交叉口行人二次過(guò)街控制方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

林雨平，邱美華，施　群，邱亮伙

(福建農(nóng)林大學(xué) 金山學(xué)院，福建 福州 350002)

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交叉口行人二次過(guò)街控制方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

林雨平，邱美華，施群，邱亮伙

(福建農(nóng)林大學(xué) 金山學(xué)院，福建 福州 350002)

摘要：步行交通是城市居民出行的重要交通方式，行人過(guò)街的安全問(wèn)題已成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。城市交通組織主要圍繞機(jī)動(dòng)車交通展開，而忽視行人交通組織。針對(duì)交叉口行人過(guò)街問(wèn)題，以福州市工業(yè)路—西二環(huán)路交叉口為研究對(duì)象，確定交叉口行人二次過(guò)街的信號(hào)控制優(yōu)化方案，提出2種相位相序方案，并應(yīng)用VISSIM交通仿真軟件對(duì)優(yōu)化前后的交叉口交通運(yùn)行進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。仿真結(jié)果表明：采用行人二次過(guò)街方式后，交叉口的行人過(guò)街和車輛延誤均有下降，優(yōu)化控制方案是可行的。

關(guān)鍵詞：行人；二次過(guò)街；優(yōu)化控制；仿真

隨著城市化進(jìn)程加快，交通流量迅速增長(zhǎng)。為滿足機(jī)動(dòng)車輛的通行需求，城市道路不斷拓寬，交叉口的范圍也隨之?dāng)U大。由于交叉口相交道路過(guò)寬，機(jī)動(dòng)車交通流增大，行人通常無(wú)法在一個(gè)綠燈時(shí)間內(nèi)完成過(guò)街，從而不得不聚集在道路中央或在行人紅燈期間因等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而采取冒險(xiǎn)強(qiáng)行穿越機(jī)動(dòng)車流過(guò)街[1-2]。交叉口行人與車輛間的這類沖突不僅降低了交叉口的通行效率而且存在一定的安全隱患。為了保障交叉口處的行人過(guò)街安全，需要從時(shí)空上采取二次過(guò)街方式分離行人和機(jī)動(dòng)車交通[3-6]。目前，已有交叉口行人二次過(guò)街研究側(cè)重于二次過(guò)街方式與一次過(guò)街方式的比較，但有關(guān)交叉口采取不同行人二次過(guò)街控制方式及其控制效果的對(duì)比研究較少。因此，本文以福州市工業(yè)路—西二環(huán)路交叉口為研究對(duì)象，基于實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)，以時(shí)間上分流交叉口處行人與機(jī)動(dòng)車流為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)交叉口處行人交通進(jìn)行二次過(guò)街方案優(yōu)化設(shè)計(jì)，并應(yīng)用VISSIM仿真軟件對(duì)不同控制方案進(jìn)行仿真評(píng)價(jià)。

1控制方法

在以往行人過(guò)街交通組織方式中主要采用一次過(guò)街方式。如圖1所示為典型的十字型交叉口，該類型的交叉口一般采用四相位信號(hào)控制方案。在相位設(shè)計(jì)時(shí)允許行人在機(jī)動(dòng)車直行相位一次過(guò)街，而在機(jī)動(dòng)車左轉(zhuǎn)相位中行人則不允許通行。由于行人過(guò)街要等待較長(zhǎng)時(shí)間，引起了部分行人冒險(xiǎn)違章過(guò)街。違章過(guò)街的行人不僅給機(jī)動(dòng)車通行帶來(lái)一定干擾，而且存在很大的安全隱患。

圖1　典型十字交叉口

為減少行人與機(jī)動(dòng)車的干擾，現(xiàn)有做法是在交叉口人行橫道上設(shè)置行人過(guò)街駐足區(qū)，通過(guò)信號(hào)控制方案的合理設(shè)計(jì)把行人一次過(guò)街分為二次過(guò)街，從而降低最短綠燈時(shí)間，減少周期時(shí)長(zhǎng)，提高交叉口通行能力[3]。十字型交叉口行人二次過(guò)街方式的四相位方案見圖2。

設(shè)置行人二次過(guò)街信號(hào)相位后，可利用行人一次過(guò)街方式的信號(hào)配時(shí)方法對(duì)各相位的配時(shí)進(jìn)行計(jì)算[5]。信號(hào)最佳周期時(shí)長(zhǎng)計(jì)算公式為

(1)

式中：L為周期損失時(shí)間，Y為相位關(guān)鍵車道車流流量比之和。

圖2　行人二次過(guò)街相位方案

在行人二次過(guò)街方式下，交叉口某段人行橫道允許行人通行的相位時(shí)間不能小于行人通過(guò)該段人行橫道所需要的時(shí)間

(2)

式中：LP為行人過(guò)街需要通過(guò)的機(jī)動(dòng)車道寬度總和,m；vp為行人步行速度，一般取1.2 m/s；qp為行人相位紅燈時(shí)間內(nèi)的行人到達(dá)率，per/s；M為行人的面積模量，一般取1.8 m2；W為交叉口處人行橫道寬度,m；Tpr為行人過(guò)街反應(yīng)時(shí)間，一般取2 s；Tgf為行人綠燈閃爍時(shí)間,s。

2研究對(duì)象

2.1　交通數(shù)據(jù)

選取福州市工業(yè)路—西二環(huán)路交叉口為研究對(duì)象，該交叉口為十字型交叉口路口，為了規(guī)范行車軌跡,交叉口內(nèi)設(shè)有4個(gè)導(dǎo)流島，南北進(jìn)口處分別設(shè)置了左轉(zhuǎn)待行區(qū)。交叉口幾何結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3　交叉口幾何結(jié)構(gòu)

交叉口現(xiàn)采用四相位信號(hào)控制方式，各相位綠燈時(shí)間分別為45 s、40 s、29 s和37 s。該交叉口的相位相序見圖4。

圖4　交叉口相位相序

運(yùn)用人工數(shù)據(jù)采集方法選擇某高峰時(shí)段(17:30~18:30)對(duì)工業(yè)路—西二環(huán)路交叉口的交通流量進(jìn)行調(diào)查，經(jīng)換算成標(biāo)準(zhǔn)車型后統(tǒng)計(jì)得到該交叉口高峰小時(shí)機(jī)動(dòng)車流量見表1。高峰小時(shí)行人流量見表2。

表1　高峰小時(shí)機(jī)動(dòng)車流量　pcu/h

表2　高峰小時(shí)行人流量　per/h

從表1和表2可以看出，該交叉口因地處商業(yè)區(qū)域，其機(jī)動(dòng)車流和行人過(guò)街流量均較大。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，雖然該交叉口采用信號(hào)控制方式，但由于交叉口面積過(guò)大，南北進(jìn)口行人過(guò)街距離過(guò)長(zhǎng)，行人在一次綠燈時(shí)間內(nèi)無(wú)法完成過(guò)街，行人闖紅燈現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。因此，有必要對(duì)該交叉口的行人過(guò)街進(jìn)行優(yōu)化，以保證行人過(guò)街安全性。

2.2　控制方案設(shè)計(jì)

如圖3所示，西二環(huán)路處于高架橋下方，為行人二次過(guò)街提供了空間條件。因此,可充分利用高架橋下的空間，設(shè)置行人二次過(guò)街駐足區(qū)，對(duì)南北進(jìn)口處的行人采取二次過(guò)街控制方式。而東西進(jìn)口道路相對(duì)較窄無(wú)富?？臻g，此處行人仍采用一次過(guò)街控制，不設(shè)置二次過(guò)街。優(yōu)化后的相位見圖5。

圖5　相位設(shè)計(jì)

結(jié)合交叉口的道路交通數(shù)據(jù)，根據(jù)式(1)、式(2)和信號(hào)配時(shí)方法計(jì)算得出交叉口的信號(hào)配時(shí)參數(shù)見表3。

表3　信號(hào)配時(shí)方案　s

從表3可以看出，在交叉口的南北進(jìn)口設(shè)置行人二次過(guò)街方式后縮短了行人一次過(guò)街距離，降低了信號(hào)控制相位的最短綠燈時(shí)間。在交叉口交通信號(hào)控制中，除了通過(guò)優(yōu)化信號(hào)控制周期時(shí)長(zhǎng)、綠信比、綠燈間隔等參數(shù)來(lái)提升交叉口的通行效率以外，相位相序也是交叉口信號(hào)控制中的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。在不改變交叉口信號(hào)相位組合的情況下，合理的相位相序設(shè)置可以大幅提高交叉口的通行效率[7-8]。因此，在信號(hào)配時(shí)一定且不改變相位組合條件下，根據(jù)交叉口的幾何條件、交通渠化、交通流特性等因素，對(duì)交叉口的相位相序進(jìn)行設(shè)計(jì)。在信號(hào)相位相序設(shè)計(jì)時(shí)，通常是機(jī)動(dòng)車信號(hào)相位先直行后左轉(zhuǎn)，因此,根據(jù)圖5所示相位組合提出相位相序方案1：a→b→c→d。由于東進(jìn)口左轉(zhuǎn)流量比直行流量大，基于流量大相序優(yōu)先于流量小相序的考慮，對(duì)于東西進(jìn)口的機(jī)動(dòng)車采取先左轉(zhuǎn)后直行的放行方式，即形成相位相序方案2：b→a→c→d。

2.3　仿真分析

為了模擬不同相位相序方案下交叉口的交通運(yùn)行情況，本文根據(jù)研究對(duì)象的道路交通條件，運(yùn)用VISSIM交通仿真軟件構(gòu)建交叉口的仿真模型[9-10]。為驗(yàn)證交叉口行人二次過(guò)街信號(hào)控制方法的可行性，選取車輛平均延誤和行人過(guò)街延誤作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)仿真實(shí)現(xiàn)不同方案的比較。交叉口交通運(yùn)行仿真見圖6。

圖6　交叉口運(yùn)行仿真

從表4可以看出，采用行人二次過(guò)街控制方案后，方案1和方案2的行人過(guò)街延誤與一次過(guò)街方式相比分別減少30.98%和33.80%，交叉口的車輛平均延誤也分別降低15.65%和12.08%。由此可見，行人二次過(guò)街控制方案能有效地降低交叉口的延誤，提高交叉口的通行效率。

表4　評(píng)價(jià)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)　s

從方案1和方案2對(duì)比來(lái)看，對(duì)于行人而言方案2優(yōu)于方案1。因此，從“以人為本”理念出發(fā)，建議在福州市工業(yè)路—西二環(huán)路交叉口以方案2作為信號(hào)控制方案。

3結(jié)論

過(guò)街行人交通是一種常見的城市交通現(xiàn)象。長(zhǎng)期以來(lái)城市交通組織以機(jī)動(dòng)車為主體，而忽視了行人交通的合理組織。交叉口行人二次過(guò)街交通組織方式充分考慮行人信號(hào)與機(jī)動(dòng)車信號(hào)的協(xié)調(diào)，能夠較好地利用綠燈時(shí)間，并且為行人在交叉口內(nèi)提供了安全的保障空間。

1)不同二次過(guò)街控制方案下交叉口的行人過(guò)街延誤和車輛延誤均有所減少。可見二次過(guò)街信號(hào)控制方式對(duì)于減少行人過(guò)街時(shí)間，加強(qiáng)行人過(guò)街安全，提高交叉口交通運(yùn)行效率是有效的。

2)對(duì)于一些范圍較大的交叉口，由于道路較寬，行人尤其是弱勢(shì)群體過(guò)街較困難。與立體過(guò)街方式相比，二次過(guò)街方式具有一定的靈活性和經(jīng)濟(jì)性。因此,在空間條件滿足要求的情況下有必要在交叉口設(shè)置行人二次過(guò)街方式。

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[責(zé)任編輯：郝麗英]

Optimal design of signal control for pedestrian twice crossing street at intersection

LIN Yu-ping，QIU Mei-hua，SHI Qun，QIU Liang-huo

(College of Jinshan,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350002，China)

Abstract：Pedestrian traffic is an important method of transportation for residents.The safe of pedestrian crossing the street becomes an intensive focus in present society．For a long time,the urban traffic organization has focused on the smooth passage of motor vehicles but ignored the rational organization of pedestrian traffic.Following the problem of pedestrian crossing street at intersection，the Gongye Road and Xi’er Huan Road is set as a research object．The optimal signal control for pedestrian twice crossing street at the intersection is implemented and tow difference groups of the phase sequence are showed in the paper．Then，the optimized scheme is evaluated with the application of VISSIM．The simulation results show the optimized scheme will reduce the intersection delay．The design of pedestrians twice crossing signal at the intersections is feasible．

Key words：pedestrian；twice crossing the street；optimal control；simulation

作者簡(jiǎn)介：林雨平(1982-)，女，講師,研究方向：交通管理與控制．

基金項(xiàng)目：福建省中青年教師教育科研項(xiàng)目資助(JA14364)

收稿日期：2015-06-05

中圖分類號(hào)：U491

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-4679(2015)06-0030-04