基于安全和效率的平面交叉口行人二次过街设施设计理论和方法

刘 文，吕 坤

（西安市政设施管理局，陕西西安 710016）

0 引言

在城市道路平面交叉口，行人过街与机动车之间的横向干扰一直是交叉口渠化优化考虑的难点和重点，行人交通设计不合理，将导致行人没有通行权，交通高峰期间机、非混合严重，行人延误大大增加，其交叉口通行能力也大大降低[1-3]。当交叉口较大时，行人无法在一个绿灯时间内完全穿越道路，在下一个行人红灯信号相位内停在道路中间，或在密集的车流中强行穿越，对行人的安全性带来了很大的威胁。可见对交叉口行人过街的研究非常重要。

采用行人二次过街的方式并结合合理的信号相位设计能够提高行人过街的安全性，增加行人的通过效率，减少行人违章过街率，降低了与机动车之间的干扰，且二次过街设置灵活、成本较低，可在机动车流量较大、车道数较多、有中央隔离带的大型交叉口适用[4-6]。但是目前各地平面交叉口处行人二次过街设施设计多依靠经验确定而缺乏理论研究。

对大型平面交叉口行人过街来说，安全性和通行效率是第一位的。尝试从提高行人安全性角度和通行效率角度，探讨有信号控制条件下平面交叉口行人二次过街的理论和方法。

1 行人二次过街安全性和效率分析

1.1 安全性分析

（1）各进口道宽度

干道的横断面一般较宽，30 m以上甚至50 m以上长度的人行横道都很常见，行人一次不能完成穿越道路时，就没有地方供行人避让车辆，这对行人来说是非常不安全的。交叉口的调查结果显示[7]，绝大部分人行横道没有行人安全岛。

（2）连续过街最大长度

连续通过过长的人行横道，会造成过街行人的紧张心理。参考文献[9]中第五章第一节规定人行横道长度达25 m或双向机动车道达6车道时，应在路中设置行人安全岛。人行横道越长，行人停留在人行横道上的时间越长，同时分布在人行横道上的行人数量越多，机动车穿越人行横道时，发生冲突的可能性越大。对此，根据实践经验，对连续过街改进见图1。

（3）交通事故数

行人与非机动车交通是交叉口交通的主要组成部分。从安全的角度来讲，行人与非机动车驾驶者在交叉口的交通事故中受害较大，据相关资料统计[8]，1975年日本行人死亡事故在交叉口附近的占41.8%，路段上横穿过街的约占50.8%，交叉口处未设置行人二次过街设施；美国夜间行人交通事故的统计中，交叉口附近占70.5%，人行道占12.0%，且交叉口处未设置行人二次过街设施。在国内城市交通事故中，以西安市交警支队统计为例，2009年发生的使用一般程序处理的交通事故中有近30.2%发生在交叉口，且交叉口处未设置行人二次过街设施。由此可见，交叉口处行人与机动车的冲突，不但导致事故多发，而且后果严重，所以在大型平面交叉口处设置行人二次过街设施，保障交叉口行人交通便捷和安全显得尤为重要。

1.2 通行效率分析

（1）冲突点

平面交叉口是道路在同一个平面上相交形成的交叉口。通常有T形、Y形、十字形、X形、错位、环形等形式。在无交通管制的平面交叉口，车辆通过时因驶向不同而相互交叉形成冲突点，在丁字形交叉口有3个冲突点，在十字交叉口口有16个，在五路交叉口则有50个冲突点。实际上，每增加一个冲突点，交叉口的通行效率就会大大降低，同时增加一个潜在的交通事故黑点。

（2）交通信号设置不合理

现状平面交叉口信号配时较少考虑慢行交通中行人过街时间需求，导致现状交叉口中经常出现行人在绿灯时间内未能完全通过交叉口，此时存在行人和机动车的冲突，若行人信号的红灯时长超过了行人的可容忍等待时间时，闯红灯的可能性大大提高。交通信号设置不合理对交通弱势群体过街造成了严重的威胁，也大大降低了交叉口的运行效率。通过安全性和通行效率分析可知，有行人二次过街设施比没有行人二次过街设施更加安全。

2 行人二次过街设计理论与方法

2.1 二次过街设置的条件

尽管采取行人二次过街方式能够使得行人更方便的穿越道路，但并不是所有的道路都适合设置行人二次过街设施。二次过街方式适合于有较宽中央分隔带的新建城市道路及在有较宽两侧辅道的高架桥下设置，具体的设置条件如下：

（1）空间条件：设置行人二次过街的路段路面要足够宽敞，机动车道宽度大于25 m，无条件修建行人天桥或地道，且有足够设置安全岛的空间，中央驻足区的大小应该满足行人等待较好服务水平的所需空间。

（2）信号配时条件：设置行人二次过街后必须满足某段人行横道允许行人通行的连续相位时间总和不小于行人通过该段横道的最短时间。

（3）行人条件：在平面交叉口处，当一个进口道横过马路的人流量超过5000 P/h，且同时在交叉口上双向当量小汽车交通量超过1200 pcu/h，应考虑设置天桥或地道设施[10]。反之，设置行人二次过街。

2.2 基于安全和效率的行人二次过街设计理论与方法

平面交叉口的交通冲突类型按使用者划分，可分为机动车与机动车冲突、机动车与非机动车冲突、机动车与行人冲突三大类。由于三种冲突形式行驶方向各不相同，交叉口处存在着大量干扰和冲突。在没有非机动车和行人的情况下，仅机动车在无信号交叉口冲突数：交叉点为16个，合流点和分流点均为8个。若计入行人、非机动车，则冲突点总数目要提高几倍，本节重点无信号灯控制交叉口冲突数、传统两相位信号配时交叉口冲突数和结合行人二次过街配时交叉口冲突数，具体见表1～表3。

表1 无信号灯控制交叉口冲突数

表2 传统二相位交叉口冲突数

表3 结合行人二次过街配时交叉口冲突数

从表1～表3中可以看出，结合行人二次过街配时方案与无信号灯控制交叉口和原来二相位配时方案交叉口冲突数比较，冲突数明显减少，使交叉口的交通运行更加安全。

2.3 基于相位嵌套的行人二次过街设计理论与方法

行人二次过街设计理念是通过充分利用信号相位资源，合理划分机动车与行人的使用空间和时间，提高行人过街的安全性、便利性和通过能力。仅仅设置行人二次过街设施并不能很好的解决行人过街问题，在大型信号控制交叉口应结合优化信号相位使得交叉口发挥最大的交通效率。本节提出基于相位嵌套的行人二次过街设计方法，将行人二次过街镶嵌在机动车相位中。具体实现过程见图2。

基于相位嵌套的行人二次过街信号配时实现方法表述如下：在一个信号周期内，第一相位为南北方向机动车左转和右转，同时将非机动车和行人相位嵌套在该相位中，基于安全，使行人流在安全岛上驻足等待；第二相位为南北方向机动车直行和右转，同时将非机动车和行人相位嵌套在该相位中，基于效率，行人流在此相位中可以安全到达对面，完成二次过街；第三相位和第四相位为南北方向，同第一相位和第二相位的设计。

根据我国学者[6-7]对行人过街速度的研究，适合大多数普通人的过街速度为1.19 m/s，适合大多数老人过街的速度为1.07 m/s。由此则可以根据路口宽度和信号相位各个方向的绿灯时间，考虑行人是否可以在一个绿灯相位内通过人行道，确定是否需要二次过街安全岛，并设置相应的专用信号灯。行人二次过街信号相位的设置与各个方向的车流密切相关，主要涉及道路情况、左转车流量的大小和该相位绿灯时间的长度。基于相位嵌套的二次过街配时方案见表4。

表4 基于相位嵌套的二次过街配时方案

将行人二次过街相位嵌套在机动车相位中，总的周期时长不改变的条件下，基于嵌套在机动车相位的信号配时方案优于单独给行人专用相位的信号配时方案，行人过街更加安全，总延误减少。

3 实例验证

3.1 行人延误

本节以西安市小寒东路—翠化路平面交叉口调查数据为例，对前面行人二次过街安全性和效率进行仿真验算。仿真模型方案针对不同的机动车流量和行人流量分别进行仿真，其中机动车流量为1000 pcu/h、2000 pcu/h，行人流量分别为1000 P/h、1500 P/h、2000 P/h、2500 P/h、3000 P/h，共10种组合。根据小寒东路—翠化路平面交叉口实地调研情况，在仿真过程中，将行人一次过街违章率设定为1:3，行人二次过街违章率设定为1:9，违章率降低67%。仿真效果见图3。

由VISSIM仿真模拟可以得出，增设行人二次过街设施后，行人在整个信号周期内的过街机会和可利用的过街时间将增加，行人过街效率提高。在各类相位相序排列组合中，行人二次过街延误情况为变化较平稳，较行人一次过街小，且总延误低于一次过街延误。在一次过街信号下，行人的可通行时间不足且等待绿灯时间长，使得行人违章过街比率较大，受到的机动车干扰较大，行人延误相对增加，与之相比，行人实现二次过街后，违章率会相应降低，与机动车之间的干扰减小，延误减小。但若过街行人量过大的路口，行人体的面积过大，当二次过街时，安全岛的面积不足全部等待行人站立的情况下，则不适合设置行人二次过街设施及信号。

另外，由于实例平面交叉口的机动车流量及行人流量均较大，行人若一次过街将会因等待时间过长，超出行人心理极限，行人违章率将增加；而设置行人二次过街后，行人过街时间和机会增多，行人违章率将有所减小。这均是行人延误和机动车延误产生的重要原因。

3.2 信号配时

相对于传统的行人过街，行人二次过街在人行横道中央设置安全岛，并在中央安全岛加设信号灯。行人二次过街相位在传统设计方法的基础上，左转相位上添加了行人相位，将行人过街分为两段进行。相对应的行人相位形成了互补，使得人行横道上的行人能安全到达中央驻足区。

在现有的信号配时相位设置情况下，小寨东路的行人过街最短绿灯时间为40 s，交叉口设计通行能力为5859 pcu/h，饱和度为0.85，服务水平E级。采用行人二次过街的方法设置相位后，小寨东路的行人过街最短绿灯时间为23 s，交叉口设计通行能力为6953 pcu/h，饱和度为0.73，服务水平升级为D级。

通过以上分析，使用VISSIM软件进行交叉口高峰时段现状模拟和行人二次过街优化设置模拟。模拟结果数据显示，对于行人来说，行人过街平均延误时间减少，平均等待人数也相应减少。行人延误的减少也大大减少了机动车的延误。可见，行人二次过街可以减少行人和机动车延误，从而提高交叉口通行能力。

4 结论

（1）二次过街比一次过街更加安全

行人作为人车冲突系统的重要一方，其运行效率降低会导致整个交通系统能力未能有效利用。特别是在信号控制大型交叉口，过街行人往往无法在绿灯信号内一次过街，造成行人与机动车冲突，导致行人过街效率和安全性降低。而行人二次过街措施可增加行人过街的绿灯时间。在平面交叉口处，基于二次过街的安全性比一次过街安全性高。

（2）二次过街能提高行人的通行能力及机动车运行效率

行人一次过街时，行人过街时间不足、行人违章过街影响机动车运行，行人可过街时间未充分利用；行人二次过街后，能有效避免行人与机动车的冲突，且充分利用交叉口信号相位。在信号控制交叉口处，基于信号嵌套的行人二次过街比单一给出行人信号相位时仿真效果更优。

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