倒计时对信号交叉口的安全影响分析

■吴娟莉

（福州大学阳光学院，福州 350001）

0 引言

倒计时的安全问题主要表现为以下几方面：红灯倒计时显示数字不断减少，带给驾驶员无形的压力，使其产生期待感与竞争感，导致部分驾驶员在绿灯未启亮就提早起步闯红灯；当红灯倒计时即将到“0”而停车线处无排队车辆时，一些快速行驶至接近路口的车辆，通常会不减速直接通过停车线，极易与上一相位末期进入交叉口的车辆发生碰撞引发事故；在绿灯倒计时尾，部分车辆容易加速抢绿灯尾通过，往往容易超速引发交通事故。《TheInstituteofTransportation》曾调查了台湾倒计时对交叉口安全的影响效果，调查基于2003~2006年信号交叉口安装倒计时前后的重大交通事故和一般交通事故数，结果指出在安装倒计时后交叉口事故数量增加了19%。

因此，绿灯倒计时将引发驾驶员的抢灯行为，从而诱使更多的车辆进入交叉口提前到达冲突点，倘若遇到下一相位提前起动的头车，则可能引发交通事故。而红灯倒计时会使绿初头车提早到达冲突点，减弱了绿灯间隔时间对相邻相位的保护作用，使得绿灯间隔时间比实际需要的偏短，从而产生安全隐患。

1 数据采集与处理

选择条件相近的有倒计时和无倒计时信号交叉口为研究对象，其几何条件、环境条件、信号控制及交通条件都很接近，且为相邻交叉口，可类比同一个交叉口安装倒计时前后的情况。以福州市4个交叉口为例，选取的信号交叉口分别为：洪甘路——梅亭路交叉口（无倒计时），洪甘路——梁厝路交叉口（有倒计时）；卢滨路——金洲南路交叉口（无倒计时），卢滨路——建新中路交叉口（有倒计时）。采用现场观测与视频摄像相结合的方法，由于所选交叉口限速为50km/h，根据表1确定距停车线90m以内为观察范围。

表1 交叉口视距要求

在拍摄前，将两台摄像机的时间调整一致，一台拍摄信号灯显示的信号（如倒计时显示时间），另一台拍摄交叉口进口道车辆运行情况。调查时间为任两个工作日晚高峰17:00—19:00，连续进行视频拍摄，调查当日均为晴朗天气。

观察每辆车的变化，记录观察范围内各辆车的速度、倒计时显示时间等数据，主要分析其不同剩余时间的速度均值，由于以往研究多关注绿灯剩余3s时的情形，为了便于统计，将绿灯显示9~4s的速度均值进行合并，其统计结果显示，倒计时交叉口由于倒计时器的存在使得驾驶员能清晰看到绿灯剩余状况，其速度均值均高于无倒计时交叉口，如图1所示。

图1 不同绿灯剩余时间及黄灯时间速度均值比较

2 违章分析

交通违章是指道路使用者违反交通安全法及交通管理规章制度的行为。本文不考虑非机动车和行人影响，主要讨论信号控制交叉口机动车违反交通信号的违章行为。

（1）抢黄灯率

抢黄灯率即信号灯转变成黄灯时，交叉口进口道车辆通过停车线的比例，即高峰小时内，闯黄灯的车辆数与通过交叉口的总车辆数之比。通过统计，得到有无绿灯倒计时信号交叉口的抢黄灯率情况，如表2。显而易见，有绿灯倒计时交叉口的抢黄灯率由于显示倒计时时间而高于无绿灯倒计时交叉口，暗示了绿灯倒计时降低了交叉口的安全性。

表2 各交叉口抢黄灯率

（2）提前启动率

提前启动率即信号灯转变为绿灯之前头车越过停车线的比例，即高峰小时内，各周期提前通过车辆数之和与通过的总车辆数之比。经统计，有倒计时交叉口的提前启动率略小于无倒计时信号交叉口。这并不像人们通常所想的那样，因为红灯倒计时的存在，驾驶员在绿灯快要启亮时就缓缓越过停车线，待绿灯一亮就迅速通过交叉口。相反，由于红灯倒计时的存在，驾驶员清楚知晓绿灯启亮时刻，心理较为放松，并不急于一时，因此待绿灯启亮后再通过交叉口。结果如表所示：

表3 有无倒计时提前启动率

3 困境区域分析

困境区域即交叉口进口道内距离停车线的一段距离，在该距离内，当信号灯变为黄灯时，车辆既无法在停止线前安全停车，也无法安全通过交叉口。困境区域对交叉口安全有较大影响。困境区域的确定有两种方法，一种是物理确定方法，一种即概率确定方法。

（1）物理确定方法

困境区域物理确定方法即利用经典物理加速度、速度公式进行推导、延伸的方法。

图2 交叉口示意图

如图2所示，车辆距离停车线为，此时信号灯变为黄灯，驾驶员通常有如下两种选择：停车等待和通过交叉口。根据困境区域的定义作如下推导：

1）停车等待情况

若驾驶员选择停车等待，则在信号灯变为黄灯瞬间，车辆距离停车线的距离须大于最大减速停车距离，才能保证车辆在停车线前停下而不冲进交叉口。此时存在如下关系式：

式中：v0——初始速度；

δ——驾驶人反应时间；

a-——车辆减速度。

2）通过交叉口情况

驾驶员选择通过交叉口时，车辆在绿灯间隔时间内通过的距离须大于车辆到对向清空线间的距离，才足以保证驾驶员安全通过交叉口。此时有：

式中：ω——停车线与清空线间距；

l——车长；

τ——绿灯间隔时间；

a+——继续通过车辆的加速度。

根据以上两种情况，可得困境区域长度D 为：

上式定义了有加速度情况下的困境区域，假设车辆匀速通过交叉口，则困境区域为：

当信号交叉口在倒计时前后配时不变的情况下，根据图1可知，黄灯启亮瞬间，倒计时交叉口的平均初始速度大于无倒计时交叉口，即，则由式（4）可知，，即倒计时使得困境区域增大，从而加大了交通安全的存在隐患。

（2）概率确定方法

概率确定方法即通过用统计手段对困境区域进行分析界定。本文借鉴Zeeger&Deen所提出的方法，即开始于黄灯刚开始时累积90%停止车辆的位置至累积10%停止车辆位置的距离范围，对调查交叉口进行统计如图3所示。其统计结果如表4，倒计时的存在拉大了困境区域的范围。

表4 有无倒计时交叉口困境区域比较

图3 交叉口困境区域

综上，无论从困境区域的物理定义出发，还是从概率定义出发，倒计时的存在都使得困境区域的范围增大，从而使驾驶员在做出判断时产生偏差，这种偏差在越接近交叉口则表现为抢灯行为，其结果就是提高了交叉口的通行效率，却加深了安全隐患。

4 结语

通过实际调查数据分析指出，倒计时的存在提高了交叉口的抢黄灯率和困境区域长度，降低了交叉口车辆的提前启动率，对交叉口的安全产生较大的影响。

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