基于AHP法的路段人行横道合理间距的确定

郑长江，刘峰

(河海大学 土木与交通学院，江苏 南京 210098)

0 引言

随着社会经济的发展，城市交通问题越来越受到人们的重视，在未来相当长的一段时期内，混合交通流仍将是我国城市道路网中主要的交通流模式，人行横道处的行人与机动车冲突依旧是我国所需面临的交通问题.在城市道路中，路段人行横道的间距都是按照经验设置的，没有给出明确的设置依据.因此，人行横道间距设置的合理性对减少行人与机动车的冲突和提高道路系统的通行效率有着重要的意义.

在人行横道间距研究方面，国外学者基本都是从单个人行横道进行研究，Schroeder［1］建立了单个人行横道与机动车交通流相互作用的评价框架;Kaseko［2］运用Vissim软件模拟干道上行人过街状况来反映单个人行横道对交通流的影响.陆建［3］等根据行人流量和过街需求合理的设置了行人过街设施间隔，从行人心理、车辆行驶、通行能力等方面提出了行人过街设施的合理间隔的分析计算方法.目前关于人行横道合理间距的确定主要依赖于经验，部分学者［4-5］针对道路功能的不同，考虑行人可接受步行距离给出了相应人行横道间距的推荐值.武汉理工的夏晶［6］从寻求安全、稳定、效益三方面的平衡点，并结合道路管理功能来最终确定人行横道的合理间距.曹晓奎、裴玉龙［7］以行人延误和机动车延误之和最小建立目标函数，从而解得行人过街设施的合理间隔.

国内外学者对人行横道合理间距的研究比较少，基本都是从理论计算的角度或者经验来确定人行横道的合理间距，本文运用Vissim仿真软件得到不同的人行横道间距下的不同交通流参数，从行人和机动车综合考虑得出路段人行横道的合理间距.

1 合理间距对路段混合交通流的影响

在城市道路中，路段人行横道是为了防止行人乱穿道路而在车道上划定标线指定行人过街的设施，在一定程度上减少了行人与机动车的冲突，然而把行人与机动车间的冲突聚集在人行横道上，城市道路上往往会设置两个或者多个人行横道来满足行人的过街需求.相邻人行横道间间距如果设置的过短，方便了行人过街，减少了行人的绕行距离，但是行人的频繁过街会对机动车辆造成干扰，使得车辆在行驶过程中频繁的加减速，造成驾驶员情绪烦躁无形中增加了不安全因素;对于机动车驾驶员而言，希望人行横道的间距越大越好，机动车能够在相当长一段时间内畅行，不会受到过街行人的影响，但是人行横道间的距离过长会导致行人的绕行距离过长，从而引起行人乱穿马路，影响交通安全.因此，人行横道间距的设置应该从整个道路系统考虑，将道路中的行人和机动车看作一个整体，从整体最优来设置人行横道的合理间距.

2 基于Vissim的人行横道间距仿真

Vissim软件是德国PTV公司的产品，它提供了良好的人机对话图形化的界面，能仿真许多城市交通网络系统的运行状况，本文利用Vissim软件模拟城市道路上不同路段人行横道间距情况下的人车运行情况.

2.1 次干路的参数设置

次干路是城市中数量较多的一般交通型道路.配合主干路组成城市干道网，起联系各部分和集散交通的作用，一般设4条车道，路段上的人行横道可设成无信号控制的.本文采用总计长1 km、双线4车道的直线段作为实验路段，行车道宽度为3.5 m，1 km的路段上设置两处路段人行横道.在实验中，总共设计了5种人行横道间距(200～300 m，25 m为步长)，人行横道为无信号控制的.设定道路上机动车量为2 000 pcu/h，同时该路段上1 km范围内总的行人过街需求为1 000人/h.

在次干路上，总的机动车量为2 000 pcu/h，将其平均分布到四个车道中去，即在仿真中设定每个车道的机动车量为500 pcu/h;而人行横道的行人吸引量会随着人行横道间距的不同而变化，在仿真中，假设行人平均分布在长度为1 km的道路上，行人按照绕行距离最短去选择人行横道过街.

如图1所示，人行横道1吸引的行人量

人行横道2吸引的行人量

式中，Q为道路上总的行人吸引量;d为人行横道的间距.

由算式(1)和(2)得不同间距下人行横道1、2的行人吸引量，如表1所示.

表1 不同间距下的各个人行横道吸引人流量

2.2 Vssim仿真数据输出

Vissim中定义了许多种评价类型，本文选择行人过街时间、机动车停车次数、机动车停车时间和机动车行程时间作为评价指标.仿真开始时，参数的记录是失真的，因此应将这一段时间过滤掉，本仿真中，从100 s开始记录仿真数据，所得的评价指标值见表2.

表2 不同人行横道间距下道路评价指标值

3 AHP法求解

3.1 AHP法介绍及层次建立

图2 层次结构模型图

层次分析法(AHP)［8］是一种多准则思维的方法，它将定性分析和定量分析相结合，把人们的思维过程层次化和数量化，把复杂问题分解成多个组成因素，并将这些因素按支配关系分别形成层次结构，再通过两两相比的方式，用相对重要性构造判断矩阵，最后根据判断矩阵确定各因素在决策中的权重，作出最终决策.层次分析法根据具体问题的实质和决策要求达到的目标，把问题划分为不同组成要素，并按照各要素之间的相互影响及隶属关系将因素按照不同的层次组合在一起，形成一个多层次的分析结构模型.它一般由目标层、准则层和方案层构成，在本文中目标层就是人行横道的合理间距，准则层包括行人过街时间、机动车停车次数、机动车停车时间和机动车行程时间，方案层包括人行横道的间距值，具体的层次结构模型如图2所示.

3.2 准则层判断

准则层由行人过街时间、机动车停车次数、机动车停车时间和机动车行程时间构成，按其重要性对四个评价指标进行排序，重要性依次降低，表3中1表示i因素与j因素同样重要;2表示i因素比j因素稍微重要;5表示i因素比j因素相比计较重要;7表示i因素与j因素相比非常重要;他们的倒数说明相反的情况.如上所述对四项准则层建立判断矩阵，并用MATLAB求出该矩阵的最大特征值以及特征向量，最后对其进行归一化处理，结果如表3所示.

表3 准则层判断矩阵及其求解

3.3 方案层判断

方案层由人行横道的间距值组成，不同人行横道间距值对应的不同评价指标值如表2所示，对方案层建立判断矩阵，进行两两比较，同样求出矩阵的最大特征值以及特征向量，最后对其进行归一化处理，如表4所示.

表4 方案层判断矩阵及其求解

3.4 结果分析

各个人行横道间距的评价得分是由表3和表4对应的w值相乘相加得出，求解如下:

200 m间距的评价得分为:0.523 16×0.194 669+0.297 601 ×0.193 571+0.122 186 ×0.212 786+0.057 053 ×0.200 025 3=0.196 861

225 m间距的评价得分为:0.523 16×0.219 532+0.297 601 ×0.167 462+0.122 186 ×0.180 702+0.057 053 ×0.196 685=0.197 988

250 m间距的评价得分为:0.523 16×0.196 221+0.297 601 ×0.284 811+0.122 186 ×0.242 352+0.057 053 ×0.201 868=0.228 544

275 m间距的评价得分为:0.523 16×0.182 589+0.297 601 ×0.182 762+0.122 186 ×0.197 545+0.057 053 ×0.208 06=0.185 921

300 m间距的评价得分为:0.523 16×0.206 987+0.297 601 ×0.171 392+0.122 186 ×0.166 613+0.057 053 ×0.193 358=0.190 683.

由最后计算结果可知，间距为250 m的人行横道的评价得分最高为0.228 544，故在次干路上选择人行横道的合理间距值为250 m.

4 结论

路段人行横道是供行人过街的设施，对人行横道间距的设置应考虑道路系统中人车间的综合通行效率.本文首先分析了路段人行横道合理间距对人车混合交通流的影响;然后运用Vissim软件仿真了次干路环境中不同的人行横道间距下行人过街时间、机动车停车次数、机动车停车时间和机动车行程时间的值;最后运用层次分析法计算得出路段人行横道的合理间距值.计算结果表明，路段人行横道的合理间距为250 m.本文从行人过街时间、机动车停车次数、机动车停车时间和机动车行程时间这四项评价指标来研究路段人行横道的合理间距，而对于人行横道合理间距的确定可以采用其它的评价指标(排队长度、交通冲突等)，可以做进一步的研究.

［1］BASTIAN JONATHAN SCHROEDER.A Framework for Evaluating Pedestrian-Vehicle Interactions at Unsignalized Crossing Facilities in a Microscopic Modeling Environment［C］.Transportaion Research Board Annual Meeting，2007.

［2］MOHAMED S KASEKO，GANESH J，KARKEE.Development of a Midblock Pedestrian Crossing Simulation Model Using VISSIM［C］.84th TRS Annual Meeting，2004.

［3］陆建，叶惠琼，姚冬雷.行人过街设施合理间隔［J］.交通运输工程学报，2002，2(4):63-67.

［4］杨晓光.城市道路交通设计指南［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［5］翟忠民.道路交通组织优化［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［6］夏晶.基于效率和安全的人行横道合理间距研究［D］.武汉:武汉理工大学，2008.

［7］曹晓奎，裴玉龙.路段行人过街设施的合理间隔［J］.武汉:交通信息与安全，2010(2):46-51.

［8］胡运权.运筹学教程［M］.北京:清华大学出版社，2003.