东西向直行与左转的时间均为22s，南北向通行的时间为22s，黄灯时间为3s。如图4西进口停车线15到南进口公交先行区冲突点20之间的距离L_W为30m，南进口停车线14到北出口的距离D_S为40m。西进口的车辆通过交叉口的车速V_W假设为5m/s，路段限速60km/h，假设交叉口当前右转和公交公用车道上公交车排队车辆数为2，公交车车长均为12m。

(1)设置左转导流线、公交先行区、公交专用信号灯、LED电子显示屏

根据交叉口的几何形状设置左转导流线，再根据东进口左转导流线11的线型留出2m的安全距离，设置南进口的公交先行区7，假设长度为12m，南进口停车线14到南进口公交先行区停车线26的距离D_S1为18m。并在北出口处面向南进口设置LED显示屏3及公交专用信号辅灯23，如附图4、5所示。

(2)计算公交专用信号辅灯与主信号灯的相位差

如附图8所示，T_S＝30/5-2＝4s,且第一相位绿灯和黄灯的时长为25s。因此南进口信号灯在第一相位红灯开始的4s后开始绿闪，LED显示屏3开始显示“公交车请驶入先行区”，提示右转和公交共用车道的公交车辆进入先行区7，右转的车辆可以直接通行。

因此

(计算结果向上取整)，因此在21s后第三相位即南北直行相位，南北直行信号灯(主信号灯1)先显示红灯，公交专用信号辅灯同时显示绿灯，LED显示屏3显示“公交车请通过交叉口”，提示公交车辆通过交叉口，5s后南北直行信号灯显示绿灯，确保公交车优先驶离交叉口。在22s后第三相位显示红灯，公交专用信号灯辅灯23也为红灯，LED显示屏3显示“公交车请于车道内停车等待”，禁止公交车辆继续通行。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种直行公交利用右转车道插队优先的信号控制方法，其特征在于，包括步骤：

S1，在右转和公交共用车道上设置公交先行区，并根据公交先行区设置与主信号灯(1)周期相同的公交专用信号辅灯，对进入公交先行区的公交车进行控制；

S2，公交专用信号辅灯执行红灯相位，当红灯时间到达阈值时，判断交叉口右转和公交共用车道是否存在公交车排队，若是则执行S3，否则执行S4；

S3，公交专用信号辅灯执行绿闪相位，公交车驶入公交先行区；等公交专用信号辅灯执行绿灯相位，且主信号灯(1)保持红灯相位，公交车优先通过交叉口，直至主信号灯(1)变为绿灯时，直行社会车辆通行，当主信号灯(1)再次执行红灯相位且公交专用信号辅灯也执行红灯相位，公交车于进口道停车线处等待；交通信号控制机继续检测即将借用右转和公交共用车道直行通过交叉口的公交车来车数量；

S4，公交专用信号辅灯执行绿闪相位，等待绿闪时间到达阈值，公交专用信号辅灯与主信号灯(1)同步执行绿灯相位，等待绿灯时间到达阈值，主信号灯(1)与公交专用信号辅灯显示为红灯；交通信号控制机继续检测即将借用右转和公交共用车道直行通过交叉口的公交车来车数量；

所述公交车优先通过交叉口需要根据公交车、社会车辆通过交叉口的时间差设置相位差，包括公交专用信号辅灯的绿灯相位与主信号灯的相位差；

所述公交专用信号辅灯的绿灯相位与主信号灯的相位差，具体为：

南进口的公交专用信号辅灯二(23)绿灯相位与主信号灯(1)第三相位的相位差为：

其中：首辆社会车辆在全部排队公交车驶入出口道后以安全车距d的距离跟随其后所需时间t_cs为：

D_S为南进口停车线(14)到北出口的距离，l_bi为第i辆公交车的车长，d为车辆之间的安全车距，α_c为社会车辆从停车线驶离交叉口时的加速度，V_m为路段车辆限速；

当

第n辆公交车驶离交叉口所需时间t_bs为：

当

时，第n辆公交车驶离交叉口所需时间t_bs为：

α_b为公交车从停车线驶离交叉口时的加速度，α_bi为第i辆公交车从停车线驶离交叉口时的加速度，T_b为公交车启动延误时间，D_S1为南进口停车线(14)到南进口公交先行区停车线(26)的距离；

其余进口的公交专用信号辅灯一(22)、公交专用信号辅灯三(24)、公交专用信号辅灯四(25)绿灯相位与对应主信号灯相位的相位差为：

其中r取值“S”、“N”、“W”、“E”，分别表示四个进口方向；若交叉口为四相位对称放行交叉口，则ΔT_S、ΔT_N分别为公交专用信号辅灯二(23)、公交专用信号辅灯四(25)绿灯相位与主信号灯(1)第三相位的相位差，ΔT_E、ΔT_W分别为公交专用信号辅灯一(22)、公交专用信号辅灯三(24)绿灯相位与主信号灯(1)第一相位的相位差；若交叉口为四相位顺时针单边轮放交叉口，则ΔT_S为公交专用信号辅灯二(23)绿灯相位与主信号灯(1)第四相位的相位差，ΔT_N为公交专用信号辅灯四(25)绿灯相位与主信号灯(1)第二相位的相位差，ΔT_E为公交专用信号辅灯一(22)绿灯相位与主信号灯(1)第三相位的相位差，ΔT_W为公交专用信号辅灯三(24)绿灯相位与主信号灯(1)第一相位的相位差；若交叉口为“南北直行-南北左转-东西通行”三相位交叉口，则ΔT_E、ΔT_W分别为公交专用信号辅灯一(22)、公交专用信号辅灯三(24)绿灯相位与主信号灯(1)第一相位的相位差；若交叉口为“南北通行-东西直行-东西左转”三相位交叉口，则ΔT_S、ΔT_N分别为公交专用信号辅灯二(23)、公交专用信号辅灯四(25)绿灯相位与主信号灯(1)第二相位的相位差。

2.根据权利要求1所述的直行公交利用右转车道插队优先的信号控制方法，其特征在于，所述公交先行区在四相位控制交叉口时，在交叉口四个进口，分别在右转和公交共用车道前方设置公交先行区一(6)、公交先行区二(7)、公交先行区三(8)和公交先行区四(9)；所述公交先行区在三相位控制交叉口，在没有单独左转的方向上设置公交先行区。

3.根据权利要求1所述的直行公交利用右转车道插队优先的信号控制方法，其特征在于，所述公交车优先通过交叉口需要根据公交车、社会车辆通过交叉口的时间差设置相位差，还包括公交专用信号辅灯的绿闪相位与主信号灯的相位差。

4.根据权利要求3所述的直行公交利用右转车道插队优先的信号控制方法，其特征在于，所述公交专用信号辅灯的绿闪相位与主信号灯的相位差，具体为：

1)四相位对称放行及三相位放行的情况

南进口的公交专用信号辅灯二(23)绿闪相位与主信号灯(1)第一相位的相位差为：T_S＝L_W/V_W-T_c；

北进口的公交专用信号辅灯四(25)绿闪相位与主信号灯(1)第一相位的相位差为：T_N＝L_E/V_E-T_c；

东进口的公交专用信号辅灯一(22)绿闪相位与主信号灯(1)第三相位的相位差为：T_E＝L_S/V_S-T_c；

西进口的公交专用信号辅灯三(24)绿闪相位与主信号灯(1)第三相位的相位差为：T_W＝L_N/V_N-T_c；

2)四相位顺时针单边轮放的情况

南进口的公交专用信号辅灯二(23)绿闪相位与主信号灯(1)第二相位的相位差为：T_S＝L_W/V_W-T_c；

北进口的公交专用信号辅灯四(25)绿闪相位与主信号灯(1)第四相位的相位差为：T_N＝L_E/V_E-T_c；

东进口的公交专用信号辅灯一(22)绿闪相位与主信号灯(1)第一相位的相位差为：T_E＝L_S/V_S-T_c；

西进口的公交专用信号辅灯三(24)绿闪相位与主信号灯(1)第三相位的相位差为：T_W＝L_N/V_N-T_c；

其中：T_C为车辆在停车线启动延误时间；V_E、V_W、V_S、V_N为东、西、南、北四个进口的直行机动车通过交叉口的速度，L_S为南进口停车线(14)到东进口先行区冲突点(21)之间的长度，L_N为北进口停车线(16)到西进口先行区冲突点(19)之间的长度，L_E为东进口停车线(17)到北进口先行区冲突点(18)之间的长度，L_W为西进口停车线(15)到南进口先行区冲突点(20)之间的长度。

5.根据权利要求1所述的直行公交利用右转车道插队优先的信号控制方法，其特征在于，所述公交专用信号辅灯旁还设置有LED显示屏，用于对公交车驾驶员进行操作提示：当公交专用信号辅灯处于绿闪相位时，LED显示屏显示“公交车请驶入先行区”；当公交专用信号辅灯处于绿灯相位时，则显示“公交车请通过交叉口”；当公交专用信号辅灯处于红灯相位时，则显示“公交车请于车道内停车等待”。

6.根据权利要求2所述的直行公交利用右转车道插队优先的信号控制方法，其特征在于，所述四相位控制交叉口在交叉口四个进口处均设置左转导流线一(10)、左转导流线二(11)、左转导流线三(12)和左转导流线四(13)；所述三相位控制交叉口在设置单独左转相位的进口道处设置左转导流线：若东西方向存在单独左转相位，则在东西进口处分别设置左转导流线一(10)、左转导流线三(12)；若南北方向存在单独左转相位，则在南北进口处分别设置左转导流线二(11)、左转导流线四(13)。

7.一种实现权利要求1-6任一项所述的直行公交利用右转车道插队优先的信号控制方法的控制系统，其特征在于，包括：

计数检测器，实时检测右转和公交共用车道公交车辆的到达状况，并将检测数据发送给信号中心系统；

信号中心系统，对采集到的公交车检测数据进行分析得到检测结果，并发送给交通信号控制机；

交通信号控制机，当需要采取公交插队优先时，对对应路口的公交专用信号辅灯、交叉口信号灯重新进行配时方案调整，并将配时方案执行结果发送给信号中心系统；

LED显示屏，用于对公交车驾驶员进行操作提示。

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