黃色交通信號燈作用模擬評價

1、黃色交通信號燈作用模擬評價摘要：針對城市道路交通中黃色信號燈是否可以通行的 問題，采用計算機模擬實驗的方法進行了研究。實驗結果表 明，簡單地禁止或允許“闖黃燈”會分別對通行效率和交通 安全帶來較為嚴重的影響。為了從根本上解決交通信號燈面 臨的問題，需要采用更加科學的方法對交通信號燈進行設計 和改進。abstract： aiming at the problem whether the yellow light can pass in urban road traffic, this paper made a research using the method of computer simul

2、ation experiment. experimental resuits show that simply prohibit or allow “rushing yellow lightv will bring more serious impact for traffic efficiency and traffic safety. in order to fundamentally solve the problems faced by the traffic lights, we need to adopt more scientific approach to design and

3、 improve the traffic lights.關鍵詞：黃色信號燈；計算機仿真；通行效率和交通 安全key words： yellow lights； computer simulation；traffic efficiency and traffic safety 中圖分類號：u49文獻標識碼：a文章編號：1006-4311(2012) 35-0300-030引言2010年7月，嘉興海鹽縣舒江榮駕駛的車輛在黃燈亮起 時未越過停車線但仍然繼續(xù)直行，因此被交警部門處以罰 款。事后，舒江榮以處罰證據不足、無法律依據為由，先后 向海鹽縣公安局、海鹽縣法院、嘉興市中級法院提出行政復 議、行政訴

4、訟和上訴要求。最終，法院從公共利益角度出發(fā), 認定“闖黃燈”系違法行為，判定舒江榮敗訴。這一 “闖黃 燈第一案”近來在社會上引起了諸多反響和爭論1。人們 對法律條文的嚴謹和邏輯性、技術操作的人性化與規(guī)范化以 及交通法律法規(guī)的宣傳等方面提出了改進建議2 3 o然而，很少有人在"闖黃燈”問題上對交通信號燈本身 提出根本性的改進意見。交通信號燈作為道路交通的重要基 礎設置，其實在誕生最初的幾十年時間里都是沒有黃燈的 4。而早在十多年前，就已經有人指出了在綠燈向紅燈切 換的過程中加入黃燈會引發(fā)的種種問題，并建議取消黃燈 。但是，人們對黃燈作用的認識大多停留在定性的層面 上：黃燈起到的是一種警

5、示作用，它提供給駕駛員一段用于 選擇的緩沖時間。如果能定量地分析黃燈對交通通行能力以 及交通安全的影響，對于交通信號燈的改進和相關法律法規(guī) 的制定無疑都將是有利的。本文利用計算機模擬的方法對路口黃色交通信號燈的 作用進行評價。通過實驗數據評價了在不同車流量大小和不 同的駕駛員選擇策略下，產生的通行效率、“闖黃燈'和 “闖紅燈”的次數等參數。實驗結果表明，禁止“闖黃燈” 能起到提高安全性的作用，但會極大地降低車流量較大時的 通行效率；而允許“闖黃燈”則會帶來一定的安全隱患。1模擬方法本文采用作者自行編寫的java程序進行模擬。事實上 采用何種語言進行編程對模擬結果并沒有本質的影響，決定

6、模擬準確性和真實性的關鍵因素在于如何對道路、信號燈、 車流量、車速以及各車輛在面對不同信號燈時的行為決策進 行建模。下面將重點對此進行討論。為了簡單而不失一般性，模擬一條單向單車道的道路如 圖1所示。所有車輛單向順序行駛，從車輛進入道路到停車 線的距離為200m,從停車線到離開道路的距離為30m。采用 此簡單模型可以消除車輛切換車道、路口轉向等因素的影 響，將模擬評價的焦點更好地集中到黃色信號燈上。信號燈 一個循環(huán)周期為60s,其中綠燈持續(xù)時間24s,綠燈閃爍持 續(xù)時間3s,黃燈持續(xù)時間3s,紅燈持續(xù)時間30s。在道路的入口一端利用泊松到達模型生成指定大小的 隨機車流量，因為各車輛的到達可以看

7、作是速率一定的隨機 且獨立的過程。到達的車輛將首先被加入一個等待隊列，當 道路入口條件允許(入口沒有其他車輛且有足夠的安全距 離)時再依次進入道路，這樣可以處理同一時刻有多輛汽車 到達的情況，與傳統的排隊論模型相比更符合實際。車速控制是模擬實驗中一個重要的環(huán)節(jié)，本文在模擬中 采取了一種離散時間的閉環(huán)控制方法。以0. is為一個時間 單位，每個時間單位依據各車輛的車速更新它們所處的位 置，并決定它們在下一時間單位的速度。具體來說，一輛汽 車在下一個時間單位只有加速和減速兩種狀態(tài)，加速度恒為 2m/s2,減速度恒為7. 5m/s2,而速度取值在060km/h,超過這個范圍則不再繼續(xù)加速或減速。雖然

8、在閉環(huán)控制 下恒定增減量的方法可能會導致震蕩，然而由于時間單位取 值較小，從宏觀上看并不會造成問題，且這樣做可以避免動 態(tài)計算加速度可能帶來的收斂太慢的問題。假設在模擬中速 度為v的汽車的制動距離為b (v),而與前車的安全距離為 d (v),則一輛汽車在下一時間單位應當減速或加速，是由 其與前車的距離小于或大于max (b (v), d (v)所決定的 (在不考慮信號燈的情況下)。其中安全距離d (v)的計算 采用了文獻6提出的跟馳模型，即d (v) =l+t + 其中1表示車長，在本文的模擬中取4.0到4. 5之間的 隨機值；v表示車速，單位為km/h； t為制動系協調時間，一般在0.2s

9、到0.9s之間，本文中取恒定值0.9； a-表示制 動平均減速度，本文中取恒定值7. 5。最后需要確定汽車在面對不同的信號燈時應采取什么樣的動作。一般來說， 以下三種策略是比較常見的。為了便于比較，在同一組模擬 實驗中所有的汽車采取相同的策略。策略1：若信號燈為綠燈閃爍、黃燈或紅燈，則汽車在 與停車線的距離小于或等于b (v) +1時減速。策略2：若信號燈為黃燈或紅燈，則汽車在與停車線的 距離小于或等于b (v) +1時減速，而綠燈閃爍時不減速。策略3：若信號燈為紅燈，則汽車在與停車線的距離小 于或等于b (v) +1時減速，而綠燈閃爍或黃燈時不減速。2實驗結果和分析本文對車流量在100900

10、輛/小時之間的9組隨機車流量進行了模擬實驗。圖2給出了當車流量為435輛/小時、 并且采取策略2時，前50輛車從進入道路到越過停車線所 花的時間?？梢钥闯觯M結果與人的直觀認知較為吻合(“運氣”較好的汽車不需要減速，通過路段僅花費12s； 而遇上紅燈的汽車則需要等待最多大約30s)o這說明本文采 用的模擬方法和模型具有較好的可信度。圖3給出了模擬實驗中統計的“闖燈”情況。由于采用策略1時沒有發(fā)生“闖燈”，采用策略2時沒有發(fā)生“闖紅 燈”，因此圖中沒有畫出這些情況。由圖可見，采用策略2 時會發(fā)生一定次數的“闖黃燈”，這是因為汽車當看到黃燈 時才開始減速，一部分汽車當黃燈亮時正好處于很靠近停車

11、線的位置，于是將不可避免地越過停車線。而當采用策略3 時，由于汽車在黃燈時也不減速，'闖黃燈”的數量隨著車 流的增加而大大增加，且出現了一定次數的“闖紅燈”。值 得注意的是，策略3 “闖紅燈”的次數當車流量大到一定程 度時反而減少，這是因為當車流量很大時會發(fā)生擁堵而導致 車速下降，使得汽車能夠即時在停車線前停止。圖4給出了每一組模擬實驗中平均通過時間的情況?？梢钥吹剑m然不同的策略在決定減速的時間上僅相差3s,但 通過時間并非總是相差3s。當車流量較小時，各策略的平均 通過時間普遍不超過30s,即平均車速大于24km/h,且彼此 差距較小。而當車流量較大時，各策略出現了較大的差異: 策

12、略3是最冒險的策略，因此平均通過時間增長不大，通過 效率相對減少較小；而策略2和策略1由于提前減速，平均 通過時間隨著車流量的變大而急劇上升，尤其是策略1,平 均通過時間最大高達88.4s,平均車速僅為8. lkm/h,通行 效率僅為不到策略3的63. 3%,發(fā)生了嚴重的擁堵。從以上實驗數據可以看出，如果規(guī)定禁止'闖黃燈”， 則多數駕駛員將傾向于選擇策略1,因為即使是策略2也會 有較大的'闖黃燈”風險，這對于交通安全較為有利（實驗 結果中沒有出現“闖燈”），但是當車流量較大時，這樣做 對通行效率會造成嚴重的影響。反之，如果規(guī)定可以“闖黃 燈”，則多數駕駛員將傾向于選擇策略2,這

13、樣會有一定數 量的'闖黃燈”，但是車流量較大時的通行效率能得到可觀 的提髙。然而，在這種規(guī)定下會有少數冒險的駕駛員選擇策 略3 （因為“闖紅燈"的數量與“闖黃燈"相比要低得多）， 由此導致的大量'闖黃燈”和一定的“闖紅燈”將極大地 危害交通安全。總的來說，僅僅是盲目地禁止或允許“闖黃燈”都不能 很好地解決城市路口交通面臨的問題。交通信號燈設計的目 標是在保證交通安全的前提下最大化通行效率。為此，需要 用更加科學的方法對交通信號燈進行設計改進。例如，依據 車流量大小，以及根據與此道路交匯的另一道路的寬度和車 輛、行人通行速度來決定綠燈閃爍以及黃燈的持續(xù)時間，這 些將是我們下一步的研究方向。參考文獻：1 覃成朝我國首例'闖黃燈”案引發(fā)的思考法制與 經濟（上旬）,2012, 3： 66-67.2 曹陽“闖黃燈第一