俞 灝 劉 攀 羊 釗 陳昱光

（1.東南大學(xué)城市智能交通江蘇省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南京210096；2.現(xiàn)代城市交通技術(shù)江蘇高校協(xié)同創(chuàng)新中心 南京210096；3.昆明理工大學(xué)交通工程學(xué)院 昆明650093）

0 引 言

信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置作為1種交叉口交通控制輔助設(shè)施已在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用。常用信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置包括綠燈倒計(jì)時(shí)、紅燈倒計(jì)時(shí)和早啟綠閃等類型。以南京市為例，目前多數(shù)信號(hào)交叉口都配備了帶數(shù)字顯示的倒計(jì)時(shí)裝置，設(shè)置在信號(hào)燈一側(cè)（見(jiàn)圖1）。信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置不斷顯示當(dāng)前信號(hào)相位剩余時(shí)間，為駕駛?cè)送＼?chē)和啟動(dòng)提供了更多決策思考時(shí)間，同時(shí)可以舒緩紅燈期間駕駛?cè)艘虻却a(chǎn)生的焦躁情緒［1］。已有研究表明信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置對(duì)交叉口通行能力提升作用有限［2］，但對(duì)其如何影響交叉口交通安全尚無(wú)明確結(jié)論。在已有研究的基礎(chǔ)上，筆者采用紅燈黃燈時(shí)段通過(guò)停車(chē)線情況及交通沖突數(shù)作為替代指標(biāo)進(jìn)行安全影響評(píng)價(jià)，量化分析信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置對(duì)交叉口安全的影響［3－4］。

圖1 常見(jiàn)信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置示意－以南京為例Fig.1 Signal countdown timer device in nanjing

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

已有研究多采用信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置影響下駕駛?cè)嗽诮徊婵诘拿半U(xiǎn)行為（如紅黃燈時(shí)段通過(guò)停車(chē)線）和綠燈時(shí)段靜止車(chē)輛啟動(dòng)特性作為指標(biāo)，分析倒計(jì)時(shí)信號(hào)裝置對(duì)交通安全的影響。Chiou等［5］對(duì)綠燈倒計(jì)時(shí)和紅燈倒計(jì)時(shí)裝置對(duì)交叉口進(jìn)口道駕駛?cè)诵袨榈挠绊戇M(jìn)行了研究。結(jié)果表明，2類信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置對(duì)交叉口安全均無(wú)顯著提升。綠燈倒計(jì)時(shí)裝置導(dǎo)致進(jìn)口道處駕駛?cè)霜q豫區(qū)域的延伸，增加了發(fā)生追尾事故的風(fēng)險(xiǎn)。Ibrahim等［4］發(fā)現(xiàn)在設(shè)置了綠燈倒計(jì)時(shí)裝置1.5個(gè)月后，闖紅燈率降低了65%，但是這種改善效果在7.5個(gè)月之后逐漸消失，交叉口的闖紅燈率又恢復(fù)到了之前的水平。王巖等［6］基于分析模型研究了信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置對(duì)交叉口安全的影響，認(rèn)為信號(hào)倒計(jì)時(shí)不僅降低交叉口通行能力還降低了交叉口安全水平，因此建議慎重使用信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置。

總的來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)對(duì)信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置對(duì)交通安全的影響研究較少。已有研究多基于用戶調(diào)查等手段，缺少對(duì)交通安全的客觀描述［7－9］。部分基于駕駛?cè)诵袨榈难芯?，由于?shù)據(jù)來(lái)源局限于單一交叉口，存在樣本量不足和數(shù)據(jù)變異性較大等問(wèn)題，導(dǎo)致研究結(jié)論存在差異。

2 研究方法及數(shù)據(jù)采集

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

在城市交通環(huán)境下，交通事故發(fā)生原因復(fù)雜、事故數(shù)據(jù)獲取困難。特別是在信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置并非與交通事故的發(fā)生直接相關(guān)的情況下，通過(guò)有限的數(shù)據(jù)難以正確建立信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置與交通事故之間的分析模型，因而很難以交通事故為安全評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置的安全影響進(jìn)行分析。

信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置對(duì)交叉口安全的影響主要建立在對(duì)進(jìn)口道處駕駛?cè)诵袨樘匦杂绊懙幕A(chǔ)上。筆者利用紅黃燈相位下通過(guò)停車(chē)線事件的頻次，以及綠燈相位下進(jìn)口道交通沖突頻次2項(xiàng)指標(biāo)對(duì)進(jìn)口道處的駕駛?cè)诵袨樘匦赃M(jìn)行量化，并以此對(duì)交叉口安全水平進(jìn)行評(píng)估。在統(tǒng)計(jì)通過(guò)停車(chē)線事件的頻次時(shí)，考慮紅燈與黃燈對(duì)駕駛?cè)思s束效力的差異，分別記錄2個(gè)時(shí)間段的車(chē)次；在統(tǒng)計(jì)交通沖突頻次時(shí)，主要記錄綠燈啟亮?xí)r及綠燈結(jié)束前15 s內(nèi)進(jìn)口道處發(fā)生的換道及追尾沖突。這2類沖突被認(rèn)為與信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置有較高的相關(guān)性［10－12］。

2.2 分析方法

使用對(duì)比實(shí)驗(yàn)方法對(duì)有無(wú)信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置的交叉口進(jìn)行分析，確保被調(diào)查交叉口除有無(wú)信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置外，交叉口特征基本保持一致，從而認(rèn)為在不同交叉口測(cè)得的數(shù)據(jù)差異僅由是否安裝信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置及固有隨機(jī)性引起，數(shù)據(jù)采集選點(diǎn)原則如2.3節(jié)所述。本次研究利用視頻攝像方法確保數(shù)據(jù)采集時(shí)間的一致性，同時(shí)采用t檢驗(yàn)對(duì)各指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯著性檢驗(yàn)，包括每周期紅燈以及黃燈期間通過(guò)停車(chē)線的車(chē)次，換道沖突數(shù)以及追尾沖突數(shù)。采用的t檢驗(yàn)的原假設(shè)表述為：有信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置交叉口相關(guān)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果與無(wú)信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置交叉口相應(yīng)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果沒(méi)有差異。當(dāng)且僅當(dāng)式（1）成立時(shí)，拒絕原假設(shè)［13］。

2.3 數(shù)據(jù)采集

對(duì)9個(gè)信號(hào)交叉口的13個(gè)進(jìn)口道進(jìn)行了相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查，數(shù)據(jù)采集點(diǎn)情況見(jiàn)表1，這些交叉口位于江蘇省內(nèi)的2個(gè)臨近城市。為了確保所選信號(hào)交叉口具有可比性，本次研究在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集點(diǎn)選取時(shí)，遵循了如下原則。

1）該信號(hào)交叉口提供左轉(zhuǎn)保護(hù)相位，并為左轉(zhuǎn)車(chē)輛提供左轉(zhuǎn)專用道。

2）車(chē)道寬度至少3.5 m。

3）交叉口內(nèi)行人及非機(jī)動(dòng)車(chē)較少，對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)流幾乎無(wú)影響。

4）在進(jìn)口道內(nèi)停車(chē)線前100 m范圍內(nèi)沒(méi)有路側(cè)停車(chē)位或公交站臺(tái)。

5）交叉口遠(yuǎn)離城市中心商業(yè)區(qū)。

所選13個(gè)進(jìn)口道中（見(jiàn)表1）有9個(gè)進(jìn)口道設(shè)有信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置，4個(gè)進(jìn)口道屬于無(wú)信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置的信號(hào)交叉口。使用視頻錄像的方式對(duì)實(shí)地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行記錄，為提高視頻數(shù)據(jù)采集有效性，錄制視頻的角度及位置都進(jìn)行了調(diào)整，攝像機(jī)被放置在路側(cè)建筑物的高層，確保整個(gè)進(jìn)口道都在觀測(cè)范圍內(nèi)，同時(shí)所有視頻數(shù)據(jù)均錄制于2012年6月天氣晴朗的工作日晚高峰時(shí)間16：30～18：30時(shí)間。對(duì)13個(gè)進(jìn)口道共計(jì)21 h的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)據(jù)讀取，統(tǒng)計(jì)各信號(hào)周期內(nèi)所研究進(jìn)口道的交通流量，紅黃燈期間穿越停車(chē)線的車(chē)次數(shù)以及交通沖突數(shù)。對(duì)各個(gè)進(jìn)口道的直行車(chē)輛與左轉(zhuǎn)車(chē)輛進(jìn)行了分別記錄。根據(jù)Migletz等［14］對(duì)交通沖突的定義，2輛或多輛機(jī)動(dòng)車(chē)之間，由于其中1輛車(chē)的行為導(dǎo)致其他車(chē)作出避讓行為的事件，被定義為交通沖突。常見(jiàn)的沖突類型主要包括交叉沖突、換道沖突以及追尾沖突。由于本次研究環(huán)境為交叉口進(jìn)口道，因而主要涉及2種類型的交通沖突：換道沖突和追尾沖突。分別做如下定義。

1）換道沖突。由于前車(chē)未及時(shí)啟動(dòng)或啟動(dòng)過(guò)慢，為了避免與前車(chē)發(fā)生碰撞，后車(chē)進(jìn)行換道的事件。

2）追尾沖突。由于前車(chē)未及時(shí)啟動(dòng)或啟動(dòng)過(guò)慢，為了避免與前車(chē)發(fā)生碰撞，后車(chē)啟動(dòng)后又有明顯減速行為的事件。

表1 調(diào)查交叉口特性Tab.1 Characteristic of selected signalized intersections

3 數(shù)據(jù)分析結(jié)果

3.1 紅黃燈相位下駕駛?cè)诵袨樘匦?/h3>

采用通過(guò)停車(chē)線事件的頻次作為紅黃燈相位下駕駛?cè)诵袨樘匦缘牧炕笜?biāo)。采集了13個(gè)信號(hào)交叉口的進(jìn)口道共計(jì)425個(gè)周期的交通數(shù)據(jù)，其中紅燈相位下通過(guò)停車(chē)線39車(chē)次，黃燈相位下通過(guò)停車(chē)線214車(chē)次。在直行方向交通流中，紅燈相位下通過(guò)停車(chē)線17車(chē)次，黃燈相位下通過(guò)停車(chē)線112車(chē)次；左轉(zhuǎn)方向交通流的2項(xiàng)數(shù)據(jù)分別為22車(chē)次和102車(chē)次。單個(gè)周期發(fā)生此類事件的頻次分布情況見(jiàn)圖2，分析結(jié)果如下。

圖2 有無(wú)信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置條件下直行左轉(zhuǎn)車(chē)輛事件發(fā)生分布對(duì)比Fig.2 Comparison of the distributions of red－yellow running violations with and without signal countdown devices

1）在采集到的425個(gè)周期內(nèi)，安裝有信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置的交叉口進(jìn)口道處，直行方向交通流發(fā)生事件的概率是27.6%、左轉(zhuǎn)方向交通流發(fā)生事件的概率是34.7%，而在所有無(wú)信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置的交叉口，直行方向交通流發(fā)生事件的概率是16.0%、左轉(zhuǎn)方向交通流發(fā)生事件的概率是11.5%。

2）在有信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置的交叉口進(jìn)口道處，單個(gè)周期發(fā)生1次以上事件的比例，在直行與左轉(zhuǎn)兩個(gè)方向上都比無(wú)信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置的交叉口有顯著提高。在有信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置的交叉口進(jìn)口道處，單個(gè)周期內(nèi)，直行方向交通流發(fā)生1次以上事件的概率是12.0%，左轉(zhuǎn)方向交通流發(fā)生1次以上事件的概率是11.5%；而相應(yīng)的在無(wú)信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置的交叉口，直行方向交通流與左轉(zhuǎn)方向交通流發(fā)生1次以上事件的概率分布為1.0%和0.5%。

t檢驗(yàn)結(jié)果表明，在信號(hào)交叉口，是否安裝信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置對(duì)紅黃燈相位時(shí)車(chē)輛駛?cè)虢徊婵谛袨榘l(fā)生頻次存在顯著差異。檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。在95%的置信度條件下，紅黃燈相位下的通過(guò)車(chē)次以及總車(chē)次在直行與左轉(zhuǎn)2個(gè)方向上均存在顯著差異。以直行方向交通流為例，紅燈相位下的平均通過(guò)車(chē)次由無(wú)信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置條件下的0.01增長(zhǎng)到了有信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置條件下的0.067；黃燈相位下的平均車(chē)次從0.16增長(zhǎng)到了0.36；兩者相加，在紅黃燈相位下的平均車(chē)次，有信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置的比無(wú)信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置的增加了超過(guò)140%。表2中的t檢驗(yàn)結(jié)果表明，信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置顯著地增加了交叉口處紅黃燈相位時(shí)通過(guò)交叉口車(chē)次。究其原因，主要是由于在進(jìn)口道處，安裝信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置后駕駛?cè)四軌蛱崆傲私馐Ｓ嗟狞S燈／綠燈時(shí)長(zhǎng)，因此客觀上增強(qiáng)了駕駛?cè)嗽诰G燈相位末尾及黃燈時(shí)段內(nèi)搶行的傾向，導(dǎo)致紅黃燈相位時(shí)段內(nèi)冒險(xiǎn)通過(guò)車(chē)次的增加。

表2 紅黃燈時(shí)間通過(guò)車(chē)次t檢驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Student’s t－test results of red－yellow running violations

3.2 綠燈相位下駕駛?cè)诵袨樘匦?/h3>

采用了換道沖突以及追尾沖突作為綠燈相位時(shí)駕駛?cè)税踩珷顟B(tài)的表征指標(biāo)，用作評(píng)價(jià)信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置對(duì)交叉口安全水平影響的依據(jù)。在筆者研究所選取的9個(gè)有信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置的交叉口進(jìn)口道處，平均每周期發(fā)生0.96起換道沖突，最小發(fā)生0起，最多發(fā)生5起，平均每周期發(fā)生2.00起追尾沖突，最小發(fā)生0起，最多發(fā)生6起。在本次研究所選取的4個(gè)無(wú)信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置的交叉口進(jìn)口道處，平均每周期發(fā)生0.29起換道沖突，最小發(fā)生0起，最多發(fā)生4起，平均每周期發(fā)生1.09起追尾沖突，最小發(fā)生0起，最多發(fā)生3起。當(dāng)然，僅使用沖突數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并未將交通流量納入考慮中，因此，本次研究還利用交通沖突數(shù)與交通流計(jì)算得到交通沖突率，換道沖突率及追尾沖突率的分布圖及累計(jì)頻率圖見(jiàn)圖3。

圖3 有無(wú)信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置條件下交叉口進(jìn)口道2類沖突率分布情況Fig.3 Statistical description for the two types of crash rates with and without signal countdown devices

如圖3（a）所示，有信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置條件下的換道沖突率的累計(jì)頻率曲線保持在無(wú)信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置條件下的換道沖突率累計(jì)頻率曲線的右側(cè)，即信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置提高了換道沖突發(fā)生的概率。但對(duì)于追尾沖突，圖3（b）未能清晰反映信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置對(duì)追尾沖突率的影響，在有無(wú)信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置的交叉口進(jìn)口道處的兩條追尾沖突率累計(jì)頻率曲線交互交織。

研究基于交通沖突數(shù)及沖突率進(jìn)行了一系列的t檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。由于信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置的存在，交叉口進(jìn)口道處平均每周期的換道沖突數(shù)由0.29起增長(zhǎng)到了0.96起，換道沖突率由2%增長(zhǎng)到了4%，t檢驗(yàn)結(jié)果表明，信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置使得追尾沖突顯著增加，但是追尾沖突率的增長(zhǎng)卻不顯著。

表3 綠燈啟動(dòng)階段交通沖突及沖突率t檢驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Student’s t－test for crash and crash rate at the beginning of green signal

2種類型的沖突反映了駕駛?cè)司G燈開(kāi)始及結(jié)束階段的駕駛行為特征。當(dāng)駕駛?cè)瞬煊X(jué)到綠燈即將開(kāi)始時(shí)，會(huì)作出不同的反應(yīng)，從分析結(jié)果可以看出，信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置的設(shè)置并未能削弱不同駕駛?cè)酥g反應(yīng)的差異，反而使得這種差異更加顯著。

4 結(jié)束語(yǔ)

信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置顯著提升了車(chē)輛在交叉口的冒險(xiǎn)通行頻次，并在一定程度上增加了交通沖突數(shù)，對(duì)交叉口交通安全水平存在負(fù)面影響。考慮到在前期研究中發(fā)現(xiàn)信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置對(duì)交叉口通行能力提升作用有限，建議在工程應(yīng)用中謹(jǐn)慎使用信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置。

筆者所做研究采用了替代指標(biāo)進(jìn)行交叉口安全評(píng)價(jià)，未來(lái)?xiàng)l件允許的情況下可運(yùn)用交通事故數(shù)據(jù)對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。筆者所做研究?jī)H考慮針對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)的信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置，未來(lái)可對(duì)作用于非機(jī)動(dòng)車(chē)和行人的信號(hào)倒計(jì)時(shí)裝置使用效果進(jìn)行分析。

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