现代有轨电车站点行人过街系统设计

2018-08-28李巧莹杨胜超

现代交通技术 2018年3期

李巧莹，杨胜超

(中铁第六勘察设计院集团有限公司,天津 300300)

现代有轨电车预期的功能发挥，取决于过街系统满足行人需求的程度以及对机动车交通的干扰。行人过街系统与有轨电车站台的有效衔接是便捷性和人性化的体现。有轨电车线路在道路横断面的分布形式有路中式、双线异侧式和双线同侧式[1-2]，其中双线异侧式和双线同侧式的有轨电车站台对行人过街影响不大。因此，本文针对路中式站台道路交叉口行人过街系统进行研究。

1 交叉口的选取

天津市有轨电车位于滨海新区洞庭路，是一条南北向纵贯天津开发区西部的轨道交通线[3]，全长约7.86 km。洞庭路道路红线宽50 m，双向6车道，路中设有轨电车专用道。学院区南站位于洞庭路和第十三大街交叉口的北进口，为岛式站台。此交叉口较为繁华，周围有清竹园和清梅园等居民区、大学城A区、大学城B区、润枫广场等。

2 路中乘客流到达规律

2.1 调查方案

经调查，有轨电车乘客在早晚高峰较多，晚高峰过街行人量最大，故选取晚高峰(16：00～18：00)时段拍摄录像[4]，为对比分析，也进行了平峰(9：30～10：30)时段的拍摄。为避免数据的随机性，拍摄选取了天气晴朗的正常工作日。

采用人工调查，采样间隔取10秒。调查由两个人完成，一人负责记时，10秒报告一次；另一人负责记录这10秒内到达的有轨电车乘客数。

2.2 路中乘客流到达规律

2.2.1 路中乘客到达人数统计

路中乘客到达人数的样本频数统计见表1。路中乘客到达数描述统计见表2。

表1 路中乘客到达人数与样本频数统计

表2 路中乘客到达数描述统计

2.2.2 理论模型

参照路中乘客流到达分布模型[5]，有轨电车路中乘客到达应符合脉冲波的规律。脉冲波理想模型的各特征值如下：

(1) 周期和有轨电车的发车间隔相关，本案例为岛式站台，周期为发车间隔的一半。

(2) 脉冲形状：脉冲幅度为乘客到达流最大变化率，假设乘客均匀到达，则变化率平行于时间轴。

(3) 脉冲波长为乘客陆续到达人行横道的持续时间，也即每辆有轨电车到达后，第一名乘客与最后一名乘客到达人行横道的时间差。

(4) 频率为周期倒数。

2.2.3 不同时间段乘客到达规律

在高峰时间段，实际运行中有轨电车车辆受其它因素干扰，运行不规律，尽管乘客到达体现了一定的脉冲性，但第一名乘客和最后一名乘客到达人行横道往往要经过几个观测时间段，因此，周期、波长和幅度都不是常量。

为研究乘客到达规律，将乘客到达的几个连续时间段称为一个观测组。在360个样本中，高峰时间段有240个样本值为0，本文仅对有乘客到达的观测样本进行分析。对1小时内的样本进行处理，得到28个观测组，其中20个观测组只有一辆有轨电车到达，7个观测组到达两辆，还有一个观测组3辆有轨电车前后到达，对3种情况作了分析，得到的特征值见表3。

高峰时间段乘客到达规律见图1，为对比分析，加上了平峰和远期的乘客到达规律，其中远期为规划数据。不同时间段的到达规律差别较大，针对不同的情况，需要采取不同的策略。

表3 乘客到达规律特征值(高峰)

图1 不同时间段乘客到达规律

3 行人过街速度分析

3.1 样本选择

为分析站台对步速的影响，进行了实际调查，样本选择见表4。

3.2 行人步速特征分析

现代有轨电车站台的设置会对人行横道步速产生影响，乘客流量和行人流量较小时，乘客和行人都能较为自由地行走，随着总行人流量的增加，乘客和行人的行走都受到限制。因此，选择晚高峰时间段进行调查，分析在总行人流量较大时，乘客流带来的影响。

利用SPSS对两个人行横道的行人速度进行分析，二者的人行横道步速都符合正态分布[6]，见图2、图3。

表4 步速调查相关参数说明

图2 有站台人行横道行人步速

图3 无站台人行横道行人步速

统计数据见表5。

表5 有无站台人行横道步速统计结果

注：(1)单位：m/s；(2)有站台的步速调查时乘客比例40%。

由表5可知，无站台行人过街速度高于有站台行人过街速度。在这里需要注意的是总行人流量较大，其乘客比例为40%左右，在此背景下，有站台的平均步速为1.22 m/s，而在行人流量和乘客流量都较小时，有无站台对步速影响不大。

4 对人行横道通行能力的影响

4.1 调查方法

为得到尽可能全面的数据，对洞庭路和第十三大街交叉口进行全天录像(8：00～18：00)，然后统计数据。所涉及的数据包括以下3个[7]：

(1) 行人流量

在行人绿灯期间，统计每5秒时间内通过瓶颈区的进出行人数。

行人流量调查时单位：人/(5 s·6 m)，数据处理后单位：人/(min·m)。

(2) 行人密度

行人密度调查是与行人流量调查同时进行的，每隔1秒记录一次，通过录像暂停方式，记录瓶颈区的行人数量，然后用行人数量除以瓶颈区面积即为行人密度。

因此，每一个行人流量对应5个行人密度，为得到两者的对应关系，必须保证这5秒内行人密度变化不大。

行人密度单位：p/m2。

(3) 行人步行速度

行人步行速度调查也是和行人流量调查同时进行，在5秒内，需要同时记录瓶颈区的行人步行速度，这里的速度是指平均速度。

行人步行速度单位：m/min。

4.2 行人速度-密度关系

对本案例调查的数据进行分析，得到速度-密度关系图，见图4。

用线性方程拟合时，拟合度R2为0.982 4，线性回归方程为：

v=-25.903k+80.05

(1)

式中，v为行人速度；k为行人密度。

图4 行人速度-密度关系

当密度为0时，最大步速为80.05 m/min，也即1.3 m/s，这个速度为行人自由步速，高于行人平均速度；当最大密度达到3.09 p/m2时，速度为0。

4.3 行人流量—密度关系

流量—密度曲线在交通控制中具有重要作用，所以通常把流量—密度曲线叫做“基本图”。本文利用实测数据得到流量—密度关系图，见图5。

图5 行人流量-密度关系图

从图5可知，用二次曲线拟合行人流量和密度的关系，吻合度较高，拟合度R2为0.907。拟合曲线如下：

q=-23.44k2+75.06k

(2)

式中，q为行人流量；k为行人密度。

由上式可知，当行人密度为0时，行人流量为0；当行人流密度为1.6 p/m2时，最大行人流量为60 p/(min·m)。

从图5可知，在小密度的情况下(行人密度低于1.0 p/m2)，数据拟合较好；在大密度时，行人流量数据显得比较离散，变化范围为 50～70 p/(min·m)。行人密度为1.4～1.7 p/m2时行人流量最大，密度大于1.7 p/m2后，随着密度的增加行人流量呈降低趋势。

4.4 行人流量-速度关系

速度—流量曲线描述的是速度随着流量的变化规律，它们之间的关系可以用来标定人行横道的服务水平，并衡量人行横道的运行状况。本文调查结果见图6。

图6 瓶颈区行人流量-速度关系图

从图6可知，用二次曲线拟合行人流量和行人速度的关系，拟合度较高，R2为0.853。拟合曲线如下：

q=-0.031v2+2.725v

(3)

式中，q为行人流量；v为行人速度。

由上式可知，当行人流速度为43 m/min时，行人流量最大，为60 p/(min·m)。

从图6可知，在行人流量较低时，行人步速随着行人流量的增加有较大的降低，当行人流量达到50 p/(min·m)后，速度的降低的幅度很小。步速处在40～50 m/min区间，行人流量达到最大。

4.5 对通行能力的影响

人行横道通行能力可以从行人流量-密度或行人流量-速度拟合方程。本文采用拟合度较高的行人流量-密度关系。

从行人流量-密度关系图可知，人行横道的通行能力为3 600 p/(h·m)，但这种情况很难观测到，因此选择研究在2 800～3 000 p/(h·m)范围内乘客比例对步速的影响。行人流量在2 800～3 000 p/(h·m)范围时，行人密度基本保持不变，行人流量为密度和速度乘积，可以认为流量只随速度变化，即乘客比例对步速的影响也就是对流量的影响，而此时的流量非常接近通行能力，故可认为是对通行能力的影响。而乘客比例为0时，步速为1.0 m/s，以1.0 m/s为基数，其余步速和基数的比值为折减系数，则图7也恰好为乘客占总行人比例对通行能力的折减系数。

图7 乘客比例对通行能力的影响

则折减系数和乘客比例的关系可以表达为：

y=0.255x3+0.076x2-0.405x+1.004

(4)

R2=0.591

式中，y为乘客流量对通行能力的折减系数；x为人行横道乘客占总行人流量的比例。

则乘客比例对通行能力的折减具体结果见表6。

表6 不同乘客比例下通行能力的折减系数

5 建议与改善

5.1 交通设计

为减少行人和乘客的交织冲突，在人行横道上可以采用不同颜色的铺装对过街行人流和乘客流进行分流，并标以显著的标志标线。

5.2 公交信号优先和行人过街协调控制

由以上的分析可知，路中乘客的到达呈脉冲性，在乘客流较小时，对整体行人过街影响不是很大；当有轨电车运行规律很差时，几辆车同时到达，带来大量乘客流。此时，对总体行人过街影响较大。若给行人绿灯充分的时间，有轨电车很难实现信号优先，会恶化有轨电车车辆运行。此时应该协调有轨电车信号优先和行人过街绿灯时间[8]，以实现提供电车信号优先的同时，不影响乘客和过街行人的集散和换乘。

5.3 二次过街和立体过街设施

由表5可知，设有轨电车站台时，实际调查的行人过街平均速度为1.22 m/s，根据行人过街延误公式，可得不同行人流量和机动车流量下行人一次过街延误t1和二次过街延误t2。假设行人过街极限等待时间为t0，当t1t2，则此时应该考虑设置立体过街设施[9]。在六车道宽度选取30 m，行人的极限等待时间为40秒的情况下，本案例设置二次过街和立体过街的边界曲线见图8。