基于微觀仿真的信號交叉口行人二次過街通行效率評估

【摘" " 要】：為了提升交叉口服務水平，在常規四相位信號控制的基礎上重新調整信號相序，設計一種新型行人二次過街模式，通過VISSIM軟件建立對比模型，采集車輛平均通過時間（VATT）、車輛平均延誤時間（VAD）、行人平均通過時間（PATT）、行人平均延誤時間（PAD）、每小時通過交叉口的車輛（NV）和每小時通過交叉口的行人數（NP）等數據評估過街模型的運行效率。結果表明，各模型在VATT、VAD、NV及NP等方面差距不明顯；而采用新型二次過街模式的交叉口在PATT和PAD方面運行效率有顯著提升。

【關鍵詞】：行人過街；交叉口；信號控制

【中圖分類號】：U491.23 【文獻標志碼】：A 【文章編號】：1008-3197（2025）01-01-03

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2025.01.001

Evaluation of Pedestrian Twice Crossing Efficiency at Signalized Intersections Based on Micro Simulation

SONG Chaoqun

（Tianjin Municipal Engineering Design amp; Research Institute Co.Ltd.， Tianjin 300392， China）

【Abstract】： In order to improve intersection service level ，this paper on the basis of conventional four phase signal control， this article readjusts the signal phase sequence and designs a new pedestrian twice crossing mode. Comparative models are established using VISSIM to collect data such as vehicle average travel time （VATT）， vehicle average delay （VAD）， pedestrian average travel time （PATT）， pedestrian average delay （PAD）， and the number of vehicles （NV） and the number of pedestrians （NP） passing through the intersection per hour to evaluate the operational efficiency of each crossing model. The results show that there is no significant difference between the models in terms of VATT， VAD， NV， and NP. The intersection using the new secondary crossing mode has significantly improved operational efficiency in terms of PATT and PAD.

【Key words】： pedestrians crossing；intersections；signal control

通常情況下，行人只能跟隨直行信號過街，即一次過街。當干路與支路相交時，干路吸引更多的交通流，為滿足交通轉換，往往會從信號周期中獲得更多的綠燈時間，隨之而來的問題是行人必須跟隨支路較短的直行綠燈時間通過較寬的干路；為了保證行人有足夠的時間過街，則需要增加周期時長，導致支路方向上的綠燈浪費，干路上的車輛排隊，進而降低交叉口服務水平[1]。當兩條干路相交，交通需求權重相等，信號設計時無需考慮行人過街時間無法滿足的問題，但交通需求的增長同樣導致信號周期增加，長時間等待行人會變得焦躁，尤其是在惡劣天氣下，行人會冒險闖紅燈，干擾路口交通秩序，也無法保證自身安全；行人一次過街的矛盾主要是等待時間過長，為了減少等待時間，通常采用二次過街模式，行人利用左轉相位提前行至路中等待下一個直行相位，雖然一定程度上增加了行人過街時間，但行人必須在路中等待直到直行相位，等待過程中更容易發生試探性闖燈過街，擾亂交通秩序[2]。解決行人過街問題成了提升交叉口服務水平的關鍵。

本文提出一種新型二次過街模式，通過重新調整信號相序及重新設計人行橫道，使得行人可以利用左轉相位連續過街。

1 模型構建

兩路相交的路口采用常規四相位信號控制，即相位1東西方向直行，左轉車輛進入待轉區，此時行人可以在一、二象限間及三、四象限間活動；相位2東西方向車輛左轉，此時行人原地等待；相位3、4道理分別同相位1、2。見圖1。

一般來說，行人只能使用相位1和相位3過街。觀察相位2和相位4狀態下的車輛行駛軌跡，每個相位均有2個處于受保護狀態的空閑象限。當處于相位2時，行人可以使用第二象限和第四象限的人行橫道至路中。同理，當處于相位4時，行人可以使用第一象限和第三象限的人行橫道至路中。相位2和相位4狀態下的這2組受保護象限在空間上是互補的[3]；因此，可以通過調整信號相序的方式來創建新的二次過街模式，使行人利用2個左轉相位連續過街[4]，具體做法是對調相位4和相位3信號的順序。見圖2。

相位1東西向信號車輛直行，東西向左轉車輛駛入左轉等候區。此時，行人可以在第一、二象限間及第三、四象限間活動。

相位2東西向車輛左轉，南北向左轉車輛駛入待轉區。此時，行人可以使用第二、四象限內受保護的人行橫道行至路中。

相位3南北方向車輛左轉，南北向直行車輛進入等候區。此時，在相位2已經行至路中的行人可以在相位3開始時繼續穿過街道至對面，左轉信號銜接得當的情況下可使行人連續過街，避免行人在路中長時間等待。同時，為了保證在路中的安全性，通過設置折線形人行橫道的方式增加中央安全島的面積[5～6]。

相位4南北方向車輛直行。此時，南北向行人可同時過街。

與常規四相位信號控制的一次性過街交叉口相比，新型二次過街交叉口有3處變化：

1）調整常規四相位信號相序，相位3和相位4的順序對調；

2）使用階梯式人行道替換直線式人行道，增加路中行人等待區面積；

3）在南北向進口道增加直行車輛等待區。

2 VISSIM仿真

為了驗證模型的運行效果，采用VISSIM軟件構建3種交叉口模型[7]：模型1為大型交叉口應用常規的四相位信號控制，行人跟隨直行信號一次性過街；模型2在模型1的基礎上允許行人在左轉相位時步行至路中等待，即常規二次過街[8]；模型3為本文提出的新型二次過街。3個模型幾何尺寸及車輛、行人數據、信號周期時長均相同。每個方向的行人流量為150 ped/h，信號周期長為106 s，東西向車流量為2 090 veh/h，南北向車流量為1 349 veh/h。數據收集周期300～3 900 s。每個模型使用隨機種子模擬10次，收集數據進行對比分析[9]。見圖3。

3 結果分析

通過收集3個模型300～3 900 s時間段內的車輛平均通過時間（VATT）、車輛平均延誤時間（VAD）、行人平均通過時間（PATT）、行人平均延誤時間（PAD）、每小時通過交叉口的車輛數（NV）和每小時通過交叉口的行人數（NP）等數據[10]，進而確定各模型運行效率。總體而言，新型二次過街模型比其他2種模型更具優勢。見表1。

從交叉口通行能力來看，3種模型每小時通過交叉口的車輛數及行人數基本一致，表明應用新型二次過街模式不會對交叉口的通行能力產生負面影響。在車輛通行方面，二次過街模式比一次過街模式具有更好的表現，但優勢并不明顯，VATT、VAD分別縮短1.5、1.4 s。上述結果表明，調整信號相序，不會對車輛通行產生負面影響。

在行人通行方面，新型二次過街模型有更好表現，PATT和PAD分別比一次過街模型縮短了5.2、3.9 s，比常規二次過街模型縮短了12.2、12 s。在大型交叉口應用新型二次過街模式可以在不增加車輛通過時間的情況下節省行人的過街時間。

4 結論與建議

二次過街最初是為了增加行人過街時間，減少等待延誤，本文提出的一種新型二次過街模型，通過重新排列信號相位順序，更加充分地利用交叉口的時空資源幫助行人過街。VISSIM模型仿真結果表明：

1）二次過街模式在VATT和VAD方面都優于一次過街模式，但優勢并不明顯，應用新型二次過街模式不會對車輛通過交叉口產生負面影響；

2）新型二次過街模式在PATT和PAD方面均優于一次過街模式和常規二次過街模式，并且與常規二次過街模式相比，優勢明顯；因此，應用新型二次過街模式替代常規二次過街模式是可行的；

3）與采用一次過街和常規二次過街模式的交叉口相比，采用新型二次過街模式的交叉口車輛和行人的通行數量增加。

本文通過建立對比模型，研究了不同信號控制下3種過街模型車輛及行人通過交叉口的效率。今后還可以充分挖潛交叉口的時空資源，通過構建仿真模型驗證有效性，進一步優化通行效率；此外，應調查采用新型二次過街模型路口的交通事故率，以便更全面地評估該種模式的性能。

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收稿日期：2023-10-28

作者簡介：宋超群（1991 - ）， 男， 碩士， 工程師， 從事道路工程和交通工程設計工作。