一种交叉口停靠公交车左转换道预信号控制方法与流程

本发明属于交通工程和交通管理与控制技术领域，特别是涉及一种交叉口停靠公交车左转换道预信号控制方法。

背景技术：

近年来，随着我国经济社会迅猛发展，城市机动车保有量急剧增加，道路供不应求使得城市道路越来越拥挤。城市交叉口作为交通体系中的重要组成部分，更是成为制约道路通行能力的关键所在。目前，公交在城市客运方面发挥的功能越来越重要，在城市交叉口实行公交优先策略，不仅能缓解城市交通拥堵状况，也能促进城市交通可持续发展。城市公交快速发展给人们带来便利的同时，也带来了诸多的问题。

例如，对于某些四相位控制的交叉口，相序采用对称放行，每个进口道存在直行和左转两个相位，公交停靠站设置在进口道道路右侧(相对于车辆前进方向)，且停靠站距交叉口停车线的距离比较小，当停靠站的公交车线路较多且在交叉口需要左转时，公交车就会强行横向换道进入左转车道。左转公交车与直行和右转车辆产生交织，该交织属于复杂的c型交织，当左转公交车流量比较大时，会严重影响直行和右转车辆的运行速度，更严重时会使各转向车辆走走停停，这不仅降低了交叉口的通行效率，也会造成车辆驾驶员及乘客不满、烦躁的心情。如何有效的管理和控制左转公交车流量较大的交叉口，目前还没有有效的解决措施。

预信号是英国为了减少交叉口公交延误而提出来的控制方法，是交叉口主信号的辅助设施，以规范和引导交叉口进口道车辆的驾驶行为。预信号控制是实施交叉口公交优先的手段之一，通常的做法是在交叉口主信号停车线前一段距离处设置预信号停车线，两停车线之间为待行区，预信号控制社会车辆能否进入待行区，以确保红灯期间到达的公交车总是在社会车辆前面排队等待，并能够在主信号绿灯启亮时以第一时间通过交叉口，减少公交车的延误，实现公交优先。

技术实现要素：

本发明目的是为了减少左转公交车换道对直行社会车辆运行的影响，提高交叉口车辆通行效率，提出了一种交叉口停靠公交车左转换道预信号控制方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种交叉口停靠公交车左转换道预信号控制方法，包括以下步骤：

步骤一：规定预信号控制的各车道车辆的运行规则；

步骤二：根据交叉口进口道主信号的信号配时协调预信号的信号配时；

步骤三：确定左转公交候驶区长度、预信号停车线距主信号停车线距离及交通诱导标志与公交停靠站的距离；

步骤四：根据交叉口交通状况确定预信号左转绿灯和左变道绿灯时长；

步骤五：根据预信号停车线位置及进口道限速条件，确定主信号直行绿灯结束滞后于预信号直行绿灯结束时长；

步骤六：根据预信号停车线位置及进口道限速条件，确定主信号左转绿灯启亮提前于预信号左转绿灯启亮时长。

进一步地，所述步骤一中规定预信号控制的各车道车辆的运行规则的具体过程为：

当预信号左变道绿灯启亮时，预信号直行和左转相位为红灯，候驶区停靠的左转公交车可通过预信号停车线换道至左转车道，其他车辆则在预信号停车线后排队等待；预信号左变道绿灯结束，直行和左转绿灯启亮，左转公交车在候驶区停靠等待，其他车辆通过停车线进入主信号控制区域；预信号左变道相位为红灯，左转绿灯结束，直行相位为绿灯，只允许直行车辆通行。

进一步地，所述步骤二中根据交叉口进口道主信号的信号配时协调预信号的信号配时的具体过程为：

预信号分为左转预信号灯、直行预信号灯和左变道预信号灯，灯色采用红黄绿三色，相位方案采用三相位，相序为：①预信号左变道绿灯+预信号左转红灯+预信号直行红灯；②预信号左变道红灯+预信号左转绿灯+预信号直行绿灯；③预信号左变道红灯+预信号左转红灯+预信号直行绿灯；

主信号与预信号的周期时长保持一致；主信号采用两相位控制，分别为直行相位和左转相位，先放直行相位，再放左转相位；

预信号直行绿灯结束时，到达交叉口的其他车辆在预信号停车线后排队等待，此时交叉口主信号直行为绿灯，通过预信号停车线的直行车辆继续通行，为左转公交车提供换道空间；

预信号左变道绿灯启亮时，主信号左转为绿灯；预信号左转绿灯相对于主信号左转绿灯滞后启亮，目的是使左转公交车能在左变道绿灯时间内安全通过主信号停车线。

进一步地，所述步骤三中确定左转公交候驶区长度、预信号停车线距主信号停车线距离及交通诱导标志与公交停靠站的距离的具体过程为：

左转公交候驶区直接设置在进口道最右侧车道，候驶区内不允许超车，公交车采取先进先行原则；

左转公交候驶区长度g应为高峰时期一个信号周期内公交车最大到达数量的安全停靠距离之和，即：

g＝nl1

式中，g表示左转公交候驶区长度；n为高峰时期一个信号周期内公交车最大到达数量；l1表示单个公交车安全停靠距离；

前后公交车停靠应满足安全停靠距离l1，单个公交车安全停靠距离应包括单个公交车长度lb和前后公交车安全间距b，即：

l1＝lb+b

式中，lb表示单个公交车长度；b为前后公交车安全间距；

为保证主信号直行绿灯期间内不造成绿灯时间浪费，使交叉口通行能力达到最大条件，在预信号换至左变道绿灯时间时，通过预信号停车线的其他车辆至多在主信号换至左转绿灯时间内通过交叉口，即：

式中，tg表示主信号直行绿灯结束滞后于预信号直行绿灯结束时长；l表示预信号停车线至主信号停车线距离；vs表示直行车辆通过交叉口的平均行驶速度；

为了实现左转公交优先，使左转公交车不产生多次停车等待，通过预信号停车线的左转公交车能在主信号左转绿灯结束时通过交叉口，tg应满足：

式中，tl表示主信号左转绿灯时长；δ表示驾驶员反应时间；vg表示左转公交车通过交叉口的平均行驶速度；α表示左转公交车启动加速度；

为保证左转公交车在左变道绿灯时间内安全换道至左转车道并通过交叉口，预信号停车线距主信号停车线的距离、交叉口左转车辆最大安全停靠距离与左转公交车安全换道距离应满足：

l≤nmaxlm+l0

式中，nmax表示高峰时一个信号周期内某一个左转车道通过的最大车辆数；lm表示左转车辆安全停靠距离；l0表示左转公交车安全换道距离；

公共汽车停靠站30m内不允许停车的交通设施设计规范，即：

l+g≤w-30

式中，w表示公交车站距主信号停车线的距离；

根据交叉口车辆运行特性，左转公交候驶区距主信号停车线距离l越大时，交通运行越有序；

交通诱导标志处与最右侧车道相邻的直行方向公交车换道至最右侧车道的安全距离应满足公交车对角线长度与公交车长度之和，即：

式中，a表示左转公交车换一条道的安全距离，与l0的关系随车道数变化，条件受限时可视情况而定；w表示公交车宽度；

同时，a也应该满足以下条件：

l+g+a≤w-h

式中，h表示公交车站距交通诱导标志的距离。

进一步地，所述步骤四中根据交叉口交通状况确定预信号左转绿灯和左变道绿灯时长的具体过程为：

在考虑预信号左转绿灯时长时，预信号左转绿灯时长、预信号左变道绿灯时长以及交叉口主信号左转绿灯时长三者是以通行能力为关系纽带的，当预信号左变道绿灯的通行能力与预信号左转绿灯的通行能力大于主信号左转绿灯通行能力时，车辆因在预信号左转绿灯期间无法全部驶出交叉口，随着时间的积累，排队长度越来越长，在预信号停车线与主信号停车线之间便因排队车辆的存在，致使左变道公交车辆无法在左变道绿灯期间驶入左转车道，致使交叉口交通混乱；

左转公交车换道至左转车道时，需要保证在换道空间内无其他车辆通行，左变道绿灯时长应满足：

tb＝n0t0+n1t1+c0

式中，tb表示左变道绿灯时长；n0表示左转公交车换道数量；t0表示左转公交车换一条道需要的时间；n1表示高峰时段一个信号周期内左转公交车数量；t1表示左转公交车平均车头时距；c0表示安全时间。

进一步地，所述步骤五中根据预信号停车线位置及进口道限速条件，确定主信号直行绿灯结束滞后于预信号直行绿灯结束时长的具体过程为：

预信号直行绿灯结束时，到达交叉口的其他车辆在预信号停车线后排队等待，此时，主信号直行相位仍为绿灯，即主信号直行绿灯结束滞后于预信号直行绿灯结束，目的是为左转公交车提供换道空间；tg不可过长，避免通过预信号停车线的最后一辆直行车辆再通过主信号停车线时，主信号直行绿灯仍未结束，造成绿灯时间浪费，即满足：tg≤l/vs；同时，tg不可过短，避免主信号直行绿灯结束后，主信号停车线后直行车辆排队过长无法为左转公交车提供换道距离，即满足：

进一步地，所述步骤六中根据预信号停车线位置及进口道限速条件，确定主信号左转绿灯启亮提前于预信号左转绿灯启亮时长的具体过程为：

为保证停靠在候驶区的左转公交车能在左变道绿灯时间内安全通过，需要主信号左转绿灯启亮提前于预信号左转绿灯启亮，提前启亮时长td与左变道绿灯时长tb、主信号直行绿灯结束滞后于预信号直行绿灯结束时长tg应满足以下关系：

td＝tb-tg。

本发明有益效果为：本发明所述方法，公交车站位于进口道最右侧，且车站距离交叉口主信号停车线距离满足规范要求，但是直行排队车辆已经到达公交车站。且公交车站左转车辆较多，在距离主信号停车线一定距离处设置预信号停车线和交通标志，以控制车辆驾驶行为，预信号停车线最右侧车道后设置一定长度的左转公交候驶区，并在适当位置设置交通标志作为提示和引导作用。左转公交车在其相位绿灯(以下称“左转公交专用相位”为“左变道相位”)启亮时可通过预信号停车线并换道进入左转车道，此时预信号直行和左转绿灯为红灯，其他车辆(相对于左转公交车)只能停在预信号停车线后等待。进一步，左变道绿灯结束，预信号直行与左转绿灯启亮，左转公交车在候驶区停车等待，其他车辆可通过预信号停车线，交叉口主信号左转表现为绿灯，左转车辆可通过主信号停车线。进一步，预信号左转绿灯结束，直行车辆通过预信号停车线，左转公交车和其他左转车辆在预信号停车线后等待，目的是为左转公交车换道提供足够空间。设置预信号控制系统，避免了左转公交车与其他车辆的交织，解决了左转公交车安全换道问题，从而提高了交叉口进口道的通行效率。通过仿真发现，与现有方案相比，直行、左转和右转车辆的平均延误均有所减少，最终进口道平均延误减少6.4s(效率提高了14.5％)，效果显著。

附图说明

图1为某交叉口进口道预信号控制硬件设施图；

图2为某交叉口进口道公交站设施图；

图3为某交叉口进口道主信号配时图；

图4为某交叉口进口道预信号配时图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。

结合图1-图4说明本实施例，本发明提出一种交叉口停靠公交车左转换道预信号控制方法，如图1所示，右转车辆在预信号与主信号控制下的通行规则与直行车辆一致，将右转车辆归为直行车辆，故以下内容不对右转车辆单独阐述。

在考虑交叉口进口道道路条件、交通条件及其交通设施条件基础上，在距交叉口停车线一定距离l处设置预信号系统和交通标志，预信号系统包括预信号停车线、预信号相位方案及主预信号协调控制，用以引导和规范车辆驾驶行为。交通标志用以提示紧邻左转公交候驶区车道的车辆可换道至最右侧车道以及提示候驶区的公交车在此左变道进入左转车道。进一步，根据车辆尺寸、道路限速以及相关规范等条件，在预信号停车线最右侧车道设置长为g的左转公交候驶区，使左转公交车在左变道红灯时间内集中停靠在候驶区内，并在左变道绿灯时间内集中换道至左转车道。进一步，在公交车站前一定距离h处设置一交通诱导标志，用以提示前方车道左转公交车通行，禁止其他车辆通行，保证进入左转公交候驶区只有左转公交车，h应至少满足公交车安全换道距离。

包括以下步骤：

步骤一：规定预信号控制的各车道车辆的运行规则；

步骤二：根据交叉口进口道主信号的信号配时协调预信号的信号配时；

步骤三：确定左转公交候驶区长度、预信号停车线距主信号停车线距离及交通诱导标志与公交停靠站的距离；

步骤四：根据交叉口交通状况确定预信号左转绿灯和左变道绿灯时长；

步骤五：根据预信号停车线位置及进口道限速条件，确定主信号直行绿灯结束滞后于预信号直行绿灯结束时长；

步骤六：根据预信号停车线位置及进口道限速条件，确定主信号左转绿灯启亮提前于预信号左转绿灯启亮时长。

所述步骤一中规定预信号控制的各车道车辆的运行规则的具体过程为：

当预信号左变道绿灯启亮时，预信号直行和左转相位为红灯，候驶区停靠的左转公交车可通过预信号停车线换道至左转车道，其他车辆则在预信号停车线后排队等待；预信号左变道绿灯结束，直行和左转绿灯启亮，左转公交车在候驶区停靠等待，其他车辆通过停车线进入主信号控制区域；预信号左变道相位为红灯，左转绿灯结束，直行相位为绿灯，只允许直行车辆通行。

所述步骤二中根据交叉口进口道主信号的信号配时协调预信号的信号配时的具体过程为：

预信号分为左转预信号灯、直行预信号灯和左变道预信号灯，灯色采用红黄绿三色，相位方案采用三相位，相序为：①预信号左变道绿灯+预信号左转红灯+预信号直行红灯；②预信号左变道红灯+预信号左转绿灯+预信号直行绿灯；③预信号左变道红灯+预信号左转红灯+预信号直行绿灯；

主信号与预信号的周期时长保持一致；主信号采用两相位控制，分别为直行相位和左转相位，先放直行相位，再放左转相位；

预信号直行绿灯结束时，到达交叉口的其他车辆在预信号停车线后排队等待，此时交叉口主信号直行为绿灯，通过预信号停车线的直行车辆继续通行，为左转公交车提供换道空间；

预信号左变道绿灯启亮时，主信号左转为绿灯；预信号左转绿灯相对于主信号左转绿灯滞后启亮，目的是使左转公交车能在左变道绿灯时间内安全通过主信号停车线。

所述步骤三中确定左转公交候驶区长度、预信号停车线距主信号停车线距离及交通诱导标志与公交停靠站的距离的具体过程为：

左转公交候驶区直接设置在进口道最右侧车道，候驶区内不允许超车，公交车采取先进先行原则；

左转公交候驶区长度g应为高峰时期一个信号周期内公交车最大到达数量的安全停靠距离之和，即：

g＝nl1

式中，g表示左转公交候驶区长度(m)；n为高峰时期一个信号周期内公交车最大到达数量(辆)；l1表示单个公交车安全停靠距离(m)；

前后公交车停靠应满足安全停靠距离l1，单个公交车安全停靠距离应包括单个公交车长度lb和前后公交车安全间距b，即：

l1＝lb+b

式中，lb表示单个公交车长度(m)；b为前后公交车安全间距(m)，一般取2.5m；

为保证主信号直行绿灯期间内不造成绿灯时间浪费，使交叉口通行能力达到最大条件，在预信号换至左变道绿灯时间时，通过预信号停车线的其他车辆至多在主信号换至左转绿灯时间内通过交叉口，即：

式中，tg表示主信号直行绿灯结束滞后于预信号直行绿灯结束时长(s)；l表示预信号停车线至主信号停车线距离(m)；vs表示直行车辆通过交叉口的平均行驶速度(km/h)；

为了实现左转公交优先，使左转公交车不产生多次停车等待，通过预信号停车线的左转公交车能在主信号左转绿灯结束时通过交叉口，tg应满足：

式中，tl表示主信号左转绿灯时长(s)；δ表示驾驶员反应时间(s)；vg表示左转公交车通过交叉口的平均行驶速度(km/h)；α表示左转公交车启动加速度(m/s²)；

为保证左转公交车在左变道绿灯时间内安全换道至左转车道并通过交叉口，预信号停车线距主信号停车线的距离、交叉口左转车辆最大安全停靠距离与左转公交车安全换道距离应满足：

l≤nmaxlm+l0

式中，nmax表示高峰时一个信号周期内某一个左转车道通过的最大车辆数(辆)；lm表示左转车辆安全停靠距离(m)；l0表示左转公交车安全换道距离(m)；

公共汽车停靠站30m内不允许停车的交通设施设计规范，即：

l+g≤w-30

式中，w表示公交车站距主信号停车线的距离(m)；

根据交叉口车辆运行特性，左转公交候驶区距主信号停车线距离l越大时，交通运行越有序；

交通诱导标志处与最右侧车道相邻的直行方向公交车换道至最右侧车道的安全距离应满足公交车对角线长度与公交车长度之和，即：

式中，a表示左转公交车换一条道的安全距离(m)，与l0的关系随车道数变化，条件受限时可视情况而定；w表示公交车宽度(m)；

同时，a也应该满足以下条件：

l+g+a≤w-h

式中，h表示公交车站距交通诱导标志的距离(m)，取5～20m。

所述步骤四中根据交叉口交通状况确定预信号左转绿灯和左变道绿灯时长的具体过程为：

在考虑预信号左转绿灯时长时，预信号左转绿灯时长、预信号左变道绿灯时长以及交叉口主信号左转绿灯时长三者是以通行能力为关系纽带的，当预信号左变道绿灯的通行能力与预信号左转绿灯的通行能力大于主信号左转绿灯通行能力时，车辆因在预信号左转绿灯期间无法全部驶出交叉口，随着时间的积累，排队长度越来越长，在预信号停车线与主信号停车线之间便因排队车辆的存在，致使左变道公交车辆无法在左变道绿灯期间驶入左转车道，致使交叉口交通混乱；

左转公交车换道至左转车道时，需要保证在换道空间内无其他车辆通行，左变道绿灯时长应满足：

tb＝n0t0+n1t1+c0

式中，tb表示左变道绿灯时长(s)；n0表示左转公交车换道数量(条)；t0表示左转公交车换一条道需要的时间(s)；n1表示高峰时段一个信号周期内左转公交车数量(辆)；t1表示左转公交车平均车头时距(s)；c0表示安全时间(s)。

所述步骤五中根据预信号停车线位置及进口道限速条件，确定主信号直行绿灯结束滞后于预信号直行绿灯结束时长的具体过程为：

预信号直行绿灯结束时，到达交叉口的其他车辆在预信号停车线后排队等待，此时，主信号直行相位仍为绿灯，即主信号直行绿灯结束滞后于预信号直行绿灯结束，目的是为左转公交车提供换道空间；tg不可过长，避免通过预信号停车线的最后一辆直行车辆再通过主信号停车线时，主信号直行绿灯仍未结束，造成绿灯时间浪费，即满足：tg≤l/vs；同时，tg不可过短，避免主信号直行绿灯结束后，主信号停车线后直行车辆排队过长无法为左转公交车提供换道距离，即满足：

所述步骤六中根据预信号停车线位置及进口道限速条件，确定主信号左转绿灯启亮提前于预信号左转绿灯启亮时长的具体过程为：

为保证停靠在候驶区的左转公交车能在左变道绿灯时间内安全通过，需要主信号左转绿灯提前于预信号左转绿灯启亮，提前启亮时长td(有黄灯时需加上黄灯时间)与左变道绿灯时长tb、主信号直行绿灯结束滞后于预信号直行绿灯结束时长tg应满足以下关系：

td＝tb-tg。

本发明适用于以下情况的交叉口：一是交叉口进口道左转公交车流量较大；二是该进口道为两相位，一个直行相位，一个左转相位，且先放直行相位，再放左转相位。

本发明的内容主要包括交叉口进口道渠化设计、预信号控制方案、主预信号协调控制、交通标志标线设计。在交叉口进口道停车线前一定位置设置预信号停车线，右侧车道的公交停靠站与预信号停车线之间设置左转公交候驶区，距公交停靠站一定距离处设置交通诱导标志，以提示前方左转公交候驶区。预信号需要与交叉口主信号相协调。

通过预信号控制方法，使交叉口进口道左转公交车在一个信号周期内集中停靠在左转公交候驶区内，并给左转公交车提供专用左转换道的预信号相位，避免了左转公交车与直行和右转车辆的交织，从而提高了交叉口车辆通行效率。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

以哈尔滨某信号交叉口为例，进口道为四车道，分别为两条左转专用道、直行车道和直右混行车道，在距离交叉口104m及149m处分别设有公交站，如图2所示。结合实地调查，该进口道左转公交车较多，由于交叉口交通组成几乎为小型车和公交车，结合研究目的将交叉口车辆分为小型车和公交车，高峰时交通量如表1所示。

表1哈尔滨某信号交叉口进口道高峰时交通量

该进口道为两相位，分别为左转相位和直行相位，先放直行相位再放左转相位，信号周期为182s，配时情况如图3所示。

根据实际条件，取交通诱导标志距公交站的距离为5m；

根据公式，确定左转公交候驶区长度，这里取n取2辆，单个公交安全停靠距离l1取15m；

g＝nl1＝2×15＝30m

根据公式，确定预信号停车线与主信号停车线的距离，nmax取12辆，lm取6m，w取149m；

l+g≤w-30即l≤w-g-30＝149-30-30＝89m

l0＝2a＝2×23.27＝46.54m

l≤nmaxlm+l0＝12×6+46.54＝118.54m

l取89m；

根据公式求tg，这里，左转公交车通过交叉口的平均行驶速度取其转弯限速值30km/h，其加速度α取1.5m/s²，直行车辆通过交叉口的平均行驶速度取其限速值60km/h；

满足要求。

tg≤l/vs＝89×3.6/60＝5.34s

tg≥l0/vs＝46.54×3.6/60＝2.79s

tg取5s；

左变道绿灯时长tb取29s；

根据公式求td，td＝29-5+3＝27s。预信号配时如图4所示。

至此，求得各项数据反映在vissim中的交叉口模型中，通过仿真获得该交叉口进口道延误，与现状方案的延误进行比较并分析，如表2所示。

从表2中可以明显的看出，采用预信号控制方案后，该进口道各转向的平均延误时间都有所下降。最终该进口道平均延误减少6.4s(效率提高了14.5％)，效果非常显著，说明该交叉口进口道实施预信号控制方法后车辆运行状况可以得到很大的改善，交叉口的整体运行效率得到提高。

以上对本发明所提供的一种交叉口停靠公交车左转换道预信号控制方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。