交叉口行人二次过街控制方案优化设计

林雨平，邱美华，施　群，邱亮伙

(福建农林大学 金山学院，福建 福州 350002)



交叉口行人二次过街控制方案优化设计

林雨平，邱美华，施群，邱亮伙

(福建农林大学 金山学院，福建 福州 350002)

摘要：步行交通是城市居民出行的重要交通方式，行人过街的安全问题已成为社会关注的焦点。城市交通组织主要围绕机动车交通展开，而忽视行人交通组织。针对交叉口行人过街问题，以福州市工业路—西二环路交叉口为研究对象，确定交叉口行人二次过街的信号控制优化方案，提出2种相位相序方案，并应用VISSIM交通仿真软件对优化前后的交叉口交通运行进行评价分析。仿真结果表明：采用行人二次过街方式后，交叉口的行人过街和车辆延误均有下降，优化控制方案是可行的。

关键词：行人；二次过街；优化控制；仿真

随着城市化进程加快，交通流量迅速增长。为满足机动车辆的通行需求，城市道路不断拓宽，交叉口的范围也随之扩大。由于交叉口相交道路过宽，机动车交通流增大，行人通常无法在一个绿灯时间内完成过街，从而不得不聚集在道路中央或在行人红灯期间因等待时间过长而采取冒险强行穿越机动车流过街[1-2]。交叉口行人与车辆间的这类冲突不仅降低了交叉口的通行效率而且存在一定的安全隐患。为了保障交叉口处的行人过街安全，需要从时空上采取二次过街方式分离行人和机动车交通[3-6]。目前，已有交叉口行人二次过街研究侧重于二次过街方式与一次过街方式的比较，但有关交叉口采取不同行人二次过街控制方式及其控制效果的对比研究较少。因此，本文以福州市工业路—西二环路交叉口为研究对象，基于实地调查数据，以时间上分流交叉口处行人与机动车流为出发点，对交叉口处行人交通进行二次过街方案优化设计，并应用VISSIM仿真软件对不同控制方案进行仿真评价。

1控制方法

在以往行人过街交通组织方式中主要采用一次过街方式。如图1所示为典型的十字型交叉口，该类型的交叉口一般采用四相位信号控制方案。在相位设计时允许行人在机动车直行相位一次过街，而在机动车左转相位中行人则不允许通行。由于行人过街要等待较长时间，引起了部分行人冒险违章过街。违章过街的行人不仅给机动车通行带来一定干扰，而且存在很大的安全隐患。

图1　典型十字交叉口

为减少行人与机动车的干扰，现有做法是在交叉口人行横道上设置行人过街驻足区，通过信号控制方案的合理设计把行人一次过街分为二次过街，从而降低最短绿灯时间，减少周期时长，提高交叉口通行能力[3]。十字型交叉口行人二次过街方式的四相位方案见图2。

设置行人二次过街信号相位后，可利用行人一次过街方式的信号配时方法对各相位的配时进行计算[5]。信号最佳周期时长计算公式为

(1)

式中：L为周期损失时间，Y为相位关键车道车流流量比之和。

图2　行人二次过街相位方案

在行人二次过街方式下，交叉口某段人行横道允许行人通行的相位时间不能小于行人通过该段人行横道所需要的时间

(2)

式中：LP为行人过街需要通过的机动车道宽度总和,m；vp为行人步行速度，一般取1.2 m/s；qp为行人相位红灯时间内的行人到达率，per/s；M为行人的面积模量，一般取1.8 m2；W为交叉口处人行横道宽度,m；Tpr为行人过街反应时间，一般取2 s；Tgf为行人绿灯闪烁时间,s。

2研究对象

2.1　交通数据

选取福州市工业路—西二环路交叉口为研究对象，该交叉口为十字型交叉口路口，为了规范行车轨迹,交叉口内设有4个导流岛，南北进口处分别设置了左转待行区。交叉口几何结构见图3。

图3　交叉口几何结构

交叉口现采用四相位信号控制方式，各相位绿灯时间分别为45 s、40 s、29 s和37 s。该交叉口的相位相序见图4。

图4　交叉口相位相序

运用人工数据采集方法选择某高峰时段(17:30~18:30)对工业路—西二环路交叉口的交通流量进行调查，经换算成标准车型后统计得到该交叉口高峰小时机动车流量见表1。高峰小时行人流量见表2。

表1　高峰小时机动车流量　pcu/h

表2　高峰小时行人流量　per/h

从表1和表2可以看出，该交叉口因地处商业区域，其机动车流和行人过街流量均较大。在数据采集过程中发现，虽然该交叉口采用信号控制方式，但由于交叉口面积过大，南北进口行人过街距离过长，行人在一次绿灯时间内无法完成过街，行人闯红灯现象时有发生。因此，有必要对该交叉口的行人过街进行优化，以保证行人过街安全性。

2.2　控制方案设计

如图3所示，西二环路处于高架桥下方，为行人二次过街提供了空间条件。因此,可充分利用高架桥下的空间，设置行人二次过街驻足区，对南北进口处的行人采取二次过街控制方式。而东西进口道路相对较窄无富裕空间，此处行人仍采用一次过街控制，不设置二次过街。优化后的相位见图5。

图5　相位设计

结合交叉口的道路交通数据，根据式(1)、式(2)和信号配时方法计算得出交叉口的信号配时参数见表3。

表3　信号配时方案　s

从表3可以看出，在交叉口的南北进口设置行人二次过街方式后缩短了行人一次过街距离，降低了信号控制相位的最短绿灯时间。在交叉口交通信号控制中，除了通过优化信号控制周期时长、绿信比、绿灯间隔等参数来提升交叉口的通行效率以外，相位相序也是交叉口信号控制中的一个关键参数。在不改变交叉口信号相位组合的情况下，合理的相位相序设置可以大幅提高交叉口的通行效率[7-8]。因此，在信号配时一定且不改变相位组合条件下，根据交叉口的几何条件、交通渠化、交通流特性等因素，对交叉口的相位相序进行设计。在信号相位相序设计时，通常是机动车信号相位先直行后左转，因此,根据图5所示相位组合提出相位相序方案1：a→b→c→d。由于东进口左转流量比直行流量大，基于流量大相序优先于流量小相序的考虑，对于东西进口的机动车采取先左转后直行的放行方式，即形成相位相序方案2：b→a→c→d。

2.3　仿真分析

为了模拟不同相位相序方案下交叉口的交通运行情况，本文根据研究对象的道路交通条件，运用VISSIM交通仿真软件构建交叉口的仿真模型[9-10]。为验证交叉口行人二次过街信号控制方法的可行性，选取车辆平均延误和行人过街延误作为评价指标，通过仿真实现不同方案的比较。交叉口交通运行仿真见图6。

图6　交叉口运行仿真

从表4可以看出，采用行人二次过街控制方案后，方案1和方案2的行人过街延误与一次过街方式相比分别减少30.98%和33.80%，交叉口的车辆平均延误也分别降低15.65%和12.08%。由此可见，行人二次过街控制方案能有效地降低交叉口的延误，提高交叉口的通行效率。

表4　评价指标统计　s

从方案1和方案2对比来看，对于行人而言方案2优于方案1。因此，从“以人为本”理念出发，建议在福州市工业路—西二环路交叉口以方案2作为信号控制方案。

3结论

过街行人交通是一种常见的城市交通现象。长期以来城市交通组织以机动车为主体，而忽视了行人交通的合理组织。交叉口行人二次过街交通组织方式充分考虑行人信号与机动车信号的协调，能够较好地利用绿灯时间，并且为行人在交叉口内提供了安全的保障空间。

1)不同二次过街控制方案下交叉口的行人过街延误和车辆延误均有所减少。可见二次过街信号控制方式对于减少行人过街时间，加强行人过街安全，提高交叉口交通运行效率是有效的。

2)对于一些范围较大的交叉口，由于道路较宽，行人尤其是弱势群体过街较困难。与立体过街方式相比，二次过街方式具有一定的灵活性和经济性。因此,在空间条件满足要求的情况下有必要在交叉口设置行人二次过街方式。

参考文献

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[2]陈艳艳，郭继孚，袁和．城市道路交叉口弱势群体安全设计指南[M]．北京：人民交通出版社，2010．

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[4]杨明，苏标．基于绿色交通优先的信号配时优化模型[J]．系统工程，2013，31(8)：65-71．

[5]马万经，林瑜，杨晓光．多相位信号控制交叉口行人相位设置方法[J]．交通运输工程学报，2004，4(2)：103-106．

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[责任编辑：郝丽英]

Optimal design of signal control for pedestrian twice crossing street at intersection

LIN Yu-ping，QIU Mei-hua，SHI Qun，QIU Liang-huo

(College of Jinshan,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350002，China)

Abstract：Pedestrian traffic is an important method of transportation for residents.The safe of pedestrian crossing the street becomes an intensive focus in present society．For a long time,the urban traffic organization has focused on the smooth passage of motor vehicles but ignored the rational organization of pedestrian traffic.Following the problem of pedestrian crossing street at intersection，the Gongye Road and Xi’er Huan Road is set as a research object．The optimal signal control for pedestrian twice crossing street at the intersection is implemented and tow difference groups of the phase sequence are showed in the paper．Then，the optimized scheme is evaluated with the application of VISSIM．The simulation results show the optimized scheme will reduce the intersection delay．The design of pedestrians twice crossing signal at the intersections is feasible．

Key words：pedestrian；twice crossing the street；optimal control；simulation

作者简介：林雨平(1982-)，女，讲师,研究方向：交通管理与控制．

基金项目：福建省中青年教师教育科研项目资助(JA14364)

收稿日期：2015-06-05

中图分类号：U491

文献标识码：A

文章编号：1671-4679(2015)06-0030-04