路段行人過街方式比較分析實驗設(shè)計

王艷麗 王忠宇 吳兵 李林波

摘要：路段行人過街方式直接影響交通安全與通行效率，綜合考慮實驗課程體系需求與課時限制、實驗內(nèi)容的綜合與可拓展性，在現(xiàn)有交通工程實驗體系增設(shè)路段行人過街方式比較分析實驗，闡述了實驗設(shè)計思想和實驗內(nèi)容，給出了實驗方法和過程，為交通工程專業(yè)實驗教學與開放實驗探索提供參考。

關(guān)鍵詞：路段行人過街;過街方式比較;實驗設(shè)計;VISSIM仿真

中圖分類號：G642.423;U491.2;G424.31? 文獻標志碼：B? 文章編號：1674-9324（2019）51-0265-02

步行交通的安全和品質(zhì)越來越受到重視，但路段行人過街事故仍頻發(fā)多發(fā)。對路段行人過街方式實行合理的交通管控極為必要，也是高校交通工程類課程的重要內(nèi)容。路段過街方案的合理性是在方案設(shè)計階段通過評價指標或效果對比分析確定的。目前傳統(tǒng)的計算分析的方法已不能滿足精細化管理的需求，基于仿真的實驗分析技術(shù)成為測試和優(yōu)化各種行人設(shè)施設(shè)計方案的有效工具。

一、實驗設(shè)計思想與目的

當前，行人過街安全已經(jīng)受到廣泛關(guān)注，但是從實驗課程角度，實驗項目卻多以機動車或者單純的行人為主，或者是涉及機動車和行人的調(diào)查類實驗項目，缺少機動車和行人的綜合設(shè)計分析類的實驗項目。

為豐富實驗課程內(nèi)容和體系，讓學生既能直接感受分析人車間相互影響以及不同管控方式效果的差異又能進行綜合設(shè)計分析鍛煉，所以選取《路段行人過街方式比較分析實驗》作為實驗項目進行研發(fā)設(shè)計。該實驗涉及機動車和行人流的交通設(shè)計、管理和信號控制，但針對的是路段，比交叉口簡單卻是交叉口分析的基礎(chǔ)，既能讓學生進行設(shè)計綜合鍛煉，又難易適中，可以滿足實驗項目課時限制。且考慮到經(jīng)濟性、安全性、可重復性、可視性等要求，借助于先進的交通仿真技術(shù)進行控制方案效果展示與比較，能夠培養(yǎng)學生交通仿真軟件的應(yīng)用技能。

實驗?zāi)康脑谟谕ㄟ^實驗驗證所學知識和理論或提出新的方案，加強學生對理論知識的理解和掌握，多角度提高學生的專業(yè)知識和技能的掌握能力，提高學生的學習熱情、動手能力，引領(lǐng)學生到實踐中解決具體實際問題，增強專業(yè)修養(yǎng)和對社會的適應(yīng)性。這對于交通類學生具有重要意義[1]。

二、實驗內(nèi)容與過程設(shè)計

1.實驗內(nèi)容及知識點。實驗項目主要包括四方面內(nèi)容：（1）交通數(shù)據(jù)調(diào)研與分析：通過調(diào)研獲取道路條件和人車流量等交通數(shù)據(jù)以及行人步速等參數(shù)信息。（2）方案設(shè)計與參數(shù)計算：根據(jù)道路和交通情況設(shè)計路段行人過街方式，如定時信號控制、感應(yīng)信號控制等，要求學生至少設(shè)計兩種控制方式進行比較。（3）對各方案進行仿真建模：對每種方案分別利用仿真軟件搭建路網(wǎng)模型、設(shè)定相應(yīng)的交通參數(shù)，并設(shè)定輸出的評價指標，進行仿真運行和演示。（4）結(jié)果分析與方案比較：對各方案進行評價，探討不同路段行人過街方式的適應(yīng)情況。

涉及的知識點包括：路段行人過街設(shè)置條件和設(shè)施類型、各種路段行人過街方式的適用條件、行人過街定時信號控制方法、感應(yīng)式行人過街控制方法、路段機動車交通流特點、行人過街心理以及交通特性;機動車與行人的交通效益分析指標等[2]。如果內(nèi)容包括與交叉口的信號聯(lián)動控制，則還涉及定時聯(lián)動控制方法。

2.實驗與仿真方法。主要采用人工設(shè)計與計算機仿真相結(jié)合的實驗方法。人工進行方案設(shè)計和信號配時以及最后的模擬結(jié)果比較分析，計算機仿真軟件則對各方案效果進行模擬。實驗過程中綜合運用比較法、控制變量法和模擬法的實驗設(shè)計思想方法合理設(shè)計實驗方案。

仿真軟件采用已經(jīng)成熟并廣泛應(yīng)用的微觀交通仿真軟件VISSIM。它是規(guī)劃、設(shè)計、評價交通基礎(chǔ)設(shè)施和措施的有效工具，具有信號燈控制子系統(tǒng)，較適宜進行交通控制仿真實驗[3]。其中定制信號控制方法，只需根據(jù)給定的道路條件和數(shù)據(jù)計算確定定時信號周期和各相位時長后編輯到信號控制機即可。而感應(yīng)控制方法相對較為復雜，仿真時信號控制機需要輸入相位間隔文件（*.pua）和信號控制邏輯文件（*.vap）。相位間隔文件可在定時控制的信號控制機中“編輯信號控制”到Vissig模塊通過創(chuàng)建相位間隔文件導出pua文件。邏輯文件利用VISVAP模塊，根據(jù)感應(yīng)流程創(chuàng)建邏輯流程圖生成VAP文件。其中感應(yīng)控制的邏輯流程可以是全感應(yīng)控制也可以是半感應(yīng)控制，感應(yīng)流程的設(shè)計可以參照相關(guān)的參考文獻[2-4]。

3.實驗過程設(shè)計與引導。實驗全過程包括課前準備、課中講解與操作、課后完成實驗報告，宜安排3—6個課時。課前一周將指導書、實驗要求、準備數(shù)據(jù)發(fā)給學生，要求學生提前熟悉實驗內(nèi)容，并運用理論知識初步計算定時行人過街信號控制參數(shù)、設(shè)計感應(yīng)控制流程。上課時，首先由實驗教師展示不同路段行人過街控制方案的應(yīng)用效果，提高學生的學習興趣、學習的主動性與積極性;然后進行實驗原理和方法的集中指導，通過講授與實驗操作相結(jié)合的方式進行典型示范，然后由學生根據(jù)實驗指導書進行自主設(shè)計和操作。教師在實驗過程中注重實驗過程設(shè)計，給予必要的指導，由學生獨立完成實驗。

實驗時，學生借助于VISSIM實驗平臺，首先通過設(shè)置道路條件、交通流狀況、沖突區(qū)域或優(yōu)先規(guī)則的設(shè)置來展示無控制的路段行人過街的情況;然后通過信號控制機相關(guān)參數(shù)和文件的設(shè)置來實現(xiàn)自主設(shè)計的定時信號控制方案、感應(yīng)控制方案等，直觀展示不同管理和控制方案的影響效果[5]。在實驗過程中，學生可以自由地進行綜合設(shè)計，包括參數(shù)設(shè)置等，可啟發(fā)學生對不同的交通條件探索不同的實驗方案。結(jié)合交通數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果進行分析時，可引導學生從幾個方面展開：（1）對不同控制方式下各評價指標值進行總體對比分析;（2）對單種控制方式下的路段機動車和行人延誤、排隊長度、排隊次數(shù)等的變化趨勢進行總體和局部對比分析。另外，還可以引導學生嘗試與交叉口信號進行聯(lián)動控制，分析效果。

三、實驗應(yīng)用效果

該實驗將先進的交通仿真軟件作為實驗教學工具，將信號控制理論完全融合到實驗中。通過對路段行人過街交通進行不同控制方式的仿真實驗，學生不僅可以掌握路段行人過街控制的理論和實現(xiàn)方法，深入了解兩種不同控制方法的優(yōu)缺點，對各控制方法的效果和適用性有更直觀的感受，加深理解交通信號控制對改善交通運行的有效作用。而且可以使學生掌握仿真實驗方法和軟件，能夠運用所學的專業(yè)知識去分析并解決實際交通問題，為將來參與交通管理與控制工作奠定專業(yè)基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]吳兵，李林波，李曄.《交通管理與控制》課程教學改革探索與實踐[J].教育教學論壇，2012，（31）：155-157.

[2]吳兵，李曄.交通管理與控制[M].第5版.北京：人民交通出版社，2015.

[3]PTV Planung Transport Verkehr AG.VISSIM10.0 user manual[R].PTV Corporation，2018.

[4]徐洪峰，柳爽，張棟，鄭啟明.單點全感應(yīng)式信號控制方法的參數(shù)取值[J].吉林大學學報：工學版，2019，（1）：45-52.

[5]王艷麗，吳兵，李林波.基于VISSIM的“交通管理與控制”實驗課程設(shè)計[J].實驗室研究與探索，2016，35（3）：210-212，216.