一种全感应式综合待行控制方法与流程

本发明属于智能交通控制技术领域，涉及一种全感应式综合待行控制方法。

背景技术：

信号控制交叉口内部，任意进口方向的左转机动车与其他道路使用者形成大量的交通冲突点。为了应对中高负荷的左转机动车交通量，通常要求对信号控制交叉口的进口道和出口道做展宽处理，设置左转专用进口车道，实现上游路段与进口道、进口道与出口道的交通服务能力匹配，采用保护左转的相位显示顺序，安全地管理交通冲突，高效地服务通行需求。

城市建成区的道路用地紧张，一些信号控制交叉口无法展宽进口道和出口道，为了缓解机动车交通需求高峰时段的交通拥堵现象，往往采取限制机动车左转的做法，迫使左转机动车进行长距离绕行，不仅给驾驶员造成了不便，也可能诱发导致交通拥堵的时空转移效应。

近年来，综合待行控制方法的出现，为不具备展宽条件的十字形交叉口提供了一种应对中高负荷左转机动车交通量的新思路。

目前投入实际应用的综合待行控制交叉口具有5个典型技术特点：

(1)在每个进口方向施划两组机动车停止线，远离交叉口的称为预信号停止线，靠近交叉口的称为主信号停止线，它们之间的区域形成综合待行区；

(2)预信号停止线上游的一定距离内进行常态化的车道功能划分，设置左转专用车道、直行专用车道、直右合用车道等；

(3)综合待行区内进行动态化的车道功能划分，使得所有车道可以分时服务左转机动车以及直行和右转机动车；

(4)为每个进口方向安装预信号灯和主信号灯，机动车交通需求高峰时段，预信号灯和主信号灯采用固定配时参数，指挥机动车通过停止线或在停止线后停车，使得综合待行区分时积蓄、交替放行左转机动车以及直行和右转机动车；

(5)机动车交通需求非高峰时段，停用预信号灯，综合待行区内进行常态化的车道功能划分，使用主信号灯实施常规交通控制。

目前投入实际应用的综合待行控制交叉口面临3个重要技术难题：

(1)综合待行控制启用时段，驾驶员不易正确理解交通控制设施的指示，如不借助执勤民警的现场指挥，容易经常性地出现错误的驾驶行为，破坏预信号灯和主信号灯的协同工作机制，存在一定的交通事故隐患；

(2)综合待行控制启用时段，固定信号配时无法有效化解固定不变的综合待行区长度与动态变化的机动车通行需求之间的矛盾，如不借助执勤民警的现场指挥，容易经常性地出现通行空间和时间资源浪费或不足的现象，降低交叉口通行效率；

(3)综合待行控制启用时段，固定信号配时无法根据综合待行区内的交通运行状况动态调整预信号灯与下游主信号灯的绿灯结束时间差，如不借助执勤民警的现场指挥，容易经常性地出现综合待行区清空车辆不彻底或车辆清空时间过长的现象，存在一定的交通事故隐患，降低交叉口通行效率。

技术实现要素：

面向无法展宽进口道和出口道的十字形交叉口，以简化并规范交通控制设施的选用和安装方式、充分利用综合待行区的通行空间资源、及时响应机动车通行需求的动态变化为基本目的，提出一种全感应式综合待行控制方法。

从实施条件、交通控制设施、交通运行组织、交通数据检测、绿灯时间管理5个方面叙述本发明的技术方案。

一、实施条件

(1)各个进口方向的综合待行区长度不低于50m；

(2)各个进口方向的进口车道总数相同；

(3)各个出口方向的出口车道总数相同；

(4)相对进口方向的左转机动车常规运行轨迹不相交。

二、交通控制设施

全感应式综合待行控制交叉口选用的交通控制设施包括主信号灯、预信号灯、可变信息标志、辅助标志以及常规的道路交通标线。

在对向出口道的起始位置，采用悬臂式安装，为主信号停止线后的每条车道提供1组主信号灯，每组主信号灯由竖向排列的5个图形单元构成，自上而下分别是红色圆形、黄色圆形、绿色圆形、黄色箭头、绿色箭头。按照主信号停止线后的车道功能使用图形单元，左转车道使用红色圆形、黄色箭头、绿色箭头，直行车道、直行或左转车道、直行或右转车道使用红色圆形、黄色圆形、绿色圆形。

在预信号停止线下游5～10m处，采用悬臂式安装，为预信号停止线后的每条车道提供1组预信号灯，内侧车道的预信号灯由竖向排列的4个图形单元构成，自上而下分别是红色箭头、黄色闪烁圆形、黄色箭头、绿色箭头；其他车道的预信号灯由竖向排列的3个图形单元构成，自上而下分别是红色圆形、黄色/黄色闪烁圆形、绿色圆形。启用综合待行控制时，按照预信号停止线后的车道功能使用图形单元，左转车道使用红色箭头、黄色箭头、绿色箭头，直行车道、直行或右转车道使用红色圆形、黄色圆形、绿色圆形。启用常规交通控制时，所有车道只使用黄色闪烁圆形。

在主信号停止线上游1～5m处安装第1类可变信息标志，它由1组位于上方的可变文字标志和1组位于下方的可变车道行驶方向标志构成。可变文字标志的显示内容包括综合待行控制启用中、常规交通控制启用中。内侧车道的可变车道行驶方向标志的显示内容包括左转导向箭头、直行导向箭头、直行或左转导向箭头；外侧车道的可变车道行驶方向标志的显示内容包括左转导向箭头、直行或右转导向箭头；中间车道的可变车道行驶方向标志的显示内容包括左转导向箭头、直行导向箭头。

在预信号停止线下游5～10m处以及上游40～50m处，分别安装第2类可变信息标志，它由1组位于上方的可变文字标志和1组位于下方的可变车道行驶方向标志构成。可变文字标志的显示内容包括综合待行控制启用中、常规交通控制启用中。内侧车道的可变车道行驶方向标志的显示内容包括左转导向箭头、直行或左转导向箭头；外侧车道的可变车道行驶方向标志显示直行或右转导向箭头；中间车道的可变车道行驶方向标志显示直行导向箭头。

在预信号灯杆上安装“红灯亮时禁止通行”的辅助标志。

在主信号停止线后40m距离内，施划禁止跨越同向车道分界线。在预信号停止线后40m距离内，施划禁止跨越同向车道分界线。自预信号停止线至下游的禁止跨越同向车道分界线起点，施划可跨越同向车道分界线。自主信号停止线至预信号停止线上游40m处，禁止施划任何导向箭头。

三、交通运行组织

全感应式综合待行控制交叉口的相位编号方式如下：

主信号相位K1，用以控制南北进口主信号停止线后的机动车；

主信号相位K2，用以控制东西进口主信号停止线后的机动车；

预信号相位K11，用以控制南北进口预信号停止线后的左转机动车；

预信号相位K12，用以控制南北进口预信号停止线后的直行和右转机动车；

预信号相位K21，用以控制东西进口预信号停止线后的左转机动车；

预信号相位K22，用以控制东西进口预信号停止线后的直行和右转机动车；

行人相位P1，用以控制南北两侧人行横道的行人；

行人相位P2，用以控制东西两侧人行横道的行人。

利用上述相位，全感应式综合待行控制交叉口可以采用2种相位显示顺序：

(1)南北左转前置、东西左转前置；

(2)南北左转前置、东西直行前置。

南北左转前置、东西左转前置的相位显示顺序具有以下8种基本通行状态，状态1至状态8依次执行、循环往复：

状态1：相位K1、K11、K21显示绿灯；

状态2：相位K1、K21显示绿灯；

状态3：相位K2、K21、K12显示绿灯；

状态4：相位K2、K12显示绿灯；

状态5：相位K1、P2、K12、K22显示绿灯；

状态6：相位K1、P2、K22显示绿灯；

状态7：相位K2、P1、K22、K11显示绿灯；

状态8：相位K2、P1、K11显示绿灯。

南北左转前置、东西直行前置的相位显示顺序具有以下8种基本通行状态，状态1至状态8依次执行、循环往复：

状态1：相位K1、K11、K22显示绿灯；

状态2：相位K1、K22显示绿灯；

状态3：相位K2、P1、K22、K12显示绿灯；

状态4：相位K2、P1、K12显示绿灯；

状态5：相位K1、P2、K12、K21显示绿灯；

状态6：相位K1、P2、K21显示绿灯；

状态7：相位K2、K21、K11显示绿灯；

状态8：相位K2、K11显示绿灯。

全感应式综合待行控制交叉口的绿灯时间分配遵循以下6项原则：

(1)1个信号周期内，每个主信号相位可以显示2次绿灯(1次服务左转机动车，1次服务直行和右转机动车)，每个预信号相位以及行人相位只显示1次绿灯；

(2)为了最大限度地利用综合待行区积蓄机动车，预信号相位的最早绿灯启亮时刻等于该相位下游的主信号相位的红灯启亮时刻；

(3)若无车辆连续驶入综合待行区，预信号相位的最早绿灯结束时刻等于该相位下游的主信号相位的红灯结束时刻；

(4)若有车辆连续驶入综合待行区，预信号相位的最迟绿灯结束时刻等于该相位下游的主信号相位的最大绿灯时间减去综合待行区清空车辆所需的时间；

(5)下一绿灯主信号相位的绿灯启亮时刻等于当前绿灯主信号相位的绿灯结束时刻加上当前绿灯主信号相位与下一绿灯主信号相位的绿灯间隔时间；

(6)行人相位的绿灯时间根据并发主相位服务直行和右转机动车的最小绿灯时间以及相关的绿灯间隔时间确定。

四、交通数据检测

在主信号停止线上游40m处，为每条车道布设“近端检测器”。每个近端检测器自所在进口方向的主信号相位的最小绿灯时间结束时刻至绿灯结束时刻，实时采集车头时距数据。

在预信号停止线下游1～3m处，为每条车道布设“远端检测器”。每个远端检测器自所在进口方向的主信号相位的红灯结束时刻至绿灯结束时刻，实时采集车头时距数据。

五、绿灯时间管理

(1)预信号相位

对于当前绿灯预信号相位的绿灯时间管理产生影响的交通事件[TEpre(no.)]包括：

TEpre(1)：当前绿灯预信号相位下游的主信号相位处于红灯结束时刻或正在显示绿灯；

TEpre(2)：当前绿灯预信号相位下游的主信号相位的绿灯时间达到最大绿灯时间减去远端检测器确认综合待行区清空车辆的车头时距阈值；

TEpre(3)：当前绿灯预信号相位无车辆连续驶入综合待行区，即该相位所属车道预信号停止线下游的远端检测器采集的车头时距先后大于该类检测器确认车辆连续通行需求的车头时距阈值；

TEpre(4)：当前绿灯预信号相位下游的主信号相位的绿灯时间达到最小绿灯时间；

TEpre(5)：当前绿灯预信号相位下游的主信号相位无车辆连续接近主信号停止线，即该相位所属的每个进口方向的绝大多数近端检测器采集的车头时距先后大于该类检测器确认车辆连续通行需求的车头时距阈值。

当满足下列条件之一时，当前绿灯预信号相位立即切断绿灯，TEpre(no.)＝1表示交通事件TEpre(no.)已发生或正在发生，TEpre(no.)＝0表示交通事件TEpre(no.)尚未发生：

条件1：[TEpre(1)＝1]&[TEpre(3)＝1]；

条件2：[TEpre(1)＝1]&[TEpre(4)＝1]&[TEpre(5)＝1]；

条件3：TEpre(2)＝1。

(2)主信号相位

对于当前绿灯主信号相位的绿灯时间管理产生影响的交通事件[TEmain(no.)]包括：

TEmain(1)：当前绿灯主信号相位的绿灯时间达到最小绿灯时间；

TEmain(2)：当前绿灯主信号相位的绿灯时间达到最大绿灯时间；

TEmain(3)：当前绿灯主信号相位上游的所有预信号相位显示黄灯或红灯；

TEmain(4)：当前绿灯主信号相位无车辆连续接近主信号停止线，即该相位所属的每个进口方向的绝大多数近端检测器采集的车头时距先后大于该类检测器确认车辆连续通行需求的车头时距阈值；

TEmain(5)：当前绿灯主信号相位所属的每个进口方向的综合待行区已清空车辆，即该相位所属的每个进口方向的所有远端检测器采集的车头时距同时大于该类检测器确认综合待行区清空车辆的车头时距阈值、所有近端检测器采集的车头时距同时大于该类检测器确认综合待行区清空车辆的车头时距阈值。

当满足下列条件之一时，当前绿灯主信号相位立即切断绿灯，TEmain(no.)＝1表示交通事件TEmain(no.)已发生或正在发生，TEmain(no.)＝0表示交通事件TEmain(no.)尚未发生：

条件1：[TEmain(1)＝1]&[TEmain(3)＝1]&[TEmain(4)＝1]&[TEmain(5)＝1]；

条件2：[TEmain(2)＝1]&[TEmain(5)＝1]。

(3)行人相位

若当前绿灯行人相位的绿灯时间达到根据并发主相位服务直行和右转机动车的最小绿灯时间以及相关的绿灯间隔时间计算的绿灯时间，当前绿灯行人相位立即切断绿灯。

附图说明

图1是全感应式综合待行控制交叉口的交通控制设施图。

图2是全感应式综合待行控制交叉口的相位编号图。

图3是全感应式综合待行控制交叉口的相位显示顺序图。

具体实施方式

以同为双向6车道的两条道路相交而成的十字形交叉口为例，介绍全感应式综合待行控制方法的实施方式。

交通控制设施的选用和安装方式，见图1。第1类可变信息标志具有2种显示状态，第2类可变信息标志具有4种显示状态，根据常规交通控制启用后实施的相位显示顺序，执行状态3a或状态3b。

相位编号方式，见图2。K1是K11、K12的下游主相位且与P2并发，K2是K21、K22的下游主相位且与P1并发。

两种相位显示顺序，见图3。对于南北左转前置、东西左转前置的相位显示顺序，若相位K11无车辆连续驶入综合待行区，可以跳过状态1；若相位K21无车辆连续驶入综合待行区，可以跳过状态3；若相位K12无车辆连续驶入综合待行区，可以跳过状态5；若相位K22无车辆连续驶入综合待行区，可以跳过状态7。对于南北左转前置、东西直行前置的相位显示顺序，若相位K11无车辆连续驶入综合待行区，可以跳过状态1；若相位K22无车辆连续驶入综合待行区，可以跳过状态3；若相位K12无车辆连续驶入综合待行区，可以跳过状态5；若相位K21无车辆连续驶入综合待行区，可以跳过状态7。

近端检测器确认车辆连续通行需求的车头时距阈值取3s。

远端检测器确认车辆连续通行需求的车头时距阈值取2s。

近端检测器确认综合待行区清空车辆的车头时距阈值取3s。

远端检测器确认综合待行区清空车辆的车头时距阈值等于综合待行区长度与车道限制车速的比值并向上取整。

交通事件TEpre(5)中的绝大多数近端检测器是指每个进口方向的3个近端检测器中的任意2个。

交通事件TEmain(4)中的绝大多数近端检测器是指每个进口方向的3个近端检测器中的任意2个。