行人影响下信号交叉口专用右转车道通行能力研究

刘泳玲

(北京国道通公路设计研究院股份有限公司， 北京 100053)



行人影响下信号交叉口专用右转车道通行能力研究

刘泳玲

(北京国道通公路设计研究院股份有限公司， 北京 100053)

在中国的大城市中，行人和自行车对交叉口右转车道的通行能力有着很大的影响，根据行人和自行车所占的比重，可以将这种情况分为两类：第一类是自行车较少，以行人为主，此时行人是右转车道通行能力的主要影响因素，第二类是行人和自行车混杂，此时二者都是右转车道通行能力的主要影响因素. 本文只对第一种情况进行研究，为了将这种影响纳入到交叉口通行能力计算方法中来，本文在假设行人遵守交通规则的前提下，按照不同的信号相位类型分析了交叉口处平峰时段行人影响机动车运行的方式，提出了“行人簇”的概念，利用行人簇间的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，本次研究对于编写我国的《通行能力手册》有着重要的意义，同时也能体现我国自身的特点.

通行能力； 信号交叉口； 专用右转车道； 行人； 间隙接受理论

我国城市交通组成复杂，大量的行人对道路的通行能力产生了很大的影响，大多数的右转车道没有信号控制，右转车辆在信号周期内的任何时间都可进行右转，由于行人穿越交叉口会和右转车辆产生冲突，使右转车道的通行能力直接受到行人穿越交叉口的影响，因此，行人影响下信号交叉口右转车道的通行能力研究，对信号交叉口的控制、管理、评价、改进提供了一定的理论支持. 目前国内外学者对该问题开展了不同程度的研究. 美国的《通行能力手册》[1](HighwayCapacity Manual，简称HCM)采用折减项系数的方式来考虑行人的影响，该方法根据冲突点行人占有率对饱和流率进行折减，国内现有的计算方法是根据停车线法来计算，但这种计算方法没有对影响右转车辆的因素进行分析，和实际右转的通行能力有一定的差别. 本文分析了道路交叉口处行人影响交叉口右转车辆运行的不同方式，以行人过街的行为特性为基础，分析行人对右转车道通行能力的影响，并将其内涵到通行能力的计算模型之中，与以折减系数法计算通行能力相比较，避免了折减系数不够精细化的缺点. 所以本文对右转专用车道在行人影响条件下的通行能力计算方法的讨论有一定的实际价值.

1 信号交叉口右转车流运行特征分析

信号交叉口的右转车流在运行过程中会受到行人过街的影响，如图1中所示：右转车辆分别会受到横向和纵向过街行人的干扰. 但是由于信号灯的控制，在行人遵守交通规则的情况下，右转车辆只会与单一人行横道上的行人产生冲突，不会产生双重的冲突.

图1 行人和右转车辆的冲突示意图

1.1 右转车流的运行特征

车流在右转过程中与行人的冲突有3种情况：

1) 无行人影响下，右转车辆通过的车辆数为n1

在信号交叉口由于信号灯的控制，有时行人只能在路边等待通行，行人和右转车辆没有冲突，此时右转车辆可以自由右转，这种情况下通过的右转车辆数可用停车线法来计算：

(1)

式中：n1为无行人影响下右转车辆通过的车辆数(veh)；T为信号灯周期(s)；tg为周期内的右转车辆不受行人影响的时间(s)；ht为右转车辆通过停车线的车头时距(s).

2) 绿灯初期行人成群抢先通过[2]，右转车辆通过的车辆数为n2

在人行横道信号灯为红灯的情况下，行人依然不断地到达，不断地在路边累积，吉林大学景超[3]通过对行人过街交通特性进行研究，提出当行人信号灯变为黄灯时，行人就会抢先进入人行横道，基于这一理论，此时由于行人密集，右转车辆只能停车让行，在这种情况下n2=0.

3) 行人随机到达，右转车辆的通过的车辆数为n3

在绿灯初期密集的行人通过后行人随机到达，此时右转车辆需要根据行人之间的距离选择性通过，当行人之间的距离满足车辆能通过的条件时右转车辆会穿插行人间隙而过. 这种情况可以利用可穿插间隙理论计算出此种情况下右转车辆通过的车辆数. 然而由于行人过街有自身的特点，行人多并排或几人成群通过，可穿插间隙理论适用于穿插单列车流的情况，此时根据行人过街的特点对行人进行分组，以组为单位对右转车辆穿插通过的情况进行研究，可解决这一问题，在本文的下面会对此问题详细讨论.

这样在交叉口某一右转车道的可能通行能力

n=n1+n2+n3

(2)

式中：n1为交叉口右转车辆不受行人影响时通过的车辆数，在两相位的交叉口n1是不存在的，因为在两相位的交叉口右转车辆时时受到行人的影响. 在三相位和四相位等有左转专用相位的交叉口n1是存在的；n2的值为零；n3为行人随机到达，右转车辆通过的车辆数,在实际的计算中n2和n3两种情况下通过的车辆数可同时考虑.

2 可穿插间隙理论对n3的求解

如果以单个的行人作为研究对象，由于行人过街习惯并排通行而不是排成一队通行，在这种情况下不能直接利用可穿插间隙理论，然而行人通过人行横道有其独特的特性，在《HCM》中详细阐述了行人的过街特性，根据这些行人的特性，可对行人进行分组[3].

2.1 行人分组的相关研究

行人在步行活动中会表现出一些明显的共同特征，这些特征是行人共有的社会属性，它是由人们共有的行为习惯所致.

1) 行人出行时经常会出现多人结伴现象，也会导致批量进入人行横道的现象. 景超在其论文中提到在对吉林市4个行人流量较大的交叉口统计表明：多于两人同时到达的行人数量约占行人总人数的72%[3].

2) 同批过街的人群会影响当时行人过街的实际人数，即从众心理.

3) 多数行人认为自己在斑马线享有先行权，机动车应主动的避让.

基于这些理论和对北京10个典型交叉口进行分析后提出“行人簇”的概念，在人行横道纵向上，把位置相近、速度相仿一起通过交叉口的1组行人视为1个行人簇. 如图2所示：

图2 实际交叉口中行人簇划分图

2.2 行人簇的划分方法

划分行人簇时可根据相邻两人之间的距离来进行划分，当相邻两人之间的距离大于预先设定的值L时 (L和行人时距可以通过行人的平均步速相互换算)，就可以在两人之间设置一个分隔点，最终行人簇数GP和分隔点数k满足下列关系：

GP=k+1

(3)

式中：GP为行人簇的数量；k为行人之间分隔点的数量；

根据行人之间时距分布，确定出相邻行人之间的时间大于t的概率P(H≥t)，则在交通量为Q时，行人之间的分隔点数为

k=QP(H≥t)

(4)

则行人簇的数目为

GP=QP(H≥t)+1

(5)

这样在任何一个交叉口只要知道行人的到达分布或行人之间的时距分布就可以计算出划分的行人簇的数量.

2.3 行人到达分布的确定

通过对北京市10个交叉口平峰时段的行人到达进行调查分析后发现，在交叉口行人流量不大，行人非密集到达的情况下，行人的到达服从泊松分布. 以下为北京市西大望路—百子湾路交叉口行人到达分布的分析，交叉口处行人随机到达数量如表1所示，以1 min为计数间隔，运用spss统计软件，对上述数据进行拟合优度检验，检验行人的到达是否服从泊松分布，表2和表3为输出的结果：

表1 交叉口行人到达观测结果统计

表2 行人到达统计描述表

表3中的检验结果表明，双尾的检验结果0.834远远大于设定的0.05的检验指标，因此没有理由拒绝行人到达服从泊松分布的假设，由此可以证明在此交叉口处南北方向的行人到达服从泊松分布，则行人之间的时距服从负指数分布. 根据东西方向行人的到达数据，对行人到达进行拟合优度检验，行人到达同样服从泊松到达.

运用同样的方法对北京市10个交叉口行人的到达分布研究后发现，在行人流量不大时，行人到达是服从泊松分布的. 当交叉口行人流量比较大时，行人的到达不服从泊松分布，但此时行人会对右转车辆的运行造成很大的影响，在此类交叉口应该设置右转的专用信号相位. 因此，在没有设置右转信号相位，行人的流量不大的交叉口，行人的到达是服从泊松分布的.

表3 行人到达分布检验表

分组后行人簇之间的临界间隙即为行人分组后右转车辆在通过交叉口时所要穿越的间隙，因此数据分析处理应对其进行充分的考虑. 在划分行人簇后，由于行人在人行横道宽度内过街，此时可将右转车视为穿插单列行人簇，此时利用可穿插间隙理论就可计算出右转车辆通过的数目：

(6)

计算n3还需要知道单位时间内绿灯期间到达的人数m，设1个小时内随机到达的人数为Q，则绿灯时间内到达的人数m为：

(7)

式中：m为绿灯时间内到达的人数；TV为绿灯时间(s)；T为信号周期(s)；

2.4 临界间隙tc和随车时距tf的确定

在无信号交叉口的通行能力计算中，临界间隙tc是指交叉口一股车流需要穿越另一股车流时，等待穿越车辆能够穿越车流所需要的最小间隙，一般条件下，驾驶员会拒绝一些小于临界间隙的时间间隔，而接受一个大于临界间隙的时间间隔[7]. 现在涉及的临界间隙为右转车流需要穿越行人簇时，等待穿越车辆能够穿越行人簇的最小间隙. 在行人簇的到达服从指数分布的条件下，可以根据Ashworth的理论[4]计算出临界间隙：一般为5～7 s；

在无信号交叉口的通行能力计算中，随车时距tf是指相交道路的穿越车流在连续通过交叉口被穿越车流时相邻两车之间的时间间隔. 这里涉及的随车时距为右转车辆连续通过行人簇时，前后两车之间的时间间隙. 随车时距的获取可以直接观测得到. 根据观测右转车辆穿越行人簇的随车时距在3 s左右.

2.5 信号交叉口右转专用车道的组合通行能力模型

右转车辆的通行能力可用如下的方法计算：

(8)

3 实例计算分析

以北京市西大望路—百子湾路交叉口为例，计算信号交叉口专用右转车道的通行能力，根据上面阐述的计算右转车道通行能力的方法，对交叉口的右转车道的通行能力进行计算，该交叉口是两相位交叉口，专用右转车道的通行能力需要根据右转车辆在交叉口的通行方式进行分析. 交叉口的行人到达服从泊松分布.

根据调查该信号交叉口的配时为：信号周期T为120 s；南北方向的绿灯时间TNS为90 s；东西方向的绿灯时间TEW为27 s；黄灯时间为3 s.

行人到达的交通量为：南北方向的行人到达的交通量为293人/h；东西方向的行人到达的交通量为176人/h.

现设定当行人之间的距离超过行人2 s的行程时(以行人的平均步速计算),就在相邻行人之间设定一个分隔点，根据《HCM》手册中行人总体平均步速为1.2 m/s,即当行人之间的距离大于2.4 m时，就应在相邻行人之间设定一个分隔点，根据负指数分布的概率函数有：

P(H≥t)=e-λt

此时t为2 s,代入到式

P(H≥2)=e-2λ

南北方向的Q为293人/s，则

则南北方向绿灯时间内到达的行人数量为：

则行人之间分隔点数为

k=mP=220×e-2×0.081 4=187

行人簇的数量为

m=187+1=188

则南北方向绿灯时间内能通过的右转车辆数

用同样的方法计算后得到，东西方向绿灯时间内能通过的右转车辆数是195辆，则这一右转专用车道的通行能力为568+195=763辆/h，约为760辆/h.

在两相位交叉口右转车辆总会受到行人的影响，不存在右转车辆不受影响的情况，因此n1不用计算，但是在三相位和四相位等有左转专用相位的交叉口，存在右转车辆不受行人影响的时间段，在这样的情况下就要计算通行能力模型的第一部分了.

4 结束语

由于考虑行人对右转车辆干扰，此法计算得出的通行能力更接近实际，该方法建立于行人微观行为模型的理论基础上，通过划分行人簇然后运用可穿插间隙理论和通行能力的相关理论对专用右转车道的通行能力建立模型，然而右转车辆同时也会受到自行车等非机动车辆的影响，对于行人和非机动车辆混合后对机动车的影响，需要进一步的研究.

[1] Transportation Research Board. HighwayCapacityManual[R]. washington， DC： Transportation research board special report, 209， 1994.

[2] 马泽丹， 杨新苗. 城市信号控制交叉口右转专用车道通行能力分析[J]. 土木工程学报， 2006， 39(12)： 108-111.

[3] 景超. 行人过街交通特性研究[D]. 长春： 吉林大学， 2007.

[4] 张起森， 张亚平. 道路通行能力分析[M]. 北京： 人民交通出版社， 2002.

[5] 陈晓明， 邵春福， 赵熠. 非机动车影响下信号交叉口通行能力计算模型[J]. 交通运输工程学报， 2008， 8(2)： 101-105.

[6] 陈宽民， 严宝杰， 任福田. 道路通行能力研究. 北京： 人民交通出版社， 2003.

[7] 高海龙， 王炜， 常玉林，等. 无信号交叉口临界间隙的理论计算模型[J]. 中国公路学报， 2001(2)： 80-82.

A study of right-turn lane capacity influenced by pedestrians at signalized intersections

LIU Yong-ling

(Beijing Guodaotong Highway Design & Research Institute CO.，LTD , Beijing 100053, China)

Pedestrian and bicycle traffic has a great impact on the capacity of right-turn lanes at signalized intersections in large Chinese cities. This paper intends to examine two situations:1) low bicycle traffic, high pedestrian traffic; 2) a balanced mixture of bicycles and pedestrians. For the first situation, pedestrians become the main factor influencing the capacity of the right-turn lane. For the second situation, both bicycles and pedestrians have a significant impact on the capacity of right-turn lanes. This paper focuses on the first situation. In order to take this impact into account in the capacity calculation, we assumed that all pedestrians obey the traffic regulation, and then analyzed how pedestrians impact right-turn vehicles at signalized intersections. This paper has proposed a new concept of “Pedestrian Group”, with which the capacity model of right-turn lanes at signalized intersections is developed based on gap acceptance theory. The study has an important bearing on developing the China’s Highway Capacity Manual (HCM).

capacity; signalized intersections; right-turn lane; pedestrian; gap acceptance theory

10.13986/j.cnki.jote.2015.05.001

2015- 03- 27.

刘泳玲(1980—)， 女， 工程师， 本科， 研究方向为交通规划. E-mail： 13810537852@139.com.

U 491.1

A

1008-2522(2015)05-01-05