初中物理綜合實踐活動方案 設計簡單的綠波帶

初中物理綜合實踐活動方案

設計簡單的綠波帶

常州市武進區(qū)鄭陸初級中學

2014年1月

綜合實踐活動方案

【課題名稱】

設計簡單的綠波帶

【實踐背景】

隨著社會經(jīng)濟和城市交通的快速發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴大，交

通日益繁忙，交通信號燈已經(jīng)成為疏導交通最常見和最有效的手段。

隨著汽車的普及，經(jīng)常出現(xiàn)交通堵塞問題。每當上下班時間和節(jié)假日，

一些重要路段都會堵的水泄不通，紅燈時車隊常常會排到好遠。這種

現(xiàn)象產(chǎn)生的原因很多，交通信號燈設置不合理是導致堵塞的一個重要

原因。如何設計智能化交通信號燈成為了一項重要課題。

【實踐意義】

物理課程標準強調(diào)培養(yǎng)學生的綜合素養(yǎng)。本次綜合實踐活動以小

組合作形式，培養(yǎng)學生的小組合作與分工，認識合作在綜合實踐活動

中的重要性；開展調(diào)查、收集等活動，進行相關的調(diào)查數(shù)據(jù)處理，培

養(yǎng)學生收集信息和處理信息的能力，讓他們能理解收集、處理信息的

方法對綜合實踐的意義；結(jié)合活動方案的制定，在教師的指導下開展

數(shù)據(jù)的分析，發(fā)展學生的制定計劃、進行簡單的實驗設計的實踐能力;

通過實踐活動培養(yǎng)學生的觀察能力和數(shù)據(jù)處理能力，得出科學的結(jié)論

與建議，增進物理課程對生產(chǎn)和社會發(fā)展重要作用的理解；培養(yǎng)學生

關心社會，融入社會的意識。

【實踐內(nèi)容】

1、收集交通信號燈的基本信息;

2、十字路口紅燈、綠燈的時間設置情況；

3、各個方向的車流量情況；

4、設計傳統(tǒng)紅綠燈電路；

5、設計簡單的綠波帶；

【活動對象】

初三年級部分學生：卜雅雯、徐曉鈞、張鴻飛、胥川

指導教師：陶翔

【實踐計劃】

綜合實踐活動計劃表

時間內(nèi)容方法負責人

1月21日調(diào)查、收集交通信號燈的基網(wǎng)絡收集

卜雅雯

—23日本信息調(diào)查問卷

1、十字路口紅燈、綠燈的時

間設置情況

1月24日實地測量胥川

2、各個方向的車流量情況

3、相鄰路口間距離測量

1月25日1、設計簡單的綠波帶計算處理

張鴻飛

—26日2、設計傳統(tǒng)紅綠燈電路合作設計

1月27日對本次活動進行小結(jié)，寫出

個人小結(jié)徐曉鈞

—30日活動體會及活動報告

【實踐過程】

一、準備階段：制定綜合實踐活動方案

二、實施階段：落實綜合實踐活動內(nèi)容

（一）收集交通信號燈的基本信息（負責人：卜雅雯）

道路交通信號燈是交通安全產(chǎn)品中的一種類別，是為了加強道路

交通管理，減少交通事故的發(fā)生，提高道路使用效率，改善交通狀況

的一種重要工具。適用于十字、丁字等交叉路口，由道路交通信號控

制機控制，指導車輛和行人安全有序地通行。

1、交通信號燈通常稱為紅綠燈，由紅燈（表示禁止通行）、綠燈

（表示允許通行）、黃燈（表示警示）組成。

2、主要技術(shù)指標

（1）輸入額定電壓：220V±10%50Hz

（2）輸入功率：紅（黃）圓盤S12W,綠箭盤S15W

（3）發(fā)光強度:N500cd，角度之30。

（4）發(fā)光色譜：紅色620-625nm、黃色590-593nm、綠色503-505nm

（5）發(fā)光亮度：紅色4000-6000mcd、黃色4000-6000mcd、綠色

8000-10000mcd,光源壽命萬小時

（6）發(fā)光面大?。簾裘姘l(fā)光面發(fā)光直徑300mm,400mm（國標）

3、交通信號燈可分為：機動車信號燈、非機動車信號燈、人行

橫道信號燈、車道信號燈、方向指示信號燈、閃光警告信號燈、道路

與鐵路平面交叉道口信號燈。

4、交通信號燈一般采用三種控制形式：

第一種為傳統(tǒng)紅綠燈，即在紅綠燈之間轉(zhuǎn)換，綠燈變紅燈時加黃

燈來緩沖；

第二種是在傳統(tǒng)紅綠燈基礎上加上綠燈閃爍（以下簡稱綠閃）功

能，即在綠燈將要結(jié)束之際加上閃爍，其目的是提醒車輛，并保留黃

燈緩沖時間；

第三種是數(shù)字顯示紅綠燈，這是目前大城市所用最多的紅綠燈，

這種是在第二種紅綠燈基礎上加左右轉(zhuǎn)彎和倒計時顯示。

另外人行道的紅綠燈對行人和車輛起到秩序化的放行和安全交

通的交通設備。人行道上的紅綠燈也與馬路上的紅綠燈大同小異，設

計方法也基本相同。

5、傳統(tǒng)紅綠燈：

十字路口每個方向各有一組紅綠燈，共四組。這種紅綠燈控制簡

單方便。但是缺點是只適合小型城市或者沒有行人過馬路和馬路兩邊

架設天橋的十字路口。如圖：

傳統(tǒng)紅綠燈平面示意圖

6、車流量：在一定的時間內(nèi)，某條公路點上所通過的車輛數(shù)，

用公式表示：車流量公式為：車流量二單位時間*車速/（車距+車身長）。

車流量大小是設置交通信號燈的重要因素。本次研究簡化了車流量計

算公式：車流量=車輛數(shù)/單位時間。

7、綠波帶：綠波帶就是在指定的交通線路上，當規(guī)定好路段的

車速后，要求信號控制機根據(jù)路段距離，把該車流所經(jīng)過的各路口綠

燈起始時間，做相應的調(diào)整，以確保該車流到達每個路口時，止好遇

到“綠燈”。

（二）實際調(diào)查交通信號燈設置情況及車流量（負責人：胥川）

我們學校所在集鎮(zhèn)有一條省級公路，一條縣級公路以及多條鎮(zhèn)級

公路。我們主要研究兩個交通信號燈，如圖“1號位置”和“2號位

置”。這是一條新建公路，“1號位置”信號燈設置較早，“2號位置”

信號燈剛剛設置，這兩處交通信號燈都采用傳統(tǒng)的紅綠燈?！?號位

置”是縣級公路與鎮(zhèn)級公路交叉口，南北向為縣級公路，東西向為鎮(zhèn)

級公路，均為雙向二車道。“2號位置”是兩條鎮(zhèn)公路交叉口，也為

雙向2二車道。

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.I4號位置

3號位置5號位置

2號位置

1號位置

1、交通信號燈時間設置情況。

“1號位置”：南北方向綠燈亮30s,同時東西方向紅燈亮25s;

25s后南北方向綠燈閃爍3次（用時3s）后，改為黃燈（用時2s）,

之后南北紅燈并維持30s;此時東西方向由紅燈變?yōu)榫G燈亮25s,然

后綠燈閃爍3次（用時3s）后轉(zhuǎn)為黃燈亮2s,如此一直循環(huán)。

“2號位置”：南北方向綠燈亮20s,同時東西方向紅燈亮25s;

20s后南北方向綠燈閃爍3次（用時3s）后，改為黃燈（用時2s）,

之后南北紅燈并維持30s;此時東西方向由紅燈變?yōu)榫G燈亮25s,然

后綠燈閃爍3次（用時3s）后轉(zhuǎn)為黃燈亮2s,如此一直循環(huán)。

2、測量車流量

“1號位置”車流量:

南北向東西向

通過共_____—輛通過共_一_輛___

上午10：00—10:20

停車共_____一輛停車共_____一輛

“2號位置”車流量:

南北向東西向

通過共_____一輛通過共___一__輛

上午10：00—10:20

停車共_____一輛停車共_____一輛

3、相鄰路口間距離測量

觀察發(fā)現(xiàn)，很多車輛在第一個紅綠燈停車后，在第二個紅綠燈也

要停車。如何控制一輛汽車在第一個紅綠燈停下后，到第二個紅綠燈

能順利通過呢？小組成員通過討論首先測量了1號位置路口寬15m,

2號位置路口寬12m,1號位置到2號位置間的距離約225m,如圖。

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15m225m15m

（三）處理數(shù)據(jù)，設計簡單的綠波帶和紅綠燈電路（負責人：張鴻飛）

當汽車在第一個綠燈啟動后，設汽車以平均36km/h的速度向前

行駛，車子到第二個路口，所需要的時間是可以精確的估計出來，我

們只要在車子要到下一個路口之前，把紅燈變成綠燈，車子就可以在

不減速的情況下通過路口。因此，再調(diào)整兩處綠燈時間長短，車輛可

以一路暢通無阻，大大提高干線的通行能力。

1、設計簡單的綠波帶

無論是行人還是車輛，總是希望等紅綠燈的時間少點，往往我們

會遇到連續(xù)“吃紅燈”的情況，但有時也會遇到一路綠燈。研究小組

通過閱讀資料了解，目前有很多公路都安裝了智能信號燈系統(tǒng)，其中

綠波帶的設計是最常用的方法。因此本次研究重點思考了如何設計簡

單綠波帶。通過以上測量，我們知道1號位置路口寬15m,2號位置

路口寬12m,兩路口距離225m。如果1號位置的東西向綠燈時間設

置為20秒，此時2號位置的東西向為紅燈，距綠燈20秒，車輛在兩

路口行駛時間為23秒，可通行6輛車。

汽車的平均速度36km/h,并不是固定不變的，對于兩路口距離

較大的路段，汽車的平均速度還要適當增大，從而計算出一般情況下,

汽車所需時間。以此類推，通過更多的研究、計算，就可以為更多的

公路設計綠波帶。

2、設計傳統(tǒng)紅綠燈電路

根據(jù)紅綠燈發(fā)光特點，小組討論設計電路。

三、交流反思階段：對活動過程進行小結(jié)（負責人：徐曉鈞）

1、對于車流量較大的公路，往往會設計左轉(zhuǎn)信號燈和直行信號

燈分開的信號燈系統(tǒng)。我們相信通過進一步測量、計算、研究，也能

獲得較好效果。

2、通過走訪行人和駕駛員，我們發(fā)現(xiàn)大部分人希望通過倒計時

的方式，確定自己能否通過，同時在等紅燈時，通過讀表可以緩解等

待紅燈時的焦慮心理。

3、通過閱讀資料，我們發(fā)現(xiàn)，目前有很多智能信號燈，如新加

坡將在不久后在十字路口裝設利用無線射頻辨識科技，能“看見”老

人過馬路的交通信號系統(tǒng)。當老人過馬路時，綠燈的時間就會延長，

讓行動較為緩慢的老人，有充裕的時間過馬路?，F(xiàn)在越來越多地將

PLC應用于交通燈系統(tǒng)中。PLC可編程序控制器是以微處理器為基

礎,綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展而來的一種新

型工業(yè)控制裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點。PLC

本身具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能，將同一條道路上的信號燈組成一局域網(wǎng)進行

統(tǒng)一調(diào)度管理，可縮短車輛通行等候時間，實現(xiàn)科學化管理。我們相信

隨著科技的發(fā)展，交通信號燈系統(tǒng)一定會更加智能。

關于交通信號燈的調(diào)查問卷

您好！我們是初三年級學生，在進行綜合實踐活動，就大家對紅

綠燈的看法做些了解，希望您能幫助我們，完成以下問題：

1、您認為我鎮(zhèn)交通信號燈的數(shù)量如何？（）

A、較多B、較合適C、太少

2、您認為我鎮(zhèn)交通信號燈的時間設置是否合理？（）

A、合理B、不合理C、分布不均，不好說

3、您認為我鎮(zhèn)交通信號燈是否起到一定積極作用？（）

A、很有作用B、不明顯C、幾乎無有利作用

4、您是否每次過紅綠燈時都會有意看一看是紅燈還是綠燈？（）

A、是B、有時看C、幾乎不

5、您是否有過連續(xù)等紅燈的經(jīng)歷？（）

A、經(jīng)常B、偶爾C、沒有過

6、街上人很少時，如果遇到紅燈，您是否嚴格遵守交通信號燈的“指

令”？（）

A、是B、沒必要C、偶爾不遵守

7、您遵守“信號燈規(guī)則”的原因或動力是什么？（）（可多選）

A、安全因素B、道德素養(yǎng)C、法律規(guī)定

8、您是否認為近兩年與以前相比，我鎮(zhèn)人民對交通信號燈的重視程

度有所提高？（）

A、是B、幾乎不變C、不如從前

調(diào)查時間：2014年1月22日

初中物理綜合實踐活動

收集交通信號燈的基本信息

資料來源：互聯(lián)網(wǎng)絡、走訪交警中隊

收集人：卜雅雯

收集時間：2014年1月21日一23日

收集內(nèi)容：

道路交通信號燈是交通安全產(chǎn)品中的一種類別，是為了加強道路

交通管理，減少交通事故的發(fā)生，提高道路使用效率，改善交通狀況

的一種重要工具。適用于十字、丁字等交叉路口，由道路交通信號控

制機控制，指導車輛和行人安全有序地通行。

1、交通信號燈通常稱為紅綠燈，由紅燈(表示禁止通行)、綠燈

(表示允許通行)、黃燈(表示警示)組成。

2、主要技術(shù)指標

(1)輸入額定電壓：220V±10%50Hz

(2)輸入功率：紅(黃)圓盤S12W,綠箭盤S15W

(3)發(fā)光強度：N500cd，角度之30。

(4)發(fā)光色譜：紅色620-625nm、黃色590-593nm、綠色503-505nm

(5)發(fā)光亮度：紅色4000-6000mcd、黃色4000-6000mcd、綠色

8000-10000mcd,光源壽命N10萬小時

（6）發(fā)光面大?。簾裘姘l(fā)光面發(fā)光直徑300mm,400mm（國標）

3、交通信號燈可分為：機動車信號燈、非機動車信號燈、人行

橫道信號燈、車道信號燈、方向指示信號燈、閃光警告信號燈、道路

與鐵路平面交叉道口信號燈。

4、交通信號燈一般采用三種控制形式：

第一種為傳統(tǒng)紅綠燈，即在紅綠燈之間轉(zhuǎn)換，綠燈變紅燈時加黃

燈來緩沖；

第二種是在傳統(tǒng)紅綠燈基礎上加上綠燈閃爍（以下簡稱綠閃）功

能，即在綠燈將要結(jié)束之際加上閃爍，其目的是提醒車輛，并保留黃

燈緩沖時間；

第三種是數(shù)字顯示紅綠燈，這是目前大城市所用最多的紅綠燈，

這種是在第二種紅綠燈基礎上加左右轉(zhuǎn)彎和倒計時顯示。

另外人行道的紅綠燈對行人和車輛起到秩序化的放行和安全交

通的交通設備。人行道上的紅綠燈也與馬路上的紅綠燈大同小異，設

計方法也基本相同。

5、傳統(tǒng)紅綠燈：

十字路口每個方向各有一組紅綠燈，共四組。這種紅綠燈控制簡

單方便。但是缺點是只適合小型城市或者沒有行人過馬路和馬路兩邊

架設天橋的十字路口。如圖：

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傳統(tǒng)紅綠燈平面示意圖

6、交通信號燈常識

交通信號燈控制的交叉路口，應當按照下列規(guī)定通行：

（一）在劃有導向車道的路口，按所需行進方向駛?cè)雽蜍嚨溃?/p>

（二）準備進入環(huán)形路口的讓已在路口內(nèi)的機動車先行；

（三）向左轉(zhuǎn)彎時，靠路口中心點左側(cè)轉(zhuǎn)彎。轉(zhuǎn)彎時開啟轉(zhuǎn)向燈,

夜間行駛開啟近光燈；

（四）遇放行信號時，依次通過；

（五）遇停止信號時，依次停在停止線以外。沒有停止線的，停

在路口以外；

（六）向右轉(zhuǎn)彎遇有同車道前車正在等候放行信號時，依次停車

等候;

（七）在沒有方向指示信號燈的交叉路口，轉(zhuǎn)彎的機動車讓直行

的車輛、行人先行。相對方向行駛的右轉(zhuǎn)彎機動車讓左轉(zhuǎn)彎車輛先行。

第三十八條機動車信號燈和非機動車信號燈表示：

（一）綠燈亮時，準許車輛通行，但轉(zhuǎn)彎的車輛不得妨礙被放行

的直行車輛、行人通行;

（二）黃燈亮時，已越過停止線的車輛可以繼續(xù)通行；

（三）紅燈亮時，禁止車輛通行。

在未設置非機動車信號燈和人行橫道信號燈的路口，非機動車和

行人應當按照機動車信號燈的表示通行。

紅燈亮時，右轉(zhuǎn)彎的車輛在不妨礙被放行的車輛、行人通行的情

況下，可以通行。

第四十條車道信號燈表示：

（一）綠色箭頭燈亮時，準許本車道車輛按指示方向通行；

（二）紅色叉形燈或者箭頭燈亮時，禁止本車道車輛通行。

機動車駕駛員要注意車道信號燈和機動車信號燈的區(qū)別，車道信

號燈在信號燈的下面有箭頭的，機動車信號燈則沒有。

第五十二條機動車通過沒有交通信號燈控制也沒有交通警察指

揮的交叉路口，除應當遵守第五十一條第（二）項、第（三）項的規(guī)

定外，還應當遵守下列規(guī)定：

（一）有交通標志、標線控制的，讓優(yōu)先通行的一方先行；

（二）沒有交通標志、標線控制的，在進入路口前停車了望，讓

右方道路的來車先行；

（三）轉(zhuǎn)彎的機動車讓直行的車輛先行；

（四）相對方向行駛的右轉(zhuǎn)彎的機動車讓左轉(zhuǎn)彎的車輛先行。

7、兒童交通信號燈常識

紅綠燈

交叉路口紅綠燈，指揮交通顯神通；

綠燈亮了放心走，紅燈亮了別搶行；

黃燈亮了要注意，人人遵守紅綠燈。

上學校

小學生，起得早，交通小隊排得好；

過馬路，走橫道，交通安全要記牢；

聽指揮，別亂跑，平平安安到學校。

交通安全真重要

交通安全真重要，人民生活離不了。

保障安全有措施，交通法規(guī)要牢記。

大馬路上車潮涌，警察指揮要服從。

紅綠黃燈是命令，標志標線要看清。

交通規(guī)則要記牢

小朋友，你別跑，站穩(wěn)腳步把燈瞧。

紅燈停，綠燈行，黃燈請你準備好，

過路應走斑馬線，交通規(guī)則要記牢。

遵守交通規(guī)則

民警叔叔頂呱呱，全心全意為大家,

來往車輛聽他話。紅燈亮，要停下，

綠燈亮，才能行，安全行車人人夸。

注意交通安全

交通安全很重要,交通規(guī)則要牢記;

從小養(yǎng)成好習慣,不在路上玩游戲;

行走應走人行道,沒有行道往右靠;

天橋地道橫行道,橫穿馬路離不了;

一慢二看三通過,莫與車輛去搶道;

騎車更要守規(guī)則,不能心急闖紅燈;

轉(zhuǎn)彎車速必減慢,搶行猛拐釀車禍;

乘車安全要注意,遵守秩序要排隊;

手、頭不能出車窗，扶緊把手莫忘記

8、看信號燈技巧

一、交通信號燈捕獲時期與看法：必須看清信號燈（可能的話到

達信號燈之前2-3個信號燈就看到信號）?？匆娦盘枱艉髴摲磸痛_

認，預測信號燈變化，不能過急，要從容地行駛。

二、信號燈變化周期的預測與判斷方法：從遠處看到信號燈時，

應判斷下一個信號周期。

綠色信號燈：不一定能通過，根據(jù)變成黃色信號燈判斷（隨時都

要準備減速、停車）。

黃色信號燈：根據(jù)到達交叉道口的距離、速度，判斷是前行還是

停車。

紅色信號燈：停車。從遠處看已經(jīng)是紅燈時，預測變成綠燈的時

間，以把握行駛車速。

9、車流量：在一定的時間內(nèi)，某條公路點上所通過的車輛數(shù)，

用公式表示：車流量公式為：車流量二單位時間*車速/（車距+車身長）。

車流量大小是設置交通信號燈的重要因素。

10、綠波帶：綠波帶就是在指定的交通線路上，當規(guī)定好路段的

車速后，要求信號控制機根據(jù)路段距離，把該車流所經(jīng)過的各路口綠

燈起始時間，做相應的調(diào)整，以確保該車流到達每個路口時，正好遇

到“綠燈”。

初中物理綜合實踐活動

調(diào)查交通信號燈設置情況及車流量

調(diào)查時間：2014年1月24日

調(diào)查地點：奚家巷路口，農(nóng)貿(mào)市場路口

調(diào)查人員：卜雅雯、徐曉鈞、張鴻飛、胥川

我們學校所在集鎮(zhèn)有一條省級公路，一條縣級公路以及多條鎮(zhèn)級

公路。我們選擇了一條有5個不同十字路口的馬路，本次主要研究其

中兩個交通信號燈如圖“1號位置”和“2號位置”。這是一條新建公

路，“1號位置”信號燈設置較早，“2號位置”信號燈剛剛設置，這

兩處交通信號燈都采用傳統(tǒng)的紅綠燈?！?號位置”是縣級公路與鎮(zhèn)

級公路交叉口，南北向為縣級公路，東西向為鎮(zhèn)級公路，均為雙向二

車道?！?號位置”是兩條鎮(zhèn)公路交叉口，也為雙向2二車道。

1號位置

“1號位置”交通信號燈時間設置情況與車流量:

上午10：00—10:30南北向東西向

第一次南北向紅燈亮—_s停車_____輛通過_____一輛

第一次南北向綠燈亮—_s通過_____輛停車_____輛

第二次南北向紅燈亮—_s停車_____輛通過_____一輛

第二次南北向綠燈亮—_s通過_____一輛停車_____輛

第三次南北向紅燈亮—_s停車_____輛通過_____輛

第三次南北向綠燈亮—_s通過_____一輛停車_____輛

“2號位置”交通信號燈時間設置情況與車流量:

上午10：00—10:30南北向東西向

第一次南北向紅燈亮—_s停車_____輛通過_____輛

第一次南北向綠燈亮—_s通過_____輛停車_____一輛

第二次南北向紅燈亮—_s停車_____輛通過_____輛

第二次南北向綠燈亮—_s通過__