路段無信號控制人行橫道實(shí)際通行能力研究

邱 楊

(廣東建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 廣東 廣州 510440)

路段無信號控制人行橫道實(shí)際通行能力研究

邱 楊

(廣東建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 廣東 廣州 510440)

分析了影響路段無信號控制人行橫道通行能力的各方面影響因素，包括行人過街速度，人行橫道的有效寬度，行人等待時(shí)間等，并以可接受間隙理論為基礎(chǔ)，利用概率論的方法推導(dǎo)出行人等待安全間隙以及錯(cuò)過安全間隙的概率，通過計(jì)算通行能力的損失值，最終得到路段無信號控制人行橫道的實(shí)際通行能力的計(jì)算模型。

交通工程； 步行交通； 計(jì)算模型； 實(shí)際通行能力

0 引言

在城市的次干路和支路上，路段人行橫道通常是沒有信號控制的，盡管《中華人民共和國道路交通安全法》規(guī)定機(jī)動(dòng)車行經(jīng)沒有交通信號的道路時(shí)，遇行人橫過道路，應(yīng)當(dāng)避讓，但現(xiàn)實(shí)中行人和機(jī)動(dòng)車在路段無信號人行橫道處往往會(huì)發(fā)生沖突，都想搶先從對方的間隙中通過，在人車爭奪時(shí)空資源的過程中，行人是弱勢群體，人行橫道的通行能力會(huì)受到很大的影響，當(dāng)行人過街需求和人行橫道的實(shí)際通行能力產(chǎn)生矛盾時(shí)，就容易引起交通事故和交通堵塞，因此需要對路段無信號人行橫道實(shí)際通行能力進(jìn)行研究。實(shí)際通行能力的計(jì)算能夠反映無信號人行橫道的服務(wù)水平，能夠?yàn)樾腥诉^街交通設(shè)施的設(shè)置提供基礎(chǔ)參數(shù)，對行人交通流及混合交通流運(yùn)行都有著重要的意義。

1 人行橫道實(shí)際通行能力的定義及計(jì)算模型的建立

1.1 路段無信號人行橫道理論通行能力的定義

路段無信號控制人行橫道的理論通行能力應(yīng)該是在理想狀態(tài)下，在單位時(shí)間內(nèi)雙向能夠通過人行橫道的最大行人數(shù)量。理想狀態(tài)是指天氣狀況良好，行人身體健康，能保持正常中等步速過街；人流到達(dá)是均勻的且可以不間斷通過；人行橫道寬度、長度均未被占用，符合規(guī)范要求。在理想狀態(tài)下，路段無信號控制人行橫道的通行能力為：

(1)

其中：t0為連續(xù)行人流之間的時(shí)距，s；v0為行人過街步行速度，m/s，目前的國內(nèi)研究成果表明通用的行人過街設(shè)計(jì)速度可取1.2 m/s[1]；B為人行橫道的寬度，m；若把人行橫道劃分為若干條行人通道，b即為每條通道的寬度，m，由于我國行人過街時(shí)的橫向間距為1 m[2]，b值可取1 m；l0為人行橫道的長度，m。

1.2 路段無信號人行橫道實(shí)際通行能力計(jì)算模型

實(shí)際通行能力是指在實(shí)際的道路和交通條件下，單位時(shí)間內(nèi)雙向能夠通過人行橫道的最大行人數(shù)量。根據(jù)研究，我國行人在穿越路段無信號人行橫道時(shí)會(huì)出現(xiàn)以下一些特性：

1) 行人在穿越人行橫道時(shí), 絕大部分行人都會(huì)加快自己的步行速度,而且會(huì)根據(jù)車輛間距的大小在一定的程度內(nèi)調(diào)整自己的步行速度, 充分利用車流中出現(xiàn)的安全穿越間隙通過。

2) 行人過街前都會(huì)要判斷是否有安全穿越間隙, 如果有就會(huì)立即穿過街道;如果沒有,就只能等待安全穿越間隙的出現(xiàn)。

3) 由于人流到達(dá)的不均勻性，即使機(jī)動(dòng)車流出現(xiàn)了安全穿越間隙，也不一定有行人到達(dá)并穿越。

4) 人行橫道上的人流是兩個(gè)方向的，對向人流之間必然會(huì)產(chǎn)生干擾。

針對路段無信號人行橫道行人過街的這些特性，其實(shí)際通行能力可用下式表示：

(2)

其中：N損為雙向行人等待安全穿越間隙和無行人到達(dá)穿越安全間隙兩種情況造成的通行能力的損失,人/h;v為行人過街實(shí)際的步行速度,m/s，要進(jìn)行實(shí)地調(diào)查或根據(jù)行人特征選用。

1.3 實(shí)際通行能力計(jì)算模型參數(shù)確定

1.3.1 行人過街速度v

研究表明，行人過街的速度總體分布在0.83～1.30 m/s之間。無信號路段行人過街速度會(huì)受到季節(jié)、行人年齡、性別、過街行人數(shù)量以及人行橫道長度的影響。行人過街的平均速度冬季大于夏季，中青年人大于老年人，男性高于女性，隨著過街人數(shù)的增多而降低，隨著人行橫道長度的增加而增大[1]。因此，可根據(jù)研究的季節(jié)，人行橫道的長度，過街行人數(shù)量的多少以及年齡組合等具體情況，選取過街速度進(jìn)行實(shí)際通行能力的計(jì)算。

1.3.2 有效人行橫道寬度B′

(3)

圖1 人行橫道有效寬度示意圖

1.3.3 通行能力損失值N損

行人穿越機(jī)動(dòng)車道，大致可分為3種形式：一次穿越、逐條車道穿越及分方向穿越。一次穿越是指選擇機(jī)動(dòng)車流的綜合安全間隙，一次穿越所有機(jī)動(dòng)車道；逐條車道穿越是指行人逐條車道尋找安全間隙穿越；分方向穿越就是行人二次過街，先等待一個(gè)方向的安全間隙穿越到分隔帶，再等待另一個(gè)方向的安全間隙穿越到達(dá)馬路對面。不同穿越方式所引起的通行能力損失值是不同的。

大城市次干路機(jī)動(dòng)車道條數(shù)通常為4～6條，規(guī)范中規(guī)定當(dāng)?shù)缆穼挾瘸^4條機(jī)動(dòng)車道時(shí)，人行橫道應(yīng)在車行道的中央分隔帶或機(jī)非之間的分隔帶上設(shè)置行人安全島[3]。另有相關(guān)研究表明，當(dāng)單向交通流量Q大于300 pcu·h-1時(shí),兩次過街的延誤小于一次過街的延誤,延誤的差異隨著流量的增加而迅速增大[4]。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范及過街經(jīng)驗(yàn)，城市次干道上行人多采用二次過街，即分方向穿越的較多，選擇一次穿越和逐條穿越的極少。文中以分方向過街為研究重點(diǎn)。

通過實(shí)際觀察發(fā)現(xiàn)當(dāng)行人到達(dá)人行橫道時(shí),首先要判別在路上行駛的車輛之間是否有安全間隙可穿越，若有則立即通過人行橫道,否則就等待下一個(gè)安全間隙。有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)無行人到達(dá)穿越安全間隙，即錯(cuò)過安全間隙的情況。行人在等待安全間隙或者錯(cuò)過安全間隙的時(shí)間內(nèi)，會(huì)損失一部分通行能力，要研究這部分損失的大小，就要了解安全間隙出現(xiàn)的概率。

在無信號控制的路段上，車流量和行人流量一般都不大，機(jī)動(dòng)車和行人到達(dá)都服從泊松分布，道路上的機(jī)動(dòng)車車頭時(shí)距和行人時(shí)距都服從負(fù)指數(shù)分布。若記機(jī)動(dòng)車車頭時(shí)距和行人時(shí)距分別為hc、hp，車輛和行人的到達(dá)率分別為λc、λp，行人穿越機(jī)動(dòng)車的臨界時(shí)距為τ。

根據(jù)以上的分析，可以得出行人到達(dá)后必須等待的概率為:

因此，行人在分方向穿越機(jī)動(dòng)車道的過程中，由于等待安全間隙而造成的通行能力的損失如下：

(4)

式中:λc、λp是通過調(diào)查得到；τ是行人穿越的安全間隙。從行人的速度、穿越的距離及行人穿越的群體性出發(fā)，同時(shí)考慮到對向行人的干擾問題，可用下式計(jì)算[5]：

其中：n為單向機(jī)動(dòng)車道數(shù)；D為一條機(jī)動(dòng)車道寬度，一般取3.5 m左右；V為行人過街步行速度；N為單向行人過街排數(shù)，N=過街人群數(shù)×b/B；t為連續(xù)行人流之間的時(shí)距，0.83 s；R為行人判斷安全間隙所需的時(shí)間，取1 s；Y為第1排行人在穿越過程中受對向行人干擾后增加的時(shí)間，具體計(jì)算方法見文獻(xiàn)[5]；I為車身長度通過的時(shí)間，取標(biāo)準(zhǔn)小客車I=0.72 s。

綜上所述，對于分方向過街形式，路段無信號控制人行橫道通行能力可用下式計(jì)算：

N損1-N損2-N損3-N損4(ped/h)

(5)

N損1、N損2是指一個(gè)方向的過街行人過街時(shí)到達(dá)中間帶之前和之后的損失值；N損3、N損4是指對向的過街行人過街時(shí)到達(dá)中間帶之前和之后的損失值。

2 實(shí)例驗(yàn)算

本文選取廣州市先烈東路沙河頂?shù)罔F站附近的一個(gè)人行橫道作為研究算例，此處由于行人過街沒有信號控制，人車沖突明顯，交通比較混亂，高峰時(shí)易造成交通堵塞，行人過街的路權(quán)及安全性得不到保障。

調(diào)查時(shí)間為工作日15:30～16:30，該路段為雙向6車道，道路寬21 m，實(shí)地調(diào)查交通量為2 050 pcu/h，該人行橫道有效寬度為5 m，長21 m，實(shí)地調(diào)查行人流量為656 ped/h，過街行人都是單排通過，無對向行人干擾。調(diào)查數(shù)據(jù)整理如下：

λp南-北=0.1 ped/s，λp北-南=0.09 ped/s；

λc西-東=0.29 pcu/s，λc東-西=0.28 pcu/s。

根據(jù)本文提出的計(jì)算模型，計(jì)算結(jié)果如下：

同理可得N北—南3=1978 ped/h，N北—南4=1987 ped/h。

計(jì)算結(jié)果反映了該無信號控制人行橫道的實(shí)際通行能力非常有限，不到實(shí)際過街人流量的一半，進(jìn)一步說明了該路段容易交通擁堵的原因。以上算例證實(shí)了本文提出的實(shí)際通行能力的計(jì)算模型能夠較為準(zhǔn)確地反映路段無信號人行橫道的實(shí)際使用狀況，能夠?yàn)樾腥诉^街設(shè)施的選擇與設(shè)置提供一定的參考。

3 結(jié)語

本文充分考慮了造成路段無信號控制人行橫道通行能力損失的各方面影響因素，包括行人過街速度，人行橫道的有效寬度，行人等待穿越安全間隙及錯(cuò)過安全間隙的可能性等，在推導(dǎo)通行能力損失值時(shí)以可接受間隙理論為基礎(chǔ)，利用概率論的方法推導(dǎo)出行人等待安全間隙以及錯(cuò)過安全間隙的概率，并通過實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)算。本文的通行能力計(jì)算公式，可較準(zhǔn)確的計(jì)算出路段無信號控制人行橫道的實(shí)際通行能力，為人行過街設(shè)施的選擇及設(shè)置提供有力依據(jù)。

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

[2] 馮紹海，李淑慶，謝曉忠.交叉口人行橫道通行能力研究[J].交通信息與安全,2011,29(1):20-23.

[3] GB 50220-1995,城市道路交通規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 楊曉光，勞云騰，云美萍.無信號控制路段行人過街適用性研究[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007,35(11) :1466-1469.

[5] 陳白磊，彭國雄.無信號控制下城市行人過街延誤研究[J].道路交通與安全,2001(5)：19-23.

1008-844X(2016)04-0174-04

U 491.1

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