行业知识
首页 > 新闻资讯 > 行业知识

人行交通信号灯设施合理间隔研究研究报告
时间:2011-12-12 13:07:10
 
1.1概述
1.1.1行人交通现状及主要问题
      步行是人类最基本的交通方式,人们采用任何交通工具和任何目的的出行,其起终点总少不了步行,一般来说,人们步行都希望能自由自在,不受限制地到达目的地。
      我国许多城市中心地区房屋密集、商店林立,市中心地区行人众多,川流不息。已有的观测资料表明,我国城市步行交通在总出行量中约占40%。而中等城市约占50%,小城市则多达60%以上。街道上或过街行人流量都相当大,据统计,高峰小时的人流量,北京西单北大街为1.2万人;上海的延安东路、静安寺、四平路、徐家汇均在1.2—2.2万人;广州的中山路、北京路、起义路亦在0.5—1.7万人之间,武汉、重庆、南京中心地区的人流量高达0.5—2万人。
     行人交通流量越来越大,但关于行人设施的规划却没有明显的改善。行人交通成为城市交通的薄弱环节,与其他交通方式相互之间的干扰越来越大。城市交通中对步行交通重视不够,导致出现了很多的问题,主要表现为缺乏认真的研究,缺乏系统的规划设计,车流密集、过街困难,管理不力,步行困难等方面。
1.1.2 国内外主要研究成果
      针对行人交通,国内外已有部分学者做了一定的研究,也得到一些成果。比如:美国的弗洛因在其博士论文《行人规划和设计》中,详细研究了人流的速度、流量、密度及行人占有空间等特征要素及其相互关系,提出了人行道服务水平划分建议值;以色列学者普鲁士等人对行人交通作了实地观察和理论分析,发现步行道行人的步行速度平均值在1.03—1.28m/s之间,男性的步行速度比女性要快,步行速度随人流密度增大而下降,在平均步行速度和平均行人密度之间建立了一元回归模型。
      我国对行人交通的研究也有一定的成果,特别是在行人的交通特性,步行出行分布特性,行人交通流的基本原理和通行能力等方面都作了一定的总结归纳。但是,如何把这些成果应用于实际之中,通过解决行人的需求来规划行人交通设施缺乏进一步的研究。
1.1.3研究内容和意义
      城市交通中存在的一个普遍现象是行人违章穿越道路,其原因是多方面的,其中重要的一点是行人过街设施设置不合理,在有过街需求的地方没有设置过街设施或过街设施设置的间隔过大。如何解决行人交通的实际问题,在城市交通中既满足行人的过街需求,不至于产生过大的绕行;同时,又不至于设置太多的过街设施,造成资源上的浪费,对车辆交通产生过大的干扰,实现协调行人和车辆对资源的利用,保障交通畅通的目的,具有现实的意义。
1.2行人出行特征和相关心理
      行人作为交通的主要参与者,是行人过街设施的主要受益者,其行为直接影响着设施的设置。
1.2.1行人交通特征
      行人交通特征表现在行人的速度,对个人空间的要求,步行时的注意力等方面,这些与行人的年龄、性别、出行目的、教养、心境、体质等因素相关,也与行人生活的区域、街景、交通状况等因素有关。
(1)行人步行速度特性
    步行速度的分布范围较宽,从0.5m/s到2.16m/s,主要集中于1.0m/s到1.3m/s之间。步行速度不仅与行人性别、年龄、出行目的有关,而且受到沿街建筑物使用性能的影响:男性的步行速度比女性大,儿童的步行速度随机性大,老年人步行较慢;有目的出行比无目的的出行步行速度要高;结伴出行比单个行人的步行速度低。
    ①水平路段步行速度
    各国的研究成果表明自由步行速度在0.5—1.5m/s间,平均为1.3m/s,我国规范采用1.0—1.2s/S。
    ②行人过街横道上的步行速度
    根据国内外的大量观测研究,行人过街的步行速度较人行道上的步行速度高,原因是行人想尽快穿过车行道的危险区,表1-1列出了英、美、日三国的研究成果。
表1-1    国外行人过街步行速度(m/s)
国家
类别
日本 英国
成年人
美   国
交通工程学 青年(成) 儿童 十万行人调查 采用值
速度 1.2 1.52 1.22 1.4 1.6 0.9-1.0 1.2
 
    东南大学徐吉谦教授曾对南京市新街口的行人过街速度进行观测,结果见表1-2。
表1-2    南京市行人过街实测步行速度(m/s)
类别 老年人 中年人 青年人
速度 1.18-1.08 1.09-.99 1.34-1.22 1.23-1.11 1.40-1.26 1.29-1.24
 
    从表1-2可看出,行人过街步行速度比人行道的步行速度高,但两者之间具有类似的特点:男性比女性高,青年比老年高。
    在穿过较宽的车行道时,行人的过街步行速度会发生变化,通常在前半幅怕来车时有疑虑,进入后半幅时,受赶快离开险地的心理支配,速度显然加快,表1-3对前、后半幅的步行速度作了比较。
表1-3    通过人行横道前半幅与后半幅步速(m/s)
开始穿越时横道车辆情况 前半幅步速 后半幅步速
无车辆 1.44 1.58
车辆已过 1.44 1.67
车辆已停 1.60 1.70
 
    ③行人上下天桥、地道的步行速度
    国外的观测研究表明,天桥、地道上行速度慢,而下行速度快,老年和妇女更加明显,我国观测出的步速和日本观测值相近,其平均值大致为0.55-0.94m/s,我国规范采用0.5-0.8m/s。
(2)行人过街可穿越空
    行人穿过无信号控制的人行横道时,需通过车辆的空档穿越。由于道路机动车流为连续流,行人只有等到车流的车头时距超过某个值时才能过街。车流中这个间隙时间就是行人可接受穿越空档(TPC),其中包括行人的观察及反应时间和穿过街道而不致与车辆发生冲突所需的时间,此穿越空档可按公式1-1计算:
                 TPC=W/Vp+Tb+Ta                                   (1-1)
式中,TPC—行人可接受穿越空档(s);
      W—机动车道宽度(m);
      Vp—行人的步行过街速度(m/s);
      Tb—车辆通过后,行人穿行前的观察和反应时间,一般为1.5s;
      Ta—行人过街后距下一辆车到达的安全间隔时间,一般为1.5s。
    行人步行过街的速度是随机变化的。不同类型的行人,不同的路面、气候条件都直接影响到过街速度的快慢。为了研究的方便,统一取规范设计值1.2m/s。
(3)行人穿越道路等候时间
    为等候机动车流中可穿越空档的出现,行人常需要有一个等待时间,行人对等待时间有个忍受的时间限度,这个时间限度称为可等待时间。可等待时间分布范围广,平均男性为6s,女性为10s;女性的可等待时间比男性长。不论男性或女性,随着年龄的增加,可等待时间也相应增加。观测表明,可等待时间超过40s时,就有人冒险穿越,所以穿过人行横道的可等待时间容许限度取40s为宜。 
1.2.2 行人空间需求
    人体下视的垂直投影面积决定着人行道的宽度等空间尺寸,也影响着人行道的实际容量。行人空间可分为静态空间、动态空间和心理缓冲空间。
(1)行人静态空间需求
    行人静态空间主要指行人的身体在静止状态下所占的空间范围,身体前后胸方向的厚度和两肩的宽度是人行道空间和有关设施设计中所必需的基本尺寸。对我国身着棉衣的男性调查得出,95%的男性工人,肩宽小于57.9cm,肩厚小于33cm。
    国外将成年男子身体所占面积模拟成一个短轴为45.7cm,长轴为61.0cm的身体椭圆,其面积大于等于0.21m2
    在拥挤状况下,行人占用空间的当量面积大多分为以下四级:
表1-4    行人占用不同静态空间分级表
类别 接触区域 不接触区域 个人舒适区域 可行动区域
当量直径cm/面积m2 23.05/0.28 45.7/0.66 53.3/0.93 60.9/1.21
    当行人携带有行李物品时,其所占用的空间相应增加。
(2)行人动态空间需求
    行人动态空间需求可分为步幅区域,感应区域,行人视觉区域以及避让与反应区等。
    男性步幅区域为66.6cm,女性为60.6cm,平均为63.7cm。感应区域受行人知觉、心理和安全等因素影响。通常情况下,对一个人进行观察约需2.1m的距离,在此距离下,视觉感到舒服,也适合正常速度下人的步行(后脚不易被人踩到)。步行者以常速行走时,会在自己前面预留一个可见的区域,以保证有足够的反应时间,以便采取避让行为,这个区域可通过反应时间和正常速度相乘而得出,约为0.48—0.6m。
(3)行人心理缓冲空间
    一般来说,人们对私人空间都比较重视,步行者所选择的个人空间,通常与他们的“领域”感、地位、文化、教育、民族习惯和自身形象有关。除了在某些特殊或困难的场合,如在公共汽车上或进出口拥挤的电梯外,一般情况下,行人将会利用一切机会,争取个人空间,避免与他人身体接触。
    心理学家所做的人类缓冲区域的测量实验,已经确定了个人空间的较低要求范围,约为0.22—0.26m2。 
    当强调舒适时,此缓冲区域变化幅度会更大,在实验中,男性与女性都选择与异性分开较大的距离,女性的身体缓冲区域面积范围在0.37—0.46m2,而男性则在0.74—0.84m2。据国内的观测分析中,在拥挤的环境中,妇女趋向要求比男子有更大的缓冲区域,而男子对于难免的碰撞,似乎有更大的忍受力和耐心。
    一般来说,成年人步行时个人空间要求为0.9—2.5m2/人,儿童个人空间要求比较小,老年人则要求比较大。男性的空间要求比女性大;受教育程度高的人一般对个人空间要求高。
1.2.3行人违规的相关因素
    行为是一种有目的、有意识的活动,人们在交通中的行为反应可概括为交通行为,即交通行为主体在交通活动中有目的、有意识的行为。行人作为交通的主体之一,其行为主要表现为行人的出行方式及利用交通设备的情况,行人过街违反交通规则也是一种行为。
    国内研究结果表明:心理因素、基础设施、交通法规、管理力度和经济因素是造成行人违规的五大主要原因。
(1)社会心理方面的原因
    社会心理是影响人们行为的一个重要因素,人们的行为往往受到社会、文化、心理等多种因素的影响和制约。行人违章心理主要表现在下列两个方面:
    ①贪图便利的心理
    人们的交通行为中,往往容易产生节约时间、抄近路的图便心理。调查发现,有40.6%的行人过街时不走天桥、地道主要考虑的是“不方便”。而调查对象在“闯红灯”、穿越栏杆时的考虑则有42.4%的人是因为“方便快捷”。有四成以上的人违规穿行、闯红灯是为了贪图方便。
    ②从众心理
    调查行人的统计显示,过街时不走人行天桥、地下通道和闯红灯穿越栏杆的行为随大众者则占有12.1%和5.2%。“别人走,我也走”是他们中的大部分人的心态。这典型反映了一种社会盲从心理,从而导致违规行为的大量发生。这种从众心态严重的扭曲了人们的正常行为,从而使交通中的违规行为频繁发生。
(2)基础设施方面的原因
    ①基础设施不完善。
    人行天桥等过街基础设施还不太完备,由于受人力、物力、财力等限制,基础设施建设严重滞后于交通和经济的发展。
    ②基础设施设置不合理。
    有些路段的人行天桥、地下通道、人行横道存在着间距过大、位置偏远、设置不合理等问题,行人因此较少利用这些设施。交通基础设施设置不规范、不合理、不完备是影响行人违章穿越的一个重要因素。我国城市交通设施建设速度没有跟上迅速增长的交通需求,导致交通供给能力不足;同时由于一些设施建设存在着部门、地区条块分割的自我束缚,造成行人天桥、地下通道、人行横道等存在布局不合理、不完备的现象,从而使行人在使用时难以避免出现违规现象。
(3)其他方面的原因
    行人违规还有其他方面的原因,主要表现为对交通法规的不理解或理解片面,社会控制力度较低,现行法规对行人违规一般不采取惩罚措施或者惩罚措施太微弱等。
    总之,行人违规穿越道路的原因很多,但是最根本的一个原因是行人过街设施的不合理性。因此,提出一套行人过街设施合理间隔的设置方法是非常必要的。
1.3行人过街需求分析
1.3.1步行流形成的原因
    城市人流的形成取决于人们的出行方式,同时与城市的大小、用地布局、城市形态、人们工作及生活习惯与公共交通的方便程度有关。
    在我国城市居民出行中,步行比重占有重要地位,这与我国城市的用地布局及居民工作、生活习惯有很大的关系。步行流形成的主要原因有:
    城市中,学校分布很广,学生一般都就近入学,以步行出行为主,而且出行频率高,步行比重大。
    家务出行中以购物为主,我国城市商业布局历来分布范围广泛,商业服务点服务半径小,有利于步行购物,特别是我国传统生活方式中的一个特点是农贸市场都布置在居民住点附近,存在大量的短距家务步行出行。
    工作人员就近午餐午休,步行出行多。
    大学生大多在学校住宿,个体出行工具相对较少,存在一定的步行出行。
商业文化中心内的短距离出行以步行为主。
公交出行的客流在到站后都以步行到达目的地。
一般情况下,学校、生活服务设施、文化娱乐设施甚至就业岗位等在城市中的分布越广泛、普遍,居民越会采取步行方式出行,城市步行人流的比重就越高。
1.3.2 步行出行分布特征
    通过对各个城市的居民进行步行出行调查,掌握居民步行现状,并在此基础上通过对不同区域、不同时间、不同目的、不同职业和不同年龄的居民出行分析,找出居民出行的变化规律,得到居民步行出行分布特征,为步行出行预测和规划提供依据。
(1)步行出行的时间分布
    城市居民出行在1天24小时中的分布,有单高峰(住宅区早上),双高峰(商业区,早,晚),三高峰(市中心商务区)及四高峰等形式。大中城市步行出行一般有4个高峰,早上7-8点为早高峰,分布时间短,峰形陡峭,中午有两个高峰,11-12点较高,13-14点较低,晚高峰在16-18点,分布时间较长,但峰值不高,峰形平缓。由此可以说,许多大中城市都有一个最大的高峰值在早晨,两个午高峰,一个晚高峰,这基本上构成当前大城市步行出行时间分布的特点。
(2)步行出行年龄分布特征
    从我国的大部分城市的居民出行调查中,步行出行主要集中在儿童、青少年、和老年群体。
(3)步行出行目的分布特征
    在各种出行目的中,上学、购物、文体采用步行方式的比例最大。
(4)步行出行职业分布特征
    不同职业在步行中所占的比重较大的有小学生、中学生、家务。
(5)步行出行时耗分布特征
    由于城市大小、结构布局、商业网点和学校的分布不同,居民步行出行的时耗不同,基本上都在半小时以内。
(6)步行出行距离分布
    受到体力限制,步行出行距离一般都在2—3公里以内,天津小于2km的占90%,徐州小于2.5km的占98%,上海小于2.5km的占92%。
(7)步行出行高峰小时特征
    所谓步行出行高峰小时特征系指高峰小时的出行时间、时长、高峰小时步行出行量占全天总的步行出行量比重。
    高峰小时与峰期时长的分布,早高峰基本上在6:30—9:00,一般时长只有1个小时,上升快,下降快,峰形陡峭,南方城市峰期早,多在8点以前,北方较晚,多在8点以后;晚高峰多在16:00—19:00,时间长多为2小时,峰形较平缓;中午峰多在11:00—14:00,峰形平缓,有的明显有11:00—12:00和13:00—14:00两个高峰值,峰形不高。
1.3.3 步行出行在城市中的分布及影响因素
(1)步行主要分布地带
    现状中,城市中步行人流主要集散地点是学校、市中心、商店、购物中心、对外交通车站、公交换乘枢纽和居住区内。学校、市中心、商店、购物中心地区步行者速度较慢,持续时间长,聚集的人流密度大,因此需设置较宽敞的人行道,较多的人行横道、人行天桥和地道。
(2)步行出行的影响因素
    步行出行的直接原因与城市布局和出行目的相关,一方面是整个城市配套设施布局较为合理,另一方面人们的购物、游憩、锻炼和社交等不带有强制性的出行比例增大。在合理的出行距离内人们都采用随意性的,不受时间约束的步行方式。另外,由于人行天桥等设施对自行车出行造成了不便,一些居民的出行从自行车方式改为步行方式。
 (3)行人过街需求的产生和分布
    行人如果采用步行出行,免不了的是要穿越道路,所以步行出行的分布特征相应也为过街需求研究提供一定的依据。现在城市道路网络四通八达,整个城市被路网切割成一个个格子,如果步行出行的起终点不在同一个格子内,行人过街需求就产生了。
    过街需求到处都可能存在,但需求较大的地方还是比较有规律的,下列地点附近的道路往往就有较大的过街需求:
    能吸引大量顾客的大型购物中心,超市;位于主要交通枢纽旁的市民休息广场(如南京的鼓楼广场);各种影剧院、展览馆等文化设施场馆;公交站旁,大量由公交带来的步行客流需要穿行过街;商业步行街(如南京的湖南路)。
    上述的五种地点中,前4种行人过街带有集中性,只分布在相应点的四周,最后1种是行人过街需求沿线均匀分布;行人流在时间的分布上,第4种情况相对来说时段性不太明显(深夜与凌晨除外),其他情况下带有明显的时段性。
1.4 行人过街设施合理间隔分析
1.4.1行人过街设施有关介绍
(1)形式及简单分类
    ①人行横道
    指定为行人过街的通道,有条纹式(斑马式)人行横道线和平行式人行横道线。人行横道的宽度为人行道的1.5倍,我国城市道路设计规范为4m。
    ②人行信号灯
    一般在信号控制交叉口及非支路路段中间和干道优先交叉口越过干道(相当于路段中间)的人行横道处都应设置人行信号灯。信号控制交叉口人行信号灯一般按信号灯组的配时统一安排,采取固定配时;路段中间人行横道信号灯,国外多采用行人按钮式信号灯,它实际上是一种半感应信号;在某些特殊地方,如有大量小学生过街的地方,应设置人行信号灯。
    ③人行天桥与人行地道
    人行过街天桥及地道是一种昂贵的行人立交过街设施,但是一种最彻底的人车分离设施,可消除大部分的人车冲突。由于天桥及地道需要较大的投资,同时行人过街必须上下天桥或进出地道,增加不便。因此,在确实需要设置的地方设置天桥和地道,才能使投资见到交通效益,不然,反而会引起行人在天桥或地道之前乱穿马路。
    为了研究的需要,根据各种行人过街形式与地面机动车交通的相互关系,将这几种形式主要分为两大类:一种是与地面车流形成干扰的平面形式,如人行横道和人行信号灯,称之为平面行人过街设施;一种是与地面车流相分离的立体形式,如人行天桥和人行地道,称之为立体行人过街设施。
(2)行人过街设施设计通行能力
    行人过街设施设计通行能力的确定,一般是通过计算设施的理论通行能力,然后修正为设施的可能通行能力,最后得到设施的设计通行能力。《交通工程手册》对行人过街设施的设计通行能力的确定介绍如下:
    理想条件下,各种过街设施的基本通行能力,可按式1-2计算:
                   Nbw=3600Vp/Spbp                               (1-2)
式中,Nbw——1米宽行人过街设施基本通行能力(人/h•m);
      Vp——行人在过街设施处的步行速度(m/s);
      Sp——行人行走纵向间距(m);
      bp——行人横向间距(m);
    由于横向干扰不同,人行速度变化大,行人过街设施可能通行能力采用0.5—0.7的综合折减系数(车站码头的人行天桥、人行地道干扰较大,采用0.5,其余采用0.7)。
    由于行人过街设施所处的地位和不同服务水平的要求,行人设施的设计通行能力可用折减系数修正如下:
全市性的车站、码头、商场、剧院、影院、体育场馆、公园、展览馆及市中心区行人集中的人行横道、人行天桥、人行地道等设计通行能力的折减系数为0.75。
商场、商店、公共文化中心及区中心等行人的人行横道、人行天桥、人行地道等设计通行能力的折减系数为0.80。
    区域性文化商业中心地带行人多的人行横道、人行天桥、人行地道等设计通行能力的折减系数为0.85。
支路、住宅区周围道路的人行横道设计通行能力的折减系数为0.90。
具体结果见表1-5:
表1-5  人行横道、人行天桥、人行地道设计通行能力
折减系数 0.75 0.8 0.85 0.9
人行横道 2000 2100 2300 2400
人行天桥、地道 1800 1900 2100  
车站码头的人行天桥、地道 1400      
 
1.4.2行人过街设施合理间隔分析过程
(1)行人过街设施设置原则和基本假设
    ①设置原则
    行人是过街设施交通流中的主体。行人过街设施是否能够发挥其预期的效能,关键在于它是否能够满足使用者的便捷心理,并对机动车交通造成的干扰不大。因此,行人过街设施设置应满足以下原则:
    A 整体性原则
    设置行人过街设施时,不能只考虑某一交叉口或者路段的人流,必须对行人源范围内的人流通盘考虑。
    B 适应性原则
    必须从行人的使用心理出发,设置行人过街设施,真正发挥其作用。
    C 定量与定性分析相结合原则
    定性指的是确定设置行人过街设施的必要性,并宏观确定行人源的范围;定量指的是利用确定的行人源范围,提出设施的形式与间距。
D时间最优原则
    必须优先体现使用者的便捷心理,也就是时间观念。
    E 协调性原则
    必须将行人和机动车一起考虑,协调两者的关系。
    ②基本假设
行人过街设施分为两大类:平面过街设施和立体过街设施。在平面过街设施中,行人与机动车互相干扰,关系复杂,而立体过街设施不存在相互干扰问题,着重分析行人平面过街设施间距的确定问题。
有关基本假设如下:
行人流沿道路两侧均匀分布;
行人流和机动车流到达符合泊松分布;
行人等候车辆可安全穿越间隙的时间超过一定值时,应考虑设置行人过街设施。
    假设此时车辆的到达服从泊松分布,行人穿越车行道的宽度为W,车流量为Qv,设行人过街速度为Vp,行人横穿道路所需的最小时间(行人可接受安全穿越空档)为TPC,为了保证行人在TPC时间内安全穿越,道路上行驶车辆的车头时距必须大于TPC,而大于TPC的车头时距出现的概率按式1-3计算,则一个小时内行人能横穿的次数Nc,可按式1-3算:                                                                                                                                                                                                                                                                   
                             
    1小时内行人能横穿的次数确定后,则行人的平均等候时间tw也可求出,tw=3600/Nc,把结果与行人所能容忍的等待时间tb作比较,若tw>tb要考虑设置行人过街设施。
(2)从行人心理方面考虑行人过街设施间隔
    一般来说,行人希望能安全快速穿越道路,就要求有相应的行人过街设施,而且是过街设施间距越小越好。但是,由于车辆交通同样要利用有限的资源,行人的要求就受到限制。因此,行人有一个可忍受的绕行时间,一旦超过这个时间,行人就可能失去耐性,而违章穿越道路。
    行人可忍受的绕行时间(来回双向)的确定,可采用问卷或其他调查形式,抽样统计归纳出行人为利用过街设施所能容忍的绕行的时间tb。行人在人行道上的步行速度为VP,则行人所能忍受的绕行的距离为d=VPtb。行人最不利位置是恰好在过街设施的正中间,如图1-1所示。因此,行人过街设施的间距一般不超过行人所能忍受的绕行距离,Smax=2*d/2= VPtb

图1-1  行人过街设施最大间距示意图
(3)从司机心理及车辆行驶性能方面考虑行人过街设施间隔
    只有平面行人过街设施才对机动车流形成干扰,因此,司机心理和车辆的驾驶特性只对行人平面过街设施间距起限制作用。从司机心理方面来考虑,司机不希望频繁的停车、减速、加速等过程,所以司机的要求是行人平面过街设施的间距越大越好。但是由于还要考虑行人过街行为的顺利完成,无法让过街设施的间距变得很大。这样,司机的心理和驾驶特性就对行人平面过街设施的最小间距起了限制。
    对司机所能忍受行人过街设施间距的确定,可采用问卷或其他调查形式,然后抽样统计归纳出司机所能忍受行人过街设施间距,这就是行人过街设施的最小间距Smin
(4)设施形式与设施间隔的调整
    从行人过街的过程来看,行人一般利用最近的过街设施过街。先假设行人过街设施的间隔S,就可确定行人源的范围,统计出行人在此设施处过街的流量。在知道行人流量和机动车流量的情况下,讨论不同过街设施形式下行人和机动车的相互关系,再对设施间隔进行调整。
    从行人与机动车辆的关系来看,如果哪一方面获得优先通行权,那么其通行就居于主要地位,另一方面就要受其影响和制约。
    ①未设行人过街设施的情况下
未设行人过街设施的地方,车辆具有优先通行权,行人通过车辆可穿越空档来完成过街行为。机动车辆的到达率为λ,对于1小时内大于t秒的车头时距所出现的次数为Qe-λt,同理,大于(t+dt)的车头时距出现的次数为Qe-λ(t+dt),因此,1h内在t到t+dt间的车头时距所出现的次数为:
     Qe-λt-Qe-λ(t+dt)=Qe-λt(1-e-λdt)
                  =Qe-λt〔1-(1-λdt+λ2dt2/2!-λ3dt3/3!+…)〕
                  ≈Qe-λtλdt                                   (1-4)
    上式表明,在t~(t+dt)的车头时距在1h内所出现的次数,而其总时间T=Qλe-λtdt*t,因此大于或等于t的所有车头时距的时间T就是对T积分。
=3600e-λt(λt+1)                                 
                                                              (1-5)
    没有任何行人过街设施的地方,行人的最大可通行时间就是车辆大于或等于车头时距TPC的时间TV。则行人1小时内所能过街的最大人数为:
          M= Nbw *B* TV/ 3600= Nbw *B*3600e-λt(λt+1)/ 3600      (1-6)
    如果行人的到达量大于M,不是行人过街受阻,就是车辆交通将受到干扰,应该考虑设置行人过街设施。此时,M就是设置行人过街设施的行人临界交通量Qp0
    ②使用行人信号灯控制的情况下
    在使用行人信号灯控制的地方,行人和机动车辆的通行时间是严格分开的,其通行能力要考虑通行时间的折减。反之,如果知道其各自的实际流量可确定其通行时间。设置行人信号灯时,假设信号灯的间距为S(Smin<S< Smax),计算行人的到达量Qp,将行人的到达量Qp与具有全部通行权的人行横道的通行能力Nbw*W作比较,求出行人需要的最小通行时间TP。同样将机动车流量与路段通行能力Na进行比较,求出机动车辆所需的最小通行时间TV,然后对行人与机动车辆进行通行时间的分配。
    假设行人过街设施形式的间距为S,就可统计出在这区间内的行人流量Qpc,则行人所需最小通行时间为
                      TP=Qpc/(Nbw*W)                             (1-7)
式中,TP—行人每小时所需最小通行时间(s);
       Nbw—1米宽过街设施的通行能力 (人/h•m);
       W—过街设施的宽度  (m)。
    根据道路机动车流量Qv和路段通行能力Na(不考虑行人过街设施的影响),可以求出车辆的每小时最小通行时间:
                     TV=Qv/Na*3600                            (1-8)
式中,TV —车辆的每小时最小通行时间(s);
      Qv—道路实际车辆流量(辆/h);
      Na—不考虑行人过街设施影响的路段通行能力(辆/h)。
    如果TP+TV>3600s,说明平面行人过街设施已无法满足整个系统内交通需求,建议修建立体行人过街设施。
    如果TP>TV,行人的过街需求已上升到重要的地位,为行人安全考虑,建议也需要修建立体行人过街设施。
    否则,如果限制行人通行时间,那么车辆有效通行时间比:
                    C1=(3600-TP)/3600                         (1-9)
          如果限制车辆的通行时间,那么车辆有效通行时间比:
                     C2= TV/3600                               (1-10)
         对行人和车辆综合考虑,分给车辆的有效通行时间比用下式计算:
                     C0=θ1C1+θ2C2                           (1-11)
式中,θ1—行人交通地位参数,θ1越小越重要;
      θ2—车辆交通地位参数,θ2越大越重要。
      θ1<1, θ2<1,θ12=1。
    C0确定后,根据行人的等待时间一般不超过40s,即车辆的通行时间一次性不超过40s,可对信号灯周期加以限制。
    ③人行横道处
    在人行横道处,行人的通行权优先,车辆要穿越行人可穿越空档来完成通过人行横道的行为。假设人行横道的间距为S(Smin<S< Smax),车辆可穿越行人最小时距为tpv,因此大于或等于tpv的所有行人时距的时间就是:
                               (1-12)
式中,TP —车辆可穿越行人时距的时间总和(s);
       λPC—行人在过街设施处到达率(人/s);
      tpv—车辆可穿越行人时距(s)。
    行人在过街设施处到达率可计算如下:
                       λPCP*S/m                               (1-13)
式中,λPC—行人在过街设施处到达率(人/s);
       λP—行人沿线到达率(人/s);
      S—行人过街设施间距(m);
        m—行人成排过街,每排通过人数(人)。
    车辆可穿越行人的时距tpv包括车辆穿过人行横道的时间,车辆的最小安全间距和司机的反应时间。车辆可通过的流量如式1-14所示:
                      QV0=TP/tV                                 (1-14)
式中,QV0—车辆可穿越行人时距通过的流量(辆/h);
     TP—车辆可穿越行人时距的时间总和(s);
     tV—使车辆安全行驶的最短车头时距,称为极限车头时距或临界车头时距,
         一般采用2S。
    将车辆可通过流量与实际流量作比较,如果QV< QV0,车辆可以完全通过人行横道。反之,如果QV >QV0,可通过调整人行横道的间距,重定行人源范围,调整行人在过街设施处的到达率。
(5)从道路设计通行能力饱和程度方面考虑行人过街设施的间隔
    ①路段通行能力的修正
    路段设计通行能力(或实用通行能力)可根据一个车道的理论通行能力进行修正而得。对理论通行能力的修正包括车道数、车道宽度、自行车影响及交叉口影响四个方面。即
           Na=N0*γ*η*C*n,                                      (1-15)
式中,Na—单向路线设计通行能力(pcu/h);
      N0—条车道的理论通行能力(pcu/h);
      γ—自行车影响修正系数;
      η—车道宽影响修正系数;
      n,—车道影响修正系数;
      C—交叉口影响修正系数。
    将行人过街的平面设施形式(与地面车流有相互干扰)看成一个次要道路,就可以把行人对道路通行能力的影响近似用交叉口影响修正系数C来修正。
    交叉口影响修正系数,主要取决于交叉口控制方式及交叉口间距。当交叉口间距较小时,交叉口的停车延误在车辆行驶时间中所占的比例较大,不利于道路空间的利用、道路通行能力的发挥及路段车速的提高。交叉口间距的增大,有利于提高路段通行能力及路段车速的提高,有利于充分利用道路空间。
    实际经验表明,路段通行能力的提高值与交叉口间距基本上呈线性关系。因此,交叉口影响修正系数可用公式4—14计算:
                              (1-16)
式中,S—行人平面过街设施间隔(M);
      C0—交叉口有效通行时间比,视交叉口控制方式而定,信号交叉口即为绿
          信比。
    ②交叉口有效通行时间比
    采用与前面相同的方法确定。
    ③对行人过街设施间隔的调节
    通过Na=N0*γ*η*C*n,计算出路段的设计通行能力后,如果车辆实际流量Qv<Na,那么此行人过街设施间隔是合理的,如果Qv<Na,且相差的范围不是很大,可小范围尝试增大间距S(如果两者相差很大,就必须在其他方面也作调整),重复以上步骤,最后能满足Qv<Na
    这一过程的流程图如图1-2所示。
(6)从行人过街效率方面考虑行人过街设施的间距。
    以上主要讨论通行能力对过街设施间距的限制。但是,仅解决通行问题是不够的,行人过街延误也是一个重要的研究方面。
    行人流远比车流复杂,行人的主动性更强,受制约的因素较少,要研究行人过街延误的困难较大。通过行人过街计算机模拟,来研究行人过街设施间距。计算机模拟的结论之一,是行人到达量对行人过街效率有影响,而且,行人到达量达到一个临界值后,行人过街延误明显增加。只要确定这个临界值,就可以对行人设施的间距加以限制。
    ①模型模拟
    道路机动车流可看做符合泊松分布,车流量为Qv,道路宽度为W,人行横道宽度为B,行人到达量为Qpc(区间到达量)。系统中客观存在的不可控变量有:机动车流中车辆间的车头间距,行人到达率,行人过街的步行速度,行人个人空间要求。行人过街的主要效率指标有:行人等候时间,行人平均延误,最大等候过街人数,行人实际过街人数,平均等候过街人数。
    选择了模拟逐辆车的微观模型,采用了较高效率的事件扫描法,系统中的事件有:行人到达人行横道;行人步行过街;车辆通过人行横道;模拟时间结束。
模拟模型框图如图1-3所示。

    机动车辆到达模型和行人穿行过街模型如下:
    机动车辆到达符合泊松分布,车头时距分布符合负指数分布:
                        P(h≥t)=e-λt                               (1-17)
行人只能等到车流的车头时距H大于行人可接受穿越空挡TPC时才可穿行过街。
当车流的车头时距H大于TPC时,人行横道的行人通过数可采用公式1-18计算:        
         M=(H- TPC)*D*VP*B                                (1-18)
 
式中,M—H时间内通过人行横道的行人数(人);
      TPC—行人可接受穿越空档(s);
      D—行人密度(人/m2);
      VP—行人过街步行速度(m/s);
      B—人行横道宽度(m)。
 
②模拟结果
模拟中对每一种参数的模型都作了10次独立的模拟,每次模拟了系统10小时的活动,然后取其试验的平均值作为该模型参数下的试验结果。
    行人是靠穿越车流中车辆的间隙过街的。当道路车流量固定在某个值时,行人到达量变化,行人过街效率也在变化。假定过街时行人密度为1人/m2,人行道宽度为4m,步行过街速度平均值1.5m/s,街道宽度为12m,车流量为1000辆/h,得出表1-6的模拟结果。
表1-6  行人到达量与行人过街效率
行人到达量(人/h) 平均延误
(s/人)
延误人时(人•h) 最大等候人
数(人)
最大阻滞人
数(人)
实际过街人
数(人)
100 14.1 3.9 25 18 99
200 13.7 7.6 35 28 200
300 18.1 15.2 73 63 301
400 18.4 20.3 88 80 395
500 24.4 33.7 149 138 495
600 35 59 218 206 600
700 51.9 100.7 303 286 695
800 82.9 184 566 548 770
900 89.2 222.3 561 543 875
1000 200 552.9 1241 1224 894
1100 291.3 893.7 1764 1737 942
1200 390.8 1308.9 2667 2659 946
1300 486.5 1756.9 3451 3421 967
 
   
行人到达量和行人过街效率(行人平均延误为指标)的关系曲线如图1-4所示。
图1-4  行人到达量与平均延误关系曲线图
    图1-4显示,行人平均延误随行人到达量的增加而增大。行人到达量比较小时,平均延误的变化比较平缓,行人到达量达到某个值后,平均延误急剧上升。这个值可以看作是在一定的车流量下,能让行人正常通过的行人通行能力临界值,超过这个临界值行人的平均延误将大大增加。
    表1-6的数字表明,行人到达量增加时,延误人时、最大等候人时、最大阻滞人数也在增加。在某些地点由于物理位置的限制无法容纳太多的等候行人,可能出现平均延误在正常的接受范围而最大等候人数超过了该地点的允许值。在这种情况下行人过街通行量的控制指标是最大等候人数而不是平均延误。另外从表中的实际过街人数的变化可以看出,在一定范围内行人到达数与实际过街人数基本一致,当行人到达量大到一定程度,实际过街人数已不能与行人到达数同幅增加,而只能停滞在某个值附近。
    因此,可以通过控制行人过街效率的某个指标,得出行人的到达量的临界值,在周围行人过街需求已知的条件下,就可以得出行人过街设施的间距不超过某一值。
1.4.3结论
    行人过街设施有平面设施和立体设施两大类,行人平面过街设施间距设置过程如下:
  • 调查确定行人所能忍受的绕行距离,即行人过街设施的最大间距。
  • 调查确定司机所能忍受的行人平面过街设施的间距,即行人平面过街设施的最小间距。
  • 假设行人过街设施的间距。
  • 在调查行人和机动车辆的流量前提下,确定行人过街设施的形式及调整它们之间的间距。
  • 过街设施间距是否对路段通行能力产生影响,若有并调整之。
  • 经过计算机模拟,由行人过街效率给出一个行人过街设施的最大间距。
  • 给定行人过街设施间距的一个范围。
    行人平面过街设置过程如图1-5所示:
    对于行人立体过街设施的间距,可如下方法:观测行人的过街需求,如果行人过街需求达到一定程度,可设置行人立体过街设施。间距的设置就只需考虑行人方面,即通过行人可忍受的绕行距离及行人过街效率来确定。          

                          
1.5实例分析
1.5.1 模拟环境
    城市的中心地带街道,街道两旁主要是大商场、商店、公共文化中心,并未设置步行街。街道两侧行人流分布较为均匀,两侧的交流也较频繁,即行人过街需求分布范围较广且均一。机动车道为单向,机动车道与非机动车道有隔离带,街道未有其他交叉道路。
    机动车辆和行人过街的到达都符合泊松分布。
    机动车道宽W为8m,人行横道的宽度为B为4m,行人过街速度为Vp为1.2m/s,车辆实际流量为Qv 为1200辆/h,行人过街到达分布率λp为5p/hm。
1.5.2 实例分析过程
(1)验证应用前提
  • 行人过街需求沿线分布较为均匀
  • 求行人安全穿越车辆的平均等候时间
   行人1小时内的平均等候次数用式1-3计算。
   行人可穿越的安全空档用式1-1计算:
             TPC =W/Vp+Tb+Ta =8/1.2+1.5+1.5=9.667S
   将Qv、TPC代入得行人1小时内的等候次数为
                     ≈47.8
    所以,出行人的平均等候时间为3600/74.6=75.3秒,行人可容忍的等候时间tB=40秒,平均等候时间大于容忍等候时间,考虑设置行人过街设施。
(2)从行人心理方面考虑
    为更好的了解行人愿意绕行的距离,在现场进行调查。调查结果表明,行人平均所能忍受的绕行时间tb为4.1分钟。假设行人在人行道上的步行速度为VP0,那么行人所愿意绕行的距离为D=VP0*tb=1.2*60*4.1=295.2m,所以从这方面考虑,行人过街设施的间距S一般不超过D(即295.2 m)。
(3)设施形式及间隔的设置和通行能力的验证
    假设行人过街设施的间距S=0.8D,即s取240m。在此过街处,行人的到达量为Qpc=2*λp*s=2*5*240=2400人/h。
    在不干扰车流的情况下,行人能过街的最大人数为:
       M= 2100*4*e-1200/3600*9.667*(1200/3600*9.667+1)=1414(人/h)
    行人到达量大于行人的最大可过街人数,行人流和机动车流形成较大的干扰,可改变过街设施的形式或缩小设施的间距。下面分两方面进行调整:
    ①将设施的形式该为人行横道加人行信号灯控制
    行人所需的最小通行时间TP =2400/(2100*4)*3600=1029s
    车行道宽8m,是两车道,所以车辆所需的最小通行时间计算如下:
    车辆所需的最小通行时间TV =1200/(Na/C),Na/C为路段通行能力扣除行人过街设施的影响。
    一个车道的理论通行能力为
                              NO=1500pcu/h
    路段设计通行能力为
                         Na=N0*γ*η*C*n,       
    由于机动车和非机动车有隔离带,γ=1.0。机动车道宽度为8m,只按两车道处理,每个车道宽W0=4m,则
                    η=-54+188 W0/3-16×W02/3=111.3%
    车道数的修正系数n,=1.87
    所以,Na/C= N0*γ*η*n,=3122辆/h
    因此,行人通行时间的最小绿信比μP=1029/3600=0.2857
          车辆通行时间的最小绿信比μV=1200/3122=0.3846
    要满足以上条件,可设置行人的绿信比μP=(0.2857+1-0.3846)/2=0.4506
                          车辆的绿信比μV=1-0.4506=0.5494
     考虑此过街设施对路段通行能力的影响。
    行人过街设施影响修正系数C计算如下:
           C=C0(0.0013S+0.73)=0.5494*(0.0013*240+0.73)=0.5725
    路段设计通行能力为:
            Na=1500×1.0×1.113×1.87×0.5725=1787  (辆/h)
    此时,车流实际流量为1200辆/h ,而路段的设计通行流量为1787辆/h,说明此行人过街设施的间距对路段通行能力的影响在正常可接受范围内。
    ②调整间距s
    将行人过街设施的间距改为150m,在设施处的行人到达量Qpc=2*λp*s=2*5*150=1500辆/h。这与无信号控制处,行人能过街的最大人数相差不远,此间距是较为合理。
    若只设人行横道,行人具有优先权,可假设将较大的通行时间留给行人,机动车辆视行人间距穿越。
    假设行人以泊松分布到达,并以成排的形式过街,每排可通过四人,车辆可穿越行人间距的空档tPV为5s,行人在此处的到达率为λPC=2000/4/3600=5/36(排/s)
    大于5s的所有时间段之和可由下式求得:
            =3600*e-5/36*5*(5/36*5+1)=3046s
    假设此时车辆以最小安全间距tV=2s通过,那么车辆可穿越行人的最大流量为:
             QV0=TP/tV =3046/2=1523
    机动车流量中,实际流量小于车辆可穿越行人的最大流量(QV< QV0,机动车辆可以完全通过人行横道。
     验证路段的通行能力:
                  Na=N0*γ*η*C*n,
     其他修正系数与上面相同,只有行人过街设施影响系数C有所变化,计算如下:
        C=C0(0.0013S+0.73)       
    此时,C0就是车辆通行时间的最小绿信比μV
    因为间距s=150m,所以,C= C0V=3046/3600=0.8461
    路段设计通行能力为
             Na=1500×1.0×1.113×1.87×0.8461=2641(辆/h)
    此时,车流实际流量为1200辆/h ,路段的设计通行流量为2641辆/h,说明人行横道设施对车辆交通产生干扰不大。
1.5.3 实例分析的结果
   通过分析后,对这条街道上的行人过街设施间隔可以给出下列设置方式:
  • 相邻两个设施用人行信号灯控制,设施的间距可以设为240m。
  • 相邻两个设施用人行横道控制,设施的间距可以设为150m。
  • 相邻两个设施一为人行横道,另一个为人行信号灯,间距可设在150m—240m之间。
打印】 【顶部】【 返回
Copyright © 深圳市森韵电子有限公司 粤ICP备11062234号
网站地图:交通信号灯 交通灯