基于T型交叉路口的倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈分析

劉 丹

摘 要：以西安市翠華路與育才路的T型交叉路口為例 通過(guò)VISSIM軟件仿真無(wú)倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈情況下的理想路況 并采用現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的方法了解駕駛員在經(jīng)過(guò)紅路燈時(shí)駕駛員的駕駛行為 研究倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈對(duì)駕駛員駕駛行為的影響。研究結(jié)果表明機(jī)動(dòng)車綠燈倒計(jì)時(shí)并不一定有利于交叉路口的交通安全及通行效率 因此為保證交通安全和效率 應(yīng)謹(jǐn)慎使用機(jī)動(dòng)車綠燈倒計(jì)時(shí)。

關(guān)鍵詞：倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈;駕駛行為;交叉口;VISSIM

中圖分類號(hào)：U491? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）18-230-04

Abstract： Taken the T-shaped intersection of Cuihua Road and Yucai Road in Xi'an as an example， this paper used VISSIM software to simulate the ideal road conditions without countdown lights and uses on-site observation to investigate the driving behavior of the driver's green light countdown， and analyzes the impact of the countdown lights on driving behavior. The research results showed that the countdown of the green lights of motor vehicles didnt necessarily benefit the traffic safety and traffic efficiency of intersections. Therefore， in order to ensure traffic safety and efficiency， the countdown of green lights of motor vehicles should be used carefully.

Keywords： Countdown Signal Light; Driving Behavior; Intersection; VISSIM

CLC NO.： U491? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）18-230-04

引言

機(jī)動(dòng)車倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈[1]是一種附加在現(xiàn)有城市交通信號(hào)燈下方 對(duì)紅綠燈信號(hào)進(jìn)行倒計(jì)時(shí)的裝置 也作為對(duì)紅綠燈信號(hào)結(jié)束前的提醒。

在我國(guó) 對(duì)于增設(shè)倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈對(duì)駕駛員的心理以及駕駛行為是否產(chǎn)生影響還沒(méi)有深入的研究 對(duì)交叉口交通安全的作用尚不明確。在國(guó)內(nèi)外的研究中 是否采用倒計(jì)時(shí)信號(hào)一直存在爭(zhēng)論 焦點(diǎn)在于倒計(jì)時(shí)信號(hào)是否會(huì)增加綠燈末期時(shí)的車輛闖紅燈概率[2][3]。本文以陜西省西安市雁塔區(qū)翠華路與育才路交匯處的T型交叉路口為例 通過(guò)VISSIM仿真在無(wú)倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈的情況下理想的路況 實(shí)地觀測(cè)在有倒計(jì)時(shí)情況下駕駛員的駕駛行為 并給出結(jié)論與建議。

1 西安市翠華路與育才路交匯處的T型交叉路口交通仿真[4]

1.1 VISSIM軟件概述

VISSIM[5]是德國(guó)PTV（PVC全拼）公司開(kāi)發(fā)的微觀交通流仿真軟件系統(tǒng) 主要用來(lái)分析交通系統(tǒng)的各種運(yùn)行以及道路在車道類型、交通組成、交通信號(hào)控制、停讓控制等眾多條件限制下的交通運(yùn)行情況 具有分析、評(píng)價(jià)、設(shè)計(jì)方案比較、優(yōu)化交通網(wǎng)絡(luò)等功能。

VISSIM仿真軟件內(nèi)部由兩部分組成：交通仿真器部分和信號(hào)狀態(tài)產(chǎn)生器部分。核心模型是于1974年Wiedemann建立的生理-心理駕駛行為模型[6] 如圖1所示 其基本思路：一旦駕駛員認(rèn)為與前車距離小于他的心理（安全）距離 則會(huì)采取措施開(kāi)始減速。與此同時(shí) 駕駛員無(wú)法精確判斷前車車速 因此會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)低于前車車速 直至前后車距達(dá)到駕駛員認(rèn)為的心理（安全）距離 此后駕駛員開(kāi)始緩慢加速 周而復(fù)始 形成一個(gè)加速與減速不斷交替的迭代過(guò)程。

1.2 交叉口路網(wǎng)建模

單車道、多車道和特定車道通過(guò)連接器相互連接 構(gòu)成VISSIM交通仿真路網(wǎng)。根據(jù)路口實(shí)際路況分析 該路網(wǎng)由多車道構(gòu)成。首先進(jìn)行路網(wǎng)的仿真建模 確定育才路與翠華路T形交叉口及其行車方向：橫向?yàn)槟媳狈较虻拇淙A路 雙向四車道;縱向?yàn)闁|西方向的育才路 單向三車道 如圖2所示。

1.3 定義目標(biāo)車速分布和車輛減速區(qū)域

在交通構(gòu)成中 每種車輛類型按照定義目標(biāo)車速進(jìn)行隨機(jī)分布 同時(shí)當(dāng)VISSIM路網(wǎng)自由流車速發(fā)生變化時(shí) 車速分布也隨之變化 如圖3所示。

車輛在通過(guò)減速區(qū)域起點(diǎn)后 才可以起到減速作用 除此之外 減速區(qū)域只能用于降低車速 不能增加車速以及跨路段建立減速區(qū)域。

通常情況下 行人橫穿翠華路對(duì)育才路左轉(zhuǎn)的車輛帶來(lái)了時(shí)間延誤 基于育才路與翠華路T型交叉口路口行人與車輛混合通行的特點(diǎn) 定義車輛減速區(qū)域?yàn)閳D4中深色邊框內(nèi)區(qū)域。

1.4 交通構(gòu)成以及交通流量的輸入

交通構(gòu)成是VISSIM輸入交通流的一個(gè)組成部分 是指進(jìn)入VISSIM路網(wǎng)的每一股交通流構(gòu)成 要求在定義輸入交通流量前進(jìn)行定義 一般情況想 行人流量也可定義為一種交通構(gòu)成 在本論文中 為簡(jiǎn)化交通構(gòu)成 認(rèn)為行人嚴(yán)格按照信號(hào)指示燈穿過(guò)馬路 故在本論文中 不考慮行人對(duì)交通構(gòu)成的影響。

在路況中 貨車與公交很少 約占2% 且轎車與貨車或公交車通行情況無(wú)明顯差異 因此本模型只使用轎車。由于學(xué)生版軟件沒(méi)有行人模塊 因此不設(shè)置行人對(duì)交通的影響 這與實(shí)際不相符。因此論文1.3已通過(guò)定義車輛減速區(qū)域來(lái)模擬這一特殊情況。

輸入交通流量與路段和時(shí)間間隔有關(guān)。在觀測(cè)的時(shí)間間隔范圍內(nèi) 車輛進(jìn)入該路段服從泊松分布規(guī)律。如果定義輸入的交通流量超出該路段正常通行能力 將會(huì)在路網(wǎng)外部形成車輛“堆積”。本文選取某周三上午8：00-9：00時(shí)間段內(nèi)的早高峰數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真 實(shí)際數(shù)車時(shí)間為15分鐘 將數(shù)據(jù)擴(kuò)充至一小時(shí) 數(shù)據(jù)輸入如下：

翠華路（橫向）：由南至北885輛 由北至南842輛;育才路（縱向）：左行350輛 右行208輛。

1.5 路線選擇與轉(zhuǎn)向

從路徑?jīng)Q策起點(diǎn)（深色線部分）至路徑?jīng)Q策終點(diǎn)（淺色線部分）這一固定路段和連接器序列組成的這一路線被稱為車輛的行駛路徑 其中路徑?jīng)Q策的起點(diǎn)和終點(diǎn)屬于一對(duì)多的關(guān)系。

縱向車輛可以左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn) 橫向車輛只能直行 路線選擇與轉(zhuǎn)向設(shè)置如圖5所示。

1.6 交叉口信號(hào)控制、信號(hào)燈位置以及優(yōu)先權(quán)的設(shè)置

在Vissim仿真軟件中 信號(hào)控制交叉口設(shè)置由圖6構(gòu)成 其中包括信號(hào)燈參數(shù)、信號(hào)燈位置和沖突處優(yōu)先權(quán)等的設(shè)置。

經(jīng)觀測(cè) 得知育才路與翠華路交匯處T型交叉口信號(hào)燈配時(shí)為：綠燈68秒 紅燈42秒 黃燈3秒 周期113秒。

Vissim可對(duì)每一車道進(jìn)行信號(hào)控制 根據(jù)實(shí)際情況 育才路與翠華路T型交叉口信號(hào)等安置 如圖7所示。

在道路交叉口 兩個(gè)不通方向的車流因?yàn)槿鄙傩盘?hào)控制 在匯合時(shí)很容易產(chǎn)生交織現(xiàn)象 從而降低交通安全和通行效率。因此保證行車安全 提高通行效率 要求次要流向的車流必須停車 方便主要方向的車流優(yōu)先通過(guò) 即主要方向車流具有優(yōu)先權(quán) 保證主要方向車流的車頭間距與車頭時(shí)距得以保證后 次要流向的車流才可匯入自由車流。

在該仿真中 翠華路上由南至北行駛的車輛相對(duì)于育才路右轉(zhuǎn)駛?cè)氪淙A路的車輛具有優(yōu)先權(quán) 因此優(yōu)先權(quán)設(shè)置如圖8 淺色線車輛優(yōu)先于深色線車輛。

1.7 交通仿真

進(jìn)行VISSIM仿真試驗(yàn) 仿真過(guò)程如圖9所示 仿真結(jié)果如下：

首先 橫向道路翠華路綠燈 車輛優(yōu)先行駛 縱向育才路右轉(zhuǎn)車輛隨后依次并入翠華路中 縱向道路育才路上的左轉(zhuǎn)車輛停駛等待紅綠燈;其后 縱向道路育才路路燈 車輛分別進(jìn)入左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)專用道行駛 橫向道路車輛停駛等待紅綠燈。

2 現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)

論文采用現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的方法 對(duì)西安市翠華路與育才路交匯處的T形交叉路口十五分鐘內(nèi)的所有處于倒計(jì)時(shí)末期（最后5秒）的機(jī)動(dòng)車駕駛員的駕駛行為進(jìn)行調(diào)查 調(diào)查結(jié)果見(jiàn)表1。

3 對(duì)比分析

對(duì)VISSIM仿真結(jié)果與實(shí)地現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合對(duì)比并進(jìn)行分析 結(jié)果存在不一致。由于VISSIM軟件是一種理想化的汽車運(yùn)行狀況 模擬汽車能夠嚴(yán)格遵守道路交通規(guī)則 能夠以理想的車速與加速度控制駕駛速度 并且在機(jī)動(dòng)車綠燈倒計(jì)時(shí)末期會(huì)減慢車速 使得車輛能夠在停車線前完全停下來(lái) 且不發(fā)生追尾等事故。而根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果可知 少數(shù)駕駛員會(huì)在機(jī)動(dòng)車綠燈倒計(jì)時(shí)末期采取減速停車的措施 大部分駕駛員會(huì)選擇加速快速通過(guò)交叉口。

4 結(jié)論

通過(guò)以上分析 機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈倒計(jì)時(shí)會(huì)對(duì)駕駛員的駕駛行為會(huì)產(chǎn)生以下兩種影響：

（1）有利影響：倒計(jì)時(shí)信號(hào)能夠保證駕駛員在接近交叉路口時(shí)能夠時(shí)刻掌握紅綠燈信號(hào)剩余時(shí)間以及信號(hào)燈運(yùn)作情況 滿足駕駛員能夠快速?zèng)Q定在黃燈前選擇停車等待紅燈還是通過(guò)快速交叉口 減少甚至消除黃燈困境區(qū)域 提高車輛通過(guò)率 避免非故意闖紅燈現(xiàn)象 提高交叉口的交通安全。

（2）不利影響：綠燈倒計(jì)時(shí)不斷減少

駕駛員在無(wú)形中會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)感和期待感 采取加速行駛以趕在綠燈結(jié)束前通過(guò)路口。然而當(dāng)駕駛員對(duì)可通過(guò)路口的時(shí)間判斷不準(zhǔn)確時(shí) 就會(huì)出現(xiàn)盲目搶過(guò)交叉路口的現(xiàn)象 增加闖紅燈概率 且在車速較高時(shí)更易發(fā)生重大交通事故。

在中國(guó) 道路交通安全法對(duì)黃燈的規(guī)定存在很大的爭(zhēng)議 其中綠燈倒計(jì)時(shí)信號(hào)的第二種不利影響更為突出 使得駕駛員在綠燈末期駕駛行為的差異性加大 一部分駛員會(huì)選擇在機(jī)動(dòng)車綠燈倒計(jì)時(shí)末期減速甚至停車 而另一部分駕駛員卻會(huì)選擇加速通過(guò)停車線。

在交通安全方面 加速通過(guò)停車線存在很大的安全隱患;在交通效率方面 黃燈期間越過(guò)停車線的駕駛員安全問(wèn)題也存在很大的隱患 倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈的設(shè)置更會(huì)嚴(yán)重影響綠燈末期車輛的通行效率。因此 為保證交通安全和效率 應(yīng)謹(jǐn)慎使用機(jī)動(dòng)車綠燈倒計(jì)時(shí)。

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