倒计时装置对交叉口饱和流率和损失时间影响研究

叶文伟 刘虹 浦愉忠 严铭铭 董庆萍 孟蓓薇 沈旭东

摘要：针对倒计时装置对信号交叉口饱和流率和损失时间的影响进了研究。采集了8个典型的信号控制交叉口共计12条车道的视频资料。通过Adobe Premiere软件对视频进行数据分析，获得交叉口的饱和释放车头时距，排除异常值，通过独立样本t检验比较倒计时装置对绿灯初期、中期和尾期车头时距的影响。研究结果表明：倒计时装置在绿灯初期，使启动延误显著降低0.64秒；在绿灯中期，对饱和流率无显著影响； 在绿灯尾期，使饱和周期内末尾4 辆车的平均车头时距显著降低0.54，尾车进入黄灯时间提了0.53秒。

关键词：信号交叉口，倒计时装置，饱和流率，损失时间

倒计时装置在我国得到广泛的应用只有十年左右的时间，对倒计时装置的使用以及规范尚未成熟，所以对是否该采用倒计时装置还存在着争议，支持的一方认为[1，2]，设置倒计时信号装置，有利于交通参与者准确地掌握交通控制信息，例如红灯尾期倒计时信号灯能使在停车线前排队等待放行的车辆清楚的知道红灯的剩余时间，从而在绿灯启亮前做好启动准备，减少车辆（尤其是首车）的启动延误。反方认为，绿灯初期和中期的倒计时会让驾驶员感覺剩余时间还很多，因此不急于通过路口，导致交叉口车头时距增加，饱和流率降低。所以笔者主要从倒计时装置类型对交叉口通行效率的影响进行深入研究。在交通道路管理中，饱和流量与启动延误是两个非常重要的指标，一个进口的通行能力等于该车道在单位时间内的饱和流率与所属信号相位绿信比的乘积。在已有的研究基础上，笔者通过实地调查的方法对车辆释放的饱和车头时距进行研究，量化有无倒计时装置对饱和流量和损失时间的影响。

1. 数据的采集与处理

由于对饱和流率有影响的因素诸多，所以为了保证数所调查数据的可靠性，我们实地调查了嘉兴、西安、湖州8个典型的交叉口共计12条车道，调查的交叉口需要满足以下较为理想的道路和交通条件：高峰时段有饱和的机动车交通量；行人和非机动车干扰较小，交通秩序正常，最好是有协警协助执勤；大车比例较小，最好有公交专用道；有专门的直行车道和直行相位；交叉口周围应该有较大面积的开阔区域，并有适合架设摄像机的高地，有人行天桥的交叉口较适合于调查，摄像机可架设于天桥上，以保证好的调查效果。

将拍摄的视频通过Adobe Premiere软件逐帧分析，把绿灯亮起后每辆车后轮通过停车线的时间点记下，并将第1辆车记为首车。第1辆车的车头时距即为第一辆车后轮通过停车线的时间与绿灯亮起的时间差；第2 辆车的车头时距是第1 辆和第2 辆车后轮前后通过停车线的时间差；后续车辆的车头时距以此类推是前后两辆车后轮依次通过停车线的时间差。

2. 倒计时装置对交叉口饱和流量的影响分析

饱和流率即是在一段绿灯时间内以稳定安全的饱和时距通过停车线的最大流量[3]。在绿灯亮起的最初几秒，流率变化很快，这是由于车流正处于起步和加速阶段，车辆从原来的静止状态逐步加速到正常行驶状态，速度由零变为正常行驶速度，在此期间，通过停车线的车流车头时距比饱和车头时距要大些，车流流量要比饱和流量低些。因此统计车道饱和流量时，要去除驶过的前几辆车，从车头时距达到稳定时统计。目前一般认为前4 辆车会有启动损失时间，车头时距会大些；第4 辆车以后，即从第5 辆车开始后续的车头时距直到绿灯结束均达到稳定的饱和车头时距，对应的流量为饱和流量。笔者在实地调查中还发现车头时距有异常值往往也出现在前四辆车，其原因有上一相位车流未释放完毕，或行人抢红灯等。而在绿灯尾期，车辆可能由于驾驶员急于在本相位通过路口或者谨慎驾驶而导致车头时距产生较大波动。因此本文用 spss 进行有无倒计时信号灯对除排队头4 辆车和饱和周期内末尾4 辆车以外绿灯中期通过交叉口的车辆的车头时距进行独立样本t 检验，结果表明，倒计时装置对绿灯中期车辆的饱和车头时距影响并不显著。而饱和车头时距是饱和流率的倒数，也就说明倒计时信号灯对饱和流量没有显著影响。

3. 倒计时装置对损失时间的影响分析

3.1倒计时装置对绿初车头时距的影响分析

用 spss 进行有无倒计时信号灯对红灯期间排队的头4 辆车的车头时距进行独立样本t 检验，结果表明，倒计时信号灯显著减小了排队头车的车头时距，有无倒计时装置交叉口头车车头时距均值分别为3.29和3.93，也就是说，安装倒计时装置将使排队头车车头时距减少0.64秒。统计检验表明有无倒计时装置对后续3辆车的车头时距影响并不显著。

3.1倒计时装置对绿尾车头时距的影响分析

用 spss 进行有无倒计时信号灯对饱和周期内队尾4 辆车的平均饱和车头时距进行独立样本t检验，结果如表，倒计时信号灯显著减小了队尾4辆车的平均车头时距，有无倒计时装置交叉口头车车头时距均值分别为1.91和2.45，也就是说，安装倒计时装置将使排队末尾4辆车的车头时距减少0.54秒。

3.1倒计时装置对尾车进入时间的影响分析

用 spss 进行有无倒计时信号灯对饱和周期内尾车进入交叉口时间进行独立样本t检验，结果如表，在有倒计时装置交叉口尾车进入时间为黄灯启亮后的1.91秒，相比在无倒计时装置交叉口尾车进入时间为黄灯启亮后的2.45秒，提前了0.53秒结束车辆放行。统计结果表明，有倒计时装置显著减少尾车进入黄灯时间。

4. 结论与建议

总的来说，在绿灯初期从排队头4 辆车的车头时距看，倒计时信号灯使头车的车头时距显著降低0.64秒，对后续3 辆车车头时距影响不显著，说明倒计时装置将显著降低启动损失时间，提高了车辆通过交叉口的通行效率。

在绿灯中期，倒计时装置对车辆的饱和车头时距和车道的饱和流率无显著影响。

在绿灯尾期，和无倒计时装置交叉口相比，安装倒计时装置的交叉口饱和周期内末尾4 辆车的平均车头时距显著降低0.54，尾车进入黄灯时间提了0.53秒。

研究中发现虽然安装倒计时装置可以降低启动损失时间以及绿尾黄灯末期的损失时间，但是发现是在下一相位有红灯倒计时的情况下，下一相位头车将比无倒计时提前启动，又会增加和上一相位尾车的冲突，这样在交通路口就非常容易发生交通事故，这样不仅会导致路口通行能力下降严重还会导致此路段通行能力瘫痪，所以安全也是影响通行能力的主要因素之一。笔者将会在后续研究中对倒计时装置对安全的影响进行研究。

参考文献

[1] 俞灏，刘攀，羊钊，陈昱光.倒计时信号灯对交叉口交通安全影响研究[J].交通信息与安全，2014，（2）：6-10.

[2]刘涛 倒计时信号灯对驾驶员心理及行为影响机理研究[D]： [硕士学位论文]. 青岛： 青岛理工大学，2014

[3] TRB. Highway capacity manual（HCM）2010[R]. National Research Council， Washington， DC， 2010.

基金项目：嘉兴市科技计划项目（2015C13008），嘉兴学院2015年度校级一般SRT项目