鄧榮峰

(北京理工大學(xué) 珠海學(xué)院，廣東珠海 519088)

交叉口綠燈倒計(jì)時(shí)信號(hào)對黃燈時(shí)長的影響研究

鄧榮峰

(北京理工大學(xué) 珠海學(xué)院，廣東珠海 519088)

在分析綠燈倒計(jì)時(shí)信號(hào)對駕駛員駕駛行為的影響以及最佳黃燈時(shí)間計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，建立車輛在綠燈末期運(yùn)動(dòng)過程的數(shù)學(xué)模型，確定考慮綠燈倒計(jì)時(shí)信號(hào)的最佳黃燈時(shí)間計(jì)算方法。計(jì)算分析結(jié)果表明：車輛加速性能對最佳黃燈時(shí)間的影響可以忽略；考慮綠燈倒計(jì)時(shí)信號(hào)的情況下，信號(hào)燈的可見距離越長，所需的黃燈時(shí)間越長；在信號(hào)燈可見距離足夠遠(yuǎn)的情況下，最佳黃燈時(shí)長比未考慮綠燈倒計(jì)時(shí)信號(hào)多0.6～0.7 s。建議對于信號(hào)燈可見距離較遠(yuǎn)、流量未飽和，且未安裝交通違法檢測裝置的交叉口，黃燈時(shí)間延長一個(gè)閃爍周期，并去除黃燈倒計(jì)時(shí)信號(hào)。

交通信號(hào)控制；交通安全；交叉口；綠燈倒計(jì)時(shí)信號(hào)；黃燈時(shí)長

倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈是與普通交通信號(hào)燈配合使用的輔助設(shè)備，用于同步顯示現(xiàn)有信號(hào)相位的剩余時(shí)間。文獻(xiàn)[1-3]中均沒有設(shè)置倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈的強(qiáng)制規(guī)定，公安部認(rèn)為倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈的設(shè)置與否應(yīng)根據(jù)各地情況決定。但近年來，越來越多的城市都安裝上了倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈。

文獻(xiàn)[4]研究表明，倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈會(huì)誘發(fā)一部分駕駛員在綠燈末尾時(shí)加速通過路口，在紅燈末尾時(shí)提前啟動(dòng)進(jìn)入交叉口，可能引發(fā)重、特大交通事故；文獻(xiàn)[5]通過問卷調(diào)查與現(xiàn)場觀測的方法，對綠燈倒計(jì)時(shí)作了研究，結(jié)果表明駕駛員在綠燈倒計(jì)時(shí)末期會(huì)減速停車的概率僅為7% ，建議交通安全法增加規(guī)定：“黃燈期間越過停車線的車輛的車速不得超過交叉口的限速，否則將按黃燈超速而被處罰”；文獻(xiàn)[6]通過視頻檢測的手段發(fā)現(xiàn)，綠燈倒計(jì)時(shí)末期，車輛通過停車線的速度要比未安裝倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈有明顯增加；文獻(xiàn)[7]通過對不同條件下的進(jìn)口道自由流車速進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，表明在沒有交通違法檢測設(shè)備的情況下，綠燈倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈會(huì)使車速提高，在綠燈最后10 s內(nèi)，車速提高幅度尤為突出，超速率也遠(yuǎn)高于未安裝倒計(jì)時(shí)信號(hào)的交叉口，建議在使用綠燈倒計(jì)時(shí)信號(hào)的同時(shí)應(yīng)安裝交通違法檢測設(shè)備；文獻(xiàn)[8]運(yùn)用汽車動(dòng)力學(xué)原理及交通沖突理論，對駕駛員在綠燈間隔期間的駕駛行為以及車輛的行駛軌跡進(jìn)行分析，確定了黃燈時(shí)長的計(jì)算公式，但該公式未考慮綠燈倒計(jì)時(shí)信號(hào)對駕駛行為的影響。文獻(xiàn)[9]就倒計(jì)時(shí)信號(hào)對綠燈間隔時(shí)間的影響作了研究，但建模時(shí)假定車輛在綠燈結(jié)束時(shí)的車速不會(huì)超過進(jìn)口道限速，這一假設(shè)與實(shí)際情況有較大差異。

本文通過建立綠燈倒計(jì)時(shí)階段的車輛加速運(yùn)動(dòng)模型，就綠燈倒計(jì)時(shí)信號(hào)對黃燈時(shí)長的影響進(jìn)行定量分析。

1 最佳黃燈時(shí)長計(jì)算

設(shè)置黃燈的目的是為了提醒駕駛員信號(hào)燈即將變成紅燈，要作好在停車線前安全停車的準(zhǔn)備，因此，看到黃燈原則上要減速停車；但對于黃燈啟亮?xí)r離停車線已經(jīng)很近，不具備在停車線前安全停車的車輛，可以利用黃燈時(shí)間，保持車速不變的前提下通過停車線。

1)駕駛員發(fā)現(xiàn)信號(hào)燈由綠燈變?yōu)辄S燈時(shí)，有條件選擇在停車線前安全停車，車輛與停車線之間的距離必須>L1，L1的計(jì)算式為

(1)

式中tr為反應(yīng)時(shí)間，通常取為1 s；v0為綠燈結(jié)束時(shí)車輛的行駛速度；a為剎車時(shí)車輛加速度的絕對值，m/s2，無實(shí)測數(shù)據(jù)時(shí)取2.5 m/s2；i為交叉口進(jìn)口道的縱坡，上坡取“+”號(hào)，下坡取“-”號(hào)；g為重力加速度，g=9.8 m/s2。

2)當(dāng)車輛離停車線距離過近，無法在停車線前安全停車，則車輛可選擇利用黃燈時(shí)間通過停車線。此時(shí)車輛距停車線的距離應(yīng)

L2=v0t，

(2)

式中t為最佳黃燈時(shí)間。

圖1 最佳黃燈時(shí)間計(jì)算示意圖

式(1)～(2)均反映了綠燈結(jié)束時(shí)車輛行駛速度與黃燈啟亮后車輛運(yùn)動(dòng)距離之間的關(guān)系，兩者的線型如圖1所示。由圖1可知，在選擇困惑區(qū)內(nèi)，車輛既可以選擇在停車線前安全停車，又可以選擇以原來的速度通過停車線，駕駛員會(huì)產(chǎn)生選擇困惑；而兩難困境區(qū)內(nèi)，車輛既不能在停車線前安全停車，又沒有足夠的時(shí)間以原來的速度通過停車線。因此，黃燈最佳時(shí)間應(yīng)以不產(chǎn)生選擇困惑和兩難困境為依據(jù)，即取圖中L1與L2相等時(shí)的時(shí)間值。不難推出t的計(jì)算式為[10]

(3)

從以上分析可以看出，最佳黃燈時(shí)間僅與綠燈結(jié)束時(shí)車輛的行駛速度(實(shí)際計(jì)算時(shí)往往用85%車速代替)以及交叉口進(jìn)口道的縱坡大小有關(guān)。

2 考慮倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈的最佳黃燈時(shí)長計(jì)算

在綠燈倒計(jì)時(shí)末期，絕大多數(shù)駕駛員都會(huì)選擇加速，盡量在綠燈結(jié)束前通過停車線，也就是說，當(dāng)存在綠燈倒計(jì)時(shí)的情況下，式(3)中的v0會(huì)明顯變大，導(dǎo)致最佳黃燈時(shí)間變長。

倒計(jì)時(shí)信號(hào)的能見距離D與天氣、時(shí)間及信號(hào)燈安裝位置、安裝高度等因素相關(guān)，文獻(xiàn)[1]中對此尚無明確要求，參照美國信號(hào)燈標(biāo)準(zhǔn)，信號(hào)燈的最小能見距離Dmin如表1所示[11]。

表1 信號(hào)燈最小能見距離

假設(shè)綠燈信號(hào)倒計(jì)時(shí)末期，距離交叉口距離D處的車輛以速度v0駛向交叉口，經(jīng)過短暫的判斷后，駕駛員選擇加速行駛，由于人的視覺感知反應(yīng)時(shí)間為0.150～0.225 s，取上限0.225 s，忽略駕駛員踩油門的動(dòng)作反應(yīng)時(shí)間，即駕駛員看到倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈后0.225 s進(jìn)行加速行駛，設(shè)車輛的加速過程為勻加速運(yùn)動(dòng)，加速度為a′，當(dāng)車輛與停車線的距離為L3時(shí)，車輛速度為vt，則L3與vt的關(guān)系式為

(4)

當(dāng)黃燈啟亮?xí)r，如果車輛所處位置剛好可以按當(dāng)下的瞬時(shí)速度勻速通過停車線，車輛將不再加速(不考慮瞬時(shí)車速是否超出限速)。對于黃燈啟亮后仍然加速越過停車線的行為，其危險(xiǎn)程度極高，不在本文討論范圍之內(nèi)，建議加大對此類車輛的處罰力度。因此，車輛在綠燈末期進(jìn)入安裝有綠燈倒計(jì)時(shí)的交叉口的運(yùn)動(dòng)過程如圖2所示。車輛以速度v0駛近交叉口，在a點(diǎn)發(fā)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)裝置后，經(jīng)過短暫的判斷，在b點(diǎn)選擇開始加速，到達(dá)距離停車線L3的c點(diǎn)時(shí)綠燈結(jié)束，車輛利用黃燈時(shí)間以速度vt通過停車線。

將式(4)的曲線與式(1)～(2)的曲線進(jìn)行疊加(如圖3所示)，不難發(fā)現(xiàn)，考慮了綠燈倒計(jì)時(shí)末期車輛加速行駛這一現(xiàn)象后，最佳黃燈時(shí)間取值點(diǎn)應(yīng)由圖3中A2位置代替原來的A1位置，最佳黃燈時(shí)間有所增加。

圖2 車輛在綠燈末期進(jìn)入交叉口的運(yùn)動(dòng)過程示意圖

圖3 考慮綠燈倒計(jì)時(shí)的黃燈時(shí)長計(jì)算

車輛在綠燈末期進(jìn)入安裝有綠燈倒計(jì)時(shí)的交叉口的運(yùn)動(dòng)過程表達(dá)式為

(5)

式中t1為車輛加速時(shí)長；t′為考慮綠燈倒計(jì)時(shí)所需的黃燈時(shí)長。

考慮到

(6)

(7)

將式(6)～(7)代入式(5)，得

(8)

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)果比較

分別取D為表1中的建議值和理想值進(jìn)行計(jì)算，并與式(3)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果如表2～3所示，表2中信號(hào)燈可見距離DJ為建議值，表3中信號(hào)燈可見距離DL為理想值。

表2 考慮綠燈倒計(jì)時(shí)與未考慮綠燈倒計(jì)時(shí)所需黃燈時(shí)間對比

表3 考慮綠燈倒計(jì)時(shí)與未考慮綠燈倒計(jì)時(shí)所需黃燈時(shí)間對比

由表2～3可知：

1)考慮綠燈倒計(jì)時(shí)信號(hào)的情況下，車輛加速性能對最佳黃燈時(shí)間的影響可以忽略；

2)考慮綠燈倒計(jì)時(shí)信號(hào)的情況下，限速相同的交叉口進(jìn)口道，倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈的可見距離越長，所需的黃燈時(shí)間越長；

3)考慮車輛在綠燈倒計(jì)時(shí)末期會(huì)加速行駛，在信號(hào)燈可見距離足夠遠(yuǎn)的情況下(以理想值為參照)，最佳黃燈時(shí)長要比未考慮車輛在綠燈倒計(jì)時(shí)末期加速行駛多0.6～0.7 s。根據(jù)文獻(xiàn)[13]的規(guī)定，黃燈信號(hào)頻率為55～65次/min，建議在安裝了綠燈倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈的交叉口，黃燈時(shí)長增加1個(gè)閃爍周期。

3.2 建議

1)對于信號(hào)燈可見距離較遠(yuǎn)且流量未飽和的交叉口，如果現(xiàn)階段安裝了綠燈倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈，但未配套安裝交通違法檢測裝置，建議黃燈時(shí)間適當(dāng)延長1個(gè)閃爍周期；

2)由于黃燈閃爍頻率近似為1次/s，如實(shí)際所需黃燈時(shí)長超過3 s，但不足4 s，黃燈時(shí)長也只能設(shè)置為4 s。為了避免駕駛員在黃燈時(shí)間內(nèi)加速?zèng)_入交叉口，建議務(wù)必去除黃燈倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈。

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB14886—2006 道路交通信號(hào)燈設(shè)置與安裝規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[2]中華人民共和國公安部.GA/T508—2004 道路交通信號(hào)倒計(jì)時(shí)顯示器[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

[3]國務(wù)院法制辦公室.中華人民共和國道路交通安全法[M].北京：中國法制出版社，2013.

[4]王巖，楊曉光.基于交通安全的交叉口倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈設(shè)置研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2006，16(3)：55-70.

[5]錢紅波，韓皓.機(jī)動(dòng)車綠燈倒計(jì)時(shí)對交叉口交通安全的影響研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，20(3)：9-13.

[6]馬天宇.信號(hào)交叉口倒計(jì)時(shí)顯示屏對駕駛員行為影響分析[D].長春：吉林大學(xué)，2008.

[7]朱彤，郭春琳，謝陳江，等.交通信號(hào)倒計(jì)時(shí)對車速與交通安全的影響[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)， 2012，22(4)：97-102.

[8]錢紅波，李克平.綠燈間隔時(shí)間對交叉口交通安全的影響研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2008，18(6)：166-170.

[9]李超，鄭長江，周江濤，等.倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈綠燈間隔時(shí)間設(shè)置研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)， 2013，23(1)：72-76.

[10]楊佩昆，張樹升.交通管理與控制[M].北京：人民交通出版社，1995.

[11]段里仁.道路交通自動(dòng)控制[M].北京：中國人民公安大學(xué)出版社，1991.

[12]蔡果，張雪梅，黃良彪.汽車構(gòu)造與安全使用教程[M].北京：中國人民公安大學(xué)出版社，2005：126-153.

[13]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB25280—2010 道路交通信號(hào)控制機(jī)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

(責(zé)任編輯：楊秀紅)

ResearchonEffectofGreenSignalCountdownonAmberSignalDurationatIntersection

DENGRong-feng

(ZhuhaiCampus,BeijingInstituteofTechnology,Zhuhai519088,China)

Based on the review of the effect of green signal countdown on driving behavior and the method of the optimal amber signal design, the mathematical model of the car motion during the countdown of green signal is established, and then the method for the optimal amber signal design considering the green signal countdown is proposed. The computation indicates that the length of amber signal is uncorrelated with vehicle acceleration, and in the consideration of green signal countdown, the intersection with long vision distance of signal needs long amber time; when the vision distance of amber signal is long enough, the optimal amber time should be 0.6～0.7 s more. It is suggested that one more period of the amber signal should be added for the intersection with unsaturated flow, no monitoring equipments, and long vision distance of signal and the countdown of amber signal is suggested to be removed.

traffic signal control; traffic safety; intersection; green signal countdown; amber signal duration

2014-04-24

鄧榮峰(1982—)，男，江蘇東臺(tái)人，北京理工大學(xué)珠海學(xué)院講師，工學(xué)碩士，主要研究方向?yàn)榻煌ㄐ盘?hào)控制與交通信息檢測.

10.3969/j.issn.1672-0032.2014.02.005

U491.51

A

1672-0032(2014)02-0016-05