CN1691083A - 多相位平面交叉路口的交通信号控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明特别涉及一种多相位平面交叉口的半幅路权交通信号控制系统，适合于由无信号环形交叉口改造为有信号交叉口的交通信号控制系统，特征是在交叉口的中心地域存在有直行机动车禁驶区，在禁驶区外侧渠划有直行机动车通行道路，在禁驶区内部渠划有左转弯机动车通行道路，横跨一些渠划道路的绘制有半幅安全线，把渠划道路分成前、后两个半幅路面，前半幅路面的车道数量可以多于进口车道数量，在显著位置设置有半幅路权显示装置，程序的一些相位中还包含半幅路权信号。

Description

多相位平面交叉路口的交通信号控制系统

1、 技术领域

本专利申请涉及一种多相位平面交叉口的交通信号控制系统，特别是涉及一种由无信号环形交叉口改造为有信号多相位平面交叉口的交通信号控制系统，包括交叉口内路面的道路渠划、可控交通信号显示装置、道路交通信号控制装置(以下简称信号控制装置或信号控制机)及信号控制程序中的相位和相位顺序等方案参数，由信号控制装置遵循程序参数中的相位顺序轮番在不同相位时间启亮不同相位中包含的各个显示装置信号，使有交通冲突的交通流轮番在不同的相位时间得到路权，能沿着为各个交通流渠划的交叉口内路面上的道路安全有序地通过交叉口。可以“寸土必争，分秒必争”，充分利用交叉口时间和空间资源尽可能多地控制放行交通流。

2、 技术背景

交通安全、有序是精神高度文明的标志，交通高效、快捷是经济高速发展的需求。

城市交通路网是由路段和交叉口组成，路段和交叉口相比，交叉口因承担着两倍于路段上的交通量，又担负着行驶车流转向的任务，任务远高于路段，成为限制城市交通能力的关键所在。

城市交通管理现代化对交通信号控制系统的要求，就是解决以下问题：

1)在时间上和空间上分隔交叉口不同方向的交通流，分离交通冲突点，控制交通流的运行秩序，确保交通安全；

2)使在平面交叉道路网络上的人和物的运输达到畅通、快捷、高效，其最终目的是要使城市交通获得最小的延误、最短的运行时间、最大的通行能力、最优的服务水平及最低的营运费用，并因此获得良好的经济效益、社会效益与生态环境效益；

3)为道路使用者提供必要的信息，帮助他们舒适、方便、有效地使用各种交通设施。

目前由于下面分析的原因，使许多交叉口成为影响城市路网放行能力的“瓶颈”。

平面交叉口存在不同流向的交通流，也存在由这些交通流产生的交通冲突点。其中最严重的冲突点是机动车的交叉冲突点，必须由交叉口交通信号控制系统负责从不同空间上和/或不同时间上进行安全分离。

一个平面十字交叉口存在的机动车与机动车交通流冲突点共有16个，如附图1所示。共涉及8种机动车交通流，那就是4个路段方向到达的左转机动车车流和直行机动车车流。每个机动车流涉及4个冲突点。在严格禁止整幅路权绿冲突的限制条件下，这8种机动车交通流中每次能够同时放行的最多只能是2种机动车流。因此，要把这8种机动车流都轮番放行一遍，一个信号周期至少应该设置4种信号相位。

由于下列原因，造成交叉口和路段上的通行能力的极度不平衡：

对路段上双向8条车道连续的交通流而言，假设其通行能力为1。在整幅路权交通信号控制系统交叉口，由于原来连续的交通流必须分出一部分相位时间让相交道路的交通流通行，特别是又设置了左转弯专用放行相位，如按各相位平均用时计算，所让出的通行时间要达到3/4，为保证交通安全，冲突相位之间还要设置绿灯间隔时间，还应计入不可避免的减速、制动、停车或启动、加速、转向的时间损失。而交叉口入口处，为增加交叉口放行能力可以通过中心线偏移等方法把路段的4条车道拓宽为按2左、3直、1右、1掉头渠划的7条车道。但即使是这样，每相位放行的车道数最多也还只有双向6车道，又缩小成为路段上车道数的3/4。这样计算下来，此交通信号控制系统交叉口间断交通流的有效放行能力还不到路段连续车流放行能力的1/5。从而使交叉口成为严重影响城市路网放行能力的“瓶颈”。

因此，为了使交叉口交通通行能力能与路段上基本相平衡，使得车辆在过交叉口时不受阻或少受阻，就需要进一步拓宽交叉口的进口道，使交叉口的进口车道数远多于路段上的车道数。

但是，在交叉口进口设置的车道数不论怎么增多，也因交叉口空间毕竟有限，不可能达到路段车道数的数倍以上。因此平面交叉口交通信号控制系统的通行能力不可能等于所有相交路段上的通行能力之总和，永远处于交通路网的薄弱环节位置。特别是一些由繁忙路段相交形成的交叉口，更是成为提高路网通行能力的卡脖子的关键交叉口。

而高架桥下(或地槽桥上)的路面与普通平面十字交叉口的下列差异更是加剧了高架桥下(或地槽桥上)交叉口与路段的不平衡：

1)、构成高架桥下(或地槽桥上)交叉口的快速路两侧的辅路路面宽度基本对称，中心线不可能偏移，使得进口道的拓宽能力极为有限，绝不可能使进口道数量达到路段车道数量的5倍。

2)、高架桥下(或地槽桥上)交叉口占地面积大，使得交通控制系统按整幅路面放行的相位间的绿灯间隔时间特别大，浪费通行能力。

这些差异更使高架桥下(或地槽桥上)交叉口成为严重影响城市路网放行能力的“瓶颈”中的“瓶颈”。

这就十分迫切需要负责疏导交叉口交通的交通信号控制系统从通行时间和通行空间两个方面进行正确设计和良好的配合，以寻求最优(经济的、可行的、有效的)改善方案。时间不够空间补，空间不够时间补。必须用“寸土必夺，分秒必争”的要求，仔细做好交叉口交通信号控制系统的设计。这也是低成本改善通行能力的主要手段之一。

环行交叉口是在几条道路相交的交叉口中央设置中心岛的一种交叉口形式。进入交叉口的所有车辆均按同一方向逆时针绕岛运行，按照环岛车流优先通行的规则行驶。车辆在通过环行交叉口时其行驶过程一般为合流、交织、分流而后驶离交叉口，可避免车辆直接交叉、冲突和大角度碰撞，其实质为一种无信号自行调节渠划交通的形式。环行交叉口的优点是车辆连续行驶、一般不需要停车，不需要设置管理设施，平均延误较小。因很少刹车、停车、启动，节省燃料，噪声低，污染小。环行交叉口通常可在城乡结合处、小区中心的主要交叉口、复杂畸形交叉口设置。在中心岛上进行绿化，还可起到美化城市的作用。

但随着城市的发展，许多环行交叉口所在的城乡结合处已成为城市繁华地带，非机动车和行人已成为必须考虑安全控制秩序的交通流；经济的飞速发展也导致原环行交叉口交通量猛增；原环行交叉口扩大为3-4层环道虽然可以扩大通行能力，但也增加了合流、交织、分流的复杂性，极易造成交通阻塞，引起大量车辆排队，急需疏通改造。目前，有些环行交叉口为了消除交通阻塞，已不得不把环行交叉口的一侧阻断，取消环行，当然也就取消了一个直行和两个左转弯的路权，给交通带来极大的不便。这些在市区内部的环行交叉口已成为市内交通的一种心病。

在环行交叉口不能改造为立体交叉桥的情况下，只能改造成信号灯控制交叉口。

目前，有些环行交叉口在改造成信号灯控制交叉口时仅在4个进口处架设了信号灯，把路口改为4个信号灯控制交叉口协调运行。但效率很低。

也有些环行交叉口在改造成信号灯控制交叉口时把环行交叉口完全拆除，把路口缩小改为1个信号灯控制交叉口。效率也很低，而且大量路口面积资源未能充分利用，闲置在周围与中心路口的繁忙交通很不协调。

本专利要研究的问题是：如何利用目前环行交叉口占地面积大的特点使之在改造成十字交叉信号灯控制交叉口后能尽可能提高交叉口放行能力。

授权发明专利(专利号为ZL97225147.2)提出了一种在交叉口外的进口车道上设置多道停车线和相应的控制指挥灯的交通信号控制系统方案，可以使放行车辆预先排队，快速通过路口。但该方案排队车道数量太少，也没有论及到按整幅路权进行交通流时空分离存在的低效问题。

申请号为011 18121的专利说明书论及到按整幅路权进行交通流时空分离存在的低效问题，并提出了一种多相位平面交叉口的交通信号控制系统，包括交叉口内路面的道路渠划、可控信号显示装置、道路交通信号控制装置及信号控制程序中的相位和相位顺序等方案参数，由信号控制装置遵循程序中的相位顺序轮番在不同的相位时间启亮不同相位中包含的各个按整幅路面放行的显示装置信号，使有交通冲突的交通流轮番在不同的相位时间得到整幅路面路权，能沿着交叉口内为各个交通流渠划的道路安全有序地通过交叉口。

该方案特别提出了一种在路口区域内为一些交通流设置半幅待驶区和半幅信号灯的设计方案：把一些交通流在交叉口内的渠划道路各自用一条横跨本条道路的直线分成前、后两个半幅路面，并在适当位置加设一些半幅信号灯，系统程序里有一些相位中还包含一些只能赋予这些交通流半幅路面路权的信号，这些相位在相位顺序上与包含整幅放行这些交通流的信号的那些相位前后紧密相连，在执行这些相位的时间内也启亮这些只能赋予这些交通流半幅路面路权的显示装置信号，如附图3所示。

注1：附图3中两相位之间的空格表示相位间的绿灯间隔时间，各相位中的粗黑实线 表示放行机动车的绿灯信号灯组，空格表示红灯信号，而由绿灯信号向红灯信号过渡的黄灯信号则是用细直线 表示，三黑直线

表示放行非机动车的绿灯信号，粗虚线 表示放行行人的绿灯信号，细虚线 表示停止放行行人进路的绿闪信号。

注2：附图3表示的相位顺序是：

“相位1→相位2→相位3→相位4→相位5→相位6→相位7→相位8→”再到相位1的信号周期循环。

其实际效果是可以充分利用交叉口时间和空间资源尽可能多地无冲突放行交通流通过路口。其本质技术是将同一交通流的一次整幅路权控制分解而构成的先后二次控制的两个每次只有半幅路权的半幅交通流。显然，由同一种交通流分解而构成的两个半幅交通流之间不存在冲突点，所以这种分解不会增加原来交通流的冲突点数。而因为把原来有限的冲突点分散到多了一倍的半幅路权交通流上，却使每个半幅交通流可能与其它交通流产生的冲突点数也比整幅路权交通流减少了一半，自然所受到的绿冲突约束也减少了一半。

也就是说，半幅路权交通流打破了整幅路权绿冲突戒律的约束范围，使绿冲突戒律的约束范围大大缩小了。从而使交通冲突点变为图4的样子。

该专利申请是突破性的，该专利申请提出利用路口内路面资源设置前半幅路面待驶区的方案，可以完成授权发明专利(专利号为ZL97225147.2)提出的使放行车辆预先排队而后快速通过路口的任务。

在专利申请号为01118121的说明书方案出来之前也曾存在类似前半幅路面待驶区设置的左弯待转区，但其存在着如下问题和缺陷：

1)未定义正式准确的允许左转弯机动车进入左弯待转区的信号灯信号，只是按照2相位系统习惯在给出同入口直行机动车绿灯信号时开始进入。属于“无令而行”。

2)而真正指挥左转弯机动车的信号灯组在此相位时却是红灯，是不允许左转弯机动车越过停车线的。属于“有令不止”。

3)在非机动车和行人交通流获得路权前，其面前的路面已无机动车流，常常会有非机动车和行人交通流违章闯红灯，需要大量交通协管员在交叉口维持非机动车和行人的秩序。

4)未考虑提高非机动车和行人交通流过路能力问题。

正如2001年5月出版的《交通运输系统工程与信息》(科学出版社出版，第1卷，第2期)刊登的“平面交叉口信号相位设计专家系统理论框架研究”一文所特别指出的那样：

“因为行人和非机动车辆通行速度低，运动轨迹随意性强，等待信号的耐心差，特别当信号设计不合理时，往往会违章通行，甚至与正在通行的机动车流抢行。”

虽然说，走路“既要看灯，又要看车”，但实质上，行人和非机动车辆更注重于看车走路。附图3已经表明，该相位顺序的信号设计有一个特点，那就是在未实行半幅路权控制前，有许多的交通流，在前一个相位时间内在其交叉口内渠化道路的前半幅路面上并无其它左转或直行的机动车有路权，但并不能得到放行，仅在后一个相位才得有整幅路权，使得许多可放行的交通流不能及时得到放行信号，因“等待信号的耐心差”，“往往会违章通行”。这种情况下，即使配置了大量负责维持交通秩序的交通协管人员，也非常难以劝说纠正此类违章。这也是造成行人和非机动车交通流较难管理的一种原因。

但是认真考查该专利申请之后可以发现，该专利申请仍局限于原来的按整幅路权放行的道路渠划，没有扩大前半幅待驶区。特别是没有解决如何利用目前环行交叉口占地面积大的特点使之在改造成十字交叉信号灯控制交叉口后尽可能提高交叉口放行能力的问题。

3、 本专利申请的目的

本专利申请的目的就是要对交叉口内道路渠划提出改进设计方案。特别是要解决如何利用目前环行交叉口占地面积大的特点使之在改造成十字交叉信号灯控制交叉口后尽可能提高交叉口放行能力的问题。

4、 本专利申请的技术方案

本专利申请提出的一种多相位平面交叉口的交通信号控制系统，包括交叉口内路面的道路渠划、可控信号显示装置、道路交通信号控制装置及信号控制程序中的相位和相位顺序的拓扑结构、相位执行时间等方案参数，由信号控制装置遵循程序中的相位顺序轮番在不同相位时间启亮不同相位中包含的各个按整幅路面放行的显示装置信号，使有交通冲突的交通流轮番在不同的相位时间得到整幅路面路权，能沿着交叉口内为各个交通流渠划的道路安全有序地通过交叉口，其特征是：

1)在交叉口的中心地域存在有直行机动车禁驶区，禁止直行机动车驶入；

2)在直行机动车禁驶区外侧渠划有直行机动车通行道路，横跨每条渠划道路的绘制有一条直线，称作半幅安全线，该半幅安全线距离第一个右手入口左转弯机动车交通流所在的放行道路1-8米左右的地方，该线把本条渠划道路分成两个半幅路面，其中距离进口近的半幅路面是前半幅路面，距离出口近的半幅路面是后半幅路面，前半幅路面的车道数量可以多于或等于进口直行机动车车道数量，小于或等于出口机动车车道数量；

3)在直行机动车禁驶区内部渠划有左转弯机动车通行道路，横跨每条渠划道路的绘制有半幅安全线，该半幅安全线距离驶出直行机动车禁驶区1-8米左右的地方，该线把本条渠划道路分成两个半幅路面，其中距离进口近的半幅路面是前半幅路面，距离出口近的半幅路面是后半幅路面，前半幅路面的车道数量可以多于或等于进口左转弯机动车车道数量，小于或等于出口机动车车道数量与对向右转弯机动车车道数量之差；

4)左转车穿越直行机动车通行道路到直行机动车禁驶区内部内或到直行机动车禁驶区内部外皆受半幅路权显示装置控制；

5)所设置的半幅路权显示装置包括：只能赋予交通流进入前半幅路面路权的前半幅路权信号显示装置，让交通流可以在得到整幅路权前提前进入交叉口的前半幅路面；只能赋予交通流使用后半幅路面路权的为后半幅路权信号，让已进入交叉口的交通流可以有时间尽快离开交叉口；可以把前、后半幅路权信号同时启亮作为按整幅路面放行的显示装置信号；所有显示装置各自安置在各自所指挥的交通流能明显看得到的地方；

6)所述的信号控制装置既能控制整幅路权信号，又能控制半幅路权信号，且如果有连续数个相位都包含某交通流放行信号，则该交通流放行信号会一直连续，不会因相位变换而出现放行信号中断；

7)所述的系统程序有一些相位中还包含一些只能赋予这些交通流半幅路面路权的信号，这些相位在相位顺序上与包含整幅放行这些交通流的信号的那些相位前后紧密相连，在执行这些相位的时间内也启亮这些只能赋予这些交通流半幅路面路权的显示装置信号。

本专利申请特别指出，在直行机动车禁驶区外侧渠划的直行机动车通行道路可以不是直线。

如果把半幅路权系统中所有相位中的半幅路权信号都去掉，剩下就是一个整幅路权交通信号控制系统。本专利申请把这个系统简称为与该半幅路权系统对应的整幅路权系统。

5、 说明书附图的简要说明

附图1给出了一个平面十字交叉口存在的机动车与机动车交通流冲突点。

附图2给出了一般十字交叉口的半幅路权系统在交叉口内路面上为交通流渠划和半幅信号灯设置的一个实施例，图中：

1是掉头车车道；

2是掉头车信号灯；

3是掉头隔离渠划岛；

4是直行机动车前半幅路权信号灯；

5是右转弯机动车与非机动车隔离的隔离栅栏；

6是西左转弯机动车前半幅车道；

7是直行机动车后半幅路权信号灯；

8是左转弯前半幅路权信号灯；

9是行人安全岛；

10是左转弯机动车半幅安全线；

11是左转弯后半幅路权信号灯；

12是直行机动车半幅安全线；

13是与机动车同向行人的前半幅路权信号灯；

14是与机动车同向行人的后半幅路权信号灯。

附图3是专利申请号为01118121的说明书论及到的一种半幅路面路权相位和相位顺序方案。

附图4是半幅路权交通流的交通冲突点。

附图5是附图1方案对应的扩大了直行机动车禁驶区继而扩大了前半幅待驶区的渠划设计方案。

附图6是高架桥下(或地槽桥上)交叉口进行道路渠化和半幅信号灯设置的示意图，其中：

15是东左转弯前半幅路权信号灯；

16是桥下行人和非机动车安全岛；

17是桥下直行机动车前半幅车道；

18是东左转弯后半幅路权信号灯；

19是桥下西、南两向合用的左转弯机动车前半幅车道；

20是西直行机动车半幅安全线；

21是桥下东、北两向合用的左转弯机动车前半幅车道；

22是西直行机动车前半幅路权信号灯；

23是西直行非机动车半幅安全线；

24是北左转弯前半幅路权信号灯；

25是南直行机动车前半幅路权信号灯；

26是桥下半幅安全线；

27是北左转弯后半幅路权信号灯；

28是南直行机动车后半幅路权信号灯；

29是西直行机动车后半幅路权信号灯。

附图7给出环行交叉口改造成十字交叉信号灯控制半幅路权系统在原环行道内修建数个左转车专用道和半幅信号灯设置的示意图：

30是环行道路；

31是左转弯道路；

32是左转弯半幅安全线；

33是直行车半幅安全线；

34是前半幅路权信号灯；

35是直行车后半幅信号灯；

36是左转弯车后半幅信号灯；

37是右转弯机动车与非机动车隔离的隔离栅栏。

附图8给出半幅路权系统对应整幅系统的直行和左转弯机动车流9种相位和相位顺序拓扑结构。

6、 一般十字交叉口的半幅路权系统在交叉口内路面上为交通流渠划的实施例

注意到在专利申请号为01118121的说明书方案的半幅路权系统中，在机动车流的后半幅路权信号未给出之前的前半幅路权信号期间，机动车有足够从容的时间由交叉口停车线前移到半幅安全线，即使出现车队分流，驾驶员的精力也足够保证安全。

因此，本专利申请进一步提出的一种半幅路权系统，其特征是在交叉口内路面上为交通流渠划的前半幅路面道路数量大于等于进口处渠划的同一交通流道路数量，小于等于该交通流出口道路数量。因为车道数量多了，就可以足够安全地提高该交通流在后半幅路权放行时的通行效率。

其实施方案见说明书附图1和附图5，图中在交叉口中央设置了直行机动车禁驶区，这可以提供有效空间使左转车流的前半幅车道数量比进口处渠划道路数量多。附图1和附图5中直行车流的前半幅车道数量为4条，比进口车道数量多1条；而左转车流的前半幅车道数量为3条，也比进口车道数量多1条。

附图5和附图1的区别是充分利用交叉口内的路面资源，使在直行机动车禁驶区外侧渠划的直行机动车通行道路不是直线，扩大了直行机动车禁驶区面积，也增加了左转车流前半幅待驶区的容量。

但是，因为直行机动车过路口习惯于走直线，如果渠划的直行机动车通行道路不是直线，则需要在显著的位置公告各驾驶员，以免发生误撞事故。

7、 环行交叉口改信号灯控制交叉口的半幅路权系统在交叉口内路面上为交通 流渠划的实施例

如果环行交叉口必须改造成十字交叉的信号灯控制交叉口，在原环行交叉口内增加修建数个左转车专用道是个好方法。

其特征是交叉口渠划由环行道路和环行道路内的左转弯专用道路组成；环行道路内的区域自然构成直行车禁驶区；直行车受半幅路权放行信号控制逆时针走环行道路，环行道路上渠划的直行车道数大于等于进口车道数，小于等于出口车道数，半幅安全线设在该直行车流车道上距第一个右手来车交通流所在的道路1-8米左右的地方；左转车走环行道路内的顺时针左转弯专用道路，放行左转车道数大于等于进口车道数，小于等于出口车道数，左转车穿越环行道路到环行道路内或到环行道路外皆受半幅路权显示装置控制，半幅安全线设在环行道路内的左转弯专用道路上距离到达环行道路1-8米左右的地方。

这些左转车专用道的设计方案可以形式各异，东西左转车道和南北左转车道可以互有交叉，但其实质上都是附图5的一种拓扑结构变形。

显然，这种渠划设计方案是可以实现的。

其优点如下：

这种环行交叉口的改造方案可以在交叉口内路面上为交通流渠划的前半幅路面道路数量大于等于进口处渠划的同一交通流道路数量，小于等于该交通流出口道路数量。使机动车足够从容地充分利用在机动车流的后半幅路权信号未给出之前的前半幅路权信号期间的时间由交叉口停车线前移到半幅安全线，足够安全地分流到各股车道上，足够安全地提高该交通流在后半幅路权放行时的通行效率。

这种环行交叉口的改造方案既可以既使被拆除的环岛面积被充分利用，又可以保留部分绿化用地，美化环境，还可以让直行车行驶在保留的原环行道路上，减少道路施工量。更重要的是，这种改造可以彻底消除机动车在原环行交叉口行驶所需要的由外环到内环再到外环的交通合流、交织、分流潜在的冲突，提高了车流速度。

为了保证环行道路内的行车安全、秩序、速度，我们建议，行人与非机动车禁止进入环行道路内的区域。

这样形成复杂的交叉道路交叉口完全可以实施如附图3所示的半幅路权系统相位和相位顺序方案。

这么大的交叉口会不会造成信号周期过大呢？我们的回答是：肯定不会。

如果附图3所示的半幅路权系统相位和相位顺序方案的绿灯间隔时间定为3秒，每相位绿灯时间定为2秒，则信号周期可以小到40秒。此时行人过半幅路面的时间有15秒，按行人速度1.0-1.2米/秒足可以安全过路；机动车从上半幅路权放行信号停止到下半幅路权放行后的绿灯间隔时间结束也有8秒时间，也足可以从停车线越过所有冲突点。

因此可以说，这种环行交叉口的改造方案是切实可行的。

这种专利申请方案也可以用在目前一些立交桥的环行交叉口桥的改造设计上。

8、 高架桥下(或地槽桥上)交叉口的半幅路权系统在交叉口内路面上为交通流 渠划的实施例

本专利申请特别指出，在构成交叉口的某一方向的双向机动车道之间有较宽的隔离带的情况下，比如高架桥下(或地槽桥上)交叉口，其对应隔离带的交叉口内路面顺着隔离带方向渠划出：0-1条回转掉头车道，1条人行车道，0-1条回转掉头车道，1条非机动车道，0-1条回转掉头车道，1-6条直行车道，1-4条两向合用的左转弯车道，再就是对称方向的1-4条两向合用的左转弯车道，1-6条直行车道，0-1条回转掉头车道，1条非机动车道，0-1条回转掉头车道，1条人行车道，0-1条回转掉头车道；具体渠划车道数量尽量使同一进口各车道的年实际平均交通流量比较均衡，这是因为道路渠划是整年不变的；且除回转掉头车道外，所有这些渠划道路都可以成为其放行交通流的前半幅路面的一部分。这些对应隔离带的路面道路渠划增加了交叉口内路面的前半幅路面蓄流能力和后半幅路权放行时的通行效率。

显然，交叉口内中央的1-4条两向合用的左转弯车道和对称方向的1-4条两向合用的左转弯车道组成了本专利申请的直行机动车禁驶区，符合权利要求1的基本特征。

在桥下进行道路渠划有如下优点和注意事项：

a.交叉口所有的冲突点都可以从桥下移出到桥外；

b.把交叉冲突点数量由16个减少为14个；

c.桥下渠划车道宽度比交叉口渠划车道宽，且异向车道间有硬隔离或双实黄线隔离，要切实保证桥下不发生交通冲突；

d.使对应隔离带的交叉口内路面的渠划道路都成为可排队蓄留交通流的上半幅路面，可充分利用了桥下的交通流蓄流空间；

e.其在交叉口内路面上为交通流渠划的前半幅路面道路数量大于等于进口处渠划的同一交通流道路数量，小于等于该交通流出口道路数量，这可以足够安全地提高该交通流在后半幅路权放行时的通行效率；

f.注意，此实施方案中渠划设置的两向合用的左转弯车道并不是两向混用的左转弯车道，而是两向来车混用的单向左转弯车道，也就是说，从放行相位安排上，两向的左转弯车只能分时使用同一车道，而不能同时混用同一个车道，而且同一个车道上的行车方向是单一的，而不是冲突的；

g.但在桥下车流蓄流区，必须严格渠划道路和各道路上的车辆行驶方向，车辆必须严格按车道行驶，才能有力保障各异向车流不会发生碰撞；

h.可以充分发挥半幅路权二次控制的控制优势。

9、 十字交叉口半幅路权系统的设计实施方法

可以按如下方法设计该十字交叉口半幅路权系统的相位和相位顺序：

第一步，根据交叉口所有直行和左转弯机动车流每时段的实际交通流量和交叉口间信号协调控制的需要为各时段选择符合下面的9种拓扑方案之一的整幅路权系统的相位和相位顺序：

1)从东西直行相位到东西左转相位，到南北直行相位，到南北左转相位，再到东西直行相位的循环；

2)从东西直行相位到东西左转相位，到南北直行相位，到北单放相位，到南北左转相位，再到东西直行相位的循环；

3)从东西直行相位到东西左转相位，到南北直行相位，到南单放相位，到南北左转相位，再到东西直行相位的循环；

4)从东西直行相位到东单放相位，到东西左转相位，到南北直行相位，到南单放相位，到南北左转相位，再到东西直行相位的循环；

5)从东西直行相位到东单放相位，到东西左转相位，到南北直行相位，到北单放相位，到南北左转相位，再到东西直行相位的循环；

6)从东西直行相位到东单放相位，到东西左转相位，到南北直行相位，到南北左转相位，再到东西直行相位的循环；

7)从东西直行相位到西单放相位，到东西左转相位，到南北直行相位，到南北左转相位，再到东西直行相位的循环；

8)从东西直行相位到西单放相位，到东西左转相位，到南北直行相位，到北单放相位，到南北左转相位，再到东西直行相位的循环；

9)从东西直行相位到西单放相位，到东西左转相位，到南北直行相位，到南单放相位，到南北左转相位，再到东西直行相位的循环。

如下表1所示：

表1、可对应半幅路权系统的整幅相位和相位顺序的拓扑结构

方案号	相位1	相位2	相位3	相位4	相位5	相位6
							1	东西直行	东西左转	南北直行	南北左转
2	东西直行	东西左转	南北直行	北单放	南北左转
							3	东西直行	东西左转	南北直行	南单放	南北左转
4	东西直行	东单放	东西左转	南北直行	南单放	南北左转
							5	东西直行	东单放	东西左转	南北直行	北单放	南北左转
6	东西直行	东单放	东西左转	南北直行	南北左转
							7	东西直行	西单放	东西左转	南北直行	南北左转
8	东西直行	西单放	东西左转	南北直行	北单放	南北左转
							9	东西直行	西单放	东西左转	南北直行	南单放	南北左转

第二步，把对应整幅路权系统的相位顺序方案的每个相位分解成前、后2个相位和这2个相位间的绿灯间隔时间段，并在每个分解后的前相位中适当补入使刚刚结束在前一个相位整幅放行的交通流走出交叉口的后半幅放行信号；在每个分解后的后相位中适当补入即将在下一个相位开始整幅放行的交通流提前放行的前半幅放行信号；

第三步，根据交叉口交通的其它需要和利用“提前灭、滞后亮”功能的设置，适当增加或合并一些信号相位，但这些相位的增加或合并不得造成各放行信号的中断再续；

第四步，在不发生半幅路权交通冲突的前提下，补入其他交通流的整幅路权或半幅路权放行信号；

第五步，根据交叉口交通的其它需要适当增加或合并一些信号相位，但这些相位增加或合并不得造成各半幅信号的中断；某些有上、下半幅路权放行信号的交通流可以没有整幅路权相位，某些有上半幅路权和整幅路权放行信号的交通流可以没有整幅路权相位后面的下幅路权相位。

前面提到的专利申请号为01118121的说明书论及到的附图3的相位、相位顺序方案就是由表1的拓扑方案1分解而形成的一个实施例。

注1：附图3比拓扑方案1多增加的半幅绿灯信号是：

相位1中的南北左转弯的后半幅绿灯信号、南北掉头绿灯信号；

相位2中的东西左转弯的前半幅绿灯信号、南北掉头绿灯信号；

相位3中的机动车流东西直行的后半幅绿灯信号、非机动车流东西直行的后半幅绿灯信号和与东西直行机动车流同向行人的后半幅绿灯信号；

相位4中的南北直行的前半幅绿灯信号、非机动车流南北直行的前半幅绿灯信号、东西掉头绿灯信号和与南北直行机动车流同向行人的前半幅绿灯信号；

相位5中的机动车流东西左转弯的后半幅绿灯信号、东西掉头绿灯信号；

相位6中的南北左转弯的前半幅绿灯信号、东西掉头绿灯信号；

相位7中的机动车流南北直行的后半幅绿灯信号、非机动车流东西直行的后半幅绿灯信号、东西掉头绿灯信号和与南北直行机动车流同向行人的后半幅绿灯信号；

相位8中的南北直行的前半幅绿灯信号、非机动车流东西直行的前半幅绿灯信号、南北掉头绿灯信号和与东西直行机动车流同向行人的前半幅绿灯信号。

注2：附图3中给出了表1的方案1中存在的所有交通流的放行方案，充分说明本专利申请的半幅路权系统技术方案确实是可以实现的，而且较整幅路权系统增加放行的半幅交通流绝对没有任何半幅路权冲突点。确实精细化了绿冲突路面空间和时间范围，增加了对路面空间和时间资源的利用效率。

注3：附图3中2、4、6、8相位较对应整幅路权放行模式增加的是提前放行的前半幅交通流信号，其配时长度1-60秒可随交通流量大小而定；而1、3、5、7相位较对应整幅路权放行模式增加的是前半幅交通流停止放行后延续放行的后半幅交通流信号，这些相位配时时间与其前面的绿灯间隔时间之和能使机动车从交叉口停车线到达半幅安全线即可，如果绿灯间隔时间定为3秒，则这些相位配时1-5秒即可，即仅相当于1个绿灯间隔时间，从而尽可能留出更多的时间给2、4、6、8相位。

注4：当非机动车或行人较多时，可以取消附图3中4、8相位的各直行机动车的上半幅路权放行信号，而把附图3中3、7相位中放行非机动车和与机动车同向行人的时间延长到附图3中4、8相位。

注5：如果绿灯间隔时间定为3秒，每相位绿灯时间定为2秒，则信号周期可以小到40秒。此时行人过半幅路面的时间有15秒，足可以保证速度为1.0-1.2米/秒的行人安全过路；机动车从上半幅路权放行信号停止到下半幅路权放行后的绿灯间隔时间结束也有8秒时间，也足可以从停车线越过所有冲突点。

作为第五步合并删减相位的极限实施例请看附图9。

当然，合并取消了某些相位结构，也必然会取消该相位的相应功能，附图9就取消了整幅路权放行后的后半幅放行功能，适用于后半幅车道数量比进口车道数量多的情况或信号机允许设置的相位数较少的情况，要求绿灯间隔时间要足够长，才能满足交叉口排空约束条件。

由附图3、附图9可知，右转弯机动车交通流也可以实现无冲突控制，平均放行进路时间也大于1/4周期，而车流过路时间平均也是差1个绿灯间隔时间不到1/2周期。

作为附图3的第五步合并相位的另一个极限实施例请看附图10。它取消了所有左转弯车流的整幅放行相位，但仍具有让少量左转弯车流通过交叉口的功能。附图10实质上是2相位控制秩序在半幅路权系统时代的有序推广，适用一些目前仍使用2相位控制的交叉口。当然，合并取消了某些相位结构，也必然会取消该相位的相应功能，比如附图10中所有右转弯车辆也只能自行插空通行了。

这还只是合并相位的极限实施例，合并相位的中间实施例当然还很多，限于篇幅，就不一一细说。

总之，这些例子充分说明，半幅路权系统相位和相位顺序的拓扑结构设计具有极大的灵活性。上述“第五步、根据交叉口交通的其它需要适当增加或合并一些信号相位，但这些相位增加或合并不得造成各半幅信号的中断。”的做法是必要的，再加上同一相位的不同显示装置可在不同时间亮灭的功能设置，更可以使这种灵活性得以充分实现。至于增加相位的实施例的花样就更多了，比如再把某相位中某2个同时开启的放行信号错开开启时间等，都可以形成相位的增加。

从附图10还可以看到，其对应的整幅路权系统相位和相位顺序的拓扑结构已不属于前述9种整幅路权系统的相位和相位顺序的拓扑结构。因此，只能说，前述9种整幅路权系统的相位和相位顺序的拓扑结构只是可以设计半幅路权系统的一种充分条件。

这些例子还充分说明，即使对应于同一种整幅路权系统的相位顺序拓扑结构，半幅路权系统的实现方案也并不仅限于附图3、附图9和附图10的几种结构形式，只要交叉口交通信号控制系统有某些相位含有一些半幅显示装置信号并具有相应交通流的前半幅道路渠划，就也都属于本专利申请的保护范围。

10、 半幅路权系统的信号控制装置

需要特别说明的是，本申请的相位、相位顺序等方案参数是公知的标准信号控制装置的程序的一部分。

按每个半幅路面的具体交通情况确定交通流的半幅路权，以半幅路权为单位设置显示装置的相位，编制的相位顺序等方案参数是交通信号控制系统中的程序一部分，而且是最具创造性的那一部分，存储于信号控制装置的控制参数存储区。因为根据这些方案编制的相位和相位顺序等参数是需要通过半幅路权系统中公知的“信号控制装置和显示装置”来实现其控制效果的，并且配置了该相位和相位顺序等方案参数的信号控制装置的内部操作将以一种全新的方式运行，使得半幅路权系统控制的交叉口交通放行能力明显提高，具有明显的技术特征和特殊的技术效果。因此，这种相位和相位顺序参数方案可以和公知的信号控制装置及上述其它要素一起构成了一个专利申请主题“交通信号控制系统”，而且构成了一个有特殊技术效果的完整的新技术方案实体：半幅路权系统。

注意到，本申请的半幅路权系统中涉及的信号控制装置是一种公知的标准计算机类产品。设计相位和相位顺序参数方案的技术人员不需要了解信号控制装置内部的硬件结构，也不需要了解厂家固化在信号控制装置内部的程序软件的具体流程图。故在本说明书中不需要对公知信号控制装置进行可实现性结构特征的详细描述，也不需要对厂家固化在公知信号控制装置内部的公知程序软件的具体流程图进行详细描述，尽管信号控制装置也属于一种电气领域的产品。

Claims (6)

1、一种多相位平面交叉口的交通信号控制系统，包括交叉口内路面的道路渠划、可控信号显示装置、道路交通信号控制装置及信号控制程序中的相位和相位顺序的拓扑结构、相位执行时间等方案参数，由信号控制装置遵循程序中的相位顺序轮番在不同相位时间启亮不同相位中包含的各个按整幅路面放行的显示装置信号，使有交通冲突的交通流轮番在不同的相位时间得到整幅路面路权，能沿着交叉口内为各个交通流渠划的道路安全有序地通过交叉口，其特征是：

1)在交叉口的中心地域存在有直行机动车禁驶区，禁止直行机动车驶入；

2)在直行机动车禁驶区外侧渠划有直行机动车通行道路，横跨每条渠划道路的绘制有一条直线，称作半幅安全线，该半幅安全线距离第一个右手入口左转弯机动车交通流所在的放行道路1-8米左右的地方，该线把本条渠划道路分成两个半幅路面，其中距离进口近的半幅路面是前半幅路面，距离出口近的半幅路面是后半幅路面，前半幅路面的车道数量可以多于或等于进口直行机动车车道数量，小于或等于出口机动车车道数量；

3)在直行机动车禁驶区内部渠划有左转弯机动车通行道路，横跨每条渠划道路的绘制有半幅安全线，该半幅安全线距离驶出直行机动车禁驶区1-8米左右的地方，该线把本条渠划道路分成两个半幅路面，其中距离进口近的半幅路面是前半幅路面，距离出口近的半幅路面是后半幅路面，前半幅路面的车道数量可以多于或等于进口左转弯机动车车道数量，小于或等于出口机动车车道数量与对向右转弯机动车车道数量之差；

4)左转车穿越直行机动车通行道路到直行机动车禁驶区内部内或到直行机动车禁驶区内部外皆受半幅路权显示装置控制；

5)所设置的半幅路权显示装置包括：只能赋予交通流进入前半幅路面路权的前半幅路权信号显示装置，让交通流可以在得到整幅路权前提前进入交叉口的前半幅路面；只能赋予交通流使用后半幅路面路权的为后半幅路权信号，让已进入交叉口的交通流可以有时间尽快离开交叉口；可以把前、后半幅路权信号同时启亮作为按整幅路面放行的显示装置信号；所有显示装置各自安置在各自所指挥的交通流能明显看得到的地方；

6)所述的信号控制装置既能控制整幅路权信号，又能控制半幅路权信号，且如果有连续数个相位都包含某交通流放行信号，则该交通流放行信号会一直连续，不会因相位变换而出现放行信号中断；

7)所述的系统程序有一些相位中还包含一些只能赋予这些交通流半幅路面路权的信号，这些相位在相位顺序上与包含整幅放行这些交通流的信号的那些相位前后紧密相连，在执行这些相位的时间内也启亮这些只能赋予这些交通流半幅路面路权的显示装置信号。

2、如权利要求1所述的交通信号控制系统，其特征是在直行机动车禁驶区外侧渠划的直行机动车通行道路可以不是直线。

3、如权利要求1或2所述的交通信号控制系统，其特征是交叉口渠划由环行道路和环行道路内的左转弯专用道路组成；环行道路内的区域自然构成直行车禁驶区；直行车受半幅路权放行信号控制逆时针走环行道路，环行道路上渠划的直行车道数大于等于进口车道数，小于等于出口车道数，半幅安全线设在该直行车流车道上距第一个右手来车交通流所在的道路1-8米左右的地方；左转车走环行道路内的顺时针左转弯专用道路，放行左转车道数大于等于进口车道数，小于等于出口车道数，左转车穿越环行道路到环行道路内或到环行道路外皆受半幅路权显示装置控制，半幅安全线设在环行道路内的左转弯专用道路上距离到达环行道路1-8米左右的地方。

4、如权利要求1、2或3所述的交通信号控制系统，其特征是所述的渠划道路由桥面构成。

5、如权利要求1或2所述的交通信号控制系统；其特征是其构成十字交叉口的某一方向的双向机动车道之间有较宽的隔离带，如高架桥下或地槽桥上交叉口，其对应隔离带的交叉口内路面顺着隔离带方向渠划出：0-1条回转掉头车道，1条人行车道，0-1条回转掉头车道，1条非机动车道，0-1条回转掉头车道，1-6条直行车道，1-4条两方向合用的左转弯车道，再就是对称方向的1-4条两方向合用的左转弯车道，1-6条直行车道，0-1条回转掉头车道，1条非机动车道，0-1条回转掉头车道，1条人行车道，0-1条回转掉头车道；所有这些渠划道路都可以参与构成其放行交通流的前半幅路面。

6、如前述任何一个权利要求所述的十字交叉口交通信号控制系统，其特征是相位和相位顺序可以按如下方法设计实现：

第一步，根据交叉口所有直行和左转弯机动车流每时段的实际交通流量和交叉口间信号协调控制的需要为各时段选择符合下面的9种拓扑方案之一的整幅路权系统的相位和相位顺序：

1)从东西直行相位到东西左转相位，到南北直行相位，到南北左转相位，再到东西直行相位的循环；

2)从东西直行相位到东西左转相位，到南北直行相位，到北单放相位，到南北左转相位，再到东西直行相位的循环；

3)从东西直行相位到东西左转相位，到南北直行相位，到南单放相位，到南北左转相位，再到东西直行相位的循环；

4)从东西直行相位到东单放相位，到东西左转相位，到南北直行相位，到南单放相位，到南北左转相位，再到东西直行相位的循环；

5)从东西直行相位到东单放相位，到东西左转相位，到南北直行相位，到北单放相位，到南北左转相位，再到东西直行相位的循环；

6)从东西直行相位到东单放相位，到东西左转相位，到南北直行相位，到南北左转相位，再到东西直行相位的循环；

7)从东西直行相位到西单放相位，到东西左转相位，到南北直行相位，到南单放相位，到南北左转相位，再到东西直行相位的循环；

8)从东西直行相位到西单放相位，到东西左转相位，到南北直行相位，到北单放相位，到南北左转相位，再到东西直行相位的循环；

9)从东西直行相位到西单放相位，到东西左转相位，到南北直行相位，到南北左转相位，再到东西直行相位的循环；

第二步，把对应整幅路权系统的相位顺序方案的每个相位分解成前、后2个相位和这2个相位间的绿灯间隔时间段，并在每个分解后的前相位中适当补入使刚刚结束在前一个相位整幅放行的交通流走出交叉口的后半幅放行信号；在每个分解后的后相位中适当补入即将在下一个相位开始整幅放行的交通流提前放行的前半幅放行信号；

第三步，根据交叉口交通的其它需要和利用“提前灭、滞后亮”功能的设置，适当增加或合并一些信号相位，但这些相位的增加或合并不得造成各放行信号的中断再续；

第四步，在不发生半幅路权交通冲突的前提下，补入其他交通流的整幅路权或半幅路权放行信号；

第五步，根据交叉口交通的其它需要适当增加或合并一些信号相位，但这些相位增加或合并不得造成各半幅信号的中断；某些有上、下半幅路权放行信号的交通流可以没有整幅路权相位，某些有上半幅路权和整幅路权放行信号的交通流可以没有整幅路权相位后面的下幅路权相位。

Images