专利名称：多种红绿灯交叉路口交通流量倍增的方法
技术领域：
本发明涉及交通信号灯控制的交叉路口。关联到城巿地面交通路网流量的大幅度增加。
背景技术：
双向多车道构成的，由交通信号灯控制的交叉路口，主要包括十字路口，三叉路口，双T 型交叉路口，以及五、六路交叉路口。在交通信号灯控制的十字路口中，现有左转弯车流的通行方式使同轴的两个路口，不能同 时放行直行车流和左转弯车流； 一个路口亮红灯时，上行路口往往挤满车辆，而相邻的逆行道 却已空空如也。车辆一到十字路口就得到绿灯的概率低于23%。即使在畅通时段，相应的道路 利用系数[伊#廢厚邀疗吝#象秀救逸#^^革遽^#建#厉#。],往往不到23%;极端情况 是，完全堵车时，道路利用系数趺到O;交通高峰时段，该系数往往只有5%到10%，效率太低。 由于机动车数量的剧增，"北京干道的平均时速只有10年前的一半"；"北京公交车的平均时速 只剩下IO公里"。
发明内容
目标现有的多种交叉路口都能大幅度提高通行量[含成倍提高],从而提高路网的流量和 平均车速。方向成倍减少交叉路口的红灯频率，多倍提高道路利用系数。方法在系统研究路网道路利用率的基础上，充分利用时间差和休眠的平面空当，使车流 有序化，使放行车道的数量最大化。具体内容将在下文展开。
图l有交叉整流区和过渡区的六路交叉路口。图2十字路口。图3扩大过渡区的十字路口。图4进一步提高车速的十字路口。图5三叉路口。图6优化后的三叉路口。图7在第[3-l]时序放行的三叉路口车辙。图8在第[3-2]时序放行的三叉路口车辙。图9在第[3-3]时序放行的三叉路口车辙。图10 T型三叉路口。图11 7T形交叉路口。图l2 71形交叉路口中， 一对路口的放行车流图。图13 71形交叉路口中，另 一对路口的放行车流图。 图14双折角交叉路口。 图15双折角交叉路口的纵向放行车流图 图16双折角交叉路口的横向放行车流图；图17五路交叉路口。 标号说明l第一等待区；2交叉整流区；3第二过渡区；4第三过渡区；5右转弯下行车道；6左起 第一个定向上行道；7路口右界的上行道；8三区的下行信号灯；9导向绿岛；10 —区的左转 弯上行信号灯；ll一区的后卫信号灯；12许可调头区；13来自相邻路口的左转弯车流；14分 段放行的斑马线；15向右平移后的车道；16跑直线的车流；17左弧形带区；18上弧形带区； 19右弧形带区；20进入三叉路口的上行车流；21交叉区内先下行离开后上行进入的两个方向 车流；22离开三叉路口后的下行车流；23三角绿岛；24纵向将右转弯上行的车流；25横向右 转弯后的下行车流；26 "直"行的上行车流；27 "直"行的下行车流；28纵向左转弯上行的车 流；29A侧斑马线；30直行车流；31下行车流；32先直行后转弯的车流；33B侧斑马线；34 C侧斑马线；N指北针。本发明源于对几种效率最低的多路交叉路口的研究。为了画面简洁，各图中省略了人行道、斑马线[只画出有关放行的斑马线]和非机动车道； 此外，对于各路口特征相同的交叉路口，除了另外说明的需要，序号不重复标注。 下面结合附图和实施例阐述本
发明内容
对于右行制道路，在六路交叉路口，包括右转弯的在内，每个路口都有5对不同方向往来 的车流。n路交叉路口，每个路口都有(n-l)个方向往来的车流。五路交叉路口，每个路口都有 4个方向往来的车流。三叉路口，每个路口只有2个方向往来的车流。实施例l,六路交叉路口的实施例，参见图l,各主干道皆双向6车道。 交叉路口的基本特征因为各个路口都有5对方向的车辆要往来,为此,应将路口附近的、定向不同的车道组数量扩大到IO组。每组可以是一个车道，也可以是多个车道。以南路口为例来说明有关主要结构A, 除了最右侧的右转弯车道[组],不同定向车道的等待区从原来的上行路口后移一段距 离[比如50到200m]后构成第一等待区(1)。区(l)的左域都是下行车道。区(1)内有4组行车方 向不同的车道组。图l中每组只取l车道。从左到右，不同定向车道的排序是左、中左、中、 中右。B, 各路口机动车道路的最左侧是下行车道[指源自左邻路口右转弯的车道]。将路口左侧 左起第二组车道[称之为左起第一个定向上行道(6)],设置成供车辆左转弯上行开出的或等待 开出的首个"第二过渡区(3)"。C, 将首个第二过渡区(3)的右邻车道，设置成所述路口的首个第三过渡区(4)。 第二过渡区(3)和第三过渡区(4)的数量都是4个。它们是左右相间排列的，也就是从左邻路口右转弯进入的下行车道(5)开始，从左往右的排序是左下行右上行，亦即一进一出的模式 重复排列，直到所述路口右界的上行道(7)[本例右转弯上行道]为止。D, 在第一等待区和各个第二过渡区之间，有一一对应的4个上行通道； 在各个第三等待区和下行车道之间也有一一对应的4个通道，但属下行的通道。 这些上行、下行通道有序地交叉排列，构成起双向梳理车流作用的交叉整流区和变道区，简称交叉整流区(2)。交叉整流区的作用就在于对车流进行有序化梳理，使上行、下行的车流 分时段经过交叉整流区后，都能、〗歸有序的、互不冲突的车道行驶。4个上行通道供来自第一等待区(1)4个行车方向的车流"逆行"经过交叉整流区(2)，而后对号进入各自的第二过渡区(3);4个下行通道供来自4个第三等待区(4)的下行车流经过交叉整流区(2)后各奔前程。 其特征还有在第一等待区(l)的前方，在交叉整流区及其关联域，包括在不同车道之间的空档，构建 有利于安全行车和防止车流冲突的导向绿岛(9)。对于多路交叉路口， (9)是"群岛"；下文介 绍的十字路口，则是双岛或孤岛。在该绿岛上可设置行车路线指示牌和信号灯；在交叉整流区 (2)路面，用不同颜色的箭头指示不同定向车流的行车方向。对于多路交叉路口，第二过渡区(3)相当于第二等待区。设置较大面积的第二过渡区，可 容纳较多的左转弯车辆。第二过渡区(3)的面积宜大等于第一等待区(1),以简化信号灯管理。由图l可见，设置这三个区后，各近邻路口的车流都可以无冲突地同时左、右转弯开出，各 路口还可以同时接收左、右转弯进入的车流，这样，车流增加到12股。当南路口放行时，另有3 个路口的6个车流相互对开。 一共有12+6=18组车流通行。此即效益，获车流量最大化的效果。本例在第一轮[每一轮，三个路口]对六路交叉路口釆用各个路口间隔轮流放行的控制，而 后换一个路口开始另一轮放行。轮流的方式可以是多样化的，就是在同一个路口，包括上下班 时间，时间段不同，优化的间隔方式也要根据具体情况而变化。与原来的交通信号灯系统相比，现在合并了 '左'转弯和'直行'的绿灯。同时增加用于 协调与控制(l)、 (3)、 (4)三个区的第二信号灯系统。第二信号灯系统主要包含在第一等待 区(1)的出口处设置上行信号灯(10),在一区的入口处设置后卫信号灯(ll)。在第三过渡区(4) 的出口处，设置三区的下行信号灯(8)。第二信号灯的运行方式，将在下面的实施例中例释。对于不同方向车流的运行，将在变数不多的十字路口中阐述。实施例2，结合图2介绍本发明十字路口的基本特征。十字路口，每个路口都有3个方向往来的车流。因而，在十字路口的每个路口，设置有6 个定向出入的车道组。图中的对应部分，标注了与图l一致的标号。其行车的车流结构，比起 六路交叉路口，大为简化。在本发明中，第二过渡区(3)也是第二等待区。以放行南北路口 [或东西路口]时为例，由于南北路口 [或东西路口]的车流都可以无冲突 地同时右转弯、直行和左转弯；在分段放行斑马线没有放行时，右转弯车道都处于放行状态。 上述设计进一步演化后，可使平面十字路口获得最大数量的通行车道。结合图3，说明十字路口的初步优化。为了提高道路利用系数，使交叉路口的下行区有更多的车辆驰入,从而提高流量，可适当 拓宽交叉路口 ，增加上行车道数量、增加第二过渡区和第三过渡区的车道数量。第一等待区(1)、 第二过渡区(3)、第三过渡区(4)内的车道数量可以是1个车道，也可以是数量不等的多个车道。结合图4，结合信号灯，说明不同方向车流的运行十字路口各个路口的放行情况是轮番相似的。图3中以南口为例(北口亦同)，当东[西]路口放行时[对应南口的上行是红灯],南口的下行信号灯(8)切换成红灯，这时左转弯上行信号 灯(10)切换成绿灯，让第一等待区(1)内的车辆进入第二过渡区(3)。与此同期，后卫信号灯(ll) 切换成红灯，以保证第二过渡区(3)内的车辆不会溢出。对于要左转弯的车流，这是一个"逆 行过境"的过程，由于路程与时间差的缘故，下行信号灯(8)很快就可以切换成绿灯[时间周期 只有交叉路口红灯周期几分之一],从而获得这样的预期效果可以使第二过渡区(3)内布满车 辆，到南口放行的绿灯到来时，就有足够数量的左转弯车辆上行；又可以使来自东口的左转弯 车流(13)很快通过交叉整流区(2);对于直行车流，第三过渡区(4)是个畅通的过道。对于所述左转弯车流(13)，该区(4)是个 短暂的等待区[第三等待区的下行信号灯(8)的红灯设置时间，不到 一个十字路口红灯周期的三 分之一。];在概率上，要左转弯的车流到达南口的第一等待区(l)后，最少只要等待1轮红灯，最多 只要等待2. 3轮的红灯，即可完成整个左转弯过程；对于直行的车流，到达十字路口后，充其量只要等一轮红灯；对于右转弯车流，除了放行相应路段的斑马线时段,所有右转弯车道都处于放行状态。 此外，在对应与车流从第一等待区进入第二过渡区的时段，可允许其他车辆在进入第一等待区(1)前的一段马路上完成调头[参见标记许可调头区(12)]而不影响交通，这完全是时间差允许的。实施例3，如图3所示，为了提高车辆在下行区的平均车速,可将十字路口的平面布置作局 部不对称的变化将第一等待区(1)及其右邻的车道(15)都向右平移，使得从第三过渡区(4)出 口下行的车流(16)都能跑直线。关于斑马线参见图4的十字路口，可以在与直行车流平行的路口设置分段放行的斑马线(14)。在放行 相应的直行车流时，就可以开放该段斑马线(14)。行人与非机动车止步于相邻左转弯车流(13) 车道的界线。在该车流(13)通过后再让行人和非机动车完成穿越；从而既可缩短行人过街的时 间，又可以大幅度减少对机动车的影响。左转弯的车辆比直行的车辆少时，或者扩大第二和第 三过渡区，就可以提前关闭左转弯的绿灯，从而提早开放分段放行的斑马线(14)的第二区段。 这种优化使斑马线几乎不会影响直行与左转弯机动车的通行。另一方面，原来行人最多要等3 次红灯才能过一个路口，现在最多只要等一轮，而且这一轮的过街时间也缩短了。在图2和图3中，同样可以设置这样的分段放行的斑马线(14)。为了简洁画面，因为其他 三个路口的斑马线都相同而作'隐藏，处理。对于行人较多的时段，可以采用集中放行整个十字路口所有斑马线的模式，让行人和非机 动车随意纵横或交叉穿行。对于实施例2，十字路口改造中的动土甚少；对于实施例3,改造代价也少。再看信号系 统，红灯减少了一半,车流等红灯的时间可减少一半以上。加上行驶车道数量的最大化增加，在 路面机动车保有量同等的情况下，车辆堆砌排队的长度自然缩短。车辆多次等待放行的概率将 明显下趺。十字路口因此可以获得增加约一倍以至更多流量的效果，路网无疑将得益于此。实施例4，三叉路口的实施例。参见图5到图9。如图5所示，在三叉路口，每个路口只有两个方向往来的车流，正好符合三角形的几何特 性。所以，就把各自路口的第二过渡区(3)和第三过渡区(4)向前推入到三角公共区内，并使得 第二过渡区的出口正好与对应的第三过渡区的进口吻接，合二而一而构成三角过渡区的一个弧 形带区。即不存在另外的行车路线要进入该弧形带区。由此得到图6的结构。所述的三角过渡 区，分别由左弧形带区(17),上弧形带区(18)和右弧形带区(19)构成。此外，可将三角区中的 公共区设置为三角绿岛(23)。这是三叉路口特有的结构。此外，还能人车和谐、能使整个三叉 路口紧凑高效。这样的三叉路口，信号灯的控制可以是这样的图8与图9是图7图形依序顺时针旋转120。 、 240°后的换位图。先以图7的东北侧路口 全放行时段，即第[3-l]时序的时段为例，结合可放行的车辙，说明通行流程。A,进入三叉路口的上行车流(20)先经过右弧形带区(19)[对应于图7:该带内的每股车流 标有三个箭头，以示全贯通],后穿过南侧路口的交叉整流区，变成离开三叉路口的下行车流。 这是第一组离开三叉路口后的下行车流(22);B，与此同时，原来停在左弧形带区(17)内的车辆穿过左上侧的交叉整流区后离开三叉路 口，成为第二组离开三叉路口后的下行车流(22)。该左上侧交叉整流区内通过的，先是下行离 开的车流[图6中，(21)表示交叉区内先下行离开后上行进入的两个方向车流。粗虛线车辙， 对应于前半段时间。],而后才是上行进入三角区的车流[双点划线车辙，对应于后半段时间]。 左弧形带区(17)很快就会清空[该带内的每个车流只标有一个箭头，以示短时间通行]。利用该 带(17)清空后的时间就可开放该侧的斑马线。各图中都只画出放行的分段放行的斑马线(14)], 让行人和非机动车进出三角绿岛(2 3);对于行人，依时序，周而复始地对行人开放不同弧形带区(17)、 (18)、 (19)上的斑马线。 这样，除了右转弯的车流每三轮要停一次车，但停车等待的时间完全可以短于右弧形带区(19) 的绿灯时间。在相应的时间内，三角区其他车流则不必停车，从而获得更高的交通效率。C,前述的，对应于(21)后半段时间放行的上行进入的车流，除了进入并填满上弧形带区 (18)[该带内的每股车流有两个箭头],还允许滞留、停满在交叉整流区内，这是时间差所允许 的。但在交叉整流区停满车后，相应的第一等待区的出口处信号灯(10)必须切换成红灯。这些 滞留、停满的车辆将等待随后第[3-2]时序的放行，后续流程将与B雷同。第[3-2]时序对应的是图8。这个时段，南侧路口全放行。第[3-3]时序对应的是图9,其 时，西北侧路口全放行。它们先后"克隆"演绎上述的A、 B、 C。三叉路口，三组一循环，如 环无端，周行不息。图10示出一种T型路口，这是一种典型的三叉路口。图中沿用了图7的序号，对应于第 [3-l]时序的通行状态。文字内容雷同于上述A、 B、 C，不赘述。双T型交叉路口，是常见的、且效率很低的交叉路口。主要分有双T型连接的交叉路口， 可称之为双T型交叉路口中的兀形交叉路口；还有双T型反向连接的交叉路口，像1个T和另一个颠倒的T连接而成交叉路口，也像一个T的与一个L的水平线相连接而成的交叉路口。称 之为双折角交叉路口。实施例5，结合图11到图13阐述双T型交叉路口中的7i形交叉路口，马路都是双向6车 道的。图11是2个T型三叉路口的结合体。与三叉路口相同点在于，可将所有的第二等待区， 推进到三角区内；不同点在于，各个路口的车道排序则循多路交叉路口的模式。即，每个路口 都按照一进一出[一正一逆]的循环排列来设置车道。双向6车道，共循环三次。在交叉路口水 平行车区路段，车道的行车方向也都设置成一正一逆的排序；另外，在两个T型口的三角区，设置有三角绿岛(23)和斑马线[只画出轮廓线]。在图11 中，标注了相关车道的行车方向。图12示出了tt形交叉路口中， 一对路口的放行车流，以西南口和东口说明车流分布。有 两组车流始终是畅通的，分别是纵向将右转弯上行的车流(24)和横向右转弯后的下行车流 (25);西南路口与东侧路口同时亮绿灯后，西南口还有三组车流，第一是先右转弯，接着纵向 直行，而后左转弯的上行车流(26);第二是来自东口的直行的要左转弯的下行车流(27);第三 是纵向左转弯上行的车流(28)。由于来自东口的车流(27)路途较'遥远'，当左转弯上行车流 (28)]开出的车辆数已经够多时，车流(27)的第一方阵还没有到达南口的交叉整流区(2)。在信 号灯控制方面，在车流(27)即将到达整流区(2)时，令车流(28)停止进入整流区(2)。这样利用 时空差，在合理的信号灯控制下，车流(27)和(28)都可分时通过整流区(2)而不发生冲突。在 整流区(2)内，在车流(28)轨迹上连续标有2个箭头，对车流(27)只标1个箭头，以此表达时 间上的先后。这种箭头数不相等的表达方式，在后续图中的含义相同。由于拓扑上的等效与相 似，对东口的车流，描述从略。由图12还可见，该口对应的三角绿岛(23)的北侧，车流最少，是开放该侧斑马线，即A 侧斑马线(29)的优化时段。另一个交叉路口，开放B侧斑马线(33)。图13示出了7T形交叉路口中，另一对路口的放行车流。以西口和东南口说明车流分布 图中标出了西口的直行车流(30);来自东南口的先上行左转弯，后横向直行到达西口的下行车 流(31);还有从西口先直行后转弯的车流(32)。由图可见，这时可以同时开放左部T型路口中 的B侧斑马线(33)和C侧斑马线(34);对于东部T型路口，则同时切换到开放另2侧斑马线， 因为相应放行的车道少，影响面少，是优化时段。图13与图12的车流结构，可相互拓扑转化。实施例6，结合图14到图16阐述双T型交叉路口中的双折角交叉路口，马路也都是双向6 车道的。图ll与图l4，可相互等效拓扑转化；图12与图15、图13与图16之间，同样可以相互 等效拓扑转化。所以对应的各图中，釆用了相同的标号。以下叙述，也有拓扑的"相似"。与图ll相仿图M也将所有的第二过度区，推进到三角区；各个路口的车道排序也都按 照一进一出[一正一逆]的循环排列来设置车道；在交叉路口水平行车区路段，车道的行车方向 也都设置成一正一逆的排序。在两个T型口的三角区，也设置有三角绿岛(23)和斑马线[只画 出轮廓线]。在图14中，也标注了相关车道的行车方向。图15示出了双折角交叉路口的纵向放行车流。以南口为例说明车流分布除了两组始终 畅通的车流[纵向将右转弯上行的车流(24)和横向右转弯后的下行车流(25)],南北通行的绿灯 打开后，该口还有右转弯后最终还要纵向"直"行的上行车流(26)和来自北口的纵向"直"行 的要左转弯的下行车流(27);还有纵向左转弯上行的车流(28)。由于来自北口的车流(27)路途 较'遥远'，当左转弯上行车流(28)开出的车辆数已经够多时，南下车流(27)的第一方阵还没 有到达所说的南口的交叉整流区(2);车流(27)到达交叉整流区(2)前，令车流(28)停止进入交叉整流区(2)。这样利用时空差， 在合理的信号灯控制下，车流(27)和(28)都可分时通过整流区(2)而不发生冲突。由于拓扑上 的等效性，对北口的车流，描述从略。由图15可见，该口对应的三角绿岛(23)的北侧，车流最少，是开放该侧斑马线，即A侧 斑马线(29)的优化时段。北口的情况与南口呈180。度轴对称，不重复叙述。图16示出了双折角交叉路口的横向放行车流。图中标出'了西口的直行车流(30)、下行车 流(31)和先直行后转弯的车流(32)。由图可见，可以同时开放B侧斑马线(33)和C侧斑马线 (34),而且是优化时段。对应于原来的信号灯控制，现在只有图15、 16两种情况了。所以，主信号灯只要红绿灯 交替切换即可[与各等待区对应的信号灯，进行逻辑和时间差的配合即可]。两种情况，每次都 有8组不同方向，相向往来的车流通行，获得车流量倍增的佳效。图12、 13,效果亦同。实施例7,五路交叉路口的实施例，参见图17。每个路口从左到右依次进出的车道组有4对。 其他内容与六路交叉路口相仿，且更简单些，叙述从略。以上图文是针对右行制的表述。本发明用于左行制时，各图作对偶的镜像处理即可。 本发明广泛适合于老城区交叉路口的更新改造。
权利要求
1，多种红绿灯交叉路口交通流量倍增的方法，其特征是不同定向车道的等待区从路口后移50到200m后构成第一等待区(1)，在第一等待区(1)的前方，设置有交叉整流区(2)，将路口左侧左起第二组车道，设置成第二过渡区(3)，将第二过渡区(3)的右邻车道，设置成进入该路口的第三过渡区(4)，路口不同定向进出的车道组从左往右的排序是左下行右上行，亦即一进一出的模式重复循环，直到路口右界的上行道；对应于左行制道路，设置作对偶变化。
2, 根据权利要求1所说的交叉路口，其特征是三叉路口中各路口的第二过渡区(3)和 第三过渡区(4)推进到三角公共区内，并合并成一个弧形带区。
3, 根据权利要求l所说的交叉路口，其特征是在六路交叉路口的每个路口，有5对定 向出入的车道组。
4, 根据权利要求l所说的交叉路口，其特征是在十字路口的每个路口，有3对定向出 入的车道组。
5, 根据权利要求l所说的交叉路口，其特征是在五路交叉路口的每个路口，有4对定 向出入的车道组。
6，根据权利要求2所说的三叉路口，其特征是所述的三角过渡区分别由左弧形带区 (17),上弧形带区(18)和右弧形带区(19)构成。
7，根据权利要求l所说的交叉路口，其特征是在双T型交叉路口的每个路口，有3对 定向出入的车道组，在其水平行车区路段，车道的行车方向都设置成一正一逆的车道。
8, 根据权利要求1或2或7所说的交叉路口，其特征是三角区中的公共区设置为三角 绿岛(23)。
9, 根据权利要求l或2或3或4或5或6或7所说的交叉路口 ，其特征是在交叉整流 区(2)的关联域设置有导向绿岛(9)。
10, 根据权利要求l或2或3或4或5或6或7所说的交叉路口 ，其特征是在交叉路 口设置有分段放行的斑马线[14]。
全文摘要
本发明涉及多种红绿灯交叉路口交通流量倍增的方法。在车流进出交叉路口前后，对车道进行序化梳理和编排，消除上行左转弯车流和下行直行车流的冲突。在每一轮绿灯下使放行车道的数量最大化除了放行右转弯的车流，相向对开的路口还能同时放行左转弯和直行的车流，并使交叉路口的红灯频次减半。在不扩建现有道路的情况下，也可能使交叉路口的车流量倍增，从而大幅度提高路网的流通量和运力；进一步优化，效果更好。本发明广泛适用于三叉路口、十字路口、双T型路口、五路及六路交叉路口。这是基于建立数学模型，利用路网道路利用系数的研究结论，明确方向、完成创新设计加优化设计的产物。
文档编号E01C1/02GK101215816SQ200810070428
公开日2008年7月9日 申请日期2008年1月9日 优先权日2008年1月9日
发明者肖新凯 申请人:肖新凯