綠燈間隔時間

綠燈間隔時間

綠燈間隔時間(Inter-Green Time)是相互衝突的一股交通流的綠燈結束時刻和下一股交通流的綠燈開始時刻之間的時間間隔。由該兩股通過的共同區域稱為衝突區域,其中最危險點稱為關鍵衝突點。能夠保證交通安全的綠燈間隔時間最小值稱為最短綠燈間隔時間。下面如圖1所示。

定義

在信號燈控制的交叉路口,只能通過交通信號,讓不同交通單元按交通信號順序輪流通過的方法分離衝突。為允許通行的交通流提供一個無干擾的安全通道。車輛能否安全有效地避免交叉口內的交通衝突,由交通信號控制參數——綠燈間隔時間來保證的。與車輛在黃燈期間是否越過停止線根本無關。

對於存在交通衝突的不同交通流 i、j,交通單元按交通信號順序輪流進入衝突區域,結束綠燈 i放行的交通尾單元從其停止線到越過關鍵衝突點的運動為清空,其運動跡線長為清空距離 si,其所用時間即清空時間 ti;開始綠燈 j放行的交通首單元從其停止線到達關鍵衝突點的運動為進入,其運動跡線長度為進入距離 sj,其所用時間即進入時間 tj。由圖1可知,到達與越過關鍵衝突點之不僅差整個衝突區域的長度,還差一個清空單元的長度。

技術參數

1、傳統最短綠燈間隔時間的計算

最短綠燈間隔時間 Imij的一種計算公式載於[1](見15頁)。如(1)式:

Imij=通過時間+ ti – tj (1)

式中: Imij:從綠燈 i結束到與之有衝突的綠燈 j啟亮所需設定的最短綠燈間隔時間,(s);

ti:為綠燈 i的尾單元從停止線到越過關鍵衝突點所用清空時間,(s);

tj:為綠燈 j的首單元從停止線到達關鍵衝突點所用進入時間,(s);

通過時間:在綠燈時間結束與清空時間開始之間的時間間隔(16頁),

(s)。

[1]列舉了6個示例的6種不同交通流的“通過時間”3、2、3、0、1、0s,皆小於等於黃燈時間 A,不安全。目錄1是傳統文獻中對 Imij計算原理描述最好的,但其 Imij過小有失安全和效率。

當然 Imij過大必然有失交通效率,同樣遭人抱怨和唾罵。

2、黃燈時間是通過時間的最大值

黃燈位於綠末紅初之間,具有一定的時間長度,稱為黃燈時長或黃燈時間(Yellow Light Time)。目的是給出一個警示和緩衝:“ 禁止通行的紅燈就要亮了,千萬不要誤闖紅燈。”使未超過最高限速的合法車輛能在紅燈前在停止線前安全停車;還要使那些靠近停止線不能安全停車的車輛,應能以正常車速在紅燈前安全越過停止線。客觀上,不能安全停車的距離大於《道交法》規定的行駛在公路上與同車道前車的最小安全距離。因為前車與固定不動的停止線不同,前車還有向前的剎車距離。可以說,黃燈是多了警示的綠燈,黃燈期間允許車輛以正常車速安全越過停止線。按照停止線法,所有在紅燈信號出現前越過停止線的車輛都可以繼續前進,通過交叉口。故越過停止線就等於通過交叉口,黃燈不負責交叉路口的清空,交叉口路面的清空任務只能從黃燈結束時刻開始,黃燈時長與交叉口的大小、寬度無關。

3、為什麼有許多人認為“闖黃燈”會對交叉口交通安全造成威脅?

可能受文獻[2]-[6]的“把交叉路口的清空任務強加給黃燈的觀點和行為”的錯誤影響,有許多人都認為“闖黃燈”會對交叉口交通安全造成威脅。

如果追究為什麼?一般都回答說是“因為衝突方向的車輛已經進入交叉口”。

如果負責任地再繼續追問:為什麼要讓衝突方向的車輛這么早進入交叉口?

這樣一問,真正威脅交通安全的原因答案就很明顯了。

真正對交叉口安全造成的威脅的不是“闖黃燈”行為,而是“讓衝突方向的車輛這么早進入交叉口”的信號燈,是綠燈間隔時間設定不合理,沒有大於等於最短綠燈間隔時間,或是最短綠燈間隔時間設計過短。

4、中國人對最短綠燈間隔時間計算 方法的安全改進

最優方案最可能出現在約束邊界上。故準確計算 Imij非常重要。而許多文獻根本不計算或不會計算 Imij而直接設計 Iij就更是錯誤。

為保障安全,基於“謹慎規範”的理念,作為下限的 Imij應考慮各種可能需求值中的最大值,應考慮慢車和快車的區別。即最短綠燈間隔時間計算 方法的安全改進為:

Imij =Max{通過時間 + ti tj } = A +Max{ti} Min{tj} (2)

式中: A:黃燈時間,(s);

Max{ti} 通常為 ti的累積頻率分布函式85%位值,對應速度最慢的清空交通流,(s);

Min{tj}:通常為 tj的累積頻率分布函式15%位值,對應速度最快的進入交通流,(s)。

與公式(1)相比,公式(2)的 Imij數值更大更可保證安全,更可以減少信號交叉口事故、擁擠和堵塞,更可能會導致全面減少文獻[8]所言的交叉口控制系統崩潰。聯合國 2011-2020年道路安全行動十年全球計畫指出,當時信號交叉口事故、擁擠和堵塞“應由道路交通系統設計者、而不是道路使用者負主要責任”。故應廢止(1)而推廣(2)。

使用公式(2)設計控制方案的方法已經申請國際專利PCT/CN2011/070879。

5、最短綠燈間隔時間的可能取值範圍

大量計算表明,實際交叉口的最短綠燈間隔時間可能取值範圍在-8到15之間。由公式(2)可以知道,最短綠燈間隔時間的大小,依賴於道路渠化的清空距離和進入距離,依賴於衝突車流的先後順序。

6、綠燈間隔時間小於0安全嗎?

“最短綠燈間隔時間”本身就是把“保證交通安全,不在關鍵衝突點發生交通衝突”的基本約束轉化為“衝突車流各自越過各自停止線的時刻”基本約束條件的一种放行時間的約束變換,只要滿足,就一定能夠保證安全。實際上,就在[1]的87頁第2-5行就論述有“有意地同時對衝突交通流顯示或切換成綠燈信號,在特殊情況下(如:綠燈間隔時間很短或為負值時),不會對交通造成危害。”

7、綠燈間隔時間的表現形式與“全紅”信號

既然綠燈間隔時間可以小於0,就不存在綠燈間隔時間的表現形式,不存在某些文獻所說:綠燈間隔時間由“黃燈+全紅”組成。原因是:1、黃燈時長是由一股交通流進口車速等因素決定的,見詞條“黃燈時長”。2、綠燈間隔時間是由2股交通流的先後順序、清空距離和進入距離、車速等因素決定的。3、全紅將禁止所有交通流的通行,應該只在信號機開機時因不了解路面情況而清路使用。這3者“風、馬、牛”不相及,不可能相互替代。比如:東直與西左的綠燈間隔時間就只涉及東直與西左,與西直和東左車流的綠燈時間無關,不可能因東直與西左的綠燈間隔時間大於黃燈時長就一定要使用“全紅”信號而限制西直或東左車流的正常放行時間。

參考文獻

[1] 交通信號控制指南——德國現行規範(RiLSA),Edition 1992, [德]道路與交通工程研究學會編,李克平譯,北京:中國建築工業出版社,2006年5月。

[2] 姜鑫,范磊,田瑞,城市信號交叉路口黃燈信號模型研究[J],內蒙古公路與運輸,2010年第2期,54-56。

[3] 馬銳,十字路口黃燈閃亮時間的數學建模分析[J],雲南民族大學學報(自然科學版)第13卷第4 期,2004 年10 月。

[4] 鍾連超等,交通燈控制系統中黃燈時間的確定[J],重慶工學院學報( 自然科學)第22 卷第4 期,2008 年4 月。

[5] 王秀良,交通燈控制系統中黃燈時間的確定[J],交通標準化,2010年13期。

[6] 張令剛,范加冬,張金科,信號交叉口綠燈黃燈時間最佳化模型的建立[J],交通科技與經濟,2009年第3期,總第53期)。

[7] 於泉編著,城市交通信號控制基礎[M],北京:冶金工業出版社,2011.1。

[8] National Cooperative Highway Research Program: Guidance for Implementation of the AASHTO Strategic Highway Safety Plan Volume 12: A Guide for Reducing Collisions at Signalized Intersections,NCHRP RANSPORTATION RESEARCH BOARD EXECUTIVE COMMITTEE 2004 (Membership as of January 2004),Project G17-18(3) FY’00, ISSN 0077-5614, ISBN 0-309-08760-0

[9]聯合國 2011-2020年道路安全行動十年全球計畫,聯合國大會2010年3月通過A/RES/64/255號決議

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