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] 鐘連超等,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