冰雪路面信號燈最佳周期調(diào)整研究

岳志坤,何永明,丁柏群

(東北林業(yè)大學 交通學院,黑龍江 哈爾濱 150040)

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冰雪路面信號燈最佳周期調(diào)整研究

岳志坤,何永明,丁柏群

(東北林業(yè)大學 交通學院,黑龍江 哈爾濱 150040)

目前,我國大部分交通信號最佳周期是按照良好的路況條件計算得出的，不能滿足冰雪條件交通需求，因此,當冰雪條件出現(xiàn)時，需要對信號燈最佳周期進行調(diào)整。在分析冰雪路面交通特性的基礎上，對交通信號綠燈時間、損失時間和最佳周期的計算方法以及參數(shù)取值進行分析，結(jié)果表明：通過調(diào)整信號控制最佳周期不但可以提高信號交叉口通行能力，還能降低交通事故。

冰雪路面；最佳周期；交通特性；交通需求；交通安全

我國的東北、西北、華北的大部分地區(qū)都屬于冬季積雪帶，積雪期長達3～4個月[1]。冬季的降雪、積雪、結(jié)冰都會對交通系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生不良影響，導致車輛和行人的通行速度明顯下降，從而延長通過交叉口的時間。

目前，我國大部分城市交叉口交通信號燈應用的最佳信號周期是在良好天氣和路況條件下計算得出的，不能適應冰雪條件交通需求，因此，根據(jù)寒地城市道路冰雪路面的交通特性調(diào)整信號的最佳周期很有必要。

1　調(diào)整信號燈最佳周期的意義

1.1提高通行能力

冰雪條件下車輛通過交叉口速度慢，車頭間距大，每個周期通過交叉口的車輛數(shù)量減少，通行能力大大降低。此外，由于地面附著系數(shù)低，車輛加速緩慢，制動時間加長，導致啟動損失時間和清尾損失時間增多，通行能力降低。因此，需要調(diào)整信號控制最佳周期，以提高冰雪條件下信號交叉口通行能力[2]。

1.2降低交通事故

在冰雪路面上，汽車的制動性能明顯下降，容易造成安全事故；行人在通過道路交叉口時，道路上的冰雪導致行人的通行速度下降，需要更長的綠燈時間。老年人行動緩慢，反應遲緩，在冰雪路面上行走時容易滑倒、摔跤；兒童貪玩注意力不夠集中，不知道交通事故的嚴重性，跳動事故多。道路積雪條件下，老人和兒童在通過交叉口時需要更長的時間。如果調(diào)整最適合于寒地城市冰雪路面的交通信號周期，給行人留出更長的通行時間，則可以大大減少交通事故發(fā)生的幾率。

2　冰雪路面交通特性分析

2.1冰雪路面車輛交通特性

車輛行駛在積雪路面上，輪胎的摩擦熱會導致冰和雪的表面發(fā)生熔化，在路面上形成薄薄的一層水膜，水膜將路面原來的紋理覆蓋，最終形成光滑表面，引起路面的性能發(fā)生變化，嚴重影響車輛的動力性能、制動性能和行駛穩(wěn)定性[3]。

1)動力性能。

根據(jù)機動車行駛方程式，可得到

(1)

式中：Pt為牽引力，kN；Pw為空氣阻力，kN；Pf為坡道阻力，kN；Pj為加速阻力，kN；W為汽車的重力，kN；f為滾動阻力系數(shù)；i為道路的縱向坡度，上坡時取“+”號，下坡時取“-”號；a為加速度，m/s2；δ為傳動系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；g為重力加速度,m/s2。

由于滾動阻力系數(shù)f顯著下降，其他參數(shù)不變，由此得出，冰雪路面上汽車的動力性嚴重下降[4]。

2)制動性能。

(2)

式中：S為制動距離，m；v為初速度，km/h；u為末速度，km/h[4]。

冰雪路面上滾動阻力系數(shù)顯著下降，導致制動跑偏、側(cè)滑，使車輛失去控制，從而破壞其方向穩(wěn)定性。經(jīng)數(shù)據(jù)分析，冰雪路面導致制動距離增加，是普通路面制動距離的2～4倍[1]。

(3)穩(wěn)定性。

車輛在冰雪路面上行駛過后，積雪路面逐漸被壓實、磨光，路面的表面附著系數(shù)顯著下降，附著力大大降低，汽車的驅(qū)動輪會出現(xiàn)打滑、空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，尤其是在上坡、起動、停車時，還會出現(xiàn)向后溜車的現(xiàn)象。如果車輛在行駛過程中突然加速和減速，特別容易出現(xiàn)方向跑偏甚至側(cè)滑，增加了汽車剮蹭、碰撞的概率[1]。

冰雪路面條件下，車輛的動力性、制動性、穩(wěn)定性等性能都會嚴重下降，車輛應對突發(fā)緊急事件的能力也下降，更容易發(fā)生交通事故。

2.2冰雪路面條件下人的交通特性

人的交通特性包括駕駛員的交通特性、行人的交通特性以及乘客的交通特性。影響人的交通特性的因素有年齡、性別、文化素養(yǎng)、心境、街景等等。人是交通的使用者和決定者，冰雪路面會對人的交通特性產(chǎn)生很大的影響[4]。

1)駕駛員。

受冰雪路面的影響，路面上的行人通過速度慢，隨時可能滑倒，駕駛員對路面上的行人隨時保持著高度的警惕。因此，駕駛員一般開車比較謹慎，車輛行駛速度不高，車輛制動時容易溜車，一般會與前車保持較大的車頭間距。

2)行人。

行人是交通流中的弱勢群體，是交通事故中最大的受害者，行人在通過交叉口時，會不同程度地產(chǎn)生恐慌心理。

老人行走緩慢，反應遲鈍，身體靈敏度低，在積雪路面上行走時容易滑倒。

兒童貪玩注意力不夠集中，不在乎道路積雪結(jié)冰，在道路上行走隨意，沒有認識到交通事故的嚴重性。

成年人經(jīng)驗豐富，心理成熟，在冰雪路面上減緩速度，步履穩(wěn)健，警惕性高，和老人、兒童相比，路面結(jié)冰對他們通行的影響不大[5]。

3)乘客。

乘客對交通的要求是安全、迅速、舒適。冰雪中行車會不同程度地延長行駛時間，乘車時間越長，越容易產(chǎn)生疲勞，乘客可能會產(chǎn)生煩躁情緒。

3　信號燈控制周期最佳時長的調(diào)整

3.1最佳信號周期時長

定時信號控制是各種控制方式中最基本的一種控制方式，也是我國現(xiàn)在采用最為廣泛的一種方式，其配時參數(shù)計算如下：

1)單個交叉口最佳信號周期時長，計算公式為

(3)

式中：L為信號總損失時間，s；Y為各相各類車道設計流量比[3]。

3.2信號總損失時間

信號總損失時間，計算公式為

(4)

式中：Ls為起動損失時間，應實測，無實測數(shù)據(jù)時可取3 s；A為黃燈時長，可定為3 s；I為綠燈間隔時間，s；k為一個周期內(nèi)的綠燈間隔數(shù)[5]。

3.3綠燈間隔時間

綠燈間隔時間，計算公式為

(5)

式中：z為停止線到?jīng)_突點距離，m；ua為車輛在進口道上的行駛速度，m/s；ts為車輛制動時間，s。

當計算綠燈間隔時間I<3 s時，配以黃燈時間3 s；I>3 s時，其中，3 s配以黃燈，其余時間配以紅燈[5]。

由于冰雪路面的影響，導致Ls啟動損失時間延長，ua車輛在進口道上的行駛速度減慢，ts車輛制動時間延長，其它參數(shù)不變。由此得出結(jié)論，單個信號周期最佳時長應相應地延長，才能確保車輛和行人的安全通行。

4　交通信號燈的調(diào)整措施

4.1自動控制

信息自動采集系統(tǒng)與信號控制機聯(lián)動，控制非接觸式冰凍檢測器、路面積雪厚度檢測器和交通信號控制機。在冰雪路面條件下，非接觸式冰凍檢測器和路面積雪厚度檢測器采集到路況信息，并將信息傳輸至信號控制機，信號控制機由此調(diào)整出合適的交通信號周期，顯示在信號燈上。

4.2人工設置

在冬季積雪期計算出合適的信號周期并人工設置，在路面積雪完全熔化后再調(diào)整回普通周期，但這種方法將消耗巨大的人力，同時可能會出現(xiàn)遺漏。倘若使用路面積雪厚度檢測器和非接觸式冰凍檢測器與信號控制機聯(lián)動控制，雖然前期研制配置成本高，但可以長期減免人工費用。

5　結(jié)束語

行人在冰雪路上行走時速度慢，容易滑倒、摔跤，與普通路況相比，需要更長的通行時間，特別是在早晚高峰期，人群數(shù)量大，比較擁擠，同時行人視線受阻，冰雪路面引發(fā)的問題顯得更加突出。同時，車輛在冰雪路面上的制動性、動力性、穩(wěn)定性等性能都嚴重下降，遭遇突發(fā)緊急事件時更容易發(fā)生交通事故。因此，冰雪路面條件下需要比普通路況下更長的綠燈時間。

通過將信號控制機與非接觸式冰凍檢測器、路面積雪厚度檢測器聯(lián)動控制得出冰雪路面上的最佳信號周期，并顯示在信號燈上，將極大地減少發(fā)生交通事故的概率。

如果我國北方城市道路交叉口配備這種新型信號燈，非積雪期時運行普通信號周期，積雪期時運行調(diào)整后的信號周期，這樣將會很好地保障車輛和行人的交通安全。

[1]邢恩輝,張明強,吳貴福,等.寒地城市快速路冰雪路面交通流特性研究[J].佳木斯大學學報(自然科學版),2010(2):232-234.

[2]任園園.冰雪條件下城市道路交通流特性及管理對策研究[D].長春：吉林大學,2008.

[3]吳兵,李曄.交通管理與控制[M].4版.北京：人民交通出版社,2010.

[4]李江.交通工程學[M].北京：人民交通出版社,2014.

[5]岳志坤,何永明,丁柏群,等.步行方式交通特性及行人個體分析[J]. 黑龍江科技信息,2015,34:75-76.

[責任編輯：郝麗英]

Adjusting the best cycle of signal lamp in ice and snow condition

YUE Zhikun，HE Yongming，DING Baiqun

(School of Traffic,Northeast Forestry University,Harbin 150040，China)

At present，most of the traffic signal optimal cycles are calculated based on good road conditions, but they can’t meet the traffic demand in snow and ice conditions. Therefore, it is necessary to adjust the light optimal cycle in snow and ice conditions. Based on the analysis of traffic characteristics in the ice and snow conditions, the traffic signal of green time, loss of time and the best cycle calculation method and parameter selection are studied. The results show that adjusting the best cycle signal control can improve the signal intersection traffic capacity and reduce traffic accidents.

snow and ice condition; best cycle; traffic characteristics; traffic demand; traffic safety

10.19352/j.cnki.issn1671-4679.2016.04.007

2016-03-27

東北林業(yè)大學大學生創(chuàng)新訓練項目(國家級)(201510225001)

岳志坤(1995-)，男，本科生，研究方向：交通工程設施設計.

U491.5+9

A

1671-4679(2016)04-0033-03