基于安全和效率的平面交叉口行人二次過(guò)街設(shè)施設(shè)計(jì)理論和方法

劉 文，呂 坤

（西安市政設(shè)施管理局，陜西西安 710016）

0 引言

在城市道路平面交叉口，行人過(guò)街與機(jī)動(dòng)車之間的橫向干擾一直是交叉口渠化優(yōu)化考慮的難點(diǎn)和重點(diǎn)，行人交通設(shè)計(jì)不合理，將導(dǎo)致行人沒(méi)有通行權(quán)，交通高峰期間機(jī)、非混合嚴(yán)重，行人延誤大大增加，其交叉口通行能力也大大降低[1-3]。當(dāng)交叉口較大時(shí)，行人無(wú)法在一個(gè)綠燈時(shí)間內(nèi)完全穿越道路，在下一個(gè)行人紅燈信號(hào)相位內(nèi)停在道路中間，或在密集的車流中強(qiáng)行穿越，對(duì)行人的安全性帶來(lái)了很大的威脅?？梢?jiàn)對(duì)交叉口行人過(guò)街的研究非常重要。

采用行人二次過(guò)街的方式并結(jié)合合理的信號(hào)相位設(shè)計(jì)能夠提高行人過(guò)街的安全性，增加行人的通過(guò)效率，減少行人違章過(guò)街率，降低了與機(jī)動(dòng)車之間的干擾，且二次過(guò)街設(shè)置靈活、成本較低，可在機(jī)動(dòng)車流量較大、車道數(shù)較多、有中央隔離帶的大型交叉口適用[4-6]。但是目前各地平面交叉口處行人二次過(guò)街設(shè)施設(shè)計(jì)多依靠經(jīng)驗(yàn)確定而缺乏理論研究。

對(duì)大型平面交叉口行人過(guò)街來(lái)說(shuō)，安全性和通行效率是第一位的。嘗試從提高行人安全性角度和通行效率角度，探討有信號(hào)控制條件下平面交叉口行人二次過(guò)街的理論和方法。

1 行人二次過(guò)街安全性和效率分析

1.1 安全性分析

（1）各進(jìn)口道寬度

干道的橫斷面一般較寬，30 m以上甚至50 m以上長(zhǎng)度的人行橫道都很常見(jiàn)，行人一次不能完成穿越道路時(shí)，就沒(méi)有地方供行人避讓車輛，這對(duì)行人來(lái)說(shuō)是非常不安全的。交叉口的調(diào)查結(jié)果顯示[7]，絕大部分人行橫道沒(méi)有行人安全島。

（2）連續(xù)過(guò)街最大長(zhǎng)度

連續(xù)通過(guò)過(guò)長(zhǎng)的人行橫道，會(huì)造成過(guò)街行人的緊張心理。參考文獻(xiàn)[9]中第五章第一節(jié)規(guī)定人行橫道長(zhǎng)度達(dá)25 m或雙向機(jī)動(dòng)車道達(dá)6車道時(shí)，應(yīng)在路中設(shè)置行人安全島。人行橫道越長(zhǎng)，行人停留在人行橫道上的時(shí)間越長(zhǎng)，同時(shí)分布在人行橫道上的行人數(shù)量越多，機(jī)動(dòng)車穿越人行橫道時(shí)，發(fā)生沖突的可能性越大。對(duì)此，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)連續(xù)過(guò)街改進(jìn)見(jiàn)圖1。

（3）交通事故數(shù)

行人與非機(jī)動(dòng)車交通是交叉口交通的主要組成部分。從安全的角度來(lái)講，行人與非機(jī)動(dòng)車駕駛者在交叉口的交通事故中受害較大，據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)[8]，1975年日本行人死亡事故在交叉口附近的占41.8%，路段上橫穿過(guò)街的約占50.8%，交叉口處未設(shè)置行人二次過(guò)街設(shè)施；美國(guó)夜間行人交通事故的統(tǒng)計(jì)中，交叉口附近占70.5%，人行道占12.0%，且交叉口處未設(shè)置行人二次過(guò)街設(shè)施。在國(guó)內(nèi)城市交通事故中，以西安市交警支隊(duì)統(tǒng)計(jì)為例，2009年發(fā)生的使用一般程序處理的交通事故中有近30.2%發(fā)生在交叉口，且交叉口處未設(shè)置行人二次過(guò)街設(shè)施。由此可見(jiàn)，交叉口處行人與機(jī)動(dòng)車的沖突，不但導(dǎo)致事故多發(fā)，而且后果嚴(yán)重，所以在大型平面交叉口處設(shè)置行人二次過(guò)街設(shè)施，保障交叉口行人交通便捷和安全顯得尤為重要。

1.2 通行效率分析

（1）沖突點(diǎn)

平面交叉口是道路在同一個(gè)平面上相交形成的交叉口。通常有T形、Y形、十字形、X形、錯(cuò)位、環(huán)形等形式。在無(wú)交通管制的平面交叉口，車輛通過(guò)時(shí)因駛向不同而相互交叉形成沖突點(diǎn)，在丁字形交叉口有3個(gè)沖突點(diǎn)，在十字交叉口口有16個(gè)，在五路交叉口則有50個(gè)沖突點(diǎn)。實(shí)際上，每增加一個(gè)沖突點(diǎn)，交叉口的通行效率就會(huì)大大降低，同時(shí)增加一個(gè)潛在的交通事故黑點(diǎn)。

（2）交通信號(hào)設(shè)置不合理

現(xiàn)狀平面交叉口信號(hào)配時(shí)較少考慮慢行交通中行人過(guò)街時(shí)間需求，導(dǎo)致現(xiàn)狀交叉口中經(jīng)常出現(xiàn)行人在綠燈時(shí)間內(nèi)未能完全通過(guò)交叉口，此時(shí)存在行人和機(jī)動(dòng)車的沖突，若行人信號(hào)的紅燈時(shí)長(zhǎng)超過(guò)了行人的可容忍等待時(shí)間時(shí)，闖紅燈的可能性大大提高。交通信號(hào)設(shè)置不合理對(duì)交通弱勢(shì)群體過(guò)街造成了嚴(yán)重的威脅，也大大降低了交叉口的運(yùn)行效率。通過(guò)安全性和通行效率分析可知，有行人二次過(guò)街設(shè)施比沒(méi)有行人二次過(guò)街設(shè)施更加安全。

2 行人二次過(guò)街設(shè)計(jì)理論與方法

2.1 二次過(guò)街設(shè)置的條件

盡管采取行人二次過(guò)街方式能夠使得行人更方便的穿越道路，但并不是所有的道路都適合設(shè)置行人二次過(guò)街設(shè)施。二次過(guò)街方式適合于有較寬中央分隔帶的新建城市道路及在有較寬兩側(cè)輔道的高架橋下設(shè)置，具體的設(shè)置條件如下：

（1）空間條件：設(shè)置行人二次過(guò)街的路段路面要足夠?qū)挸ǎ瑱C(jī)動(dòng)車道寬度大于25 m，無(wú)條件修建行人天橋或地道，且有足夠設(shè)置安全島的空間，中央駐足區(qū)的大小應(yīng)該滿足行人等待較好服務(wù)水平的所需空間。

（2）信號(hào)配時(shí)條件：設(shè)置行人二次過(guò)街后必須滿足某段人行橫道允許行人通行的連續(xù)相位時(shí)間總和不小于行人通過(guò)該段橫道的最短時(shí)間。

（3）行人條件：在平面交叉口處，當(dāng)一個(gè)進(jìn)口道橫過(guò)馬路的人流量超過(guò)5000 P/h，且同時(shí)在交叉口上雙向當(dāng)量小汽車交通量超過(guò)1200 pcu/h，應(yīng)考慮設(shè)置天橋或地道設(shè)施[10]。反之，設(shè)置行人二次過(guò)街。

2.2 基于安全和效率的行人二次過(guò)街設(shè)計(jì)理論與方法

平面交叉口的交通沖突類型按使用者劃分，可分為機(jī)動(dòng)車與機(jī)動(dòng)車沖突、機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車沖突、機(jī)動(dòng)車與行人沖突三大類。由于三種沖突形式行駛方向各不相同，交叉口處存在著大量干擾和沖突。在沒(méi)有非機(jī)動(dòng)車和行人的情況下，僅機(jī)動(dòng)車在無(wú)信號(hào)交叉口沖突數(shù)：交叉點(diǎn)為16個(gè)，合流點(diǎn)和分流點(diǎn)均為8個(gè)。若計(jì)入行人、非機(jī)動(dòng)車，則沖突點(diǎn)總數(shù)目要提高幾倍，本節(jié)重點(diǎn)無(wú)信號(hào)燈控制交叉口沖突數(shù)、傳統(tǒng)兩相位信號(hào)配時(shí)交叉口沖突數(shù)和結(jié)合行人二次過(guò)街配時(shí)交叉口沖突數(shù)，具體見(jiàn)表1～表3。

表1 無(wú)信號(hào)燈控制交叉口沖突數(shù)

表2 傳統(tǒng)二相位交叉口沖突數(shù)

表3 結(jié)合行人二次過(guò)街配時(shí)交叉口沖突數(shù)

從表1～表3中可以看出，結(jié)合行人二次過(guò)街配時(shí)方案與無(wú)信號(hào)燈控制交叉口和原來(lái)二相位配時(shí)方案交叉口沖突數(shù)比較，沖突數(shù)明顯減少，使交叉口的交通運(yùn)行更加安全。

2.3 基于相位嵌套的行人二次過(guò)街設(shè)計(jì)理論與方法

行人二次過(guò)街設(shè)計(jì)理念是通過(guò)充分利用信號(hào)相位資源，合理劃分機(jī)動(dòng)車與行人的使用空間和時(shí)間，提高行人過(guò)街的安全性、便利性和通過(guò)能力。僅僅設(shè)置行人二次過(guò)街設(shè)施并不能很好的解決行人過(guò)街問(wèn)題，在大型信號(hào)控制交叉口應(yīng)結(jié)合優(yōu)化信號(hào)相位使得交叉口發(fā)揮最大的交通效率。本節(jié)提出基于相位嵌套的行人二次過(guò)街設(shè)計(jì)方法，將行人二次過(guò)街鑲嵌在機(jī)動(dòng)車相位中。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程見(jiàn)圖2。

基于相位嵌套的行人二次過(guò)街信號(hào)配時(shí)實(shí)現(xiàn)方法表述如下：在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)，第一相位為南北方向機(jī)動(dòng)車左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，同時(shí)將非機(jī)動(dòng)車和行人相位嵌套在該相位中，基于安全，使行人流在安全島上駐足等待；第二相位為南北方向機(jī)動(dòng)車直行和右轉(zhuǎn)，同時(shí)將非機(jī)動(dòng)車和行人相位嵌套在該相位中，基于效率，行人流在此相位中可以安全到達(dá)對(duì)面，完成二次過(guò)街；第三相位和第四相位為南北方向，同第一相位和第二相位的設(shè)計(jì)。

根據(jù)我國(guó)學(xué)者[6-7]對(duì)行人過(guò)街速度的研究，適合大多數(shù)普通人的過(guò)街速度為1.19 m/s，適合大多數(shù)老人過(guò)街的速度為1.07 m/s。由此則可以根據(jù)路口寬度和信號(hào)相位各個(gè)方向的綠燈時(shí)間，考慮行人是否可以在一個(gè)綠燈相位內(nèi)通過(guò)人行道，確定是否需要二次過(guò)街安全島，并設(shè)置相應(yīng)的專用信號(hào)燈。行人二次過(guò)街信號(hào)相位的設(shè)置與各個(gè)方向的車流密切相關(guān)，主要涉及道路情況、左轉(zhuǎn)車流量的大小和該相位綠燈時(shí)間的長(zhǎng)度?；谙辔磺短椎亩芜^(guò)街配時(shí)方案見(jiàn)表4。

表4 基于相位嵌套的二次過(guò)街配時(shí)方案

將行人二次過(guò)街相位嵌套在機(jī)動(dòng)車相位中，總的周期時(shí)長(zhǎng)不改變的條件下，基于嵌套在機(jī)動(dòng)車相位的信號(hào)配時(shí)方案優(yōu)于單獨(dú)給行人專用相位的信號(hào)配時(shí)方案，行人過(guò)街更加安全，總延誤減少。

3 實(shí)例驗(yàn)證

3.1 行人延誤

本節(jié)以西安市小寒東路—翠化路平面交叉口調(diào)查數(shù)據(jù)為例，對(duì)前面行人二次過(guò)街安全性和效率進(jìn)行仿真驗(yàn)算。仿真模型方案針對(duì)不同的機(jī)動(dòng)車流量和行人流量分別進(jìn)行仿真，其中機(jī)動(dòng)車流量為1000 pcu/h、2000 pcu/h，行人流量分別為1000 P/h、1500 P/h、2000 P/h、2500 P/h、3000 P/h，共10種組合。根據(jù)小寒東路—翠化路平面交叉口實(shí)地調(diào)研情況，在仿真過(guò)程中，將行人一次過(guò)街違章率設(shè)定為1:3，行人二次過(guò)街違章率設(shè)定為1:9，違章率降低67%。仿真效果見(jiàn)圖3。

由VISSIM仿真模擬可以得出，增設(shè)行人二次過(guò)街設(shè)施后，行人在整個(gè)信號(hào)周期內(nèi)的過(guò)街機(jī)會(huì)和可利用的過(guò)街時(shí)間將增加，行人過(guò)街效率提高。在各類相位相序排列組合中，行人二次過(guò)街延誤情況為變化較平穩(wěn)，較行人一次過(guò)街小，且總延誤低于一次過(guò)街延誤。在一次過(guò)街信號(hào)下，行人的可通行時(shí)間不足且等待綠燈時(shí)間長(zhǎng)，使得行人違章過(guò)街比率較大，受到的機(jī)動(dòng)車干擾較大，行人延誤相對(duì)增加，與之相比，行人實(shí)現(xiàn)二次過(guò)街后，違章率會(huì)相應(yīng)降低，與機(jī)動(dòng)車之間的干擾減小，延誤減小。但若過(guò)街行人量過(guò)大的路口，行人體的面積過(guò)大，當(dāng)二次過(guò)街時(shí)，安全島的面積不足全部等待行人站立的情況下，則不適合設(shè)置行人二次過(guò)街設(shè)施及信號(hào)。

另外，由于實(shí)例平面交叉口的機(jī)動(dòng)車流量及行人流量均較大，行人若一次過(guò)街將會(huì)因等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，超出行人心理極限，行人違章率將增加；而設(shè)置行人二次過(guò)街后，行人過(guò)街時(shí)間和機(jī)會(huì)增多，行人違章率將有所減小。這均是行人延誤和機(jī)動(dòng)車延誤產(chǎn)生的重要原因。

3.2 信號(hào)配時(shí)

相對(duì)于傳統(tǒng)的行人過(guò)街，行人二次過(guò)街在人行橫道中央設(shè)置安全島，并在中央安全島加設(shè)信號(hào)燈。行人二次過(guò)街相位在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，左轉(zhuǎn)相位上添加了行人相位，將行人過(guò)街分為兩段進(jìn)行。相對(duì)應(yīng)的行人相位形成了互補(bǔ)，使得人行橫道上的行人能安全到達(dá)中央駐足區(qū)。

在現(xiàn)有的信號(hào)配時(shí)相位設(shè)置情況下，小寨東路的行人過(guò)街最短綠燈時(shí)間為40 s，交叉口設(shè)計(jì)通行能力為5859 pcu/h，飽和度為0.85，服務(wù)水平E級(jí)。采用行人二次過(guò)街的方法設(shè)置相位后，小寨東路的行人過(guò)街最短綠燈時(shí)間為23 s，交叉口設(shè)計(jì)通行能力為6953 pcu/h，飽和度為0.73，服務(wù)水平升級(jí)為D級(jí)。

通過(guò)以上分析，使用VISSIM軟件進(jìn)行交叉口高峰時(shí)段現(xiàn)狀模擬和行人二次過(guò)街優(yōu)化設(shè)置模擬。模擬結(jié)果數(shù)據(jù)顯示，對(duì)于行人來(lái)說(shuō)，行人過(guò)街平均延誤時(shí)間減少，平均等待人數(shù)也相應(yīng)減少。行人延誤的減少也大大減少了機(jī)動(dòng)車的延誤?？梢?jiàn)，行人二次過(guò)街可以減少行人和機(jī)動(dòng)車延誤，從而提高交叉口通行能力。

4 結(jié)論

（1）二次過(guò)街比一次過(guò)街更加安全

行人作為人車沖突系統(tǒng)的重要一方，其運(yùn)行效率降低會(huì)導(dǎo)致整個(gè)交通系統(tǒng)能力未能有效利用。特別是在信號(hào)控制大型交叉口，過(guò)街行人往往無(wú)法在綠燈信號(hào)內(nèi)一次過(guò)街，造成行人與機(jī)動(dòng)車沖突，導(dǎo)致行人過(guò)街效率和安全性降低。而行人二次過(guò)街措施可增加行人過(guò)街的綠燈時(shí)間。在平面交叉口處，基于二次過(guò)街的安全性比一次過(guò)街安全性高。

（2）二次過(guò)街能提高行人的通行能力及機(jī)動(dòng)車運(yùn)行效率

行人一次過(guò)街時(shí)，行人過(guò)街時(shí)間不足、行人違章過(guò)街影響機(jī)動(dòng)車運(yùn)行，行人可過(guò)街時(shí)間未充分利用；行人二次過(guò)街后，能有效避免行人與機(jī)動(dòng)車的沖突，且充分利用交叉口信號(hào)相位。在信號(hào)控制交叉口處，基于信號(hào)嵌套的行人二次過(guò)街比單一給出行人信號(hào)相位時(shí)仿真效果更優(yōu)。

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