倒計(jì)時裝置對交叉口飽和流率和損失時間影響研究

葉文偉 劉虹 浦愉忠 嚴(yán)銘銘 董慶萍 孟蓓薇 沈旭東

摘要：針對倒計(jì)時裝置對信號交叉口飽和流率和損失時間的影響進(jìn)了研究。采集了8個典型的信號控制交叉口共計(jì)12條車道的視頻資料。通過Adobe Premiere軟件對視頻進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，獲得交叉口的飽和釋放車頭時距，排除異常值，通過獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較倒計(jì)時裝置對綠燈初期、中期和尾期車頭時距的影響。研究結(jié)果表明：倒計(jì)時裝置在綠燈初期，使啟動延誤顯著降低0.64秒；在綠燈中期，對飽和流率無顯著影響； 在綠燈尾期，使飽和周期內(nèi)末尾4 輛車的平均車頭時距顯著降低0.54，尾車進(jìn)入黃燈時間提了0.53秒。

關(guān)鍵詞：信號交叉口，倒計(jì)時裝置，飽和流率，損失時間

倒計(jì)時裝置在我國得到廣泛的應(yīng)用只有十年左右的時間，對倒計(jì)時裝置的使用以及規(guī)范尚未成熟，所以對是否該采用倒計(jì)時裝置還存在著爭議，支持的一方認(rèn)為[1，2]，設(shè)置倒計(jì)時信號裝置，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)時信號燈能使在停車線前排隊(duì)等待放行的車輛清楚的知道紅燈的剩余時間，從而在綠燈啟亮前做好啟動準(zhǔn)備，減少車輛（尤其是首車）的啟動延誤。反方認(rèn)為，綠燈初期和中期的倒計(jì)時會讓駕駛員感覺剩余時間還很多，因此不急于通過路口，導(dǎo)致交叉口車頭時距增加，飽和流率降低。所以筆者主要從倒計(jì)時裝置類型對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，飽和流量與啟動延誤是兩個非常重要的指標(biāo)，一個進(jìn)口的通行能力等于該車道在單位時間內(nèi)的飽和流率與所屬信號相位綠信比的乘積。在已有的研究基礎(chǔ)上，筆者通過實(shí)地調(diào)查的方法對車輛釋放的飽和車頭時距進(jìn)行研究，量化有無倒計(jì)時裝置對飽和流量和損失時間的影響。

1. 數(shù)據(jù)的采集與處理

由于對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個典型的交叉口共計(jì)12條車道，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：高峰時段有飽和的機(jī)動車交通量；行人和非機(jī)動車干擾較小，交通秩序正常，最好是有協(xié)警協(xié)助執(zhí)勤；大車比例較小，最好有公交專用道；有專門的直行車道和直行相位；交叉口周圍應(yīng)該有較大面積的開闊區(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Adobe Premiere軟件逐幀分析，把綠燈亮起后每輛車后輪通過停車線的時間點(diǎn)記下，并將第1輛車記為首車。第1輛車的車頭時距即為第一輛車后輪通過停車線的時間與綠燈亮起的時間差；第2 輛車的車頭時距是第1 輛和第2 輛車后輪前后通過停車線的時間差；后續(xù)車輛的車頭時距以此類推是前后兩輛車后輪依次通過停車線的時間差。

2. 倒計(jì)時裝置對交叉口飽和流量的影響分析

飽和流率即是在一段綠燈時間內(nèi)以穩(wěn)定安全的飽和時距通過停車線的最大流量[3]。在綠燈亮起的最初幾秒，流率變化很快，這是由于車流正處于起步和加速階段，車輛從原來的靜止?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?，在此期間，通過停車線的車流車頭時距比飽和車頭時距要大些，車流流量要比飽和流量低些。因此統(tǒng)計(jì)車道飽和流量時，要去除駛過的前幾輛車，從車頭時距達(dá)到穩(wěn)定時統(tǒng)計(jì)。目前一般認(rèn)為前4 輛車會有啟動損失時間，車頭時距會大些；第4 輛車以后，即從第5 輛車開始后續(xù)的車頭時距直到綠燈結(jié)束均達(dá)到穩(wěn)定的飽和車頭時距，對應(yīng)的流量為飽和流量。筆者在實(shí)地調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)車頭時距有異常值往往也出現(xiàn)在前四輛車，其原因有上一相位車流未釋放完畢，或行人搶紅燈等。而在綠燈尾期，車輛可能由于駕駛員急于在本相位通過路口或者謹(jǐn)慎駕駛而導(dǎo)致車頭時距產(chǎn)生較大波動。因此本文用 spss 進(jìn)行有無倒計(jì)時信號燈對除排隊(duì)頭4 輛車和飽和周期內(nèi)末尾4 輛車以外綠燈中期通過交叉口的車輛的車頭時距進(jìn)行獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)，結(jié)果表明，倒計(jì)時裝置對綠燈中期車輛的飽和車頭時距影響并不顯著。而飽和車頭時距是飽和流率的倒數(shù)，也就說明倒計(jì)時信號燈對飽和流量沒有顯著影響。

3. 倒計(jì)時裝置對損失時間的影響分析

3.1倒計(jì)時裝置對綠初車頭時距的影響分析

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

3.1倒計(jì)時裝置對綠尾車頭時距的影響分析

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

3.1倒計(jì)時裝置對尾車進(jìn)入時間的影響分析

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

4. 結(jié)論與建議

總的來說，在綠燈初期從排隊(duì)頭4 輛車的車頭時距看，倒計(jì)時信號燈使頭車的車頭時距顯著降低0.64秒，對后續(xù)3 輛車車頭時距影響不顯著，說明倒計(jì)時裝置將顯著降低啟動損失時間，提高了車輛通過交叉口的通行效率。

在綠燈中期，倒計(jì)時裝置對車輛的飽和車頭時距和車道的飽和流率無顯著影響。

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

研究中發(fā)現(xiàn)雖然安裝倒計(jì)時裝置可以降低啟動損失時間以及綠尾黃燈末期的損失時間，但是發(fā)現(xiàn)是在下一相位有紅燈倒計(jì)時的情況下，下一相位頭車將比無倒計(jì)時提前啟動，又會增加和上一相位尾車的沖突，這樣在交通路口就非常容易發(fā)生交通事故，這樣不僅會導(dǎo)致路口通行能力下降嚴(yán)重還會導(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。筆者將會在后續(xù)研究中對倒計(jì)時裝置對安全的影響進(jìn)行研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 俞灝，劉攀，羊釗，陳昱光.倒計(jì)時信號燈對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)時信號燈對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

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

基金項(xiàng)目：嘉興市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2015C13008），嘉興學(xué)院2015年度校級一般SRT項(xiàng)目