黃色交通信號(hào)燈作用模擬評(píng)價(jià)

1、黃色交通信號(hào)燈作用模擬評(píng)價(jià)摘要：針對(duì)城市道路交通中黃色信號(hào)燈是否可以通行的 問(wèn)題，采用計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表 明，簡(jiǎn)單地禁止或允許“闖黃燈”會(huì)分別對(duì)通行效率和交通 安全帶來(lái)較為嚴(yán)重的影響。為了從根本上解決交通信號(hào)燈面 臨的問(wèn)題，需要采用更加科學(xué)的方法對(duì)交通信號(hào)燈進(jìn)行設(shè)計(jì) 和改進(jìn)。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(guān)鍵詞：黃色信號(hào)燈；計(jì)算機(jī)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(lèi)號(hào)：u49文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：1006-4311(2012) 35-0300-030引言2010年7月，嘉興海鹽縣舒江榮駕駛的車(chē)輛在黃燈亮起 時(shí)未越過(guò)停車(chē)線(xiàn)但仍然繼續(xù)直行，因此被交警部門(mén)處以罰 款。事后，舒江榮以處罰證據(jù)不足、無(wú)法律依據(jù)為由，先后 向海鹽縣公安局、海鹽縣法院、嘉興市中級(jí)法院提出行政復(fù) 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(rèn)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(lái)在社會(huì)上引起了諸多反響和爭(zhēng)論1。人們 對(duì)法律條文的嚴(yán)謹(jǐn)和邏輯性、技術(shù)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(jìn)建議2 3 o然而，很少有人在"闖黃燈”問(wèn)題上對(duì)交通信號(hào)燈本身 提出根本性的改進(jìn)意見(jiàn)。交通信號(hào)燈作為道路交通的重要基 礎(chǔ)設(shè)置，其實(shí)在誕生最初的幾十年時(shí)間里都是沒(méi)有黃燈的 4。而早在十多年前，就已經(jīng)有人指出了在綠燈向紅燈切 換的過(guò)程中加入黃燈會(huì)引發(fā)的種種問(wèn)題，并建議取消黃燈 。但是，人們對(duì)黃燈作用的認(rèn)識(shí)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(shí)間。如果能定量地分析黃燈對(duì)交通通行能力以 及交通安全的影響，對(duì)于交通信號(hào)燈的改進(jìn)和相關(guān)法律法規(guī) 的制定無(wú)疑都將是有利的。本文利用計(jì)算機(jī)模擬的方法對(duì)路口黃色交通信號(hào)燈的 作用進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)了在不同車(chē)流量大小和不 同的駕駛員選擇策略下，產(chǎn)生的通行效率、“闖黃燈'和 “闖紅燈”的次數(shù)等參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，禁止“闖黃燈” 能起到提高安全性的作用，但會(huì)極大地降低車(chē)流量較大時(shí)的 通行效率；而允許“闖黃燈”則會(huì)帶來(lái)一定的安全隱患。1模擬方法本文采用作者自行編寫(xiě)的java程序進(jìn)行模擬。事實(shí)上 采用何種語(yǔ)言進(jìn)行編程對(duì)模擬結(jié)果并沒(méi)有本質(zhì)的影響，決定

6、模擬準(zhǔn)確性和真實(shí)性的關(guān)鍵因素在于如何對(duì)道路、信號(hào)燈、 車(chē)流量、車(chē)速以及各車(chē)輛在面對(duì)不同信號(hào)燈時(shí)的行為決策進(jìn) 行建模。下面將重點(diǎn)對(duì)此進(jìn)行討論。為了簡(jiǎn)單而不失一般性，模擬一條單向單車(chē)道的道路如 圖1所示。所有車(chē)輛單向順序行駛，從車(chē)輛進(jìn)入道路到停車(chē) 線(xiàn)的距離為200m,從停車(chē)線(xiàn)到離開(kāi)道路的距離為30m。采用 此簡(jiǎn)單模型可以消除車(chē)輛切換車(chē)道、路口轉(zhuǎn)向等因素的影 響，將模擬評(píng)價(jià)的焦點(diǎn)更好地集中到黃色信號(hào)燈上。信號(hào)燈 一個(gè)循環(huán)周期為60s,其中綠燈持續(xù)時(shí)間24s,綠燈閃爍持 續(xù)時(shí)間3s,黃燈持續(xù)時(shí)間3s,紅燈持續(xù)時(shí)間30s。在道路的入口一端利用泊松到達(dá)模型生成指定大小的 隨機(jī)車(chē)流量，因?yàn)楦鬈?chē)輛的到達(dá)可以看

7、作是速率一定的隨機(jī) 且獨(dú)立的過(guò)程。到達(dá)的車(chē)輛將首先被加入一個(gè)等待隊(duì)列，當(dāng) 道路入口條件允許(入口沒(méi)有其他車(chē)輛且有足夠的安全距 離)時(shí)再依次進(jìn)入道路，這樣可以處理同一時(shí)刻有多輛汽車(chē) 到達(dá)的情況，與傳統(tǒng)的排隊(duì)論模型相比更符合實(shí)際。車(chē)速控制是模擬實(shí)驗(yàn)中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，本文在模擬中 采取了一種離散時(shí)間的閉環(huán)控制方法。以0. is為一個(gè)時(shí)間 單位，每個(gè)時(shí)間單位依據(jù)各車(chē)輛的車(chē)速更新它們所處的位 置，并決定它們?cè)谙乱粫r(shí)間單位的速度。具體來(lái)說(shuō)，一輛汽 車(chē)在下一個(gè)時(shí)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(guò)這個(gè)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(huì)導(dǎo)致震蕩，然而由于時(shí)間單位取 值較小，從宏觀上看并不會(huì)造成問(wèn)題，且這樣做可以避免動(dòng) 態(tài)計(jì)算加速度可能帶來(lái)的收斂太慢的問(wèn)題。假設(shè)在模擬中速 度為v的汽車(chē)的制動(dòng)距離為b (v),而與前車(chē)的安全距離為 d (v),則一輛汽車(chē)在下一時(shí)間單位應(yīng)當(dāng)減速或加速，是由 其與前車(chē)的距離小于或大于max (b (v), d (v)所決定的 (在不考慮信號(hào)燈的情況下)。其中安全距離d (v)的計(jì)算 采用了文獻(xiàn)6提出的跟馳模型，即d (v) =l+t + 其中1表示車(chē)長(zhǎng)，在本文的模擬中取4.0到4. 5之間的 隨機(jī)值；v表示車(chē)速，單位為km/h； t為制動(dòng)系協(xié)調(diào)時(shí)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(dòng)平均減速度，本文中取恒定值7. 5。最后需要確定汽車(chē)在面對(duì)不同的信號(hào)燈時(shí)應(yīng)采取什么樣的動(dòng)作。一般來(lái)說(shuō)， 以下三種策略是比較常見(jiàn)的。為了便于比較，在同一組模擬 實(shí)驗(yàn)中所有的汽車(chē)采取相同的策略。策略1：若信號(hào)燈為綠燈閃爍、黃燈或紅燈，則汽車(chē)在 與停車(chē)線(xiàn)的距離小于或等于b (v) +1時(shí)減速。策略2：若信號(hào)燈為黃燈或紅燈，則汽車(chē)在與停車(chē)線(xiàn)的 距離小于或等于b (v) +1時(shí)減速，而綠燈閃爍時(shí)不減速。策略3：若信號(hào)燈為紅燈，則汽車(chē)在與停車(chē)線(xiàn)的距離小 于或等于b (v) +1時(shí)減速，而綠燈閃爍或黃燈時(shí)不減速。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析本文對(duì)車(chē)流量在100900

10、輛/小時(shí)之間的9組隨機(jī)車(chē)流量進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)。圖2給出了當(dāng)車(chē)流量為435輛/小時(shí)、 并且采取策略2時(shí)，前50輛車(chē)從進(jìn)入道路到越過(guò)停車(chē)線(xiàn)所 花的時(shí)間?？梢钥闯?，模擬結(jié)果與人的直觀認(rèn)知較為吻合(“運(yùn)氣”較好的汽車(chē)不需要減速，通過(guò)路段僅花費(fèi)12s； 而遇上紅燈的汽車(chē)則需要等待最多大約30s)o這說(shuō)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(shí)驗(yàn)中統(tǒng)計(jì)的“闖燈”情況。由于采用策略1時(shí)沒(méi)有發(fā)生“闖燈”，采用策略2時(shí)沒(méi)有發(fā)生“闖紅 燈”，因此圖中沒(méi)有畫(huà)出這些情況。由圖可見(jiàn)，采用策略2 時(shí)會(huì)發(fā)生一定次數(shù)的“闖黃燈”，這是因?yàn)槠?chē)當(dāng)看到黃燈 時(shí)才開(kāi)始減速，一部分汽車(chē)當(dāng)黃燈亮?xí)r正好處于很靠近停車(chē)

11、線(xiàn)的位置，于是將不可避免地越過(guò)停車(chē)線(xiàn)。而當(dāng)采用策略3 時(shí)，由于汽車(chē)在黃燈時(shí)也不減速，'闖黃燈”的數(shù)量隨著車(chē) 流的增加而大大增加，且出現(xiàn)了一定次數(shù)的“闖紅燈”。值 得注意的是，策略3 “闖紅燈”的次數(shù)當(dāng)車(chē)流量大到一定程 度時(shí)反而減少，這是因?yàn)楫?dāng)車(chē)流量很大時(shí)會(huì)發(fā)生擁堵而導(dǎo)致 車(chē)速下降，使得汽車(chē)能夠即時(shí)在停車(chē)線(xiàn)前停止。圖4給出了每一組模擬實(shí)驗(yàn)中平均通過(guò)時(shí)間的情況?？梢钥吹?，雖然不同的策略在決定減速的時(shí)間上僅相差3s,但 通過(guò)時(shí)間并非總是相差3s。當(dāng)車(chē)流量較小時(shí)，各策略的平均 通過(guò)時(shí)間普遍不超過(guò)30s,即平均車(chē)速大于24km/h,且彼此 差距較小。而當(dāng)車(chē)流量較大時(shí)，各策略出現(xiàn)了較大的差異: 策

12、略3是最冒險(xiǎn)的策略，因此平均通過(guò)時(shí)間增長(zhǎng)不大，通過(guò) 效率相對(duì)減少較小；而策略2和策略1由于提前減速，平均 通過(guò)時(shí)間隨著車(chē)流量的變大而急劇上升，尤其是策略1,平 均通過(guò)時(shí)間最大高達(dá)88.4s,平均車(chē)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(yán)重的擁堵。從以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，如果規(guī)定禁止'闖黃燈”， 則多數(shù)駕駛員將傾向于選擇策略1,因?yàn)榧词故遣呗?也會(huì) 有較大的'闖黃燈”風(fēng)險(xiǎn)，這對(duì)于交通安全較為有利（實(shí)驗(yàn) 結(jié)果中沒(méi)有出現(xiàn)“闖燈”），但是當(dāng)車(chē)流量較大時(shí)，這樣做 對(duì)通行效率會(huì)造成嚴(yán)重的影響。反之，如果規(guī)定可以“闖黃 燈”，則多數(shù)駕駛員將傾向于選擇策略2,這

13、樣會(huì)有一定數(shù) 量的'闖黃燈”，但是車(chē)流量較大時(shí)的通行效率能得到可觀 的提髙。然而，在這種規(guī)定下會(huì)有少數(shù)冒險(xiǎn)的駕駛員選擇策 略3 （因?yàn)椤瓣J紅燈"的數(shù)量與“闖黃燈"相比要低得多）， 由此導(dǎo)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(lái)說(shuō)，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(wèn)題。交通信號(hào)燈設(shè)計(jì)的目 標(biāo)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(xué)的方法對(duì)交通信號(hào)燈進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)。例如，依據(jù) 車(chē)流量大小，以及根據(jù)與此道路交匯的另一道路的寬度和車(chē) 輛、行人通行速度來(lái)決定綠燈閃爍以及黃燈的持續(xù)時(shí)間，這 些將是我們下一步的研究方向。參考文獻(xiàn)：1 覃成朝我國(guó)首例'闖黃燈”案引發(fā)的思考法制與 經(jīng)濟(jì)（上旬）,2012, 3： 66-67.2 曹陽(yáng)“闖黃燈第一