特殊人群步行過街速度調(diào)查與信號(hào)設(shè)計(jì)

周　濤，陳　新

（南京理工大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，江蘇 南京 210094）

特殊人群步行過街速度調(diào)查與信號(hào)設(shè)計(jì)

周濤，陳新

（南京理工大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，江蘇 南京 210094）

步行交通是城市交通方式中不可缺少的一部分，行人過街是步行交通中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。文章針對(duì)老人、帶兒童的家長、殘障人士以及負(fù)重的旅客等特殊人群進(jìn)行了過街速度的調(diào)查，給出了過街信號(hào)設(shè)計(jì)中的特殊人群過街速度推薦值。通過分析平面信號(hào)交叉口處在現(xiàn)有信號(hào)設(shè)置下，特殊人群過街所需的時(shí)間以及過街速度等指標(biāo)，提出了特殊人群過街信號(hào)時(shí)長的設(shè)計(jì)方法。

過街信號(hào)；特殊人群；過街速度；信號(hào)時(shí)長

1　概述

目前在城市交叉口信號(hào)設(shè)計(jì)時(shí)大多考慮機(jī)動(dòng)車輛和普通行人過街，滿足了機(jī)動(dòng)車輛和普通行人等待時(shí)間和正常過街的需求。一般情況下，信號(hào)燈配時(shí)主要考慮交通量、行車延誤、普通行人過街安全等因素。但是在一些老人、兒童、殘疾人以及其他需要信號(hào)時(shí)長延時(shí)的特殊人群比較集中的路段，比如醫(yī)院、老年社區(qū)、火車站等等，如果信號(hào)燈還是以普通行人過街速度指標(biāo)進(jìn)行信號(hào)燈配時(shí)，則會(huì)給特殊人群步行過街時(shí)帶來很大的安全隱患。本文旨在通過對(duì)特殊人群過街的特性調(diào)查，進(jìn)行考慮特殊人群步行信號(hào)燈時(shí)長的配置和過街設(shè)施的設(shè)計(jì)。

目前國內(nèi)外對(duì)于路段行人過街方面已有一定的研究，2003年Simpson［1］等研究了不同車速不同年齡對(duì)行人接受空擋的影響，但尚未分析空擋與道路寬度的關(guān)系；2007年楊曉光等對(duì)行人過街交通的控制與設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究，并以行人過街延誤為依據(jù)，建立了無信號(hào)控制下行人過街延誤模型，給出了雙向2車道和4車道時(shí)兩種過街方式的適用范圍；2008年于泉［2］等人重點(diǎn)對(duì)路段人行橫道、過街天橋和地下通道3種過街設(shè)施的特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并給出了管理措施，但對(duì)路段人行便道以及路段行人過街信號(hào)設(shè)施的研究不夠。

在針對(duì)特殊人群的研究方面，1989年美國學(xué)者Barbara Preston［3］等人研究了在按鈕信號(hào)控制下人行橫道處行人的行為和安全性問題。加拿大Ann Coffin［4］和John Morrall研究了行人性別和交叉口類型影響老年人步行速度。以上研究對(duì)路段行人過街設(shè)施的因素歸納總結(jié)不夠，使其對(duì)系統(tǒng)研究行人過街設(shè)施問題借鑒作用降低，同時(shí)沒有進(jìn)行實(shí)證研究。

2　調(diào)查過程與方法

本文所研究的特殊人群是指由于自身年齡、性別或其他方面的因素，在行動(dòng)上不能和正常人一樣以普通成年人的速度通過路段交叉口，主要表現(xiàn)在步行速度低于普通成年人的速度。這類特殊人群主要有負(fù)重的旅客、老年人、兒童、帶小孩的婦女和殘障人士。

為了正確了解特殊人群的具體過街特性，為后續(xù)研究提供數(shù)據(jù)支撐，本文以南京市為研究背景，對(duì)南京市各大特殊人群比較集中的地區(qū)展開了基于特殊人群步行過街的現(xiàn)狀調(diào)查。調(diào)查地區(qū)主要包括南京車站、南京市兒童醫(yī)院、北京東路小學(xué)和鎖金村等4個(gè)特殊人群比較集中的地區(qū)。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)果最終顯示，31%的特殊人群的步行速度為1 m/s，其中有小于23%的特殊人群表現(xiàn)出了步速上的偏差。最終特殊人群步速在 0.9～1.5 m/s范圍內(nèi)。

3　特殊人群過街特性

影響特殊人群過街的因素有很多種，包括自身的因素和外界的環(huán)境影響。年齡、性別、人行橫道長度、特殊人群所占比例、綠燈時(shí)間、等待時(shí)間、同一時(shí)間過街人群數(shù)量、交通流密度等因素對(duì)特殊人群過街都有著不同程度的影響。

特殊人群與普通行人的過街相比既有共性又有特殊性。從過街便捷性上來說，負(fù)重的旅客、老年人、帶兒童的家長和殘障人士都屬于行動(dòng)相對(duì)不便者，利用立體過街設(shè)施都比較困難；在過街的時(shí)間上，負(fù)重旅客、老年人和殘障人士花費(fèi)的時(shí)間相對(duì)普通成年人較長，單獨(dú)兒童一般比較快。從過街的安全意識(shí)上來說，負(fù)重旅客、老年人和殘障人士安全意識(shí)都比較高，單獨(dú)兒童一般較低，闖紅燈的情況更嚴(yán)重。而面對(duì)突發(fā)情況，無論是因?yàn)榉磻?yīng)意識(shí)或是反應(yīng)速度上，特殊人群都較正常人緩慢。根據(jù)特殊人群的出行共性，列出不同環(huán)境下的行人需求特點(diǎn)，具體情況見表1。

表1　特殊人群出行特點(diǎn)

4　相關(guān)指標(biāo)分析設(shè)計(jì)

4.1 過街步速特性分析

特殊人群的步行速度同特殊人群的自身因素、道路交通條件、環(huán)境條件等有關(guān)。影響行人步行速度的外部因素包括：道路的坡度、道路的寬度、隔離條件與方式、交叉口控制等因素［5］。

路段行人過街相對(duì)交叉口行人過街受到機(jī)動(dòng)車的干擾少，人行橫道長度相對(duì)短，行人預(yù)期的過街時(shí)間短，過街較為迫切，因此行人在過街時(shí)間較長的情況下容易與機(jī)動(dòng)車爭(zhēng)搶通行權(quán)。影響行人過街時(shí)間的主要因素包括機(jī)動(dòng)車道數(shù)、人行橫道寬度、行人流量、機(jī)動(dòng)車流量等。此外不同路段環(huán)境下行人對(duì)過街的預(yù)期時(shí)間有較大的區(qū)別。圖1、圖2為南京市鎖金村社區(qū)老年人過街步速分布直方圖和累計(jì)分布圖。

圖1　鎖金村地區(qū)老年人過街步速分布直方圖

圖2　鎖金村地區(qū)老年人過街步速分布累積分布圖

從圖1和圖2中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)老年人步速在0.8～1.6 m/s范圍內(nèi)，步速分布直方圖類似于正態(tài)分布，這說明步速很慢或很快的老年人比較少，大多數(shù)老年人步速比較接近且適中；老年人過街步速主要集中在1.0～1.4 m/s。

研究小組在鎖金村等地區(qū)針對(duì)不同的特殊人群展開問卷調(diào)查，將行人根據(jù)年齡段不同分為兒童、青年、中年、老年等4類人群，根據(jù)不同年齡得出各個(gè)年齡段的人群過街時(shí)步行速度的平均值。各年齡段行人步速見表2。

表2 各年齡段行人的步速

以鎖金村地區(qū)的特殊人群為例，觀察圖1、圖2、表2可以發(fā)現(xiàn)：老年人速度較低，且與其他年齡段人群相比，步速相差大，必須做特殊考慮。

4.2 過街步速和流量關(guān)系分析

當(dāng)行人流量很低時(shí)，行人相互干擾率幾乎為0，當(dāng)行人密度增加時(shí)，行人在行進(jìn)過程中的相互干擾頻率不斷增加，導(dǎo)致平均速度下降。研究小組對(duì)調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行步速和流量對(duì)比分析得出在行人流量大的情況下，行人平均步速比行人流量小的情況下小，研究通過計(jì)算2種情況下的標(biāo)準(zhǔn)差和平均速度來比較速度分布情況［6］：式中：σ為標(biāo)準(zhǔn)差；n為觀測(cè)行人數(shù)量；vi為行人步速，fi為步速頻數(shù)。

將觀察統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)帶入公式（1）、（2）可以分別計(jì)算出2種流量下的平均速度和標(biāo)準(zhǔn)差。

4.3 調(diào)查數(shù)據(jù)分析

本文針對(duì)南京市上文所述4個(gè)地區(qū)的特殊人群過街特性展開調(diào)查，將調(diào)查數(shù)據(jù)匯總見表3。

表3　特殊人群過街特性調(diào)查匯總表

由以上數(shù)據(jù)研究對(duì)比分析，可以發(fā)現(xiàn)，在特殊人群比較集中的地區(qū)，特殊人群過街?jǐn)?shù)量占總?cè)巳褐械?0%以上，而且特殊人群的步行速度與普通成年人的速度有很大差距，一般都比普通成年人的步行速度要低一些。綜合以上數(shù)據(jù)，普通成年人的平均速度為1.55 m/s，老年人的平均速度為1.05 m/s，負(fù)重旅客的平均速度為1.12 m/s，殘障人士的平均速度為1.08 m/ s。通過研究數(shù)據(jù)對(duì)比得出，特殊人群過街的平均速度在1.05～1.23 m/s，約比正常人慢0.3～0.4 m/s，因此，在行人過街信號(hào)燈時(shí)長的設(shè)置的時(shí)候需要充分考慮特殊人群的需要，來滿足特殊人群過街的安全需求。

為了保證大多數(shù)行人安全、順利地穿過信號(hào)交叉口，本文認(rèn)為應(yīng)該采用調(diào)查中得出的15%位速度作為設(shè)計(jì)速度，以保證85%行人的安全。從調(diào)查中得到，兒童的15%位速度為1.2 m/s，老年人的15%位速度為0.9 m/s，而為了體現(xiàn)以人為本、保障弱勢(shì)群體的原則，在諸如住宅小區(qū)、超市等特殊人群較多的地段應(yīng)該適當(dāng)?shù)亟档托腥诉^街設(shè)計(jì)速度，保證特殊人群的安全與便捷。所以，本研究建議信號(hào)交叉口特殊人群過街步行設(shè)計(jì)速度為0.9～1.1 m/s，取1.0 m/s，這個(gè)速度與國外相關(guān)研究得出的結(jié)論相差不大。

表4　各類特殊人群15%位速度

4.4 過街最短時(shí)間確定

從控制信號(hào)角度分析，行人過街信號(hào)一般由以下幾部分組成：信號(hào)綠燈（tG）、信號(hào)綠閃（tGF）和信號(hào)紅燈（tRC+tR）3個(gè)部分，信號(hào)紅燈中可能包含清空紅燈tRC，我國2004年開始施行的道路交通安全法第二十六條規(guī)定“交通信號(hào)燈由紅燈、綠燈、黃燈組成。紅燈表示禁止通行，綠燈表示準(zhǔn)許通行，黃燈表示警示?！奔淳G閃情況下，行人可以進(jìn)入人行橫道，信號(hào)綠閃可以看作有效綠燈的一部分，所以在計(jì)算相位時(shí)間時(shí)要考慮行人過街綠燈時(shí)間和行人清空時(shí)間［7］。計(jì)算公式如式（3）所示：

式中：tRC為根據(jù)路口實(shí)際情況進(jìn)行確定，路段寬度、過街行人流量等。

（1）綠燈時(shí)間的計(jì)算：

式中：Sp為特殊人群平均速度，采用 15%位步行速度， 取 1.0 m/s；為行人啟動(dòng)時(shí)間，一般取 3.2 s；W為人行橫道寬度；L為人行橫道長度；Nped為一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)過街的行人數(shù)，由于周期暫時(shí)沒有確定，可以根據(jù)道路寬度和行人和機(jī)動(dòng)車大致流量估算周期，計(jì)算出行人所需綠燈時(shí)間。

（2）清空時(shí)間計(jì)算方法

如果行人在綠燈將要結(jié)束前進(jìn)入人行橫道，將無法快速通過街道，會(huì)與機(jī)動(dòng)車產(chǎn)生沖突，通常在綠燈結(jié)束后需要添加一段清空紅燈時(shí)間（交叉口全紅）來避免這種情況的發(fā)生，使行人安全地通過所有沖突點(diǎn)，清空時(shí)間的計(jì)算方法如公式（6）所示。

式中：Sp為特殊人群平均速度，取 1.0 m/s；LRC為特殊人群穿越人行橫道沖突點(diǎn)長度，取人行橫道長度 L。

路段行人清空時(shí)間的長短直接影響到路口的通行效率，時(shí)間過長則綠信比較低，行人和機(jī)動(dòng)車的通行率則較低。特殊人群平均速度Sp相對(duì)穩(wěn)定，清空時(shí)間主要是由人行橫道長度決定。人行橫道越寬，所需清空時(shí)間越長，所以為了改善方形效果，當(dāng)?shù)缆份^寬時(shí)，可以通過采用二次過街的控制方式，來縮短清空時(shí)間長度。

4.5信號(hào)燈配時(shí)改進(jìn)

信號(hào)燈時(shí)長設(shè)置可根據(jù)公式（7）進(jìn)行改進(jìn)［8］：

式中：tgmin為行人過街所需的最短綠燈時(shí)間；Vp為行人過街步行速度，取1.0 m/s；

y為綠燈間隔時(shí)間；Dpmax為同時(shí)放行的最長人行橫道長度。

以鎖金村路口為例，觀察表5可以發(fā)現(xiàn)：老年人速度較低，且與其他年齡段人群相比，步速相差大，必須做特殊考慮。

表5　各類特殊人群15%位速度

經(jīng)實(shí)地測(cè)試，初始假設(shè)周期為80 s，綠燈通過周期為24 s，行人清空時(shí)間 5 s，每周期行人數(shù)27人，行人過街通道寬度為16 m，相位綠燈計(jì)算公式選取人行道大于3 m公式，即公式（8）［9］：

將以上數(shù)據(jù)帶入公式中，得出特殊人群過街綠燈時(shí)間為27 s，在調(diào)整特殊人群通過步速參數(shù)后，信號(hào)燈行人通過時(shí)間增加至32 s。

為保證信號(hào)控制的有效性，設(shè)置信號(hào)后行人平均過街延誤宜在15 s內(nèi)，最大不宜超過25 s。由于行人過街通道寬度為16 m，由表5可得，特殊人群中老年人所需的相應(yīng)過街時(shí)長為29 s；兒童為24 s；殘障人士為29 s；負(fù)重的旅客為26 s。取其最大值，則有最大的過街時(shí)長為29 s。如道路寬度不同，則可據(jù)此類推。

由于該估算公式對(duì)于道路情況作出了很多約束，對(duì)實(shí)際道路狀況代表能力有限。如增加自行車的影響，相對(duì)于行人，自行車更加機(jī)動(dòng)，且具有巨大的保有量，其對(duì)道路交通行為的影響很大。此外計(jì)算時(shí)忽視天氣狀況等的影響，故此信號(hào)燈時(shí)長的估算設(shè)計(jì)有一定的誤差。

4.6 適用性分析

本文旨在研究特殊人群步行過街時(shí)長調(diào)查。因此，本文的研究結(jié)論主要適用于特殊人群比較集中的地方，比如醫(yī)院、老年社區(qū)、小學(xué)、火車站等等附近的平面交叉口，在這些地方，信號(hào)燈時(shí)長配時(shí)模型應(yīng)以特殊人群過街速度指標(biāo)進(jìn)行建模，以達(dá)到減少特殊人群過街安全隱患的目的。

5　結(jié)語

本文以南京市為依托得出如下結(jié)論針對(duì)老人、帶兒童的家長、殘障人士以及負(fù)重的旅客進(jìn)行了過街策略、過街速度的調(diào)查。分析了特殊人群的過街特性和一般行人過街的不同，并根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)的分析，根據(jù)信號(hào)燈時(shí)長配時(shí)公式，給出特殊人群過街速度推薦值作為信號(hào)配時(shí)的理論依據(jù)。研究成果對(duì)于維護(hù)交通秩序、改善我國道路交叉口的交 通、保障行人安全以及提高其通行能力和交通安全性有著極其重要的作用，呼應(yīng)了“順暢交通”的新時(shí)代理念。

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Speed Investigation and Signal Design for Special Pedestrians Crossing the Street

Zhou Tao，Chen Xin
（College of Automation， Nanjing University of Science and Technology， Nanjing 210094， China）

Pedestrian traffic is the foundation of Urban transport system， pedestrian crossing traffic is the most important aspect of pedestrian traffic. In this paper， crossing speed of special populations， including elderly， parents with children， the disabled and the passengers with luggage are investigated， and the crossing speed for special populations is recommended in signal design. This paper presents signal design method of crossing street for special populations by analyzing indicators such ascrossing time and speed of special populations in existing intersection signal setting.

corssing signal; special populations; crossing speed; signal time

U491.1+14

A

1672–9889（2015）05–0075–04

周濤（1990-），男，江蘇徐州人，碩士研究生，研究方向?yàn)榻煌ㄐ畔⒐こ獭?/p>

（2014-12-05）