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)時信號對黃燈時長的影響研究

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)時信號對駕駛員駕駛行為的影響以及最佳黃燈時間計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，建立車輛在綠燈末期運(yùn)動過程的數(shù)學(xué)模型，確定考慮綠燈倒計(jì)時信號的最佳黃燈時間計(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間的影響可以忽略；考慮綠燈倒計(jì)時信號的情況下，信號燈的可見距離越長，所需的黃燈時間越長；在信號燈可見距離足夠遠(yuǎn)的情況下，最佳黃燈時長比未考慮綠燈倒計(jì)時信號多0.6～0.7 s。建議對于信號燈可見距離較遠(yuǎn)、流量未飽和，且未安裝交通違法檢測裝置的交叉口，黃燈時間延長一個閃爍周期，并去除黃燈倒計(jì)時信號。

交通信號控制；交通安全；交叉口；綠燈倒計(jì)時信號；黃燈時長

倒計(jì)時信號燈是與普通交通信號燈配合使用的輔助設(shè)備，用于同步顯示現(xiàn)有信號相位的剩余時間。文獻(xiàn)[1-3]中均沒有設(shè)置倒計(jì)時信號燈的強(qiáng)制規(guī)定，公安部認(rèn)為倒計(jì)時信號燈的設(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)時信號燈。

文獻(xiàn)[4]研究表明，倒計(jì)時信號燈會誘發(fā)一部分駕駛員在綠燈末尾時加速通過路口，在紅燈末尾時提前啟動進(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)時作了研究，結(jié)果表明駕駛員在綠燈倒計(jì)時末期會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)時末期，車輛通過停車線的速度要比未安裝倒計(jì)時信號燈有明顯增加；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)時信號燈會使車速提高，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)時信號的交叉口，建議在使用綠燈倒計(jì)時信號的同時應(yīng)安裝交通違法檢測設(shè)備；文獻(xiàn)[8]運(yùn)用汽車動力學(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，確定了黃燈時長的計(jì)算公式，但該公式未考慮綠燈倒計(jì)時信號對駕駛行為的影響。文獻(xiàn)[9]就倒計(jì)時信號對綠燈間隔時間的影響作了研究，但建模時假定車輛在綠燈結(jié)束時的車速不會超過進(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)時階段的車輛加速運(yùn)動模型，就綠燈倒計(jì)時信號對黃燈時長的影響進(jìn)行定量分析。

1 最佳黃燈時長計(jì)算

設(shè)置黃燈的目的是為了提醒駕駛員信號燈即將變成紅燈，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)信號燈由綠燈變?yōu)辄S燈時，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)時間，通常取為1 s；v0為綠燈結(jié)束時車輛的行駛速度；a為剎車時車輛加速度的絕對值，m/s2，無實(shí)測數(shù)據(jù)時取2.5 m/s2；i為交叉口進(jìn)口道的縱坡，上坡取“+”號，下坡取“-”號；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間通過停車線。此時車輛距停車線的距離應(yīng)

L2=v0t，

(2)

式中t為最佳黃燈時間。

圖1 最佳黃燈時間計(jì)算示意圖

式(1)～(2)均反映了綠燈結(jié)束時車輛行駛速度與黃燈啟亮后車輛運(yùn)動距離之間的關(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，又沒有足夠的時間以原來的速度通過停車線。因此，黃燈最佳時間應(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相等時的時間值。不難推出t的計(jì)算式為[10]

(3)

從以上分析可以看出，最佳黃燈時間僅與綠燈結(jié)束時車輛的行駛速度(實(shí)際計(jì)算時往往用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)時信號燈的最佳黃燈時長計(jì)算

在綠燈倒計(jì)時末期，絕大多數(shù)駕駛員都會選擇加速，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)時的情況下，式(3)中的v0會明顯變大，導(dǎo)致最佳黃燈時間變長。

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

表1 信號燈最小能見距離

假設(shè)綠燈信號倒計(jì)時末期，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)時間為0.150～0.225 s，取上限0.225 s，忽略駕駛員踩油門的動作反應(yīng)時間，即駕駛員看到倒計(jì)時信號燈后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，加速度為a′，當(dāng)車輛與停車線的距離為L3時，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)下的瞬時速度勻速通過停車線，車輛將不再加速(不考慮瞬時車速是否超出限速)。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)時的交叉口的運(yùn)動過程如圖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)時綠燈結(jié)束，車輛利用黃燈時間以速度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)時末期車輛加速行駛這一現(xiàn)象后，最佳黃燈時間取值點(diǎn)應(yīng)由圖3中A2位置代替原來的A1位置，最佳黃燈時間有所增加。

圖2 車輛在綠燈末期進(jìn)入交叉口的運(yùn)動過程示意圖

圖3 考慮綠燈倒計(jì)時的黃燈時長計(jì)算

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

(5)

式中t1為車輛加速時長；t′為考慮綠燈倒計(jì)時所需的黃燈時長。

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中信號燈可見距離DJ為建議值，表3中信號燈可見距離DL為理想值。

表2 考慮綠燈倒計(jì)時與未考慮綠燈倒計(jì)時所需黃燈時間對比

表3 考慮綠燈倒計(jì)時與未考慮綠燈倒計(jì)時所需黃燈時間對比

由表2～3可知：

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

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

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

3.2 建議

1)對于信號燈可見距離較遠(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)時信號燈，但未配套安裝交通違法檢測裝置，建議黃燈時間適當(dāng)延長1個閃爍周期；

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

[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. GB14886—2006 道路交通信號燈設(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 道路交通信號倒計(jì)時顯示器[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)時信號燈設(shè)置研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2006，16(3)：55-70.

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

[6]馬天宇.信號交叉口倒計(jì)時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.交通信號倒計(jì)時對車速與交通安全的影響[J].中國安全科學(xué)學(xué)報， 2012，22(4)：97-102.

[8]錢紅波，李克平.綠燈間隔時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，2008，18(6)：166-170.

[9]李超，鄭長江，周江濤，等.倒計(jì)時信號燈綠燈間隔時間設(shè)置研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報， 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.GB25280—2010 道路交通信號控制機(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盘柨刂婆c交通信息檢測.

10.3969/j.issn.1672-0032.2014.02.005

U491.51

A

1672-0032(2014)02-0016-05