岳志坤,何永明,丁柏群

(東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150040)

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冰雪路面信號(hào)燈最佳周期調(diào)整研究

岳志坤,何永明,丁柏群

(東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150040)

目前,我國(guó)大部分交通信號(hào)最佳周期是按照良好的路況條件計(jì)算得出的，不能滿足冰雪條件交通需求，因此,當(dāng)冰雪條件出現(xiàn)時(shí)，需要對(duì)信號(hào)燈最佳周期進(jìn)行調(diào)整。在分析冰雪路面交通特性的基礎(chǔ)上，對(duì)交通信號(hào)綠燈時(shí)間、損失時(shí)間和最佳周期的計(jì)算方法以及參數(shù)取值進(jìn)行分析，結(jié)果表明：通過調(diào)整信號(hào)控制最佳周期不但可以提高信號(hào)交叉口通行能力，還能降低交通事故。

冰雪路面；最佳周期；交通特性；交通需求；交通安全

我國(guó)的東北、西北、華北的大部分地區(qū)都屬于冬季積雪帶，積雪期長(zhǎng)達(dá)3～4個(gè)月[1]。冬季的降雪、積雪、結(jié)冰都會(huì)對(duì)交通系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生不良影響，導(dǎo)致車輛和行人的通行速度明顯下降，從而延長(zhǎng)通過交叉口的時(shí)間。

目前，我國(guó)大部分城市交叉口交通信號(hào)燈應(yīng)用的最佳信號(hào)周期是在良好天氣和路況條件下計(jì)算得出的，不能適應(yīng)冰雪條件交通需求，因此，根據(jù)寒地城市道路冰雪路面的交通特性調(diào)整信號(hào)的最佳周期很有必要。

1　調(diào)整信號(hào)燈最佳周期的意義

1.1提高通行能力

冰雪條件下車輛通過交叉口速度慢，車頭間距大，每個(gè)周期通過交叉口的車輛數(shù)量減少，通行能力大大降低。此外，由于地面附著系數(shù)低，車輛加速緩慢，制動(dòng)時(shí)間加長(zhǎng)，導(dǎo)致啟動(dòng)損失時(shí)間和清尾損失時(shí)間增多，通行能力降低。因此，需要調(diào)整信號(hào)控制最佳周期，以提高冰雪條件下信號(hào)交叉口通行能力[2]。

1.2降低交通事故

在冰雪路面上，汽車的制動(dòng)性能明顯下降，容易造成安全事故；行人在通過道路交叉口時(shí)，道路上的冰雪導(dǎo)致行人的通行速度下降，需要更長(zhǎng)的綠燈時(shí)間。老年人行動(dòng)緩慢，反應(yīng)遲緩，在冰雪路面上行走時(shí)容易滑倒、摔跤；兒童貪玩注意力不夠集中，不知道交通事故的嚴(yán)重性，跳動(dòng)事故多。道路積雪條件下，老人和兒童在通過交叉口時(shí)需要更長(zhǎng)的時(shí)間。如果調(diào)整最適合于寒地城市冰雪路面的交通信號(hào)周期，給行人留出更長(zhǎng)的通行時(shí)間，則可以大大減少交通事故發(fā)生的幾率。

2　冰雪路面交通特性分析

2.1冰雪路面車輛交通特性

車輛行駛在積雪路面上，輪胎的摩擦熱會(huì)導(dǎo)致冰和雪的表面發(fā)生熔化，在路面上形成薄薄的一層水膜，水膜將路面原來(lái)的紋理覆蓋，最終形成光滑表面，引起路面的性能發(fā)生變化，嚴(yán)重影響車輛的動(dòng)力性能、制動(dòng)性能和行駛穩(wěn)定性[3]。

1)動(dòng)力性能。

根據(jù)機(jī)動(dòng)車行駛方程式，可得到

(1)

式中：Pt為牽引力，kN；Pw為空氣阻力，kN；Pf為坡道阻力，kN；Pj為加速阻力，kN；W為汽車的重力，kN；f為滾動(dòng)阻力系數(shù)；i為道路的縱向坡度，上坡時(shí)取“+”號(hào)，下坡時(shí)取“-”號(hào)；a為加速度，m/s2；δ為傳動(dòng)系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；g為重力加速度,m/s2。

由于滾動(dòng)阻力系數(shù)f顯著下降，其他參數(shù)不變，由此得出，冰雪路面上汽車的動(dòng)力性嚴(yán)重下降[4]。

2)制動(dòng)性能。

(2)

式中：S為制動(dòng)距離，m；v為初速度，km/h；u為末速度，km/h[4]。

冰雪路面上滾動(dòng)阻力系數(shù)顯著下降，導(dǎo)致制動(dòng)跑偏、側(cè)滑，使車輛失去控制，從而破壞其方向穩(wěn)定性。經(jīng)數(shù)據(jù)分析，冰雪路面導(dǎo)致制動(dòng)距離增加，是普通路面制動(dòng)距離的2～4倍[1]。

(3)穩(wěn)定性。

車輛在冰雪路面上行駛過后，積雪路面逐漸被壓實(shí)、磨光，路面的表面附著系數(shù)顯著下降，附著力大大降低，汽車的驅(qū)動(dòng)輪會(huì)出現(xiàn)打滑、空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，尤其是在上坡、起動(dòng)、停車時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)向后溜車的現(xiàn)象。如果車輛在行駛過程中突然加速和減速，特別容易出現(xiàn)方向跑偏甚至側(cè)滑，增加了汽車剮蹭、碰撞的概率[1]。

冰雪路面條件下，車輛的動(dòng)力性、制動(dòng)性、穩(wěn)定性等性能都會(huì)嚴(yán)重下降，車輛應(yīng)對(duì)突發(fā)緊急事件的能力也下降，更容易發(fā)生交通事故。

2.2冰雪路面條件下人的交通特性

人的交通特性包括駕駛員的交通特性、行人的交通特性以及乘客的交通特性。影響人的交通特性的因素有年齡、性別、文化素養(yǎng)、心境、街景等等。人是交通的使用者和決定者，冰雪路面會(huì)對(duì)人的交通特性產(chǎn)生很大的影響[4]。

1)駕駛員。

受冰雪路面的影響，路面上的行人通過速度慢，隨時(shí)可能滑倒，駕駛員對(duì)路面上的行人隨時(shí)保持著高度的警惕。因此，駕駛員一般開車比較謹(jǐn)慎，車輛行駛速度不高，車輛制動(dòng)時(shí)容易溜車，一般會(huì)與前車保持較大的車頭間距。

2)行人。

行人是交通流中的弱勢(shì)群體，是交通事故中最大的受害者，行人在通過交叉口時(shí)，會(huì)不同程度地產(chǎn)生恐慌心理。

老人行走緩慢，反應(yīng)遲鈍，身體靈敏度低，在積雪路面上行走時(shí)容易滑倒。

兒童貪玩注意力不夠集中，不在乎道路積雪結(jié)冰，在道路上行走隨意，沒有認(rèn)識(shí)到交通事故的嚴(yán)重性。

成年人經(jīng)驗(yàn)豐富，心理成熟，在冰雪路面上減緩速度，步履穩(wěn)健，警惕性高，和老人、兒童相比，路面結(jié)冰對(duì)他們通行的影響不大[5]。

3)乘客。

乘客對(duì)交通的要求是安全、迅速、舒適。冰雪中行車會(huì)不同程度地延長(zhǎng)行駛時(shí)間，乘車時(shí)間越長(zhǎng)，越容易產(chǎn)生疲勞，乘客可能會(huì)產(chǎn)生煩躁情緒。

3　信號(hào)燈控制周期最佳時(shí)長(zhǎng)的調(diào)整

3.1最佳信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)

定時(shí)信號(hào)控制是各種控制方式中最基本的一種控制方式，也是我國(guó)現(xiàn)在采用最為廣泛的一種方式，其配時(shí)參數(shù)計(jì)算如下：

1)單個(gè)交叉口最佳信號(hào)周期時(shí)長(zhǎng)，計(jì)算公式為

(3)

式中：L為信號(hào)總損失時(shí)間，s；Y為各相各類車道設(shè)計(jì)流量比[3]。

3.2信號(hào)總損失時(shí)間

信號(hào)總損失時(shí)間，計(jì)算公式為

(4)

式中：Ls為起動(dòng)損失時(shí)間，應(yīng)實(shí)測(cè)，無(wú)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)可取3 s；A為黃燈時(shí)長(zhǎng)，可定為3 s；I為綠燈間隔時(shí)間，s；k為一個(gè)周期內(nèi)的綠燈間隔數(shù)[5]。

3.3綠燈間隔時(shí)間

綠燈間隔時(shí)間，計(jì)算公式為

(5)

式中：z為停止線到?jīng)_突點(diǎn)距離，m；ua為車輛在進(jìn)口道上的行駛速度，m/s；ts為車輛制動(dòng)時(shí)間，s。

當(dāng)計(jì)算綠燈間隔時(shí)間I<3 s時(shí)，配以黃燈時(shí)間3 s；I>3 s時(shí)，其中，3 s配以黃燈，其余時(shí)間配以紅燈[5]。

由于冰雪路面的影響，導(dǎo)致Ls啟動(dòng)損失時(shí)間延長(zhǎng)，ua車輛在進(jìn)口道上的行駛速度減慢，ts車輛制動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，其它參數(shù)不變。由此得出結(jié)論，單個(gè)信號(hào)周期最佳時(shí)長(zhǎng)應(yīng)相應(yīng)地延長(zhǎng)，才能確保車輛和行人的安全通行。

4　交通信號(hào)燈的調(diào)整措施

4.1自動(dòng)控制

信息自動(dòng)采集系統(tǒng)與信號(hào)控制機(jī)聯(lián)動(dòng)，控制非接觸式冰凍檢測(cè)器、路面積雪厚度檢測(cè)器和交通信號(hào)控制機(jī)。在冰雪路面條件下，非接觸式冰凍檢測(cè)器和路面積雪厚度檢測(cè)器采集到路況信息，并將信息傳輸至信號(hào)控制機(jī)，信號(hào)控制機(jī)由此調(diào)整出合適的交通信號(hào)周期，顯示在信號(hào)燈上。

4.2人工設(shè)置

在冬季積雪期計(jì)算出合適的信號(hào)周期并人工設(shè)置，在路面積雪完全熔化后再調(diào)整回普通周期，但這種方法將消耗巨大的人力，同時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)遺漏。倘若使用路面積雪厚度檢測(cè)器和非接觸式冰凍檢測(cè)器與信號(hào)控制機(jī)聯(lián)動(dòng)控制，雖然前期研制配置成本高，但可以長(zhǎng)期減免人工費(fèi)用。

5　結(jié)束語(yǔ)

行人在冰雪路上行走時(shí)速度慢，容易滑倒、摔跤，與普通路況相比，需要更長(zhǎng)的通行時(shí)間，特別是在早晚高峰期，人群數(shù)量大，比較擁擠，同時(shí)行人視線受阻，冰雪路面引發(fā)的問題顯得更加突出。同時(shí)，車輛在冰雪路面上的制動(dòng)性、動(dòng)力性、穩(wěn)定性等性能都嚴(yán)重下降，遭遇突發(fā)緊急事件時(shí)更容易發(fā)生交通事故。因此，冰雪路面條件下需要比普通路況下更長(zhǎng)的綠燈時(shí)間。

通過將信號(hào)控制機(jī)與非接觸式冰凍檢測(cè)器、路面積雪厚度檢測(cè)器聯(lián)動(dòng)控制得出冰雪路面上的最佳信號(hào)周期，并顯示在信號(hào)燈上，將極大地減少發(fā)生交通事故的概率。

如果我國(guó)北方城市道路交叉口配備這種新型信號(hào)燈，非積雪期時(shí)運(yùn)行普通信號(hào)周期，積雪期時(shí)運(yùn)行調(diào)整后的信號(hào)周期，這樣將會(huì)很好地保障車輛和行人的交通安全。

[1]邢恩輝,張明強(qiáng),吳貴福,等.寒地城市快速路冰雪路面交通流特性研究[J].佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010(2):232-234.

[2]任園園.冰雪條件下城市道路交通流特性及管理對(duì)策研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué),2008.

[3]吳兵,李曄.交通管理與控制[M].4版.北京：人民交通出版社,2010.

[4]李江.交通工程學(xué)[M].北京：人民交通出版社,2014.

[5]岳志坤,何永明,丁柏群,等.步行方式交通特性及行人個(gè)體分析[J]. 黑龍江科技信息,2015,34:75-76.

[責(zé)任編輯：郝麗英]

Adjusting the best cycle of signal lamp in ice and snow condition

YUE Zhikun，HE Yongming，DING Baiqun

(School of Traffic,Northeast Forestry University,Harbin 150040，China)

At present，most of the traffic signal optimal cycles are calculated based on good road conditions, but they can’t meet the traffic demand in snow and ice conditions. Therefore, it is necessary to adjust the light optimal cycle in snow and ice conditions. Based on the analysis of traffic characteristics in the ice and snow conditions, the traffic signal of green time, loss of time and the best cycle calculation method and parameter selection are studied. The results show that adjusting the best cycle signal control can improve the signal intersection traffic capacity and reduce traffic accidents.

snow and ice condition; best cycle; traffic characteristics; traffic demand; traffic safety

10.19352/j.cnki.issn1671-4679.2016.04.007

2016-03-27

東北林業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目(國(guó)家級(jí))(201510225001)

岳志坤(1995-)，男，本科生，研究方向：交通工程設(shè)施設(shè)計(jì).

U491.5+9

A

1671-4679(2016)04-0033-03