无控制人行横道处城市道路通行能力研究

付文进,郑长江,王晨

(河海大学 土木与交通学院,江苏 南京 210000)

无控制人行横道处城市道路通行能力研究

付文进,郑长江,王晨

(河海大学 土木与交通学院,江苏 南京 210000)

为了有效缓减人机冲突，确保行人安全过街，提高城市道路的通行能力，从无控制人行横道处研究行人过街对城市道路通行能力的影响.首先明确行人过街影响区、行人过街影响时间等概念，确定道路通行能力在行人过街影响下的计算公式；结合调查数据，得到过街行人到达率与影响时间的统计关系，建立行人过街对通行能力影响的数学模型；最后针对城市道路的典型路段，进行实例计算与仿真评价，通过对比模型计算值与仿真模拟值，对模型进行有效性验证.

无信号控制 ; 行人过街 ; 道路通行能力; 仿真评价

0 引言

现代交通研究越来越强调“以人为本”，大量的行人交通横穿马路是国内城市道路的显著特征.在大多数无控制人行横道处，行人乱穿马路现象严重，使得城市道路上的车流受到一定的阻碍[1].国内外研究行人过街文献比较多，Yagil等分析了信号控制交叉口行人过街行为，进行环境及个人状态对行人意识影响的调查，较全面地描述了行人过街心理.Yang[2]等基于视频监测数据和问卷调查,以交叉口红灯期间的行人行为为对象,构建了过街行为的微观仿真模型.Kadali和Perumal通过采集路段过街横道处的行人特性、机动车特征及交通流特征数据,确定了影响行人过街决策的主要因素[3].马菁通过环境心理学及实际数据，研究了外界环境对行人的影响以及行人之间的相互影响.这些研究主要分析了行人过街行为的特性而没有讨论过街行为对路段通行能力的影响.本文主要从无信号控制处行人过街入手，着重研究行人过街对于路段通行能力的影响，通过建模仿真，来研究行人过街行为对路段交通的影响.

1 行人过街对通行能力影响建模

(1)行人过街影响区

本文研究的行人过街影响区[4]是假定行人都是遵守交通规则实施过街行为的，即行人通过人行横道过街设施过街.行人过街影响区的本质是一片区域，这片区域的确定随着人行横道铺设标准的不同出现差异，影响区面积一般为人行横道长度与宽度的乘积[5].

(2)行人过街影响时间T

行人过街影响时间是[6]指在1h内所有行人过街造成的路段机动车损失时间之和.不同的行人过街流量及过街控制方式，行人过街影响时间差异较大.按照平面道路行人过街方式，可以将行人过街影响时间分为行人自由过街影响时间T自由、无信号控制行人过街影响时间T无控制和有信号控制行人过街影响时间T有控制三种[7].

(3)行人过街条件下的路段通行能力C

指在行人过街的影响下，城市的路段通行能力.其计算公式为：

(1)

式中,C为行人过街影响下的路段通行能力(pcu/h)；Cp为道路可能通行能力(pcu/h).

无控制人行横道处过街行人与机动车的样本数据采集于南京某一无控制人行横道处，通过录像法获得区域内过街行人和机动车自8∶00～18∶00的通行情况.根据采集到的数据，将5 min的行人流率换算成1 h的流量，并建立无控制人行横道处，行人平均到达频率λ(人/h)与影响时间T的关系模型，使用SPSS软件对数据进行处理，可得到在无信号控制人行横道处过街条件下行人到达率与影响时间的关系散点图如图1所示，为更准确研究行人过街对通行能力的影响，取0<λ<1 600.

图1 无控制人行横道处λ与T散点图

由图1的散点趋势可知，无控制人行横道处，行人过街影响时间与过街行人到达率成正相关关系，随着过街行人的增加，行人过街影响时间不断增大，且变量增幅大致持平.现选择Linear模型、Power模型、Quadratic模型分别对行人到达率和影响时间采集数据进行回归拟合.相关性统计检验结果如表1所示.

表1 无控制人行横道处λ与T统计分析表

由表1可知，比较各种模型的R2值，Quadratic模型检验数R2比另外两个模型高，因此用Quadratic模型拟合无信号控制人行横道处行人到达率与影响时间的关系效果较好.综上所述，在无控制人行横道处，过街行人到达率与行人过街影响时间的经验数学模型为：

(2)

所以在无控制人行横道处行人过街的条件下，城市路段通行能力的经验计算公式为：

(3)

2 实例计算与仿真评价

2.1 城市道路通行能力影响实例计算

某一城市道路为双向六车道，每一车道宽为3.5m，设计速度为40km/h，根据实地调查与查阅相关资料得知每条车道的可能通行能力均为1 500pcu/h，设定过街行人的步行速度均为1.30m/s，分别计算人行横道处过街行人流量为400、600、800、1 000和1 200人/h，且双向相等时，路段的实际通行能力.行人在a-a断面实施过街行为，该段面为无控制人行横道，道路形式如图2所示.

图2 无控制人行横道处道路形式示意图

根据经验式(2)，可分别计算不同过街行人流量在无控制人行横道处的行人过街影响时间T无控制，将T无控制代入式(3)求得不同人流下的路段通行能力经验值，具体数值见表2.

表2 无控制人行横道处行人过街条 件下路段通行能力经验计算值

2.2 城市道路通行能力影响仿真评价

仿真路段参数选用所研究的路段基本情况，路段主要参数如下：仿真时间为600 s，车道数为6个，车道宽度为3.5 m，可能通行能力为1 500 pcu/h，设计速度为40 km/h，行人步速为1.3 m/s，过街人流分别取400、600、800、1 000、1 200人/h.

通过标定参数，对不同行人流下城市道路通行能力进行仿真.设置“车辆出行时间”检测器，点击运行VISSIM软件,可以得到不同行人流量在自由过街条件下城市道路通行能力的仿真模拟值[8].因此，根据模型计算得到的道路通行能力计算值以及软件输出的仿真结果见表3.

表3 无控制人行横道处行人过街条件下路段通行能力

根据表3中数据，可以得到无信号控制人行横道处行人过街条件下城市各路段通行能力值对比曲线如图3所示.

图3 路段通行能力对比图

3 结论

通过建立行人过街对通行能力影响的数学模型，进行计算与仿真评价可得知在无信号控制人行横道处行人自由过街条件下：当人流量小于800人/h时，模型计算值与软件仿真结果的误差较小，均在5%内，模型计算值比较符合道路实际通行能力.无控制人行横道处，行人过街影响时间与过街行人到达率成正相关关系，随着过街行人的增加，行人过街影响时间不断增大，且变量增幅大致持平.城市道路通行能力与行人过街流量大小关系较大，当过街行人流量每增加200时，道路通行能力折减大约为10%.由于篇幅所限，本文没有研究行人过街行为与机动车通行之间的博弈，将会在以后的学习中进一步深入研究.

[1]朱芳芳.无信号控制交叉口行人过街间隙选择模型研究[J].交通信息与安全,2011(2):36- 39，43.

[2]杨琦,卢杨,汪利利.信号交叉口行人过街形式适用性分析[J].中国公路学报,2014(10):93- 100.

[3]郑长江,刘峰,黄晓迪.无信号控制路段人行横道行人过街时间研究[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2012 (3):475- 478.

[4]蒋利霞.基于生存分析和离散选择模型的行人过街安全研究[D].重庆：重庆大学,2015.

[5]林得刚,郑长江,陈淑燕.基于神经网络的信号交叉口进口车道交通延误预测[J].大连交通大学学报,2013,34(4):53- 56，93.

[6]黄德剑.基于行人流特征的行人交通机理分析[D].广州：华南理工大学,2012.

[7]刘劲宏.交叉口行人过街通行能力与过街设施选取研究[D].西安：长安大学,2015.

[8]任刚,丁晨滋,陆丽丽.基于元胞自动机的结伴过街行人流建模与仿真[J].交通运输系统工程与信息,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

付文进(1993-)，男，硕士研究生；郑长江(1966-)，男，教授，博士，主要从事交通控制与管理方面的研究E-mail:1119566245@qq.com.

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