交通信号倒计时对驾驶员启动反应时间的影响

交通信号倒计时对驾驶员启动反应时间的影响——李振龙张剑坤77

交通信号倒计时对驾驶员启动反应时问的影响

李振龙张剑坤

(北京工业大学电子信息与控制工程学院北京100124)

摘要为分析信号倒计时对驾驶员启动反应时间的影响，首先采用数字图像处理技术实现驾驶员

启动反应时间的自动检测。然后分别采用描述统计法和核密度估计法对有、无倒计时的驾驶员启动

反应时间进行对比分析。其中，核密度估计法核函数采用高斯核，最优窗宽采用递归法进行求取。结

果表明：信号倒计时对驾驶员的启动反应时间产生了显著影响，有倒计时的启动反应时间的均值比没

有倒计时的要快0．5251s，并且在有倒计时情况下驾驶员的启动反应时间更快、更集中，说明倒计时

装置可以减少绿灯初期的启动损失时间，提高交叉口的通行能力。

关键词交通信号倒计时；驾驶员；启动反应时间；非参数核密度估计

中图分类号：U491文献标志码：A doi：10．3963／j．i ss n1674-4861．2013．05．015

O引言

交通信号灯是向交通参与者发出特定指令信号的专用灯具，一般安装在交叉路口，用以指挥和疏导车辆和行人安全通行。交通信号倒计时装置是指在普通交通信号灯旁设置数字或模拟光带倒计时装置，该装置可以随着信号机的运行同步显示现有信号相位的剩余时间。在国内外学术界和管理部门，关于是否应该采用交通信号倒计时，一直存在争论。支持者认为交通信号倒计时的优点有[1。2]：能够实时显示交通信号的剩余时间，使驾驶员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，避免了因害怕闯信号或盲目快速行驶而出现事故；在红灯变绿灯时，驾驶员能够预先知晓绿灯启亮的时间，从而能及时启动，减少绿灯初期的启动损失时间，提高交叉口的通行能力。反对者认为交通信号倒计时的缺点有[1’3]：由于倒计时数字不断减少，无形中会使驾驶员产生一种期待感和竞争感。部分驾驶员会未等到绿灯启亮就抢先启步，部分驾驶员会加速行驶，以赶在绿灯结束前通过路口，从而增加闯红灯的机会；在采用感应信号控制或公交优先信号控制的交叉口，交通信号倒计时会限制信号控制方案变换的灵活性，从而降低感应控制或优先控制的效果，增加交叉口车辆的延误。

国内外关于交通信号倒计时对驾驶员的驾驶行为、交通安全和交叉口通行能力影响的研究很多。M．R．I br a hi m等[41研究表明倒计时装置帮助驾驶员了解绿灯变化的时间，通过判断路口的剩余绿灯时间，让他们在红灯变化前选择安全的驾驶行为通过交叉口。K．M．L um等口1的研究结果表明，绿灯倒计时安装后一个半月，闯红灯行为显著下降，但是随着时间的推移，闯红灯行为又有一定的回升。张杰等[63研究表明有倒计时装置时，驾驶员在黄灯通过行为和闯红灯行为都有显著降低。吴文静等[7]综合驾驶员行为的影响因素，在对交叉口数据采集和分析的基础上，运用L ogi st i c模型建立倒计时信号交叉口行为决策模型。钱洪波[8]通过现场调查发现，与不安装红灯倒计时的交叉口比较，在红灯倒计时条件下，车辆通过交叉口的平均绿初损失时间约节省1．5S。W i nai R aksunt or n[9]研究表明在有倒计时的情况下起动损失时间从原来的4．3S降到了2．9S，但是饱和车头时距却没有变化。Z ha ng C．等u叫分别分析了在有交通信号倒计时和无交通信号倒计时2种情况下的起动损失时间和绿灯间隔结束时驾驶员的冲突情况。郑新夷等研究表明信号灯等待时长对驾驶员的反应时间是有影响的[11|。在有交通信号倒计时的情况下，之所以起动损失时间会减少是和驾驶员的启动反应时间密不可分的。驾驶员启动反应时间是指驾驶员停在灯控交叉口处等候绿灯相位，当相位从红变绿时刻到队

收稿日期：2013—05—31修回日期：2013—09—25

第一作者简介：李振龙(1976一)。博士．副教授．研究向：智能交通．E—m ai l：591441250@qq．com

78交通信息与安全2013年5期第31卷总179期

列中第1辆车开始启动的时间间隔。驾驶员启动反应时间很大程度上决定了起动损失时间，然而启动反应时间在道路交叉口难以准确测量，因此大多数的研究是通过人工采集或人工对拍摄的视频中提取起动损失时间，而真正对驾驶员启动反应时间的研究并不多，因此，本文采用数字图像处理技术自动检测驾驶员启动反应时间，分别检测有、无信号倒计时情况下的驾驶员启动反应时间，采用核密度估计理论和方法对检测得到的驾驶员启动反应时间进行密度估计和对比分析，研究倒计时对驾驶员的启动反应行为。s po ns e t i m e，SR T)为从绿灯亮起到第1辆车开始启动所经过的时间。他们通过调查研究认为起动损失时间(s t art—up l ost t i m e，SU LT)等于第1辆车的SR T与前4辆车的车头时距之和。可以看出，第1辆车的启动反应时间对起动损失时间的影响是很大的，准确测量第1辆车的启动反应时间对起动损失时间、驾驶员的启动反应行为是非常重要的。

2有无倒计时情况下驾驶员启动反应时间的对比分析

l信号交叉口处驾驶员的启动反应21磊篙嚣篇笤篙器和松榆南路拍

在信号交叉口处，车流周期性地聚集、周期性地疏散。当信号由红变绿时，车队开始进入交叉口，如图1所示，第1辆车的车头时距是从绿灯信号开始到第1辆车的前保险杠通过停车线的时间。第1辆车的车头时距是比较长的。第2辆车的车头时距是第1辆和第2辆车的保险杠通过停车线的时间间隔，这个值较小，因为第2辆车的驾驶员对绿灯的反应与第1辆车驾驶员的反应几乎重合，第3辆车的车头时距比第2辆车的车头时距更小，以此类推。最后(一般在第4和第6车头时距之间)，各车辆到达停车线时均已充分加速，所以它们的车头时距几乎是相等的[12-13]。稳定行驶的连续流的车头时距称为饱和车头时距，用h：表示。

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当驾驶员看到信号由红变绿，然后开始启动车辆运行，实际上就是驾驶员的启动反应行为，这一过程经历的时间就是启动反应时间。根据相关资料，驾驶员启动反应时间包含了3部分：驾驶员脑处理时间、驾驶员肢体运动时间和设备响应时间。L i等n胡定义启动反应时间(st ar t—up r e一摄无信号倒计时、通州区九棵树西路有信号倒计时的交叉口在不同时段拍摄视频。其中倒计时装置为2块LED屏，显示现有信号相位的剩余时间。在实验室采用数字图像处理技术提取驾驶员启动反应时间。采用R G B颜色模型检测绿灯起始时刻，采用帧差法检测车辆启动时刻，车辆启动时刻与绿灯起始时刻之差除以视频图像的帧率即是驾驶员启动反应时间，具体方法参阅文献[15]。利用该方法，在无倒计时情况下提取出47个有效样本数据；在有倒计时情况下提取出45个有效样本数据。

2．2描述性统计分析对比

无倒计时情况下，驾驶员的启动反应时间从0．04～4．4S，均值为1．9864S。有倒计时情况下，驾驶员的启动反应时间从0．24～3．76S，均值为1．4613S。数据的描述统计见表1。

表1统计数据

Tab．1S t a t i st i cal da t a

统计数据

统计值／s

无倒计时有倒计时

有、无倒计时启动反应时间的箱线图如图2所示。从表1，图2可以看出，有倒计时的启动反应时间的均值比无有倒计时的要快0．5251S。表明在有倒计时的情况下，驾驶员能够预先知晓绿灯启亮的时间，从而能及时启动，这样可以减少