信號(hào)交叉口行人步行速度特性分析＊

吳江玲 張生瑞 王秋平 趙躍峰

（長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院1） 西安 710054）（西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院2） 西安 710055）

（長(zhǎng)安大學(xué)雜志社3） 西安 710054）

0 引 言

國(guó)外對(duì)行人步行速度的研究主要集中在車(chē)站、廣場(chǎng)、人行道、步行街等，對(duì)信號(hào)交叉口行人步行速度特性的研究較少.加拿大的Coffin等［1］對(duì)老年行人通過(guò)人行橫道時(shí)的步速進(jìn)行研究，推薦在老年公寓和養(yǎng)老院附近等老年人活動(dòng)頻繁的交叉口和交叉口間的行人過(guò)街處老年行人的15%位速度（1.0 m／s）為其設(shè)計(jì)速度，在其他地方為1.2m／s.美國(guó)賓夕法尼亞州交通研究所Knoblauch等［2］分別對(duì)13～64歲和65歲及以上行人在交叉口的行走速度和啟動(dòng)時(shí)間進(jìn)行了研究，得出這兩組行人的平均步行速度、15%位速度分別為：（1）1.51，1.25m／s和（2）1.25，0.97m／s；并分析了行人個(gè)體特性和環(huán)境因素對(duì)行人步行速度的影響.Guerrier等［3］通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查和視頻錄像對(duì)美國(guó)邁阿密5個(gè)交叉口行人過(guò)街進(jìn)行研究，所有行人15%位速度為0.94m／s，得出年輕人和老年人的平均過(guò)街速度和15%位速度，并分析了行人過(guò)街困難的原因.Mohammed［4］通過(guò)調(diào)查與分析提出了約旦的交通信號(hào)設(shè)計(jì)推薦設(shè)計(jì)速度為1.11m／s.Steven等［5］調(diào)查了澳大利亞4個(gè)城市的行人在工作日和周末過(guò)街速度的差別，對(duì)比了在信號(hào)控制的交叉口與路段人行橫道行走有困難的行人和健康人在步速上的差別，以及在工作日和周末過(guò)街時(shí)行人啟動(dòng)損失時(shí)間的差別.John等［6］回顧了美國(guó)交通設(shè)備管理手冊(cè)（MUTCD）中從1961～2007年信號(hào)交叉口設(shè)計(jì)步行速度的探索歷史，并分析了將其由1.22 m／s修改為1.07 m／s的合理性.

景超［7］分性別、年齡和單個(gè)行人及行人群等行人步速進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，并探討了行人步速在不同車(chē)道上的分布.徐吉謙等［8］考慮了年齡、性別、教養(yǎng)等對(duì)行人步行速度的影響.馮樹(shù)民等［9］通過(guò)調(diào)查與分析得出哈爾濱市總體行人平均過(guò)街速度為1.47m／s，85%位速度為1.74m／s，15%位速度為1.19m／s；建議信號(hào)交叉口的設(shè)計(jì)中使用15%（1.19m／s）位過(guò)街速度作為設(shè)計(jì)速度；在老年人經(jīng)常出現(xiàn)的地區(qū)，設(shè)計(jì)速度應(yīng)為老年人的15%位速度（1.07m／s）.孔令錚等［10］對(duì)上海市幾個(gè)典型信號(hào)交叉口不同因素作用下的行人步行過(guò)街速度分時(shí)段、區(qū)域和年齡群體進(jìn)行研究，推薦信號(hào)交叉口行人過(guò)街步行設(shè)計(jì)速度為0.93～1.1 m／s之間.

文中從行人自身特性和交叉口特性方面的影響分析了行人步行速度特性，重點(diǎn)分析了行人過(guò)街步行速度分布特征；最后給出西安市十字信號(hào)交叉口行人過(guò)街設(shè)計(jì)速度推薦值.

1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集

1.1 數(shù)據(jù)采集地點(diǎn)

選取西安市4典型的信號(hào)交叉口，交叉口主要情況見(jiàn)表1.

表1 交叉口設(shè)置

1.2 數(shù)據(jù)采集方法

為采集信號(hào)交叉口行人過(guò)街步行速度，于2012年1月9日（星期一）12：00～14：00及16：30～18：30通過(guò)攝像機(jī)視頻對(duì)行人過(guò)街行為進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，調(diào)查采用了視頻數(shù)據(jù)采集法.

控制樣本量的目的是控制觀測(cè)速度值的精度.行人步行速度調(diào)查所需觀測(cè)的最小行人數(shù)，即樣本量按下式計(jì)算：

式中：n為最小樣本量；E為步速觀測(cè)值允許誤差，m／s，其值取決于行人步速要求的精度，一般取E=0.07m／s.根據(jù)測(cè)速儀器的性能，以及試驗(yàn)要求，調(diào)查步速觀測(cè)值允許誤差取E=0.07m／s；K為置信度水平系數(shù)，其值見(jiàn)表2，一般取95%的置信度水平，即K取1.96；σ為估計(jì)樣本的標(biāo)準(zhǔn)偏差，一般取0.37m／s［11］.

表2 置信度水平K 值表

根據(jù)各個(gè)參數(shù)的取值，利用上式，計(jì)算出調(diào)查所需的最小樣本量：n=107.

文中所取樣本量見(jiàn)表3.

表3 調(diào)查樣本量

2 信號(hào)交叉口行人步行速度特性影響因素

影響行人過(guò)街速度的因素包括行人本身的性別和年齡、人行橫道長(zhǎng)度、出行目的、有無(wú)人同行、車(chē)流量、人群數(shù)量、信號(hào)配時(shí)等多種因素［11-12］，本文在整理調(diào)查數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，選取行人自身特性和交叉口特性中性別、年齡和人行橫道長(zhǎng)度等幾個(gè)影響較大的因素進(jìn)行分析研究.

對(duì)采集到的視頻圖像信息在計(jì)算機(jī)上按照性別、年齡和人行橫道長(zhǎng)度分組進(jìn)行處理，得到各分組數(shù)據(jù).

3 不同影響因素下步行速度特性

3.1 不同性別行人步行速度特性

對(duì)不同性別行人步行速度采用多種分布類(lèi)型進(jìn)行擬合，并用Kolmogorov-Smirnov方法進(jìn)行擬合優(yōu)度檢驗(yàn)；對(duì)比K-S擬合優(yōu)度檢驗(yàn)結(jié)果，男性和女性步行速度很好的服從正態(tài)分布.

圖1和圖2分別是男性步行速度分布直方圖與分布擬合Q-Q圖；圖3和圖4分別是女性行人的步行速度分布直方圖與分布擬合Q-Q圖.

圖1 男性行人步行速度直方圖

圖2 男性行人步行速度Q-Q 圖

圖3 女性行人步行速度直方圖

圖4 女性行人步行速度Q-Q 圖

從圖中可看出兩者分布都具有一定偏態(tài)，同時(shí)男性步速均值、最大值均高于女性的統(tǒng)計(jì)值.這說(shuō)明一般情況下女性步行速度低于男性，同時(shí)速度波動(dòng)范圍也低于男性.從兩者的Q-Q圖上看出期望正態(tài)值與觀測(cè)值具有高度的吻合性.

采用K-S方法進(jìn)行正態(tài)分布擬合優(yōu)度檢驗(yàn)的結(jié)果見(jiàn)表4，可以看出2種樣本的檢驗(yàn)顯著性水平都大于0.05，符合正態(tài)分布.具體統(tǒng)計(jì)指標(biāo)參數(shù)見(jiàn)表5.

由表5 可見(jiàn)，男性步行速度的變化范圍是0.50～2.25 m／s，均值約為1.23 m／s.女性的步行速度的變化范圍是0.63～1.82m／s，均值約為1.13m／s.男性的步行速度均值比女性快0.10 m／s.男性15%位步行速度為0.90 m／s，女性15%位步行速度為0.89m／s.

表4 行人速度分布檢驗(yàn)結(jié)果

3.2 不同年齡組行人步行速度特性

本研究把行人按照青年人（16～40歲）、中年人（40～65歲）和老年人（65歲以上）進(jìn)行分類(lèi)，不同年齡組的行人速度分布箱索圖見(jiàn)圖6，可以看出，按照年齡進(jìn)行分類(lèi)，青年過(guò)街速度最快，中年人次之，老年人最慢.

表5 男性與女性行人速度分布

對(duì)3種年齡類(lèi)型的行人步行速度采用多種分布模型進(jìn)行擬合測(cè)試之后，研究發(fā)現(xiàn)利用對(duì)數(shù)正態(tài)分布可以很好地?cái)M合數(shù)據(jù).采用對(duì)數(shù)正態(tài)分布進(jìn)行擬合，采用單樣本K-S方法進(jìn)行擬合優(yōu)度檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6，可看出在3種類(lèi)型下樣本的檢驗(yàn)顯著性水平符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布.同時(shí)得到具體的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)見(jiàn)表7.

圖5 不同年齡組的行人步速分布箱索圖

表6 行人速度分布檢驗(yàn)結(jié)果

表7 不同年齡行人速度分布

由表7可見(jiàn)，青年人步行速度的變化范圍是0.62～2.25m／s，均值為1.25m／s；中年人的步行速度的變化范圍是0.52～2.06 m／s，均值為1.13m／s；老年人步行速度的變化范圍是0.50～2.00m／s，均值為1.02m／s.中年人平均速度比青年人慢0.12m／s，比老年人快0.11m／s，老年人的步行速度明顯的低于青年人和中年人.

標(biāo)準(zhǔn)差表示的是樣本數(shù)據(jù)的離散程度，由3組樣本的標(biāo)準(zhǔn)差值可以看出，青年人步行速度離散度最大，老年人步行速度離散度最小，中年人處于兩者之間.

3.3 交叉口相交道路人行橫道長(zhǎng)度（LP）的影響

通過(guò)分析交叉口相交道路人行橫道長(zhǎng)度LP相差不大和相差較大2種類(lèi)型交叉口的行人速度特性，了解行人通過(guò)不同類(lèi)型交叉口時(shí)的行為特征.張壯［13］分析了城市四支信號(hào)交叉口不同長(zhǎng)度的人行橫道上（分別為14m 和40m）行人速度的分布特性，得出長(zhǎng)14 m 的人行橫道處行人的步行速度的均值為1.31 m／s，長(zhǎng)度為40 m 的人行橫道處行人步行速度均值為1.35m／s，但兩者取自不同的交叉口，并沒(méi)有考慮同一個(gè)交叉口人行橫道長(zhǎng)度不同時(shí)該因素對(duì)行人步行速度的影響.

本研究選取西安市高新區(qū)典型交叉口進(jìn)行分析研究，對(duì)比分析行人步行速度特性.整理調(diào)查數(shù)據(jù)，并進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)，以男性青年的步行速度為例探討，結(jié)果見(jiàn)表8.

表8 交叉口男青年步行速度統(tǒng)計(jì)表

由表8可見(jiàn)，人行橫道長(zhǎng)度越長(zhǎng)行人的步行速度越大的結(jié)論并非完全成立，交叉口相交道路的人行橫道長(zhǎng)度差異同樣影響行人步行速度.初步的研究表明，同一交叉口相交道路人行橫道長(zhǎng)度相差不大時(shí)，行人平均步行速度相差不大，相交道路人行橫道長(zhǎng)度相差較大時(shí)，行人平均步行速度差別較大；但不同交叉口無(wú)法得出類(lèi)似的結(jié)論.

4 設(shè)計(jì)速度推薦值

一般認(rèn)為行人過(guò)街過(guò)程中，行人過(guò)街條件至少滿(mǎn)足85%的行人通過(guò)（即設(shè)計(jì)速度采用速度累計(jì)頻率分布的15%位速度）［14］.西安市目前未給出明確的信號(hào)交叉口行人過(guò)街設(shè)計(jì)速度值，根據(jù)統(tǒng)計(jì)的近1600組實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)，西安市十字信號(hào)交叉口不同影響因素條件下的行人過(guò)街設(shè)計(jì)速度推薦值見(jiàn)表9.與其它文獻(xiàn)比較發(fā)現(xiàn)本研究采集到的速度數(shù)據(jù)偏低，排除誤差因素后，考慮不同地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度不同，城市生活節(jié)奏也有所區(qū)別，行人步行速度特性也有所不同.

表9 西安市十字信號(hào)交叉口行人過(guò)街設(shè)計(jì)速度推薦值 m／s

由表9可知，考慮性別和年齡影響的15%位行人步速值分布在0.786～0.933m／s之間，而總體行人的15%位速度值為0.868m／s.為體現(xiàn)以人為本保障弱勢(shì)群體（特別是老年人和有行走障礙的人士）的原則，保證絕大多數(shù)行人安全、順利地通過(guò)交叉口而又不至于造成太大延誤；綜合考慮，本研究建議西安市十字信號(hào)交叉口行人過(guò)街設(shè)計(jì)速度宜取在0.85～0.93m／s之間.

5 結(jié) 論

文中從行人自身特性和交叉口特性的影響分析了行人步行速度特性，重點(diǎn)分析了行人過(guò)街步行速度分布特征，給出西安市十字信號(hào)交叉口行人過(guò)街設(shè)計(jì)速度推薦值.

1）年齡、性別、人行橫道長(zhǎng)度對(duì)行人過(guò)街步速在數(shù)值上的影響方面得出的結(jié)論與以前學(xué)著研究結(jié)果基本相似.

2）擬合和檢驗(yàn)結(jié)果顯示：男性和女性步行速度分布都符合正態(tài)分布；不同年齡段行人速度分布符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布.

3）人行橫道長(zhǎng)度越長(zhǎng)行人的步行速度越大并非嚴(yán)格成立，還與交叉口相交道路的人行橫道長(zhǎng)度的差別程度有關(guān)；后續(xù)可以進(jìn)行差異性 對(duì)行人步速影響的顯著性等方面的研究.

4）信號(hào)交叉口設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定行人過(guò)街設(shè)計(jì)速度；建議西安市十字信號(hào)交叉口行人過(guò)街設(shè)計(jì)速度宜取在0.85～0.93m／s之間.

5）就西安市而言，行人總體的步行速度偏慢，且年齡層次分明，本文的研究工作可為西安市相關(guān)規(guī)范參數(shù)提供理論和數(shù)據(jù)支持.

另外，本研究數(shù)據(jù)采集工作在冬季、天氣晴朗的情況下進(jìn)行，沒(méi)有考慮季節(jié)和惡劣天氣的影響.信號(hào)交叉口行人步行速度特性的研究還存在很大空間，考慮更多其他因素影響下（車(chē)流量、人群數(shù)量、信號(hào)配時(shí)等），及對(duì)不同特征個(gè)人組成的人群速度研究等方面都是未來(lái)可以研究的方向.

［1］COFFIN A，MORRALL J.Walking speeds of elderly pedestrians at crosswalks［J］.Transportation Research Record，1995，1487：63-67.

［2］KNOBLAUCH R L，PIETRUCHA M T，NITZBURG M.Field studies of pedestrian walking speed and start-up time［J］.Transportation Research Record：Journal of the Transportation Research Board，1996（1）：27-38.

［3］GUERRIER J H，JOLIBOIS S C.The safety of elderly pedestrians at five urban intersections in Miami［C］∥Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society Annual Meeting，SAGE Publications，1998，42（2）：171-175.

［4］TARAWNEH M S.Evaluation of pedestrian speed in Jordan with investigation of some contributing factors［J］.Journal of Safety Research，2001，32（2）：229-236.

［5］BENNETT S，F(xiàn)ELTON A，AK?ELIK R.Pedestrian movement characteristics at signalised intersections［C］∥23rd Conference of Australian Institute of Transport Research，Clayton，Victoria，Australia，2001.

［6］LAPLANTE J，KAESER T P.A history of pedestrian signal walking speed assumptions［C］∥3rd Urban Street Symposium：Uptown，Downtown，or Small Town：Designing Urban Streets That Work，2007.

［7］景 超.行人過(guò)街交通特性研究［D］.長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2007.

［8］徐吉謙，陳學(xué)武.交通工程總論［M］.3版.北京：人民交通出版社，2008：22-23

［9］馮樹(shù)民，吳閱辛.信號(hào)交叉口行人過(guò)街速度分析［J］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，36（1）：76-78.

［10］孔令錚，徐若瀛，許逸倫，蔣 瀟.信號(hào)交叉口行人過(guò)街步行速度的調(diào)查與研究［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2010（24）：86-89.

［11］李得偉，韓寶明.行人交通［M］.北京：人民交通出版社，2011.

［12］陸 建，葉惠瓊，姚冬雷.行人過(guò)街設(shè)施合理間隔［J］.交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2002，2（4）：63-67.

［13］張 壯.城市四支信號(hào)交叉口行人交通特性及違法分析［D］.北京：北京工業(yè)大學(xué)，2010.

［14］裴玉龍，馮樹(shù)民.城市行人過(guò)街速度研究［J］.公路交通科技，2006，23（9）：104-107.