信號交叉口行人步行速度特性分析＊

吳江玲 張生瑞 王秋平 趙躍峰

（長安大學公路學院1） 西安 710054）（西安建筑科技大學土木工程學院2） 西安 710055）

（長安大學雜志社3） 西安 710054）

0 引 言

國外對行人步行速度的研究主要集中在車站、廣場、人行道、步行街等，對信號交叉口行人步行速度特性的研究較少.加拿大的Coffin等［1］對老年行人通過人行橫道時的步速進行研究，推薦在老年公寓和養老院附近等老年人活動頻繁的交叉口和交叉口間的行人過街處老年行人的15%位速度（1.0 m／s）為其設計速度，在其他地方為1.2m／s.美國賓夕法尼亞州交通研究所Knoblauch等［2］分別對13～64歲和65歲及以上行人在交叉口的行走速度和啟動時間進行了研究，得出這兩組行人的平均步行速度、15%位速度分別為：（1）1.51，1.25m／s和（2）1.25，0.97m／s；并分析了行人個體特性和環境因素對行人步行速度的影響.Guerrier等［3］通過問卷調查和視頻錄像對美國邁阿密5個交叉口行人過街進行研究，所有行人15%位速度為0.94m／s，得出年輕人和老年人的平均過街速度和15%位速度，并分析了行人過街困難的原因.Mohammed［4］通過調查與分析提出了約旦的交通信號設計推薦設計速度為1.11m／s.Steven等［5］調查了澳大利亞4個城市的行人在工作日和周末過街速度的差別，對比了在信號控制的交叉口與路段人行橫道行走有困難的行人和健康人在步速上的差別，以及在工作日和周末過街時行人啟動損失時間的差別.John等［6］回顧了美國交通設備管理手冊（MUTCD）中從1961～2007年信號交叉口設計步行速度的探索歷史，并分析了將其由1.22 m／s修改為1.07 m／s的合理性.

景超［7］分性別、年齡和單個行人及行人群等行人步速進行了統計分析，并探討了行人步速在不同車道上的分布.徐吉謙等［8］考慮了年齡、性別、教養等對行人步行速度的影響.馮樹民等［9］通過調查與分析得出哈爾濱市總體行人平均過街速度為1.47m／s，85%位速度為1.74m／s，15%位速度為1.19m／s；建議信號交叉口的設計中使用15%（1.19m／s）位過街速度作為設計速度；在老年人經常出現的地區，設計速度應為老年人的15%位速度（1.07m／s）.孔令錚等［10］對上海市幾個典型信號交叉口不同因素作用下的行人步行過街速度分時段、區域和年齡群體進行研究，推薦信號交叉口行人過街步行設計速度為0.93～1.1 m／s之間.

文中從行人自身特性和交叉口特性方面的影響分析了行人步行速度特性，重點分析了行人過街步行速度分布特征；最后給出西安市十字信號交叉口行人過街設計速度推薦值.

1 基礎數據采集

1.1 數據采集地點

選取西安市4典型的信號交叉口，交叉口主要情況見表1.

表1 交叉口設置

1.2 數據采集方法

為采集信號交叉口行人過街步行速度，于2012年1月9日（星期一）12：00～14：00及16：30～18：30通過攝像機視頻對行人過街行為進行連續觀測，調查采用了視頻數據采集法.

控制樣本量的目的是控制觀測速度值的精度.行人步行速度調查所需觀測的最小行人數，即樣本量按下式計算：

式中：n為最小樣本量；E為步速觀測值允許誤差，m／s，其值取決于行人步速要求的精度，一般取E=0.07m／s.根據測速儀器的性能，以及試驗要求，調查步速觀測值允許誤差取E=0.07m／s；K為置信度水平系數，其值見表2，一般取95%的置信度水平，即K取1.96；σ為估計樣本的標準偏差，一般取0.37m／s［11］.

表2 置信度水平K 值表

根據各個參數的取值，利用上式，計算出調查所需的最小樣本量：n=107.

文中所取樣本量見表3.

表3 調查樣本量

2 信號交叉口行人步行速度特性影響因素

影響行人過街速度的因素包括行人本身的性別和年齡、人行橫道長度、出行目的、有無人同行、車流量、人群數量、信號配時等多種因素［11-12］，本文在整理調查數據的基礎上，選取行人自身特性和交叉口特性中性別、年齡和人行橫道長度等幾個影響較大的因素進行分析研究.

對采集到的視頻圖像信息在計算機上按照性別、年齡和人行橫道長度分組進行處理，得到各分組數據.

3 不同影響因素下步行速度特性

3.1 不同性別行人步行速度特性

對不同性別行人步行速度采用多種分布類型進行擬合，并用Kolmogorov-Smirnov方法進行擬合優度檢驗；對比K-S擬合優度檢驗結果，男性和女性步行速度很好的服從正態分布.

圖1和圖2分別是男性步行速度分布直方圖與分布擬合Q-Q圖；圖3和圖4分別是女性行人的步行速度分布直方圖與分布擬合Q-Q圖.

圖1 男性行人步行速度直方圖

圖2 男性行人步行速度Q-Q 圖

圖3 女性行人步行速度直方圖

圖4 女性行人步行速度Q-Q 圖

從圖中可看出兩者分布都具有一定偏態，同時男性步速均值、最大值均高于女性的統計值.這說明一般情況下女性步行速度低于男性，同時速度波動范圍也低于男性.從兩者的Q-Q圖上看出期望正態值與觀測值具有高度的吻合性.

采用K-S方法進行正態分布擬合優度檢驗的結果見表4，可以看出2種樣本的檢驗顯著性水平都大于0.05，符合正態分布.具體統計指標參數見表5.

由表5 可見，男性步行速度的變化范圍是0.50～2.25 m／s，均值約為1.23 m／s.女性的步行速度的變化范圍是0.63～1.82m／s，均值約為1.13m／s.男性的步行速度均值比女性快0.10 m／s.男性15%位步行速度為0.90 m／s，女性15%位步行速度為0.89m／s.

表4 行人速度分布檢驗結果

3.2 不同年齡組行人步行速度特性

本研究把行人按照青年人（16～40歲）、中年人（40～65歲）和老年人（65歲以上）進行分類，不同年齡組的行人速度分布箱索圖見圖6，可以看出，按照年齡進行分類，青年過街速度最快，中年人次之，老年人最慢.

表5 男性與女性行人速度分布

對3種年齡類型的行人步行速度采用多種分布模型進行擬合測試之后，研究發現利用對數正態分布可以很好地擬合數據.采用對數正態分布進行擬合，采用單樣本K-S方法進行擬合優度檢驗，檢驗結果見表6，可看出在3種類型下樣本的檢驗顯著性水平符合對數正態分布.同時得到具體的統計指標見表7.

圖5 不同年齡組的行人步速分布箱索圖

表6 行人速度分布檢驗結果

表7 不同年齡行人速度分布

由表7可見，青年人步行速度的變化范圍是0.62～2.25m／s，均值為1.25m／s；中年人的步行速度的變化范圍是0.52～2.06 m／s，均值為1.13m／s；老年人步行速度的變化范圍是0.50～2.00m／s，均值為1.02m／s.中年人平均速度比青年人慢0.12m／s，比老年人快0.11m／s，老年人的步行速度明顯的低于青年人和中年人.

標準差表示的是樣本數據的離散程度，由3組樣本的標準差值可以看出，青年人步行速度離散度最大，老年人步行速度離散度最小，中年人處于兩者之間.

3.3 交叉口相交道路人行橫道長度（LP）的影響

通過分析交叉口相交道路人行橫道長度LP相差不大和相差較大2種類型交叉口的行人速度特性，了解行人通過不同類型交叉口時的行為特征.張壯［13］分析了城市四支信號交叉口不同長度的人行橫道上（分別為14m 和40m）行人速度的分布特性，得出長14 m 的人行橫道處行人的步行速度的均值為1.31 m／s，長度為40 m 的人行橫道處行人步行速度均值為1.35m／s，但兩者取自不同的交叉口，并沒有考慮同一個交叉口人行橫道長度不同時該因素對行人步行速度的影響.

本研究選取西安市高新區典型交叉口進行分析研究，對比分析行人步行速度特性.整理調查數據，并進行描述統計，以男性青年的步行速度為例探討，結果見表8.

表8 交叉口男青年步行速度統計表

由表8可見，人行橫道長度越長行人的步行速度越大的結論并非完全成立，交叉口相交道路的人行橫道長度差異同樣影響行人步行速度.初步的研究表明，同一交叉口相交道路人行橫道長度相差不大時，行人平均步行速度相差不大，相交道路人行橫道長度相差較大時，行人平均步行速度差別較大；但不同交叉口無法得出類似的結論.

4 設計速度推薦值

一般認為行人過街過程中，行人過街條件至少滿足85%的行人通過（即設計速度采用速度累計頻率分布的15%位速度）［14］.西安市目前未給出明確的信號交叉口行人過街設計速度值，根據統計的近1600組實際觀測數據，西安市十字信號交叉口不同影響因素條件下的行人過街設計速度推薦值見表9.與其它文獻比較發現本研究采集到的速度數據偏低，排除誤差因素后，考慮不同地區的社會經濟發展程度不同，城市生活節奏也有所區別，行人步行速度特性也有所不同.

表9 西安市十字信號交叉口行人過街設計速度推薦值 m／s

由表9可知，考慮性別和年齡影響的15%位行人步速值分布在0.786～0.933m／s之間，而總體行人的15%位速度值為0.868m／s.為體現以人為本保障弱勢群體（特別是老年人和有行走障礙的人士）的原則，保證絕大多數行人安全、順利地通過交叉口而又不至于造成太大延誤；綜合考慮，本研究建議西安市十字信號交叉口行人過街設計速度宜取在0.85～0.93m／s之間.

5 結 論

文中從行人自身特性和交叉口特性的影響分析了行人步行速度特性，重點分析了行人過街步行速度分布特征，給出西安市十字信號交叉口行人過街設計速度推薦值.

1）年齡、性別、人行橫道長度對行人過街步速在數值上的影響方面得出的結論與以前學著研究結果基本相似.

2）擬合和檢驗結果顯示：男性和女性步行速度分布都符合正態分布；不同年齡段行人速度分布符合對數正態分布.

3）人行橫道長度越長行人的步行速度越大并非嚴格成立，還與交叉口相交道路的人行橫道長度的差別程度有關；后續可以進行差異性 對行人步速影響的顯著性等方面的研究.

4）信號交叉口設計中，應根據實際情況確定行人過街設計速度；建議西安市十字信號交叉口行人過街設計速度宜取在0.85～0.93m／s之間.

5）就西安市而言，行人總體的步行速度偏慢，且年齡層次分明，本文的研究工作可為西安市相關規范參數提供理論和數據支持.

另外，本研究數據采集工作在冬季、天氣晴朗的情況下進行，沒有考慮季節和惡劣天氣的影響.信號交叉口行人步行速度特性的研究還存在很大空間，考慮更多其他因素影響下（車流量、人群數量、信號配時等），及對不同特征個人組成的人群速度研究等方面都是未來可以研究的方向.

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