行人優(yōu)先狀態(tài)下城市路段行人過街控制方式研究

王紅曉

（鄂爾多斯應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000 ）

我國從2017 年開始采用行人優(yōu)先過街模式，使機(jī)動車主動避讓行人。“車讓人”政策的實(shí)施大大提高了行人在過街的安全性，但行人數(shù)量增多、到達(dá)的不規(guī)律性和到達(dá)即通行行為，使機(jī)動車在停車、減速讓行次數(shù)和時(shí)間上與傳統(tǒng)行人過街時(shí)產(chǎn)生較大差異。此時(shí)還是按照傳統(tǒng)情況下進(jìn)行信號燈設(shè)置是不合理的。因此研究行人數(shù)量對機(jī)動車的延誤影響，在保證行人安全的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)行人優(yōu)先下的人行橫道控制措施，是非常有必要的。

1.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

楊旭剛[1]提出優(yōu)先權(quán)的確定不是一成不變的，應(yīng)根據(jù)不同時(shí)段因時(shí)確定，為信號分時(shí)燈開啟時(shí)間提供了依據(jù)。慈玉生[2]等提出了一種基于結(jié)合經(jīng)驗(yàn)概率分布及行人過街人數(shù)分布的機(jī)動車綜合延誤算法，表明過街人數(shù)分布對車輛的避讓方式起著關(guān)鍵性作用。張勇[3]等對行人優(yōu)先下的機(jī)動車和行人交通特性進(jìn)行vissim 仿真實(shí)驗(yàn)，分析了傳統(tǒng)和行人優(yōu)先兩種情況下的總體延誤。在無信號燈控制交叉口下的人車沖突，學(xué)者多注重行人的安全性以及找尋沖突的解決機(jī)制，但都缺乏過街行人數(shù)量時(shí)間分布特征對機(jī)動車延誤的研究。

路段行人過街設(shè)施主要有行人過街請求系統(tǒng)（主動）、基于紅外檢測的行人過街自動預(yù)警系統(tǒng)、基于熱感成像和人體識別的智能斑馬線系統(tǒng)。以上系統(tǒng)都能有效提高行人過街安全，但同時(shí)也降低了機(jī)動車通行效率，特別是在主干道路。這是因?yàn)椋谠O(shè)置這些設(shè)施時(shí)，更多地考慮了行人的過街安全和過街效率，而沒有考慮行人流量、行人到達(dá)規(guī)律、機(jī)動車流量等因素。

2.行人過街交通特性

2.1 傳統(tǒng)形式下行人過街交通特性

傳統(tǒng)形式下行人能否過街主要取決于機(jī)動車車頭間隙。當(dāng)有足夠的車頭間隙時(shí)，行人到達(dá)人行橫道后直接通行，若沒有足夠的車頭間隙，行人需駐足等待觀察。而駐足等待觀察行為，使行人在過街前形成一定的群集。但由于此時(shí)無信號控制，人行橫道兩端行人非一起通行。

2.2 行人優(yōu)先形式下行人過街交通特性

（1）行人具有優(yōu)先通行權(quán)，但出于本能，行人在接近人行橫道時(shí)，觀察有無足夠車頭間隙，當(dāng)車輛速度較快，人車距離較小時(shí)，行人調(diào)整步速，機(jī)動車先行，直至車輛減速讓行或停車讓行。此時(shí)如果后續(xù)有行人到達(dá)，行人在人行橫道處形成小范圍的群集。這一情況與傳統(tǒng)形式下行人過街特性類似。

（2）行人判斷機(jī)動車與行人之間有安全距離，車輛主動避讓，作出減速和停車讓行行為時(shí)，則行人勻速通過。

（3）當(dāng)人行橫道上有行人正在通行時(shí)，接近人行橫道的行人為與正在通行的行人一起過街，陸續(xù)進(jìn)入人行橫道，并加速通過。如圖1 所示。

圖1 行人松散通過

（4）行人在人行橫道走行時(shí)，由于行人享有優(yōu)先權(quán)，當(dāng)行人間的距離不能使機(jī)動車通行時(shí)，機(jī)動車需提前減速甚至停車，行人勻速或加速通行。

2.3 機(jī)動車讓行特性

高峰時(shí)機(jī)動車流量高，為減少延誤，當(dāng)人行橫道處有行人但前車并未做出讓行行為時(shí)，后車為減少延誤也不產(chǎn)生讓行行為。當(dāng)前車采取減速或停車讓行行為時(shí)，后車因前車的減速行為減速或停車讓行，相鄰車道車輛也相應(yīng)做出減速讓行行為。

3.行人優(yōu)先政策下交通控制措施

3.1 行人待行區(qū)設(shè)計(jì)

3.1.1 假設(shè)條件

路段較長，車流屬于自由流狀態(tài)，車流量變化大且不規(guī)則，路段行人到達(dá)不規(guī)律，行人流量波動較大。在一定時(shí)間間隔內(nèi)到達(dá)人行橫道的人數(shù)是隨機(jī)的，行人到達(dá)符合泊松分布，行人到達(dá)率為。

3.1.2 設(shè)計(jì)原理

高峰期間，車流和行人流量大，使行人在最短放行間隔內(nèi)聚集后放行，機(jī)動車通過行人群集間隙通過。非高峰期間，車流和行人流量不大，考慮行人優(yōu)先下的最長等待時(shí)間，使行人在最長等待時(shí)間間形成大于等于2 人的群集。最短放行時(shí)間和最長放行時(shí)間的目的均為使行人在走行前形成一定范圍的聚集，并同一時(shí)間進(jìn)入人行橫道，減少沖突面積。最長放行時(shí)間考慮行人優(yōu)先，防止行人等待時(shí)間過長導(dǎo)致的“行人優(yōu)先”下的“行人不優(yōu)先”和提前過街產(chǎn)生的不安全。

3.1.3 行人待行區(qū)設(shè)計(jì)

當(dāng)行人數(shù)量不多時(shí)，行人沿行車方向在人行橫道內(nèi)一字排開時(shí)，機(jī)動車對單排行人的讓行行為相當(dāng)于對單個(gè)行人的讓行行為。基于此理念，在人行橫道外設(shè)置行人待行區(qū)。機(jī)動車對單個(gè)行人和對單排行人的讓行行為，如圖2 所示。

圖2 機(jī)動車對單個(gè)行人和單排行人的讓行行為

設(shè)置放行間隔為t，待行區(qū)內(nèi)可站立行人數(shù)量為n，則在放行間隔內(nèi)到達(dá)人的概率為：

λ—單位時(shí)間間隔的行人平均到達(dá)率（人/s）

t —放行間隔（s）

e —自然對數(shù)的底

行人待行區(qū)可設(shè)置單排或雙排，根據(jù)人行橫道寬度（約4 m）和行人在站立時(shí)的舒適距離（1 m），行人待行區(qū)可站立人數(shù)為4 人（單排）或8 人（雙排）。當(dāng)在放行間隔內(nèi)到達(dá)的人數(shù)大于n 人時(shí)，后面到達(dá)的行人在待行區(qū)外排隊(duì)。因此不能太大，以防行人在待行區(qū)外排隊(duì)，等待時(shí)間過長，在本文中取=60%。當(dāng)行人流量少，最大放行間隔內(nèi)到達(dá)的行人數(shù)量不足2 人時(shí)，無須設(shè)置行人待行區(qū)，。

3.2 通行規(guī)則

（1）高峰期設(shè)置最短放行間隔。既保證行人優(yōu)先，又保證機(jī)動車通行。行人流量較大，要使機(jī)動車在小群集行人的間隙中穿越，前一群集的行人走行距離要大于兩條車道的寬度。即t=（待行區(qū)長度+2 行人步幅+2 車道寬度)/行人步速。

設(shè)車道寬度為l=3.5 m，行人步行速度為v=1.2 m/s，行人站立區(qū)為雙排時(shí)長度為0.8 m，行人步幅為0.66 m，t=(0.8+1.52+7)/1.2=8 s，此時(shí)行人流量Q=1 人/s。最短放行時(shí)間，為黃燈時(shí)間。當(dāng)行人流量大于1 人/s 時(shí)，無法實(shí)現(xiàn)機(jī)動車在行人群集的間隙中通過，設(shè)置普通信號控制。

（2）行人流量較小時(shí)，不設(shè)最短放行時(shí)間，行人站滿即可通行。設(shè)置最長放行時(shí)間，即行人優(yōu)先情況下行人極限等待時(shí)間。在最長等待時(shí)間內(nèi)，如行人到達(dá)不足2 人，則小群集放行組織不適用。

3.3 信號設(shè)置

機(jī)動車在讓行過程中，“第一輛”讓行車輛的讓行行為對同一車道其他車輛的讓行行為起到至關(guān)重要的作用，同時(shí)作用于相鄰車道車輛。為保證“第一輛”車在合適的時(shí)間減速，在人行橫道處設(shè)置信號燈。

行人信號燈設(shè)置在人行橫道兩端，機(jī)動車信號設(shè)置在人行橫道線上，如圖3 所示。行人聚集時(shí)行人站立在特定區(qū)域，如圖4 所示，在重力作用下觸發(fā)信號開始計(jì)時(shí)，此時(shí)機(jī)動車信號為綠燈，行人信號為紅燈。當(dāng)行人站滿待行區(qū)或未站滿但已達(dá)到最長等待時(shí)間時(shí)，機(jī)動車信號變?yōu)辄S燈，行人信號仍為紅燈。黃燈結(jié)束后，機(jī)動車信號變?yōu)榧t燈，行人信號變?yōu)榫G燈。行人離開車道時(shí)，車道邊緣的信號燈由紅燈變?yōu)榫G燈，該車道機(jī)動車通行。

圖3 機(jī)動車信號位置

圖4 行人待行區(qū)

4.結(jié)語

行人非集中過街是造成行人優(yōu)先情況下機(jī)動車延誤的主要因素。為在保護(hù)過街行人安全的條件下減少行人對機(jī)動車運(yùn)行的影響，本文在分析行人過街特性和機(jī)動車讓行特性后，設(shè)計(jì)行人待行區(qū)和信號控制方案，約束單次過街行人數(shù)量和走行時(shí)刻，為行人優(yōu)先情況下的人行橫道行人過街設(shè)施設(shè)計(jì)提供參考。