張冰辰，楊 楠，紀(jì) 超，程麗榮，楊春霞

(1.太原科技大學(xué) 交通與物流學(xué)院，太原 030024;2.河北勝康工程設(shè)計有限公司，河北 邢臺 054000)

隨著城市道路拓寬，行人過街長度也不斷增加，導(dǎo)致行人無法在一個相位內(nèi)完成過街，不得不選擇在綠燈結(jié)束時停留在道路中央或者強行穿越機動車流，會給交通造成極大的安全隱患，對于交叉口需要左轉(zhuǎn)的行人，此情況更為嚴(yán)重。行人過街方法研究中一般分為二次過街和行人專用相位過街兩種。

二次過街指在一個綠燈相位內(nèi)，行人無法穿越道路，從而在道路中間設(shè)立安全島，使行人在紅燈時在此停駐等待下一綠燈相位時通行。林雨平等[2]的研究結(jié)果表明，若交叉口采用二次行人過街方式后，行人過街延誤減小。楊睿[3]分析了行人過街的時間和空間需求，但在分析行人過街延誤時，沒有綜合考慮交叉口情況。從上述文獻(xiàn)可知，二次過街方法雖然解決了行人在一個相位內(nèi)無法一次性過街的問題，但對于左轉(zhuǎn)的行人來說，則需要四次過街才能實現(xiàn)左轉(zhuǎn)，此方法存在較大延誤。

行人專用相位是指在某一信號相位，只有行人具有通行權(quán)的信號相位。張亮[4]的研究結(jié)果表明具有行人專用相位的過街方法較適用于過街行人數(shù)量大的交叉口。Shawn Tumer等對行人過街需求問題進行分析，提出設(shè)置行人安全島來解決交通問題[5-6]行人專用相位能使左轉(zhuǎn)的行人在一個相位內(nèi)實現(xiàn)左轉(zhuǎn)，但使用條件較高，對于機動車飽和度、行人對角過街的需求、機動車交叉口轉(zhuǎn)彎率都有相應(yīng)約束，而且對于行人專用相位剛結(jié)束時到達(dá)的過街行人，則需要等待一整個機動車信號周期。

針對上述兩種方法的優(yōu)勢及不足，本文提出一種新型混合式行人過街方法，一方面利用行人專用相位彌補二次過街左轉(zhuǎn)時間過長的缺陷，另一方面利用二次過街的方法彌補行人專用相位過街方法中的缺點，比如行人專用相位剛結(jié)束時到達(dá)過街行人需要等待時間較長。在此基礎(chǔ)上對交叉口進行渠化及信號控制方案設(shè)計，同時對此方法的適用性進行分析，提出適用范圍，最后為了充分保證過街行人的安全，給出了相應(yīng)安全設(shè)施設(shè)置方案。

1 交叉口混合式行人過街方法設(shè)計

1.1 交叉口渠化

混合式行人過街方法在交叉口渠化上，保留傳統(tǒng)二次過街人行道，同時增加對角式人行道，人行道相交處設(shè)立中央安全島，如圖1所示。交叉口渠化上，保留傳統(tǒng)二次過街人行道，同時增加對角式人行道。交通組織上，目的地為馬路對面的行人可按照傳統(tǒng)二次過街的路線過街，途中在中央隔離帶等待下次綠燈。需要對角方向過街的行人只需穿越交叉口中對角方向人行道，途中在中央安全島等待下次綠燈。

圖1 交叉口總體渠化圖Fig.1 The overall drainage diagram of the intersection

1.1.1 中央安全島大小

本文以某市雙向八車道與雙向六車道相交的交叉口為例，如圖2，兩條道路均有中央隔離帶，中央隔離帶寬為3 m，車道寬3.5 m，停止線距離人行橫道1.5 m，車輛左轉(zhuǎn)半徑為30m.當(dāng)中央安全島為菱形時面積最大，此時兩條對角線長l均為10m.設(shè)安全島與機動車的安全距離a為1 m[7]，根據(jù)菱形面積公式，求得此時中央安全島面積為45.125 m2，取45 m2.

圖2 中央安全島尺寸計算圖Fig.2 Central Safety Island dimensioning chart

當(dāng)行人站立面積為0.65 m2/人～0.93 m2/人時，服務(wù)水平為C級，行人可以站立和穿過等待區(qū)進行有限制的活動，但要干擾其他人，該密度在使人舒服的范圍內(nèi)[8]。本文將采用0.65 m2/人作為行人在安全島等待時占地面積，假設(shè)中央安全島上的信號燈占據(jù)一個行人的面積，即一個面積為45 m2的安全島，可站立行人68人。

為使研究更具有代表性，對常見城市道路進行調(diào)查，計算表1中幾種交叉口的中央安全島面積以及可容納的行人量。假設(shè)道路中央隔離帶寬度均為3 m，機動車車道寬3.5 m，計算結(jié)果詳見表1.

表1 中央安全島面積及可容納行人量Tab.1 Central Safety Island area and pedestrian capacity

1.1.2 人行道寬度

考慮行人通行的基本要求和舒適性，我國《城市道路工程技術(shù)規(guī)范》(GB 51286-2018)[9]中規(guī)定了人行橫道的最小寬度不得低于1.5 m，本文將取4 m寬的人行橫道進行研究。

1.2 混合式行人過街路線與信號控制

1.2.1 行人過街路線與信號相位

為了減少沖突區(qū)域，交叉口機動車輛采用單進口放行[10]的方法，如圖3所示，虛線表示機動車行駛路線，實線表示行人行駛路線。

圖3 行人過街路線與相序圖Fig.3 Pedestrian crossing routes and phase sequence maps

第一相位時，南進口左轉(zhuǎn)和直行的機動車輛放行，行人放行方式如圖3(a)中實線所示，二、三、四相位與第一相位放行方法相同。本文以南進口東側(cè)行人為例進行分析。

1.2.2 行人過街信號配時

為方便表述，將每段過街人行道用字母表示，如圖4，行人從東向西穿過人行橫道，先經(jīng)歷EF段，再經(jīng)歷GH段，F(xiàn)G段為中央隔離帶，A、B、C、D分別為對角方向過街四段人行道，O為中央安全島。

圖4 交叉口人行橫道分段圖Fig.4 Crossroads segmented chart

本文所調(diào)查交叉口信號周期時長180 s，黃燈時長為3 s，根據(jù)圖3中行人二次過街相位設(shè)置方案與調(diào)查結(jié)果，交叉口信號配時為：g1=22 s、g2=32 s、g3=62 s、g4=52 s，其中g(shù)為綠燈時間，ty為黃燈時長(s)，ty=3 s;C為周期時長(s)即C=g1+g2+g3+g4+L，其中L=12 s為損失時間;南進口人行橫道EF段在g1、g3時放行，GH段在g2、g3、g4時放行。對角方向過街人行道A段、B段、C段、D段放行時間分別為g1、g3、g4、g2.

2 行人混合式過街延誤分析與評價

行人延誤指信號交叉口一個信號周期內(nèi)行人等待過街時間[11]。本節(jié)在上述信號配時基礎(chǔ)上，分析行人過街延誤并進行評價。

2.1 延誤模型

若以時間為橫坐標(biāo)、行人流量為縱坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系，假定行人到達(dá)率為飽和流率，且行人在綠燈期間內(nèi)全部消散。在一個周期內(nèi)，行人通過南進口處人行橫道EF段所產(chǎn)生的延誤如圖5所示，行人體兩次到達(dá)EF段的時間分別為r′1與r′2，其中r′1=g2+ty、r′2=g4+ty，ty為黃燈時間。設(shè)行人駛離率為飽和流率，過街行人的消散時長于綠燈時長。

圖5 南進口EF段行人到達(dá)與駛離圖Fig.5 Pedestrian arrival and departure in EF section of South Import

(1)

(2)

那么，在一個周期內(nèi)，行人通過南進口處人行橫道EF段所產(chǎn)生的延誤為：

(3)

行人過街時一般聚集成一個行人體后再過街。行人體反應(yīng)時間一般取2 s，其與行人體過街時間之和為行人體消散時間。通過行人體的過街時長可以計算出行人消散時間ts1與ts2，計算公式如下[12]：

(4)

(5)

(6)

(7)

式中：d為一個周期內(nèi)行人過街產(chǎn)生的延誤，P1、P2、P3、P4分別為行人到達(dá)率，以實際調(diào)查可得知，ts為行人體過街時長，g為綠燈時長，ty為黃燈時長。

2.2 有效性評價

為驗證本文所提出的方法是否減小行人過街延誤，將運用混合式過街方法與二次過街方法以及行人專用相位的過街方法進行對比。傳統(tǒng)二次過街方式如圖6所示，實線表示行人過街軌跡，虛線表示機動車行駛軌跡。

圖6 二次過街路線與相序圖Fig.6 Secondary cross-street routes and phase sequence maps

與混合式行人過街延誤模型建立的原理相同，g為綠燈時間，由于左轉(zhuǎn)行人需要橫穿兩條馬路，因此左轉(zhuǎn)行人過街延誤模型為相鄰兩個方向過街的延誤之和。得到南進口EF、GH段的延誤模型分別為：

(g2+g3+2ty)

(8)

(9)

具有行人專用相位過街[13]方式如圖7所示，第五相位為行人專用相位。由于具有行人專用相位的過街方法中各個方向行人的等待時間均為整個機動車相位時長，因此各方向的行人過街延誤模型相同。

圖7 具有行人專用相位過街方法路線與相序圖Fig.7 There is a pedestrian-specific phase crossing method route and phase sequence map

同理可得到其中一個方向的延誤模型為：

(g1+g2+g3+g4+4ty+ts9)

(10)

以本文調(diào)查交叉口為例進行延誤計算，行人過街速度1.2 m/s，1 h內(nèi)南進口東側(cè)行人穿越馬路到南進口西側(cè)、東進口北側(cè)以及左轉(zhuǎn)的行人流量分別為345人、289人、424人，得到各個方向的行人過街延誤如表2所示，混合式過街在三個方向的延誤均有改善，東向西、南向北的行人過街延誤改善明顯，左轉(zhuǎn)產(chǎn)生的延誤相對二次過街改善明顯。

表2 三種過街方式的行人過街各方向平均延誤Tab.2 Average delay of pedestrian crossings in three ways

3 混合式過街模式適用性分析及闕值建議

為了更好地研究對角式過街的適用范圍，本文針對南進口東側(cè)行人進行分析，對不同的行人流量、不同的交叉口規(guī)模分別利用VISSIM[14]進行仿真。

3.1 當(dāng)行人流量改變，車道數(shù)不變時

當(dāng)交叉口車道數(shù)為雙向六車道與雙向八車道相交，東向西方向、南向北方向、左轉(zhuǎn)方向為200 per/h～2 000 per/h時，計算結(jié)果如圖8-10所示。

圖8 東向西延誤仿真結(jié)果圖Fig.8 East-to-west delay simulation results chart

圖9 南向北延誤仿真結(jié)果圖Fig.9 South-to-north delay simulation results chart

圖10 左轉(zhuǎn)延誤仿真結(jié)果圖Fig.10 Turn left to delay the simulation results

3.2 當(dāng)行人流量不變時，改變車道數(shù)

當(dāng)行人流量不變時，改變車道數(shù)1 h內(nèi)東向西、南向北、左轉(zhuǎn)方向的仿真結(jié)果如表3所示?；旌鲜叫腥诉^街方法能較好改善交叉口行人過街延誤，行人流量與過街距離略微改變，不會對行人過街產(chǎn)生的延誤造成過大影響?；旌鲜叫腥诉^街適用于渠化后兩條相交道路均不小于六車道，車速不大于40 km/h 的交叉口這樣的交叉口[15]。在行人流量方面，本方法適用于行人通行需求較大，尤其是對角通行行人較多的交叉口，左轉(zhuǎn)方向的延誤得到了很大的改善。

表3 不同車道數(shù)三種過街方式的行人過街各方向平均延誤Tab.3 The average delay of pedestrian crossing in each direction under three crossing modes with different number of lanes

4 安全設(shè)施

當(dāng)對角方向過街的行人在中央安全島停駐等待下一綠燈相位通行時，往往會有機動車通過交叉口，行人的安全就得不到保障，行人作為交通參與者中的弱勢群體，保護行人的安全勢在必得。

位于交叉口中央的安全島存在很大的安全隱患，為了保護過街行人的安全，將從中央安全島防護設(shè)施、交通標(biāo)志、交通標(biāo)線三個方面實施。

(1)中央安全島防護設(shè)施

為了保護在中央安全島上停駐的過街行人不被機動車碰撞，在菱形的中央安全島周圍安裝帶有反光標(biāo)記的突起路標(biāo)，既能保護過街行人的安全，也能引起夜間行駛駕駛員的注意力。中央安全島采用立體標(biāo)線畫出，既保障了機動車的安全，又給行人一種視覺上的錯覺。另外，在中央安全島的信號燈桿上安裝照明設(shè)施，用于安全島的照明。

在安全島周圍安裝上自動感應(yīng)警報裝置，在紅燈時，當(dāng)有行人踏過安全島的邊緣，此裝置就會自動發(fā)出警報。

(2)交通標(biāo)志

在交叉口進口道處設(shè)置警告標(biāo)志，提醒司機前方路口有中央安全島，提前減速慢行。

(3)交通標(biāo)線

為了更好地明確左轉(zhuǎn)機動車的行駛軌跡，在交叉口中畫出左轉(zhuǎn)車輛導(dǎo)流線，左轉(zhuǎn)機動車沿著導(dǎo)流線行駛，能有效地避免與中央安全島發(fā)生沖突。

5 結(jié)論

本文以渠化島交叉口為研究對象，利用交叉口內(nèi)機動車無法利用到的空間，通過在交叉口設(shè)置中央安全島，提出一種混合式的過街方法，放行對角方向過街行人的同時，放行與機動車無沖突區(qū)域的行人，最后經(jīng)過與二次過街方法和具有行人專用相位過街方法的對比，證明該方法降低了行人過街的延誤。該行人過街方法較為復(fù)雜，初實施時，要加強交通管制，引導(dǎo)行人正確過街，以確保行人的安全。中央安全島的大小要根據(jù)行人流量、交叉口規(guī)模來確定，但具體內(nèi)容還未做研究；由于此過街方法的行人會在中央安全島停駐等待二次過街，交叉口的安全性也是評價該方法的重要指標(biāo)，這將是下一步探討的內(nèi)容。