六边形道路系统及其交通控制系统的制作方法

专利名称：六边形道路系统及其交通控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及城市道路系统及相应的地下铁路系统，其提供对拥挤城市的有限建筑空间的充分利用；还涉及交通流控制系统，该控制系统能有效 地控制通过道路的车辆行驶。
背景技术：
人类通常用工具和机器将事物制造成直线形和四边形。而且，数千年 来人类将其周围空间充满了矩形的人造事物，附带的装饰物例外。人口稠 密的城市已经被建成用道路直接互连各个区域的主要地点，从而形成许多 交叉路。由扩大的机动车供应量而引起的所有交通问题一直被认为是现代 文明的必然产物。就传统道路系统的每个交叉路口而言，即使对于非常先 进的计算机系统，建立一个合并12条交通车道和双向四个人行横道的完 整的交通流控制系统，也属难题。同时，自然界追求圆形(在二维平面)和球体(在三维空间)。但是 由于外力影响，没有绝对圓形和球体存在。在这种自然界中，雪花或蜂窝 的结构包括许多六边形单元。在平面中由同样圓形的结合形成的最高效构 型就是六边形网状结构，如蜂窝。这是一种转换的结果，相外切的圓之间 的间隙在所施加的主导的外力作用下被挤压和紧缩。通过将 一 种自然现象中发现的六边形网状结构应用到自文明的开端 起始的人类传统社会，创建更高效的城市空间就是本发明的技术秘密。发明内容技术问题当人们在具有人造多边形平面上的交叉线的空间中移动时，总是存在 时间和空间的无效部分，这降低了移动效率。基于此观点，这种不可避免 弊端的时间和空间，分别—皮定义为无效时间和无效空间，其中的时间和空本发明的核心是通过关于下述提出的两种不同类型的城市道路系统 的性能，来定量分析那些无效时间和无效空间，以找到技术解决方案。一种以四边形网状结构配置并连接的典型的道路网络;故定义为四边 形道路系统，同样的，另一种一皮定义为六边形道路系统。々支设两种不同类型的城市，此处定义为四-城(tetra-city )和六-城(hexa-city ),分别与 上述提及的道路系统相对应，本发明提供了针对下述三个主要问题的解决 方案。第一，得到减少城区无效空间的方法，其通过创新道路网络结构。第二，得到减少城区无效时间的方法，其通过创新道路网络结构。第三，建立技术基础，来在关于城市空间的整体创新的政府城市规划 中获得经济上和政治上的有效性和公平性，该城市空间包括地上和地下的 公共设施，与道路更新相一致。在本发明应用的整个或部分城市区域中，道路网络按六边形网孔的网 状结构类似蜂窝横截面构建并相连。在构成上述提及的道路网络的区块间 道路所环绕的每一个六边形单元区块(以下简称区块)中，安排区块内道 路和其它建筑设施。直交路、环路及其它局部路组成上述提及的区块内道被区块内道路分开的区域被分配给建筑物或设施，与区块的地形或地 理特性相匹配，并且它们周边的道路与各自的环路相连。区块的中心地带 可用作广场、公园、学校、图书馆或其它公共用途设施。最佳方式的车辆媒技术方案如图1所示，每个直交路(104)将一个区块(106)的中心区与其它 相邻区块的中心区相连，并且与相应的区块间道路(102)相交。区块的 环路(未画出)以相互适合的间隔排列，并且与同一区块相应的直交路相 交叉。六-城的区块间道路上的每个人行横道(或行人穿越道)被允许设置 一个中央安全岛，供行人滞留横道(参见图5)。地下铁路(108)设置在直交路下面，且两条不同的铁路的可能入口 处在车站的平台上的平行线上。铁路线的车站建在中心广场或某个交叉路 口的下面(参见图1)。四-；成将道^各的车道分为三个方向，向左、直行和向右，而六-i成分 成两个方向，向左和向右。因此，两个城市所需的车道数量之比是3: 2, 也就是，简言之，车道比是3/2。合理分配道路车道已成为传统四-城的 交通政策的关键。基于城市规划设施的决定、构造及安装标准的规章(韩国建筑与运输 部第414号条例)，道路方面条款(摘录并归纳)如下。条款9 - 2.道路按宽度分类a. 宽阔道路40米或更宽，12车道或更多b. 大型道路25米或更宽，8车道或更多c. 中型道路12米或更宽，4车道或更多d. 小型道路其它条款9 - 3.道路按功能级别分类主干道、辅干道、次干道(collectors),局部道路等条款IO.每级道路的设置距离逐级递减，分别为1000、 500、 250、 125、 60、 25 (米)。 条款ll.依照区划的道路比，需要时可调整 l.居Y主区20%至30%，包括10至15%的主干道2.商业区25%至35 % ,包括10至15 %的主干道已广泛公认，道路比为了土地使用来权衡交通流。但是涉及四-城道 路比的根本问题是不能摆脱其结构限制，即使简单地与六-城比较，四-城所需的车道比是3: 2。因此，上述提及的各自道路比的上限值，将可能使四-城交通拥挤程 度最小化，其在此处被引用来分析两种不同城市的道路比。四_城道路比的基准假定为32.5 % ，其为最拥挤区的两个上限道路比 的算术平均值，这两个上限值是应用本发明的主要目标。被指定的主干道、 辅干道和区块内道路的道路比分别为12%、 8%和12.5% (合计32.5%)。通过对四边形道路系统的相关法规的现行条例的仔细分析，确定上述 值(干道道路比的总和被四舍五入为20% ,尽管计算值为20.28% )。设定四-城的道路比相当于假设等同扩张具有0道路宽度(无道路面 积)的四边形区块的四个边，这就产生与道路比的区划(portion)同样多 的外部面积。在每个数学表达式中，V^以下定义为N的平方根，^/{表达式} 定义为表达式的平方根。^{腦/(100-32.5)} x 100% = 121.7%之比时，四-城与六-城的边长比是力(大约1.732)。四-城的边长为 540米相当于六-城的边长大约为312米。在此实施例中，每个区块的内 切圆直径同为540米(参见图3和图4)。此外，假设如条款10中所引用的，道路宽度与道路设置距离成比例， 则各道路等级的适当的交通车道数量设定如下。i殳置距离(米)1000、 500、 250、 125、 60、 25 (逐级减少1/2)等级指数(车道)12、 10、 8、 6、 4、 2 (逐级减2个车道)主干道的道路比与道路宽度和区块周长成比例，道路宽度根据区块边 长与车道数量和等级指数成比例。因此，六-城与四-城的主干道的道路之比可写成四 - 城主干道的道路比x道路-道路宽度比(L/R车道比x G/R等级指数比)xp/R周长比，也就是20% x (2 / 3) x ((8 + ((l 0 — 8) x (289 — 250) / (500 - 250))) /10) x (6 x (1 / VI) / 4) = 9.6% L/R G/R P/R由于六-城的有利结构，每个区块内道路的车道可以简单指定为两 个，直行或向右，在三种交通车道中排除了向左车道。因此，六-城的区 块内道路比可以写成如下。四 - ；成区块内道^各比x车道比x周长比，也就是 12.5% x (2 / 3) x (6 x (1 / VI) / 4) = 7.2%最后，由六-城的道路比合计16.8%决定的边扩张比，可按如下计算。 ^/{100/(100-16.8)} x 100% = 109.6%上述假设应用到下述提案1提案1.直径为2 (任何单位)的圓、外接于该圆的正六边形和正四边 形的面积分别是大约3.14 ( = 7T x i x i )、 3.46 ( =2^ )以及4。然后，得到下列值。包括道^各的四-城的适当比例的(proportional)面积4 x ( 1.217 x 1.217) =5.92包括道路的六 - 城的适当比例的面积3.46 x ( 1.096 x 1.096 ) = 4.16四 - 城与六-城的面积比5.92/4.16 = 1.42四- J成的无岁文面积比:(5.92 — 3.14 ) /3.14 x 100% = 89%六-Jt成的无效面积比(4.16-3.14) /3.14xl00% -32%四-城与六-城的无效面积比89/32 = 2.78四-城的适当比例的道路面积5.92-4 = 1.92六一；成的适当比例的道3各面积4.16 — 3.46 = 0.70四-城与六-城的道路面积比1.92/0.70 = 2.74最后，四-城含有无效空间、建筑面积和道路面积与六-城之比分别为2.78 (反之是36.0% )、 1.43 (反之是70.0% )和2.74 (反之是36.4% )。四-城的车辆与行人总是绕行四边形的街角，这导致不可预料的车辆 冲突(contact)和行人沖突。更大的问题是无效空间传到隐秘的落后地区 (backside ),以至力口速i曾力口陋巷。接下来，为了比较两个城市间道路平均距离(长度)，引入提案2。提案2.直径为2 (任何单位)的圆、外接于该圓的正六边形和正四边 形的周长分别是大约6.28 (=2tt )、 6.93 (=12/7^ )和8。同样，得到下述值。四一 i成道3各3巨离比8 x 1.217 = 9.74六-城道路距离比6.93 x 1.096 = 7.60因此，四-城车辆绕行的长道路与六-城之比为大约1.28(反之是78.1% )。在四-城的一个4-向交叉路口，交通控制系统在一个信号周期中处 理12条交通线(traffic line )、每个方向有3条交通线(左转/直行/右转)。 在六-城的一个3-向交叉路口，交通控制系统在一个信号周期中处理6 条交通线、每个方向有2条交通线(左转/右转)。因为交通线之比是12: 6，每条道路所需车道之比是大约2:1，又因为 右转车道经常被忽略，因此四_城所需的信号周期长度是六-城的四倍。对于此交通控制系统的最佳解决方案^L定义为一种系统，该系统允许 一批车辆在统一交通控制下通过连续的交叉路口而无需停止，且无论在道 路网络上行驶的距离和方向如何。尽管针对四-城交通控制系统的最佳解决方案不存在，但存在针对具 有相当于对称的道路网络的六-城的解决方案。在下述前提条件下，本发明证明在六-城统一的交通控制系统下，针 对整个六边形道路网络(以下简称路-网(road-net))存在最佳解决方 案。路段(section)定义为区块间道路在两个相邻的3-向交叉路口之间9的那一部分。条件l.路-网的每个区块间道路在每个方向(或道路的一侧)上至少有2个车道，每个交叉3各口有3个不同的区块间道路。条件2.每个交叉路口，路-网的边界或边缘处的例外，通过上述提及 的区块间道路与三个相邻的同 一类交叉路口相连。条件3.车辆驶向远处目的地的路线是通过在每个交叉路口的左转和右 转间的交替转向而完成的。条件4.为了改变或修正上述提及的路线的方向，可选择违反条件3的 另外的转向。条件5.路_网的每个交叉路口的信号周期是相同的，1个信号周期由 3个信号单元组成。条件6.车辆的许可速度和信号周期的长度是可调整的，以使每个信号 周期车辆通过2个路段。条件7.每个人行横道(或行人穿越道)可设置有中央安全岛作为行人 滞留横道。在上述七个条件下，在一个信号周期中通过两个路段，使车辆重复同 样的交通情形。在一个信号周期中通过两个路段相当于在一个信号单元中 通过2/3路段。每个交通线的在交叉路口的左转顺序遵从交通线号码，逆时针方向 (参见图5)。虽然每个交叉路口包括三个不同道路，但是在一条道路两侧 上延伸的一对交通线有同一交通线号码(参见图6)。六边形道路网络，与四边形道路网络不同，6条交通线中的每一个在 一个交叉路口独占地占据其自己的一个车道(或几个车道)(参见图6)。最佳交通流控制的独特方法如下。按三对交通线一个接一个的顺序， 在一个信号周期中，每对交通线的车辆同时左转通过整个道路网络的全部 的交叉3各口 (参见图7)。被左转交通线占据的某个交叉路口的三个相邻的交叉路口 ，被同一对中相反交通线占据。同时的，其它对交通线的车辆在其它道路上行驶或右 转通过交叉路口 (参见图7)。采用上述提及的在整个道路网络上的信号同步系统，有可能使一批车 辆在一个信号周期中交替地通过交叉路口而不停止。有益效果在传统的四-城中不停的拓宽道路来自于假设在交叉路口拥挤中供 车辆进入的道路容量的事实。交通车道的增加迫使驾驶员选择其中一条车 道。然而，驾驶员通常无意中选择中间车道。由于这样的原因，指定更多 的中间车道引起左车道或右车道的缺乏，这导致另一个交通问题。随着交 叉路口的信号灯开启，其它方向的车辆间发生改变车道，致使加剧拥挤的 恶性循环。通过将减少信号周期的长度从传统交叉路口的3分钟减少到大约1分 钟，六-城的3-向交叉路口不仅消除了四-城所有的危险因素，而且提 高了交通效率。驾驶员可以一心一意地选择车道，通过交叉路口时有更宽 阔的视野，实现更平滑的大约60度转角的轨迹，这使得驾驶速度几乎恒 定，无需减速拐弯。另一方面，行人可在信号周期一半以上的、无车辆干 扰的充足的时间内安全地通过道^各。对称设置的六-条、六-弯区块间道路促使车辆自然地分散，通过将 最拥挤的公共用途设施设置在中心地带，拥挤可以在每个区块内消减。因 为车辆不得不停泊在区块内街道的某处，因此车辆间的干扰急剧减少。与任何其它道路网络相比，六边形道路网络上两个遥远的地点可以相等的最 小的几何距离相互连接，而且通过信号同步的交通控制系统，道路上的车 辆可通过连续的交叉3各口而不遇到任何停止信号。因此，六-城消除了周围的高速公路的需求，其中高速公路引起了新 的交通问题，即在它们立交或交汇处四周的频繁的堵塞。由于沿直交路设置的两条不同的地铁线可在车站地面上平行设置，因 此乘客可在同 一站台换乘。道路和铁路的流畅的曲度减少了由于车辆减速/加速引起的摩擦损失和能量消耗。车辆的行进时间和停止次数的减少提高交通效率，并且车辆 和道路的使用年限也可以相应地延长，结果城市污染可极大得减少。六_城的所有六边形区块有六条贯穿直交路，允许有更好的大气环 流。六边形区块和道路可容易适应非矩形的、弯曲的城市边界，因此通过 大大减少直路施工工程量，它们对环境友好方式的发展是理想的。六-城改革了传统的城市规划的徒劳试图通过拓宽道路而增加道路 比来解决交通拥挤状况。六_城极大地减少了地球资源在四-城的无效时 间和无效空间上的浪费。总之，本发明将改变个人交流的人类活动，从宽 阔道路主导的向外发散型转变为中心广场主导的向内集中型，因此人类现 代文明将始终继续进入文化纪元。


图l显示本发明的基本概念。它显示每个六边形区块被区块间道路所 分割和环绕，直交路被画为实线，地铁被画为双线(带阴影)。为简单起 见，省略了环路和建筑物排列。实际上，直交路并不是在每个区块的中心 相交，但是这么画是为了帮助理解概念。图2显示根据本发明一个实施方式的一个示例性城市的构造。它说明 道路的宽度和区块的大小可以扩大、缩小或根据需要改变。图3和图4显示一致地扩张多边形区块的每个边，与区块道路比的区 划一样多的外部面积。图5显示区块间道路的3-向交叉路口，以及三个交通线(分别标注 为数字1、 2和3)的左转顺序。图6显示通过每个交叉^^口前，三对交通线固定地、独占地占据的道 路上的转弯位置。图7显示在交通线号码1的左转开始之后，当一个信号单元过去了 3/4 时的道路状态。每个三角形代表一个3-向交叉路口， 一个小圈代表人行 横道通行信号开启。附例如下102:区块间道^各 104:直交^各106:单元-区块 108:地下铁路500:交叉路口 502:人行横道504:人行横道的中央安全岛 506:信号灯具体实施方式
本发明的最佳实施方式六 -城区块的平均大小可依城市区域的规模和城市拥挤程度而定。假 定每个路段的长度是450米，车辆在区块间道路上的速度是50-70公里/小 时，则该车辆需要大约60秒来通过900米的两个路段。因此，信号单元 是60秒除以三，也就是20秒。由于在一个信号单元内以60公里/小时的平均速度通过一个3-向交 叉路口而不遇到停止信号的一批车辆行进的距离接近300米，所以可以估 计出来六-城每个交叉路口的交通流量。另一方面，因为竟争道路车道的 两条交通线的车辆总是相隔多于1/2的信号单元，因此一个交通线的车辆 可在通过交叉路口之前和之后的时段占据所有车道。六-城的交通控制系 统应该建立于这些推论基础上(参见图7)。在每个道路交通线的左转期间，道路另 一侧的两个相邻的人行横道的 通行信号开启，行人可以在一个信号周期内的两个连续的信号单元的充足 时间，通过中央安全岛来一半一半地通过道路。行人在中央安全岛的等待 时间是0或0.5个信号单元，取决于通行方向。等待U型转弯或从该区块 出来的车辆可以在接近1.5个信号单元期间行进它们的路线。可以根据在区块间道路上行驶的车辆在一个信号周期期间由中间向 路段两侧的任一端逐渐驶远的实际情况，指定U型转弯区的地点和范围。同时，在1.5个信号单元期间，等待穿越区块间道路的直交路上的车 辆继续行进它们的^^线，行人也可穿过道5^移动到对面的区块。本发明方式到此为止的描述仅仅是对本发明技术原理的举例说明，本发明实质性 质特征内的任何变更都是可能的。因此，本发明使用的实施例是用于解释 技术原理，不起限定作用。本发明的保护范围应该根据下述权利要求书而 被理解，本发明的说明应该被解释为包括所有等同技术概念。工业适用性通过4是高土地利用率，六-城与具有同样有效面积的四-城相比，可节省大约30%的土地面积。在新建城市中，以及在现有四-城中通过长期 分区再开发或对现有道路网络的局部改造，可实现六-城。就象四-城一 样，六-城也有直路，如与区块间道路相交的直交路，以及互连相邻区块 中心地带的直交路(参见图1)。通过搭接四-城的平行路以及相应的一个 方向上的直交路来设计在城市地图上寻找能转换成3 -向交叉路口的区 域，可实现用最少的建设开支转变成六-城的计划。通过上述转变，下述在城市规划和发展上的创新是可期待的。第一依照城市规划重新划区，将现有宽阔道路转变成新开发系列的 城市区域是可能的。第二由于将不发达落后地区提升到3-向交叉路口的中心区，在城 市发展上有可能趋向均衡。第三将通过减少无效区域而产生的额外区转变成环境和经济价值成 为可能。
权利要求
1.一种构建道路的方法，包括构建区块间道路，通过以类似于蜂窝横截面的六边形网孔的网状结构连接城市整个区域或部分区域的道路网络而形成所述区块间道路，及在被所述道路网络的所述区块间道路分割开的每个六边形区块内构建区块内道路，及将与所述区块的地形或地理特性相匹配的建筑物或设施，安排在被所述区块内道路分割开的区域中，及将建筑物或设施旁的道路连接到各个所述区块内道路。
2. 如权利要求1所述的构建道路的方法，其中一组所述区块内道路 包括直交路、环路及其它局部路，每个所述的直交路将所述区块的中心区 与其它相邻的所述区块的中心区相连，并且与相应的所述区块间道^^相 交，所述区块的所述环路被以相互适合的间隔排列，并且与同一区块的各 个所述直交路相交。
3. 如权利要求1或2所述的构建道路的方法，其中每个所述区块的 所述中心区被规定用于中心广场、政府建筑、图书馆，或其它公共用途建 筑设施。
4. 如权利要求3所述的构建道路的方法，其中地下铁路设置在所述 直交路和所述的区块内道路的下面，所述铁路的两条不同线的可能入口在 车站内站台的平行线上，用于所述4失路的车站建在中心广场或所述直交路 与所述区块内道路的某个交叉路口的下面。
5. —种建立交通控制系统的方法，包括以类似于蜂窝横截面的六边形网孔的网状结构连接指定的城市区域 的道路网络，其中所述道路网络的每个区块间道路在每个方向上包括至少 2个车道，及每个交叉路口包括3个不同的区块间道路，及除在所述道路网络边界或边缘处外，每个交叉路口通过所述区块间道 3各与三个相邻的交叉3各口相连，及每个所述交叉路口的信号灯被设立为用于6条交通线的相应的转弯。
6. 如权利要求5所述的建立交通控制系统的方法，其中每个所述交 叉路口的所述信号周期由3个相同间隔的信号单元组成，以按照每个所述 交叉路口的三条路的所述交通线的预先设定的顺序允许左转，用于车辆的 允许的速度和所述信号周期的长度是可调整的，以在每个信号周期内通过 2个路段。
7. 如权利要求6所述的建立交通控制系统的方法，其中按照三对所 述交通线的逆时针的一个接一个的顺序，来设立左转的所述顺序，行驶在 道路任一侧上的每对交通线的所述车辆，在一个信号周期内同时左转通过 整个道^各网络的全部交叉^各口 。
8. 如权利要求7所述的建立交通控制系统的方法，其中所述道路另 一侧的两个相邻的人行横道的通行信号与所述左转一起开启，行人可借助 中央安全岛一半一半地通过所述的人行横道。
全文摘要
本发明涉及城市道路系统及相应的地下铁路系统，其提供了对拥挤城市的有限建筑空间的有效利用，还涉及交通流控制系统，其能有效的控制车辆行驶通过道路。在整个城市或城市的部分区域中，道路网络是按类似于蜂窝的网状结构构建并相连的。与典型的四边形城市相比，本发明的六边形城市可以总共减少22％的道路距离，63％的道路面积，以及30％建筑面积，而且极大地改善了交通流。本发明还证明了通过用于交通流控制的同步信号系统，六边形道路系统能使车辆以平均75％的较少时间行驶，且不遇到停止信号。
文档编号E01C1/00GK101405458SQ200780009326
公开日2009年4月8日 申请日期2007年3月19日 优先权日2006年3月17日
发明者金荣大 申请人:金荣大