一種相向雙通四邊道常通次路口換向的主次紅綠燈路口

涉及現(xiàn)代城市交通控制領(lǐng)域，尤其涉及非常普遍的平面道路交叉點的紅綠燈路口的智能優(yōu)化交通指揮，低成本高通行率的道路運管范疇。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，在中國，家用汽車已象80年代末的自行車一樣普及，其占地、占路面積也遠遠今非昔比，以至于馬路拓寬新建都趕不上形勢發(fā)展，甚至波及至二三線城市。究其原因除了道路建設以外，還有道路單位時間利用率的問題，尤其是沿用了快一個世紀的平面交通交叉、交錯節(jié)點為代表的紅綠燈路口，其極底的通過率，使車輛滯留在路面上的時間較長，嚴重遏制現(xiàn)代交通的暢行和路面利用率。

這里簡單分析一下：

現(xiàn)行紅綠燈路口的基本組成：

1．道路。2，紅綠燈。3.導流線。4.安全島。大多數(shù)路口基本屬于獨立控制，不具備相互聯(lián)動性，也就不具備優(yōu)化、調(diào)控的能動性。

現(xiàn)行紅綠燈路口通行狀況：

以具有代表性的4向3車道十字路口為例，（圖1）將3車道4方向12個自由行駛道分別編為（a，b，c）.（ a1，b1，c1）. （ a2，b2，c2）. （a 3.b3.c3），目前通常有三種通行模式，普遍缺點是通過率極低，道路利用率極差。

1.3/12模式：

即（a，b，c）.（ a1，b1，c1）. （ a2，b2，c2）. （a 3.b3.c3） 任意一方向組通過路口時，其它三個方向等待，在車道數(shù)、通過紅綠燈的秒數(shù)相同、道路都滿負荷的情況下，通過路口的效率，相對于立交橋單位時間通過各方向車輛的立體交通100%的通過率而言，就只相當于3/12=25%通過率。

2.4/12模式：

即任意b，c相向雙通的狀態(tài)，如（b，c）+（b2，c2）的相向狀態(tài)，單位時間內(nèi)通過各方向車輛的效率為4/12=33%的通過率，且不是常態(tài)，占整個路口交通狀態(tài)不到1/2時間，以1/2計，整個路口的綜合通過率（25%+33%）/2=29%。遠遠低于立交、立體100%的通過率。

3.4.5/12模式：

即3/12、4/12模式下，不帶箭頭的圓餅燈的路口任意c道（即c+c1+ c2+ c3且稱為4c常態(tài)---四邊道常通）車輛在禮讓行人的前提下，隨時可以右行，實際通過率也就相當于在4/12模式上+0.5，稱之為 4.5/12模式。最多是37%的通過率。

較嚴重的是在很多擁堵的情況，1、前方車輛已經(jīng)飽和綠燈還顯示通過，許多車輛還是會往前湊，更嚴重地添堵在十字路口，這里稱之為“飽和堵”。2、另一種擁堵情況是“等待堵”，即另一個方向放空（顯示綠燈卻無車輛通過），這個方向因排隊等待而產(chǎn)生此生擁堵，也會嚴重降低整個路口的通過率，越堵、越添堵。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

一種相向雙通四邊道常通次路口換向的主次紅綠燈路口：

基本組成部分：在1.道路，2，紅綠燈，3.導流線，4.安全島，的基礎上增設了5.二次紅綠燈，6.換向調(diào)頭口，7. 有智能化接口的互聯(lián)或獨立的簡易智能聯(lián)動裝置。

簡要說明：還是以3車道4方向12個自由行駛度具有代表意義的十字路口為例，（圖2）（圖7）在右行交通規(guī)則（簡稱右舵）下統(tǒng)統(tǒng)取消左行，【左行交通規(guī)則（簡稱左舵）的統(tǒng)統(tǒng)取消右行】，添加二次紅綠燈，變左行燈為直行或右行，使主路口只有兩種相向雙通狀態(tài)，（圖2中的A-A或B-B）則至少可以實現(xiàn)6/12模式，如相對方向的（a，b，c）+（ a2，b2，c2），在圖2中的上下A-A向狀態(tài)，或（a1，b1，c1）+（a 3.b3.c3）左右B-B向狀態(tài)（限于圖幅，未標注的附圖仍然是左右為B-B向，下同）的車輛可以一次一致通過，是3/12模式的200%通過率。

如果加上其他2c(c1+ c3)四邊道常通狀態(tài)則為8/12=66.6%, 并輔以不放空（即綠燈方無車另一方等待成車堵的狀態(tài)）、不放滿（即前方車輛已經(jīng)飽和綠燈還在放行的飽和堵的狀態(tài)）的簡易地磁感應智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)（此技術(shù)目前已經(jīng)相對成熟，這里就毋庸贅述了）提高10～20%的通過率，約是現(xiàn)在3/12模式的300%通過率，接近立體交通的70～80%（也許有點夸張，但立交也不都是滿負荷的，只是相對而言，如果銜接未來全面智能化應該可以的）。尤其相對于兩車道四方向的微型紅綠燈路口，更加高效。

左行的車輛主要是并入直行或右行，利用主路口變換狀態(tài)的閑時通過調(diào)頭口實現(xiàn)換向的，根本不影響主路口的通過率，由于二次紅綠燈的特殊聯(lián)動阻斷作用（有兩種與主紅綠燈同步狀態(tài)，高峰狀態(tài)和常規(guī)狀態(tài)），在高峰狀態(tài)下，即使路面布滿了車輛，同樣可以暢通無“堵”。

附圖說明：

圖1是現(xiàn)行4向3車道基本紅綠燈路口圖。

圖2是雙直通的新一代紅綠燈路口圖。

圖3是化左為右取消左行的系統(tǒng)圖。

圖4是化左為右取消左行二次紅綠燈路口局部圖。

圖5是化左為直取消左行的系統(tǒng)圖。

圖6是化左為直取消左行二次紅綠燈路口局部圖。

圖7是主次道紅綠燈圖案圖。

圖8是紅綠燈時間分配標準的分析圖。

圖9是簡易疏堵器布置圖。

圖10是“雙化”調(diào)頭兼容圖。

圖11是老舊城區(qū)極低成本拓展高速主干道圖。

圖12是左行交通規(guī)則下的化右為左圖。

圖13是左行交通規(guī)則下的化右為直圖.。

圖中主要組成都是統(tǒng)一標注的，即 ①、碎點圓圈代表行人或非機動車輛，②、調(diào)頭口DTK.③、待通過車輛，④、在通過車輛，⑤、地面導流線，⑥、兩車道都禁止直行的紅燈，⑦安全島，⑧、兩車道禁止直行可以右行的紅綠燈，⑨、兩車道可直行調(diào)頭可右行的綠燈，⑩、兩車道可直行可右行的綠燈，⑾、3車道兩車道直行1車道右行兼化左為右的綠燈，⑿、兩車道都可直行的綠燈。

具體實施的規(guī)則：

以在右行交通規(guī)則下統(tǒng)統(tǒng)取消路口左行燈變成直行燈+右行疏導燈為例：

一、化左為右，取消左行燈：（圖3、圖4、圖7中左下角部分）如A-A向的（a，b，c）的原（a）道車輛在等紅燈時是要等待左轉(zhuǎn)的，現(xiàn)將（a）道改為直行，左轉(zhuǎn)車輛并入右行的c道或b道，c道在禮讓行人（在人流密集的路口A-A向綠燈時c道可顯紅燈強制禮讓行人）的情況下，采取常態(tài)放行，利用B-B向正在通過的待通過的閑時，在c道上行駛到二次紅綠燈的調(diào)頭口處，等待與A-A向綠燈延時同步的綠燈信號調(diào)頭并入B-B向，從而達到充分利用閑時左行變右行的化左為右取消左行燈的目標。該c道常態(tài)右行疏導燈圖案應顯示為圖7左下方（11）的類似“?”的圖案，由于該右行燈的4c邊道常態(tài)通行，所以有提前變道的機會，如果該右行道路沒有調(diào)頭口則顯示為類似“╭”圖案，表示只能右行。

b車道在直行的情況下可直行可右行，不會因左行并入c道而造成c道的擁堵。

問題是原B-B向的另一側(cè)在調(diào)頭口處正在通過的車輛和后繼車輛如何允許你掉頭和插隊，在B-B向的調(diào)頭口處，安裝一個與A-A向主紅綠燈同步且延時的二次紅綠燈，阻止（a1，b1，c1向）后繼車輛前行，為化左為右的車輛提供調(diào)頭時間、調(diào)頭場地，實現(xiàn)化左為右。

如何取這個適當?shù)恼{(diào)頭口位置，主要取決于：1、高峰期左右行車輛的總和，2、主路口的車道數(shù)及放行時間，3、路面狀況。

不過，此法主要應用在主支道的主干道方向的左轉(zhuǎn)的，如3車道為主干道和2車道為支干道的路口，則主要是為3車道上的左轉(zhuǎn)車輛設計的。如果用于支道車輛左轉(zhuǎn)，則整個路口的通過率會大打折扣。

二、化左為直取消左行燈：（圖5、圖6、圖7中的左上角、右上角、右下角部分）

同理，如正在直行的B-B向6/12狀態(tài)（a1，b1，c1）沒有化左為右的情況下的車輛要左行，在跨過紅綠燈后，在適當?shù)奈恢瞄_設掉頭開，增設（a 3.b3.c3）道的二次延時同步紅綠燈，直行車輛就可以實現(xiàn)左轉(zhuǎn)了，疏導燈的圖案所在車道不同，a1道圖案改成類似“?”的圖案，如圖7中的⑨，代表可直行、可調(diào)頭，如果不允許調(diào)頭，則顯示為的“︱”圖案，圖7中的⑿表示只能直行，從而完全可以取消左行燈了。

此時b1道顯示為“︱”圖案。c1道顯示為“╭”圖案。

不過，此法主要應用于支道的車輛左行，用于主干道車輛左行通過率也會大打折扣。

三、進一步優(yōu)化。

1.A-A向、B-B向的紅綠燈時間分配比標準：以60秒為分配總時間的一個基本單位為例，（實際實施可根據(jù)實際情況調(diào)整）優(yōu)化路口的通過率（圖8）：

由于十字路口四個不同方向的前后紅綠燈間距不同，如圖8中的D-E、D-F、D-G、D-H，又要在相向6/12狀態(tài)下同時相向通過，任一方向都不能擁堵，這就要有個基本時間分配比的標準了。

分別將A-A向分為A長（D-F）A短（D-H）、B-B向分為B長（D-G）B短（D-E）,一般取A短/(B短+A短）×60s=A-A方向的每分鐘（60秒）占用綠燈的秒數(shù)，B-B方向用60s減之即可。

B短、A短是什么概念：當然不能簡單認為是路長L,而應該是車輛通過該路段可能實現(xiàn)的正常時速S,用L/S=T通過該路段的時間才是，即時間概念。由于不同路段舒暢駕駛的速度標準不同，需要實地采集，百度地圖已經(jīng)做過統(tǒng)計。

四、右行、左行簡易疏導智能紅綠燈圖案說明：

智能紅綠燈是可以變換圖案的，以便于在應急的情況下，起到智能疏導的作用。如（圖7）中，將原c道右行指示燈換成具有三種可變換圖案的指示燈，則起到不同的疏導作用：

（1）、在化左為右時，c道指示燈圖案：類似 “?”的。

（2）、在不能右行的情況下，c道則如圖7中⑿里的“︱”直行的指示燈圖案（一般用于兩車道無安全島的情況下），以避開B-B向上已發(fā)生的事故堵、道路維修等等，起改道繞行的作用。

（3）、c道只能右行指示燈圖案“╭”，防支道上車輛以為主干道也可以化左為右的。

還有a1道的指示燈

（1）在化直為左時，指示燈圖案：類似“?”。

（2）沒有調(diào)頭口，只能直行的指示燈圖案“︱”，

具體使用要根據(jù)具體路口可能還會有更豐富的指示燈圖案。

2.保暢通，先化堵：即保證主干道和擁堵道路優(yōu)先放行的原則，自動調(diào)節(jié)A-A、B-B向通行時間比：

（1）.簡易路口智能疏堵器：

（圖9）在A長A短、B長B短來向的遠端80～90%的位置埋設間距為10米的兩個無線地磁感應器（已經(jīng)有成熟的產(chǎn)品）G1、G2，由于多數(shù)車長不超過5米，利用G1G2的通斷次數(shù)、時間差t1-t2=t和定距10米來采集該路段的車輛通過數(shù)量、車速、車堵（G1G2感應器不變換成斷開了）狀況，在A長A短、B長B短的任意一個方向出現(xiàn)擁堵情況，則自動適當延長該方向5s鐘為一個延時單位的通過時間，調(diào)節(jié)擁堵于未然。為不給另一個方向車輛造成次生擁堵，應建立在另一方向原通過時間不減少的基礎上自動將分配總時間的一個基本單位時間調(diào)節(jié)至65s秒，這是飽和堵的調(diào)節(jié)。

如果A短/B短的單位時間來車比大于設計值的2倍，則自動縮短B短5s, 分配總時間的一個基本單位時間調(diào)節(jié)至55s秒，以盡量減少放空，具體調(diào)節(jié)要視實踐后的實際情況來優(yōu)化才好。

（2）.如果兩個方向同時擁堵了，單個路口簡易疏堵器已不能勝任，則自動進入高峰期模式，或通過右行、左行簡易疏導智能紅綠燈銜接遠程人工智能干預調(diào)節(jié)將“雙化車輛”調(diào)至下一個路口，或者直接交警上路協(xié)調(diào)了。

五、特殊調(diào)節(jié)：根據(jù)G1G2感應器采集的車輛通過數(shù)量、車速、車堵情況，由簡易路口智能疏堵器做出三種模式的判斷：

1、常規(guī)狀態(tài)：路面車輛不足，暢通的狀態(tài)，則主次紅綠燈采用正延時方案。

2、高峰狀態(tài)：（1）.在高峰期未出現(xiàn)之前，將主次紅綠燈延時切換為0秒（正常情況下是要延秒的，即正延時），提前將主路口與調(diào)頭口筑空（和圍棋筑眼一樣）筑活；

（2）.如果是路面上布滿了車輛的高峰期，則將二次紅綠燈變成負延時，提前亮紅燈，在主路口與調(diào)頭口之間再次筑空筑活，讓未上路面的車輛在路面以外去等待，這樣即使路面布滿車輛，也能確保路面通行有序、暢通無“堵”。

該路口的主要組成及使用步驟。

1.主要組成：前面已經(jīng)陳述，圖中主要組成都是統(tǒng)一標注的，

(A): 調(diào)頭口DTK.圖中的②。

(B):地面導流線,類似圖中的⑤。

(C)：安全島。圖中的⑦。

(D)：簡易智能疏導器。圖中未作標注，是另項發(fā)明，放置在信號箱里面。

(E): 主、二次紅綠燈圖中還有以下標注：⑥是兩車道都禁止直行的紅燈。⑧是兩車道禁止直行可以右行的紅綠燈。⑨是兩車道可直行調(diào)頭可右行的綠燈。⑩是兩車道可直行可右行的綠燈。⑾是3車道兩車道直行1車道右行兼化左為右的綠燈。⑿是兩車道都可直行的綠燈。

由于添置簡單，所以改造成本極低、施工速度也快。

2.使用步驟：

⑴、先采集和確定單個紅綠燈路口兩個6/12狀態(tài)的紅綠燈時間比。

⑵、再確定4個方向兩個相鄰紅綠燈路口的紅綠燈時間的協(xié)調(diào)比，即按照單個紅綠燈路口A長A短、B長B短不同方向的下一個路口的A短/B短紅綠燈時間比，如圖9中D這個紅綠燈路口與G這個紅綠燈路口的D-G段的相對于D路口為30s、相對于G路口為36s，則取其和的1/2，即（30+36）/2=33s來修正協(xié)調(diào)出該D-G段路口的真正紅綠燈放行時間比,以保證前后紅綠燈路口時間的協(xié)調(diào)比的順暢銜接。

⑶、化左為右的調(diào)頭口位置：（圖12）需要采集該路口高峰期左行車輛的單位時間內(nèi)（如60s)車輛數(shù)，然后計算其排列長度，右行車輛單位時間內(nèi)（60s)車輛數(shù)，然后計算其個方向車輛靜態(tài)排列總長度，以兩個長度的和Σ（以1車道排列長度計）×（該6/12狀態(tài)下的綠燈時間）t/60s=該路口右行方向的化左為右的掉頭口位置，開口寬度以3輛以上小型車可以同時掉頭為準，不僅因為調(diào)頭速度慢，更有兼顧6/12狀態(tài)變換來不及時的臨時停車島的緩存作用。在實際應用時還是要根據(jù)實際情況作調(diào)整的，調(diào)頭口要有嚴禁行人通過的設施，調(diào)頭口要有足夠支持大巴通過的轉(zhuǎn)彎半徑，否則必須放大調(diào)頭口處的馬路崖子的寬度，在疏堵的時候效果更明顯。

⑷、化左為直的調(diào)頭口位置：（圖13）則通過采集直行車輛與“雙化”前左行車輛在該路口高峰期單位時間內(nèi)（如60s)的車輛數(shù)，（直行2車道以上只統(tǒng)計2車道），及其動態(tài)排列長度（以1車道排列長度計）的和Σ×t/60s=化左為直的調(diào)頭口位置。

⑸、實際調(diào)頭口位置：取化左為右的調(diào)頭口位置偏近化左為直的調(diào)頭口位置的綜合折中位置，合二為一。

⑹、二次紅綠燈的設置：由于調(diào)頭口的合二為一，兩種調(diào)頭狀態(tài)不同，所以必須一道一燈（圖7），按規(guī)范安裝。

⑺、同步與延時：由于主次紅綠燈有距離差、上一個6/12狀態(tài)和下一個6/12狀態(tài)的銜接性決定了必須要有延時，同樣需要采集上一個6/12狀態(tài)從主紅綠燈到二次紅綠燈的最末一輛直行車的時間來定延時秒數(shù)。不會將最末一輛車成為調(diào)頭車輛的障礙，也不會給原另一側(cè)后續(xù)車輛因提前阻止而產(chǎn)生次生擁堵。

⑻、簡易智能路口疏堵器的設置：地磁感應器設置在A長A短、B長B短的來向遠端80～90%的位置，以保證該路段永遠不處于飽和堵，G1、G2埋設間距為10米的兩個地磁感應器，主要放在直行車道上，計算車輛數(shù)、車速、車堵的計算器可以放在隔離帶或馬路崖上面，通過數(shù)據(jù)線傳輸給主紅綠燈路口的簡易紅綠燈時間通斷分配器，來實現(xiàn)簡易智能路口疏堵器的疏堵功能，簡易智能路口疏堵器同時最好應與人工遠程智能控制器聯(lián)網(wǎng)，好人工調(diào)節(jié)其它路口的通斷，騰出高峰、應急、道路維修等特殊情況下的調(diào)節(jié)通道。

⑼、主紅綠燈必須更換成智能化圖案燈：如圖7中智能疏導圖案的智能燈。以便于在非高峰期可以在禮讓行人的情況下提高通過效率（如夜間的右行指示就可以常綠）。

拓展功用。

1. 變支道為主干道：（圖11）在房地產(chǎn)如此昂貴寸土寸金的今天，要在一個舊城區(qū)開辟一條主干道談何容易，但基于上述路口的“雙化”綜合調(diào)節(jié)功能，在虛擬主干道上堅決取消調(diào)頭口，將原雙向支道合并為兩條相鄰又相隔的雙向單行道，用保暢通，先化堵的原則，無須多大成本、不影響原支路交通的通過率的基礎上，完全就可以實現(xiàn)出一條雙向高效的舊城區(qū)主干道。

2.在特殊情況下，如急救、應急、戰(zhàn)時、地震等狀況下可通過人工遠程智能調(diào)節(jié)的不斷摸索和應用，探索開辟出一條相對于交警上路調(diào)節(jié)的臨時應急通道的模式，可大大提高城市交通的無人上路的應急應用管理能力。

3.其他異形路口，如T形Y型路口只執(zhí)行兩種狀態(tài)模式即可。

4.以上是按右行交通規(guī)則（右舵交規(guī)）為例來說明本方法的作用的，如果是左行交通（左舵交規(guī)）規(guī)則下，本方法只要鏡像一下，同樣適用。圖12、圖13，在此就毋庸贅述了。

效益。

1.由于主道口只有通或不通的兩種狀態(tài)，二次紅綠燈路口也可設行人斑馬線，行人、車輛雙高效通過。

2.由于路口通過率提高200%以上，出行省時，節(jié)能減排，雙節(jié)約，路面單位時間容積率提高，甚至可以不用限號。

3.相向同時雙通，等待時間短，違章心情和機會相應減少。

4.由于簡易智能的三種調(diào)節(jié)狀態(tài)，可以使道路不擁堵、可疏堵、可應急。

5.可簡易智能、可智能銜接，可為未來交通先鋪墊再升級。

關(guān)鍵特點

1.主紅綠燈路口只有兩種雙直通狀態(tài)，且按“雙化”優(yōu)化狀態(tài)分配放行時間，達到平面交通最好的通行通過率的特征。

2. 增設二次紅綠燈放大和稀釋了主紅綠燈路口的滯后左行的特征。

3.增設調(diào)頭口，充分利用閑置的待通過時間后臺預備了左行狀態(tài)，起到節(jié)約時間后臺預備提高通過率的作用的特征。

4.地磁感應器與簡易路口智能疏堵器的預警與疏導作用的自動控制飽和堵與放空堵的特征。

5.簡易智能路口疏堵器與人工遠程智能相結(jié)合的大面積疏堵和開辟應急通道、銜接未來交通智能化的特點。

6.可以在舊城區(qū)毛孔交通道路低成本開辟主干道的特殊作用。