具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明提供一种用于缓解城市过饱和交叉口交通拥堵的通行管控方法，目的是为了解决现有技术的交叉口非常规设计方案中的如下问题：

U型回转方案使得左转车辆多次行驶才能通过十字路口，从而增加左转车辆的行驶路程，这抵消了这些设计的一些好处。另外，互通式立交、借道左转和移位左转设计方案涉及路口的结构改造并且需要相当大的空间，这样也提升了路口改造的难度。

目前主流的综合待驶区(TI)以及预信号的设计针对右转车辆都不进行控制，这样一定程度上提升了右转车辆的通行速度与效率。但从驾驶员心理角度来讲，存在部分左转直行车辆的驾驶员看到不受控制的右转车道，想要驶入右转车道，这样就会扰乱综合待驶区的运行规则与运行秩序，进而提高道路发生交通事故的可能性。其次综合待驶区(TI)的控制策略主要分为2种：一种是考虑所有直行车辆先进入排序区排队，随后左转车辆紧跟其后排队等候，根据主信号灯指示，先放行直行车流，紧接着放行左转车流(也可调整左转和直行的放行顺序)。但这样在排队的过程中后进入待驶区的车辆不能充分利用所有的车道资源，也降低了交通运行的效率。

目前国内的非常规交叉口设计实际案例都较少，尤其是综合待驶区的设计，仅在上海、深圳和济南3所城市的不到10个交叉口存在应用。而且大部分研究还都停留在理论研究的层面，针对实际的交叉口而设置综合待驶区的研究较少。

在现有技术中还出现了综合待驶区(TI)，如图16所示，基本思想为在进口道上设置预信号，预信号停车线与主信号停车线之间设置为排序区，采用车道标记，使得车辆在进入排序区前重新排队，主信号每一相位放行车流可利用排序区所有车道，从而提升了交叉口通行能力。如图17所示，移位左转(CFI)，基本思想为将左转车道移动到对向出口车道外侧.称为移位左转车道，左转车辆在交叉口上游提前转入移位左转车道，从而消除主交叉口左转和直行冲突。

本发明引入了综合待驶区概念，重新设计交叉口的进口道，通过关键路口的效能提升来疏通城市道路网络交通流。

参见图1，本发明提供一种缓解城市过饱和交叉口交通拥堵的通行管控方法，包括如下步骤：

基于交叉口的流量数据，分析获得交叉口的流量特征和拥堵特征；

基于交叉口的车辆排队长度数据，分析获得交叉口的拥堵时段，以及排队长度最严重的进口和流向；

基于交叉口的流量特征、交叉口的拥堵特征、交叉口的拥堵时段、交叉口排队长度最严重的进口和交叉口排队长度最严重的流向，通过布置预停车线和预信号灯构建交叉口综合待驶区；通过对各车道对应的预信号灯和主信号灯的周期进行设置，疏导交叉口的车辆。

在本发明提供的优选实施例中，如图2所示，本方法主要分为三个步骤：分析交叉口动态特征(即上述第一步)，分析交叉口静态特征(即上述第二步)，和交叉口非常规设计。

分析交叉口动态特征具体是：通过视频拍摄以及现场实地考察方式，获取到交叉口全天各个时段的流量数据，然后对统计到的各个时段的流量分进口，分流向统计，对不同类型的车辆进行换算，得到交叉口流量的高峰时段(各进口小时流量之和最大)，交叉口各进口、各流向的高峰小时流量(各进口小时流量最大，各流向小时流量最大)，进而得出交叉口主要的交通方向以及流量最大的进口以及流量方向。

分析交叉口静态特征是为了考虑其能否满足非常规路口设计，具体包括：通过交叉口实地考察，了解交叉口的静态特征，包括各进口的车道数、车道长度、渠化现状、信号配时、行人过街长度与位置和路口周围用地性质等因素。这与之后所设计的待驶区、交织区和排队区的长度、预信号设置的位置和车道功能划分都有着密切的关系。

依据对交叉口动静态特征的分析结果，对路口的一个或多个进口道进行非常规设计改造，具体包括路口的综合待驶区设计和信号配时优化设计。

综合待驶区的长度需综合考虑交叉口流量、进口道车道数、各相位绿信比以及道路设计速度等因素进行设定，计算公式如下：

L_s＝(l_g+l_c)·n·(1-g_s) (2)和

L_f＝(l_g+l_c)·n·(1-g_f) (3)。

式中，L_s为直行车道的排队长度，L_f为左转车道的排队长度，m_s为直行车道数，m_f为左转车道数，l_g为车辆之间排队间隔，l_c为标准小汽车车身长度，n为每周期到达车辆数，g_s、g_f分别为直行、左转相位绿信比。

图3为综合待驶区基本布置结构图，车辆从各进口道驶入，通过不同的车道功能划分指示标志进入各车道，并在预停车线处进行排队，等待车道上方相对应的预信号灯变绿。其次进入综合待驶区，在主停车线前进行排队，等待车道上方相对应的主信号灯变绿，驶出进口道。

目前综合待驶区车道功能划分一般都依据左转直行右转(从左到右)的顺序排列，但实际情况可以依据车道数量，各流向车辆数量和是否有掉头车道等进行进一步组合。比如在掉头车辆不多的3车道设计综合待驶区，车道功能可以按左转掉头合用车道，直行车道，右转车道来进行划分。如图4和图5所示。

在本发明提供的优选实施例中，综合待驶区车辆运行规则如下：

1)预信号显示红灯时，到达车辆在预信号前停车等待；

2)当预信号第一个相位(假定为左转相位)绿灯启亮时，左转车辆进入待驶区，在相应的主信号前停车，并在待驶区中形成排队，此时待驶区中所有车道全部用于左转车辆；

3)当主信号第一个相位(假定为左转相位)绿灯启亮时，左转车辆放行；

4)接着预信号第二个相位(假定为直行相位)绿灯启亮，直行车辆进入清空后的待驶区，在主信号前停车，并在待驶区中形成排队，此时待驶区中所有车道全部用于直行车辆；

5)当主信号第二个相位(假定为直行相位)绿灯启亮时，直行车辆放行；

6)当预信号第三个相位(假定为右转相位)位绿灯启亮时，右转车辆进入清空后的待驶区，在主信号前停车，并在待驶区中形成排队，此时待驶区中所有车道全部用于右转车辆；

7)当主信号第三个相位(假定为右转相位)绿灯启亮时，右转车辆放行。

综合待驶区功能的发挥，关键是需要预信号灯，可变信息板和相应的交通标志、地面标线等配套设施的有效结合。预信号灯(车道指示灯)设置于现第一条停止线处，为每条车道的车道指示灯，控制在停车线处的各流向车流交替进入综合待驶区排队。车辆进入待驶区后，再根据原有交叉口的信号灯排队驶出交叉口。

与此同时，在预信号处需设置可变信息板，可变信息板可与预信号灯(车道指示灯)设于同一灯柱上，可变信息板的内容显示直行或左转或右转车辆进入待行区，并通过预信号灯(车道指示灯)指示予以告知是直行或左转亦或右转车道排队车辆允许进入综合待驶区。

预信号灯(车道指示灯)红灯开启时间应提前于该交叉口直行或左转信号绿灯结束前(如10s)左右，以防车辆进入综合待驶区后无法在此周期通过，保证综合待驶区空间上的充分利用。

图6至图11是本发明中指示综合待驶区规则的交通标志、地面标线，信号灯组布局设计图。

图6标志设置在预信号前，告知驾驶员车道功能划分，引导驾驶员进入正确的车道并进行排队。

图7标志是预信号处的信号灯组设计，由于各车道功能不同，因此在每条车道上方都设置相应的信号灯进行控制。其次考虑到早晚高峰交通流的差异性，设置两组信号灯，分别控制早晚高峰时期车辆。

图8和图9标志设置在预停车线前，车辆进入综合待驶区处，告知驾驶员即将驶入综合待驶区，且综合待驶区内几条车道可用于排队。

图10标志为综合待驶区的地面标线，提醒驾驶员车辆已驶入综合待驶区，可自由排队。

图11是主信号处的信号灯组设计，与预信号灯组一样，在每条车道上方都设置相应的信号灯进行控制，并设置两组信号灯，分别控制早晚高峰时期车辆。其次为了规范驾驶员的驾驶行为，避免出现车辆滞留在综合待驶区，设置电子警察监控，并提示车辆分车道按箭头行驶，对于未通过的车辆，提示驾驶员跟下个绿灯方向通行。在信号灯组底部还可以设置倒计时栏，用于显示信号剩余时间(图11中信号灯组底部，具体的数字显示略)。

图12是本发明中综合待驶区总体布局图。

在本发明提供的优选实施例中，对各车道对应的预信号灯和主信号灯的周期进行设置包括如下过程：

主信号、预信号配时参数设计

主信号处的配时参数设计，用考虑饱和度约束的Webster方法进行：

(Y＝y1+y2+…；y_i是对应车流的流量比，y_i＝q_i/s_i)

若考虑高峰小时系数，则Y＝Y/PHF；另外，由于综合待驶区的设置需要将垂直方向的绿灯时间分割成两部分，因此损失时间L与四相位交叉口的损失相近。绿时分配用Newell法进行，有效绿灯时间(G_i)分为最短绿灯时间和富余绿灯时间两部分：

预信号处的配时参数设计，用实用周期即可，认为延误主要由主交叉口决定。这里的L、Y、(v/c)均不同于主交叉口；

确定整个交叉口的周期时长C，并进行绿时分配，通过下式计算：

式中，C^m为交叉口主信号的最短周期时长，C为交叉口的周期时长，y_i为交叉口各相位的流量比，为到达流量与饱和流率之比；Y为组成交叉口周期的全i部信号相位的各个最大y_i值之和，PHF为高峰小时系数，为预信号相位配时，L为预信号处信号总损失时间，Y为预信号处流量比，v/c为预信号处的饱和度(实际达到交通量与通行能力之比)。

当时，瓶颈在预信号处；

当时，主信号处的信号配时根据Newell法进行，说明饱和度能符合要求；

当时，主信号处的信号配时根据等饱和度原则进行，使得饱和度符合要求。

当主交叉口设置有预信号的进口道的饱和度≥(v/c)^p-0.05时，主信号配时符合要求；否则，确保相应饱和度＝(v/c)^p-0.05，多余的绿灯时间按Newell法分给垂直方向(主信号饱和度不需要比预信号低太多，否则浪费绿灯时间)。

进一步的，本方法中还具有主信号、预信号协调控制参数的设计：

首先，明确预信号设置位置需要满足的条件——为了更好地协调控制，以及减少对上游交叉口的影响，l₁和l₃尽可能小，同时使第一辆回转车到达下游预信号处时，绿灯尚未开始，尽可能降低绕行距离。但同时，至少能确保下游回转时车辆的排队不溢出到主交叉口(堵塞车头间距l_jam＝7.5m)；

结合实际工作经验，确定l₁和l₃的取值。接着，计算主信号与预信号的“时差”(offset)：结合时空图，要让车辆在蓄车池中充分排队，第一辆车到达主信号停车线后，所需等待的最短时间(s表示饱和流率，这里左转和直行的饱和流率是不同的，如果用“直行当量法”做信号配时，则相应的饱和流率只需要把分子上的系数除到分母上即可)；

因此，主、预信号绿灯开始时间之间的关系是(预信号处左转绿灯开始的时间为类似地定义)

这里的包含损失时间和行程时间两部分，以进口3为例，进口1可以类似计算

式中，l₁，l₃为交叉口两个相对方向的进口待驶区长度(脚标的1、3表示进口道编号)，为到上游交叉口的距离，q₁₁、q₁₂、q₃₁、q₃₂分别为1进口道左转和直行的流量，3进口道左转和直行的流量。N₁₁、N₁₂、N₃₁、N₃₂分别为1进口左转直行车道数，3进口左转直行车道数。分别为1进口和3进口的诱导车速。分别是预信号左转、主信号左转，预信号直行、主信号直行的饱和流率。分别为左转和直行的有效绿灯时间。

综上所述，本发明提供一种缓解城市过饱和交叉口交通拥堵的通行管控方法，包括如下过程：基于交叉口的流量数据，分析获得交叉口的流量特征和拥堵特征；基于交叉口的车辆排队长度数据，分析获得交叉口的拥堵时段，以及排队长度最严重的进口和流向；基于交叉口的流量特征、交叉口的拥堵特征、交叉口的拥堵时段、交叉口排队长度最严重的进口和交叉口排队长度最严重的流向，通过布置预停车线和预信号灯构建交叉口综合待驶区；通过对各车道对应的预信号灯和主信号灯的周期进行设置，疏导交叉口的车辆。本发明提供的方法优点在于引入综合待驶区这一非常规设计手段，不需要左转绕路或者不需要交叉口大量改造的前提下，在综合待驶区设计中考虑右转车辆以及充分利用所有的车道资源，为国内针对实际的交叉口开展综合待驶区的研究提出了一个较为行之有效的示例。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。