交叉口绿灯倒计时信号对黄灯时长的影响研究

邓荣峰

(北京理工大学 珠海学院，广东珠海 519088)

交叉口绿灯倒计时信号对黄灯时长的影响研究

邓荣峰

(北京理工大学 珠海学院，广东珠海 519088)

在分析绿灯倒计时信号对驾驶员驾驶行为的影响以及最佳黄灯时间计算方法的基础上，建立车辆在绿灯末期运动过程的数学模型，确定考虑绿灯倒计时信号的最佳黄灯时间计算方法。计算分析结果表明：车辆加速性能对最佳黄灯时间的影响可以忽略；考虑绿灯倒计时信号的情况下，信号灯的可见距离越长，所需的黄灯时间越长；在信号灯可见距离足够远的情况下，最佳黄灯时长比未考虑绿灯倒计时信号多0.6～0.7 s。建议对于信号灯可见距离较远、流量未饱和，且未安装交通违法检测装置的交叉口，黄灯时间延长一个闪烁周期，并去除黄灯倒计时信号。

交通信号控制；交通安全；交叉口；绿灯倒计时信号；黄灯时长

倒计时信号灯是与普通交通信号灯配合使用的辅助设备，用于同步显示现有信号相位的剩余时间。文献[1-3]中均没有设置倒计时信号灯的强制规定，公安部认为倒计时信号灯的设置与否应根据各地情况决定。但近年来，越来越多的城市都安装上了倒计时信号灯。

文献[4]研究表明，倒计时信号灯会诱发一部分驾驶员在绿灯末尾时加速通过路口，在红灯末尾时提前启动进入交叉口，可能引发重、特大交通事故；文献[5]通过问卷调查与现场观测的方法，对绿灯倒计时作了研究，结果表明驾驶员在绿灯倒计时末期会减速停车的概率仅为7% ，建议交通安全法增加规定：“黄灯期间越过停车线的车辆的车速不得超过交叉口的限速，否则将按黄灯超速而被处罚”；文献[6]通过视频检测的手段发现，绿灯倒计时末期，车辆通过停车线的速度要比未安装倒计时信号灯有明显增加；文献[7]通过对不同条件下的进口道自由流车速进行统计分析，表明在没有交通违法检测设备的情况下，绿灯倒计时信号灯会使车速提高，在绿灯最后10 s内，车速提高幅度尤为突出，超速率也远高于未安装倒计时信号的交叉口，建议在使用绿灯倒计时信号的同时应安装交通违法检测设备；文献[8]运用汽车动力学原理及交通冲突理论，对驾驶员在绿灯间隔期间的驾驶行为以及车辆的行驶轨迹进行分析，确定了黄灯时长的计算公式，但该公式未考虑绿灯倒计时信号对驾驶行为的影响。文献[9]就倒计时信号对绿灯间隔时间的影响作了研究，但建模时假定车辆在绿灯结束时的车速不会超过进口道限速，这一假设与实际情况有较大差异。

本文通过建立绿灯倒计时阶段的车辆加速运动模型，就绿灯倒计时信号对黄灯时长的影响进行定量分析。

1 最佳黄灯时长计算

设置黄灯的目的是为了提醒驾驶员信号灯即将变成红灯，要作好在停车线前安全停车的准备，因此，看到黄灯原则上要减速停车；但对于黄灯启亮时离停车线已经很近，不具备在停车线前安全停车的车辆，可以利用黄灯时间，保持车速不变的前提下通过停车线。

1)驾驶员发现信号灯由绿灯变为黄灯时，有条件选择在停车线前安全停车，车辆与停车线之间的距离必须>L1，L1的计算式为

(1)

式中tr为反应时间，通常取为1 s；v0为绿灯结束时车辆的行驶速度；a为刹车时车辆加速度的绝对值，m/s2，无实测数据时取2.5 m/s2；i为交叉口进口道的纵坡，上坡取“+”号，下坡取“-”号；g为重力加速度，g=9.8 m/s2。

2)当车辆离停车线距离过近，无法在停车线前安全停车，则车辆可选择利用黄灯时间通过停车线。此时车辆距停车线的距离应

L2=v0t，

(2)

式中t为最佳黄灯时间。

图1 最佳黄灯时间计算示意图

式(1)～(2)均反映了绿灯结束时车辆行驶速度与黄灯启亮后车辆运动距离之间的关系，两者的线型如图1所示。由图1可知，在选择困惑区内，车辆既可以选择在停车线前安全停车，又可以选择以原来的速度通过停车线，驾驶员会产生选择困惑；而两难困境区内，车辆既不能在停车线前安全停车，又没有足够的时间以原来的速度通过停车线。因此，黄灯最佳时间应以不产生选择困惑和两难困境为依据，即取图中L1与L2相等时的时间值。不难推出t的计算式为[10]

(3)

从以上分析可以看出，最佳黄灯时间仅与绿灯结束时车辆的行驶速度(实际计算时往往用85%车速代替)以及交叉口进口道的纵坡大小有关。

2 考虑倒计时信号灯的最佳黄灯时长计算

在绿灯倒计时末期，绝大多数驾驶员都会选择加速，尽量在绿灯结束前通过停车线，也就是说，当存在绿灯倒计时的情况下，式(3)中的v0会明显变大，导致最佳黄灯时间变长。

倒计时信号的能见距离D与天气、时间及信号灯安装位置、安装高度等因素相关，文献[1]中对此尚无明确要求，参照美国信号灯标准，信号灯的最小能见距离Dmin如表1所示[11]。

表1 信号灯最小能见距离

假设绿灯信号倒计时末期，距离交叉口距离D处的车辆以速度v0驶向交叉口，经过短暂的判断后，驾驶员选择加速行驶，由于人的视觉感知反应时间为0.150～0.225 s，取上限0.225 s，忽略驾驶员踩油门的动作反应时间，即驾驶员看到倒计时信号灯后0.225 s进行加速行驶，设车辆的加速过程为匀加速运动，加速度为a′，当车辆与停车线的距离为L3时，车辆速度为vt，则L3与vt的关系式为

(4)

当黄灯启亮时，如果车辆所处位置刚好可以按当下的瞬时速度匀速通过停车线，车辆将不再加速(不考虑瞬时车速是否超出限速)。对于黄灯启亮后仍然加速越过停车线的行为，其危险程度极高，不在本文讨论范围之内，建议加大对此类车辆的处罚力度。因此，车辆在绿灯末期进入安装有绿灯倒计时的交叉口的运动过程如图2所示。车辆以速度v0驶近交叉口，在a点发现倒计时装置后，经过短暂的判断，在b点选择开始加速，到达距离停车线L3的c点时绿灯结束，车辆利用黄灯时间以速度vt通过停车线。

将式(4)的曲线与式(1)～(2)的曲线进行叠加(如图3所示)，不难发现，考虑了绿灯倒计时末期车辆加速行驶这一现象后，最佳黄灯时间取值点应由图3中A2位置代替原来的A1位置，最佳黄灯时间有所增加。

图2 车辆在绿灯末期进入交叉口的运动过程示意图

图3 考虑绿灯倒计时的黄灯时长计算

车辆在绿灯末期进入安装有绿灯倒计时的交叉口的运动过程表达式为

(5)

式中t1为车辆加速时长；t′为考虑绿灯倒计时所需的黄灯时长。

考虑到

(6)

(7)

将式(6)～(7)代入式(5)，得

(8)

3 结论与建议

3.1 结果比较

分别取D为表1中的建议值和理想值进行计算，并与式(3)的计算结果进行比较，结果如表2～3所示，表2中信号灯可见距离DJ为建议值，表3中信号灯可见距离DL为理想值。

表2 考虑绿灯倒计时与未考虑绿灯倒计时所需黄灯时间对比

表3 考虑绿灯倒计时与未考虑绿灯倒计时所需黄灯时间对比

由表2～3可知：

1)考虑绿灯倒计时信号的情况下，车辆加速性能对最佳黄灯时间的影响可以忽略；

2)考虑绿灯倒计时信号的情况下，限速相同的交叉口进口道，倒计时信号灯的可见距离越长，所需的黄灯时间越长；

3)考虑车辆在绿灯倒计时末期会加速行驶，在信号灯可见距离足够远的情况下(以理想值为参照)，最佳黄灯时长要比未考虑车辆在绿灯倒计时末期加速行驶多0.6～0.7 s。根据文献[13]的规定，黄灯信号频率为55～65次/min，建议在安装了绿灯倒计时信号灯的交叉口，黄灯时长增加1个闪烁周期。

3.2 建议

1)对于信号灯可见距离较远且流量未饱和的交叉口，如果现阶段安装了绿灯倒计时信号灯，但未配套安装交通违法检测装置，建议黄灯时间适当延长1个闪烁周期；

2)由于黄灯闪烁频率近似为1次/s，如实际所需黄灯时长超过3 s，但不足4 s，黄灯时长也只能设置为4 s。为了避免驾驶员在黄灯时间内加速冲入交叉口，建议务必去除黄灯倒计时信号灯。

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会. GB14886—2006 道路交通信号灯设置与安装规范[S].北京：中国标准出版社，2006.

[2]中华人民共和国公安部.GA/T508—2004 道路交通信号倒计时显示器[S].北京：中国标准出版社，2004.

[3]国务院法制办公室.中华人民共和国道路交通安全法[M].北京：中国法制出版社，2013.

[4]王岩，杨晓光.基于交通安全的交叉口倒计时信号灯设置研究[J].中国安全科学学报，2006，16(3)：55-70.

[5]钱红波，韩皓.机动车绿灯倒计时对交叉口交通安全的影响研究[J].中国安全科学学报，2010，20(3)：9-13.

[6]马天宇.信号交叉口倒计时显示屏对驾驶员行为影响分析[D].长春：吉林大学，2008.

[7]朱彤，郭春琳，谢陈江，等.交通信号倒计时对车速与交通安全的影响[J].中国安全科学学报， 2012，22(4)：97-102.

[8]钱红波，李克平.绿灯间隔时间对交叉口交通安全的影响研究[J].中国安全科学学报，2008，18(6)：166-170.

[9]李超，郑长江，周江涛，等.倒计时信号灯绿灯间隔时间设置研究[J].中国安全科学学报， 2013，23(1)：72-76.

[10]杨佩昆，张树升.交通管理与控制[M].北京：人民交通出版社，1995.

[11]段里仁.道路交通自动控制[M].北京：中国人民公安大学出版社，1991.

[12]蔡果，张雪梅，黄良彪.汽车构造与安全使用教程[M].北京：中国人民公安大学出版社，2005：126-153.

[13]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB25280—2010 道路交通信号控制机[S].北京：中国标准出版社，2010.

(责任编辑：杨秀红)

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

邓荣峰(1982—)，男，江苏东台人，北京理工大学珠海学院讲师，工学硕士，主要研究方向为交通信号控制与交通信息检测.

10.3969/j.issn.1672-0032.2014.02.005

U491.51

A

1672-0032(2014)02-0016-05