趙　靖，馬萬經(jīng)，韓　印

(1.上海理工大學　管理學院，上海　200093；2.同濟大學　交通運輸工程學院，上?！?01804)

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基于實測數(shù)據(jù)的綠燈倒計時對駕駛行為的影響

趙靖1，馬萬經(jīng)2，韓印1

(1.上海理工大學管理學院，上海200093；2.同濟大學交通運輸工程學院，上海201804)

摘要：為了分析機動車綠燈倒計時對交叉口交通安全的潛在影響，通過實際調(diào)查，對有無機動車綠燈倒計時的交叉口駕駛行為進行了對比分析。利用視頻，采集了停車線前35 m范圍內(nèi)車輛通過各檢測線的時刻及相鄰檢測線間的車速。在對比交叉口上游路段平均車速以保證后續(xù)分析可比性的基礎(chǔ)上，通過分布擬合及相關(guān)性分析，研究了綠燈倒計時對相位切換期間停車線處車速大小分布、車速空間分布、車輛通過停車線時刻分布以及兩難區(qū)長度的影響。結(jié)果表明: 設(shè)置機動車綠燈倒計時將導致黃燈期間通過停車線車輛車速增加30%;使交叉口進口道區(qū)域車速空間變化趨于平穩(wěn)；對于黃燈啟亮后通過停車線的車輛，闖紅燈比例降低了90%；可顯著縮短甚至消除兩難區(qū)。

關(guān)鍵詞：交通工程；駕駛行為；實證分析；綠燈倒計時

0引言

信號控制交叉口一般通過設(shè)置黃燈信號向駕駛員發(fā)出將由綠燈轉(zhuǎn)變?yōu)榧t燈的警示。當車輛在黃燈期間到達交叉口時，就面臨是繼續(xù)行駛并通過交叉口還是減速停車的抉擇。但對于處于兩難區(qū)內(nèi)的車輛，無論作何選擇，都將出現(xiàn)急剎或闖紅燈行為，易引發(fā)交通事故[1-3]。為了應對上述兩難區(qū)問題，提升道路行車安全，在分析闖紅燈駕駛行為的基礎(chǔ)上[4]，輔助駕駛員提前做出決策的一系列方法被相繼提出[5]。其中，設(shè)置機動車綠燈倒計時是一種較為常用的方法，其功能是通過顯示剩余綠燈時長，給予駕駛員信號切換的預告信息，從而幫助其做出合理的決策，以避免兩難區(qū)的出現(xiàn)[6-7]。

交通信號對駕駛員行為的影響長期以來是交通控制和安全領(lǐng)域關(guān)注的問題，例如針對綠閃信號[8-9]、黃閃信號[10]、箭頭信號[11]、數(shù)字信號[12]等影響的研究。這類研究一般均采用實測數(shù)據(jù)分析的研究方法，針對機動車綠燈倒計時研究對駕駛行為的影響。以往主要從以下幾個方面展開：

(1)闖紅燈行為。統(tǒng)計分析顯示機動車綠燈倒計時可顯著減少闖紅燈數(shù)量[13-15]。

(2)黃燈期間的決策。通過駕駛行為意向問卷調(diào)查[16]，實測黃燈期間通過的車輛數(shù)[14]，或建立Logistic行為決策模型[15, 17]進行研究。一般認為在交通擁擠的情況下駕駛員會期望更快地通過交叉口，因此傾向于加速通過；而在交通較為通暢時，駕駛員心態(tài)相對平穩(wěn)，更傾向于減速停車。

(3)車速。統(tǒng)計分析顯示機動車綠燈倒計時會增加相位切換期間的車速[16, 18-19]。

(4)兩難區(qū)長度。主要基于假設(shè)數(shù)據(jù)，從理論層面分析綠閃及綠燈倒計時對消除兩難區(qū)的潛在作用[15]。

但上述研究主要基于統(tǒng)計平均數(shù)據(jù)，缺乏對實測數(shù)據(jù)分布，尤其是對車速的時間、空間分布進行對比分析，而這卻是影響交叉口交通安全的重要因素。此外，關(guān)于機動車綠燈倒計時對兩難區(qū)改善作用的研究，仍停留在理論層面，缺乏基于實測數(shù)據(jù)的分析。為此，本研究將基于實測數(shù)據(jù)，通過對有/無機動車綠燈倒計時設(shè)備的對比分析，主要從車速分布特征和對兩難區(qū)改善作用的角度，研究其對交通運行安全的影響。

1數(shù)據(jù)采集

如圖1所示，選擇上海市曹安路上兩個交叉口作為數(shù)據(jù)采集點。其中，曹安路-祁連山路交叉口設(shè)有機動車綠燈倒計時，曹安路-萬鎮(zhèn)路交叉口沒有設(shè)置。為保障觀測精度，采用了Liu等開發(fā)的視頻數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[20]。如圖2所示，每隔5 m設(shè)置1條數(shù)據(jù)監(jiān)測線，獲取的基礎(chǔ)信息如表1所示。

圖1　數(shù)據(jù)采集點Fig.1　Data collecting site

圖2　視頻檢測線布置Fig.2　Layouts of video detection lines

類別數(shù)據(jù)車輛數(shù)據(jù)通過各檢測線對應信號周期的時刻相鄰檢測線間車速統(tǒng)計數(shù)據(jù)交通流量各時間段進入交叉口的車輛數(shù)平均車速

2數(shù)據(jù)可比性分析

對比交叉口的幾何布置、信號配時和交通條件(如表2所示)，其基本交通特征均十分相似。以往研究表明車速對交叉口運行安全有較大影響[21]，因此本研究首先對比車輛進入進口道前的平均車速，用以檢驗兩個交叉口是否具有相同的交通運行背景。

在交叉口停車線上游100 m處設(shè)置30 m的檢測區(qū)域，統(tǒng)計進口道前路段的平均車速。統(tǒng)計分布情況滿足正態(tài)分布(1-sample K-S檢驗)，如圖3所示。其中，曹安路-祁連山路交叉口(有倒計時)上游路段平均車速為39.9 km/h，標準差為11.0 km/h；曹安路-萬鎮(zhèn)路交叉口(無倒計時)上游路段平均車速為38.7 km/h，標準差為10.3 km/h。雙樣本t檢驗結(jié)果表明(t=-0.171，p=0.546)，兩者之間無顯著差異，這保證了后續(xù)綠燈倒計時影響分析的可比性。

表2　數(shù)據(jù)采集點特征

圖3　路段車速分布Fig.3　Distributions of link speeds

3綠燈倒計時影響分析

經(jīng)過連續(xù)4個工作日的連續(xù)觀測，共采集樣本28 152個，其中1 695個樣本為黃燈前3 s至黃燈結(jié)束期間到達交叉口的車輛。研究將從下述幾方面對比有/無機動車綠燈倒計時情況下的駕駛行為：

(1)對相位切換期間停車線處車速大小分布的影響；

(2)對相位切換期間交叉口進口道各區(qū)段車速分布的影響；

(3)對相位切換期間車輛通過停車線時間分布的影響；

(4)對兩難區(qū)長度的影響。

3.1停車線處的車速大小分布

車輛在黃燈期間通過停車線的車速分布情況滿足對數(shù)正態(tài)分布(1-sample K-S檢驗)，如圖4所示。其中，在有倒計時設(shè)施情況下平均車速為26.4 km/h，標準差為12.4 km/h；無倒計時設(shè)施情況下平均車速為20.5 km/h，標準差為8.2 km/h。雙樣本t檢驗結(jié)果表明(t=-2.934，p= 0.008)，兩者之間存在顯著差異。這說明，綠燈倒計時的設(shè)置會造成駕駛員為了趕在紅燈前通過交叉口，有選擇加速通過的傾向，速度增加近30%。從一定程度上這將提高黃燈利用效率，但由此也可能引發(fā)交通事故，尤其是現(xiàn)階段行人、自行車闖紅燈過街現(xiàn)象較為普遍，加速通過交叉口會對交通安全產(chǎn)生一定負面影響。

圖4　黃燈期間車輛通過停車線時的車速分布Fig.4　Distributions of speeds of vehicles passing stop line during amber time

3.2車速空間分布

交叉口停車線前各區(qū)段在相位切換期間(黃燈前3 s至黃燈結(jié)束)的車速統(tǒng)計分布情況如圖5所示。在設(shè)置綠燈倒計時的情況下，各區(qū)段平均車速均高于無綠燈倒計時的情況。

表3　各區(qū)段車速相關(guān)性分析結(jié)果

圖5　車速空間分布Fig.5　Spatial distribution of vehicular speeds

在此基礎(chǔ)上，對1號區(qū)段(緊靠停車線前的區(qū)段)與上游各區(qū)段車速進行了皮爾森相關(guān)系數(shù)分析，結(jié)果如表3所示?？梢钥闯觯谠O(shè)置綠燈倒計時的情況下，車輛在停車線前的車速與上游各區(qū)段車速存在顯著相關(guān)性；而在無綠燈倒計時的情況下，車輛在停車線前的車速與上游5，6，7號區(qū)段車速的相關(guān)性不顯著。這表明，綠燈倒計時有助于駕駛員預判，從而使車速能較為平穩(wěn)地變化；若沒有綠燈倒計時，駕駛員僅僅通過黃燈信號獲取相位切換信息，可能造成車速突變的情況，誘發(fā)追尾事故。

3.3車輛通過停車線時間的分布

本節(jié)主要研究在信號相位切換期間，車輛通過停車線進入交叉口的時間分布情況。研究統(tǒng)計了黃燈期間及黃燈結(jié)束紅燈啟亮后通過停車線的車輛數(shù)，如圖6所示。研究發(fā)現(xiàn)，在未設(shè)置綠燈倒計時情況下，所有黃燈啟亮后通過停車線的車輛中有11.7%是在紅燈啟亮后通過的；而設(shè)置綠燈倒計時之后，這一比例下降為1.2%，闖紅燈比例減少近90%，且大部分車輛(79.1%)在黃燈前2 s通過停車線，減少了與相交道路車輛的碰撞風險。

圖6　相位切換期間車輛通過停車線的時間分布Fig.6　Time distribution of vehicles passing stop line during phase transition

3.4兩難區(qū)長度分析

兩難區(qū)是否存在及其長度可通過ITE的計算公式確定[22]，見式(1)。所需數(shù)據(jù)包括黃燈啟亮時的車速、黃燈期間的加/減速度以及駕駛員對黃燈信息的反應時間。本研究中前兩項數(shù)據(jù)采用實測數(shù)據(jù)，如表4所示。駕駛員反應時間由于缺乏采集手段，采用理論值。

(1)

式中,x為兩難區(qū)長度；xc為最短剎車距離；x0為可在黃燈時長內(nèi)通過停車線的最長距離；v為黃燈啟亮時的車速；δ為反應時間；τ為黃燈時長；a1為車輛加速度；a2為車輛減速度；w為停車線至沖突點的距離。

表4　兩難區(qū)分析參數(shù)

計算結(jié)果如表5所示?？梢钥闯觯瑢τ谠O(shè)置綠燈倒計時的交叉口，兩難區(qū)非常短，基本不存在(x=0.53)，而沒有設(shè)置綠燈倒計時的交叉口，在現(xiàn)有黃燈信號和運行車速水平下存在較大長度的兩難區(qū)(x=19.30)。因此，綠燈倒計時的設(shè)置有助于縮短甚至消除兩難區(qū)，從而提高交叉口的運行安全性。

表5　兩難區(qū)長度計算參數(shù)

4結(jié)論

本文基于實測數(shù)據(jù)，通過對相位切換期間停車線處車速大小分布、車速空間分布、車輛通過停車線時間分布以及兩難區(qū)長度的分析，研究了設(shè)置機動車綠燈倒計時對交叉口運行的影響，得到以下結(jié)論：

(1)設(shè)置機動車綠燈倒計時將導致黃燈期間通過停車線車輛車速增加近30%。

(2)使交叉口停車線前35 m范圍內(nèi)進口道區(qū)域車速顯著相關(guān)，可使車速空間變化趨于平穩(wěn)。

(3)顯著減少闖紅燈數(shù)量。在所有黃燈啟亮后通過停車線的車輛中，闖紅燈比例由11.7%下降為1.2%，降低了90%，且大部分車輛(79.1%)在黃燈前2 s通過停車線，減少了與相交道路車輛的碰撞風險。

(4)能有效縮短甚至消除兩難區(qū)，將案例中兩難區(qū)的長度由19.30 m減少為0.53 m。

因此，在出行者均遵守信號燈控制的條件下，設(shè)置機動車綠燈倒計時有助于提高交叉口的通行安全性。但在實際應用中，由于目前行人和自行車闖紅燈過街的現(xiàn)象仍較為普遍，設(shè)置機動車綠燈倒計時所造成的車速增加可能引發(fā)不安全因素。因此建議實施綠燈倒計時前，先對闖紅燈過街進行整治。

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收稿日期：2015-09-01

基金項目：國家自然科學基金項目(51238008)；上海理工大學博士啟動基金項目(BSQD201504)

作者簡介：趙靖(1983-)，男，上海人，博士. (jing_zhao_traffic@163.com)

doi:10.3969/j.issn.1002-0268.2016.07.019

中圖分類號：U491.5

文獻標識碼：A

文章編號：1002-0268(2016)07-0119-06

Effect of Green Countdown on Driver Behavior Based on Measured Data

ZHAO Jing1，MA Wan-jing2，HAN Yin1

(1. School of Business, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China;2. School of Transportation Engineering, Tongji University, Shanghai 201804, China)

Abstract：In order to analyze the potential effect of vehicular green countdown on the operational safety of intersections, the driver behaviors between the intersections with and without green countdown based on the actual survey are compared. The data, including the time that vehicles passing the detection lines and the travel speed between the adjacent detection lines, are collected by video. The data collection range is from the stop line to 35 m upstream. The average travel speeds of the upstream section of the intersections are first compared to ensure their traffic conditions are similar and comparable. Then, based on the distribution fitting and correlation analysis, the impact of green countdown on the distribution of the vehicular speeds at the stop line, the spatial distribution of the vehicular speeds, the distribution of the time vehicles passing the stop line, and the dilemma zone length during the phase transition are researched. The result shows that the installation of green signal countdown will (1) increase the vehicular speed at the stop line during the amber signal by 30%; (2) smooth the vehicular speed spatial variation in the intersection approach lanes; (3) reduce the number of red-light violations by 90% for vehicles passing the stop line after the starts of amber signal; (4) and shorten or eliminate the dilemma zone significantly.

Key words：traffic engineering；driver behavior；empirical assessment；green countdown