信号交叉口行人过街方法改善

张世亮 汪明杰 刘晓娜

（长安大学公路学院 西安710064）

0 引 言

虽然近年来汽车出行日益普及，但由于我国人口基数大，步行仍然占有较大的出行比重。行人出行速度较慢，随意性较大的交通流特性，在交通活动参与中始终处于下风。机动车与行人混行在降低交叉口通行能力的同时，对行人自身的出行安全也带来威胁。根据数据统计，步行事故出行死亡率占总事故死亡率的25%，其中90%的步行出行事故是在穿越交叉口时发生的。

进行分离能够提高过街的安全性。通常的分离方法可以分为3类：①法律和法规规范出行行为，如标志标线；②障碍物，如路侧护栏和安全岛；③给予路权，如专用行人相位。目前我国主要采用前2种隔离措施［1］。对于第3种方式，国内有学者做了大量的研究，如刘金明等对于信号交叉口行人过街优化组织的研究，主要从交通组织的角度研究如何提高行人过街的安全性，还有的从行人的心理和信号控制的角度研究行人过街行为，如李克平等在信号控制交叉口行人过街交通组织与控制一文中所述［2］。

信号控制是运用空间分离思想分离行人流的主要手段，优点在于易于操作，经济性好，最早2相位交叉口能够适应城市已有的交通量，但是随着经济的发展，出行汽车化程度的提高，3相位，4相位控制的交叉口日益增多。这就给利用交叉口左转方向的绿灯通行时间，适时的组织行人过街组织提供了条件，在改善交叉口交通秩序的同时提高行人的通行能力和出行的安全性［3－4］。

1 行人过街方法的改善

在城市交通系统中，平面交叉口是制约交通的瓶颈所在，由于我国城市发展受到传统城市布局的影响，十字形交叉口和T形交叉口在道路网中扮演着重要的角色。解决交叉口行人流与机动车流的冲突可以提升城市道路网的承载力，缓解城市交通压力。

1.1 十字形交叉口的改善

最近的研究中，人们通过运用二次过街的理念提出了一种信号交叉口行人过街方式，其基本思想是运用左转相位绿灯时间间隙组织行人的二次过街行为［5－6］，即改变相位相序，运用左转相位时，没有直行车辆占用出口车道的特点，允许一部分行人在车辆左转是行至出口车道或设置的安全区内等待放行，改变相位设计后可供行人通行的相位从原来的2个相位拓展到全部4个相位，行人的通行时间大幅度增加，相应的等待时间减少，并且行人可以利用机动车左转相位时间走行大约人行横道一半的距离（行人流不与左转机动车流交叉），等到下一个相位时即可快捷地通过。以此提高交叉口行人的通行能力［5］。具体相位见图1。

图1 4相位行人过街相位图Fig.1 Four－phase crossing phase diagram

由图可见，通过运用左转相位间隙组织行人过街，较传统的交叉口一次性过街组织形式，增加了行人过街的通行时间，提高了交叉口行人过街的通行能力。但是在组织左转相位过街时，存在行人过街时被直行车辆阻隔的情况，形成了冲突点（见图1中①和③相位图），造成了行人在此阶段过街的不连续性。为了使过街符合连续性和安全性的要求，可做出以下改善。将两左转相位之间的直行相位变换相序，使2个左转相位毗邻，就使得二次过街行为具有了连续性。具体相位图见2：

图2 改善后四相位行人过街相位图Fig.2 Four－phase crossing phase diagram

可以看出在相位②和相位③中行人过街较为连续，但是相位③中东西方向人流与相位④中南北直行方向车流仍然存在冲突（如图2中④相位图）。同样相位①与相位②也存在冲突，行人过街存在安全性问题。

为了解决这个问题，借鉴辛东，关宏志等的行人驻足区理念［8］，利用在交叉口交通组织中不参与交通行为的道路空间，为过街不完全的行人提供再次等候过街创造条件。即利用左转车道在直行时不参与交通行为的特点连同中央分隔带端部空间和一条对向相邻车道，建立行人待行区。具体设置位置和渠化见图3。

图3 行人待行区设置及渠化图Fig.3 Pedestrians crossing canalization diagram

利用进口方向断面内的左转车道和对向相邻的一个直行车道前的闲置空间，建立一个7 m长左右，宽度与人行横道相当的行人待行区。建立的行人待行区可以在直行相位（见图2中，①和④相位）时为没能成功过街的行人提供等待再次过街的空间，并存储一定的人流量，这些人流可在下一个直行或左转相位内再次完成过街。

对角线方向上行人过街距离过长一直是困扰行人交通组织的难题。在组织二次过街时，行人完成一次对角线过街需要最多4次过街行为才能完成，这在心理上会给出行者以出行压力，同时也增加了行人违章过街的发生。

为了解决二次过街交通组织中对角线方向上过街距离过长的问题，经过分析，在建立上述待行区的基础上，可以在各行人待行区之间建立人行横道，通过左转相位组织对角线方向上的行人过街。在此只演示一个方向的行人过街过程，见图4。具体渠化见图5。

图4 对角线方向行人过街相位图Fig.4 Diagonal direction crossing phase diagram

图5 十字型交叉口渠化图Fig.5 The intersection canalization diagram

对于过街行人与左转车流存在冲突，可以利用交叉口信号配时中的全红时段，提前放行行人过街，以便清空驻足区内的人员。同时在交叉口施画左转车流导向线，引导左转车流按渠化线行驶，并且在交叉口设置摄像头，进一步规范机动车行人的交通行为，以避免与行人产生冲突点，保障行人过街安全。

通过这样的交通组织之后，我们可以看到对向过街从原本4次过街行为减少为3次，在过街的距离和时间都比常规和没有连接行人待行区的交叉口短，减轻了出行者的出行压力。可以在待行区附近设置路灯，以便夜间机动车驾驶员观察交叉口情况，提高过街的安全性。

未改善前的行人过街方法，未能解决二次过街中直行车流与行人的冲突问题，且对角线方向的过街距离和时间过长，很难克服过街时间过长给行人带来的心理压力，使这种方法不能够为大多数人所接受。与前者相比，此方法进一步的减少交叉口机动车与行人的冲突点个数，并且充分考虑到行人过街心理，尽量利用时间，空间资源减少过街距离，这不仅有助于减少出行时间，同时也减少了行人接受新方法的阻力，时间的缩短更有助于行人自觉遵守交通规则。

1.2 信号设置

为了配合这样的交通组织方式，同时需要信号灯的配合控制，由于是多次过街，在交叉口较大，车流量较多的地段，需要在中央分隔带或分隔护栏上增加两个行人信号灯，以便在左转相位内进行交通组织，具体的信号灯设置和相位配时图见图6、图7。

图6 行人信号机位置及编号Fig.6 Pedestrian signal location and number

图7 交叉口信号机配时图Fig.7 The intersection signal timing diagram

1.3 T形交叉口的改善

对于较大型的城市信号控制T形交叉口，同样可以进行基于二次过街理念上的多次过街交通组织，它的方法与上述的十字型交叉口相类似。2相位信号控制T形交叉口中存在4个冲突点，具体渠化及相位图见图8，图9［7－8］。

图8 信号控制T形交叉口渠化图Fig.8 T intersection canalization diagram

图9 信号控制T形交叉口相位图Fig.9 The phase diagram of T intersection

为了减少右转车对交叉口直行和左转车流的影响，开辟专用右转车道同时可设置过街岛。具体渠化如图10所示。采用二次过街组织方法对T形交叉口行人过街进行优化后的相位图见图11。

图10 改造后T形交叉口渠化图Fig.10 New canalization of T intersection

图11 改善后T形交叉口相位图Fig.11 Optimized phase diagram of T intersection

这样就消除了3个冲突点，如果在交叉口实行禁左，让车辆在临近的交叉口或路段下游绕行左转或掉头左转，就能够完全消除T型交叉口的冲突点，提高通行能力［5，7］。同样这种交通组织需要在道路中间增设行人信号灯来控制未能一次过街成功的行人，但不需要设置待行区。改善后的相位图见图12。

图12 禁左后T形交叉口相位图Fig.12 Banning left turn phase diagram

2 行人过街时间分析

2.1 行人过街最短绿灯时间

行人过街最短绿灯时间是指能够满足行人过街时从一个驻足区安全地到达另一驻足区的行人通行相位的最短绿灯时间长度。同时，行人过街最短绿灯时间也是直行机动车相位长度的一个重要约束条件。行人过街最短绿灯时间越短，行人越快过街，车辆通行能力越大，常规的交叉口最短绿灯时间可以用下式计算［8］：

式中：tgmin为最小绿灯时间；Dpmax为交叉口人行横道距离；v为行人过街速度，一般取1.2 m／s；y为绿灯间隔，一般取值在负8 s到正15 s之间，这里取均值正4 s。

经过改造后的交叉口最短绿灯时间可用下式计算：

式中：Dp为建立的行人待行区到街对面的距离，由于行人驻足区设立时占用了一个方向的车道，所以Dp取值为交叉口进口车道数n减再乘以车道宽度，车道宽度取3.5 m。

列出几种不同交叉口间距的最短绿灯时间对比，见表1。

表1 行人过街最短绿灯时间对比Tab.1 Minimum green time contrast of pedestrian crossing

2.2 对角线方向过街时间

常规交叉口对角线方向过街时间可以用下式进行计算：

式中：t为对角线方向过街时间；L1，L2为相交两路段交叉口宽度；v为步行速度；y为绿灯间隔。

设立行人待行区后，行人能够在全时段进行过街行为，对角线方向过街时间可用下式计算

式中：D1，D2为2相交路段，交叉口进口道去掉一个进口车道后的宽度；DM为2行人驻足区之间的距离。

可以列出不同人行横道宽度对角线方向行人过街时间对比表，见表2。

表2 对角线方向行人过街时间对比Tab.2 Pedestrian crossing time contrast of diagonal direction

由表1、2可知，运用此方法组织行人过街，较常规交叉口的直线过街时间缩短了50%以上，对角线方向过街时间节省了约25%，随着道路宽度的增加，缩短的比率有所下降，但变化不大，稳定性较好。过街最短绿灯时间缩短有利于排除行人信号灯配时对机动车信号灯配时的影响和约束［8］。

2.3 通行能力分析

本文方法是基于行人通行能力已达到《城市道路交通规划设计规范》中要求设置安全岛条件的基础上，讨论设置驻足区能够增加的行人通行能力部分。根据《HCM2000》中关于行人延误的计算公式，可以验证此方法的有效性，具体公式如下。

式中：dp为人均延误，s；T为信号周期长度，s；g为对行人的有效绿灯时间，s。假定式中的g按照《HCM2000》给出的常规信号交叉口g值满足下式，如果运用本文的方法那么1次直行过街行为只会在1个周期中停留1次，故可认为此方法的g1值为3／4的信号周期左右：

同样可以给出不同人行横道宽度行人过街时间延误对比见表3。

表3 行人过街平均延误时间对比Tab.3 Pedestrian crossing time contrast

由表3可见，各信号周期的平均延误均处在10 s以上，按照《HCM2000》中的相关规定，均处在B级服务水平，改善后的行人过街平均延误时间，大大降低了行人过街平均延误，各信号周期所对应的服务水平均达A级，效果明显。且随着信号周期增长，下降比例逐渐增大，具有很好的稳定性。

行人待行区的建立可在交叉口存储人流量。《HCM2000》中指出行人在排队或站立式所需的空间为0.75 m2。那么1个行人驻足区可容纳人数的具体公式［8］如下。

式中：N为人数；L为待行区长度，m；W为待行区宽度，m。

优化后的交叉口行人增加的通行能力为

式中：C为提高的通行能力，人／h；T为信号周期。简单计算可知，在120 s信号周期，宽度1.5 m的人行横道上，设置这种行人驻足区能够在交叉口每小时增加1 680人次的通行能力。

3 结束语

本文通过对基于二次过街理念的行人过街交通组织方法进行了分析，提出了行人待行区设计，进行了十字形交叉口行人过街组织优化，同时对城市信号控制T形交叉口的行人二次过街组织进行了交叉口的改造和信号优化设计，供后来者参考。

［1］ Qiu，Dong dong，Xu Qing，Improvement of Pedestrian Crossing Safety on Urban Roads［C］∥ 2010 International Conference on Intelligent Computation Technology and Automation，Shanghai，China：Informaion－technology and industrial engineering research center，2010：514－517.

［2］ 李克平，倪 颖.信号交叉口行人过街组织与控制［J］.城市交通，2011（1）：1672－5328.

［3］ 胡春红.探析行人交通组织方法［J］.改革与开放，2009（10）：132－134.

［4］ 任福田.城市道路规划与设计［M］.北京：中国建筑工业出版社.1998.

［5］ 翟忠民.道路交通组织优化［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［6］ Hu Ying，Shao Chunfu.The design method of pedestrian crossing facilities on the urban expressway［C］∥ Third International Conference on Digital Manufacturing ＆ Automation，GuiLin，GuangXi，China：Shanghai nomal University，2012：900－902.

［7］ 李金明.信号交叉口行人过街优化组织实证研究［J］.交通运输系统工程与信息，2011（11）：221－227.

［8］ 辛 东，关宏志，董 凯.信号交叉口行人过街设施设计方法［J］.交通标准化，2011（10）：155－158.