信号交叉口行人步行速度特性分析＊

吴江玲 张生瑞 王秋平 赵跃峰

（长安大学公路学院1） 西安 710054）（西安建筑科技大学土木工程学院2） 西安 710055）

（长安大学杂志社3） 西安 710054）

0 引 言

国外对行人步行速度的研究主要集中在车站、广场、人行道、步行街等，对信号交叉口行人步行速度特性的研究较少.加拿大的Coffin等［1］对老年行人通过人行横道时的步速进行研究，推荐在老年公寓和养老院附近等老年人活动频繁的交叉口和交叉口间的行人过街处老年行人的15%位速度（1.0 m／s）为其设计速度，在其他地方为1.2m／s.美国宾夕法尼亚州交通研究所Knoblauch等［2］分别对13～64岁和65岁及以上行人在交叉口的行走速度和启动时间进行了研究，得出这两组行人的平均步行速度、15%位速度分别为：（1）1.51，1.25m／s和（2）1.25，0.97m／s；并分析了行人个体特性和环境因素对行人步行速度的影响.Guerrier等［3］通过问卷调查和视频录像对美国迈阿密5个交叉口行人过街进行研究，所有行人15%位速度为0.94m／s，得出年轻人和老年人的平均过街速度和15%位速度，并分析了行人过街困难的原因.Mohammed［4］通过调查与分析提出了约旦的交通信号设计推荐设计速度为1.11m／s.Steven等［5］调查了澳大利亚4个城市的行人在工作日和周末过街速度的差别，对比了在信号控制的交叉口与路段人行横道行走有困难的行人和健康人在步速上的差别，以及在工作日和周末过街时行人启动损失时间的差别.John等［6］回顾了美国交通设备管理手册（MUTCD）中从1961～2007年信号交叉口设计步行速度的探索历史，并分析了将其由1.22 m／s修改为1.07 m／s的合理性.

景超［7］分性别、年龄和单个行人及行人群等行人步速进行了统计分析，并探讨了行人步速在不同车道上的分布.徐吉谦等［8］考虑了年龄、性别、教养等对行人步行速度的影响.冯树民等［9］通过调查与分析得出哈尔滨市总体行人平均过街速度为1.47m／s，85%位速度为1.74m／s，15%位速度为1.19m／s；建议信号交叉口的设计中使用15%（1.19m／s）位过街速度作为设计速度；在老年人经常出现的地区，设计速度应为老年人的15%位速度（1.07m／s）.孔令铮等［10］对上海市几个典型信号交叉口不同因素作用下的行人步行过街速度分时段、区域和年龄群体进行研究，推荐信号交叉口行人过街步行设计速度为0.93～1.1 m／s之间.

文中从行人自身特性和交叉口特性方面的影响分析了行人步行速度特性，重点分析了行人过街步行速度分布特征；最后给出西安市十字信号交叉口行人过街设计速度推荐值.

1 基础数据采集

1.1 数据采集地点

选取西安市4典型的信号交叉口，交叉口主要情况见表1.

表1 交叉口设置

1.2 数据采集方法

为采集信号交叉口行人过街步行速度，于2012年1月9日（星期一）12：00～14：00及16：30～18：30通过摄像机视频对行人过街行为进行连续观测，调查采用了视频数据采集法.

控制样本量的目的是控制观测速度值的精度.行人步行速度调查所需观测的最小行人数，即样本量按下式计算：

式中：n为最小样本量；E为步速观测值允许误差，m／s，其值取决于行人步速要求的精度，一般取E=0.07m／s.根据测速仪器的性能，以及试验要求，调查步速观测值允许误差取E=0.07m／s；K为置信度水平系数，其值见表2，一般取95%的置信度水平，即K取1.96；σ为估计样本的标准偏差，一般取0.37m／s［11］.

表2 置信度水平K 值表

根据各个参数的取值，利用上式，计算出调查所需的最小样本量：n=107.

文中所取样本量见表3.

表3 调查样本量

2 信号交叉口行人步行速度特性影响因素

影响行人过街速度的因素包括行人本身的性别和年龄、人行横道长度、出行目的、有无人同行、车流量、人群数量、信号配时等多种因素［11-12］，本文在整理调查数据的基础上，选取行人自身特性和交叉口特性中性别、年龄和人行横道长度等几个影响较大的因素进行分析研究.

对采集到的视频图像信息在计算机上按照性别、年龄和人行横道长度分组进行处理，得到各分组数据.

3 不同影响因素下步行速度特性

3.1 不同性别行人步行速度特性

对不同性别行人步行速度采用多种分布类型进行拟合，并用Kolmogorov-Smirnov方法进行拟合优度检验；对比K-S拟合优度检验结果，男性和女性步行速度很好的服从正态分布.

图1和图2分别是男性步行速度分布直方图与分布拟合Q-Q图；图3和图4分别是女性行人的步行速度分布直方图与分布拟合Q-Q图.

图1 男性行人步行速度直方图

图2 男性行人步行速度Q-Q 图

图3 女性行人步行速度直方图

图4 女性行人步行速度Q-Q 图

从图中可看出两者分布都具有一定偏态，同时男性步速均值、最大值均高于女性的统计值.这说明一般情况下女性步行速度低于男性，同时速度波动范围也低于男性.从两者的Q-Q图上看出期望正态值与观测值具有高度的吻合性.

采用K-S方法进行正态分布拟合优度检验的结果见表4，可以看出2种样本的检验显著性水平都大于0.05，符合正态分布.具体统计指标参数见表5.

由表5 可见，男性步行速度的变化范围是0.50～2.25 m／s，均值约为1.23 m／s.女性的步行速度的变化范围是0.63～1.82m／s，均值约为1.13m／s.男性的步行速度均值比女性快0.10 m／s.男性15%位步行速度为0.90 m／s，女性15%位步行速度为0.89m／s.

表4 行人速度分布检验结果

3.2 不同年龄组行人步行速度特性

本研究把行人按照青年人（16～40岁）、中年人（40～65岁）和老年人（65岁以上）进行分类，不同年龄组的行人速度分布箱索图见图6，可以看出，按照年龄进行分类，青年过街速度最快，中年人次之，老年人最慢.

表5 男性与女性行人速度分布

对3种年龄类型的行人步行速度采用多种分布模型进行拟合测试之后，研究发现利用对数正态分布可以很好地拟合数据.采用对数正态分布进行拟合，采用单样本K-S方法进行拟合优度检验，检验结果见表6，可看出在3种类型下样本的检验显著性水平符合对数正态分布.同时得到具体的统计指标见表7.

图5 不同年龄组的行人步速分布箱索图

表6 行人速度分布检验结果

表7 不同年龄行人速度分布

由表7可见，青年人步行速度的变化范围是0.62～2.25m／s，均值为1.25m／s；中年人的步行速度的变化范围是0.52～2.06 m／s，均值为1.13m／s；老年人步行速度的变化范围是0.50～2.00m／s，均值为1.02m／s.中年人平均速度比青年人慢0.12m／s，比老年人快0.11m／s，老年人的步行速度明显的低于青年人和中年人.

标准差表示的是样本数据的离散程度，由3组样本的标准差值可以看出，青年人步行速度离散度最大，老年人步行速度离散度最小，中年人处于两者之间.

3.3 交叉口相交道路人行横道长度（LP）的影响

通过分析交叉口相交道路人行横道长度LP相差不大和相差较大2种类型交叉口的行人速度特性，了解行人通过不同类型交叉口时的行为特征.张壮［13］分析了城市四支信号交叉口不同长度的人行横道上（分别为14m 和40m）行人速度的分布特性，得出长14 m 的人行横道处行人的步行速度的均值为1.31 m／s，长度为40 m 的人行横道处行人步行速度均值为1.35m／s，但两者取自不同的交叉口，并没有考虑同一个交叉口人行横道长度不同时该因素对行人步行速度的影响.

本研究选取西安市高新区典型交叉口进行分析研究，对比分析行人步行速度特性.整理调查数据，并进行描述统计，以男性青年的步行速度为例探讨，结果见表8.

表8 交叉口男青年步行速度统计表

由表8可见，人行横道长度越长行人的步行速度越大的结论并非完全成立，交叉口相交道路的人行横道长度差异同样影响行人步行速度.初步的研究表明，同一交叉口相交道路人行横道长度相差不大时，行人平均步行速度相差不大，相交道路人行横道长度相差较大时，行人平均步行速度差别较大；但不同交叉口无法得出类似的结论.

4 设计速度推荐值

一般认为行人过街过程中，行人过街条件至少满足85%的行人通过（即设计速度采用速度累计频率分布的15%位速度）［14］.西安市目前未给出明确的信号交叉口行人过街设计速度值，根据统计的近1600组实际观测数据，西安市十字信号交叉口不同影响因素条件下的行人过街设计速度推荐值见表9.与其它文献比较发现本研究采集到的速度数据偏低，排除误差因素后，考虑不同地区的社会经济发展程度不同，城市生活节奏也有所区别，行人步行速度特性也有所不同.

表9 西安市十字信号交叉口行人过街设计速度推荐值 m／s

由表9可知，考虑性别和年龄影响的15%位行人步速值分布在0.786～0.933m／s之间，而总体行人的15%位速度值为0.868m／s.为体现以人为本保障弱势群体（特别是老年人和有行走障碍的人士）的原则，保证绝大多数行人安全、顺利地通过交叉口而又不至于造成太大延误；综合考虑，本研究建议西安市十字信号交叉口行人过街设计速度宜取在0.85～0.93m／s之间.

5 结 论

文中从行人自身特性和交叉口特性的影响分析了行人步行速度特性，重点分析了行人过街步行速度分布特征，给出西安市十字信号交叉口行人过街设计速度推荐值.

1）年龄、性别、人行横道长度对行人过街步速在数值上的影响方面得出的结论与以前学着研究结果基本相似.

2）拟合和检验结果显示：男性和女性步行速度分布都符合正态分布；不同年龄段行人速度分布符合对数正态分布.

3）人行横道长度越长行人的步行速度越大并非严格成立，还与交叉口相交道路的人行横道长度的差别程度有关；后续可以进行差异性 对行人步速影响的显著性等方面的研究.

4）信号交叉口设计中，应根据实际情况确定行人过街设计速度；建议西安市十字信号交叉口行人过街设计速度宜取在0.85～0.93m／s之间.

5）就西安市而言，行人总体的步行速度偏慢，且年龄层次分明，本文的研究工作可为西安市相关规范参数提供理论和数据支持.

另外，本研究数据采集工作在冬季、天气晴朗的情况下进行，没有考虑季节和恶劣天气的影响.信号交叉口行人步行速度特性的研究还存在很大空间，考虑更多其他因素影响下（车流量、人群数量、信号配时等），及对不同特征个人组成的人群速度研究等方面都是未来可以研究的方向.

［1］COFFIN A，MORRALL J.Walking speeds of elderly pedestrians at crosswalks［J］.Transportation Research Record，1995，1487：63-67.

［2］KNOBLAUCH R L，PIETRUCHA M T，NITZBURG M.Field studies of pedestrian walking speed and start-up time［J］.Transportation Research Record：Journal of the Transportation Research Board，1996（1）：27-38.

［3］GUERRIER J H，JOLIBOIS S C.The safety of elderly pedestrians at five urban intersections in Miami［C］∥Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society Annual Meeting，SAGE Publications，1998，42（2）：171-175.

［4］TARAWNEH M S.Evaluation of pedestrian speed in Jordan with investigation of some contributing factors［J］.Journal of Safety Research，2001，32（2）：229-236.

［5］BENNETT S，FELTON A，AKÇELIK R.Pedestrian movement characteristics at signalised intersections［C］∥23rd Conference of Australian Institute of Transport Research，Clayton，Victoria，Australia，2001.

［6］LAPLANTE J，KAESER T P.A history of pedestrian signal walking speed assumptions［C］∥3rd Urban Street Symposium：Uptown，Downtown，or Small Town：Designing Urban Streets That Work，2007.

［7］景 超.行人过街交通特性研究［D］.长春：吉林大学，2007.

［8］徐吉谦，陈学武.交通工程总论［M］.3版.北京：人民交通出版社，2008：22-23

［9］冯树民，吴阅辛.信号交叉口行人过街速度分析［J］.哈尔滨工业大学学报，2004，36（1）：76-78.

［10］孔令铮，徐若瀛，许逸伦，蒋 潇.信号交叉口行人过街步行速度的调查与研究［J］.交通标准化，2010（24）：86-89.

［11］李得伟，韩宝明.行人交通［M］.北京：人民交通出版社，2011.

［12］陆 建，叶惠琼，姚冬雷.行人过街设施合理间隔［J］.交通运输工程学报，2002，2（4）：63-67.

［13］张 壮.城市四支信号交叉口行人交通特性及违法分析［D］.北京：北京工业大学，2010.

［14］裴玉龙，冯树民.城市行人过街速度研究［J］.公路交通科技，2006，23（9）：104-107.