阅读说明：本技术 双模式城市道路系统及其行车方法 (Dual-mode urban road system and driving method thereof ) 是由 张惠东 于 2019-03-11 设计创作，主要内容包括：一种双模式城市道路系统及其行车方法,是关于城市道路升级和扩容改造的技术创新。该城市道路系统为“复合道路系统”,包括靠右行驶的第一类道路和靠左行驶的第二类道路,第一类道路与第二类道路相交汇于第三类交叉口；与相同类型道路交汇的第一类交叉口和第二类交叉口相比,第三类交叉口实现了通过能力翻一番。在实际应用中,只需调整部分城市道路的行驶规、并相应改变交通信号灯程序即可实施,该技术方案能有效缓解城市交通拥堵,应用前景广阔。(A dual-mode urban road system and a driving method thereof relate to the technical innovation of urban road upgrading and capacity expansion transformation. The urban road system is a composite road system and comprises a first type of road running on the right and a second type of road running on the left, wherein the first type of road and the second type of road are intersected at a third type of intersection; compared with the first type of intersection and the second type of intersection where the same type of roads meet, the third type of intersection doubles the passing ability. In practical application, the method can be implemented only by adjusting the running rules of part of urban roads and correspondingly changing the program of the traffic signal lamp.)

双模式城市道路系统及其行车方法

技术领域

本发明涉及交通工程，特别是一种双模式城市道路系统及其行车方法，是关于城市道路升级和扩容改造的技术创新。

背景技术

道路与道路在同一平面相交的地点称为平面交叉路口。道路借助交叉路口相互连接形成道路系统，以解决各个方向的联系。相交道路的各种车辆和行人都要在交叉口汇集、通过或转换方向，由于它们之间的相互干扰，不但交通事故多，而且会降低行车速度和通行能力。

平面交叉路口按几何形状可以分为很多种，但最多见的是十字形平面交叉路口，即两条道路垂直相交形成的平面交叉路口，这种路口一般设置人行横道和交通信号灯，十字形交叉口形式简单，可用于相同等级或不同等级的道路交叉，是最基本的平面交叉口形式。

大量的实验数据表明：城市交通80%以上的延误集中在城市交叉路口和道路瓶颈，城市大面积交通拥堵往往是由于交叉路口的通行能力不足和区域交通混乱造成的；解决城市交通拥堵的关键是解决城市交叉路口的通行能力问题。

传统的解决平面交叉口通过能力不足的经典办法，比如交叉口渠化设计、交叉口信号控制的优化等，这些措施已经越来越难以应对与日俱增的城市道路交通压力；积极探索能实质性解决此问题的有效办法势在必行。

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种双模式城市道路系统及其行车方法，其技术手段是：以改变单一道路模式的交通样态为抓手，将城市道路的交叉口改造为一种可以高效通行的“特殊交叉口”，从本质上把道路交叉口的通过能力提升到一个更高的层级；而这种交叉口就是“双模式城市道路系统”里的“第三类交叉口”。

“双模式城市道路系统”包括靠右行驶的第一类道路和靠左行驶的第二类道路；两条或两条以上的第一类道路交汇于第一类交叉口；两条或两条以上的第二类道路交汇于第二类交叉口，两条或两条以上的第一类道路及第二类道路交汇于第三类交叉口。

第三类交叉口处安装有“左右分驶的信号灯”或者架设有“左右分驶的立交桥”，并且车辆分别按照“平面左右分驶方法”或者“立体左右分驶方法”通过道路交叉口。为了对比的说明“第三类交叉口”所具有的优势，首先要了解现有第一类交叉口和第二类交叉口的行车方法和特点；因第一、第二类两者原理相似，所以只需要介绍第一类交叉口。

两条道路相交叉，共有来自四个方向的四组直行、左转弯和右转弯共十二路交通流；由于这些交通流之间彼此有矛盾冲突，需要轮流交替通行，对于第一、第二类交叉口这样的“单一交叉口”来说，其通行特点类似于内燃机工作原理的“四冲程”模式，也就是说一个完整的循环周期有四个过程；而第三类交叉口这种“混合交叉口”相当于“二冲程”模式，其一个完整的循环周期只有两个过程；通过能力是“单一交叉口”的两倍左右；由此可见，“双模式城市道路系统”能够极大的增强道路交叉口的通过能力，具有实质性的技术进步。

以下将结合附图，通过实施例详细介绍“双模式城市道路系统及其行车方法”。需要说明：所有附图中均用字母N、W、S、E、以逆时针旋向来依次标注北、西、南、东方向和方位。

图1是典型的第三类交叉口，从路面的导向箭头可以看出：东西方向是靠右行驶的第一类道路，而南北方向是靠左行驶的第二类道路；第一类道路与第二类道路相交叉于第三类交叉口，该交叉口处划有供行人通过的斑马线和车辆停车线，并且安装了交通信号灯。

在实际应用中，第一类道路和第二类道路是按照一定规则来设定的；比如可以将第一类道路规定为纬线方向道路，其与地球维度线平行或夹角不超过45度；第二类道路规定为经线方向道路，其与地球经度线平行或夹角不超过45度。

图2和图3分别是“左属车辆”和“右属车辆”在第三类交叉口轮替通过的情形；第三类交叉口与第一类交叉口及第二类交叉口的通行方法不同；它是利用“平面左右分驶方法”、以“左属通行时间”和“右属通行时间”循环轮替的规则控制“左属”和“右属”车辆有序通过的行车方法。“左右分驶的信号灯”控制“左属绿灯时间”的时长和“右属绿灯时间”的时长，以及两者之间的两个“绿灯间隔”的时长。

图2是在“左属绿灯时间”里，“左属”车辆通过第三类交叉口的情形。正在通行的是靠左行驶的、南向北和北向南两组直行车队以及来自四个方向的四组左转弯车队；其中来自北侧的左转弯轨迹线编号为1号线，其行车轨迹的关键车位有1A、1B和1C；类似的，西侧左转弯轨迹线2的关键车位是2A、2B和2C；南侧左转弯轨迹线3的关键车位是3A、3B和3C，东侧左转弯轨迹线4的关键车位是4A、4B和4C；以上各关键车位中，1B、2B、3B和4B是正在左转弯的车位。

图3是在“右属绿灯时间”里，“右属”车辆通过第三类交叉口的情形。正在通行的是靠右行驶的、东向西和西向东两组直行车队以及来自四个方向的四组右转弯车队；其中来自北侧的右转弯轨迹线编号为5号线，其行车轨迹的关键车位有5A、5B和5C；类似的，西侧右转弯轨迹线6的关键车位是6A、6B和6C；南侧右转弯轨迹线7的关键车位是7A、7B和7C，东侧右转弯轨迹线8的关键车位是8A、8B和8C；以上各关键车位中，5B、6B、7B和8B是正在右转弯的车位。

图4里标号为A12和A34的两幅分图，对应着图2和图3里、在“左属绿灯时间”和“右属绿灯时间”里，各方向交通流的轨迹线及指向箭头。在左侧的A12分图中，来自北、西、南、东的四个左转弯轨迹线，分别以1、2、3、4标记，其中1和3是用虚线标记的轨迹线；2和4是用实线标记的轨迹线；南向北和北向南的两条直行轨迹线，分布在南北方向、靠左行驶道路的内侧车道。在右侧的A34分图中，来自北、西、南、东的四个右转弯轨迹线，分别以5、6、7、8标记，其中5和7是用实线标记的轨迹线；6和8是用虚线标记的轨迹线；东向西和西向东的两个直行轨迹线，分布在东西方向、靠右行驶道路的内侧车道。

图5和图6是第一类交叉口的通行方法图解；该两图展示的是现有技术，在此用来和第三类交叉口的通行方法做对比；图中交汇与交叉口的东西方向和南北方向两条道路，全都是靠右行驶的第一类道路。

图5左上角的B1分图，展示的是从北侧开来的直行、左转弯、右转弯三路交通流的行驶轨迹线及指向箭头；B2、B3、B4分别是从西侧、南侧和东侧开来的类似的直、左、右三条轨迹线及指向箭头；四幅分图正好是第一类交叉口的第一种通行方法，那就是按照B1、B2、B3、B4的顺序轮流通过第一类交叉口，并如此反复循环。

图6是第一类交叉口的第二种通行方法，是按照C1、C2、C3、C4的顺序轮流通过、并反复循环的。C1过程是来自东、西两侧的直行和右转弯车辆通过的情形；C2过程是来自东、西两侧左转弯车辆通过的情形；C3是来自南、北两侧直行和右转弯车辆通过的情形；C4是来自南、北两侧左转弯车辆通过的情形。

图7是把第三类和第一类这两类交叉口左转弯和右转弯轨迹线放在十字坐标内进行比对的情形；其中A1—A4是第三类交叉口的情形，A1和A2是来自四个方向的左转弯轨迹线；A3和A4是来自四个方向的右转弯轨迹线；在A1—A4的四幅分图中，可以看到所有的左转弯轨迹线1、2、3、4和所有右转弯轨迹线5、6、7、8都是直接转向90度并完成转弯的轨迹线，并且每条转弯的轨迹线只占用十字坐标系的两个象限。

D1—D4是第一类交叉口的情形，D1、D2、D3、D4分别是来自北、西、南、东四个方向左、右转弯的轨迹线；从各条轨迹线可以看到：第一类交叉口左转弯占用十字坐标系的三个象限，而右转弯只占用一个象限。

第三类交叉口和第一类交叉口，其通过模式之所以有“二冲程”模式和“四冲程”模式之差，根本原因在于左右转弯的不同；第一类交叉口属于“低级交叉口”，其左、右转弯在十字坐标系内的“占地”不均；而第三类交叉口属于“高级交叉口”，其左、右转弯在十字坐标系内的“占地”是平均的。

图8是道路交叉口通行状况的时间分配图，本实施例形象的采用“绿灯钟表”来反映绿灯时间的分配规则，表盘一周是一个循环周期，共有768个时间单位；表针以逆时针方向转动，三块钟表的指针都处在000的时刻。

（a）图是第三类交叉口各路交通流通行的情况，结合图4，在A12时段，有南北方向两个直行和四个左转弯，总共六路“左属”车流在通过，图中六个环状带的其中一条，分别代表“左属”的一种交通流；而在A34时段，则有东西方向直行和四个右转弯，总共六路“右属”车流在通过，图中六个环状带的其中一条，分别代表“右属”的一种交通流。A12段和A34段的时长各为352个时间单位；两者头、尾之间的间隙，正是“左属环状带组”和“右属环状带组”两者之间的两个“绿灯间隔”，其时长均为32个时间单位。

（b）图是用“绿灯钟表”表现的、图5所示第一类交叉口的第一种通行方法。B1、B2、B3和B4这四条三联环带组，规律的分布在绿灯钟表的表盘上，每一条环带组的其中一条环带，分别代表某个方向的直行、左转弯和右转弯之一的交通流。相邻三联环带组之间的、总共四个“绿灯间隔”的时长，都是32个时间单位。（c）图是用“绿灯钟表”表现的、图5所示第一类交叉口的第一种通行方法。C1、C2、C3和C4这四条环带组在绿灯钟表的表盘上规律分布，相邻环带组之间的“绿灯间隔”也是32个时间单位，并且一个循环周期有四个“绿灯间隔”。

通过对（a）、（b）和（c）三块绿灯钟表的比对分析，可以看出：十字交叉口共有4个直行、4个左转弯和4个右转弯，总共12路交通流。（a）图所示第三类交叉口，其通过模式是6+6类型。（b）图所示的第一类交叉口第一种通行方法，其通行模式是3+3+3+3类型。（c）图所示的是第一类交叉口第二种通行方法，其通行模式是4+2+4+2类型。由以上对比图可以形象的看出，第三类交叉口“二冲程”模式的通过能力，要大大高于第一类交叉口“四冲程”的模式。

图9的（a）图是在第三类交叉口架设了“左右分驶的立交桥”之后的情形，其地面道路的东西方向道路靠右行驶、而南北方向道路是靠左行驶的。南北方向是立交桥的主方向；在立交桥顶盘15的北、南两侧、分别是两个主坡道9和10；另外还有四条转弯坡道，分布在南北主方向轴线的两侧，包括两条上桥坡道11和13，另外还有两条下桥坡道12和14。（b）图是立交桥顶盘的俯视图，在沿立交桥主方向放置的南北走向隔离栏16的两侧，分别有两个入口15B和15C，以及两个出口15A和15D。“左右分驶的立交桥”，其顶盘相当于一个“副交叉口”，与地面道路的“主交叉口”是相互配合使用的，一个用来通行六路“左属车辆”，另一个用来通行六路“右属车辆”。

图10的（a）图是将立交桥顶盘移除后的情形；可以看到在地面道路的“主交叉口”，其东西方向的道路被隔离栏19从道路中分线处硬性隔开，以便于东西直行车辆高速通过；主交叉口处划有右转弯导引箭头18A和18B，来自东、西两个方向的右转弯车辆可由此开往北、南两侧的右转弯车道17A和17B中去。（b）图是（a）图中被移开的立交桥顶盘，可以看到顶盘上面的隔离栏16是南北方向放置的，正好与下层主交叉口、东西放置的隔离栏19相互垂直。

图11是修建在第三类交叉口处“左右分驶的立交桥”行车情况的俯视图。可以看到顶盘正中南北方向的分隔栏20；在其两侧，分别是南向北和北向南的直行车道。该立交桥上除了通行南北方向直行外，还有来自四个方向的左转弯车辆，其中来自北侧的左转弯车辆、其“行车轨迹线”编号为21号线，其关键车位有21A、21B和21C；类似的，西侧左转弯车辆行车轨迹线22的关键车位是22A、22B和22C；南侧左转弯车辆行车轨迹线23的关键车位是23A、23B和23C，东侧左转弯车辆行车轨迹线24的关键车位是24A、24B和24C；以上各车位中，21B、22B、23B和24B是正在左转弯的车位。

图12是图11中、立交桥顶盘上“左属车辆”通行状态和桥下“右属车辆”通行状态下的轨迹线及指向箭头。在左侧的（a）分图中，可以看到来自北、西、南、东的四条左转弯轨迹线，分别以21、22、23、24标记，其中21和23是以虚线标记的轨迹线；22和24是以实线标记的轨迹线；南向北和北向南的两个直行轨迹线，分布在南北方向、靠左行驶道路的内侧车道。在右侧的（b）分图，是移去顶盘后看到的地面主交叉口，来自北、西、南、东的四条右转弯轨迹线，分别以25、26、27、28标记，其中26和28是以虚线标记的轨迹线；25和27是以实线标记的轨迹线；东向西和西向东的两个直行轨迹线，分布在东西方向、靠右行驶道路的内侧车道。

从图9—图12可以看出，应用于第三类交叉口处“左右分驶的立交桥，相比较第一、第二类交叉口常用的比如苜蓿叶式立交桥、涡轮式立交桥或定向式立交桥而言，结构实现了很大的简化，并且桥梁主体结构不向道路之外扩张，并且所有转弯车辆都实现了90度的直接转弯，而非既有立交桥比如苜蓿叶式立交桥270度左转弯，其技术进步性非常明显。

图13是第三类交叉口“左右分驶的立交桥”在丁字路口应用的情形。图中南北方向的道路靠左行驶，而东西方向的道路靠右行驶。立交桥由顶盘30和立交桥主方向上的两个主坡道29A和29B构成主体结构，另外的两条转弯坡道，分布在顶盘一侧，包括上桥坡道31和下桥坡道32。（b）图是丁字顶盘的俯视图，可以看到顶盘在主方向上是靠左行驶的，在顶盘分隔栏30C左侧，分别有一个出口30A，以及一个出口30B。（c）图是顶盘上两条左转弯轨迹线及指向箭头，分别以33、34标记，其中轨迹线33是以虚线标记的左转弯轨迹线，34是以实线标记的左转弯轨迹线。

图14（a）是弯道处变换行驶规则的转换立交桥；按照前文的规定，第一类道路是纬线类道路，其与地球维度线平行或夹角不超过45度；第二类道路是经线类道路，其与地球经度线的夹角不超过45度，所以道路在弯道处，需要将其“类别属性”做一次变换以符合规定。这种立交桥包括上桥坡道37A和下桥坡道35A，以及弯道顶盘36A，其中上桥坡道37A位于南侧道路的左侧。（b）图是（a）图的俯视图，从这个视角，可以更直观的看到上桥坡道37B、顶盘36B和下桥坡道35B之间的位置关系。来自西侧、准备“右变左”的车辆，在地下道路完成变换；而来自南侧、准备“左换右”的车辆，则需要在立交桥上完成变换。

以上实施例，是对“双模式城市道路系统及其行车方法”典型应用例的介绍，除此之外还有一些异形道路交叉口未做详细介绍，但这些都属于对本说明书提供的典型应用案例的延伸，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应该认为是本说明书记载的范围。

另外，本说明书中重点描述的第三类交叉口和既有的第一类交叉口及第二类交叉口可以同时应用于同一座城市；对于普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出切合实际的若干组合以及改进方案，但这些都属于本发明的保护范围。