過街行人對寒區(qū)冰雪期城市道路無信號人行橫道處機動車交通流參數(shù)與通行能力的影響

， ，

(1.吉林建筑大學 交通科學與工程學院，吉林 長春 130118；2.哈爾濱工業(yè)大學 交通科學與工程學院，黑龍江 哈爾濱 150090)

過街行人對寒區(qū)冰雪期城市道路無信號人行橫道處機動車交通流參數(shù)與通行能力的影響

吳立新1，程國柱2，李曉悅2

(1.吉林建筑大學 交通科學與工程學院，吉林 長春 130118；2.哈爾濱工業(yè)大學 交通科學與工程學院，黑龍江 哈爾濱 150090)

現(xiàn)行規(guī)范在確定城市道路路段通行能力時沒有考慮過街行人這一影響因素，而我國城市道路交通系統(tǒng)運行的特征表現(xiàn)為嚴重的人車混行，在未設(shè)置信號控制的人行橫道處，車輛與過街行人交通沖突的可能性大，通行能力明顯下降。為完善城市道路路段通行能力的研究成果，基于寒區(qū)冰雪期城市道路路段無信號控制人行橫道的調(diào)查數(shù)據(jù)，分別構(gòu)建了行人流量與車頭時距、行人流量與機動車車速的關(guān)系模型?；诖四Ｐ陀嬎愕玫搅撕畢^(qū)冰雪期不同行人流量下城市道路路段通行能力的修正系數(shù)。

交通工程；寒區(qū)城市道路；無信號人行橫道；機動車交通流參數(shù)；通行能力

0 引言

作為重要參與者之一的行人，在城市的交通系統(tǒng)中占有相當大的比例，伴隨著社會的不斷發(fā)展，機動車保有量呈現(xiàn)出幾何增長趨勢，路段通行能力由于車輛與行人矛盾的加深而明顯改變，因此，行人過街對路段通行能力影響的研究具有不容忽視的意義。

以往對路段通行能力的研究主要考慮交通流狀況、道路狀況等因素。而道路交通是由人、車、路3個要素構(gòu)成的有機系統(tǒng)，所以通行能力也必然是這3方面要素聯(lián)合作用的結(jié)果[1]。道路通行能力的研究在1950年開始于美國，經(jīng)過不斷修訂發(fā)展而來的《美國通行能力手冊》[2-3]也成為各國通行能力研究的基礎(chǔ)。Satish 和 Kuma研究了混合交通條件下車道寬度對通行能力的影響，研究表明路面平整度較高的雙車道路面的通行能力可以增加10%～15%[4]。馮雪松等人分析了車速對道路通行能力的影響，分析了車速低的原因，并指出了改善交通狀況的一些辦法[5]。2009年，楊曉光等人研究了進出交通對路段通行能力的影響[6]。趙靖等人用回歸分析的方法解釋行人和自行車對信號交叉口右轉(zhuǎn)通行能力的影響，提出了較大和較小行人自行車流量對應的兩種過街方式[7]。曾小明等研究了路上停車對通行能力的影響，并且分析了通行能力隨著路上的停車數(shù)量、停泊時段、單側(cè)或雙側(cè)停車等的不同而變化[8]。唐甜分析了單向交通管理方式對道路服務水平的影響，為改善城市路網(wǎng)通行能力、服務水平提供依據(jù)[9]。綜上所述，對城市路段通行能力的研究尚處于摸索階段，且研究過程中忽略了行人過街的影響，因此，開展過街行人對城市道路路段通行能力與服務水平的影響研究，可以進一步補充完善城市道路實際通行能力計算與服務水平評價研究成果，進而為道路交通規(guī)劃、設(shè)計與管理部門提供設(shè)計依據(jù)與決策參考。

1 調(diào)查方案設(shè)計與數(shù)據(jù)分析

1.1 調(diào)查方案設(shè)計

調(diào)查地點選為哈爾濱市(寒區(qū)典型城市)黃河路上兩處無信號控制的人行橫道，以A、B表示， A處位于紅旗大街與南直路之間，B處位于哈爾濱工業(yè)大學二校區(qū)南門口附近。

調(diào)查日為2016年1月，處于冰雪期。本次調(diào)查方法采用視頻觀測法。首先，測出地面已有標線的長度，并在人行道旁設(shè)置三腳架及錄像設(shè)備，對調(diào)查路段處由東向西方向的車流及過街行人進行視頻觀測。

獲得所需視頻后，數(shù)據(jù)由以下方法進行計算：過街行人流量可以直接由視頻資料獲取；行人過街速度通過行人穿越已知寬度斷面所用時間間接計算得出；機動車車頭時距采取前后機動車通過終止線前路面同一處的時間差；機動車車速通過車輛先后通過地面已知距離標線所用的時間間接計算得出[10]。

1.2 數(shù)據(jù)處理

本文主要選取過街行人流量、速度指標，分析行人流量、速度與車頭時距、機動車車速的關(guān)系。車頭時距是前后兩輛車通過車行道上某一點的時間差[11]，這是本論文中通行能力計算的重要指標。服務水平是反映交通流運行效率的指標，我國對城市道路路段的評價指標并沒用規(guī)定，本論文參照美國采用平均行程車速作為評價指標。

對視頻中數(shù)據(jù)進行處理，得到調(diào)查時段內(nèi)的過街行人流量、過街速度、車頭時距、機動車車速，見表1。

表1 過街行人流量與步行速度、機動車車頭時距與車速統(tǒng)計數(shù)據(jù)

2 行人特征與機動車交通流參數(shù)關(guān)系

2.1 行人特征與車頭時距關(guān)系

2.1.1 行人流量與車頭時距關(guān)系

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)做出行人流量與機動車車頭時距的散點圖，如圖1所示。可以看出，機動車車頭時距隨著過街行人流量的增加而增大，兩者成正比關(guān)系。選用擬合程度較高的對數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)和二次函數(shù)三種模型進一步擬合，擬合效果如圖1所示，擬合后的模型表達式和參數(shù)如表2所示。

由表2可以看出，對于行人流量與車頭時距的關(guān)系模型的擬合，二次函數(shù)的擬合程度最高，所以對二次函數(shù)進行擬合精度檢驗。

圖1 行人流量與車頭時距的散點圖

表3為方程配合適度檢驗結(jié)果，即變量與因變量的顯著性檢驗，由表3可知，F(xiàn)=294.288，給定顯著性水平α=0.05，查表可得臨界值F0.05(2,38)=2.45，顯然F>F0.05(2,38)，表明行人流量與車頭時距之間的關(guān)系在95%的置信水平下顯著成立。

表4給出了回歸方程系數(shù)的值及偏回歸系數(shù)的檢驗結(jié)果。3個系數(shù)的T檢驗值的絕對值分別為8.198、3.581和21.920，給定顯著性水平α=0.05，查表可得臨界值t0.05(38)=1.684，顯然，3個系數(shù)的T檢驗值均大于該臨界值，所以模型中的解釋變量在95%的置信水平下都通過了變量的顯著性檢驗。

表2 過街行人流量與車頭時距回歸關(guān)系模型

表3 過街行人流量與車頭時距回歸方程配合適度檢驗結(jié)果

表4 過街行人流量與車頭時距回歸方程系數(shù)檢驗

最終，行人流量與車頭時距關(guān)系表達式為

式中，ht為車頭時距；q為過街行人流量。

圖2 行人過街速度與車頭時距的散點圖

2.1.2 行人過街速度與車頭時距關(guān)系

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)做出行人過街速度與機動車車頭時距的散點圖，如圖2所示。用各曲線進行回歸，都不具有顯著的相關(guān)關(guān)系。用線性回歸簡單描述行人過街速度和車頭時距的關(guān)系，如圖2所示?？梢钥闯?，隨著行人過街速度的增加，機動車車頭時距呈現(xiàn)增加的趨勢，但車頭時距的變化具有一定的隨機性，因此，行人過街速度的變化對車頭時距的影響并不明顯。

2.2 行人特征與機動車車速關(guān)系

2.2.1 行人流量與機動車車速關(guān)系

圖3 行人流量與機動車車速的散點圖

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，做出行人流量與機動車車速的散點圖，如圖3所示?？梢钥闯?，隨著過街行人流量增加，機動車車速逐漸降低，兩者成反比關(guān)系。

選用擬合程度較高的對數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)和二次函數(shù)3種模型進一步擬合，擬合效果如圖3所示，擬合后的模型表達式和參數(shù)如表5所示?？梢钥闯?，對于行人流量與機動車車速的關(guān)系模型的擬合，二次函數(shù)的擬合程度最高。所以對二次函數(shù)進行擬合精度檢驗。

表6為方程配合適度檢驗結(jié)果，即變量與因變量的顯著性檢驗，由表6可知，F(xiàn)=95.474，給定顯著性水平α=0.05，查表可得臨界值F0.05(2,38)=2.45，顯然F>F0.05(2,38)，表明行人流量與車頭時距之間的關(guān)系在95%的置信水平下顯著成立。

表7給出了回歸方程系數(shù)的值及偏回歸系數(shù)的檢驗結(jié)果。3個系數(shù)的T檢驗值的絕對值分別為6.595、4.096和13.295，給定顯著性水平α=0.05，查表可得臨界值t0.05(38)=1.684，顯然，3個系數(shù)的T檢驗值均大于該臨界值，所以模型中的解釋變量在95%的置信水平下都通過了變量的顯著性檢驗。

最終，行人流量與機動車車速關(guān)系表達式可寫為

(2)

式中，V為機動車車速。

表5 過街行人流量與機動車車速回歸關(guān)系模型

表6 過街行人流量與機動車車速回歸方程配合適度檢驗結(jié)果

表7 過街行人流量與機動車車速回歸方程系數(shù)檢驗

圖4 行人過街速度與機動車車速的散點圖

2.2.2 行人過街速度與機動車車速關(guān)系

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)做出行人過街速度與機動車車速的散點圖，如圖4所示。用各曲線進行回歸，都不具有顯著的相關(guān)關(guān)系。用線性回歸簡單描述過街速度和機動車車速的關(guān)系，如圖4所示?？梢钥闯?，隨著行人過街速度的增加，機動車車速呈現(xiàn)下降的趨勢，但是，車速的變化具有一定的隨機性，行人過街速度的變化對機動車車速的影響并不是很明顯。

3 基于過街行人的通行能力修正

3.1 通行能力修正系數(shù)

當車輛以連續(xù)車流通過，實際通行能力可以根據(jù)車頭時距來計算

式中，Cp為一條車道的實際通行能力。

將式(1)代入式(3)可以得到

基本通行能力與實際通行能力的關(guān)系為

推導出過街行人流量修正系數(shù)fq的計算公式為

式中，CB為一條車道的基本通行能。

表8給出了《城市道路工程設(shè)計規(guī)范》(CJJ 37—2012)[12]規(guī)定的不同設(shè)計速度對應的城市道路路段基本通行能力值。

將表8中的基本通行能力值代入式(6)中可以得到不同設(shè)計速度下城市道路路段通行能力的過街行人流量修正系數(shù)，見表9。從表9中可以看出，當設(shè)計速度取一定的值時，隨著過街行人流量的增加，過街行人修正系數(shù)減小，因而實際通行能力會隨之降低；當過街行人流量減少時，過街行人修正系數(shù)增大，實際通行能力也會隨之增加。

表8 城市道路路段基本通行能力

表9 基于過街行人流量的寒區(qū)冰雪期城市道路路段通行能力修正系數(shù)建議值

3.2 實例分析

以哈爾濱市黃河路上的兩個調(diào)查地點為案例，考慮過街行人影響，對其實際通行能力進行計算。

(1)案例一。人行橫道A處行人流量、過街速度、車頭時距與機動車車速調(diào)查數(shù)據(jù)見表1，根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以得出：平均過街行人流量qA=289(p/h)。根據(jù)調(diào)查路段的設(shè)計速度50 km/h及平均過街行人流量，由表9中的修正系數(shù)可得fq=0.58。查表8知其基本通行能力CB=1 700 pcu/h/ln，則其實際通行能力Cp=1 700×0.58=986 pcu/h/ln。

(2)案例二。人行橫道B處行人流量、過街速度、車頭時距與機動車車速調(diào)查數(shù)據(jù)見表1，根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以得出：平均過街行人流量qB=331(p/h)。根據(jù)調(diào)查路段的設(shè)計速度50 km/h及平均過街行人流量，由表9中的修正系數(shù)可得fq=0.54。查表8知其基本通行能力CB=1 700 pcu/h/ln，則其實際通行能力Cp=1 700×0.54=918 pcu/h/ln。

4 結(jié)論

本文開展了寒區(qū)冰雪期過街行人對城市道路無信號控制人行橫道處機動車交通流參數(shù)及通行能力的影響研究，主要取得了以下研究結(jié)果：

(1)在數(shù)據(jù)調(diào)查的基礎(chǔ)上，采用回歸分析方法分別構(gòu)建了寒區(qū)冰雪期城市道路路段過街行人流量與機動車車頭時距、機動車車速之間的關(guān)系模型，模型表明過街行人流量與機動車車頭時距呈正二次函數(shù)關(guān)系，與機動車車速呈負二次函數(shù)關(guān)系。

(2)總體上，機動車車頭時距隨行人過街速度增加而增加，機動車車速隨行人過街速度增加而減小。但是，行人過街速度與機動車車頭時距、機動車車速之間的回歸關(guān)系不顯著，認為其對城市道路路段通行能力影響較小。

(3)對照城市道路路段基本通行能力取值，結(jié)合構(gòu)建的模型，計算給出了寒區(qū)冰雪期城市道路路段通行能力的過街行人流量修正系數(shù)，并給出了實際案例。

下一步可根據(jù)研究成果，開展城市道路無信號控制人行橫道寬度研究[13]，為過街行人提供足夠的過街空間，提高過街速度，減輕其對機動車交通流與通行能力的影響。

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InfluenceofCrossingPedestrianonAutomobileFlowParametersandCapacityatNon-signalCrosswalkofUrbanRoadinColdRegionDuringIceandSnowPeriod

WuLixin1,ChengGuozhu2,LiXiaoyue2

(1.School of Transportation Science and Engineering, Jilin Jianzhu Universtiy, Changchun 130118, China; 2.School of Transportation Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China)

Present specifications for road traffic capacity ignores the factors of crossing pedestrian. However, the urban road traffic system in China is characterized by the coexistence of pedestrians and vehicles. On the road section without crossing signals, the possibility of conflict between vehicle and pedestrian is big, and the capacity declines significantly. In order to improve the research of the capacity of urban road section, this paper develops a model that captures the interrelations among pedestrian volume and headway, pedestrian volume and driving speed based on the survey data at an non-signalized crosswalk of cold region urban road during ice and snow period. Based on the model, this paper presents the capacity correction coefficients of cold region urban road section for different crossing pedestrian volume during ice and snow period.

traffic engineering;urban road in cold region;non-signalized crosswalk;automobile flow parameters;capacity

U491

A

2095-0373(2017)04-0092-06

2016-09-06責任編輯車軒玉

10.13319/j.cnki.sjztddxxbzrb.2017.04.18

吉林省教育廳“十三五”科學技術(shù)研究項目(2016155)

吳立新(1970-)，女，教授，碩士，研究方向：道路交通安全，E-mail:wulixinjt@126.com

吳立新，程國柱，李曉悅.過街行人對寒區(qū)冰雪期城市道路無信號人行橫道處機動車交通流參數(shù)與通行能力的影響[J].石家莊鐵道大學學報:自然科學版,2017,30(4):92-97.