本发明涉及一种车辆通行系统及通行控制方法，属于交通工程领域。
背景技术
环形交叉口是在交叉口中央设置中心岛，用环道组织渠化交通，使进入的所有车辆一律按逆时针方向绕岛单向行驶(靠左行驶的国家或地区则为顺时针方向)，直至所要去的路口离岛驶出的平面交叉，俗称转盘。对车流量小的城市道路，环形交叉口是一种有效组织转向交通的方法，但随着交通需求的不断增大，环形交叉口自身的局限性日益凸显，如何提升环形交叉口的通行效率提上了日程，信号控制是其中方法之一。目前环形交叉口主要的信号控制方法为二次停车法和单口放行法，但这两种方法均存在一定的局限性：二次停车法要求环形交叉口交织段有足够的空间来容纳待行的左转车辆，当左转交通需求超出交织段可容纳的车辆数时，该方法控制效果较差；而采用单口放行法时，会导致信号周期时长过长，且环形交叉口内空间资源利用效率低下、车均延误大。
基于此，急需一种新的技术，在均衡利用环形交叉口内空间资源的同时，解决二次停车法存在的左转交通需求大于交织段存储容量导致的不适问题，实现提高环形交叉口通行能力的目的。
技术实现要素：
本发明为解决现有环形交叉口内空间资源利用效率低、车均延误大的问题，提供了一种环形交叉口车辆通行系统及通行控制方法。
本发明所述一种环形交叉口车辆通行系统，包括：位于中心的中心岛，环绕所述中心岛的环道，以及与环道相连通的4条交叉道路，每条所述道路包括驶入环形交叉口方向的进口道和驶离环形交叉口方向的出口道，其中，每个进口道包括左转车道和直行车道；
每条所述进口道与环道连接的一端设有进口道停车线，所述进口道停车线车辆前进方向的前方设有进口道交通信号灯；
所述环道包括内环道和外环道；
所述内环道与每一进口道左转车道之间设置左转弯待转区，所述左转弯待转区包括靠近左转车道的左延伸段和与内环道重叠的内重叠段；所述左转弯待转区连接内环道的一端设置有待转区停车线；所述待转区停车线车辆前进方向的前方设置有待转区交通信号灯；
所述外环道与每一进口道直行车道之间设置直行待驶区，所述直行待驶区包括靠近直行车道的右延伸段和与外环道重叠的外重叠段；并且所述直行待驶区连接内环道的一端设置有直行待驶区停车线；所述直行待驶区停车线车辆前进方向的前方设置有待驶区交通信号灯。
作为对上述技术方案的进一步阐述：
进一步的，每一所述直行待驶区与其逆时针方向的左转弯待转区不相交。
进一步的，左延伸段的左边线与内环道的外边线相切。
进一步的，每一所述左转弯待转区的待转区停车线位于该左转弯待转区两侧进口道停车线外端的连线上。
进一步的，直行待驶区停车线位于与其逆时针方向下一左延伸段的左边线两端的连线上。
本发明所述一种环形交叉口车辆通行控制方法，通过以下技术方案实现：
1)对于环形交叉口的4条交叉道路，将其中相对的两条道路定义为x方向，另外两条相对的道路为y方向；
2)x方向的进口道交通信号灯的直行相位开启，同时y方向待转区交通信号灯开启，x方向的进口道停车线后的直行车辆进入x方向的直行待驶区等待通行，y方向的左转弯待转区内车辆先于y方向的进口道停车线后的左转车辆离开环形交叉口；t1时间后，y方向的进口道交通信号灯的左转相位也关闭；再过△t1时间后，y方向待转区交通信号灯也关闭；
3)x方向的待驶区交通信号灯开启，x方向的直行待驶区内的车辆先于x方向的进口道停车线后的直行车辆离开环形交叉口；与此同时，x方向的进口道交通信号灯的左转相位开启，x方向左转车辆进入x方向左转弯待转区等待通行；t2时间后，x方向的进口道交通信号灯的直行相位也关闭；再过△t2时间之后，x方向待驶区交通信号灯也关闭；
4)x方向待转区交通信号灯开启，同时y方向的进口道交通信号灯的直行相位开启时，x方向的左转弯待转区内车辆先于x方向的进口道停车线后的左转车辆离开环形交叉口，y方向的进口道停车线后的直行车辆进入y方向的直行待驶区等待通行；t3时间后，x方向的进口道交通信号灯的左转相位也关闭；再过△t1时间后，x方向待转区交通信号灯也关闭；
5)y方向的待驶区交通信号灯开启，y方向的直行待驶区内的车辆先于y方向的进口道停车线后的直行车辆离开环形交叉口；与此同时，y方向的进口道交通信号灯的左转相位开启，y方向左转车辆进入y方向左转弯待转区等待通行；t4时间后，y方向的进口道交通信号灯的直行相位也关闭；再过△t2时间之后，y方向待驶区交通信号灯也关闭；
6)重复步骤2)至步骤5)直至通行控制停止。
作为对上述技术方案的进一步阐述：
进一步的，△t1满足以下条件：
△t1＝l1/vl
其中，vl表示左转车辆在环形交叉口内的平均行驶速度；l1表示左转弯待转区的路径长度。
进一步的，△t2满足以下条件：
△t2＝l2/vs
其中，vs表示直行车辆在环形交叉口内的平均行驶速度，l2表示直行待驶区的路径长度。
本发明最为突出的特点和显著的有益效果是：
本发明所涉及的一种环形交叉口车辆通行系统及通行控制方法，在环形交叉口内设置4处左转弯待转区和4处直行待驶区，并在其前方设置交通信号灯。一个方向(x方向)的直行相位放行时，该方向(x方向)左转车辆无需绕行中心岛，而是直接驶入左转弯待转区；该方向(x方向)左转相位放行时，另一方向(y方向)直行车辆进入直行待驶区；另一方向(y方向)直行相位放行时，(y方向)左转车辆也无需绕行中心岛，直接驶入左转弯待转区；其(y方向)左转相位放行时，相对对方(x方向)直行车辆进入直行待驶区；依次循环，实现环形交叉口的优化控制。可均衡利用环形交叉口内的道路空间资源，空间资源利用效率提高约25％，并解决了左转交通需求大于环形交叉口交织段存储容量时二次停车法失效的问题，车均延误减小，达到了提高交叉口通行能力的目的。
附图说明
图1为本发明左转弯待转区、直行待驶区及停车线、交通信号灯布设示意图；
图2为本发明左转车驶入待转区示意图；
图3为本发明直行车驶入待驶区示意图；
1.中心岛，2.道路，2-1.进口道，2-2.出口道，3.进口道停车线，4.左转弯待转区，4-1.左延伸段，4-2.内重叠段，4-3.待转区停车线，5.直行待驶区，5-3.直行待驶区停车线。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1对本实施方式进行说明，本实施方式给出的一种环形交叉口车辆通行系统，包括：位于中心的中心岛1，环绕所述中心岛1的环道，以及与环道相连通的4条交叉的道路2(由于大部分环形交叉口都是4条道路，本技术方案只考虑4条道路的情况)，每条所述道路2包括驶入环形交叉口方向的进口道2-1和驶离环形交叉口方向的出口道2-2，其中，每个进口道2-1包括左转车道和直行车道；
每个所述进口道2-1与环道连接的一端设有进口道停车线3，所述进口道停车线3车辆前进方向的前方设有进口道交通信号灯；
所述环道包括内环道和外环道；
所述内环道与每一进口道2-1左转车道之间设置左转弯待转区4，所述左转弯待转区4包括靠近左转车道的左延伸段4-1和与内环道重叠的内重叠段4-2；所述左转弯待转区4连接内环道的一端设置有待转区停车线4-3；所述待转区停车线4-3车辆前进方向的前方设置有待转区交通信号灯，交通信号灯的位置一般设置在停车线后车辆的正前方，足够醒目，以保证车辆驾驶员能够轻松看清楚；
所述外环道与每一进口道2-1直行车道之间设置直行待驶区5，所述直行待驶区5包括靠近直行车道的右延伸段和与外环道重叠的外重叠段；并且所述直行待驶区5连接内环道的一端设置有直行待驶区停车线5-3；所述直行待驶区停车线5-3车辆前进方向的前方设置有待驶区交通信号灯。
本发明适用条件的确立：
本发明主要适用于以下条件的环形交叉口：(1)环形交叉口总交通量大，采用无信号控制时经常发生交通堵塞；(2)左转交通量大，采取二次停车法时，环形交叉口交织段无足够的空间来存储待行的左转车辆，即：
式中：qc表示每信号周期达到的左转车辆数，veh；
lv表示左转车在环形交叉口内排队时的车头间距，m/veh；
li表示环形交叉口内可用来存储左转车辆的第i条车道长度，m，一般为相邻进口间交织段长度的一半；
n表示环形交叉口内交织段的车道数。
其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，为避免两个方向的车流在环形交叉口内发生交通冲突，每一所述直行待驶区5与其逆时针方向的左转弯待转区4不相交。
其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是，为确保从进口道驶入环形交叉口内环道的左转车行驶平稳，左延伸段4-1的左边线与内环道的外边线相切。
其他步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是，每一所述左转弯待转区4的待转区停车线4-3位于该左转弯待转区4两侧进口道停车线3的外端的连线上。如图1所示待转区停车线4-3的位于该左转弯待转区4两侧进口道停车线3的外端的连线ab上，此时左转弯待转区4内车辆驶离环形交叉口时转弯半径较理想。
其他步骤及参数与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是，直行待驶区停车线5-3位于与其逆时针方向下一左延伸段4-1的左边线两端的连线cd上，如图1所示位置为较佳位置。
其他步骤及参数与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：结合图2、图3对本实施方式进行说明，本实施方式给出的一种环形交叉口车辆通行控制方法，具体包括：
1)对于环形交叉口的4条交叉的道路，将其中相对的两条道路定义为x方向，另外两条相对的道路为y方向；如附图2中，图的上下方向为x方向，图的左右方向为x方向。
2)x方向的进口道交通信号灯的直行相位开启，同时y方向待转区交通信号灯开启，x方向的进口道停车线后的直行(直行车道内、直行右转合用车道内的直行)车辆进入x方向的直行待驶区等待通行，y方向的左转弯待转区内车辆先于y方向的进口道停车线后的左转(左转车道内)车辆离开环形交叉口；t1时间后，y方向的进口道交通信号灯的左转相位也关闭；再过△t1时间后，y方向待转区交通信号灯也关闭；
3)x方向的待驶区交通信号灯开启，x方向的直行待驶区内的车辆先于x方向的进口道停车线后的直行(直行车道内、直行右转合用车道内的直行)车辆离开环形交叉口(见图2中的路径①和③)；与此同时，x方向的进口道交通信号灯的左转相位开启，x方向左转车辆无需绕行环形交叉口，直接进入x方向左转弯待转区等待通行(见图2中的路径②和④)；t2时间后，x方向的进口道交通信号灯的直行相位也关闭；再过△t2时间之后，x方向待驶区交通信号灯也关闭；
4)x方向待转区交通信号灯开启，同时y方向的进口道交通信号灯的直行相位开启时，x方向的左转弯待转区内车辆先于x方向的进口道停车线后的左转(左转车道内)车辆离开环形交叉口(见图3中的路径⑤和⑦)，y方向的进口道停车线后的直行(直行车道内、直行右转合用车道内的直行)车辆进入y方向的直行待驶区等待通行(见图3中的路径⑥和⑧)；t3时间后，x方向的进口道交通信号灯的左转相位也关闭；再过△t1时间后，x方向待转区交通信号灯也关闭；
5)y方向的待驶区交通信号灯开启，y方向的直行待驶区内的车辆先于y方向的进口道停车线后的直行(直行车道内、直行右转合用车道内的直行)车辆离开环形交叉口；与此同时，y方向的进口道交通信号灯的左转相位开启，y方向左转车辆进入y方向左转弯待转区等待通行；t4时间后，y方向的进口道交通信号灯的直行相位也关闭；再过△t2时间之后，y方向待驶区交通信号灯也关闭；
6)重复步骤2)至步骤5)直至通行控制停止。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是，为避免左转相位结束时环形交叉口内滞留的左转车辆影响另一方向直行车辆的通行，△t1满足以下条件：
△t1＝l1/vl
其中，vl表示左转车辆在环形交叉口内的平均行驶速度，m/s；l1表示左转弯待转区的路径长度，m。
其他步骤及参数与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七不同的是，为避免直行相位结束时环形交叉口内滞留的直行车影响东西左转车流的通行，△t2满足以下条件：
△t2＝l2/vs
其中，vs表示直行车辆在环形交叉口内的平均行驶速度，m/s，l2表示直行待驶区的路径长度，m。
其他步骤及参数与具体实施方式六或七相同。
实施例
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
如图1所示，环岛交织段为2车道，相邻进口的交织段每车道长度为30m、左转车在环岛内排队时的车头间距为6m，当任意一个进口道每信号周期左转车辆数超过6辆时，二次停车法将失效，可采用本方法。
本实施例所述一种环形交叉口车辆通行控制方法按照以下步骤进行：
1)图1环形交叉口的上下左右4条交叉道路分别对应北南西东方，则这4条道路可分为南北方向和东西方向；
相位设计方案见表1：
表1信号相序方案
2)南北方向的进口道交通信号灯的直行相位开启，同时东西方向待转区交通信号灯开启，南北方向的进口道停车线后的直行(直行车道内、直行右转合用车道内的直行)车辆进入南北方向的直行待驶区等待通行，东西方向的左转弯待转区内车辆先于东西方向的进口道停车线后的左转(左转道内)车辆离开环形交叉口；t1时间后，东西方向的进口道交通信号灯的左转相位也关闭；再过△t1时间后，东西方向待转区交通信号灯也关闭；
3)南北方向的待驶区交通信号灯开启，南北方向的直行待驶区内的车辆先于南北方向的进口道停车线后的直行(直行车道内、直行右转合用车道内的直行)车辆离开环形交叉口；与此同时，南北方向的进口道交通信号灯的左转相位开启，南北方向左转车辆进入南北方向左转弯待转区等待通行；t2时间后，南北方向的进口道交通信号灯的直行相位也关闭；再过△t2时间之后，南北方向待驶区交通信号灯也关闭；
4)南北方向待转区交通信号灯开启，同时东西方向的进口道交通信号灯的直行相位开启时，南北方向的左转弯待转区内车辆先于南北方向的进口道停车线后的左转(左转车道内)车辆离开环形交叉口，东西方向的进口道停车线后的直行(直行车道内、直行右转合用车道内的直行)车辆进入东西方向的直行待驶区等待通行；t3时间后，南北方向的进口道交通信号灯的左转相位也关闭；再过△t1时间后，南北方向待转区交通信号灯也关闭；
5)东西方向的待驶区交通信号灯开启，东西方向的直行待驶区内的车辆先于东西方向的进口道停车线后的直行(直行车道内、直行右转合用车道内的直行)车辆离开环形交叉口；与此同时，东西方向的口进道交通信号灯的左转相位开启，东西方向左转车辆进入东西方向左转弯待转区等待通行；t4时间后，东西方向的进口道交通信号灯的直行相位也关闭；再过△t2时间之后，东西方向待驶区交通信号灯也关闭；
6)重复步骤2)至步骤5)直至通行控制停止。
若南北左转相位的结束时间为8:00:15(即南北左转弯待转区信号灯的结束时间)，南北进口道左转车道停车线至左转弯待转区停车线的路径长度35m，南北左转车辆在环岛内的平均行驶速度为7m/s，则南北进口道左转信号灯应在8:00:10结束绿灯。
若东西直行相位的结束时间为8:00:45(即东西直行待驶区信号灯的结束时间)，东西进口道直行车道停车线至直行待驶区停车线的路径长度32m，东西方向直行车辆在环岛内的平均行驶速度为8m/s，则东西进口道直行信号灯应在8:00:41结束绿灯。
本实施例方法与现有方法相比，可均衡利用环形交叉口内的道路空间资源，空间资源利用效率提高约25％，车均延误减小，提高了交叉口通行能力。
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。