一种交叉路口信号相位设计方法与流程

本发明涉及交通信号控制领域，尤其涉及一种交叉路口信号相位设计方法。

背景技术：

信号相位设计是信号控制方案设计的第一步，它直接影响交叉口交通流的安全性，以及交叉口的各种运行效益。信号相位设计通常是指交叉口各相位依次出现的顺序以及各相位中通行的交通流向。

现有技术中的一些信号相位理论设计方案中虽然对信号交叉口的相位形式、相位类型及设计流程均有所研究，但操作起来仍需要大量的计算工作，因此对实际交叉口信号相位方案设计的指导作用并不明显。

因此，提供一种操作简便且能够快速制定交叉路口的信号配置的信号相位设计方法成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种交叉路口信号相位设计方法，以解决现有技术中的问题。

作为本发明的一个方面，提供一种交叉路口信号相位设计方法，其中，所述交叉路口包括至少一个方向组，每个所述方向组包括两个相向的方向，若其中一个方向为当前方向的同向，则另一个方向为当前方向的对向，对于任意一个方向组，所述交叉路口信号相位设计方法包括：

通过左转专用相位判断依据判断该方向组是否需要左转专用相位；

若该方向组不需要左转专用相位，则采用第一相位方案；

若该方向组需要左转专用相位，则通过单口放行判断依据判断该方向组的左转专用相位的放行形式是否满足单口放行；

若该方向组的左转专用相位的放行形式不满足单口放行，则计算当前方向进口的直左交通流量和对向进口的直左交通流量的比值得到对向交通流量比值结果，并根据所述对向交通流量比值结果采用相应的相位方案，包括：

(a1)当时，采用第二相位方案的扩展方案a，

(a2)当时，采用第二相位方案的扩展方案b，

(a3)其他情况下，采用第二相位方案，

其中，m∈[1.2,1.4]，n∈[1.8,2.2]，ql表示当前方向进口的左转交通流量，qt表示当前方向进口的直行交通流量，ql'表示对向进口的左转交通流量，qt'表示对向进口的直行交通流量；

若该方向组的左转专用相位的放行形式满足单口放行，则计算当前方向进口的直行交通流量与当前方向进口的左转交通流量的比值得到当前方向的比值结果，以及计算对向进口的直行交通流量与对向进口的左转交通流量的比值得到对向的比值结果，并根据所述当前方向的比值结果和所述对向的比值结果采用相应的相位方案，包括：

(b1)当且时，采用第三相位方案的扩展方案a，否则，采用第三相位方案，

(b2)当且时，采用第三相位方案的扩展方案b，否则，采用第三相位方案，

其中，m∈[1.2,1.4]，ql表示当前方向进口的左转交通流量，qt表示当前方向进口的直行交通流量，ql'表示对向进口的左转交通流量，qt'表示对向进口的直行交通流量；

其中，所述第一相位方案为同一个方向组的两个相向方向的左转和直行同时放行；

所述第二相位方案为对称式放行，包括同一个方向组的两个相向方向的直行同时放行，同一个方向组的两个相向方向的左转同时放行，且同一个方向组的两个相向方向的直行和左转不同时放行；

所述第三相位方案为单口放行，包括同一个方向组的一个方向的左转和直行同时放行，同一个方向组的另一个方向的左转和直行同时放行，且同一个方向组的一个方向的左转和直行与另一个方向的左转和直行不同时放行；

所述第二相位方案的扩展方案a包括在所述第二相位方案上叠加同一个方向组的一个方向的左转和直行同时放行；

所述第二相位方案的扩展方案b包括在所述第二相位方案上叠加同一个方向组的另一个方向的左转和直行同时放行；

所述第三相位方案的扩展方案a包括在所述第三相位方案上叠加同一个方向组的两个相向方向的直行同时放行；

所述第三相位方案的扩展方案b包括在所述第三相位方案上叠加同一个方向组的两个相向方向的左转同时放行。

优选地，所述左转专用相位判断依据包括：

当ql≥100pcu/h或者nl≥2或者nt'≥3时，设置左转专用相位，

其中，ql表示当前方向进口的左转交通流量，nl表示当前方向进口的左转车道数，nt'表示对向进口的直行车道数，pcu/h表示交通量的单位，为标准小汽车当量交通量。

优选地，所述左转专用相位的放行形式包括单口放行和对称式放行。

优选地，所述单口放行相位判断依据包括：

当或者或者|nl+nt-(nl'+nt')|＞q时，设置单口放行相位，

其中，ql表示当前方向进口的左转交通流量，qt表示当前方向进口的直行交通流量，ql'表示对向进口的左转交通流量，qt'表示对向进口的直行交通流量，nl表示当前方向进口的左转车道数，nt表示当前方向进口的直行车道数，nt'表示对向进口的直行车道数，nl'表示对向进口的左转车道数，n∈[1.8,2.2]，q∈[2,4]。

优选地，所述交叉路口包括两个方向组，其中一个方向组为东西方向组，另一个方向组为南北方向组，所述东西方向组包括东向进口和西向进口，所述南北方向组包括南向进口和北向进口。

本发明提供的交叉路口信号相位设计方法，通过选取交叉路口中任意一个方向组进行相位方案设计，对选取的方向组进行左转专用相位判断，并确定左转相位放行形式，在此基础上，对交通流量均衡性进行判断，从而确定该方向组的信号相位方案，然后重复上述步骤对其他方向组进行相位方案设计，最终形成交叉路口的信号相位设计方案。本发明提供的交叉路口信号相位设计方案具有操作简便、灵活性高以及适用性强的优势，适合计算机软件编程实现，可快速制定交叉口的信号配置相位方案，从而能够有效提升信号交叉口控制方案设计的工作效率。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提供的交叉路口信号相位设计方法的流程图。

图2为本发明提供的典型四路交叉路口的信号相位设计方法的流程图。

图3为本发明提供的相位方案示意图。

图4为本发明提供的相位方案的扩展方案示意图。

图5为本发明提供的前进路－长江路交叉路口示意图。

图6为本发明提供的前进路－长江路交叉路口相位方案设计结果图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

作为本发明的一个方面，提供一种交叉路口信号相位设计方法，其中，所述交叉路口包括至少一个方向组，每个所述方向组包括两个相向的方向，若其中一个方向为当前方向的同向，则另一个方向为当前方向的对向，对于任意一个方向组，如图1所示，所述交叉路口信号相位设计方法包括：

s110、通过左转专用相位判断依据判断该方向组是否需要左转专用相位；

s120、若该方向组不需要左转专用相位，则采用第一相位方案；

s130、若该方向组需要左转专用相位，则通过单口放行判断依据判断该方向组的左转专用相位的放行形式是否满足单口放行；

s140、若该方向组的左转专用相位的放行形式不满足单口放行，则计算当前方向进口的直左交通流量和对向进口的直左交通流量的比值得到对向交通流量比值结果，并根据所述对向交通流量比值结果采用相应的相位方案，包括：

(a1)当时，采用第二相位方案的扩展方案a，

(a2)当时，采用第二相位方案的扩展方案b，

(a3)其他情况下，采用第二相位方案，

其中，m∈[1.2,1.4]，n∈[1.8,2.2]，ql表示当前方向进口的左转交通流量，qt表示当前方向进口的直行交通流量，ql'表示对向进口的左转交通流量，qt'表示对向进口的直行交通流量；

s150、若该方向组的左转专用相位的放行形式满足单口放行，则计算当前方向进口的直行交通流量与当前方向进口的左转交通流量的比值得到当前方向的比值结果，以及计算对向进口的直行交通流量与对向进口的左转交通流量的比值得到对向的比值结果，并根据所述当前方向的比值结果和所述对向的比值结果采用相应的相位方案，包括：

(b1)当且时，采用第三相位方案的扩展方案a，否则，采用第三相位方案，

(b2)当且时，采用第三相位方案的扩展方案b，否则，采用第三相位方案，

其中，m∈[1.2,1.4]，ql表示当前方向进口的左转交通流量，qt表示当前方向进口的直行交通流量，ql'表示对向进口的左转交通流量，qt'表示对向进口的直行交通流量；

其中，所述第一相位方案为同一个方向组的两个相向方向的左转和直行同时放行；

所述第二相位方案为对称式放行，包括同一个方向组的两个相向方向的直行同时放行，同一个方向组的两个相向方向的左转同时放行，且同一个方向组的两个相向方向的直行和左转不同时放行；

所述第三相位方案为单口放行，包括同一个方向组的一个方向的左转和直行同时放行，同一个方向组的另一个方向的左转和直行同时放行，且同一个方向组的一个方向的左转和直行与另一个方向的左转和直行不同时放行；

所述第二相位方案的扩展方案a包括在所述第二相位方案上叠加同一个方向组的一个方向的左转和直行同时放行；

所述第二相位方案的扩展方案b包括在所述第二相位方案上叠加同一个方向组的另一个方向的左转和直行同时放行；

所述第三相位方案的扩展方案a包括在所述第三相位方案上叠加同一个方向组的两个相向方向的直行同时放行；

所述第三相位方案的扩展方案b包括在所述第三相位方案上叠加同一个方向组的两个相向方向的左转同时放行。

本发明提供的交叉路口信号相位设计方法，通过选取交叉路口中任意一个方向组进行相位方案设计，对选取的方向组进行左转专用相位判断，并确定左转相位放行形式，在此基础上，对交通流量均衡性进行判断，从而确定该方向组的信号相位方案，然后重复上述步骤对其他方向组进行相位方案设计，最终形成交叉路口的信号相位设计方案。本发明提供的交叉路口信号相位设计方案具有操作简便、灵活性高以及适用性强的优势，适合计算机软件编程实现，可快速制定交叉口的信号配置相位方案，从而能够有效提升信号交叉口控制方案设计的工作效率。

具体地，所述左转专用相位判断依据包括：

当ql≥100pcu/h或者nl≥2或者nt'≥3时，设置左转专用相位，

其中，ql表示当前方向进口的左转交通流量，nl表示当前方向进口的左转车道数，nt'表示对向进口的直行车道数，pcu/h表示交通量的单位，为标准小汽车当量交通量。

进一步地，所述左转专用相位的放行形式包括单口放行和对称式放行。

具体地，所述单口放行相位判断依据包括：

当或者或者|nl+nt-(nl'+nt')|＞q时，设置单口放行相位，

其中，ql表示当前方向进口的左转交通流量，qt表示当前方向进口的直行交通流量，ql'表示对向进口的左转交通流量，qt'表示对向进口的直行交通流量，nl表示当前方向进口的左转车道数，nt表示当前方向进口的直行车道数，nt'表示对向进口的直行车道数，nl'表示对向进口的左转车道数，n∈[1.8,2.2]，q∈[2,4]。

优选地，所述交叉路口包括两个方向组，其中一个方向组为东西方向组，另一个方向组为南北方向组，所述东西方向组包括东向进口和西向进口，所述南北方向组包括南向进口和北向进口。

下面以典型四路交叉路口为例，对四路交叉路口的信号相位设计进行详细描述。

可以理解的是，典型四路交叉路口为两条道路相交而成的平面交叉路口，包含4个进口方向，一般为十字型交叉路口。

为便于说明，假设典型四路交叉口某进口方向的左转车道数为nl，直行车道数为nt，则对向进口道的左转车道数为nl'，直行车道数为nt'；以q表示高峰小时到达交通量，单位为标准小汽车当量交通量pcu/h，则进口道左、直两个个方向的小时交通到达量分别为ql和qt，其对向进口道左和直两个方向的小时交通到达量分别为ql'和qt'。由于典型四路交叉口为对称布局方式，因此包含两个对向进口组，分别为东西方向组、南北方向组。

具体地，如图2所示，所述典型四路交叉路口信号相位设计方法包括以下步骤：

步骤s1，选取典型四路交叉口其中一个方向组进行相位方案设计，可以选择东西方向组或者南北方向组；

步骤s2，对选取的方向组进行左转专用相位判断，如果不需要左转专用相位，则选择第一相位方案，否则进入步骤s3。

其中，左转专用相位判断依据为当ql≥100pcu/h或者nl≥2或者nt'≥3时，设置左转专用相位。

可以理解的是，进口车道的左转交通流量大于100或者左转车道数大于2条或者对向直行车道数大于3条时，均需要设置左转专用相位。

步骤s3，确定该方向组具体左转相位的放行形式。左转专用相位分为对称式放行和单口放行两种方式，如果不满足单口放行条件，则选择第二相位方案进入步骤s4，否则选择第三相位方案进入步骤s5。

其中，单口放行的相位判断依据为当或者或者|nl+nt-(nl'+nt')|＞q时，设置单口放行相位。

可以理解的是，当某进口方向的直左交通流量和对向直左交通流量之和严重不均衡时，此时需考虑设置单口放行相位，或同一方向组两个进口道数目相差大于n时，此时也应该设置单口放行相位。

优选地，若此时n＝2，q＝2，则当或者或者|nl+nt-(nl'+nt')|＞2时，设置单口放行相位。

步骤s4，针对第二相位方案，对对向交通流量均衡性进行判断，依据判断结果，选择第二相位方案的扩展方案a或者第二相位方案的扩展方案b。

其中，第二相位方案的扩展方案a的判断依据为：当时，采用第二相位方案的扩展方案a。

第二相位方案的扩展方案b的判断依据为：当时，采用第二相位方案的扩展方案b。

由上述判断依据可知，当进口方向的直左交通流量和对向直左交通流量的比值在区间[m,n]之间时，选择第二相位方案的扩展方案a，当进口方向的直左交通流量和对向直左交通流量的比值在区间[1/n,1/m]之间时，选择第二相位方案的扩展方案b，否则不需要对第二相位方案进行扩展，直接选择第二相位方案，其中，m∈[1.2,1.4]，n∈[1.8,2.2]。

步骤s5，针对第三相位方案，对同向交通流量均衡性进行判断，依据判断结果，选择第三相位方案的扩展方案a或者第三相位方案的扩展方案b。

其中，第三相位方案的扩展方案a的判断依据为：当且时，采用第三相位方案的扩展方案a，否则，采用第三相位方案。

第三相位方案的扩展方案b的判断依据为：当且时，采用第三相位方案的扩展方案b，否则，采用第三相位方案。

可以理解的是，当进口方向的直行交通流量和同向左转交通流量的比值大于m时，选择第三相位方案的扩展方案a，否则直接选择第三相位方案；当进口方向的左转交通流量和同向直行交通流量的比值大于m时，选择第三相位方案的扩展方案b，否则直接选择第三相位方案。

需要说明的是，m优选为1.25，n优选为2。

然后重复步骤s2～s5，对另一个方向组进行相位方案设计。

最后依据两个方向组相位设计方案，确定出典型四路交叉路口的信号相位设计方案。

进一步地，如图3所示，上述步骤中包含三个相位方案，分别为第一相位方案，第二相位方案和第三相位方案。其中第一相位方案为东西方向同时放行，仅包含1个相位；第二相位方案为对称式放行方式，包含东西直行和东西左转2个相位；第三相位方案为单口放行方式，包含东口放行和西口放行2个相位。

进一步地，如图4所示，第二相位方案包含扩展方案a和扩展方案b，其中扩展方案a在第二相位方案的基础上插入一个西进口放行的叠加相位，扩展方案b在第二相位方案的基础上插入一个东进口放行的叠加相位。

更进一步地，如图4所示，上述步骤中，第三相位方案包含扩展方案a和扩展方案b，其中扩展方案a在第三相位方案的基础上插入一个东西直行的叠加相位，扩展方案b在第三相位方案的基础上插入东西左转的叠加相位。

应当理解的是，上述相位方案是以东西方向组为例进行说明的，南北方向组类似。

下面结合图5和图6以实际交叉路口的相位设计为例本发明提供的相位设计方法作进一步说明。

1、首先交叉路口选取位于江苏省昆山市开发区中心位置的前进路－长江路交叉路口，该交叉路口为典型的四路交叉口，其中东西向前进路三进二出，南北向长江路四进三出，东西进口为一左一直一右，南北向长江路为一左两直一右。表1统计出了前进路-长江路交叉口早高峰交通流量。

表1前进路-长江路交叉口早高峰交通流量

2、信号相位方案的制定

1)选择一个方向组进行相位方案设计。按照本发明提供的相位设计方法，首先选择前进路东西方向组进行相位方案设计。

2)左转专用相位判断。根据左转专用相位判断依据进行左转专用相位判断，其中，东、西进口左转交通流分别为102pcu/h和258pcu/h，均大于100pcu/h，应设计左转专用相位；

3)具体左转相位的放行形式确定。根据单口放行相位判断依据进行判断，其中n＝2，因此不符合单口放行相位的依据，选择第二相位方案，设置对称式相位放行。

4)对向交通流量均衡性进行判断。西进口直左交通流量和东进口直左交通流量之比为1.59，其中n＝2，在区间[0.5,2.0]内，选择第二相位方案的扩展方案a。

5)对另一个方向组进行相位方案设计。依据上述步骤，南北方向应设计左转专用相位，其中，m＝1.25，因此选择第二相位方案即可。

6)依据两个方向组相位设计方案，确定前进路－长江路交叉口信号相位设计最终方案如图6所示。

因此，本发明提供的交叉路口信号相位设计方法，通过采用定量化判断，减少人为定性判断错误，所制定的交叉口信号相位方案更加准确、科学与规范。另外，本发明的交叉路口信号相位设计方法中的各控制阈值可根据交叉口的实际情况调节，灵活性高、适用性强。同时由于本发明提供的信号相位设计方法适合计算机软件编程实现，因此可快速制定交叉口的信号相位方案，有效提升了信号交叉口控制方案设计的工作效率。且本发明提供的信号相位设计方法同样适合城市路网中三路交叉口信号相位方案的设计，实用范围广。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。