現(xiàn)代有軌電車站點(diǎn)行人過街系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李巧瑩，楊勝超

(中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300300)

現(xiàn)代有軌電車預(yù)期的功能發(fā)揮，取決于過街系統(tǒng)滿足行人需求的程度以及對機(jī)動車交通的干擾。行人過街系統(tǒng)與有軌電車站臺的有效銜接是便捷性和人性化的體現(xiàn)。有軌電車線路在道路橫斷面的分布形式有路中式、雙線異側(cè)式和雙線同側(cè)式[1-2]，其中雙線異側(cè)式和雙線同側(cè)式的有軌電車站臺對行人過街影響不大。因此，本文針對路中式站臺道路交叉口行人過街系統(tǒng)進(jìn)行研究。

1 交叉口的選取

天津市有軌電車位于濱海新區(qū)洞庭路，是一條南北向縱貫天津開發(fā)區(qū)西部的軌道交通線[3]，全長約7.86 km。洞庭路道路紅線寬50 m，雙向6車道，路中設(shè)有軌電車專用道。學(xué)院區(qū)南站位于洞庭路和第十三大街交叉口的北進(jìn)口，為島式站臺。此交叉口較為繁華，周圍有清竹園和清梅園等居民區(qū)、大學(xué)城A區(qū)、大學(xué)城B區(qū)、潤楓廣場等。

2 路中乘客流到達(dá)規(guī)律

2.1 調(diào)查方案

經(jīng)調(diào)查，有軌電車乘客在早晚高峰較多，晚高峰過街行人量最大，故選取晚高峰(16：00～18：00)時(shí)段拍攝錄像[4]，為對比分析，也進(jìn)行了平峰(9：30～10：30)時(shí)段的拍攝。為避免數(shù)據(jù)的隨機(jī)性，拍攝選取了天氣晴朗的正常工作日。

采用人工調(diào)查，采樣間隔取10秒。調(diào)查由兩個(gè)人完成，一人負(fù)責(zé)記時(shí)，10秒報(bào)告一次；另一人負(fù)責(zé)記錄這10秒內(nèi)到達(dá)的有軌電車乘客數(shù)。

2.2 路中乘客流到達(dá)規(guī)律

2.2.1 路中乘客到達(dá)人數(shù)統(tǒng)計(jì)

路中乘客到達(dá)人數(shù)的樣本頻數(shù)統(tǒng)計(jì)見表1。路中乘客到達(dá)數(shù)描述統(tǒng)計(jì)見表2。

表1 路中乘客到達(dá)人數(shù)與樣本頻數(shù)統(tǒng)計(jì)

表2 路中乘客到達(dá)數(shù)描述統(tǒng)計(jì)

2.2.2 理論模型

參照路中乘客流到達(dá)分布模型[5]，有軌電車路中乘客到達(dá)應(yīng)符合脈沖波的規(guī)律。脈沖波理想模型的各特征值如下：

(1) 周期和有軌電車的發(fā)車間隔相關(guān)，本案例為島式站臺，周期為發(fā)車間隔的一半。

(2) 脈沖形狀：脈沖幅度為乘客到達(dá)流最大變化率，假設(shè)乘客均勻到達(dá)，則變化率平行于時(shí)間軸。

(3) 脈沖波長為乘客陸續(xù)到達(dá)人行橫道的持續(xù)時(shí)間，也即每輛有軌電車到達(dá)后，第一名乘客與最后一名乘客到達(dá)人行橫道的時(shí)間差。

(4) 頻率為周期倒數(shù)。

2.2.3 不同時(shí)間段乘客到達(dá)規(guī)律

在高峰時(shí)間段，實(shí)際運(yùn)行中有軌電車車輛受其它因素干擾，運(yùn)行不規(guī)律，盡管乘客到達(dá)體現(xiàn)了一定的脈沖性，但第一名乘客和最后一名乘客到達(dá)人行橫道往往要經(jīng)過幾個(gè)觀測時(shí)間段，因此，周期、波長和幅度都不是常量。

為研究乘客到達(dá)規(guī)律，將乘客到達(dá)的幾個(gè)連續(xù)時(shí)間段稱為一個(gè)觀測組。在360個(gè)樣本中，高峰時(shí)間段有240個(gè)樣本值為0，本文僅對有乘客到達(dá)的觀測樣本進(jìn)行分析。對1小時(shí)內(nèi)的樣本進(jìn)行處理，得到28個(gè)觀測組，其中20個(gè)觀測組只有一輛有軌電車到達(dá)，7個(gè)觀測組到達(dá)兩輛，還有一個(gè)觀測組3輛有軌電車前后到達(dá)，對3種情況作了分析，得到的特征值見表3。

高峰時(shí)間段乘客到達(dá)規(guī)律見圖1，為對比分析，加上了平峰和遠(yuǎn)期的乘客到達(dá)規(guī)律，其中遠(yuǎn)期為規(guī)劃數(shù)據(jù)。不同時(shí)間段的到達(dá)規(guī)律差別較大，針對不同的情況，需要采取不同的策略。

表3 乘客到達(dá)規(guī)律特征值(高峰)

圖1 不同時(shí)間段乘客到達(dá)規(guī)律

3 行人過街速度分析

3.1 樣本選擇

為分析站臺對步速的影響，進(jìn)行了實(shí)際調(diào)查，樣本選擇見表4。

3.2 行人步速特征分析

現(xiàn)代有軌電車站臺的設(shè)置會對人行橫道步速產(chǎn)生影響，乘客流量和行人流量較小時(shí)，乘客和行人都能較為自由地行走，隨著總行人流量的增加，乘客和行人的行走都受到限制。因此，選擇晚高峰時(shí)間段進(jìn)行調(diào)查，分析在總行人流量較大時(shí)，乘客流帶來的影響。

利用SPSS對兩個(gè)人行橫道的行人速度進(jìn)行分析，二者的人行橫道步速都符合正態(tài)分布[6]，見圖2、圖3。

表4 步速調(diào)查相關(guān)參數(shù)說明

圖2 有站臺人行橫道行人步速

圖3 無站臺人行橫道行人步速

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表5。

表5 有無站臺人行橫道步速統(tǒng)計(jì)結(jié)果

注：(1)單位：m/s；(2)有站臺的步速調(diào)查時(shí)乘客比例40%。

由表5可知，無站臺行人過街速度高于有站臺行人過街速度。在這里需要注意的是總行人流量較大，其乘客比例為40%左右，在此背景下，有站臺的平均步速為1.22 m/s，而在行人流量和乘客流量都較小時(shí)，有無站臺對步速影響不大。

4 對人行橫道通行能力的影響

4.1 調(diào)查方法

為得到盡可能全面的數(shù)據(jù)，對洞庭路和第十三大街交叉口進(jìn)行全天錄像(8：00～18：00)，然后統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。所涉及的數(shù)據(jù)包括以下3個(gè)[7]：

(1) 行人流量

在行人綠燈期間，統(tǒng)計(jì)每5秒時(shí)間內(nèi)通過瓶頸區(qū)的進(jìn)出行人數(shù)。

行人流量調(diào)查時(shí)單位：人/(5 s·6 m)，數(shù)據(jù)處理后單位：人/(min·m)。

(2) 行人密度

行人密度調(diào)查是與行人流量調(diào)查同時(shí)進(jìn)行的，每隔1秒記錄一次，通過錄像暫停方式，記錄瓶頸區(qū)的行人數(shù)量，然后用行人數(shù)量除以瓶頸區(qū)面積即為行人密度。

因此，每一個(gè)行人流量對應(yīng)5個(gè)行人密度，為得到兩者的對應(yīng)關(guān)系，必須保證這5秒內(nèi)行人密度變化不大。

行人密度單位：p/m2。

(3) 行人步行速度

行人步行速度調(diào)查也是和行人流量調(diào)查同時(shí)進(jìn)行，在5秒內(nèi)，需要同時(shí)記錄瓶頸區(qū)的行人步行速度，這里的速度是指平均速度。

行人步行速度單位：m/min。

4.2 行人速度-密度關(guān)系

對本案例調(diào)查的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到速度-密度關(guān)系圖，見圖4。

用線性方程擬合時(shí)，擬合度R2為0.982 4，線性回歸方程為：

v=-25.903k+80.05

(1)

式中，v為行人速度；k為行人密度。

圖4 行人速度-密度關(guān)系

當(dāng)密度為0時(shí)，最大步速為80.05 m/min，也即1.3 m/s，這個(gè)速度為行人自由步速，高于行人平均速度；當(dāng)最大密度達(dá)到3.09 p/m2時(shí)，速度為0。

4.3 行人流量—密度關(guān)系

流量—密度曲線在交通控制中具有重要作用，所以通常把流量—密度曲線叫做“基本圖”。本文利用實(shí)測數(shù)據(jù)得到流量—密度關(guān)系圖，見圖5。

圖5 行人流量-密度關(guān)系圖

從圖5可知，用二次曲線擬合行人流量和密度的關(guān)系，吻合度較高，擬合度R2為0.907。擬合曲線如下：

q=-23.44k2+75.06k

(2)

式中，q為行人流量；k為行人密度。

由上式可知，當(dāng)行人密度為0時(shí)，行人流量為0；當(dāng)行人流密度為1.6 p/m2時(shí)，最大行人流量為60 p/(min·m)。

從圖5可知，在小密度的情況下(行人密度低于1.0 p/m2)，數(shù)據(jù)擬合較好；在大密度時(shí)，行人流量數(shù)據(jù)顯得比較離散，變化范圍為 50～70 p/(min·m)。行人密度為1.4～1.7 p/m2時(shí)行人流量最大，密度大于1.7 p/m2后，隨著密度的增加行人流量呈降低趨勢。

4.4 行人流量-速度關(guān)系

速度—流量曲線描述的是速度隨著流量的變化規(guī)律，它們之間的關(guān)系可以用來標(biāo)定人行橫道的服務(wù)水平，并衡量人行橫道的運(yùn)行狀況。本文調(diào)查結(jié)果見圖6。

圖6 瓶頸區(qū)行人流量-速度關(guān)系圖

從圖6可知，用二次曲線擬合行人流量和行人速度的關(guān)系，擬合度較高，R2為0.853。擬合曲線如下：

q=-0.031v2+2.725v

(3)

式中，q為行人流量；v為行人速度。

由上式可知，當(dāng)行人流速度為43 m/min時(shí)，行人流量最大，為60 p/(min·m)。

從圖6可知，在行人流量較低時(shí)，行人步速隨著行人流量的增加有較大的降低，當(dāng)行人流量達(dá)到50 p/(min·m)后，速度的降低的幅度很小。步速處在40～50 m/min區(qū)間，行人流量達(dá)到最大。

4.5 對通行能力的影響

人行橫道通行能力可以從行人流量-密度或行人流量-速度擬合方程。本文采用擬合度較高的行人流量-密度關(guān)系。

從行人流量-密度關(guān)系圖可知，人行橫道的通行能力為3 600 p/(h·m)，但這種情況很難觀測到，因此選擇研究在2 800～3 000 p/(h·m)范圍內(nèi)乘客比例對步速的影響。行人流量在2 800～3 000 p/(h·m)范圍時(shí)，行人密度基本保持不變，行人流量為密度和速度乘積，可以認(rèn)為流量只隨速度變化，即乘客比例對步速的影響也就是對流量的影響，而此時(shí)的流量非常接近通行能力，故可認(rèn)為是對通行能力的影響。而乘客比例為0時(shí)，步速為1.0 m/s，以1.0 m/s為基數(shù)，其余步速和基數(shù)的比值為折減系數(shù)，則圖7也恰好為乘客占總行人比例對通行能力的折減系數(shù)。

圖7 乘客比例對通行能力的影響

則折減系數(shù)和乘客比例的關(guān)系可以表達(dá)為：

y=0.255x3+0.076x2-0.405x+1.004

(4)

R2=0.591

式中，y為乘客流量對通行能力的折減系數(shù)；x為人行橫道乘客占總行人流量的比例。

則乘客比例對通行能力的折減具體結(jié)果見表6。

表6 不同乘客比例下通行能力的折減系數(shù)

5 建議與改善

5.1 交通設(shè)計(jì)

為減少行人和乘客的交織沖突，在人行橫道上可以采用不同顏色的鋪裝對過街行人流和乘客流進(jìn)行分流，并標(biāo)以顯著的標(biāo)志標(biāo)線。

5.2 公交信號優(yōu)先和行人過街協(xié)調(diào)控制

由以上的分析可知，路中乘客的到達(dá)呈脈沖性，在乘客流較小時(shí)，對整體行人過街影響不是很大；當(dāng)有軌電車運(yùn)行規(guī)律很差時(shí)，幾輛車同時(shí)到達(dá)，帶來大量乘客流。此時(shí)，對總體行人過街影響較大。若給行人綠燈充分的時(shí)間，有軌電車很難實(shí)現(xiàn)信號優(yōu)先，會惡化有軌電車車輛運(yùn)行。此時(shí)應(yīng)該協(xié)調(diào)有軌電車信號優(yōu)先和行人過街綠燈時(shí)間[8]，以實(shí)現(xiàn)提供電車信號優(yōu)先的同時(shí)，不影響乘客和過街行人的集散和換乘。

5.3 二次過街和立體過街設(shè)施

由表5可知，設(shè)有軌電車站臺時(shí)，實(shí)際調(diào)查的行人過街平均速度為1.22 m/s，根據(jù)行人過街延誤公式，可得不同行人流量和機(jī)動車流量下行人一次過街延誤t1和二次過街延誤t2。假設(shè)行人過街極限等待時(shí)間為t0，當(dāng)t1t2，則此時(shí)應(yīng)該考慮設(shè)置立體過街設(shè)施[9]。在六車道寬度選取30 m，行人的極限等待時(shí)間為40秒的情況下，本案例設(shè)置二次過街和立體過街的邊界曲線見圖8。

圖8 二次過街和立體過街邊界線

結(jié)合信號控制交叉口人行橫道的通行能力公式和表6中瓶頸區(qū)乘客比例對人行橫道的折減系數(shù)，可得有軌電車交叉口人行橫道的通行能力。對比行人過街需求與人行橫道通行能力[10]，如果行人過街需求大于人行橫道通行能力且進(jìn)口道機(jī)動車流量大于設(shè)計(jì)通行能力，則需要考慮設(shè)置立體過街設(shè)施。

6 結(jié)語

現(xiàn)代有軌電車行人過街系統(tǒng)設(shè)計(jì)是新的課題，通過對運(yùn)營狀態(tài)下有軌電車進(jìn)行調(diào)查研究，得出路中乘客流到達(dá)規(guī)律、有站臺行人過街平均速度為1.22 m/s和乘客比例對人行橫道通行能力的折減系數(shù)等結(jié)論，結(jié)合過街設(shè)施設(shè)置的思路，提出了現(xiàn)代有軌電車行人過街設(shè)施的建議，希望今后能夠繼續(xù)深入研究，推動此課題的完善。