基于AHP法的路段人行橫道合理間距的確定

鄭長江，劉峰

(河海大學(xué) 土木與交通學(xué)院，江蘇 南京 210098)

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越受到人們的重視，在未來相當(dāng)長的一段時期內(nèi)，混合交通流仍將是我國城市道路網(wǎng)中主要的交通流模式，人行橫道處的行人與機(jī)動車沖突依舊是我國所需面臨的交通問題.在城市道路中，路段人行橫道的間距都是按照經(jīng)驗設(shè)置的，沒有給出明確的設(shè)置依據(jù).因此，人行橫道間距設(shè)置的合理性對減少行人與機(jī)動車的沖突和提高道路系統(tǒng)的通行效率有著重要的意義.

在人行橫道間距研究方面，國外學(xué)者基本都是從單個人行橫道進(jìn)行研究，Schroeder［1］建立了單個人行橫道與機(jī)動車交通流相互作用的評價框架;Kaseko［2］運(yùn)用Vissim軟件模擬干道上行人過街狀況來反映單個人行橫道對交通流的影響.陸建［3］等根據(jù)行人流量和過街需求合理的設(shè)置了行人過街設(shè)施間隔，從行人心理、車輛行駛、通行能力等方面提出了行人過街設(shè)施的合理間隔的分析計算方法.目前關(guān)于人行橫道合理間距的確定主要依賴于經(jīng)驗，部分學(xué)者［4-5］針對道路功能的不同，考慮行人可接受步行距離給出了相應(yīng)人行橫道間距的推薦值.武漢理工的夏晶［6］從尋求安全、穩(wěn)定、效益三方面的平衡點，并結(jié)合道路管理功能來最終確定人行橫道的合理間距.曹曉奎、裴玉龍［7］以行人延誤和機(jī)動車延誤之和最小建立目標(biāo)函數(shù)，從而解得行人過街設(shè)施的合理間隔.

國內(nèi)外學(xué)者對人行橫道合理間距的研究比較少，基本都是從理論計算的角度或者經(jīng)驗來確定人行橫道的合理間距，本文運(yùn)用Vissim仿真軟件得到不同的人行橫道間距下的不同交通流參數(shù)，從行人和機(jī)動車綜合考慮得出路段人行橫道的合理間距.

1 合理間距對路段混合交通流的影響

在城市道路中，路段人行橫道是為了防止行人亂穿道路而在車道上劃定標(biāo)線指定行人過街的設(shè)施，在一定程度上減少了行人與機(jī)動車的沖突，然而把行人與機(jī)動車間的沖突聚集在人行橫道上，城市道路上往往會設(shè)置兩個或者多個人行橫道來滿足行人的過街需求.相鄰人行橫道間間距如果設(shè)置的過短，方便了行人過街，減少了行人的繞行距離，但是行人的頻繁過街會對機(jī)動車輛造成干擾，使得車輛在行駛過程中頻繁的加減速，造成駕駛員情緒煩躁無形中增加了不安全因素;對于機(jī)動車駕駛員而言，希望人行橫道的間距越大越好，機(jī)動車能夠在相當(dāng)長一段時間內(nèi)暢行，不會受到過街行人的影響，但是人行橫道間的距離過長會導(dǎo)致行人的繞行距離過長，從而引起行人亂穿馬路，影響交通安全.因此，人行橫道間距的設(shè)置應(yīng)該從整個道路系統(tǒng)考慮，將道路中的行人和機(jī)動車看作一個整體，從整體最優(yōu)來設(shè)置人行橫道的合理間距.

2 基于Vissim的人行橫道間距仿真

Vissim軟件是德國PTV公司的產(chǎn)品，它提供了良好的人機(jī)對話圖形化的界面，能仿真許多城市交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，本文利用Vissim軟件模擬城市道路上不同路段人行橫道間距情況下的人車運(yùn)行情況.

2.1 次干路的參數(shù)設(shè)置

次干路是城市中數(shù)量較多的一般交通型道路.配合主干路組成城市干道網(wǎng)，起聯(lián)系各部分和集散交通的作用，一般設(shè)4條車道，路段上的人行橫道可設(shè)成無信號控制的.本文采用總計長1 km、雙線4車道的直線段作為實驗路段，行車道寬度為3.5 m，1 km的路段上設(shè)置兩處路段人行橫道.在實驗中，總共設(shè)計了5種人行橫道間距(200～300 m，25 m為步長)，人行橫道為無信號控制的.設(shè)定道路上機(jī)動車量為2 000 pcu/h，同時該路段上1 km范圍內(nèi)總的行人過街需求為1 000人/h.

在次干路上，總的機(jī)動車量為2 000 pcu/h，將其平均分布到四個車道中去，即在仿真中設(shè)定每個車道的機(jī)動車量為500 pcu/h;而人行橫道的行人吸引量會隨著人行橫道間距的不同而變化，在仿真中，假設(shè)行人平均分布在長度為1 km的道路上，行人按照繞行距離最短去選擇人行橫道過街.

如圖1所示，人行橫道1吸引的行人量

人行橫道2吸引的行人量

式中，Q為道路上總的行人吸引量;d為人行橫道的間距.

由算式(1)和(2)得不同間距下人行橫道1、2的行人吸引量，如表1所示.

表1 不同間距下的各個人行橫道吸引人流量

2.2 Vssim仿真數(shù)據(jù)輸出

Vissim中定義了許多種評價類型，本文選擇行人過街時間、機(jī)動車停車次數(shù)、機(jī)動車停車時間和機(jī)動車行程時間作為評價指標(biāo).仿真開始時，參數(shù)的記錄是失真的，因此應(yīng)將這一段時間過濾掉，本仿真中，從100 s開始記錄仿真數(shù)據(jù)，所得的評價指標(biāo)值見表2.

表2 不同人行橫道間距下道路評價指標(biāo)值

3 AHP法求解

3.1 AHP法介紹及層次建立

圖2 層次結(jié)構(gòu)模型圖

層次分析法(AHP)［8］是一種多準(zhǔn)則思維的方法，它將定性分析和定量分析相結(jié)合，把人們的思維過程層次化和數(shù)量化，把復(fù)雜問題分解成多個組成因素，并將這些因素按支配關(guān)系分別形成層次結(jié)構(gòu)，再通過兩兩相比的方式，用相對重要性構(gòu)造判斷矩陣，最后根據(jù)判斷矩陣確定各因素在決策中的權(quán)重，作出最終決策.層次分析法根據(jù)具體問題的實質(zhì)和決策要求達(dá)到的目標(biāo)，把問題劃分為不同組成要素，并按照各要素之間的相互影響及隸屬關(guān)系將因素按照不同的層次組合在一起，形成一個多層次的分析結(jié)構(gòu)模型.它一般由目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層構(gòu)成，在本文中目標(biāo)層就是人行橫道的合理間距，準(zhǔn)則層包括行人過街時間、機(jī)動車停車次數(shù)、機(jī)動車停車時間和機(jī)動車行程時間，方案層包括人行橫道的間距值，具體的層次結(jié)構(gòu)模型如圖2所示.

3.2 準(zhǔn)則層判斷

準(zhǔn)則層由行人過街時間、機(jī)動車停車次數(shù)、機(jī)動車停車時間和機(jī)動車行程時間構(gòu)成，按其重要性對四個評價指標(biāo)進(jìn)行排序，重要性依次降低，表3中1表示i因素與j因素同樣重要;2表示i因素比j因素稍微重要;5表示i因素比j因素相比計較重要;7表示i因素與j因素相比非常重要;他們的倒數(shù)說明相反的情況.如上所述對四項準(zhǔn)則層建立判斷矩陣，并用MATLAB求出該矩陣的最大特征值以及特征向量，最后對其進(jìn)行歸一化處理，結(jié)果如表3所示.

表3 準(zhǔn)則層判斷矩陣及其求解

3.3 方案層判斷

方案層由人行橫道的間距值組成，不同人行橫道間距值對應(yīng)的不同評價指標(biāo)值如表2所示，對方案層建立判斷矩陣，進(jìn)行兩兩比較，同樣求出矩陣的最大特征值以及特征向量，最后對其進(jìn)行歸一化處理，如表4所示.

表4 方案層判斷矩陣及其求解

3.4 結(jié)果分析

各個人行橫道間距的評價得分是由表3和表4對應(yīng)的w值相乘相加得出，求解如下:

200 m間距的評價得分為:0.523 16×0.194 669+0.297 601 ×0.193 571+0.122 186 ×0.212 786+0.057 053 ×0.200 025 3=0.196 861

225 m間距的評價得分為:0.523 16×0.219 532+0.297 601 ×0.167 462+0.122 186 ×0.180 702+0.057 053 ×0.196 685=0.197 988

250 m間距的評價得分為:0.523 16×0.196 221+0.297 601 ×0.284 811+0.122 186 ×0.242 352+0.057 053 ×0.201 868=0.228 544

275 m間距的評價得分為:0.523 16×0.182 589+0.297 601 ×0.182 762+0.122 186 ×0.197 545+0.057 053 ×0.208 06=0.185 921

300 m間距的評價得分為:0.523 16×0.206 987+0.297 601 ×0.171 392+0.122 186 ×0.166 613+0.057 053 ×0.193 358=0.190 683.

由最后計算結(jié)果可知，間距為250 m的人行橫道的評價得分最高為0.228 544，故在次干路上選擇人行橫道的合理間距值為250 m.

4 結(jié)論

路段人行橫道是供行人過街的設(shè)施，對人行橫道間距的設(shè)置應(yīng)考慮道路系統(tǒng)中人車間的綜合通行效率.本文首先分析了路段人行橫道合理間距對人車混合交通流的影響;然后運(yùn)用Vissim軟件仿真了次干路環(huán)境中不同的人行橫道間距下行人過街時間、機(jī)動車停車次數(shù)、機(jī)動車停車時間和機(jī)動車行程時間的值;最后運(yùn)用層次分析法計算得出路段人行橫道的合理間距值.計算結(jié)果表明，路段人行橫道的合理間距為250 m.本文從行人過街時間、機(jī)動車停車次數(shù)、機(jī)動車停車時間和機(jī)動車行程時間這四項評價指標(biāo)來研究路段人行橫道的合理間距，而對于人行橫道合理間距的確定可以采用其它的評價指標(biāo)(排隊長度、交通沖突等)，可以做進(jìn)一步的研究.

［1］BASTIAN JONATHAN SCHROEDER.A Framework for Evaluating Pedestrian-Vehicle Interactions at Unsignalized Crossing Facilities in a Microscopic Modeling Environment［C］.Transportaion Research Board Annual Meeting，2007.

［2］MOHAMED S KASEKO，GANESH J，KARKEE.Development of a Midblock Pedestrian Crossing Simulation Model Using VISSIM［C］.84th TRS Annual Meeting，2004.

［3］陸建，葉惠瓊，姚冬雷.行人過街設(shè)施合理間隔［J］.交通運(yùn)輸工程學(xué)報，2002，2(4):63-67.

［4］楊曉光.城市道路交通設(shè)計指南［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［5］翟忠民.道路交通組織優(yōu)化［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［6］夏晶.基于效率和安全的人行橫道合理間距研究［D］.武漢:武漢理工大學(xué)，2008.

［7］曹曉奎，裴玉龍.路段行人過街設(shè)施的合理間隔［J］.武漢:交通信息與安全，2010(2):46-51.

［8］胡運(yùn)權(quán).運(yùn)籌學(xué)教程［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2003.