無控制人行橫道處城市道路通行能力研究

付文進,鄭長江,王晨

(河海大學 土木與交通學院,江蘇 南京 210000)

無控制人行橫道處城市道路通行能力研究

付文進,鄭長江,王晨

(河海大學 土木與交通學院,江蘇 南京 210000)

為了有效緩減人機沖突，確保行人安全過街，提高城市道路的通行能力，從無控制人行橫道處研究行人過街對城市道路通行能力的影響.首先明確行人過街影響區(qū)、行人過街影響時間等概念，確定道路通行能力在行人過街影響下的計算公式；結合調查數(shù)據，得到過街行人到達率與影響時間的統(tǒng)計關系，建立行人過街對通行能力影響的數(shù)學模型；最后針對城市道路的典型路段，進行實例計算與仿真評價，通過對比模型計算值與仿真模擬值，對模型進行有效性驗證.

無信號控制 ; 行人過街 ; 道路通行能力; 仿真評價

0 引言

現(xiàn)代交通研究越來越強調“以人為本”，大量的行人交通橫穿馬路是國內城市道路的顯著特征.在大多數(shù)無控制人行橫道處，行人亂穿馬路現(xiàn)象嚴重，使得城市道路上的車流受到一定的阻礙[1].國內外研究行人過街文獻比較多，Yagil等分析了信號控制交叉口行人過街行為，進行環(huán)境及個人狀態(tài)對行人意識影響的調查，較全面地描述了行人過街心理.Yang[2]等基于視頻監(jiān)測數(shù)據和問卷調查,以交叉口紅燈期間的行人行為為對象,構建了過街行為的微觀仿真模型.Kadali和Perumal通過采集路段過街橫道處的行人特性、機動車特征及交通流特征數(shù)據,確定了影響行人過街決策的主要因素[3].馬菁通過環(huán)境心理學及實際數(shù)據，研究了外界環(huán)境對行人的影響以及行人之間的相互影響.這些研究主要分析了行人過街行為的特性而沒有討論過街行為對路段通行能力的影響.本文主要從無信號控制處行人過街入手，著重研究行人過街對于路段通行能力的影響，通過建模仿真，來研究行人過街行為對路段交通的影響.

1 行人過街對通行能力影響建模

(1)行人過街影響區(qū)

本文研究的行人過街影響區(qū)[4]是假定行人都是遵守交通規(guī)則實施過街行為的，即行人通過人行橫道過街設施過街.行人過街影響區(qū)的本質是一片區(qū)域，這片區(qū)域的確定隨著人行橫道鋪設標準的不同出現(xiàn)差異，影響區(qū)面積一般為人行橫道長度與寬度的乘積[5].

(2)行人過街影響時間T

行人過街影響時間是[6]指在1h內所有行人過街造成的路段機動車損失時間之和.不同的行人過街流量及過街控制方式，行人過街影響時間差異較大.按照平面道路行人過街方式，可以將行人過街影響時間分為行人自由過街影響時間T自由、無信號控制行人過街影響時間T無控制和有信號控制行人過街影響時間T有控制三種[7].

(3)行人過街條件下的路段通行能力C

指在行人過街的影響下，城市的路段通行能力.其計算公式為：

(1)

式中,C為行人過街影響下的路段通行能力(pcu/h)；Cp為道路可能通行能力(pcu/h).

無控制人行橫道處過街行人與機動車的樣本數(shù)據采集于南京某一無控制人行橫道處，通過錄像法獲得區(qū)域內過街行人和機動車自8∶00～18∶00的通行情況.根據采集到的數(shù)據，將5 min的行人流率換算成1 h的流量，并建立無控制人行橫道處，行人平均到達頻率λ(人/h)與影響時間T的關系模型，使用SPSS軟件對數(shù)據進行處理，可得到在無信號控制人行橫道處過街條件下行人到達率與影響時間的關系散點圖如圖1所示，為更準確研究行人過街對通行能力的影響，取0<λ<1 600.

圖1 無控制人行橫道處λ與T散點圖

由圖1的散點趨勢可知，無控制人行橫道處，行人過街影響時間與過街行人到達率成正相關關系，隨著過街行人的增加，行人過街影響時間不斷增大，且變量增幅大致持平.現(xiàn)選擇Linear模型、Power模型、Quadratic模型分別對行人到達率和影響時間采集數(shù)據進行回歸擬合.相關性統(tǒng)計檢驗結果如表1所示.

表1 無控制人行橫道處λ與T統(tǒng)計分析表

由表1可知，比較各種模型的R2值，Quadratic模型檢驗數(shù)R2比另外兩個模型高，因此用Quadratic模型擬合無信號控制人行橫道處行人到達率與影響時間的關系效果較好.綜上所述，在無控制人行橫道處，過街行人到達率與行人過街影響時間的經驗數(shù)學模型為：

(2)

所以在無控制人行橫道處行人過街的條件下，城市路段通行能力的經驗計算公式為：

(3)

2 實例計算與仿真評價

2.1 城市道路通行能力影響實例計算

某一城市道路為雙向六車道，每一車道寬為3.5m，設計速度為40km/h，根據實地調查與查閱相關資料得知每條車道的可能通行能力均為1 500pcu/h，設定過街行人的步行速度均為1.30m/s，分別計算人行橫道處過街行人流量為400、600、800、1 000和1 200人/h，且雙向相等時，路段的實際通行能力.行人在a-a斷面實施過街行為，該段面為無控制人行橫道，道路形式如圖2所示.

圖2 無控制人行橫道處道路形式示意圖

根據經驗式(2)，可分別計算不同過街行人流量在無控制人行橫道處的行人過街影響時間T無控制，將T無控制代入式(3)求得不同人流下的路段通行能力經驗值，具體數(shù)值見表2.

表2 無控制人行橫道處行人過街條 件下路段通行能力經驗計算值

2.2 城市道路通行能力影響仿真評價

仿真路段參數(shù)選用所研究的路段基本情況，路段主要參數(shù)如下：仿真時間為600 s，車道數(shù)為6個，車道寬度為3.5 m，可能通行能力為1 500 pcu/h，設計速度為40 km/h，行人步速為1.3 m/s，過街人流分別取400、600、800、1 000、1 200人/h.

通過標定參數(shù)，對不同行人流下城市道路通行能力進行仿真.設置“車輛出行時間”檢測器，點擊運行VISSIM軟件,可以得到不同行人流量在自由過街條件下城市道路通行能力的仿真模擬值[8].因此，根據模型計算得到的道路通行能力計算值以及軟件輸出的仿真結果見表3.

表3 無控制人行橫道處行人過街條件下路段通行能力

根據表3中數(shù)據，可以得到無信號控制人行橫道處行人過街條件下城市各路段通行能力值對比曲線如圖3所示.

圖3 路段通行能力對比圖

3 結論

通過建立行人過街對通行能力影響的數(shù)學模型，進行計算與仿真評價可得知在無信號控制人行橫道處行人自由過街條件下：當人流量小于800人/h時，模型計算值與軟件仿真結果的誤差較小，均在5%內，模型計算值比較符合道路實際通行能力.無控制人行橫道處，行人過街影響時間與過街行人到達率成正相關關系，隨著過街行人的增加，行人過街影響時間不斷增大，且變量增幅大致持平.城市道路通行能力與行人過街流量大小關系較大，當過街行人流量每增加200時，道路通行能力折減大約為10%.由于篇幅所限，本文沒有研究行人過街行為與機動車通行之間的博弈，將會在以后的學習中進一步深入研究.

[1]朱芳芳.無信號控制交叉口行人過街間隙選擇模型研究[J].交通信息與安全,2011(2):36- 39，43.

[2]楊琦,盧楊,汪利利.信號交叉口行人過街形式適用性分析[J].中國公路學報,2014(10):93- 100.

[3]鄭長江,劉峰,黃曉迪.無信號控制路段人行橫道行人過街時間研究[J].武漢理工大學學報(交通科學與工程版),2012 (3):475- 478.

[4]蔣利霞.基于生存分析和離散選擇模型的行人過街安全研究[D].重慶：重慶大學,2015.

[5]林得剛,鄭長江,陳淑燕.基于神經網絡的信號交叉口進口車道交通延誤預測[J].大連交通大學學報,2013,34(4):53- 56，93.

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[8]任剛,丁晨滋,陸麗麗.基于元胞自動機的結伴過街行人流建模與仿真[J].交通運輸系統(tǒng)工程與信息,2014(2):45- 50.

Study of In-City Capacity Affected by Pedestrian Crossing based on Uncontrolled Crosswalk

FU Wenjin,ZHENG Changjiang,WANG Chen

(College of Civil and Transportation Engineering,Hehai University,Nanjing 210000,China)

In order to effectively relieve the confliction of people and motor vehicle for making the safety of pedestrians crossing the road and improving the capacity of urban roads,the influence of pedestrians crossing the roads on the capacity of urban roads in uncontrolled crossing the pedestrian crosswalk is studied.Some conceptions are defined,and the general formula of the road capacity is confirmed when pedestrians are crossing the road based on three pre-assumptions.Combining with the survey data,the statistics relation between the arrival rate of crossing pedestrians and the affected time are achieved.The empirical mathematical model of pedestrian crossing on the capacity impact is constructed,and typical section of urban roads is choosen for case calculation and simulation evaluation. According to contrasting and analyzing the model calculated value and simulated value, the efficiency of the model is validated and improved.

no signal control;pedestrian crossing;traffic capacity;simulation evaluation

1673- 9590(2017)04- 0038- 03

2016- 06- 28

付文進(1993-)，男，碩士研究生；鄭長江(1966-)，男，教授，博士，主要從事交通控制與管理方面的研究E-mail:1119566245@qq.com.

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