路段行人过街方式比较分析实验设计

王艳丽 王忠宇 吴兵 李林波

摘要：路段行人过街方式直接影响交通安全与通行效率，综合考虑实验课程体系需求与课时限制、实验内容的综合与可拓展性，在现有交通工程实验体系增设路段行人过街方式比较分析实验，阐述了实验设计思想和实验内容，给出了实验方法和过程，为交通工程专业实验教学与开放实验探索提供参考。

关键词：路段行人过街;过街方式比较;实验设计;VISSIM仿真

中图分类号：G642.423;U491.2;G424.31  文献标志码：B  文章编号：1674-9324（2019）51-0265-02

步行交通的安全和品质越来越受到重视，但路段行人过街事故仍频发多发。对路段行人过街方式实行合理的交通管控极为必要，也是高校交通工程类课程的重要内容。路段过街方案的合理性是在方案设计阶段通过评价指标或效果对比分析确定的。目前传统的计算分析的方法已不能满足精细化管理的需求，基于仿真的实验分析技术成为测试和优化各种行人设施设计方案的有效工具。

一、实验设计思想与目的

当前，行人过街安全已经受到广泛关注，但是从实验课程角度，实验项目却多以机动车或者单纯的行人为主，或者是涉及机动车和行人的调查类实验项目，缺少机动车和行人的综合设计分析类的实验项目。

为丰富实验课程内容和体系，让学生既能直接感受分析人车间相互影响以及不同管控方式效果的差异又能进行综合设计分析锻炼，所以选取《路段行人过街方式比较分析实验》作为实验项目进行研发设计。该实验涉及机动车和行人流的交通设计、管理和信号控制，但针对的是路段，比交叉口简单却是交叉口分析的基础，既能让学生进行设计综合锻炼，又难易适中，可以满足实验项目课时限制。且考虑到经济性、安全性、可重复性、可视性等要求，借助于先进的交通仿真技术进行控制方案效果展示与比较，能够培养学生交通仿真软件的应用技能。

实验目的在于通过实验验证所学知识和理论或提出新的方案，加强学生对理论知识的理解和掌握，多角度提高学生的专业知识和技能的掌握能力，提高学生的学习热情、动手能力，引领学生到实践中解决具体实际问题，增强专业修养和对社会的适应性。这对于交通类学生具有重要意义[1]。

二、实验内容与过程设计

1.实验内容及知识点。实验项目主要包括四方面内容：（1）交通数据调研与分析：通过调研获取道路条件和人车流量等交通数据以及行人步速等参数信息。（2）方案设计与参数计算：根据道路和交通情况设计路段行人过街方式，如定时信号控制、感应信号控制等，要求学生至少设计两种控制方式进行比较。（3）对各方案进行仿真建模：对每种方案分别利用仿真软件搭建路网模型、设定相应的交通参数，并设定输出的评价指标，进行仿真运行和演示。（4）结果分析与方案比较：对各方案进行评价，探讨不同路段行人过街方式的适应情况。

涉及的知识点包括：路段行人过街设置条件和设施类型、各种路段行人过街方式的适用条件、行人过街定时信号控制方法、感应式行人过街控制方法、路段机动车交通流特点、行人过街心理以及交通特性;机动车与行人的交通效益分析指标等[2]。如果内容包括与交叉口的信号联动控制，则还涉及定时联动控制方法。

2.实验与仿真方法。主要采用人工设计与计算机仿真相结合的实验方法。人工进行方案设计和信号配时以及最后的模拟结果比较分析，计算机仿真软件则对各方案效果进行模拟。实验过程中综合运用比较法、控制变量法和模拟法的实验设计思想方法合理设计实验方案。

仿真软件采用已经成熟并广泛应用的微观交通仿真软件VISSIM。它是规划、设计、评价交通基础设施和措施的有效工具，具有信号灯控制子系统，较适宜进行交通控制仿真实验[3]。其中定制信号控制方法，只需根据给定的道路条件和数据计算确定定时信号周期和各相位时长后编辑到信号控制机即可。而感应控制方法相对较为复杂，仿真时信号控制机需要输入相位间隔文件（*.pua）和信号控制逻辑文件（*.vap）。相位间隔文件可在定时控制的信号控制机中“编辑信号控制”到Vissig模块通过创建相位间隔文件导出pua文件。逻辑文件利用VISVAP模块，根据感应流程创建逻辑流程图生成VAP文件。其中感应控制的逻辑流程可以是全感应控制也可以是半感应控制，感应流程的设计可以参照相关的参考文献[2-4]。

3.实验过程设计与引导。实验全过程包括课前准备、课中讲解与操作、课后完成实验报告，宜安排3—6个课时。课前一周将指导书、实验要求、准备数据发给学生，要求学生提前熟悉实验内容，并运用理论知识初步计算定时行人过街信号控制参数、设计感应控制流程。上课时，首先由实验教师展示不同路段行人过街控制方案的应用效果，提高学生的学习兴趣、学习的主动性与积极性;然后进行实验原理和方法的集中指导，通过讲授与实验操作相结合的方式进行典型示范，然后由学生根据实验指导书进行自主设计和操作。教师在实验过程中注重实验过程设计，给予必要的指导，由学生独立完成实验。

实验时，学生借助于VISSIM实验平台，首先通过设置道路条件、交通流状况、冲突区域或优先规则的设置来展示无控制的路段行人过街的情况;然后通过信号控制机相关参数和文件的设置来实现自主设计的定时信号控制方案、感应控制方案等，直观展示不同管理和控制方案的影响效果[5]。在实验过程中，学生可以自由地进行综合设计，包括参数设置等，可启发学生对不同的交通条件探索不同的实验方案。结合交通数据与仿真结果进行分析时，可引导学生从几个方面展开：（1）对不同控制方式下各评价指标值进行总体对比分析;（2）對单种控制方式下的路段机动车和行人延误、排队长度、排队次数等的变化趋势进行总体和局部对比分析。另外，还可以引导学生尝试与交叉口信号进行联动控制，分析效果。

三、实验应用效果

该实验将先进的交通仿真软件作为实验教学工具，将信号控制理论完全融合到实验中。通过对路段行人过街交通进行不同控制方式的仿真实验，学生不仅可以掌握路段行人过街控制的理论和实现方法，深入了解两种不同控制方法的优缺点，对各控制方法的效果和适用性有更直观的感受，加深理解交通信号控制对改善交通运行的有效作用。而且可以使学生掌握仿真实验方法和软件，能够运用所学的专业知识去分析并解决实际交通问题，为将来参与交通管理与控制工作奠定专业基础。

参考文献：

[1]吴兵，李林波，李晔.《交通管理与控制》课程教学改革探索与实践[J].教育教学论坛，2012，（31）：155-157.

[2]吴兵，李晔.交通管理与控制[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，张栋，郑启明.单点全感应式信号控制方法的参数取值[J].吉林大学学报：工学版，2019，（1）：45-52.

[5]王艳丽，吴兵，李林波.基于VISSIM的“交通管理与控制”实验课程设计[J].实验室研究与探索，2016，35（3）：210-212，216.