专利名称：子母式平面交叉路口和信号及其它们的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及城市道路交通工程领域，特别是提高平面交叉路口通行能力的方法和信号系统，其核心是大转弯车辆与对向直行车辆可同行的行驶方式。
目前，国内外在平面交叉路口的交通管理方面，对于大转弯车辆与对向直行车辆在路口的冲突，通常采用四种方式一种是完全由信号灯指挥，大转弯与对向直行车流分时放行；第二种是在绿灯时段内伺机而行；第三种是在绿灯时段内由交警指挥两者谁可通行；第四种是设立不得大转弯标志，强制大转弯车辆直行，以此来提高路口车辆的通过率。在四种方式中，前三种的突出矛盾是大转弯与对向直行车辆必须分时通行，降低了路口通行能力，后一种方式虽然提高了路口通过率，但却强行改变了大转弯车辆的行驶路线，增加了其行驶路程和时间，并且给周边路段增加了负荷。由此人们在如何规避大转弯与对向直行车流的冲突方面，曾作过许多尝试，如分车岛交叉口、蝴蝶式交叉口、远行左转弯交叉口和中心岛交叉口等等。它们在解决大转弯车辆与直行车辆的冲突问题上起到了一部分作用，但也存在着一些不能推广的因素。如要对路口进行大面积的拓宽，车辆要作过大角度的转弯，而一次所供大转弯车辆进入其目标方向的车辆数又极其有限等。另外，中国专利公开号为CN1054462A所述的用回转弯道的方法，由于也存在着大面积拓宽道路，同时还存在大转弯车辆要在道路上作一个S型的两个相反方向的180度大转弯的困难，并且不同方向车流在短距离内存在着不可避免的交织，这是不利于安全行驶的。目前，解决平面路口冲突点最为有效的方法，仍然是立体交通，但是，由于立体交通的工程巨大，占地面积广，它的发展还是受客观条件的限制。因此，在不改变或少改变原有道路的前提下提高平面路口的通过率具有相当大的社会和经济效益。
本发明为此而展开，其目的是要有效地提高平面路口的通行能力，不强制车辆直行，让其自由选择行驶方向，减少车辆在路口的平均等待时间，保证主车流(一般是直行车流)快速、安全，同时还必须减少道路的拓宽面积，降低工程投资。
其原理是，通过改变大转弯车辆的行驶方式，利用对向直行车辆在路口红灯的等待时间，和这时基本处于空闲状态的对向车道，让大转弯车流通过子路口提前行驶到对向直行车流的左侧，在不占用对向直行车流绿灯时间的前提下进行换位。当绿灯到来时，双方可互不干扰地通过路口，其实质等于增加了双方的有效绿灯时间。优越性体现在能有效地开发平面路口那部分尚未得到充分利用的空间和时间，因而在拓宽道路方面不需要太大的投资。
本发明的特征是，一条通向平交路口的双向道路上的车辆欲大转弯，要在子路口和平交路口(母路口)上作二次左转才能完成。前一次的左转弯是在子路口上进行的，是为后一次的左转弯作准备的，称其换位左转；后一次的左转弯是在前一次的基础上进行的目标方向上的实质性大转弯，称其目标左转(当然在二次左转之间还有一次右转回正)。换位左转和目标左转分别通过换位左转车道、换位左转信号、子路口、目标左转车道和目标左转信号来完成。由于具体平交路口形式多样，各种不同方向的车流也不尽相同，本发明将从应用角度出发，对各种形式的车流和信号进行设计。由此构成了本发明的三个主要特征车道、信号、车流与信号及其应用。以下将对含有一个或多个子路口的子母式平交路口的三个特征进行描述，其重点放在含有子路口的一枝双向道路上。至于该平交路口的其它二枝以上的道路及其车辆的运行方式可以仍然保持原有的通行方式，也可以从本说明类推到子母式通行方式。一、车道本发明所涉及的车道，是在一条通向平交路口的双向道路上的与本发明有关的车道，它由换位左转车道、子路口和目标左转车道三部分组成，如
图1、图2。它们通过道路交通标线、隔离栏等方法获得。在一般情况下它们是单车道，特别需要时，可以将单车道推广为多车道。(一)、换位左转车道(1)车道(1)是专供欲大转弯的车辆换位或等待换位使用。车道(1)设置在同向车行道的最左侧，始端在上游方向，终端在近子路口(2)处。最小长度为3米，最大长度取一个主信号周期内左转车的最大滞留长度。由于延长一个端点是方便的事，在实际使用中可采用先短后长的方法，根据车辆滞留情况逐步将始端向上游方向延伸来获得最佳长度。另外，当该双向道路的中心分隔带较宽(不是以车行道中心线来分隔，如立体交通的高架桥以下部分的两侧车行道是以桥宽作为两条车行道分隔带)，这时终端可离开同向车行道延伸至对向车行道的内侧边缘。(二)、子路口(2)子路口(2)是将传统的平面交叉路口上的大转弯与对向直行车流的冲突点内移到其上的准路口。在某些情况下(下文将有叙述)，在子路口(2)上，本发明还将增设换位左转车流与对向右转车流和(或)对向左转车流的冲突点。子路口(2)横跨或斜跨对向直行交通流所通行的车道，连接换位左转车道和目标左转车道。(三)、目标左转车道(3)车道(3)是主要供已作好与对向直行车流换位的车辆进入或等待进入平交路口左转到左枝道路上的车辆使用。车道(3)设置在对向直行车流的左侧，始于子路口，终止于平交路口。最小长度为3米，一般取换位左转信号(e)在一个信号周期里所放行进入子路口的车辆的排队长度(车长+车头距)，在条件许可的情况下应适当地取长一些，最大长度为对向直行主信号(b)的红灯时段内，换位左转车辆(过饱和)通过子路口后形成的最大排队长度，加上适当的余量。车道(3)在其上无目标左转车辆时，也可供对向车辆借道行驶。车道(3)可在较宽的对向车道中采用紧缩的方法设置，也可适当拓宽对向车道，在对向车道的附加车道上设置。车道(3)在对向车道上的位置有两种插入型和左型。
插入型如图1，是将目标左转车道(3)设置在几条对向车道之间，其右侧除有对向直行车流外，还可以有对向左转车流和(或)对向右转车流；其左侧是对向右转车流和(或)对向左转车流。
左型如图2，是将目标左转车道(3)设置在对向车道的最左侧。其右侧除有对向直行车流外，还可以有对向右转车流和(或)对向左转车流。二、信号本发明所涉及的子母式控制信号由两部组成，如图1，图2。主信号(b)和子信号(a，c，e，f)。主信号设置在平交路口，是以原有平交路口的三色灯信号作为主车流的控制信号，该路口至少有二个信号阶段(通行权至少有二次转换)，来控制至少二条互相冲突的车流。本说明以其中一个主信号(b)作为主信号与子信号联系的纽带，事实上子母式控制信号中的所有信号都是互为关联的。子信号有换位左转信号(e)、目标左转信号(a)、直行信号(f)和右转信号(c)。它们除信号(e)必须外，其它子信号可视具体情况选用。子信号与主信号周期相同或成整数倍关系，它们可以从一套信号设备上获得，也可以从一套以上的信号设备中获得。(一)、主信号(b)信号(b)是控制对向直行车辆是否可通过平交路口进入所述的对向直行车道的信号(除主信号(b)以外，在平交路口至少还应有与信号(b)不同信号阶段的另外一个主信号)。所有子信号与主信号(b)在时序上关联。一般情况下，信号(b)控制的对向直行车流是主车流。因此，主信号(b)应与子路口上的子信号对主车流构成绿波。(二)、换位左转信号(e)信号(e)控制车道(1)上的车辆可否通过子路口(2)进入车道(3)。通过信号(e)让左转车辆提前与对向直行车流换位。信号(e)的红灯时间要保证主车流(对向直行车流)的绿波形成，相位差t与传统方法中的单向绿波带原理相同(t＝1/v，其中，1为平交路口与子路口的路程，v为车辆通过1的平均速度)。当子路口上有且仅有与对向直行车流的冲突时，信号(e)的绿灯时间在信号(b)的红灯时段内选择(除去相位差t后)，但应以车道(3)所能容纳的最大长度为限；当子路口还有对向右转和(或)对向左转车流的冲突时，信号(e)的绿灯时间采用迟启或早断的方法。(三)、目标左转信号(a)信号(a)控制车道(3)上的车辆可否通过平交路口左转进入左枝道路。其绿灯时间在信号(b)的绿灯时段内选择。信号(a)有两个作用，其一是便于行人过街，用适当减少信号(a)的绿灯时间来让相应人行横道上的行人过街。其二可以与左枝道路的子路口(当左枝道路含有子路口时)形成绿波(该左枝道路的相关车流排列可以是ABD、CABD、CDABD、CACBD、ACBD)。当路况较好且不考虑一些次要因素时，信号(a)可用信号(b)的相位，或直接用主信号(b)替代。(四)、直行信号(f)信号(f)控制已离开平交路口的车辆在到达子路口时，可否穿过子路口继续行驶。信号(f)与信号(e)构成简单的二阶段子路口(即轮换通行权)。信号(f)与主信号(b)构成主绿波，信号(f)与右枝道路上的大转弯车流(D)可构成次绿波。当车道(3)较短且路口状况较好时，信号(f)可省略。(五)、右转信号(c)信号(c)控制平交路口的车辆右转。当车道(3)为左型(如图2)时，对于左枝道路上的右转车流(C)必须设置信号(c)，信号(c)的绿灯时间在信号(a)的红灯时段范围内选择，并可与信号(f)形成绿波。当考虑行人过街时可适当减少信号(c)的绿灯时间。当车道(3)采用插入型，且对向右转车辆只在车道(3)左侧驶入，同时不考虑行人过街时，信号(c)可省略。
从以上信号的特征上可以看出，由于各信号之间周期相同或成整数倍关系，而且，它们所控制的车流均可等效为单向交叉流，因此，采用现有技术中的单向绿波带原理(t＝1/v)，将方便地得到这些交通流的单向绿波带。三、车流、信号及其应用在平交路口的各枝道路上，与所述的目标左转车道(3)上的车流(A)有关的车流除了对向直行车流(B)以外，还可能有左枝道路上的右转车流(C)和右枝道路上的左转车流(D)如图(3)。其中车流(A)必须在车流(B)的左侧，而车流(C)和车流(D)，根据它们的不同情况有十二种实用形式，如图3。1)AB 基本形式目标左转车流(A)在对向直行车流(B)的左侧。2)CAB车流(A)的右侧是车流(B)，左侧是左枝道路的对向右转车流(C)。3)DAB车流(A)的右侧是车流(B)，左侧是右枝道路的对向左转车流(D)。4)CDAB 车流(A)的右侧是车流(B)，左侧是车流(C)和车流(D)。5)ABD车流(A)的右侧是车流(B)和车流(D)。6)CABD 车流(A)的右侧是车流(B)和车流(D)，车流(A)的左侧是车流(C)。7)CDABD 车流(A)的右侧是车流(B)和车流(D)，左侧是车流(C)和车流(D)，车流(D)可在车流(A)的左右两侧择优通行。8)CACBD 车流(A)的左侧是车流(C)，右侧是车流(C)、车流(B)和车流(D)，车流(C)可在车流(A)的左右两侧择优通行。9)ACB车流(A)的右侧是车流(C)和车流(B)。10)ACBD 车流(A)的右侧是车流(C)、车流(B)和车流(D)。11)CACB 车流(A)的左侧是车流(C)，车流(A)的右侧是车流(C)和车流(B)，车流(C)可在车流(A)的左右两侧择优通行。12)DABD 车流(A)的左侧是车流(D)，车流(A)的右侧是车流(B)和车流(D)，车流(D)可在车流(A)的左右两侧择优通行。
以上十二种车流排列形式中，字母下的连线表示所连车流可以共用车道。其中CACB，CACBD中的车流(C)可以在车流(A)的左右两侧择优通行；同样DABD、CDABD中的车流(D)也可以在车流(A)的左右两侧择优通行。这种布局最大限度地利用了平交路口的空间，适用于车流(C)或车流(D)比较大的埸合。
配合这十二种车流排列的控制信号是主信号(b)和四个子信号(a)、(c)、(e)和(f)，其中主信号(b)和换位子信号(e)是必不可少的。子信号(e)与其它信号可组成八种形式，它们是1)换--目型 由换位左转子信号(e)和目标左转子信号(a)组成。2)换--主型 省去换--目型中的信号(a)，并用主信号(b)来代替子信号(a)。3)换--目--直型 在换--目型中增加直行子信号(f)。4)换--主--直型 在换--主型中增加直行子信号(f)。5)换--目--右型 在换--目型中增加右转子信号(c)。6)换--主--右型 在换--主型中增加右转子信号(c)。7)换--目--直--右型 在换--目--直型中增加右转子信号(c)。8)换--主--直--右型 在换--主--直型中增加右转子信号(c)。
以上八种子信号组合的前四型换--目、换--主、换--目--直、换--主--直，可分别应用于插入型目标左转车道中的八种车流形式中(CAB、CACB、DAB、DABD、CDAB、CABD、CDABD、CACBD)，形成32种使用方式；而后四种形式是在前四种形式中分别增加右转子信号(c)，这四型信号组合，分别用于目标左转车道为左型的车流(ACB、ACBD)，形成8种应用方式；此外，信号组合的前四型也可分别用于目标左转为左型的特定车流(AB、ABD)，也可形成8种应用方式。
本发明的有益效果是显而易见的，突出之处是在不占用主车流(对向直行车辆)通行时间的前提下，左转车辆又能顺利通行，直接提高了这二个方向的通过率。另外对原来一条专用左转车道，在采用子母式通行方式后，在近平交路口处的该车道，可供直行车流在此车道上分流后通过路口，等于增加了一条直行车道，间接地提高了主车流(直行车流)的通过率。这里对一个处于饱和状态下的常见平交路口进行分析，设原路口供对向直行车流通行为双车道，左转车流为一个单车道，按原通行方式，一个信号周期里对向直行为m辆，左转为n辆。用本发明的子母式通行方式，对向直行为m+2*1.75n＝m+3.5n(1.75为折合率)，左转为n+1/2*1/1.75m＝n+1/3.5m，这二股车流合计为1.3m+4.5n比原通行方式增加0.3m+3.5n，净增百分比为[(0.3m+3.5n)/(m+n)]*100％。一般0.1＜n/m＜1，则通行率提高在60％--200％之间。如图4。
图1为目标左转车道为插入型的子母式平交路口的一枝双向道路上的相关车道与信号的示意图。
图2为目标左转车道为左型的子母式平交路口的一枝双向道路上的相关车道与信号的示意图。
图3为目标左转车流(A)所在的对向车道上的十二种实用的车流排列形式。
图4为子母式平交路口较传统平交路口相关车流的通行率提高百分比曲线，这是在对向直行车流为双车道，左转车流为单车道的条件下作出的。
图5为采用插入型目标左转车道的完全子母式十字型路口的应用实例(车流示意图)。
图6为采用左型目标左转车道的完全子母式十字型路口的应用实例(车流示意图)。
图7为采用插入型目标左转车道的子母式T型路口的应用实例(车流示意图)。
图8为本发明非限定应用的一个实例(车流示意图)。
实例1图5为插入型目标左转车道在十字型路口的应用实例，它是对部分子母式进行推广后获得的一种完全形式(完全子母式)，即所有双向道路均采用子母式通行方式。图中含有四种车流形式CDAB、CABD、CACBD、CDABD，实际应用时每一枝道路择其一。以南枝道路为例，在南枝道路上的目标左转车流AS进入其左枝道路(西枝道路)有三种途径，即在西枝目标左转车流AW的左侧和(或)右侧；而北枝道路的右转车流CN进入西枝道路有二种途径，即在车流AW的左侧或左右两侧。这要视道路状况和各向车流的比例来确定具体的形式。四个方向的直行车流均为单向主绿波b--f，由主信号b(bS，bW，bN，bE)与子信号f(fS，fW，fN，fE)来控制，(它们是bS--fS、bW--fW、bN--fN、bE--fE)。一般bS＝bN，bW＝bE，即主信号为二阶段二相位，E--W向与S--N向的直行车流轮换通行权。图5为S--N向通行，E--W向等待。在车流CDAB形式时，信号f可省略，这时可用固定信号标志替代信号f指示主车流可继续直行，换位左转只在主车流位于平交路口处于等待状态的时段内进行，由信号e(eS，eW，eN，eE)控制换位左转车流，车流C(cS，cW，cN，cE)是自由右转车流，车流A通过平交路口后成为车流D(如AS成为DW)不再有冲突点，且信号a可由与其同下标的对向直行信号b替代(如bS替代aS，bN替代aN等)；在其它形式时(CABD、CACBD、CDABD)，信号a(aS，aW，aN，aE)与左枝子信号f(fS，fW，fN，fE)构成次绿波。
实例2图6为左型目标左转车道在十字型路口的应用实例。它只有一种车流形式ACBD，通过推广使所有双向道路采用子母式通行方式。在图6实例中，除要保证主绿波b--f(同实例1)外，还应尽可能保证第一次绿波a--f(它们是aS--fW，aW--fW，aN--fE，aE--fS)和第二次绿波c--f(它们是cS--fE，cE--fN，cN--fW，cW--fS)的生成。最简单的方法是令a与c对应相等，即fW--aS＝cN，fN--aW＝cE，fE--aN＝cS，fS--aE＝cW。换位左转由信号e(eS，eW，eN，eE)控制实例3图7为插入型目标左转车道在T型路口的应用实例。车流形式为CAB、CACB(无对向右转车流D)。在CAB型时，车流C为自由右转车流，子信号a与主信号b同相位，或直接由主信号b替代，子信号e与主信号b轮换通行权；在CACB型时，车流C可在车流A的左右两侧择优通行，这时车流C的一部分可在车流B和车流A处于等待状态时，借用车流B的车道，但这时要设信号f(参照实例1)。
如果将上述实例1、实例2或实例3的子母式路口分别等效为一个路网(实例1和实例2为一个主路口和四个子路口，实例3为一个主路口和一个子路口)，采用现有技术进行信号优化配时，将得到这些实例的最佳通行方案(实例1、实例2等效为单向绿波面控，实例3等效为单向绿波线控)。本发明的特殊使用形式1)在初始阶段，可保留原有路口交通系统，只对车道作简单的调整，用人工替代信号(e)与(f)，而信号(a)由信号(b)替代。这种方法简单、易行，见效快。
2)对于一天中交通流量及不平衡的平交路口，可在饱和状态使用子母式通行方式，当进入未饱和状态时，将其恢复到原有交通系统。使用子母式通行方式时，可来用上文提到的方法1)，也可用让行标志替代信号(e)，在恢复到原有交通系统后，可将子路口用隔离装置阻断，为防止混淆，可附以适当的信号、文字指示。本发明的非限定应用通过对平面路口大转弯车流与直行车流的冲突进行推广，获得一种普遍适用的一般式一个三叉(或以上)的平面路口，由一枝双向道路和另外两枝(或以上)道路分别相交后形成。当进、出该双向道路的车行轨迹在路口发生交叉，且有另外一枝以上的道路上的车行轨迹在路口又与上述两轨迹分别发生交叉，则可在该双向道路上，距路口适当距离处衍生一个子路口，将原来在路口发生交叉的两支进、出该双向道路的轨迹交叉点放在该子路口上。在子路口上至少有一个与母路口(平交路口)的主信号关联的子信号，其运行过程是时空的有效利用，因此平交路口的通行率将得以提高。图8为这一非限定应用的实例，图中目标左转车流A右侧的对向右转车流B′充当对向直行车流，C为自由右转车流，信号e与信号b轮换通行权并对车流B′构成绿波，信号a与信号b同相位。
权利要求
1.子母式平面交叉路口和信号及其应用，是在由一枝双向道路和另外两枝(或以上)的道路相交形成的平交路口和附近路段上进行布局和配时，在该双向道路的各车流中有一支欲驶入路口的左转车流(A)和驶出路口的对向直行车流(B)，车流(A)与车流(B)在路口有冲突，车流(B)受主信号(b)控制，其特征在于当车流(B)在母路口处于等待状态时，车流(A)通过子路口提前运行到车流(B)的左侧，这种运行方式通过以下交通设施来完成1)换位左转车道(1)，设置在同向车行道的最左侧，2)子路口(2)，连接车道(1)与车道(3)，跨过车流(B)所通行的车道，3)目标左转车道(3)，设置在对向直行车流的左侧，4)换位左转子信号(e)，位于子路口，控制换位左转的交通信号灯，时序与主信号(b)关联，5)目标左转子信号(a)，位于平交路口，控制目标左转的交通信号灯，时序与主信号(b)关联。
2.根据权利要求1所述的子母式平交路口和信号及其应用，其特征在于子信号(a)是由主信号(b)替代的。
3.根据权利要求1所述的子母式平交路口和信号及其应用，其特征在于子路口(2)上有一个直行子信号(f)，子信号(f)与主信号(b)对车流(B)可构成绿波。
4.根据权利要求2所述的子母式平交路口和信号及其应用，其特征在于子路口(2)上有一个直行子信号(f)，子信号(f)与主信号(b)对车流(B)可构成绿波。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的子母式平交路口和信号及其应用，其特征在于车道(3)设在几条对向车道之间，适用于八种车流(CAB、CACB、DAB、DABD、CDAB、CABD、CDABD、CACBD)。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的子母式平交路口和信号及其应用，其特征在于母路口有一个右转子信号(c)能控制车道(3)的左枝道路上的右转车流(C)，并且车道(3)设置在对向车道的最左侧，适用于两种车流(ACB、ACBD)。
7.根据权利要求1、2、3或4所述的子母式平交路口和信号及其应用，其特征在于车道(3)在对向车道的最左侧，适用于两种车流(AB、ABD)。
8.根据权利要求5所述的子母式平交路口和信号及其应用，其特征在于所述的双向道路上的子母式通行方式可以推广到该路口的其它双向道路上。
9.根据权利要求6所述的子母式平交路口和信号及其应用，其特征在于所述的双向道路上的子母式通行方式可以推广到该路口的其它双向道路上。
10.根据权利要求7所述的子母式平交路口和信号及其应用，其特征在于所述的双向道路上的子母式通行方式可以推广到该路口的其它双向道路上。
全文摘要
本发明属于城市道路交通工程领域，特别是提高平交路口通行能力的方法和信号系统，其核心是大转弯车辆与对向直行车辆可同行的子母式通行方式。通过有效地开发平交路口那部分尚未得到充分利用的时间和空间，使平交路口通行率提高到60％-200％。本发明施于路口的一枝双向道路时有两种车道类型，八种信号组合，十二种车流排列，四十八种应用方式。本发明简单、易行、投资少、见效快。
文档编号G08G1/095GK1160257SQ9611628
公开日1997年9月24日 申请日期1996年3月14日 优先权日1996年3月14日
发明者裴成伟 申请人:裴成伟