【開車時遇到一個紅燈，為什么就會一路紅燈？原來真不是運氣差！】開車/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，就能一路綠燈；相反 ， 只要有一個紅燈攔你，接下來遇到的都是紅燈……如此精準地攔你，讓你不禁懷疑自己是不是進入了楚門的世界，還是最近水逆，不宜出門 。
這背后有什么科學原理嗎？
被停用的煤氣燈??????????????????
交通信號燈俗稱紅綠燈 ， 是以紅、黃、綠三色（歐洲一些國家還可能會使用帶有橙色的琥珀黃）燈或輔以聲音訊號，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)生人與馬匹堵塞混亂 。

當臂板水平伸出時代表駕駛員必須“停止”，當臂板水平向下 45 度角時代表駕駛員“前行” 。夜晚時紅色煤氣燈亮起代表“停止”，綠色煤氣燈則代表“前行” 。圖源：wiki
該交通信號燈高 6.7 米，由兩個連接到旋轉臂上的移動標志，以及夜晚使用的柱頂上的煤氣燈組成 。當時，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 。
雖然這是一項成功管控交通流量的發(fā)明 ， 但它的煤氣燈卻在運行了 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 。直到電力的普及，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？
?隨著社會節(jié)奏的加快 ， 效率逐漸成為人們的重點考慮的問題，有效地疏導和提高十字路口的通行效率顯得越來越重要 。在普通的交通燈設計系統(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 ， 通過車流量的大小，來自動調節(jié)紅綠燈的顯示時間 。
最常見的有感應回路系統(tǒng)和視頻攝像系統(tǒng) 。前者在地面鋪設了環(huán)形線圈傳感器，當有車輛通過線圈時，車的鐵外殼使得磁感線圈電感發(fā)生變化，從而監(jiān)測車輛 。感應回路系統(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雜的系統(tǒng) 。桿上安裝的視頻監(jiān)測攝像機依靠視頻技術來監(jiān)測汽車，并與多個交通站點聯(lián)網(wǎng) 。不僅能識別車輛，并實時計算?？奎c的車輛數(shù)量，還可以區(qū)分汽車和行人 。


圖源：網(wǎng)絡
那么，我們開頭說到的“遇到一個紅燈，就會一路紅燈”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 bug？其實，這并非偶然現(xiàn)象，而是道路設計師們花了幾十年特地研究出來，防止交通擁堵的手段 。
交通控制系統(tǒng)的核心問題就是如何在最短的時間讓最多的車輛通過路段 ， 原則就是如果前面路空，讓新來的車快走，如果前面堵，就讓新來的車慢點走 。于是 ， 人們想出了一個辦法叫做“綠波帶”，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 。最大限度地保證車流到達路口都是綠燈，盡可能減少停車時間 。
綠波帶道路上的路口信號燈通常會設有綠波速度提示牌，在 50～55km/h 的速度最容易趕上綠波帶 。但是 ， 如果碰上極端路況、車禍、有人闖紅燈等事件，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 。
當然，不是所有路段都可以設置綠波帶 。一條適合設計綠波帶的路段需要滿足許多條件，比如：不是主干道（主干道車流量過于飽和 ， 車輛排隊過長無法在有效綠燈內通過路口）、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，一項研究表明，綠波帶可以減少汽車二氧化碳排放、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 ， 綠波控制一般使用在中心城區(qū)到外圍城區(qū)的干路上，目的是為了讓中心區(qū)的車輛盡快駛出核心區(qū) 。而相對應的駛入中心城區(qū)的方向，往往不會設置綠波帶 。相反，有的地方會設置紅波帶，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 。


圖源：unsplash.com
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參考文獻
[1]https://auto.howstuffworks.com/car-driving-safety/safety-regulatory-devices/how-does-a-traffic-light-detect-that-a-car-has-pulled-up-and-is-waiting-for-the-light-to-change.htm
[2]https://en.wikipedia.org/wiki/Green_wave[3]https://www.cdccic.com/cdjt/show_38942.htm[4]https://www.mdpi.com/2071-1050/13/10/5411
策劃制作
來源丨把科學帶回家（id：steamforkids）
作者丨阿嫻《萬物》雜志編輯
責編丨一諾

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