CN1845201A - 多相位交叉口的循环感应控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种多相位平面交叉口的交通信号感应控制系统，把所有相位分为两类：受检测器控制相位和不受检测器控制相位；各相位按固定的相位顺序运行；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，并根据实际检测的交通需求适当延长相位放行时间。

Description

多相位交叉口的循环感应控制系统

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感应控制系统，包括交叉口内路面的道路渠划、车辆检测装置、可控信号显示装置、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，并根据实际检测的交通需求适当延长相位放行时间。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。

平面交叉口存在不同流向的交通流，也有不同交通流之间潜在的交通冲突点，存在发生交通冲突的危险。目前高科技的交叉口交通信号控制系统包括交叉口路面的道路渠划、信号灯信号、信号机，由信号机遵循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信号灯信号，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，错开交通冲突点，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。这就是目前的整幅路权时空分离方法的基本概念。

交通信号感应控制是根据车辆检测器检测到的交叉口各到达方向实际交通流状况，使相应的相位绿灯信号执行时间适应测得交通需求的一种控制方式。在交通需求随机变化较大的交叉口上，感应控制对交通变化的适应性比定时信号为优越，可使尽可能少的车辆在停车线前停车，达到交通通畅的效果，是交通管理的有利工具之一。

目前使用的感应控制有全感应控制和半感应控制，都是2相位控制时代的产物，都是把组成交叉口的交通信号分主要道路相位和次要道路相位，功能也都是使受检测器控制相位的绿灯执行时间随在一定时间内检测到的车辆而自动延长，充分利用绿灯时间，让检测到的车辆及时通过交叉口。其区别仅在于是2个或1个相位受检测器控制。这类控制至今仍特别适宜某些需要优先进出的重要机关单位门前交叉口使用。

随着道路的加宽和车流量的增大，交叉口信号控制进入多相位交通时代，特别是要进入01118121专利申请提出的半幅路权控制时代，交叉口要照顾所有交通流都有机会通行，并不仅仅为某些机动车服务，相位和相位顺序的拓扑结构也不允许出现跳跃性改变。故而本专利申请要提出一种循环感应控制。

注意到，交叉口内交通冲突点是一个个密度比较集中的点，而交通流在交叉口路面内走过的轨迹是一条条线，而且这些线上各部分特别是位于双向交通两侧的两部分，其繁忙时间并不总是一致的，因此，01118121专利申请提出的半幅路权控制，利用增加相位内容等高新技术，通过“化整为零”，把习惯的按整幅路权对交通冲突点进行时空分离，改进为按半幅路权对交通冲突点进行时空分离，缩小了冲突点的交通流单位，也缩小了“严格禁止发生冲突”的“绿冲突”的约束范围。从而有可能扩大交叉口路面的利用率，提高交叉口的通行能力。01118121专利申请把由此得到的这样一种按半幅路权对交通冲突点进行时空分离的交通信号控制系统简称做半幅路权系统。

半幅路权系统的特征是用半幅安全线把一些交通流在交叉口内的渠划路面分成前、后两个半幅路面，程序中有一些相位除包含整幅路面路权信号外还包含一些只能赋予一些交通流半幅路面路权的信号灯信号，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灯信号的那些相位紧密相连，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信号灯信号。具体地说，就是：

对于要赋予半幅路面路权的交通流在交叉口内路面上渠划的每条通行道路，绘制一条横跨本条渠划道路的直线，称作半幅安全线，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，其中前半幅路面是有明确渠划标线的；该半幅安全线距离开始整幅放行该交通流的前一个相位上整幅放行的第一个右手来车交通流所在的放行道路1-8米左右的地方。

只能赋予交通流进入前半幅路面路权的信号灯信号为前半幅路权信号，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，前、后半幅路权信号同时启亮为目前的按整幅路权放行的信号灯信号；所有信号灯组各自安置在各自所指挥的交通流能明显看得到的地方。

信号控制机则要求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。

一个十字交叉口的半幅路权渠划和半幅路权信号灯可按照01118121专利申请提出的半幅路权控制的思想示意性地如附图1所示。

附图2给出了一种半幅路权控制系统的相位和相位顺序实施方案。

注1：附图2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2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的循环。

注3：对照半幅路权系统实施例附图2和其对应的整幅路权系统，可以得知，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。

显然，这些多增加放行的半幅交通流与正在放行的交通流之间绝对没有任何半幅路权冲突点，且在严禁整幅路权绿冲突的时代是不可能实现的，采用“滞后亮、提前灭”技术也不行。因为这些半幅绿灯信号确实存在整幅路权绿冲突。

注4、附图2中包含了所有交通流的放行方案，而且相位和相位顺序确实满足无半幅路权绿冲突条件和连续交通流约束条件。此实施方案充分说明本文的半幅路权系统技术方案确实是可以实现的。

注5：附图2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，从而尽可能留出更多的时间给2、4、6、8相位。

注6：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，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。

交叉口如果实施半幅路权系统可有如下12种直接经济技术效果：

1)每周期放行与机动车同向行人的时间和过路能力提高了达4-8倍。

2)缩小机动车路口信号控制中“最小绿灯时间”。

3)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。

4)放行机动车的交叉口路面利用能力提高了一倍：

在整幅路权系统中，每相位可以同时放行的直行和左转弯机动车只有2种，而在表1中半幅路权系统每相位可以同时放行的直行和左转弯机动车却达到了4种(因为当上、后半幅交通流同时放行时上、后半幅交通流只是同一股交通流)。从而可使交叉口放行直行和左转弯机动车的路面利用能力增加到对应整幅路权系统放行机动车的路面利用能力的2倍多，大大提高了交叉口放行能力。

5)每周期放行机动车的时间提高了一倍，对直行和左转弯机动车放行能力可成倍提高：

半幅路权系统每个机动车流的前半幅车流在一个周期的放行时间就达到了平均只有差2个绿灯间隔时间不到1/2周期时间，上、后半幅车流合计放行时间达到平均只有差1个绿灯间隔时间不到1/2周期时间，而且这里的绿灯间隔时间还是因冲突交叉口宽度的缩小导致缩小了的绿灯间隔时间。

6)交通量未饱和时的信号周期和车辆的排队长度可缩短为1/3-1/2，平均等待时间缩短为1/9-1/4。

7)对放行非机动车的路面利用能力提高了一倍，每周期放行非机动车的时间提高了一倍。

8)可以使交叉口的右转机动车平均有1/4周期的时间完全没有交通冲突地放行。

9)可提高非机动车和行人遵守交通规则的自觉性，减少使用交通协管人员：

半幅路权系统实现了路权信号与无行车冲突的统一，使走路“既要看灯，又要看车”的非机动车和行人提高遵守交通规则的自觉性，减少使用维持交通秩序的大量交通协管人员。

10)半幅路权系统具有区域优化交通信号控制系统的良好拓扑结构

11)影响城市路网放行能力的“瓶颈”交叉口放行能力的提高，带动整个城市路网放行能力同步提高。

如果一个城市的所有关键交叉口都实施了文[3]-[8]的半幅路权时空分离方法，就相当于投资不多就再建立了一套城市交通路网，对于解决交通堵塞问题做出极大贡献。

12)半幅路权系统开拓了一系列新的交通控制体系

显然，半幅路权系统是非常值得大力推广的。但由附图2可以看出，半幅路权控制时代的交通流放行信号往往连续跨越数个相位，需要信号控制机具有这样的性能：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；并称这些相位为放行同一种交通流的相位链；相位链内包含的相位个数称为相位链的秩；为了文字统一记述方便，相位链的秩允许等于1，也就是说，我们把只要一个相位的相位链也称作相位链。

要进入01118121专利申请提出的半幅路权控制时代，交叉口要照顾所有交通流都有机会通行，并不仅仅为某些机动车服务，相位和相位顺序的拓扑结构也不允许出现跳跃性改变。故而本专利申请要提出一种循环感应控制。

3、本专利申请的目的

本专利申请的目的就是要对感应控制提出改进设计方案。特别是要解决半幅路权控制时代，交叉口要照顾所有交通流都有机会通行，相位和相位顺序的拓扑结构不允许出现跳跃性改变的问题。

4、本专利申请的技术方案

本专利申请提出一种循环感应控制技术方案：

1)循环感应控制把所有相位分为两类：整幅放行同一种受检测器控制交通流的相位链的最末一个相位称为该交通流的受检测器控制相位；不能定义为受检测器控制相位的相位称为不受检测器控制相位；各相位按固定的相位顺序运行；

2)不受检测器控制相位按固定配时给定的时间运行；

3)受检测器控制相位可以只设置1个能覆盖所有受检测器控制的同种车流车道的检测器，也可以分车道分别设置检测器；

4)检测器设置在只有受检测器控制车流的车道上，只要不超出分道线，距离交叉口停车线任何距离都可以，但为了让控制器及机动车驾驶员有个反应时间，最好设置在距离交叉口停车线10-30米的位置上；

5)对受检测器控制相位设定了最小绿灯时间、最大绿灯时间和单位绿灯延长时间等参数，如附图3所示；

6)受检测器控制相位开始后首先要运行最小绿灯时间；

7)如果在绿灯时间结束之前一个单位绿灯延长时间内，检测器测到有后续车辆到达，则每测到一辆车，剩余绿灯时间延长到一个单位绿灯延长时间；连续有车，则绿灯连续延长；也就是说，只要在单位绿灯延长时间内，车流中断，即中断这个相位的通行权，转到下一个相位放行；

8)如果绿灯一直延长到最大绿灯时间时，即使检测到后面仍有来车，也中断这个相位的通车权，转到下一个相位放行；

9)实际执行的绿灯时间大于等于最小绿灯时间而小于等于最大绿灯时间；

10)单位绿灯延长时间长度应足以保证使车辆从检测器驶过停车线；由于只要检测到的车辆间隔短于这个单位车辆间隔时间，绿灯总保留在这个相位上，为了提高通车效益，这段时间应按实际需要定得尽可能的短，尤其是同时放行同一交通流的车道有多条且都设置有检测器的情况，应使这个单位车辆间隔时间尽可能只满足实际交通所需的长度，而不应等待不紧跟的车辆通过绿灯。

5、说明书附图的简要说明

附图1给出了专利申请号为01118121的说明书论及到的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2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3给出循环感应控制示意图，图中：

15 是最大绿灯时间(Gmax)；

16 是最小绿灯时间(Gmin)；

17 是单位绿灯延长时间(Go)；

18 是实际绿灯执行时间(G)；

19 是在单位车辆间隔时间之内检测到的车辆到达时刻；

20 是在单位车辆间隔时间之外检测到的车辆到达时刻。

6、半幅路权系统循环感应控制与实施

半幅路权系统提出的是一种相位和相位顺序的拓扑结构，这种拓扑结构决不仅限于定时控制，而应该适宜于整幅路权系统适宜的各种控制功能。特别是感应控制功能。

我们由附图2可知，半幅路权系统与整幅路权系统不同的是：放行同一交通流的相位已不再是一个，而是由数个前、后半幅路权放行相位组成的两个相位链，而且这两个前、后半幅路权相位链中有些相位是重叠的。这时，再仅仅按是否有检测器来区分相位就不够了。

注意到：循环感应控制根据机动车流到达情况要推迟的是放行绿灯的关闭时间，而半幅路权系统单纯推迟后半幅路权相位的放行绿灯的关闭时间是没有意义的。半幅路权系统的循环感应控制应该推迟前半幅路权相位的放行绿灯的关闭时间，也就是整幅放行绿灯的关闭时间。

因此半幅路权系统的循环感应控制就选择了前半幅路权放行相位链中最末一个相位作为半幅路权系统循环感应控制的施控对象，也就是选择了整幅路权放行相位链中最末一个相位作为半幅路权系统循环感应控制的施控对象，也就是说：如果半幅路权系统对某些按半幅路权放行的左转或直行的机动车流设置了检测器，则定义该机动车流前半幅路权放行相位链中最末一个相位为该机动车流受检测器控制相位，也就是定义该机动车流前半幅路权放行相位链中最末一个相位为该机动车流受检测器控制相位，其它相位中若无其他受检测器控制机动车流使之成为受检测器控制相位则称该相位为不受检测器控制相位。在这样的定义下，半幅路权系统的循环感应控制就可以与前面一般系统的循环感应控制用同样文字来表达了。

文字的统一表示软件的统一。由于某些全感应控制和半感应控制，都可以看作循环感应控制的在2相位控制中的特例，区别仅仅是检测器的多少和设置的位置。所以，为半幅路权系统循环感应控制设计的交叉口信号控制机的程序软件完全可以适用于一般系统的循环感应控制，也可以适用于某些全感应控制和半感应控制。

这些设计思想是可以实现的，比如受检测器控制相位设定了最小绿灯时间(比如2秒)、最大绿灯时间(比如52秒)和单位绿灯延长时间(比如2秒)。

这就是半幅路权系统循环感应控制的设计方法。既可以享受半幅路权系统的优点，又可以享受循环感应控制优点。

循环感应控制适应于多相位控制交叉口受感应控制的车流量随机变化比较大的情况，按车流量大的情况配时会造成在车流量小时的时间浪费，而按车流量小的情况配时会造成在车流量大时的阻塞，而循环感应控制则可以做到适中。前面所说的全感应控制和半感应信号，都可以看作循环感应控制在2相位控制的特例，即主干道放行相位和次干道相位互为下一个相位。

Claims (1)

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、车辆检测装置、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，其特征是其道路交通信号控制装置对一些左转或直行的机动车流设置了如下模糊自校正控制系统：

1)循环感应控制把所有相位分为两类：整幅放行同一种受检测器控制交通流的相位链的最末一个相位称为该交通流的受检测器控制相位；不能定义为受检测器控制相位的相位称为不受检测器控制相位；各相位按固定的相位顺序运行；

2)不受检测器控制相位按固定配时给定的时间运行；

3)检测器设置在只有受检测器控制车流的车道上；

4)对受检测器控制相位设定了最小绿灯时间、最大绿灯时间和单位绿灯延长时间等参数；

5)受检测器控制相位开始后首先要运行最小绿灯时间；

6)如果在绿灯时间结束之前一个单位绿灯延长时间内，检测器测到有后续车辆到达，则每测到一辆车，剩余绿灯时间延长到一个单位绿灯延长时间；连续有车，则绿灯连续延长；也就是说，只要在单位绿灯延长时间内，车流中断，即中断这个相位的通行权，转到下一个相位放行；

7)如果绿灯一直延长到最大绿灯时间时，即使检测到后面仍有来车，也中断这个相位的通车权，转到下一个相位放行；

8)实际执行的绿灯时间大于等于最小绿灯时间而小于等于最大绿灯时间；

9)单位绿灯延长时间长度应足以保证使车辆从检测器驶过停车线；由于只要检测到的车辆间隔短于这个单位车辆间隔时间，绿灯总保留在这个相位上，为了提高通车效益，这段时间应按实际需要定得尽可能的短，尤其是同时放行同一交通流的车道有多条且都设置有检测器的情况，应使这个单位车辆间隔时间尽可能只满足实际交通所需的长度，而不应等待不紧跟的车辆通过绿灯。

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