（交通运输规划与管理专业论文）倒计时信号灯交叉口犹豫区研究.pdf

l 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送 交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以 采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：乏至巨 导师签名： 、 黔参 日期：业 摘要 摘要 近年来社会各乔对交通安全越来越重视，越来越关心，投入了大量的人力和物力提高 我国道路安全水平，尽管如此，交通事故的频发次数和造成的巨大经济损失仍然是人们关 注我国道路安全水平的热点问题，特别是人口和车辆稠密的城市区域。一般来说，平面交 叉口是路网中重要的结点，连接着各个路段，容易产生交通混乱和事故。据资料统计，美 国2 0 0 0 年在平面交叉口发生的交通事故占事故总数的4 3 9 ；德国农村的交通事故3 6 发 生在平交路口，城市的交通事故6 0 8 0 发生在平交路口；1 9 9 5 年日本发生在交叉口的 交通事故占总交通事故的5 8 7 ；英国大约有3 3 的交通事故发生在交叉口，法国为2 4 ： 中国城市交通事故大约3 0 发生在平面交叉口。平面交叉口的安全直接关系到路网的安全 性能，关系到路网运行效率的发挥。 如何减少信号交叉口发生事故的可能性是信号交叉口安全水平提高的最有效评判标 准。犹豫区反映的是驾驶者在接近信号交叉口面对黄灯，出现既无法安全停止也无法安全 通过的时空区间。因此，消除犹豫区是减少信号交叉口事故发生概率、提高信号交叉口安 全水平必然要求。 本文在假定司机驾驶状态、经验和天气良好的水平且没有形成排队状态下，研究国内 影响犹豫区主要参数特征初始速度、加速度、距离停车线距离、驾驶员特征之间的关系， 分析犹豫区特征，特别是无倒计时状态后的变化。研究发现国内城市交叉口存在犹豫区， 无倒计时状态后犹豫区的特征及其影响因素不同，这些变化对于交叉口的安全直接起到决 定性变化。通过研究这些变化的特征，并通过l o g i s t i c s 回归北京典型交叉口数据进行建模， 获取了倒计时状态犹豫区的判别模型，用来甄别这些车辆是否进入犹豫区，决定消除犹豫 区措施是否工作。为交通工程师和决策者借助实时的交通流数据预防和检测信号交叉口倒 计时状态犹豫区、提高倒计时状态交叉口运营管理和安全水平提供了理论依据。 本文研究无倒计时状态后的样本数据来自于北京市五个典型交叉口( 蒲黄榆、北工大、 芳星、芳群、天坛东门) 。根据国内倒计时安装的现状，城市倒计时信号交叉口的通行效 率和安全在国内交通界存在很大的分歧。以交叉口犹豫区的研究为契机，探索引发城市交 叉口犹豫区的主要原因，利用实时观测的交通流数据，结合影响犹豫区的因素建立信号交 叉口的犹豫区判别模型为进一步研究并开发消除犹豫区的措施、设备奠定了基础。同时， 这也是国内交通安全模型研究和交通交叉口行为研究很少涉及的方向。 关键词：倒计时；交通安全；犹豫区；判别模型：影响因素； 北京工业大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t r e c e n t l y , a l t h o u g hal a r g ea m o u n to fm a n p o w e ra n dm a t e r i a lh a v eb e e ni n v e s t e dt o i m p r o v et r a f f i cs a f e t yo nu r b a nr o a d s ，t h es e v e r i t ya n df r e q u e n c yo f c r a s h e si ss t i l lt h es o c i a l b i gc h a l l e n g e ，e s p e c i a l l yf o rt h ei n t e r s e c t i o n o fc i t y n o r m a l l y ，s i g n a li n t e r s e c t i o ni st h e i m p o r t a n tp o i n to ft h er o a d n e t ，t h a tc o n n e c t se a c hr o a ds e g m e n t t h e n ，i t se a s y t ol e a dt o t r a f f i ci a n la n da c c i d e n t a c c o r d i n gt os t a t i s t i c s ，t r a f f i ca c c i d e n t so f t h eu n i t e ds t a t e si n2 0 0 0 o c c u r r e di nt h ep l a n eo fi n t e r s e c t i o na c c o u n t e df o r4 3 9p e r c e n to ft h et o t a ln u m b e r ；g e r m a n y , 36p e r c e n to fr u r a lt r a f f i ca c c i d e n t so c c u r r e di nt h el e v e l - c r o s s i n ga tt h ej u n c t i o n ，t h ec i t y s 6 0 t o8 0 t r a f f i ca c c i d e n to c c u r r e di nt h el e v e l c r o s s i n ga tt h ej u n c t i o n ；j a p a n ，i n 19 9 5 5 8 7 o f t o t o lt r a f f i ca c c i d e n t so c c u r r e di nt h ei n t e r s e c t i o n i nt h eu n i t e dk i n g d o ma b o u t3 3 o fa c c i d e n t so c c u r r e da ti n t e r s e c t i o n s ，f r a n c e2 4 ；i nc h i n e s ec i t i e s ，a b o u t30 o ft r a f f i c a c c i d e n t so c c u r r e di nt h ei n t e r s e c t i o np l a n e i n t e r s e c t i o na r e ai sd i r e c t l yr e l a t e dt ot h es e c u r i t y o fn e t w o r ks e c u r i t yf e a t u r e s ，r e l a t e dt ot h eo p e r a t i o n a le f f i c i e n c yo f r o a dn e t w o r ki nt h ep l a y h o wt or e d u c et h ep o s s i b i l i t yo fa c c i d e n ti nt h es i g n a l i z e di n t e r s e c t i o ni s t h em o s t e f f e c t i v es t a n d a r dt oe v a l u t a t et h es a f e t yl e v e lo ft h ei n t e r s e c t i o n d i l e m m az o n ea r e ar e f l e c t s t h ed r i v e r sn e a rt h es i g n a l i z e di n t e r s e c t i o nf a c i n gt h ey e l l o wl i g h t ，t h e r ec a n n o ts e c u r et h es a f e p a s s a g ea n dc a l ln o ts t o pt h es p a c e - t i m ei n t e r v a l t h e r e f o r e ，t h ee l i m i n a t i o no f d i l e m m az o n e i st h em o s te s s e n t i a lm e t h o dt or e d u c et h ea c c i d e n tp r o b a b i l i t y , i n c r e a s ei n t e r s e c t i o ns a f e t y t h i sa r t i c l ea s s u m e st h a tt h ed r i v e r s ，t o k ep a r ti nt h et e s t ，h a v et h eb e s te x p e r i e n c e ，s t a t e a n dm e e tag o o dw e a t h e r , t h a tt h e r ei sn oq u e u ei nt r a f f i cl a n e t os t u d yt h ei m p a c t o fd i l e m m a z o n e , w em u s tl e a r nt h er e l a t i o n s h i po ft h ed o m e s t i cm a i nc h a r a c t e r i s t i c s ，s u c ha st h ei n i t i a l v e l o c i t y a c c e l e r a t i o n ，d i s t a n c ef r o mt h es t o pl i n e ，e s p e c i a l l yt h ec h a n g e sb e f o r ea n da f t e rt h e i n s t a l l a t i o no fc o u n t d o w nd e v i c e t h es t u d yf o u n dt h ee x i s t e n c eo f u r b a ni n t e r s e c t i o nd i l e m m a z o n e t h e r ea r es om a n yc h a n g e sb e f o r ea n da f t e rt h ei n s t a l l a t i o no fc o u n t d o w n a n dt h e s e c h a n g e sd i r e c t l yp l a yad e c i s i v e r o l ei n t h es a f e t yo ft h ei n t e r s e c t i o n b ys t u d y i n gt h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h e s ec h a n g e sa n db yu s i n gt h ed a t ao fs e v e r a lt y p i c a li n t e r s e c t i o nt or e g r e s s l o g i s t i c sd a t am o d e l i n g ，w eg e tt h ed i l e m m a z o n em o d e l ，u s e dt oi d e n t i f yw h e t h e rt h eo b j e c t c a re n t e rt h ea r e ao rn o t s o ，w es h o u l dm a k et h ed e c i s i o nw h e t h e rt oe l i m i n a t et h ew o r ko f d i l e m m az o n ed i s t r i c t f o rt r a f f i ce n g i n e e r sa n dp o l i c ym a k e r sw i t hr e a l - t i m et r a f f i cf l o w d a t a a b s t r a c t t op r e v e n ta n dd e t e c tt h es t a t eo fd i l e m m az o n e ，a n dp r o v i d e sat h e o r e t i c a lb a s it o i m p r o v e l e v e lo fm a n a g e m e n ta n ds e c u r i t yo p e r a t i o n si nt h ec o u n t d o w ni n t e r s e c t i o n i nt h i sp a p e r , t h es a m p l ed a t ab e t w e e nb e f o r ea n da f t e ri n s t a l l a t i o no ft h ec o u n t d o w n d e v i c ec o m ef r o mf o u rt y p i c a li n t e r s e c t i o n si nb e i j i n g a c c o r d i n gt ot h ed o m e s t i cs t a t u so f t h e i n s t a l l a t i o no fc o u n t d o w n ，e f f i c i e n c ya n ds a f e t yo fc o u n t d o w nd e v i c ei n s t a l l e di nt h ec i t y s t r a f f i cs i g n a li n t e r s e c t i o ne x i s t st h es i g n i f i c a n td i f f e r e n c e s r e s e a r c ho nd i l e m m az o n eg i v e sa n o p p o r t u n i t yt oc i t i z e nt ol c a d t h ec i t yt oe x p l o r et h ec r o s s r o a d so ft h em a i nr e a s o n sf o r d i l e m m az o n eb yt h eu s eo fr e a l t i m eo b s e r v a t i o no ft r a f f i cf l o wd a t a b yc o m b i n e dw i t ht h e f a c t o r st h a ti n f l u e n c et h ee s t a b l i s h m e n to fd i l e m m az o n ea r e a , w ea c h i e v et h ed i l e m m az o n e d i s c r i m i n a n tm o d e lt os t u d ym e a s u r ea n dd e v e l o pe q u i p m e n tt oe l i m i n a t ed i l e m m az o n e l a s t b u tn o tl e s t ，t l l er e s e a r c hi se x a c tan e wd i r e c t i o no ft h er e s e a r c ha r e ao ns a f t ys t u d yo f i n t e r s e c t i o n ： k e y w o r d s ：c o u n t d o w ns i g n a l ，t r a f f i cs a f e t y , d i l e m m az o n e ，d i s c r i m i n i t i o nm o d e l ， i n f l u e n c i n gf a c t o r 北京工业大学工学硕士学位论文 i v 第2 章国内外研究综述6 2 1 犹豫区定义和概念研究6 2 2 犹豫区与交叉口黄灯时间设置研究7 2 3 犹豫区与交叉口安全研究1 0 2 4 倒计时信号灯研究现状1 2 2 5 本章小结1 4 第3 章研究数据采集1 6 3 1 样本交叉口选择1 6 3 2 样本交叉口研究参考作用1 9 3 3 样本数据采集方法2 0 3 4 样本量大小确定2 4 3 5 观测时间的确定2 5 3 6 数据筛选方法2 7 3 7 数据采集结果2 8 3 8 本章小结2 8 第4 章有无倒计时车辆驾驶特征对比分析2 9 4 1 有无倒计时车辆特征对比的概况；2 9 v 北京工业大学工学硕士学位论文 4 2 研究对象驾驶特征分析2 9 4 3 驾驶员问卷调查分析3 9 4 5 本章小结4 6 第5 章犹豫区特征分析4 7 5 1 国外犹豫区特征研究成果：4 7 5 2 国内犹豫区特征分析一4 8 5 2 1 犹豫区位置分析：4 8 5 2 2 黄灯初始时刻速度、位置组合分析4 9 5 2 3 驾驶员反应时间的分析5 1 5 3 数据分析结果及对比分析5 1 5 4 本章小结5 2 第6 章犹豫区影响因素分析5 3 6 1 按照物理定义分析影响因素5 3 6 2 按照观测和概率定义分析影响因素5 3 6 3 数据分析结果5 4 6 4 本章小结一5 7 第7 章犹豫区判别模型建立5 8 ， 7 1 理论依据和模型建立步骤一5 9 7 1 1 理论依据5 9 7 1 2 模型建立步骤5 9 7 2 l o g i s t i c 二项回归模型6 0 7 3 模型变量选择6 1 7 4 模型形式和模型的建立6 1 7 5 二项l o g i s t i c 回归评价6 3 7 6 数据分析结果6 6 7 7 模型的数据验证6 8 7 8 本章小结6 9 结 论：7 0 参考文献7 1 目录 攻读硕士学位期间发表的学术论文7 4 舀【 射7 5 - v 第1 章绪论 1 1 课题依据 第1 章绪论 本课题来源于北京交管局2 0 0 7 年“北京城市道路倒计时显示分析调研项目研究 中的分课题“无倒计时状态后犹豫区状态研究”。 上世纪8 0 年代中期，北京市从澳大利亚引进并启用倒计时显示器，在单点定周 期的固定配时控制方式下，倒计时显示设备可以准确显示当前灯色的剩余时间，对 驾驶人提前做好准备快速通过路口能够起到一定的提示作用，也就是现在郊区使用 的数字化倒计时红绿灯。之后，城区道路上随着技术的进步和车流量的增多，为提 高通行效率，信号系统改由计算机控制，由它随着车流量的变化，自动调整给灯时 间。但由于车流量的变化是随机发生的，所以系统每次调整前要先完成一个优化过 程，在此过程中，受计算机运算速度所限，系统无法再提前显示红绿灯的时间，因 为它在完成优化前也并不“知情 ，在实际应用过程中易出现倒计时无显示，甚至 显示时间突然跳变现象，极有可能因此导致交通事故或交通拥堵。在这种情况下， 北京市区的路口倒计时显示器逐渐被撤下- 。 交通信号倒计时显示牌是为交通参与者提供预告性的信息，让交通参与者对 交通信号的运行情况有了准确的了解，从而使不同用路者能够有效地安排路口的 交通行为。但是，倒计时也会诱发驾驶员在绿灯末尾加速通过路口，易导致此时 进入路口的车辆和对向进入路口的头车形成产生严重的交通冲突，成为交通安全 的隐患。因此，基于上述情况下，北京市公安局公安交通管理局决定进行专项研 究，与北京工业大学共同针对倒计时显示对交通行为、交通安全、路口通行能力 的影响；单、双位倒计时显示形式对驾驶行为、交通安全、路口通行能力的影响； 以及交通信号倒计时显示的适用条件，展开深入、细致的研究。 另外，本课题部分录像数据来源于2 0 0 8 年北京市城市交叉口通行能力研究 拍摄录像。 1 2 研究背景 交通信号倒计时显示是指路口在设置普通交通信号灯的同时，还增设数字或模 拟光带倒计时的显示屏，随着信号机的运行同步显示现有信号相位的剩余时间。其 目的在于：为交通参与者提供相应的交通控制信息，使其能够合理地利用上述预告 信息，实现安全、顺利地完成路口交通出行的目标。 - 1 北京工业大学工学硕士学位论文 犹豫区就是驾驶者以特定车辆、特定速度面对黄灯最终出现无意识的闯红灯现象的过 程，越接近于交叉口并试图突然停下的司机越有可能出现追尾碰撞的危险，另一方面，越 远的司机选择穿过会出现闯红灯和垂直碰撞的危险。犹豫区的存在是威胁信号交叉口交通 安全的重要因素。 1 2 1 倒计时信号灯在国内外的应用 近年来，交通信号灯倒计时装置被国内外许多城市所广泛采用。国外采用交通 信号倒计时的有：美国、澳大利亚、荷兰、伊朗、印度、泰国、马来西亚等国家的 一些城市。 国内交通信号倒计时最早是在2 0 世纪8 0 年代中期，北京从澳大利亚引进并 启用倒计时显示器。早期的倒计时是采用发光的光带表示时间，随着光带长度递 减，模拟信号相位时间变化。随着技术的发展，现阶段倒计时普遍都采用标准7 段 码显示时间。目前，交通信号倒计时装置在国内已经得到了广泛普及。北京、上 海、广州、南京、石家庄、长沙、哈尔滨、海口等大中城市都采用了配有倒计时 的交通信号灯。此外，带有倒计时的交通信号在香港、台北、高雄等城市也得到 了应用。 目前存在对倒计时存在两种截然不同的观点，一种是支持普及倒计时设备， 另一种是反对使用倒计时设备。支持的一方认为，交通信号倒计时能够实时显示 交通信号的剩余时间，使驾驶人对信号灯的变化做到心中有数，并据此调整自己 的驾驶行为，避免等待红灯时产生焦虑。从现有的倒计时交通信号的使用情况看， 受到了广大交通参与者的普遍欢迎。交通信号倒计时避免了因害怕闯信号或盲目 快速行驶而出现的压车、急刹等现象，能够有效预防追尾事故。在红灯时采用倒 计时，驾驶人能够预先知晓绿灯启亮的时间，从而能及时发动( 如果停车熄火的 话) 、挂档和松开手制动闸等一连串的操作。当绿灯启亮时，能及时起步加速通过 路口，从而减少延误，提高路口的通行能力。驾驶人可以根据红灯时间的长短决 定是否关闭发动机等待。这样，既能减少燃油的消耗和减少空气污染，又能降低 城市的噪音。 反对的一方则认为，由于红灯倒计时数字不断减少，无形中会使驾驶人产生 一种期待感和竞争感。部分驾驶人会未等到绿灯就抢先起步形成闯红灯。当红灯 后停车线无排队车辆，倒计时又快到“o ”时，一些疾驶而来临近路口的车辆，会不 减速冲过停车线。这要比停车后再起步车辆的启动时间短，容易与另一方向绿灯 美国与欧洲的情况类似，仅有芝加哥、洛杉矶等少数几个城市对机动车倒计时信 号进行了试用，绝大部分城市是采用传统的无倒计时信号灯。亚洲的日本和新加 坡也没有采用倒计时信号灯。相比之下，大中华区域( 中国大陆、香港、台湾) 的 城市，采用机动车交通信号倒计时的情况比较普遍。 1 2 2 犹豫区的安全问题 一般来说，平面交叉口是路网中重要的结点，连接着各个路段，容易产生交通混乱 和事故。据资料统计【4 6 却】，美国2 0 0 0 年在平面交叉口发生的交通事故占事故总数的 4 3 9 ：德国农村的交通事故3 6 发生在平交路口，城市的交通事故6 0 , - - - 8 0 发生在 平交路口；1 9 9 5 年日本发生在交叉口的交通事故占总交通事故的5 8 7 ；英国大约有3 3 的交通事故发生在交叉口，法国为2 4 ；中国城市交通事故大约3 0 发生在平面交叉口。 平面交叉口的安全直接关系到路网的安全性能，关系到路网运行效率的发挥。 犹豫区是指在信号交叉口出现的一种状态，在这种状态下，驾驶者无论加速还是减 速都会闯红灯。而这种状态的发生时间是发生在绿灯和红灯临界位置，驾驶者闯红灯的 结果无疑会致使在红灯时刻出现在交叉口范围之内，必然会造成与9 0 度方向车辆的冲突 甚至是碰撞。由于进入犹豫区车辆一般会选择紧急刹车或加速通过，车辆具有相当大的 速度，车辆碰撞产生事故的严重性就会加大。因此如何避免犹豫区的出现是亟待解决的 问题。 3 北京工业大学工学硕士学位论文 1 3 研究目的 论文研究的目的在于阐明倒计时信号灯交叉口犹豫区特征，发现信号交叉口诸因素 对犹豫区的总体作用和相互关系以及犹豫区与信号交叉口安全的关系，定量分析不同倒 计时条件下，黄灯时间和交叉口特征对犹豫区影响以及倒计时交叉口犹豫区特性和其对 事故的影响。 通过研究倒计时交叉口特征对犹豫区的影响以及犹豫区对倒计时交叉口安全的影 响，可以及时的、有针对性采取相应的对策，通过有效的消除犹豫区的各种影响因素， 达到减少交通事故、增进交叉口安全性的目的。并为信号交叉口，特别是倒计时信号交 叉口的设计和改造提供理论依据和定量的数据支持。 1 4 研究意义 目前我国还处于经济和社会的发展时期，城市交通事故目前正处于多发的关键时期。 道路交通事故在一段时期内，还将随着经济的发展，汽车保有量的增加，还有增长的趋 势。在道路交通规划、设计、管理、法规和教育等方面，道路交通安全的科学决策和研 究显得越来越重要。因此，做好交叉口交通安全的分析和研究工作对改善道路设施的安 全性和提高交通安全的管理水平具有十分重要的意义： ( 1 ) 通过研究阐明倒计时信号灯安装前后犹豫区特征和及其影响因素变化，为倒计 时的应用提供评估依据； ( 2 ) 定量分析犹豫区对交叉口安全性的影响，建立物理方程和统计方程，获取了犹 豫区判别模型。为倒计时信号灯交叉口设计和改造提供理论依据和定量的数据支持。 研究的倒计时信号和犹豫区的意义在于消除犹豫区，提高交叉口的安全水平和通行 能力。 1 5 本文框架和主要内容 本文以城市道路四肢交叉口为研究对象，在驾驶员状态良好( 身体健康、心理稳定、 遵守交通规则等) 的情况下，分别研究了信号交叉口无倒计时状态后驾驶特征和犹豫区 之间的关系，发现对于城市信号交叉口，无倒计时状态后驾驶特征发生变化，而且黄灯 时刻的驾驶特征( 初始位置、初始速度、加速度、反应时间等) 因素与犹豫区有明显的 关系，建立起上述驾驶特征和犹豫区影响因素与犹豫区的判别模型，为防止犹豫区所引 第l 苹绪论 发的交通事故的发生制定对策提供了理论依据。 论文各章节的内容大致如下： 第2 章国内外倒计时和犹豫区研究综述 第3 章研究数据采集 第4 章无倒计时状态后对比分析 第5 章犹豫区影响因素分析 第6 章犹豫区特征分析 第7 章犹豫区判别模型建立 第8 章结论 论文第6 章在第4 章和第5 章分别倒计时前后数据进行分析和犹豫区的特征进行分 析的基础上，具体分析了黄灯初始车速、初始位置、环境因素等与目标车辆闯红灯的关 系，找出影响车辆进入犹豫区的主要原因，然后在第7 章建立自变量为影响车辆进入犹 豫区的因素，因变量为犹豫区车辆判别模型。 北京工业大学工学硕士学位论文 曼曼曼曼皇皇巴曼璺曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼! 曼曼曼皇曼鼍曼曼皇皂! 曼! ! 曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼! 曼曼皇曼! 曼蔓i i 量曼曼曼曼! 皇曼曼曼曼曼舅曼! ! ! 曼曼曼曼曼皇曼量! ! 曼! 曼 第2 章国内外研究综述 交通系统是由人、车、路组成的一个整体，三者密切相关，哪一方面不稳定，都有 可能影响交通事故的发生，导致的交通事故严重程度也不相同。通过分析城市信号交叉 口人、车、路、环境等条件和过去若干年交通事故等因素，采用科学的方法，面对当今 交通事故高发、交通事故后果严重的世界性问题，建立判别模型，发展和研究消除犹豫 区的措施和设备是今后信号交叉口安全水平研究发展趋向，对于消除或减少交通安全隐 患，保证驾驶员的行车安全，显得尤为重要。 2 1 犹豫区定义和概念研究 d i l e m m az o n e 在国内的定义还没有统一的叫法，一直沿用汉语直接翻译，所以说法 很多，其中主要有“疑虑判断区”、“困境区域”、“两难区间”、“两难地带”、“犹 豫区间 等说法。本文称之为犹豫区，下同。 犹豫区主要分为两种定义【1 】：一种是物理性质定义，种是统计概率定义。物理定 义就是在利用经典物理加速度、速度公式推导，延伸的定义；概率定义是通过用统计手 段进行分析界定出来的定义。t o mu r b a n i k 通过研究发现：物理定义犹豫区是与黄灯和 红灯间隔联系的；而概率定义犹豫区则与正确的检测系统设计和根据争取的时间参数合 适选择联系的。 1 9 6 0 年，g a z i s 、h e r m a n 、m a r a d u d i n ( g h m ) 在研究黄灯时间的设置时首次系统提 出了犹豫区概念，及经典的推断公式【2 1 。因为主要应用了牛顿速度- 力速度定理理论进行 推导，所以称之为物理定义。g h m 提出的定义为：驾驶者完全遵守交通规则的情况下， 不能在信号灯转成黄灯之后安全停止，也不能在信号灯转换成红灯之前完全通过交叉口， 把这一状态在时间和空间的区间叫犹豫区。 第2 章国内外研究综述 无 线 攀7 。- 、j ，? i 鬻7 l 一 - 图2 - 1 犹豫区物理定义示意图 f i g u r e 2 - 1p h y s i c a ld e f i n i t i o no fd i l e m m a z o n e 概率定义提出是i t e 南部技术报告( s o u t h e r ns e c t i o ni t et e c h n i c a lr e p o r t ) 例。19 7 7 年，z e g e e r 【4 l 以停车线距离首先给出了概率定义：开始于黄灯刚开始时9 0 停止车辆的 位置至1 0 停车车辆位置的空间范围。在1 9 8 1 年，s h e f f i 和m a h r m s s a l l i l l 驯指出，可以 用在黄灯初始时刻停车率和停车距离的曲线来获取这个位置。1 9 8 5 年，c h a n ge ta 1 【6 】 以距离停车线的观测时间给出了概率定义：8 5 停止车辆黄灯初始时刻距离停车线的行 驶时间和最小距离停车线可通过时间的时间范围。 图2 2 犹豫区概率定义示意图 f i g u r e 2 2d i l e m m a z o n e sd e f i n i t i o no fp r o b a b i l i t y 2 2 犹豫区与交叉口黄灯时间设置研究 早期对于犹豫区的研究主要是针对设置黄灯时间，g h m 提出d i l e m m az o n e 物理定 义的同时也提出了最小黄灯间隔时间的公式2 1 。 北京工业大学工学硕士学位论文 停车线 - o w 弋阿oo i 一 v - _ 空线 图2 - 3 信号交叉口犹豫区涉及参数示意图 f i g u r e 2 - 3f a c t o ro fd i l e m m a z o i i 停车情况，车辆距离停车线距离必须大于最大减速距离，才能保证不冲出停车线： v 2 x v o 万i 旦- ( 2 1 ) z 口 通过交叉口的情况，车辆长度、交叉口长度和距离停车线的距离之和必须小于车辆 在初始速度情况下施加最大加速度能所能行驶的距离，才能保证车辆能在红灯前通过交 叉口。 x + w + l - v 0 8 , 1 ，。o 一瓯) + 1 ( 1 - 一瓯) 2 ( 2 - 2 ) 公式( 1 ) 、( 2 ) 定义了有加速度情况的犹豫区。下面的( 2 - 3 ) 、( 2 4 ) 给定了 匀速通过交叉口情况的犹豫区。 铲v 加等 v o r 石o + w ( 2 3 ) ( 2 4 ) 由以上公式，我们不难得出d i l e m m az o n e 和最小黄灯时间值，如下( 2 - 5 ) 、( 2 6 ) 所示： 。弘飞一v o p f ) + 丢+ 矿 ( 掣 第2 章国内外研究综述 f 曲讲去+ i w ( 2 6 ) 其中f 血为最小黄灯间隔时间，v 0 初始速度，w 为停车线和清除线的距离，l 为车 长，w 为w 和l 之和，d 为犹豫区的长度，6 为驾驶者反应时间。 1 9 6 5 年i t eh a n d b o o k 提出了两个后来被认为错误的公式【5 】， y l = ，+ 亡，( s i c ) ( 2 7 ) 二“ y 2 ：f + 兰+ 型 ( 2 。8 ) y 22 f + i + ( 2 8 ) 二“y 其中y i ，y 2 分别为车辆到达停车线的时间和车辆通过清空线的时间，l 为车长，v 为初速度，a 为加速度，t 为反应时间。可以看出其中的v 的物理意义是有悖于加速度公 式v l _ v o + a t ，也就和g h m 经典定律背道而驰。基于这两个公式建议将黄灯间隔设置于 3 5 秒之间。1 9 7 7 年和1 9 8 6 年w i l l i a m s 2 0 1 、l i n t l l 】也同样犯了如此的错误。后来1 9 8 2 年 i t eh a n d b o o k 提出了类似于g h m 的公式【9 】，用于红灯时间的设置。还用如下公式来计 算最小黄灯时间用于使车辆通过交叉口： r 血= 万+ 丢 ( 2 9 ) 这也更正了1 9 6 5 年版i t eh a n d b o o k 的错误。 总的来说，自1 9 6 0 年g h m 发表关于犹豫区和黄灯设置时间的问题后，国外学术界 对黄灯的设置时间大致分成了三个流派：( i ) 以o l s o n t l 7 】和r o t h e r y ( 1 9 6 2 ) 1 3 】以及m a y ( 1 9 6 8 ) 【1 5 】代表的基于物理概念的g h m 公式的研究( i i ) c r a w f o r d & t a y l o r ( 1 9 6 1 ) t 7 】为 代表的其他推荐公式研究( i i i ) 以w i l l i a n s ( 1 9 7 7 ) ，c h a n ge ta l ( 1 9 8 5 ) ，l i n ( 1 9 8 6 ) 【1 1 1 ，l i n 和v i j a y k u m a r ( 1 9 8 8 ) 1 4 】，l i ne ta 1 ( 1 9 8 7 ) t 1 3 1 ，基于公式( 2 6 ) 的后续研究。 m a y 研究了不同减速能力车的行为，最后认为那些希望加减速又能做到的司机而言， 犹豫区可以被消除。 c r a w f o r d & t a y l o r l 9 在实验车道上获取并给出了基于犹豫区对策的黄灯设置公式 r = 0 6 8 2 l 吮+ 勋0 。6l ( 2 1 0 ) l vj。一 w i l l i a m s r 2 0 】为了设置更小的黄灯间隔，突出了如下公式 北京工业大学工学硕士学位论文 f = t 罗+ v 0 s 5 2 口+ 彤一【疋+ 厨瓦】( 2 - 1 1 ) 其中a 为通过的交通流的最大加速度，d 为最近的距离直行和垂直方向车的冲突， v o 8 5 为百分之百十五位速度。作者否认了当交叉口信号灯变绿的时候穿街交通流可以被 控制在一定速度限制内。 s t i m p s o n ( 1 9 8 0 ) 1 9 1 在m a r y l a n d 和g e o r g i a 两个地方实施实验来研究最小黄灯时间 间隔的问题。但实验的结果是验证了公式( 2 6 ) 的结论。 s h e f f i 和m a h m a s s a n i ( 1 9 8 1 ) i s l 建立了3 5 m p h 速度的驾驶行为模型，为了估计犹 豫区的长度和位置。在包含错误的参数有理假设，他们用概率计算求得犹豫区的边界。 c h a n g ( 1 9 8 5 ) 【6 1 采用了如下公式计算绿灯间隔： y + a r ：万+ 三+ 里( 2 1 2 ) 2 口1 ， 其实y 是黄灯间隔，a r 是全红时间，v 是8 5 位交叉口接近速度。在检验了不同 交叉口后，他们建议修正黄灯间隔为4 5 秒和一个可变的全红周期。 其他的研究主要是l i n 、他的实验室者( l i n l 9 8 6 ，v i j a y k u m a r ，1 9 8 8 ，l i n l 9 9 2 ) 和 w o r t m a n & f o x ( 1 9 8 6 ) 2 t 】。提出了如下两个公式： 】，：彳+ b 丝y ：4 + c( 2 1 3 )】，= 彳+ b 二二一 = +( 一) v 其中v 是交通流的平均速度，a 、b 和c 是线性回归的参数。两个公式共同的缺点 在于回归参数没有交通方面的定义。最后给出了所有交叉口都适用的推荐的时间4 5 秒。 同济大学的董博等针对信号控制交叉口由于绿灯间隔时间设置不当而可能导致的 困境区域问题，有必要通过对车辆运行情况的实际推算，结合路口限速、交叉口几何条件 等客观因素，提出分析模型和最小绿灯间隔时间的计算公式，以达到消除困境区域的目 的。分析了各种情况下，汽车在接近交叉口时可能产生的困境区域问题。基于汽车不加 速通过交叉口的前提下研究表明，采用最小绿灯间隔时间计算办法，可以比较好地解决 困境区域问题【2 4 】。 2 3 犹豫区与交叉口安全研究 通过大量研究，大家公认：进入犹豫区的车辆在无意识的情况下，往往会出现冲出 停车线和无法及时清空交叉口而导致与后续车辆的追尾和与对向车辆的正向碰撞事故。 第2 章国内外研究综述 犹豫区的存在严重影响的交叉口的安全水平，如何消除犹豫区对提高信号交叉口交通安 全水平具有极其重要的意义，是各国交通研究人员都渴望解决的问题。 2 0 0 6 年，p a n a g i o t i sp a p a i o a n n o u 研究了希腊驾驶行为与犹豫区和安全的关系。认为 高比例司机面对黄灯进入犹豫区是因为进入交叉口的高速过高和激进的心理作用所致。 同时认为怀激进心理的司机占了很高比例，有效的办法是改善他们的驾驶行为和减少车 速【2 5 1 。 近年来国外对犹豫区的研究主要集中在犹豫区与现代科技、电子的结合上，比如研 究智能信号灯，从而通过调整配时消除犹豫区：还有在交叉口前设置警示信号灯来达到 消除犹豫区的目的等等。犹豫区在国内的研究还刚刚起步，需要更多的人来研究国内交 通条件下犹豫区，从而从根本上消除犹豫区，减少交叉口事故，提高交叉口安全水平。 2 0 0 6 年，k m l u m 和h a r u nh a l i m 在研究绿倒计时信号灯时，试验了信号灯前的 预提示信号灯。这种预提示信号灯可以帮助距停车线远的车辆停车，也可以帮助据停车 近的车辆加速通过不致红灯时还未完全通过交叉口，驾驶者可以利用倒计时通过尽早停 下来或加速通过避免陷入犹豫区。经过对装置的空间位置和时间位置两种方式的场地实 验发现根绝不同的速度和一天不同时段，装置的空间位置和时间位置都会不同【2 6 】。 图2 4 预提示信号灯实例示意图 f i g u r e 2 - 4p r e w a r n e ds i g n a lt oe l i m m a t ed i l e m m