綠波帶與紅波帶

開車或騎自行車的時候，你有沒有遇到過這樣的場景：如果碰到一個綠燈順利通過，基本就能一路綠燈；相反，只要有一個紅燈攔住你，接下來遇到的可能都是紅燈……交通信號燈如此精準(zhǔn)地讓你通過或者攔住你，讓你不禁懷疑自己是不是進入了“楚門的世界”？

這背后有什么科學(xué)原理嗎？

被停用的煤氣燈

交通信號燈俗稱紅綠燈，以紅、黃、綠三色燈為標(biāo)識，或輔以聲音提醒，指示車輛及行人停止、注意與前進。世界上第一盞交通信號燈誕生于1868年12月，而它被發(fā)明的主要原因是倫敦威斯敏斯特橋前有大量的馬匹經(jīng)過，數(shù)以千計的行人被迫行走在威斯敏斯特宮旁，經(jīng)常發(fā)生人與馬匹堵塞的混亂情況。

該交通信號燈高6.7米，由兩個連接到旋轉(zhuǎn)臂上的移動標(biāo)志，以及夜晚使用的柱頂上的煤氣燈組成。當(dāng)時，并沒有“自動化”這一概念，所以交通信號燈的變化全是人為操縱的。

當(dāng)臂板水平伸出時，駕駛員必須“停止”；當(dāng)臂板從水平位置向下移45度時，駕駛員可以“前行”。夜晚紅色煤氣燈亮起，代表“停止”；綠色煤氣燈亮起，則代表“前行”。

雖然這是一項成功管控交通流量的發(fā)明，但它的煤氣燈在運行了24天后爆炸，炸傷了控制信號燈的警察，這種交通信號燈便被停用。直到電燈普及，第一個電力交通信號燈才在美國克利夫蘭投入使用。

如何控制信號燈

隨著現(xiàn)代社會生活節(jié)奏的加快，效率逐漸成為人們重點考慮的問題，有效地疏導(dǎo)和提高十字路口的通行效率顯得越來越重要。在普通的交通信號燈設(shè)計系統(tǒng)中，顯示時間是固定的，這樣就無法有效地利用道路交通資源。

為了解決這個問題，人們引入了車流量監(jiān)測系統(tǒng)，通過監(jiān)測車流量的大小，來自動調(diào)節(jié)紅綠燈的顯示時間。

最常見的有感應(yīng)回路系統(tǒng)和視頻攝像系統(tǒng)。前者是在地面鋪設(shè)環(huán)形線圈傳感器，當(dāng)有車輛通過線圈時，車的金屬外殼使得磁感線圈的電感發(fā)生變化，從而監(jiān)測車輛。感應(yīng)回路系統(tǒng)由于其簡單性而被廣泛使用。

后者是我們在交通信號燈中看到的最復(fù)雜的系統(tǒng)。桿上安裝的視頻監(jiān)測攝像機依靠視頻技術(shù)來監(jiān)測車輛通行情況，并與多個交通站點聯(lián)網(wǎng)。這個系統(tǒng)不僅能識別車輛，并實時計算停靠點的車輛數(shù)量，還可以區(qū)分車輛和行人。

那么，開頭說到的“遇到一個紅燈，就會一路遇紅燈”的現(xiàn)象難道是因為交通信號燈在監(jiān)測汽車流量這塊兒出了問題？其實，這并非偶然現(xiàn)象，而是工程師們花了幾十年的時間特地研究出來，防止交通擁堵的手段。

交通控制系統(tǒng)的核心問題是如何在最短的時間里讓最多的車輛通過某一路段，原則是如果前面的路上車輛少，那就讓新來的車快走；如果前面堵，就讓新來的車慢點兒走。于是，人們想出了一個叫“綠波帶”的辦法，即車輛勻速行駛，進入綠波帶區(qū)域時第一個信號燈為綠燈，那么下一個路口也能遇到綠燈。這樣就能最大限度地保證車流到達路口時都是綠燈，從而盡可能減少停車時間。

不是所有路段都可以設(shè)綠波帶

現(xiàn)在一些大城市的部分道路開通了綠波帶。比如成都就在全程約2.6公里，涉及7個信號燈的人民南路（錦江賓館至倪家橋路路口）設(shè)置了綠波通行。

綠波帶道路上的路口信號燈通常會設(shè)有綠波速度提示牌，車輛在50km/h～55km/h的速度區(qū)間通行最容易趕上綠波帶。但是，如果碰上極端路況、車禍、有人闖紅燈等狀況，在無法保持綠波速度的情況下，你可能會遇到綠波帶的死對頭——紅波帶，讓你走一路，停一路，減緩你的通行速度。

當(dāng)然，不是所有路段都可以設(shè)置綠波帶。一條適合設(shè)計綠波帶的路段需要滿足許多條件，比如，不是城內(nèi)環(huán)線干道（城內(nèi)環(huán)線干道車流量過于飽和，車輛排隊過長，無法在有效綠燈時段內(nèi)通過路口）、干擾因素少（無亂穿馬路的行人和非機動車輛）、道路條件相近（車流量情況相近）等。

2011年的一項研究表明，綠波帶可以減少汽車的二氧化碳排放量，減少燃油消耗，減少車輛部件磨損，以及制造過程中的間接能源消耗。

所以，綠波控制一般在中心城區(qū)到外圍城區(qū)的干路上使用，這是為了讓中心城區(qū)的車輛盡快駛出。而相對應(yīng)的，駛?cè)胫行某菂^(qū)的方向，往往不會設(shè)置綠波帶。

相反，有的地方會設(shè)置紅波帶，就是讓進入核心區(qū)的車輛多等幾次紅燈，以減緩市中心的交通壓力。

（摘自微信公眾號“把科學(xué)帶回家”）