信號(hào)交叉口行人過街方法改善

張世亮 汪明杰 劉曉娜

（長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院 西安710064）

0 引 言

雖然近年來(lái)汽車出行日益普及，但由于我國(guó)人口基數(shù)大，步行仍然占有較大的出行比重。行人出行速度較慢，隨意性較大的交通流特性，在交通活動(dòng)參與中始終處于下風(fēng)。機(jī)動(dòng)車與行人混行在降低交叉口通行能力的同時(shí)，對(duì)行人自身的出行安全也帶來(lái)威脅。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，步行事故出行死亡率占總事故死亡率的25%，其中90%的步行出行事故是在穿越交叉口時(shí)發(fā)生的。

進(jìn)行分離能夠提高過街的安全性。通常的分離方法可以分為3類：①法律和法規(guī)規(guī)范出行行為，如標(biāo)志標(biāo)線；②障礙物，如路側(cè)護(hù)欄和安全島；③給予路權(quán)，如專用行人相位。目前我國(guó)主要采用前2種隔離措施［1］。對(duì)于第3種方式，國(guó)內(nèi)有學(xué)者做了大量的研究，如劉金明等對(duì)于信號(hào)交叉口行人過街優(yōu)化組織的研究，主要從交通組織的角度研究如何提高行人過街的安全性，還有的從行人的心理和信號(hào)控制的角度研究行人過街行為，如李克平等在信號(hào)控制交叉口行人過街交通組織與控制一文中所述［2］。

信號(hào)控制是運(yùn)用空間分離思想分離行人流的主要手段，優(yōu)點(diǎn)在于易于操作，經(jīng)濟(jì)性好，最早2相位交叉口能夠適應(yīng)城市已有的交通量，但是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，出行汽車化程度的提高，3相位，4相位控制的交叉口日益增多。這就給利用交叉口左轉(zhuǎn)方向的綠燈通行時(shí)間，適時(shí)的組織行人過街組織提供了條件，在改善交叉口交通秩序的同時(shí)提高行人的通行能力和出行的安全性［3－4］。

1 行人過街方法的改善

在城市交通系統(tǒng)中，平面交叉口是制約交通的瓶頸所在，由于我國(guó)城市發(fā)展受到傳統(tǒng)城市布局的影響，十字形交叉口和T形交叉口在道路網(wǎng)中扮演著重要的角色。解決交叉口行人流與機(jī)動(dòng)車流的沖突可以提升城市道路網(wǎng)的承載力，緩解城市交通壓力。

1.1 十字形交叉口的改善

最近的研究中，人們通過運(yùn)用二次過街的理念提出了一種信號(hào)交叉口行人過街方式，其基本思想是運(yùn)用左轉(zhuǎn)相位綠燈時(shí)間間隙組織行人的二次過街行為［5－6］，即改變相位相序，運(yùn)用左轉(zhuǎn)相位時(shí)，沒有直行車輛占用出口車道的特點(diǎn)，允許一部分行人在車輛左轉(zhuǎn)是行至出口車道或設(shè)置的安全區(qū)內(nèi)等待放行，改變相位設(shè)計(jì)后可供行人通行的相位從原來(lái)的2個(gè)相位拓展到全部4個(gè)相位，行人的通行時(shí)間大幅度增加，相應(yīng)的等待時(shí)間減少，并且行人可以利用機(jī)動(dòng)車左轉(zhuǎn)相位時(shí)間走行大約人行橫道一半的距離（行人流不與左轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車流交叉），等到下一個(gè)相位時(shí)即可快捷地通過。以此提高交叉口行人的通行能力［5］。具體相位見圖1。

圖1 4相位行人過街相位圖Fig.1 Four－phase crossing phase diagram

由圖可見，通過運(yùn)用左轉(zhuǎn)相位間隙組織行人過街，較傳統(tǒng)的交叉口一次性過街組織形式，增加了行人過街的通行時(shí)間，提高了交叉口行人過街的通行能力。但是在組織左轉(zhuǎn)相位過街時(shí)，存在行人過街時(shí)被直行車輛阻隔的情況，形成了沖突點(diǎn)（見圖1中①和③相位圖），造成了行人在此階段過街的不連續(xù)性。為了使過街符合連續(xù)性和安全性的要求，可做出以下改善。將兩左轉(zhuǎn)相位之間的直行相位變換相序，使2個(gè)左轉(zhuǎn)相位毗鄰，就使得二次過街行為具有了連續(xù)性。具體相位圖見2：

圖2 改善后四相位行人過街相位圖Fig.2 Four－phase crossing phase diagram

可以看出在相位②和相位③中行人過街較為連續(xù)，但是相位③中東西方向人流與相位④中南北直行方向車流仍然存在沖突（如圖2中④相位圖）。同樣相位①與相位②也存在沖突，行人過街存在安全性問題。

為了解決這個(gè)問題，借鑒辛東，關(guān)宏志等的行人駐足區(qū)理念［8］，利用在交叉口交通組織中不參與交通行為的道路空間，為過街不完全的行人提供再次等候過街創(chuàng)造條件。即利用左轉(zhuǎn)車道在直行時(shí)不參與交通行為的特點(diǎn)連同中央分隔帶端部空間和一條對(duì)向相鄰車道，建立行人待行區(qū)。具體設(shè)置位置和渠化見圖3。

圖3 行人待行區(qū)設(shè)置及渠化圖Fig.3 Pedestrians crossing canalization diagram

利用進(jìn)口方向斷面內(nèi)的左轉(zhuǎn)車道和對(duì)向相鄰的一個(gè)直行車道前的閑置空間，建立一個(gè)7 m長(zhǎng)左右，寬度與人行橫道相當(dāng)?shù)男腥舜袇^(qū)。建立的行人待行區(qū)可以在直行相位（見圖2中，①和④相位）時(shí)為沒能成功過街的行人提供等待再次過街的空間，并存儲(chǔ)一定的人流量，這些人流可在下一個(gè)直行或左轉(zhuǎn)相位內(nèi)再次完成過街。

對(duì)角線方向上行人過街距離過長(zhǎng)一直是困擾行人交通組織的難題。在組織二次過街時(shí)，行人完成一次對(duì)角線過街需要最多4次過街行為才能完成，這在心理上會(huì)給出行者以出行壓力，同時(shí)也增加了行人違章過街的發(fā)生。

為了解決二次過街交通組織中對(duì)角線方向上過街距離過長(zhǎng)的問題，經(jīng)過分析，在建立上述待行區(qū)的基礎(chǔ)上，可以在各行人待行區(qū)之間建立人行橫道，通過左轉(zhuǎn)相位組織對(duì)角線方向上的行人過街。在此只演示一個(gè)方向的行人過街過程，見圖4。具體渠化見圖5。

圖4 對(duì)角線方向行人過街相位圖Fig.4 Diagonal direction crossing phase diagram

圖5 十字型交叉口渠化圖Fig.5 The intersection canalization diagram

對(duì)于過街行人與左轉(zhuǎn)車流存在沖突，可以利用交叉口信號(hào)配時(shí)中的全紅時(shí)段，提前放行行人過街，以便清空駐足區(qū)內(nèi)的人員。同時(shí)在交叉口施畫左轉(zhuǎn)車流導(dǎo)向線，引導(dǎo)左轉(zhuǎn)車流按渠化線行駛，并且在交叉口設(shè)置攝像頭，進(jìn)一步規(guī)范機(jī)動(dòng)車行人的交通行為，以避免與行人產(chǎn)生沖突點(diǎn)，保障行人過街安全。

通過這樣的交通組織之后，我們可以看到對(duì)向過街從原本4次過街行為減少為3次，在過街的距離和時(shí)間都比常規(guī)和沒有連接行人待行區(qū)的交叉口短，減輕了出行者的出行壓力?？梢栽诖袇^(qū)附近設(shè)置路燈，以便夜間機(jī)動(dòng)車駕駛員觀察交叉口情況，提高過街的安全性。

未改善前的行人過街方法，未能解決二次過街中直行車流與行人的沖突問題，且對(duì)角線方向的過街距離和時(shí)間過長(zhǎng)，很難克服過街時(shí)間過長(zhǎng)給行人帶來(lái)的心理壓力，使這種方法不能夠?yàn)榇蠖鄶?shù)人所接受。與前者相比，此方法進(jìn)一步的減少交叉口機(jī)動(dòng)車與行人的沖突點(diǎn)個(gè)數(shù)，并且充分考慮到行人過街心理，盡量利用時(shí)間，空間資源減少過街距離，這不僅有助于減少出行時(shí)間，同時(shí)也減少了行人接受新方法的阻力，時(shí)間的縮短更有助于行人自覺遵守交通規(guī)則。

1.2 信號(hào)設(shè)置

為了配合這樣的交通組織方式，同時(shí)需要信號(hào)燈的配合控制，由于是多次過街，在交叉口較大，車流量較多的地段，需要在中央分隔帶或分隔護(hù)欄上增加兩個(gè)行人信號(hào)燈，以便在左轉(zhuǎn)相位內(nèi)進(jìn)行交通組織，具體的信號(hào)燈設(shè)置和相位配時(shí)圖見圖6、圖7。

圖6 行人信號(hào)機(jī)位置及編號(hào)Fig.6 Pedestrian signal location and number

圖7 交叉口信號(hào)機(jī)配時(shí)圖Fig.7 The intersection signal timing diagram

1.3 T形交叉口的改善

對(duì)于較大型的城市信號(hào)控制T形交叉口，同樣可以進(jìn)行基于二次過街理念上的多次過街交通組織，它的方法與上述的十字型交叉口相類似。2相位信號(hào)控制T形交叉口中存在4個(gè)沖突點(diǎn)，具體渠化及相位圖見圖8，圖9［7－8］。

圖8 信號(hào)控制T形交叉口渠化圖Fig.8 T intersection canalization diagram

圖9 信號(hào)控制T形交叉口相位圖Fig.9 The phase diagram of T intersection

為了減少右轉(zhuǎn)車對(duì)交叉口直行和左轉(zhuǎn)車流的影響，開辟專用右轉(zhuǎn)車道同時(shí)可設(shè)置過街島。具體渠化如圖10所示。采用二次過街組織方法對(duì)T形交叉口行人過街進(jìn)行優(yōu)化后的相位圖見圖11。

圖10 改造后T形交叉口渠化圖Fig.10 New canalization of T intersection

圖11 改善后T形交叉口相位圖Fig.11 Optimized phase diagram of T intersection

這樣就消除了3個(gè)沖突點(diǎn)，如果在交叉口實(shí)行禁左，讓車輛在臨近的交叉口或路段下游繞行左轉(zhuǎn)或掉頭左轉(zhuǎn)，就能夠完全消除T型交叉口的沖突點(diǎn)，提高通行能力［5，7］。同樣這種交通組織需要在道路中間增設(shè)行人信號(hào)燈來(lái)控制未能一次過街成功的行人，但不需要設(shè)置待行區(qū)。改善后的相位圖見圖12。

圖12 禁左后T形交叉口相位圖Fig.12 Banning left turn phase diagram

2 行人過街時(shí)間分析

2.1 行人過街最短綠燈時(shí)間

行人過街最短綠燈時(shí)間是指能夠滿足行人過街時(shí)從一個(gè)駐足區(qū)安全地到達(dá)另一駐足區(qū)的行人通行相位的最短綠燈時(shí)間長(zhǎng)度。同時(shí)，行人過街最短綠燈時(shí)間也是直行機(jī)動(dòng)車相位長(zhǎng)度的一個(gè)重要約束條件。行人過街最短綠燈時(shí)間越短，行人越快過街，車輛通行能力越大，常規(guī)的交叉口最短綠燈時(shí)間可以用下式計(jì)算［8］：

式中：tgmin為最小綠燈時(shí)間；Dpmax為交叉口人行橫道距離；v為行人過街速度，一般取1.2 m／s；y為綠燈間隔，一般取值在負(fù)8 s到正15 s之間，這里取均值正4 s。

經(jīng)過改造后的交叉口最短綠燈時(shí)間可用下式計(jì)算：

式中：Dp為建立的行人待行區(qū)到街對(duì)面的距離，由于行人駐足區(qū)設(shè)立時(shí)占用了一個(gè)方向的車道，所以Dp取值為交叉口進(jìn)口車道數(shù)n減再乘以車道寬度，車道寬度取3.5 m。

列出幾種不同交叉口間距的最短綠燈時(shí)間對(duì)比，見表1。

表1 行人過街最短綠燈時(shí)間對(duì)比Tab.1 Minimum green time contrast of pedestrian crossing

2.2 對(duì)角線方向過街時(shí)間

常規(guī)交叉口對(duì)角線方向過街時(shí)間可以用下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：t為對(duì)角線方向過街時(shí)間；L1，L2為相交兩路段交叉口寬度；v為步行速度；y為綠燈間隔。

設(shè)立行人待行區(qū)后，行人能夠在全時(shí)段進(jìn)行過街行為，對(duì)角線方向過街時(shí)間可用下式計(jì)算

式中：D1，D2為2相交路段，交叉口進(jìn)口道去掉一個(gè)進(jìn)口車道后的寬度；DM為2行人駐足區(qū)之間的距離。

可以列出不同人行橫道寬度對(duì)角線方向行人過街時(shí)間對(duì)比表，見表2。

表2 對(duì)角線方向行人過街時(shí)間對(duì)比Tab.2 Pedestrian crossing time contrast of diagonal direction

由表1、2可知，運(yùn)用此方法組織行人過街，較常規(guī)交叉口的直線過街時(shí)間縮短了50%以上，對(duì)角線方向過街時(shí)間節(jié)省了約25%，隨著道路寬度的增加，縮短的比率有所下降，但變化不大，穩(wěn)定性較好。過街最短綠燈時(shí)間縮短有利于排除行人信號(hào)燈配時(shí)對(duì)機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈配時(shí)的影響和約束［8］。

2.3 通行能力分析

本文方法是基于行人通行能力已達(dá)到《城市道路交通規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》中要求設(shè)置安全島條件的基礎(chǔ)上，討論設(shè)置駐足區(qū)能夠增加的行人通行能力部分。根據(jù)《HCM2000》中關(guān)于行人延誤的計(jì)算公式，可以驗(yàn)證此方法的有效性，具體公式如下。

式中：dp為人均延誤，s；T為信號(hào)周期長(zhǎng)度，s；g為對(duì)行人的有效綠燈時(shí)間，s。假定式中的g按照《HCM2000》給出的常規(guī)信號(hào)交叉口g值滿足下式，如果運(yùn)用本文的方法那么1次直行過街行為只會(huì)在1個(gè)周期中停留1次，故可認(rèn)為此方法的g1值為3／4的信號(hào)周期左右：

同樣可以給出不同人行橫道寬度行人過街時(shí)間延誤對(duì)比見表3。

表3 行人過街平均延誤時(shí)間對(duì)比Tab.3 Pedestrian crossing time contrast

由表3可見，各信號(hào)周期的平均延誤均處在10 s以上，按照《HCM2000》中的相關(guān)規(guī)定，均處在B級(jí)服務(wù)水平，改善后的行人過街平均延誤時(shí)間，大大降低了行人過街平均延誤，各信號(hào)周期所對(duì)應(yīng)的服務(wù)水平均達(dá)A級(jí)，效果明顯。且隨著信號(hào)周期增長(zhǎng)，下降比例逐漸增大，具有很好的穩(wěn)定性。

行人待行區(qū)的建立可在交叉口存儲(chǔ)人流量?！禜CM2000》中指出行人在排隊(duì)或站立式所需的空間為0.75 m2。那么1個(gè)行人駐足區(qū)可容納人數(shù)的具體公式［8］如下。

式中：N為人數(shù)；L為待行區(qū)長(zhǎng)度，m；W為待行區(qū)寬度，m。

優(yōu)化后的交叉口行人增加的通行能力為

式中：C為提高的通行能力，人／h；T為信號(hào)周期。簡(jiǎn)單計(jì)算可知，在120 s信號(hào)周期，寬度1.5 m的人行橫道上，設(shè)置這種行人駐足區(qū)能夠在交叉口每小時(shí)增加1 680人次的通行能力。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過對(duì)基于二次過街理念的行人過街交通組織方法進(jìn)行了分析，提出了行人待行區(qū)設(shè)計(jì)，進(jìn)行了十字形交叉口行人過街組織優(yōu)化，同時(shí)對(duì)城市信號(hào)控制T形交叉口的行人二次過街組織進(jìn)行了交叉口的改造和信號(hào)優(yōu)化設(shè)計(jì)，供后來(lái)者參考。

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