آشنایی با انواع چراغ راهنمایی و بررسی زمان بندی آن ها
در این نوشتار تصمیم داریم شما همراهان همیشگی گروه مهندسی فراعمران را با انواع چراغ راهنمایی آشنا سازیم. سپس به بررسی انواع زمان بندی چراغ های راهنمایی می پردازیم. با ما همراه باشید.
پیشنهاد مطالعه: انواع علائم راهنمایی و رانندگی در آمریکا و کاربرد آن ها
پیشنهاد مطالعه: انواع خطوط خیابان و خط کشی پارکینگ و کاربرد آن ها
چراغ راهنمایی که به انگلیسی به آن Traffic Light و یا Traffic Signal می گویند، بی تردید از آشنا‌ترین و مهم‌ترین وسایل کنترل ترافیک و تنظیم عبور و مرور وسایل نقلیه و افزایش ایمنی در تقاطعات می‌باشد. اگرچه چراغ راهنمایی از حرکت پیوسته وسایل نقلیه در مسیرهای مختلف یک تقاطع جلوگیری می‌کند و موجب بروز تاخیر می‌شود، اما بطور کلی در صورت محاسبه درست زمان بندی آن، متوسط تاخیر وسایل نقلیه کمتر از زمانی خواهد بود که تقاطع بدون چراغ راهنمایی باشد.
معمولاً چراغ راهنمایی را بطور مستقل و جداگانه برای کنترل تقاطعات بکار می‌برند، اما گاهی برحسب ضرورت و برای بازدهی بهتر ممکن است چراغ های راهنمایی چند تقاطع یا کلیه تقاطعات یک مسیر را به طریقی به هم ارتباط داد و هماهنگ کرد. امروزه به کمک روش های کامپیوتری می‌توان چراغ های راهنمایی تقاطعات قسمتی از شهر یا تمام شبکه ترافیک شهر را بهم ارتباط داد و هماهنگ نمود. این روش که کنترل منطقه ای ترافیک نامیده می‌شود، مستلزم مطالعات وسیع، دسترسی به تکنولوژی پیشرفته و صرف هزینه بالا می‌باشد.
شکل 1 – چراغ راهنمایی
توالی چراغ های راهنمایی بصورت قرمز، سبز و زرد می‌باشد.
چرخه و مدت زمان چرخه چراغ راهنمایی
هر دور کامل توالی چراغ راهنمایی را یک چرخه و مجموع زمان یک چرخه را مدت چرخه می‌نامند.
فاز
یک یا چند جریان ترافیکی که در مدت زمان یک چرخه، همزمان فرمان علامتی یکسان را دریافت می‌کنند، اصطلاح فاز بکار می‌رود.
زمان بین دو سبز
فاصله زمانی از انتهای زمان سبز یک فاز تا شروع زمان سبز فاز بعدی را زمان بین دو سبز می‌گویند.
زمان تمام قرمز
زمانی که همه فاز‌ها با هم قرمز هستند، اصطلاحاً زمان تمام قرمز می‌نامند. زمان تمام قرمز را معمولاً در مواقعی که عبور و مرور پیاده‌ها زیاد باشد، جهت تسهیل در امر عبور و مرور آن‌ها از عرض خیابان‌ها در نظر می‌گیرند.
انواع چراغ راهنمایی
معمولاً سه نوع چراغ راهنمایی مورد استفاده قرار می‌گیرند، که عبارتند از:
- چراغ راهنمایی با زمان ثابت
- چراغ راهنمایی متغیر
- چراغ راهنمایی نیمه متغیر
چراغ راهنمایی با زمان ثابت
زمان بندی این چراغ که براساس وضعیت ترافیک محل در ساعت طرح، محاسبه و اعمال می‌شود، ثابت است و تغییرات تردد وسایل نقلیه در زمان های مختلف اثری بر زمان بندی چراغ ندارد. به عبارت دیگر، هر تغییری در زمان بندی چراغ راهنمایی با زمان ثابت جز از طریق تنظیم مجدد یا با دست مقدور نیست. از آنجاییکه معمولاً میزان ترددی که زمان بندی چراغ بر اساس آن محاسبه و تنظیم شده است، تغییر می‌کند و این چراغ‌ها حساسیتی نسبت به تغییرات تردد ندارند، غالباً لازم است که در ساعات معینی از روز زمان بندی چراغ را با دست تغییر داد. این عمل را عمدتاً پلیس راهنمایی انجام می‌دهد.
همچنین در ساعاتی که تردد وسایل نقلیه از مسیرهای مختلف تقاطع بسیار سبک است، چراغ را بصورت چشمک زن در می‌آورند تا از تاخیرهای نسبتاً زیاد و بی مورد وسایل نقلیه جلوگیری شود. در این حالت چراغ راهنمایی عملاً نقش احتیاط را بازی می‌کند.
مزایای چراغ راهنمایی با زمان ثابت
چراغ راهنمایی با زمان ثابت از نظر قیمت اولیه و هزینه نگهداری نسبت به چراغ های متغیر ارزان ترند.
معایب چراغ راهنمایی با زمان ثابت
عدم حساسیت این چراغ‌ها نسبت به تغییرات تردد از جمله معایب چراغ راهنمایی با زمان ثابت می‌باشد. یعنی زمان بندی این چراغ‌ها صرفاً برای ساعت طرح می‌باشد.
چراغ راهنمایی متغیر
این نوع چراغ های راهنمایی نسبت به تغییرات تردد حساسند و دامنه زمان سبز هر فاز که قبلاً تنظیم شده است، به میزان تردد در مسیرهای آن فاز بستگی دارد. تنظیم زمان سبز با نصب شاخص هایی در فواصل معین از خط توقف و در تمام مسیرهای منتهی به تقاطع انجام می‌گیرد.
در تنظیم زمان بندی این چراغ‌ها سه نوع زمان در نظر گرفته می‌شود:
الف) حداقل زمان عبور
این زمان حداقل زمانی است که می‌توان به هر فاز از چراغ راهنمایی اختصاص داد تا وسایل نقلیه ای که بین خط توقف مسیرهای مربوط به آن فاز و شاخص‌ها متوقف شده اند، امکان عبور از تقاطع را داشته باشند. در دستگاه های جدید این زمان ثابت نیست و معمولاً بین ۷ تا ۱۳ ثانیه تنظیم می‌شود. این دامنه تنظیم باعث می‌شود که وقتی در یک مسیر وسیله نقلیه ای وجود ندارد یا تردد وسایل نقلیه در آن مسیر کم است، زمان سبز آن فاز تا حداقل ۷ ثانیه کاهش پیدا کند و برای عبور وسایل نقلیه در جهات دیگر فرصت بیشتری به وجود آید.
ب) زمان تمدید
در چراغ متغیر، اگر عبور وسایل نقلیه در مسیر یا مسیرهای مربوط به آن فاز ادامه داشته باشد، می‌توان زمان سبز آن فاز را تا حدودی معینی تمدید کرد. به عبارت دیگر، وقتی وسیله نقلیه ای در مسیری که چراغ مربوط به آن سبز است به محل نصب شاخص‌ها می‌رسد، دستگاه زمان سبز چراغ راهنمایی را به اندازه ای تمدید می‌کند که برای عبور آن وسیله کافی باشد. در چراغ های متغیر قدیمی این زمان ثابت بود، اما در انواع جدید مدت آن به سرعت وسیله نقلیه بستگی دارد.
پ) حداکثر زمان سبز
از آنجایی که امکان عبور پیوسته وسایل نقلیه در یک مسیر از تقاطعی، موجب تاخیر فراوان بر وسایل نقلیه دیگر مسیر‌ها می‌شود، لذا برای جلوگیری از این تاخیر فراوان، لازم است زمان سبز هر فاز به میزان معینی تمدید شود. به عبارت دیگر، باید برای زمان سبز هر فاز حداکثری در نظر گرفت که پس از اتمام آن (حتی اگر تردد وسایل نقلیه در مسیرهای آن فاز ادامه داشته باشد) زمان سبز آن فاز تمام شود و زمان سبز فاز بعدی شروع شود.
اگر تردد وسایل نقلیه در تمام جهات تقاطع زیاد باشد (ساعت اوج)، چراغ راهنمایی متغیر همانند چراغ راهنمایی با زمان ثابت عمل می‌کند.
چراغ راهنمایی نیمه متغیر
چراغ های راهنمایی نیمه متغیر ساختاری نظیر چراغ های راهنمایی متغیر دارند و بوسیله شاخص کنترل می‌شوند و در موارد خاص بکار می‌روند. این چراغ‌ها معمولاً در مواقعی که تردد وسایل نقلیه در یک جاده فرعی نسبت به جاده اصلی بسیار کم باشد، ممکن است بکار روند. در این حالت، شاخص‌ها در جاده فرعی نصب شده و تا زمانی که وسیله نقلیه ای از جاده فرعی نگذرد، چراغ مربوط به آن مسیر قرمز می‌ماند و عبور در جاده اصلی آزاد است. زمان سبز فاز مربوط به جاده فرعی را طوری تنظیم می‌کنند که اگر احیاناً تردد وسایل نقلیه در جاده فرعی نسبتاً زیاد شود، زمان سبز فقط برای مدت معین یا حداکثر تمدید شود.
چراغ مخصوص عابرپیاده
در تقاطعاتی که با چراغ راهنمایی کنترل می‌شوند، عبور پباده از عرض مسیر‌ها نیز به وضعیت فازهای چراغ راهنمایی بستگی دارد. همراه با فاز قرمز چراغ راهنمایی مسیر، چراغ مخصوص پیاده سبز شده و به عابر پیاده اجازه عبور داده می‌شود و برعکس، زمانی که فاز آن مسیر سبز باشد، با قرمز شدن چراغ مخصوص عابرپیاده عبور ممنوع می‌شود. این روش معمولاً در مواقعی بکار می‌رود، که حجم گردش به راست و چپ وسایل نقلیه کم باشد و امکان عبور ایمن عابرین پیاده وجود داشته باشد. در غیر اینصورت، فاز جداگانه ای برای عابرین پیاده اختصاص داده می‌شود. در این حالت، زمانی که عابرین پیاده اجازه عبور دارند، وسایل نقلیه اجازه عبور ندارند و در نتیجه امکان عبور عابرین پیاده با ایمنی کامل فراهم می‌شود. در این روش به دلیل اختصاص فاز جداگانه ای برای عابرین پیاده و توقف وسایل نقلیه در تمام جهات تاخیر بیشتری بر وسایل نقلیه وارد می‌شود.
چراغ مخصوص عابرین پیاده تنها دو رنگ سبز و قرمز دارد، که دو بصورت ممکن است ظاهر شود:
• قرمز، بصورت تصویر شخصی ایستاده به رنگ قرمز در زمینه سیاه یا با روشن شدن کلمه قرمز رنگ ایست.
• سبز، بصورت تصویر شخصی در حال حرکت به رنگ سبز در زمینه سیاه یا با روشن شدن کلمه سبز رنگ عبور.
شکل 2 – چراغ راهنمایی عابرین پیاده
تعبیه فاز مخصوص عابرین پیاده، به دو صورت ممکن است انجام شود:
• بصورت دستی، از طریق دستگاهی مجهز به دکمه ای که با فشار دادن آن پس از مدتی معین رنگ سبز ظاهر می‌شود.
• بصورت خودکار، رنگ سبز فاز مخصوص عابرین پیاده در هر دور یکبار و در موقع معین ظاهر می‌شود.
در روش خودکار، اگر حجم عابرین پیاده کم باشد موجب تاخیر بی مورد وسایل نقلیه خواهد شد، در حالی که با کنترل دستی تاخیر بی مورد حذف می‌شود.
شرایط نصب چراغ راهنمایی
لزوم نصب چراغ راهنمایی در هر تقاطع را باید جداگانه و با توجه به مشخصات آن نظیر میزان تردد وسایل نقلیه از مسیرهای مختلف تقاطع، جهات گردش در این مسیر‌ها، ایمنی عبور عابرین پیاده و وسایل نقلیه، میزان تاخیر وارد بر وسایل نقلیه و همچنین جنبه های اقتصادی نصب چراغ بررسی کرد.
علل استفاده از چراغ راهنمایی در تقاطعات
1- افزایش ایمنی
با استفاده از چراغ راهنمایی نقاط برخورد احتمالی وسایل نقلیه در تقاطع بسیار کاهش می‌یابد. در شکل 3، نقاط برخورد احتمالی وسایل نقلیه در یک چهارراه با چراغ و بدون چراغ آورده شده است. چنانچه مشاهده می‌شود، تعداد نقاط برخورد در تقاطع مجهز به چراغ راهنمایی به مراتب کمتر از زمانی است که همان تقاطع فاقد چراغ باشد. لذا با استفاده از چراغ میزان تصادفات کاهش می‌یابد. براساس مطالعات، میزان تصادف در تقاطعات پس از نصب چراغ تا %۴۰ کاهش می‌یابد.
شکل 3 – نقاط برخورد احتمالی وسایل نقلیه در یک چهارراه با چراغ و بدون چراغ
2- کاهش میزان تاخیر وارد بر وسایل نقلیه
برای بررسی اثر چراغ راهنمایی بر روی متوسط تاخیر بر وسایل نقلیه مطالعه ای در تقاطع T شکل در دو حالت بدون و با چراغ راهنمایی صورت گرفته است، که در شکل 4 آورده شده است.
شکل 4 – اثر چراغ راهنمایی بر روی متوسط تاخیر بر وسایل نقلیه در تقاطع T شکل
چنانچه مشاهده می‌گردد، وقتی میزان تردد نسبتاً کم و تقاطع مجهز به چراغ راهنمایی باشد، میزان تاخیر وارد بر وسایل نقلیه نسبت به زمانی که تقاطع فاقد چراغ است، بیشتر است. به تدریج که میزان تردد زیاد می‌شود، فاصله زمانی تاخیر کاهش پیدا می‌کند تا آنجا که متوسط تاخیر وارد بر وسایل نقلیه ای که به تقاطع می‌رسند در زمانی که چراغ راهنمایی در آن تقاطع وجود داشته باشد نسبت به زمانی که تقاطع بدون چراغ باشد، کمتر می‌شود. لذا از طریق چنین مطالعاتی می‌توان موقعیت مقرون به صرفه و ضروری بودن نصب چراغ راهنمایی را از نظر متوسط تاخیر وارده بر وسایل نقلیه نیز تعیین نمود.
3- افزایش ظرفیت تقاطع
با نصب چراغ راهنمایی غالباً ظرفیت تقاطع هم افزایش می‌یابد. در شکل 5 ظرفیت تقاطع T شکل در دو حالت مجهز به چراغ راهنمایی و بدون چراغ راهنمایی نشان داده شده است. چنانچه در شکل 5 مشاهده می‌شود، ظرفیت تقاطع در حالت با چراغ، از حالت بدون چراغ بیشتر می‌باشد.
شکل 5 – ظرفیت تقاطع T شکل در دو حالت مجهز به چراغ راهنمایی و بدون چراغ راهنمایی
فازبندی چراغ راهنمایی
فاز عبارتست از حالات متوالی که بوسیله چراغ راهنمایی به یک یا چند جریان ترافیک در هر دور بصورت یکنواخت و مشخص اعمال می‌شود. ترتیب و تعداد فازهای یک چراغ راهنمایی به تعداد مسیرهای تقاطع و نسبت گردش به چپ وسایل نقلیه از مسیرهای مختلف بستگی دارد. در طراحی چراغ های راهنمایی، همواره می‌کوشند که تعداد فاز‌ها افزایش پیدا نکند. در تقاطعات ساده، نظیر چهار راه های معمولی که گردش به چپ وسایل نقلیه نسبتاً کم (کمتر از 60 وسیله نقلیه در ساعت) است، معمولاً دو فاز کافی است و وسایل نقلیه ای که می‌خواهند به سمت چپ گردش نمایند در شرایط عادی می‌توانند از فاصله زمانی بین دو سبز یا از فواصل عبور بین وسایل نقلیه مقابل (Gap) استفاده نمایند.
در شکل 6، جهت گردش وسایل نقلیه در چهار راه مجهز به چراغ دوفازی نشان داده شده است.
شکل 6 – جهت گردش وسایل نقلیه در چهار راه مجهز به چراغ دوفازی
در شکل 7، جهت گردش وسایل نقلیه در چهارراه مجهز به چراغ سه فازی نشان داده شده است.
شکل 7 – جهت گردش وسایل نقلیه در چهارراه مجهز به چراغ سه فازی
اگر تعداد وسایل نقلیه گردش به چپ آنقدر زیاد باشد که امکان عبور و گردش آن‌ها از طریق عادی میسر نباشد، برحسب مورد و موقعیت می‌توان از راه حل های زیر استفاده نمود:
- روش زود قطع کننده
- روش دیر آزاد کننده
- توامان زود قطع کننده- دیر آزاد کننده
- اختصاص فاز مخصوص گردش به چپ
1- روش زود قطع کننده
اگر تعداد وسایل نقلیه گردش به چپ نسبتاً زیاد باشد، می‌توان زمان سبز مسیر مقابل را چند ثانیه زود‌تر قطع کرد و به وسایل نقلیه گردش به چپ فرصت داد که از تقاطع عبور کنند. به این روش، روش زود قطع کننده می‌گویند.
2- روش دیر آزاد کننده
در این روش زمان سبز فازی که گردش به چپ وسایل نقلیه باید در آن فاز انجام شود، برای وسایل نقلیه مقابل چند ثانیه دیر‌تر شروع می‌شود. به این ترتیب، در ابتدای شروع زمان هر فاز، ابتدا به وسایل نقلیه ای که می‌خواهند گردش به چپ نمایند، اجازه عبور داده و بعد از مدتی عبور وسایل نقلیه مقابل شروع می‌شود و بعد از اتمام فاز مربوطه هر دو جریان قطع شده و فاز بعدی شروع می‌شود.
3- روش توامان (زود قطع کننده- دیر آزاد کننده)
در مواردی که حجم وسایل نقلیه گردش به چپ زیاد باشد و بکارگیری تنها یکی از روش های زود قطع کننده یا دیر آزاد کننده پاسخگوی حجم گردش به چپ نباشند و میزان تاخیر کاهش نیابد، برای حل این مشکل گاهی از هر دو روش زود قطع کننده و دیر آزاد کننده بطور همزمان استفاده می‌شود.
در این روش، برای گردش به چپ وسایل نقلیه در هر فاز چند ثانیه از ابتدای زمان سبز و چند ثانیه از انتهای زمان سبز به آن‌ها اختصاص می‌یابد و در این زمان‌ها حرکت وسایل نقلیه مسیر مقابل متوقف می‌شود.
4- اختصاص فاز جداگانه
اولین مساله در زمان بندی چراغ راهنمایی، نگه داشتن تعداد فاز‌ها در حداقل ممکن است. چون با افزایش تعداد فاز‌ها، تاخیر افزایش می‌یابد؛ مگر در مواردی که توجیه پذیر باشد. به عنوان یک قائده، فاز مجزای گردش به چپ در موارد زیر ممکن است در یک برنامه زمان بندی چراغ راهنمایی منظور گردد:
- حاصلضرب حجم ترافیک گردش به چپ و مستقیم مقابل در ساعت اوج و برای یک راه دوخطه از ۵۰۰۰۰ و برای یک راه چهارخطه از ۱۰۰۰۰۰ بیشتر گردد.
- در انتهای فاز، ۲ یا ۳ وسیله نقلیه برای گردش به چپ هنوز منتظر ایستاده باشند.
- بیش از ۵۰ وسیله نقلیه گردش به چپ در ساعت اوج وجود داشته باشد و سرعت رویکرد‌ها بیش از ۷۲ کیلومتر در ساعت باشد.
- تعداد تصادفات که با حرکات گردشی مربوط می‌شوند، ۵ یا بیشتر در یک دوره یکساله باشد.
ظرفیت تقاطعی که با چراغ راهنمایی کنترل می‌شود به ظرفیت مسیرهای منتهی به آن تقاطع بستگی دارد. در عین حال، ظرفیت مسیر‌ها هم به نوبه خود به عواملی نظیر عرض جاده، تعداد خطوط، شیب، شعاع های گردش، ترکیب ترافیک و ویژگی های شخصی رانندگان بستگی دارد.
منبع: جزوه اصول مهندسی ترافیک تایپ شده
