无信号控制人行横道人车交互让行率研究综述

杨城城，王嘉文，陈莎雯，董洁霜

（上海理工大学 交通工程系，上海 200082）

1 引言

行人车辆让行率是指当车辆和与之相遇的过街行人同时拥有通行权时，礼让行人优先通过的车辆占产生人车交互次数的比例，这里的人车交互是指道路上行驶的车辆与过街行人之间车让人同时人让车、车让人、人让车、人不让车同时车不让人这四种情形发生的过程。随着城市道路网中车辆与行人的日益增多以及由此而增多的交通事故，交叉口人车交互越来越受到交通管理部门的重视，2016年《中华人民共和国道路交通安全法》第四十四条规定：“机动车通过没有交通信号灯、交通标志、交通标线或者交通警察指挥的交叉路口时，应当减速慢行，并让行人和优先通行的车辆先行。”第四十七条规定：“机动车行经人行横道时，应当减速行驶；遇行人正在通过人行横道，应当停车让行；机动车行经没有交通信号的道路时，遇行人横过道路，应当避让。”“车让人”已由一种理念转变为具有强制性的交通法规约束，而随之变化的让行率也会对交叉口通行能力、车辆延误、服务水平、交通安全等产生影响。

本文对国内外有关人车交互理论的研究发展现状与趋势进行分析总结，对人车让行率的影响因素以及基于人车交互的通行能力与信号配时等交通量的研究现状以及发展趋势做出综述，并进一步探讨在新的交通法规环境下基于人车交互的通行能力、信号配时车辆延误的研究方向。具体综述框架如图1所示。

2 让行率的影响因素

让行率的影响因素是让行率研究的一个重要方面，主要涉及交叉口处的行人因素、车辆因素以及交通环境因素。

2.1 行人因素

国内外对过街行人的研究由来已久，主要从过街行人数量、行人步速、行人个体特征差异三个方面进行定性与定量研究。

（1）过街行人数量方面。慈玉生[1]等人的研究表明：过街行人的数量对驾驶员选择让行与否的决策具有重要影响。窦水海[2]等研究了过街行人的数量对让行率的影响，结果表明随着行人数量的增加让行率也随之增加。在人车交互过程中，过街行人数量的变化必然会对驾驶员的驾驶行为产生影响，例如驾驶员在看到大量等待过街的行人时，可能会在考虑到大量的行人将会给车辆带来更大的延误，从而倾向于选择不做出让行的行为，甚至会加速通过人车交互区域，也可能会在考虑到大量行人将会产生更多的人车交互次数而更倾向于做出让行的行为以避免交通事故。目前的研究表明过街行人数量与让行率呈正相关，而在行人数量对部分驾驶员的让行行为可能存在负向影响方面还有待证明与研究。

（2）过街行人步速方面。窦水海[2]等人的研究表明随着行人过街步行速度提高，让行率有所提高；Xin X[3]等通过数据调查分析,建立了过街人群规模与速度的关系模型。已有研究对人车让行率与行人过街步速的直接相关性研究较少，主要以统计学方法为主得出让行率与行人步速的定性关系，建立定量关系的让行率与行人步速模型方面仍有待进一步研究。

（3）过街行人的个体差异方面。Goddard T[4]等研究了种族和性别对驾驶员让行行为的影响，结果表明在有标志的人行横道上，驾驶员更倾向于不为黑人和男性行人做出让行行为。此外，某些研究还表明，行人过街时的自信程度、过街行人的年龄以及视障人士使用的手杖颜色[5]等也会对驾驶员让行与否的决策产生影响。过街行人的行为方面，Bourquin EA[6]等人的研究表明行人在过街时的某些行为会影响驾驶员的让行行为。例如，行人过街时举手的动作可以增加驾驶员让行的概率；Zheng Y[7]等人的研究表明驾驶员遇到横穿马路的行人时，更倾向于做出不让行行为。前人对于行人方面的研究大多是关于行人个体差异方面的，这不仅在于行人个体差异难以量化，而且在于影响行人个体差异的因素是多方面的，如性别、年龄以及行为的差异性等。

2.2 车辆因素

驾驶员是让行行为决策做出的一方，由于难以量化研究，目前对车辆的研究主要集中在车辆数量和车辆速度方面。

（1）车辆数量方面。窦水海[2]等人通过对过街行人和车辆交互行为的演化进行建模，研究过街行人和机动车穿越行为的演化过程，运用李雅普诺夫方法计算得到稳定平衡点和鞍点，结果表明随着机动车流量增加让行率有所下降、随着机动车速度提高让行率有所下降。

（2）行车速度方面。Stapleton S[8]和 Sucha M[5]等人的研究表明当遇到过街行人时，速度较高的车辆对行人的让行率小于速度较低的车辆。前人对车辆因素的研究相对较少，这可能是因为影响车辆决策的因素更为复杂，既包括驾驶员的个体差异方面又包括车辆种类差异方面。在未来对于车辆因素的研究不仅应分别从驾驶员的个体差异与车辆种类差异两方面分别展开，而且应深入研究驾驶员与车辆种类对人车交互让行率影响的内在联系。

2.3 交通环境条件

交通环境条件也会对驾驶员的决策产生重要影响，目前研究所涉及到的交通环境因素包括道路几何条件、交通管理条件及自然条件三个方面，具体包括道路宽度[9-10]、车道数[8]、人行横道的有无及色彩[4-5]、信号控制等设备[8](如Rectangular Rapid Flashing Beacons,RRFBs）、交叉口几何形状[8]、白天和夜间[11]、交通执法[12]等。

（1）道路几何条件方面。Sucha M[5]等人研究了人行横道的类型对驾驶员的让行行为会产生较大影响；Iasmin H[13]等人的研究结果表明，在钝角交叉口处，驾驶员往往更倾向于不对过街行人做出让行行为；Fitzpatrick K[9]等人的研究结果表明，道路车道数的不同即道路宽度的不同，驾驶员的让行行为也会有所不同。道路几何条件是人车交互时影响车辆决策的静态条件，相同交通流条件下，不同类型交叉口或路段的几何条件对让行率的影响有着相对稳定的程度，目前对道路几何条件因素的研究大多是定性的，未来应通过更多定量研究得到不同道路的几何条件对让行率的影响程度。

（2）交通管理条件方面。Houten RV[12]等人研究了在交叉口增加辅助设备对让行率的影响，其中国外对RRFB 设备的研究较多，他们的研究表明，在增加了RRFB设备的交叉口，车辆对行人的让行率会显著提升；此外，Malenfant J[12]等人也对交通执法对让行率的影响做了研究，结果表明，随着交通执法力度的加强让行率会有所增加，并且当某地区在经过一段时间的交通执法后，若不再继续进行交通执法，此地区的让行率依然会维持在一定的水平。由于车辆行驶时必须遵守交通法规，因此交通管理条件的改变会对驾驶员的决策产生直接影响，新交通法规的实施将提高人车让行率，将来的研究应注重交通法规的实施对让行率的定性与定量影响。

（3）自然条件方面。Zhang Q[11]等人的研究结果表明，驾驶员在白天和夜间的让行行为也有所不同，相比于白天，驾驶员夜间往往会倾向于做出不让行的决策。目前关于自然条件对让行率影响的研究较少，而自然条件有时也会对驾驶员的决策产生较大影响，如极端天气条件等。

3 考虑让行率的交叉口通行能力、延误等研究

人车交互时让行率的动态变化会对路段及交叉口的通行能力、车辆延误、路网服务水平等指标值产生影响，并且影响率与让行率的变化程度呈正相关。以下分别对前人在进行通行能力、车辆延误以及信号配时研究时对过街行人的考虑进行综述。

3.1 对通行能力的影响

国内外对考虑了行人因素的通行能力估计主要基于以下几种方法展开研究：折减系数法、间隙接受理论及其他方法。（1）基于折减系数法。以美国《通行能力手册》(Highway Capacity Manual，简称HCM)为代表，通过采用折减项系数的方式来考虑行人对通行能力的影响，根据冲突点行人的占有率对饱和流率进行折减。（2）基于间隙接受理论。刘泳玲[14]、马泽丹[15]在研究行人影响下信号交叉口专用右转车道通行能力时，提出了“行人簇”的概念，利用行人簇间可穿插间隙建立了行人影响下信号交叉口专用右转车道通行能力模型。（3）其他方法。Roshani M[16]等人研究了行人对信号交叉口右转饱和流量的影响，结果表明，行人流量与右转弯车辆流量之间存在基本的线性关系，并且随着行人数量的增加，饱和流量会降低；Wei D[17]研究了行人绝对优先的特殊情况下，通行能力的计算公式；Chen X[18]等人研究了行人影响下的信号交叉口通行能力并建立了新的通行能力计算模型。以上研究基于不同的理论与方法考虑了过街行人对通行能力的影响，但不符合让行率随着交通条件动态变化的实际情况。在实际人车交互过程中，由于交叉口交通条件的不同，一定量的过街行人与一定量的车辆交互时车辆对行人的让行率也是动态变化的。但以上研究者在研究考虑行人因素的通行能力时，缺乏对人车交互时让行率动态变化特征的考虑。

3.2 对车辆延误的影响

人车交互时让行率的不同，对车流造成的延误也会有所不同，目前国内外研究者关于过街行人对车流产生的影响分别基于以下理论与方法进行研究：间隙接受理论、人车交互区域时间占有率方法、排队论和流体力学理论以及其他方法。（1）间隙接受理论。Wei D[19]通过车头时距与临界穿越间隙之间的关系，分别得到了排队时、队列消散时以及自由流时人车交互的让行率，建立了基于人车交互的车辆延误公式，该公式是车流量、行人流量和让行率的函数。（2）人车交互区域时间占有率方法。Dou S H[20]、Zheng Y[7]和陈永恒[21]等根据人车交互时机动车与行人各自的通行时间，建立了基于人车交互的右转机动车和行人的延误计算模型。（3）排队论和流体力学理论。贾海亮[22]运用排队论和流体力学理论推导出在不同行人流量条件下路段车辆延误模型。（4）其他方法。慈玉生[1]分别提出了机动车减速避让和停车避让情形下的延误模型,该模型可通过一次过街的行人数量评估行人过街对路段机动车造成的延误影响。冯树民[23]分别建立了行人自由过街、无控制人行横道行人过街和信号控制人行横道行人过街情形下机动车延误计算方法。以往的研究者对延误的定性与定量研究在一定程度上反映了行人因素对车流造成的影响，但缺乏对交叉口车辆延误随让行率动态变化的分析和建模，在新的交通法规实施后，让行率的提高会对路段或交叉口会产生人车交互的车流产生更大的延误，以往关于车流延误计算的理论与方法将不再适用。除此之外，由于车辆延误是城市交叉口与路网服务水平评价的主要指标，因此路段与交叉口的车辆延误计算模型必须满足精度阈值并能够随路网交通条件的改变而改变，这将对未来关于过街行人对车流造成的延误模型提出更高的要求。

3.3 交叉口信号控制研究

目前，已有国内外学者对考虑行人因素的交叉口信号配时优化方法进行了不同程度的研究。冯树民[27]等研究了考虑行人过街的两相位交叉口配时优化，以机动车和行人的总延误最小为优化目标，建立交叉口信号配时的优化模型，给出求解方法，为信号交叉口的优化配时提出新的思路；此模型的优化目标是以机动车和行人的总延误最小，其不合理之处在于总延误最小与人车交互时让行率尽可能大不会同时成立。徐良杰[24]等分析了交叉口处左转及右转机动车对行人过街交通的干扰和影响，应用交通流冲突理论、间隙接受理论，推导了行人穿越机动车道的人数及等待通行人数，建立了行人过街时间模型，有利于行人专用信号相位的设置；此过街时间模型的不合理之处在于，基于间隙接受理论得出的行人过街时间小于新法规下的行人过街时间，这是因为新法规下的人车交互让行率大于间隙接受理论下的让行率。张凌煊[25]等人研究了考虑行人效益的拥挤交叉口多目标配时优化，采用机动车效益、行人效益、交叉口通行能力为评价指标，以交叉口饱和度为约束条件，建立了交叉口多目标信号配时优化模型。吕坚[26]利用行人热成像检测研究了交叉口信号配时优化，提出了基于行人和右转车请求的信号控制逻辑关系，制定了交叉口信号控制分级响应方案。以上对于交叉口信号配时优化方案的研究没有充分考虑让行率的因素，并设计随人车让行率改变而改变的交叉口信号配时优化方案。

4 研究评述与展望

随着始于一线城市并将逐步渗透于其他城市的“车让人”理念的提倡、人车交互让行率影响因素的不断增多与复杂，以及智能交通技术、车辆技术和交叉口环境的变化与发展，人车交互让行率的影响因素以及因让行率而变化的诸如交叉口通行能力估计等研究，将成为一个热点问题。今后研究的发展方向可能集中于以下几个方面：

（1）新交通环境下让行率影响因素的研究。影响人车交互让行率的因素是多方面的，目前的既有研究对驾驶员因素的研究还较少，而驾驶员是人车交互时车辆让行与否的决策者，影响驾驶员决策的因素可能包括性别、年龄、心理、驾驶经验、车辆种类以及驾驶环境的熟悉程度等因素，由于这些因素难以量化并运用数学方法进行分析，运用驾驶模拟器对无信号控制方式人车交互过程进行模拟是研究让行率影响因素的可行方法，而目前运用此方法研究人车交互让行率影响因素的研究几乎没有。此外，由于既有研究对于让行率影响因素的研究还是处于定性层面，而影响让行率的不同因素对驾驶员让行与否行为决策的影响程度是不同的，因此可以通过对不同影响因素定量研究的基础上，制定调整人车交互让行率的参数参考表，从而为交通规划、交通管理以及交通设计提供相应的参考，达到既能提高让行率又不至于过度影响车辆整体运行的目的。

（2）考虑人车交互的上游交叉口溢流问题的研究。对于人车流量均较大的交叉口、路段无信号控制人行横道以及某些非常态道路状况，较高的让行率可能会引起上游交叉口溢流问题。新交通法规的实施将会使城市交叉口的让行率在短时内有显著的提升，然而这也意味着在行人的影响下各流向车流更多的时间延误和更长的排队长度，尤其对于右转弯车流而言，原来的车辆与过街行人交互时人流与车流具有同等的同行权，而在新的交通环境下，人流与车流交互时过街行人几乎拥有了绝对的通行权，这对于右转流量较大、原有交叉口饱和度已经较大并且过街行人较多的交叉口而言是难以承受的。过长的等待时间与较大的车流量必然导致过长的车辆排队长度，而过长的排队长度可能延申至其上游交叉口，阻挡上游交叉口横向车流的通行，甚至可能会使整个交通网络的运行瘫痪。因此，如何在保持较高让行率的同时又不致使车辆排队长度过长以至于延申到上游交叉口（尤其是在某些车流与人流非周期性异常的非常态情况下），将是未来人车交互研究的一个重要方向。

（3）考虑人车交互的交叉口通行能力估计方法、信号配时优化方法研究以及路网服务水平评估。由于让行率具有动态变化和难以量化的特征，既有的考虑行人影响的交叉口通行能力计算、信号配时优化方法研究还未对让行率因素进行较深入的研究。然而实际中让行率的不同会对车流带来不同程度的延误、会改变每周期不同流向车流全部通过交叉口的最短绿灯时间，这些量的改变将会对交叉口通行能力、信号配时产生影响，这将意味着着眼于让行率因素将是交叉口通行能力估计、信号配时方法优化以及路网服务水平评估的重要方向。

（4）新交通环境下人车交互机理研究。既有的人车交互研究大多基于间隙接受理论，在新的交通法规颁布之前间隙接受理论是适用的，而在新的交通法规实施以后，只要交叉口有等待过街的行人时，与行人交互的机动车就必须停车让行，这与原来车辆与行人拥有同等通行权时先到者先通过的机理有所差别。因此，新的交通环境下，人车交互的机理研究也将是一个重要的研究方向。

5 结语

本文在对国内外关于无信号控制方式人车交互研究现状与趋势分析的基础上，分类总结了人车交互让行率的影响因素以及考虑了人车交互的交叉口通行能力估计、信号配时优化方法、运行车辆延误方面的研究现状。可以预见，在新的交通法规实施后，无信号控制方式人车交互让行率的动态变化将使路段、交叉口乃至整个路网的交通状态发生一系列变化。本文为新的交通环境下，交叉口通行能力估计、信号配时优化方法研究以及路网服务水平评估等提供了总结与展望。