倒計(jì)時(shí)裝置對(duì)交叉口飽和流率和損失時(shí)間影響研究

葉文偉 劉虹 浦愉忠 嚴(yán)銘銘 董慶萍 孟蓓薇 沈旭東

摘要：針對(duì)倒計(jì)時(shí)裝置對(duì)信號(hào)交叉口飽和流率和損失時(shí)間的影響進(jìn)了研究。采集了8個(gè)典型的信號(hào)控制交叉口共計(jì)12條車(chē)道的視頻資料。通過(guò)Adobe Premiere軟件對(duì)視頻進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，獲得交叉口的飽和釋放車(chē)頭時(shí)距，排除異常值，通過(guò)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較倒計(jì)時(shí)裝置對(duì)綠燈初期、中期和尾期車(chē)頭時(shí)距的影響。研究結(jié)果表明：倒計(jì)時(shí)裝置在綠燈初期，使啟動(dòng)延誤顯著降低0.64秒；在綠燈中期，對(duì)飽和流率無(wú)顯著影響； 在綠燈尾期，使飽和周期內(nèi)末尾4 輛車(chē)的平均車(chē)頭時(shí)距顯著降低0.54，尾車(chē)進(jìn)入黃燈時(shí)間提了0.53秒。

關(guān)鍵詞：信號(hào)交叉口，倒計(jì)時(shí)裝置，飽和流率，損失時(shí)間

倒計(jì)時(shí)裝置在我國(guó)得到廣泛的應(yīng)用只有十年左右的時(shí)間，對(duì)倒計(jì)時(shí)裝置的使用以及規(guī)范尚未成熟，所以對(duì)是否該采用倒計(jì)時(shí)裝置還存在著爭(zhēng)議，支持的一方認(rèn)為[1，2]，設(shè)置倒計(jì)時(shí)信號(hào)裝置，有利于交通參與者準(zhǔn)確地掌握交通控制信息，例如紅燈尾期倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈能使在停車(chē)線前排隊(duì)等待放行的車(chē)輛清楚的知道紅燈的剩余時(shí)間，從而在綠燈啟亮前做好啟動(dòng)準(zhǔn)備，減少車(chē)輛（尤其是首車(chē)）的啟動(dòng)延誤。反方認(rèn)為，綠燈初期和中期的倒計(jì)時(shí)會(huì)讓駕駛員感覺(jué)剩余時(shí)間還很多，因此不急于通過(guò)路口，導(dǎo)致交叉口車(chē)頭時(shí)距增加，飽和流率降低。所以筆者主要從倒計(jì)時(shí)裝置類(lèi)型對(duì)交叉口通行效率的影響進(jìn)行深入研究。在交通道路管理中，飽和流量與啟動(dòng)延誤是兩個(gè)非常重要的指標(biāo)，一個(gè)進(jìn)口的通行能力等于該車(chē)道在單位時(shí)間內(nèi)的飽和流率與所屬信號(hào)相位綠信比的乘積。在已有的研究基礎(chǔ)上，筆者通過(guò)實(shí)地調(diào)查的方法對(duì)車(chē)輛釋放的飽和車(chē)頭時(shí)距進(jìn)行研究，量化有無(wú)倒計(jì)時(shí)裝置對(duì)飽和流量和損失時(shí)間的影響。

1. 數(shù)據(jù)的采集與處理

由于對(duì)飽和流率有影響的因素諸多，所以為了保證數(shù)所調(diào)查數(shù)據(jù)的可靠性，我們實(shí)地調(diào)查了嘉興、西安、湖州8個(gè)典型的交叉口共計(jì)12條車(chē)道，調(diào)查的交叉口需要滿足以下較為理想的道路和交通條件：高峰時(shí)段有飽和的機(jī)動(dòng)車(chē)交通量；行人和非機(jī)動(dòng)車(chē)干擾較小，交通秩序正常，最好是有協(xié)警協(xié)助執(zhí)勤；大車(chē)比例較小，最好有公交專(zhuān)用道；有專(zhuān)門(mén)的直行車(chē)道和直行相位；交叉口周?chē)鷳?yīng)該有較大面積的開(kāi)闊區(qū)域，并有適合架設(shè)攝像機(jī)的高地，有人行天橋的交叉口較適合于調(diào)查，攝像機(jī)可架設(shè)于天橋上，以保證好的調(diào)查效果。

將拍攝的視頻通過(guò)Adobe Premiere軟件逐幀分析，把綠燈亮起后每輛車(chē)后輪通過(guò)停車(chē)線的時(shí)間點(diǎn)記下，并將第1輛車(chē)記為首車(chē)。第1輛車(chē)的車(chē)頭時(shí)距即為第一輛車(chē)后輪通過(guò)停車(chē)線的時(shí)間與綠燈亮起的時(shí)間差；第2 輛車(chē)的車(chē)頭時(shí)距是第1 輛和第2 輛車(chē)后輪前后通過(guò)停車(chē)線的時(shí)間差；后續(xù)車(chē)輛的車(chē)頭時(shí)距以此類(lèi)推是前后兩輛車(chē)后輪依次通過(guò)停車(chē)線的時(shí)間差。

2. 倒計(jì)時(shí)裝置對(duì)交叉口飽和流量的影響分析

飽和流率即是在一段綠燈時(shí)間內(nèi)以穩(wěn)定安全的飽和時(shí)距通過(guò)停車(chē)線的最大流量[3]。在綠燈亮起的最初幾秒，流率變化很快，這是由于車(chē)流正處于起步和加速階段，車(chē)輛從原來(lái)的靜止?fàn)顟B(tài)逐步加速到正常行駛狀態(tài)，速度由零變?yōu)檎Ｐ旭偹俣龋诖似陂g，通過(guò)停車(chē)線的車(chē)流車(chē)頭時(shí)距比飽和車(chē)頭時(shí)距要大些，車(chē)流流量要比飽和流量低些。因此統(tǒng)計(jì)車(chē)道飽和流量時(shí)，要去除駛過(guò)的前幾輛車(chē)，從車(chē)頭時(shí)距達(dá)到穩(wěn)定時(shí)統(tǒng)計(jì)。目前一般認(rèn)為前4 輛車(chē)會(huì)有啟動(dòng)損失時(shí)間，車(chē)頭時(shí)距會(huì)大些；第4 輛車(chē)以后，即從第5 輛車(chē)開(kāi)始后續(xù)的車(chē)頭時(shí)距直到綠燈結(jié)束均達(dá)到穩(wěn)定的飽和車(chē)頭時(shí)距，對(duì)應(yīng)的流量為飽和流量。筆者在實(shí)地調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)車(chē)頭時(shí)距有異常值往往也出現(xiàn)在前四輛車(chē)，其原因有上一相位車(chē)流未釋放完畢，或行人搶紅燈等。而在綠燈尾期，車(chē)輛可能由于駕駛員急于在本相位通過(guò)路口或者謹(jǐn)慎駕駛而導(dǎo)致車(chē)頭時(shí)距產(chǎn)生較大波動(dòng)。因此本文用 spss 進(jìn)行有無(wú)倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈對(duì)除排隊(duì)頭4 輛車(chē)和飽和周期內(nèi)末尾4 輛車(chē)以外綠燈中期通過(guò)交叉口的車(chē)輛的車(chē)頭時(shí)距進(jìn)行獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)，結(jié)果表明，倒計(jì)時(shí)裝置對(duì)綠燈中期車(chē)輛的飽和車(chē)頭時(shí)距影響并不顯著。而飽和車(chē)頭時(shí)距是飽和流率的倒數(shù)，也就說(shuō)明倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈對(duì)飽和流量沒(méi)有顯著影響。

3. 倒計(jì)時(shí)裝置對(duì)損失時(shí)間的影響分析

3.1倒計(jì)時(shí)裝置對(duì)綠初車(chē)頭時(shí)距的影響分析

用 spss 進(jìn)行有無(wú)倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈對(duì)紅燈期間排隊(duì)的頭4 輛車(chē)的車(chē)頭時(shí)距進(jìn)行獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)，結(jié)果表明，倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈顯著減小了排隊(duì)頭車(chē)的車(chē)頭時(shí)距，有無(wú)倒計(jì)時(shí)裝置交叉口頭車(chē)車(chē)頭時(shí)距均值分別為3.29和3.93，也就是說(shuō)，安裝倒計(jì)時(shí)裝置將使排隊(duì)頭車(chē)車(chē)頭時(shí)距減少0.64秒。統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)表明有無(wú)倒計(jì)時(shí)裝置對(duì)后續(xù)3輛車(chē)的車(chē)頭時(shí)距影響并不顯著。

3.1倒計(jì)時(shí)裝置對(duì)綠尾車(chē)頭時(shí)距的影響分析

用 spss 進(jìn)行有無(wú)倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈對(duì)飽和周期內(nèi)隊(duì)尾4 輛車(chē)的平均飽和車(chē)頭時(shí)距進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果如表，倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈顯著減小了隊(duì)尾4輛車(chē)的平均車(chē)頭時(shí)距，有無(wú)倒計(jì)時(shí)裝置交叉口頭車(chē)車(chē)頭時(shí)距均值分別為1.91和2.45，也就是說(shuō)，安裝倒計(jì)時(shí)裝置將使排隊(duì)末尾4輛車(chē)的車(chē)頭時(shí)距減少0.54秒。

3.1倒計(jì)時(shí)裝置對(duì)尾車(chē)進(jìn)入時(shí)間的影響分析

用 spss 進(jìn)行有無(wú)倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈對(duì)飽和周期內(nèi)尾車(chē)進(jìn)入交叉口時(shí)間進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果如表，在有倒計(jì)時(shí)裝置交叉口尾車(chē)進(jìn)入時(shí)間為黃燈啟亮后的1.91秒，相比在無(wú)倒計(jì)時(shí)裝置交叉口尾車(chē)進(jìn)入時(shí)間為黃燈啟亮后的2.45秒，提前了0.53秒結(jié)束車(chē)輛放行。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，有倒計(jì)時(shí)裝置顯著減少尾車(chē)進(jìn)入黃燈時(shí)間。

4. 結(jié)論與建議

總的來(lái)說(shuō)，在綠燈初期從排隊(duì)頭4 輛車(chē)的車(chē)頭時(shí)距看，倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈使頭車(chē)的車(chē)頭時(shí)距顯著降低0.64秒，對(duì)后續(xù)3 輛車(chē)車(chē)頭時(shí)距影響不顯著，說(shuō)明倒計(jì)時(shí)裝置將顯著降低啟動(dòng)損失時(shí)間，提高了車(chē)輛通過(guò)交叉口的通行效率。

在綠燈中期，倒計(jì)時(shí)裝置對(duì)車(chē)輛的飽和車(chē)頭時(shí)距和車(chē)道的飽和流率無(wú)顯著影響。

在綠燈尾期，和無(wú)倒計(jì)時(shí)裝置交叉口相比，安裝倒計(jì)時(shí)裝置的交叉口飽和周期內(nèi)末尾4 輛車(chē)的平均車(chē)頭時(shí)距顯著降低0.54，尾車(chē)進(jìn)入黃燈時(shí)間提了0.53秒。

研究中發(fā)現(xiàn)雖然安裝倒計(jì)時(shí)裝置可以降低啟動(dòng)損失時(shí)間以及綠尾黃燈末期的損失時(shí)間，但是發(fā)現(xiàn)是在下一相位有紅燈倒計(jì)時(shí)的情況下，下一相位頭車(chē)將比無(wú)倒計(jì)時(shí)提前啟動(dòng)，又會(huì)增加和上一相位尾車(chē)的沖突，這樣在交通路口就非常容易發(fā)生交通事故，這樣不僅會(huì)導(dǎo)致路口通行能力下降嚴(yán)重還會(huì)導(dǎo)致此路段通行能力癱瘓，所以安全也是影響通行能力的主要因素之一。筆者將會(huì)在后續(xù)研究中對(duì)倒計(jì)時(shí)裝置對(duì)安全的影響進(jìn)行研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 俞灝，劉攀，羊釗，陳昱光.倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈對(duì)交叉口交通安全影響研究[J].交通信息與安全，2014，（2）：6-10.

[2]劉濤 倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈對(duì)駕駛員心理及行為影響機(jī)理研究[D]： [碩士學(xué)位論文]. 青島： 青島理工大學(xué)，2014

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基金項(xiàng)目：嘉興市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2015C13008），嘉興學(xué)院2015年度校級(jí)一般SRT項(xiàng)目