交通信号如何工作（2019）

如果您住在大城市，我可以很好地猜测您最常见的烦恼之一：交通。在城市驾驶中，旅程很少比目的地更好。在大多数情况下，我们只是想到达目的地。交通不仅令人沮丧，而且还会对环境产生影响。所有这些空转的车辆都会对空气质量产生影响。当您被困并坐在一长串汽车后面时，很容易让您的思绪徘徊在交通问题的解决方案上。但是，密集城市地区的交通管理是一个极其复杂的问题，存在许多相互冲突的目标和挑战。其中最基本的挑战之一发生在十字路口，多路交通流（包括车辆、自行车和行人）需要安全、幸运地高效地穿过彼此的道路。多年来，我们开发了多种方法来应对谁可以走、谁可以等待的挑战，从简单的标志到环形交叉路口，但我们控制十字路口通行权的最常见方法之一是交通信号灯。城市和人体解剖学之间有很多很好的类比，道路也不例外。高速公路就像主动脉，具有高容量和单一主要目的地。小型集水道就像毛细血管，容量不大，但却连接着每个家庭和企业。其间是名副其实的主干道，即城市中心之间的中等容量连接。主干道不是使用坡道、立交桥和通路来控制交通流量，而是使用地面交叉路口，一次只能通过少量车流。出于显而易见的原因，我们将其称为“交通流中断”。在大多数情况下，这些交叉口是道路最大吞吐量的限制。换句话说，增加车道数量或限速不会对道路的整体通行能力产生任何影响。增加从 A 点安全行驶到 B 点的车辆数量的唯一方法是提高交叉路口的效率。此外，这些十字路口也是绝大多数事故发生的地方。出于这些原因，交通工程师在交叉口的设计以及如何使其尽可能安全和高效方面投入了大量的思考和分析。控制通过交叉路口的交通流量（也称为分配路权）是一项巨大的挑战，几乎总是需要对众多相互冲突的考虑因素进行妥协，包括空间、成本、接近速度、循环时间、视距、交通类型和流量以及习惯、期望和反应时间等人为因素。十字路口也需要严格标准化，这样当你来到一个陌生的十字路口时，你就已经知道自己在车辆和行人小心而混乱的舞蹈中扮演的角色。从吞吐量的角度来看，理想的交叉路口不会造成任何交通中断，但你不能在每个城市街区都设置高五立交桥。另一方面，简单的标志具有成本效益，并且不需要任何额外的空间，但它们无法处理大量的交通量，因为它们会对每辆通过十字路口的车辆造成干扰。您会明白为什么交通信号灯如此受欢迎。它们并不是解决所有流量问题的灵丹妙药，但它们确实在我们之前讨论的考虑因素之间提供了非常好的平衡：相对较低的成本、最小的空间需求，并且能够在仅出现一些中断的情况下处理大量流量。最简单的形式是，交通信号灯是一组面向十字路口每条车道的三个灯。当绿灯亮时，该车道有通行权。当灯为红灯时，它们不会。琥珀色灯警告信号即将从绿色变为红色。除了这个基本功能之外，交通信号还可以具有无数的复杂性以适应各种情况。让我们看一下美国的一个典型十字路口，看看它们是如何工作的。在每次接近交叉路口时，车辆可以向三个方向行驶，称为移动：右、直行或左。右转和直行通常组合在一起作为单一运动，因此典型的四向交叉路口有 8 个车辆和 4 个行人运动。这些运动可以分为交通信号的各个阶段。例如，相反方向的左转运动可以分为一个阶段，因为它们可以同时进行而不会发生冲突。交通工程师使用环形和障碍图来勾勒出信号的不同阶段如何运行。这是我们示例交叉点的环形和障碍图。第一阶段是主街左转，然后是主街车辆和行人通行，设置“屏障”清除路口，次要街道左转，次要街道车辆和行人通行，最后是