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信号灯在交通安全中的应用状况综述
时间:2012-10-19 17:16:59
1    引言
城市交通量大,道路建设有待加强,中心城区堵车严重。北京、上海、广州、成都、长沙等城市相继出现重大交通拥堵现象,而早晚上下班时间尤为突出,晚下班时段最为严重,北京尤为严重[8]。道路包括路段和路口,其中路段上车辆不受分流、合流、交织流的影响,特征是交织流。但是路口的车流大就要有信号灯控制了(当然也有无信号灯的路口)才能保证通行与安全。
1、1    交通信号控制的基本概念和理论
交通信号控制系统是通过路边装置或设备,如交通信号灯、固定或可变信息标志板等,向驾驶人员或行人显示控制信息,来达到对交通流进行时间分离和控制的目的。交通信号控制的基本原理,是以已经运行到道路上的交通(车辆或行人)为主体,通过事先人工调查或实时自动检测的方法,了解其变化规律或实时状态,在其基础上选取适当的控制方案(或控制参数)或联机实时生成控制方案(或控制参数)控制信号变化,去应对或适应交通的需求。
交通信号控制的主要功能是在道路车辆相交处分配车辆通行权,即在空间上无法实现交通分离原则的地方,主要是在平面交叉口上,用来在时间上给交通流分配通行权的一种交通指挥措施。道路上常用的交通信号有灯光信号和手势信号。交通信号灯用轮流显示不同的灯色来指挥交通的通行和停止。手势信号现在仅在交通信号灯出现故障、无交通信号灯的地方或在因突发事件造成交通堵塞时使用。
1、2    对平面交叉口实施信号控制,首先是为了保障平面交叉口的交通安全问题。
由于道路平面交叉口是各方向车流、人流的汇集点,同时各个方向的车流与人流在平面交叉口处不断地产生交叉、合流、分流冲突,完成各自的转向,使交叉口成为交通事故的多发点,发生交通事故造成的危害程度比其它路段要大得多。
因此,除了少数车流量极小、视野又极好的平面交叉口之外,我们必须对绝大部分的平面交叉口实施切实有效的交通控制,以达到减少交通事故、保障交通安全的目的。其次是交通畅通程度问题。从理论上来讲,对于一个平面交叉口,在不实施交通控制的情形下,各向而至的车辆,谁先到谁先行,消除不必要的等候时间,这样应该是获得最高的畅通程度。但实际上这是不可能的,只有在那些极少数交通流量极小,视野极好,而各向车辆速度较为接近的平面交叉口,这一理论才适用。对于绝大多数平面交叉口,限于交通流的拥挤程度和视野的局限,驾驶员驾驶车辆按近平面交叉口时,不得不提前减速观望,缓慢通过,即使当时没有其它车辆通过时也是这样。同时,驾驶员通过无控制的交叉口,从本能上都希望自己的车辆能优先、快捷地通过,而结果往往是众多的车辆挤
1、3    红绿灯含义的规定的摘要如下:
1、3、1    绿灯:表示车辆可以通行,在平面交叉口,面对绿灯的车辆可以直行、左转或右转,左右转弯车辆必须让合法通行的其他车辆和人行横道线内的行人先行。但是如果在该绿灯所允许通行的方向上,交通非常拥挤,以至进入路口的车辆,在灯色改变之后,还是通不过,这时,即使亮绿灯,车辆也不得通行;
1、3、2    红灯:表示不许车辆通行,面对红灯的车辆不能超过停车线;
1、3、3    黄灯:表示即将亮红灯,车辆应该停止。除非黄灯刚亮时,已经接近停车线、无法安全制动的车辆,可以开出停车线;
1、3、4    闪红灯:警告车辆不准通行;
1、3、5    闪黄灯或两个黄灯交替闪亮:表示车辆可以通行,但必须特别小心;
1、3、6    绿色箭头灯:表示车辆只允许沿箭头所的方向通行;
1、3、7    红色或黄色箭头灯:表示仅对箭头所指方向起红灯或黄灯的作用;
1、3、8    专用于自行车的信号灯:应在信号灯上加有自行车图案。
 
2   交通控制安全现状
2、1    我国公路平面交叉口交通控制主要存在以下安全问题:
2、1、1    控制方式的选择存在模糊性
对在何种情况下应该采用无控制、优先控制或信号控制无统一的标准,造成交通工程师在决定对交叉口进行何种控制方式的改过程中存在一定的盲目性。
2、1 、2   交通信号相位设置不合理
交叉口合理的相位设计戍以安全和效率并重,但在以往的相位计理念,安全指标指标常被忽略,造成信号交叉口虽有效率但却不安全,现今交通安全日趋重视,经由统计数据显示左转车辆事故和冲突次数皆比直行和右转车辆严重且多。
2、1、3   信号交叉口黄灯时间过短
通过调研发现公路平面信号交叉口闯红灯现象大部分由于黄灯间设计太短而造成的,存在诸多安全隐患。
2、1、4    信号灯设计不合理
目前信号灯的安装方式、显示方式不合理,造成信号灯可视性、显著性不好,因而造成交通事故发生。
2、1、5    标志标线不完善
在实际调查中发现许多标志图形设计复杂、难以辨认,信号灯距不良时缺乏“注意信号灯”标忠;指路标志缺乏;标志被绿化广告遮挡;标线设施规划或维护不够等诸多问题。
2、2    国内外交通信号控制系统发展概况
早在十九世纪人们就开始研究用信号灯指挥道路上的车辆交通控制车辆出入交叉口的次序。1868年,伦敦的威斯明斯特街口安装了最早的交通信号灯;1913年,在美国俄亥俄州的Cleveland市出现了世界上最早的交通信号控制;1926年美国的芝加哥市采用了交通灯控制方案,每个交叉路口设有唯一的交通灯,适应于单一的交通流。在发展了早期的单点控制和单线控制之后,交通网络定时控制系统成为各国研究的重点。1967年,英国TRRL开发出TRANSYT系统,成功实现了信号控制网络协调配时设计。而这种定时控制系统只能根据历史的交通流统计结果来确定信号配时,不能实时地响应交通流的随机变化,因此自适应的交通控制系统就应运而生,如英国和澳大利亚相继开发出SCOOT系统和SCAT系统,经过不断改进,已在较大范围内得到了成功推广和应用。从80年代开始,具有主动控制功能的实时交通诱导系统逐渐从理论走向实践,并迅速扩展成为集交通控制、信息管理、车辆系统等众多系统于一体的智能交通系统ITS。
目前以美、日、欧为主体的各ITS研究机构对ITS的体系结构、标准化等做了广泛深入的研究,衍生出了内涵众多的新技术和新方向。智能运输系统是将先进的信息技术,计算机技术,数据通信技术,传感器技术,电子控制技术,自动控制理论,运筹学,人工智能等有效地综合运用于交通运输、服务控制和车辆制造,加强了车辆、道路、使用三者之间的联系,从而形成一种定时、准确、高效的综合运输系统。以往的交通控制系统均是一种被动式控制系统,即交通信号实际上是根据交通需求而被动的控制交通流的变化,是基于车流的控制系统。而ITS中的ATMS(Advanced Traffic Management System)先进交通管理系统是一种基于出行的主动控制系统。既能对车流的流速进行控制,又能对车流的流向进行控制。作为一种庞大而高效的综合系统,ITS正成为各国研发的热点。
我国城市道路交通控制方面的研究具有起步晚,起点高,发展快的明显特点。1978年以前,城市交通控制还处于人工控制信号阶段,1978年国产单点信号控制器实验取得成功,迅速得到了推广,应用过程中功能得到了不断完善。
3    交通信号控制方式的选择
下述交叉应采用信号控制
3、1     两条交通量均大且功能、等级相同的公路相交,难以用“主路优先”规则管理时;
3、2     两相交公路虽有主次之别,但交通量均较大(主要公路双向交通量为600辆m,次要公路单向交通量为200辆蛳,采用“主路优先”交通管理方式会出现较频繁的交通事故和过分的交通延误时;
3、3    主要公路交通量相当大(主要公路双向交通量>t900辆m),而次要公路尽管交通量不大,但采用“主路优先”交通管理方式,次要公路上的车辆由于难以遇到可供驶入的主流间隙而引起不可接受的交通延误,或出现冒险驶入长度不足的主流间隙而危及安全时;
3、4    两相交公路的交通量虽未达到上述程度,但由于有相当数量的行人和非机动车穿越交义而引起交通延误,甚至造成阻塞或交通事故时。
4    影响交叉口安全的信号控制因素
交通信号控制的基本参数【3】
单点定时信号控制是一种最基本的信号控制方式,其基本控制参数包括:信号相位、周期时长和绿信比。
4、1    信号相位:信号相位简称为相位或相,交叉口各进口道不同方向所显示的不同灯色的组合称为一个信号相位。确定信号相位方案,是对信号轮流给某些方向的车辆或行人分配通行权顺序的确定,即相位方案是在一个信号周期内,安排了若干种控制状态(每一种控制状态对某些方向的车辆或行人分配给通行权),并合理地安排了这些控制状态的显示次序。信号控制器按设定的相位方案,轮流开放不同的信号显示,轮流对各向的车辆和行人给予通行权,把每一种控制状态,即对各进口道不同方向所显示的不同灯色的组合,称为一个信号相位。
如何合理选用与组合相位,是决定单点定时信号控制交叉口交通效益的主要因素之一。
4、2    周期时长:周期时长是交通信号灯各种灯色顺序显示一个循环所需要的时间,即各种灯色显示时间之总和;或者说是从某主要相位的绿灯启亮开始到下次该绿灯再次启亮之间的一段时间,用C表示,单位为秒.周期时长是决定单点定时信号控制交通效益的关键控制参数,是进行信号配时设计的主要对象。
从疏散的角度来讲,显然当交通需求越大时,周期应越长,否则一个周期内到达的车辆不能在该周期的绿灯时间内通过交叉口,就会发生堵塞现象。从减少车辆等待时间的角度来计划,太长或太短的周期都是不利的。若周期太短,则发生上述堵车现象。若周期太长,则某一方向的绿灯时间可能大于实际需要长度,而另外方向的红灯时间不合理的延长必然导致该方向车流等待时间的延长。正确的周期长度应该是:一个方向的绿灯时间刚好使该方向入口处等待车队放行完毕。
在交通信号的配时设计中,往往以最小周期时间和最佳周期时间为基础。
4、3    绿信比:绿信比是在一个周期时间内,一个信号相位的有效绿灯时长与周期时长的比值。周期相同,各相位的绿信比不一定相等。绿信比的大小对于疏散交通流和减少路口总等待时间有着举足轻重的作用。通过合理地分配各车流方向的绿灯时间(绿信比),可使各方向上的停车次数、等待时间减至最少。
4、4    相位差:除周期时长和绿信比外,还有一个重要的控制参数一相位差。相位差也称时差,是指两交叉路口在相同相位上的绿灯起始时间之差,它分为相对相位差和绝对相位差。相对相位差是指在实施信号协调控制的各交叉路口,相邻两交叉口在相同相位的绿灯起始时间之差。系统内某一路口与关键交叉路口(规定该路口的相位差为零)的相位差称为绝对相位差n副。
4、5   信号损失时间和有效绿灯时间:信号损失时间是指在一次信号周期内,任何方向车辆都不能通行的时间,属于信号损失时间,包括绿灯间隔时间和起动损失时间。实际绿灯时间、黄灯时间中,除掉损失时间后,实际上用于通车的时间即为有效绿灯时间g,
4、6    饱和流量S和饱和度Y:交叉口的饱和流量,通常是以交叉口进口道的饱和流量来定义的。所谓进口道的饱和流量S是指,在信号控制交叉路口,当进口道处有连续车流排队等待时,绿信号时间内能通过的最大交通流量,并用每小时有效绿信号中通过的最大车辆数来表示,即单位是“辆/有效绿灯小时"。
有效绿灯时间是指,某一相位的实际绿灯时间与黄灯时间之和减去车辆的启动停止损失时间。设计交通量与通行能力CAP的比值,称为相位(或车道组)饱和度,
4、7    通行能力是指在一定时间内通过某交叉口所有进口道停车线车辆数之和。交叉口的通行能力不仅与控制策略有关,还与实际道路条件(包括引道宽度、车道数、转弯半径、转弯长度、引道坡度)和交通条件(车流量、车辆种类、拐弯车比例、车速、非机动车和行人干扰、车道功能划分等)密切相关。通行能力是交叉口饱和程度的重要评价指标。
5   交叉口倒计时信号灯设置应用
5、1    倒计时信号在绿灯末尾的安全隐患 【4】
设置了信号倒计时装置后,由于倒计时装置显示剩余绿灯时间不断减少,对驾驶员的驾驶心理和驾驶行为将会产生一定影响。通过倒计时知道绿灯还剩下多少时间,能较好控制自己的驾驶速度无特别感觉表机动车在距离交叉口有一定距离时,驾驶员看到绿灯倒计时即将结束,有一部分车辆(约万方数据8.7%~19.6%)可能会采取加速以在绿灯倒计时结束之前冲过停车线。倒计时信号的能见度距离与天气,时间,日照强度,方向(顺光或逆光),信号倒计时装置的亮度、颜色、大小以及倒计时装置的安装位置、高度都有关。关于信号灯的能见度,我国现有交通信号灯标准中尚无明确的要求。
5、2    倒计时信号在下一相绿灯初期的安全隐患
平面交叉口信号灯未设置倒计时装置时,车辆通常在停车线后等待,待绿灯启亮后通过。由于驾驶员存在一个反应时间,车辆从静止到启动也有一个过程,故下一相车辆在绿灯启亮后通常存在延迟,

6    信号控制交叉口安全服务水平
信号控制交叉口与无信号控制交叉口相比,主要的不同之处在于信号交叉口安装了信号灯控制设备,通过相位和绿灯时间来控制不同流向的交通流和道路使用者通过交叉口。通过信号灯的控制,从时间上在一定程度上分离了交叉口使用者,使得信号控制交叉口的内在冲突点数量减少,也使得在入口交通量相当条件下,与无信号控制交叉口相比,实际产生的交通冲突数量减少。但是信号控制交叉口并没有完全消除内在冲突点,与无信号控制交叉口还存在相似的特征。特别对于公路信号控制交叉口。因为公路信号控制交叉口大都采用低相位控制,且公路信号控制交叉口几乎没有为非机动车与行人设置专用相位。从而仍然存在大量机动车与非机动冲突点、机动车与行人冲突点。这一点与公路无信号控制交叉口非常相似。因此,对于信号控制交叉口,导致交叉口不安全或者交通冲突、交通事故发生的本质原因仍然是交通冲突点的存在。另外,除了各种冲突点决定信号控制交叉VI的交通安全外,信号控制交叉El的信号灯、交通标志、标线、路面、照明等次要影响因素的状况也会影响到信号控制交叉口交通安全。
因此,对于信号控制交叉口,安全服务水平评价方法与无信号控制交叉口的安全服务水平评价一样,从影响交叉口安全服务水平的主要影响因素、交通特性因素和次要影响因素出发来评价,即以冲突点为主,以信号灯、交通标志、交通标线、路面、照明为辅来进行评价。具体地讲,首先基于信号交叉I:1冲突点的数目、冲突点的类型、冲突点的恶性程度和交通量等交通特性构造主模型,根据冲突点等数据得到交叉口潜在危险度:然后再按照信号交叉口的信号灯、交通标志、交通标线、路面、照明构造修正模型,并根据相应数据得到次要影响
因素修正系数;最后综合主模型与修正模型得到安全服务水平的总的模型,即得到修正后的危险度,从而得出实际交叉口的安全服务水平。
7    结论
为了解信号灯在交通安全的应用现状,论文分别论述了交通控制安全现状,交通信号控制方式的选择,影响交叉口安全的信号控制因素,交叉口倒计时信号灯设置应用,信号控制交叉口安全服务水平。
 
参考文献
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