专利名称：双层信号灯控制平交组合节点及其设置方法
技术领域：
本发明涉及一种道路交接方式，旨在平面解决因车辆转向造成的信号灯控制平交节点通行能力降低的问题，属于交通工程技术领域。
背景技术：
信号灯控制平面交叉口是城市道路中最重要的一种节点形式，虽然其数量只占城市道路节点总数的10％左右，但却控制着90％以上的城市交通，城市交通的拥堵也大多发生于此，因此如何提高其通行能力、减少延误一直是城市交通领域研究探讨的主题，发明人通过对信号灯控制平面交叉口交通特性的分析研究，设计出一种新型节点——双层信号灯控制平交组合节点，在不削减节点功能的前提下将信号灯控制平交节点的通行能力提高一倍。
信号灯控制平交节点是指交汇道路采用平面交叉方式，交叉口处设有信号灯控制装置，各交汇道路上的车辆和行人根据规则按照信号灯的指示分时通过的交叉口。对于四路汇交路口而言，汇集于此的交通流由机动车、非机动车和行人组成，每条道路上的机动车到达节点后，都有四个方向的路径选择，如果不考虑车辆掉头情况，各进口道路上的车辆也有三个可能的流向，这样在交叉口内的机动车就有十二个可能流向。与此同时，各道路两旁设有非机动车道和人行道，如果将非机动车和行人都按照直行通过交叉口统一考虑的话，也会有四路双向非机动车和行人穿越交叉口。这样，交叉口处的交通流共有16种形态，如图1所示。
由于各向交通流通过交叉口时会产生各种冲突，从而引发混乱并导致交通事故的发生，所以采用信号灯控制的方式使各路交通流有序地通过节点，同时通过节点的交通流须彼此之间没有冲突。
信号灯控制平面交叉口对各路交通流进行周期性放行，放行方式根据周期的分割程度分为二相位控制和四相位控制；按照放行的编组方式可分为单路放行和对向匹配放行，表1列举了各种放行方式的分组模式。
事实上，表1中所列的二相位和四相位单路放行方式仍然存在转向与直行间的交通冲突，尤其是在二相位的放行方式下，随着左转量的比例增大，通行能力显著下降，因此只适用于转向车辆和非机动车及行人量较少的情况，只有四相位对向匹配的放行方式是完全无冲突的放行方式，但此时由于一个放行周期被分割成了四个部分，致使其通行能力仅能达到路段通行能力的1/4左右，与二相位禁左的情况相比通行能力将减少一半左右。
表1信号灯控制放行分组方案
信号灯控制平交节点的最大弊端就是在左转量随着交通量的增大而增加的同时其通行能力会大幅度降低，从而出现交通量越大通行能力越小的背反现象，目前已有的解决方案是采取禁止左转和左转变右转的方法，以使交叉口保持两相位时的最大通行能力。
禁左方案取消了该节点的左转功能，是以功能缩减来换取较大的通行能力，非不得已时不宜采用，因为左转需求依然存在，必须予以满足。
左转变右转是在苜蓿叶式互通立交中采用的转向处理方式，在信号灯控制平面交叉口中很少采用，此时我们称之为双右转分离式信号灯控制平交节点。如图2所示，在信号灯控制节点的交汇道路间设置连接匝道，右转车辆在主路口前的右转分流节点处实现右转，左转车辆则在通过主路口后利用右转匝道以回旋右转的方式完成左转，这样在主路口处就只有两个方向的直行间的冲突存在，二相位控制就可做到无冲突放行，在不拓宽路口的情况下通行能力即可达到接近路段的一半，但这种方式有三个弊端(1)左转的绕行距离大；(2)左转车辆需两次通过路口，增加节点压力；(3)匝道进出口间的主路上存在交织冲突。
发明内容
为了解决信号灯控制平交节点的通行能力随交通量增大而降低的矛盾，本发明推出一种新型道路节点——双层信号灯控制平交组合节点，该节点不仅具有普通信号灯控制平交节点的全部功能，而且具有大于禁左右及双右转分离式信号灯控制平交节点的通行能力，左转车辆的绕行长度亦比双右转分离式信号灯控制平交节点有所减少。
本发明所采用的技术方案(1)将交汇道路间的交叉点作为主节点，采用二相位信号灯控制平交方式，该处只允许车辆和行人直行通过，禁止左右转向，左右转向功能由其四周的副节点处实现，主节点的进口和出口道路划分左转和直行车道；(2)如图3所示，在主节点四周的道路上设置四个信号灯控制平交节点作为副节点，副节点间由匝道(或支路)连接，用于实现节点的转向功能，右转车辆在到达主节点前由副节点进入转向匝道实现右转，左转车辆在绿灯情况下直行通过主节点后到达副节点，并在副节点处的左转信号灯为绿灯时左转进入连接匝道完成左转；(3)如图4所示，出口道路上的直行车辆不受副节处的信号控制约束，进口道路上的车辆则受副节点的信号灯控制，双层信号灯采用联动系统进行控制，各匝道出口可设置为主路优先路口；(4)节点的运行方案可随交通量的变化进行调解变换，在交通流量允许时，即指在主节点处直接左转时的通行能力能够满足交通流量的需求时。一般情况下，当交通流量不超过路段通行能力的1/4是即可主节点可开启左转相位直接放行左转，以减少左转的绕行损失。该方案的左转处理方法适用于四肢道路交叉处，亦可应用于三肢和多肢节点处。
本发明的双层信号灯控制平交组合节点，其特征在于，该组合节点由主节点和副节点组成，汇交道路间采用平面交叉作为一个主节点，汇交道路间在距主节点一定距离处用匝道或支路进行连接，各连接所形成的节点作为四个副节点，主副节点用信号灯联动控制。
本发明的双层信号灯控制平交组合节点，其特征在于主节点的进口和出口道路划分左转和直行车道，出口道路上的直行车辆不受副节点处的信号控制约束，进口道路上的车辆则受副节点的信号灯控制，主节点只允许车辆直行通过，禁止左、右转向，车辆转向在副节点处实现，车辆右转在到达主节点前的副节点处进行，车辆左转在通过主节点后由出口道路上的副节点处左转进入转向匝道来实现。
本发明的双层信号灯控制平交组合节点设置方法，其特征在于主副节点均为二相位信号灯控制平交节点，所有信号灯采用联动配时控制，当一个方向主节点处为绿灯时，该方向前方副节点的左转向设置为红灯，而该副节点左侧道路的直行和右转向信号灯则设置为绿灯；当该方向的绿灯结束变为红灯后，该方向前方副节点的左转向灯由红变绿，而该副节点左侧道路的直行和右转向信号灯则由绿变红；车辆左转是利用主节点红灯方向主路闲置的时空资源进行的，即利用出口道路的部分车道作为等待区，同时将左侧进口道路用信号灯控制的方法将等待车流截为两部分，左转车辆即从其间的空档左转进入转向匝道或支路实现左转。
本发明的科学依据在只允许直行通过的二相位控制情况下，当一对直行车流通过交叉口时，另一对车流将在进口停车线以后排队等待，此时等待方向的出口道路上将出现清空现象，清空长度与红灯时间长度成正比，这段道路资源在红灯时段内处于闲置状态，而与其平行的左侧进口车道上有车辆不断的驶向交叉口并排队等候，对于这些车辆而言，停车等待也是处于一种无效率状态。进一步研究表明，停车间距在一定范围内的增大不会影响绿灯时路口的通过量，也就是进口道路的车辆可以分段停于不同位置，这样在两段停车队列间留出的空间就可以用来实现车辆的左转。
本发明的优点在于车辆左转利用了直行等待时的闲置时空资源，车辆左转不降低主节点的通行能力，并且车辆左转的绕行距离比双右转分离式信号灯控制平交节点形式有所减少。
图1四路节点交通流形态示意图。
图2双右转分离式信号灯控制平交节点示意图。
图3双层信号灯控制平交组合节点设计示意图。
图4双层信号灯控制平交组合节点运行示意图。图中实线为红灯，虚线为绿灯。
图5双层信号灯控制平交组合节点设计局部示意图。
具体实施例方式
以下具体说明本发明的具体道路设计和配时方案。
1、主副节点间中心距离的确定1)确定左转等待区的排队车辆数目n，n为主节点在该方向的有效绿灯时间内一条车道可能通过的车辆数，它与该车道的通行能力和有效绿灯时间成正比，即n＝qg (1)式中q-单车道过口能力，单位为辆/s，根据实际交通情况确定，可取0.5辆/s；g-有效绿灯时间，单位为s，根据实际交通情况确定。
2)确定主节点停车线至前方副节点左转停车线的距离LQ值，LQ-2LZ≥nd即LQ＝nd+2LZ+La(2)式中n-左转等待区的排队车辆数目，单位为辆；d-停车排队时的车头间距，单位为m，d＝6~7m，La-安全段长度，单位为m。
3)由停车线间距决定主副节点中心距离L，即L＝LQ-LZ+LF(3)式中L-主道与匝道中心线间距，单位为m；LQ-主节点停车线至前方副节点左转停车线的距离，单位为m；LZ-主节点停车线至主路中心线距离，单位为m；LF-副节点停车线至匝道中心距离。
2、信号灯配时双层信号灯控制平交组合节点的所有信号灯采用联动配时控制，主副节点均为二相位信号灯控制平交节点，所有信号灯采用联动配时控制，当一个方向主节点处为绿灯时，该方向前方副节点的左转向设置为红灯，而该副节点其左侧道路的直行和右转信号灯设置则为绿灯；当该方向的绿灯结束变为红灯后，该方向前方副节点的左转向灯由红变绿，而该副节点左侧道路的直行和右转信号灯由绿变红；主副节点的信号切换可以是同步的，也可以错开一个时段，具体配时方案应当根据交通流量和车辆过口能力而定。在主节点信号由绿变红后，副节点信号的切换应能保证主节点停车线后有足够的排队等待车辆，以便在下一个绿灯开启后，后面副节点处等待的车辆能够在主节点处追上前面的车队，以保证车流连续通过主节点而不影响主节点的通过能力，同时又要控制车辆能被容纳而不致溢出。
本发明所述双层信号灯控制平交组合节点的左转方式不单独占用主节点配时，在二相位情况下即可实现车辆左转，因此与具有左转功能的普通四相位信号灯控制平交节点相比，通行能力可提高一倍。
权利要求
1.双层信号灯控制平交组合节点，其特征在于，该组合节点由主节点和副节点组成，汇交道路间采用平面交叉作为一个主节点，汇交道路间在距主节点一定距离处用匝道或支路进行连接，各连接所形成的节点作为四个副节点，主副节点用信号灯联动控制。
2.根据权利要求1所述的双层信号灯控制平交组合节点，其特征在于主节点的进口和出口道路划分左转和直行车道，出口道路上的直行车辆不受副节点处的信号控制约束，进口道路上的车辆则受副节点的信号灯控制，主节点只允许车辆直行通过，禁止左、右转向，车辆转向在副节点处实现，车辆右转在到达主节点前的副节点处进行，车辆左转在通过主节点后由出口道路上的副节点处左转进入转向匝道来实现。
3.根据权利要求1所述的双层信号灯控制平交组合节点设置方法，其特征在于主副节点均为二相位信号灯控制平交节点，所有信号灯采用联动配时控制，当一个方向主节点处为绿灯时，该方向前方副节点的左转向设置为红灯，而其左侧道路的副节点处直行和右转向信号灯则设置为绿灯；当该方向的绿灯结束变为红灯后，该方向前方副节点的左转向灯由红变绿，而其左侧道路的副节点处直行和右转向信号灯则由绿变红；车辆左转是利用主节点红灯方向主路闲置的时空资源进行的，即利用出口道路的部分车道作为等待区，同时将左侧进口道路用信号灯控制的方法将等待车流截为两部分，左转车辆即从其间的空档左转进入转向匝道或支路实现左转。
4.根据权利要求1所述的双层信号灯控制平交组合节点设置方法，其特征在于1)确定左转等待区的排队车辆数目n，n为主节点在该方向的有效绿灯时间内一条车道可能通过的车辆数，它与该车道的通行能力和有效绿灯时间成正比，即n＝qg，其中q为单车道过口能力，g为有效绿灯时间；2)确定主节点停车线至前方副节点左转停车线的距离LQ值，LQ＝nd+2LZ+La，其中n为左转等待区的排队车辆数目，d为停车排队时的车头间距，La为安全段长度；3)由停车线间距决定主副节点中心距离L，即L＝LQ-LZ+LF，其中L为主副节点中心距离中心线间距，LQ为主节点停车线至前方副节点左转停车线的距离，LZ为主节点停车线至主路中心线距离，LF为副节点停车线至匝道中心距离。
全文摘要
本发明属交通工程领域，平面解决因车辆转向造成的信号灯控制平交节点通行能力降低的问题。双右转分离式弊端左转绕行距离大，需两次通过路口，增加节点压力；匝道进出口间的主路上存在交织冲突。该组合节点由主副节点组成，汇交道路间采用平面交叉作一个主节点，汇交道路间在距主节点一定距离处用匝道或支路进行连接形成四个副节点，主副节点用信号灯联动控制。出口道路上的直行车辆不受副节点处的信号控制约束，进口道路上的车辆则受副节点的信号灯控制，主节点只许直行通过，右转在到达主节点前的副节点处进行，左转在通过主节点后由出口道路上的副节点处左转进入转向匝道来实现。本发明车辆左转利用了直行等待时的闲置时空，且绕行距离减少。
文档编号G08G1/07GK1804930SQ200610000049
公开日2006年7月19日 申请日期2006年1月6日 优先权日2006年1月6日
发明者杨永勤, 刘小明, 荣建, 赵连文 申请人:北京工业大学