绿波带与红波带

阿娴

开车或骑自行车的时候，你有没有遇到过这样的场景：如果碰到一个绿灯顺利通过，基本就能一路绿灯；相反，只要有一个红灯拦住你，接下来遇到的可能都是红灯……交通信号灯如此精准地让你通过或者拦住你，让你不禁怀疑自己是不是进入了“楚门的世界”？

这背后有什么科学原理吗？

交通信号灯俗称红绿灯，以红、黄、绿三色灯为标识，或辅以声音提醒，指示车辆及行人停止、注意与前进。世界上第一盏交通信号灯诞生于1868年12月，而它被发明的主要原因是伦敦威斯敏斯特桥前有大量的马匹经过，数以千计的行人被迫行走在威斯敏斯特宫旁，经常发生人与马匹堵塞的混乱情况。

该交通信号灯高6.7米，由两个连接到旋转臂上的移动标志，以及夜晚使用的柱顶上的煤气灯组成。当时，并没有“自动化”这一概念，所以交通信号灯的变化全是人为操纵的。

当臂板水平伸出时，驾驶员必须“停止”；当臂板从水平位置向下移45度时，驾驶员可以“前行”。夜晚红色煤气灯亮起，代表“停止”；绿色煤气灯亮起，则代表“前行”。

虽然这是一项成功管控交通流量的发明，但它的煤气灯在运行了24天后爆炸，炸伤了控制信号灯的警察，这种交通信号灯便被停用。直到电力的普及，第一个电力交通信号灯才在美国克利夫兰投入使用。

随着现代社会生活节奏的加快，效率逐渐成为人们重点考虑的问题，有效地疏导和提高十字路口的通行效率显得越来越重要。在普通的交通信号灯设计系统中，显示时间是固定的，这样就无法有效地利用道路交通资源。

为了解决这个问题，人们引入了车流量监测系统，通过监测车流量的大小，来自动调节红绿灯的显示时间。

最常见的有感应回路系统和视频摄像系统。前者是在地面铺设环形线圈传感器，当有车辆通过线圈时，车的金属外壳使得磁感线圈的电感发生变化，从而监测车辆。感应回路系统由于其简单性而被广泛使用。

后者是我们在交通信号灯中看到的最复杂的系统。杆上安装的视频监测摄像机依靠视频技术来监测车辆通行情况，并与多个交通站点联网。这个系统不仅能识别车辆，并实时计算停靠点的车辆数量，还可以区分车辆和行人。

那么，开头说到的“遇到一个红灯，就会一路遇红灯”的现象难道是因为交通信号灯在监测汽车流量这块儿出了问题？其实，这并非偶然现象，而是工程师们花了几十年的时间特地研究出来，防止交通拥堵的手段。

交通控制系统的核心问题是如何在最短的时间里让最多的车辆通过某一路段，原则是如果前面的路上车辆少，那就让新来的车快走；如果前面堵，就让新来的车慢点儿走。于是，人们想出了一个叫“绿波带”的办法，即车辆匀速行驶，进入绿波带区域时第一个信号灯为绿灯，那么下一个路口也能遇到绿灯。这样就能最大限度地保证车流到达路口时都是绿灯，从而尽可能减少停车时间。

现在一些大城市的部分道路开通了绿波带。比如成都就在全程约2.6公里，涉及7个信号灯的人民南路（锦江宾馆至倪家桥路路口）设置了绿波通行。

绿波带道路上的路口信号灯通常会设有绿波速度提示牌，车辆在50km/h～55km/h的速度区间通行最容易赶上绿波带。但是，如果碰上极端路况、车祸、有人闯红灯等状况，在无法保持绿波速度的情况下，你可能会遇到绿波带的死对头——红波带，让你走一路，停一路，减缓你的通行速度。

当然，不是所有路段都可以设置绿波带。一条适合设计绿波带的路段需要满足许多条件，比如，不是城内环线干道（城内环线干道车流量过于饱和，车辆排队过长，无法在有效绿灯时段内通过路口）、干扰因素少（无乱穿马路的行人和非机动车辆）、道路条件相近（车流量情况相近）等。

2011年的一项研究表明，绿波带可以减少汽车的二氧化碳排放量，减少燃油消耗，减少车辆部件磨损，以及制造过程中的间接能源消耗。

所以，绿波控制一般在中心城区到外围城区的干路上使用，这是为了让中心城区的车辆尽快驶出。而相对应的，驶入中心城区的方向，往往不会设置绿波带。

相反，有的地方会设置红波带，就是让进入核心区的车辆多等几次红灯，以减缓市中心的交通压力。

（照夜白摘自微信公众号“把科学带回家”，毕力格图）