基于VISSIM的行人二次过街信控优化研究

邱美华,叶丽敏,施 群,张志伟

(福建农林大学 金山学院,福建 福州 350002)

0 引言

步行是我国居民交通出行的基本方式之一,但是随着机动车越来越多,车道越变越宽,城市对步行者并不友好,车与人的冲突的发展似乎日趋明显[1]。对行人不“友好”的行人过街组织,容易造成行人过街等候时间超过忍耐极限,使得行人产生急躁心理,尤其是在炎热的夏季,更易促发行人违章过街,加剧人车冲突,导致不安全事件产生[2]。

关于如何提高行人过街安全,缓解人车冲突的问题是近年来学者、专家们研究的重点[3-6]。在机动车道数多,行人过街通道较长时,传统的一次性过街方式,行人往往难以完成,同时也给老年人及体弱人群增加了困难。在一次性过街的基础上,通过设置行人驻足岛让行人二次过街的方式即为二次过街,此方法可以在一定程度上缩短等待时间和最短绿灯时间对信号配时的限制,以达到缓解行人焦躁心理的目的,最终保障过街行人的安全。

1 二次过街安全岛分类

根据人行横道和信号灯配时两者之间的关系,二次过街放行方式可分为同时放行和错开放行[7]。同时放行时两端的信号灯相位是同步的,相同方向上的行人过街的信号灯,只会显示同种颜色,机动车道通行需在人行横道绿灯结束以后;错开放行时两段行人信号相位相对独立,依据交叉口的环境设置相对应的启断时间,从而获得人车交错进行的效果。

依据二次过街安全岛的等待方式可将安全岛分为“直通型”和“之字型”两种情形[8]。直通型过街方式是在斑马线中央设置安全岛,并且要与原来人行横道相连贯,行人若不能一次性完成过街,在抵达安全岛时可以驻足等待;“之字型”的过街方式能够增加横向驻足面积,避免造成行人过多过于拥挤的问题,该方式需要在中间驻足后移动一段距离,才能顺利进入第二段人行横道。

2 行人交通流基本参数

描述行人交通流状态一般使用行人步速来作为常用参数,该单位用m/s,用来衡量行人在一定时间内的流率和距离[9]。行人交通流中,不同群体、不同性别、不同心境等的步速都不完全相同[10-11]。因此,常采用一定空间内调查的具有代表性的行人步速的均值或者区间分布近似作为行人交通流的步速分布。

通过实际调查莆田市中荔城大道(南北)与荔华东大道-莆田西路(东西)信号控制路段、交叉口的人行横道,以双向四车道为例,分性别、年龄来分析行人交通流的速度特性。

2.1 分性别统计

由于性别差异,男女之间对危险的感知能力会表现出一定的差异,见表1所示。N1-N4分别代表不同车道,通过视频的采集观测,对不同性别的行人通过人行横道的平均速度进行统计。依据调查结果可知,性别差异并不会使得其步速有显著差别。

表1 不同性别不同车道的行人过街速度统计表Table 1 Statistical table of passing speeds of pedestrians of different genders and lanes

2.2 分年龄统计

年龄段的差异也会造成其心理特性的差异,对于危险的感知也有明显差别。对调查路段不同年龄段的人群区分后,对其过街行为进行观测,由表2可以看出,儿童过街速度最快,青年过街速度最慢。这与不同年龄段心理特性有着密不可分的关系,儿童因为自身的天性,对危险感知第一反应就是跑,所以这年龄段表现为最快。而青年在过街时认为自己有能力处理紧急情况,所以在步速上表现稳重。

表2 不同年龄不同车道的行人过街速度统计表Table 2 Statistical table of passing speeds of pedestrians of different ages and lanes

3 交叉口调查与分析

根据现场道路宽度空间限制情况,本文需设置二次过街的路口为莆田市荔华东大道和荔城南大道的交叉口。该路段各个进口道均为双向8车道,东西方向机动车流量较大,分配给行人过街的时间有限,为了给行人过街提供安全保障,同时减少机动车延误,选择在东西方向设立二次行人过街驻足道,而在南北的过街道路上因道路宽度与空间的限制,无法设置二次过街。

3.1 交叉口现状

该十字交叉口位于万达广场附近,利用交叉口软件Aidaroe作出图1为该交叉口平面图,该交叉口各进口道都为5车道,包含左转专用车车道2车道,直行车道2车道,专用右转1车道。

图1 荔华东大道和荔城南大道交叉口现状图Fig.1 Status chart of the crossing between Lihua East Road and Licheng South Road

根据实地调查,该交叉口的信号控制相位方案见图2所示。

第一相位:荔城大道的南北直行绿灯亮时,所对应的直行机动车道方可驶过交叉口;与此同时,人行通道可以开放,右转专用机动车道要礼让行人。

第二相位:荔城大道的南北左转绿灯亮时,所对应的左转机动车道方可驶过交叉口;与此同时,人行通道全部关闭。

第三相位:荔华大道的东西直行绿灯亮时,所对应的直行机动车道方可驶过交叉口;与此同时,人行通道可以开放,右转专用机动车道要礼让行人。

第四相位:荔华大道的东西左转绿灯亮时,所对应的左转机动车道方可驶过交叉口;与此同时,人行通道全部关闭。

图2 交叉口信控相现状位方案图Fig.2 Programme chart of present positions of the crossing signal control cameras

3.2 交叉口流量调查

通过人工调查法,对该交叉口进行实地观测和统计,采集到该交叉口交通流量等信息。本次采集数据时间段为17:00-18:00,调查数据见表3-表5。

表3 交叉口高峰小时车辆交通量Table 3 Passing quantity per hour of the crossing during the peak period

表4 交叉口高峰小时行人交通量Table 4 Passing quantity of pedestrians per hour of the crossing during the peak period

表5 交叉口实地行人相位配时表Table 5 Phase timing table for pedestrians on site at the crossing

3.3 交叉口饱和度分析

利用Aidaroe软件配置相对应的交叉口方案,输入所调查的机动车流量,从而对该交叉口的饱和度进行分析[12]。

图3 交叉口饱和度分析图Fig.3 Analysis chart for the crossing saturation

图3表明,该交叉口机动车道的平均饱和度为0.85,在高峰时期交叉口的东西方向有较大的拥堵现象出现。与现场高峰小时调查的现状一致,东西方向的的交通压力较大。

4 二次过街优化及仿真

4.1 行人渠化设计

根据目前对机动车道的服务水平进行评估后,发现该交叉口信号配时不合理,高峰时期有大量行人过街影响了机动车道的通行能力,同时增加行人过街的危险性。因此,本文拟改为行人二次过街,并设置合理的信号配时方案。提高行人过街安全性的同时,提高交叉口的通行效率。

4.1.1安全岛设置

东西方向由于受到栏杆、标线等道路因素影响,且现状条件下的信号灯时长足以让行人通过,所以无需设置二次过街。南北方向车流量及行人交通量都较大,且人行横道长度为26 m,根据文献可知超过16 m的过街斑马线要设置行人驻足安全岛[13]。该街道并没有设置二次过街驻足安全岛,这是造成该路段点拥堵,延误过街时间,行人违章过街的主要原因。因此,现拟在南北方向人行横道设置二次过街安全岛,而东西进口道路将仍然延用一次过街方式。具体行人交叉口行人过街渠化图见图4.

图4 荔华东大道和荔城南大道交叉口行人二次过街渠化图Fig.4 The second passing canalization chart for pedestrians in the crossing between Lihua East Road and Licheng South Road

4.1.2信号控制配时及相位优化

1)相位优化。通过实地调查数据可知,该交叉口因地处莆田市万达商圈附近,其机动车与行人过街流量均较大,且由于人行横道长度较长,并且常存在绿灯最后时刻行人匆忙穿越人行横道现象,行人过街的清空时间将影响下一相位的机动车通行效率。因此对该交叉口进行行人二次过街相位优化,机动车相位保持原来相位不发生改变,具体优化后的相位配时图见图5.

图5 交叉口信控相位方案优化图Fig.5 Optimization chart for the signal control camera positions programme at the crossing

2)信号控制配时优化。交叉口经过安全岛渠化后,相应的配时方案随之改变。南北方向利用二次过街渠化的方法后,行人延误得到明显改善。机动车的相位与原始相位保持不变,行人相位在原有相位的基础上,对第二和第四相位进行优化,使得部分行人得以继续进行穿越人行横道,缩短总通行时间,降低平均延误。具体机动车与行人相位配时见表6.

表6 交叉口优化行人相位配时表Table 6 Phase timing table for optimizing pedestrians at the crossing

4.2 VISSIM仿真

根据对莆田市荔城南大道与荔华东大道的交叉口的实地调查,利用实地调查的基础数据,把所需的指标,例如:机动车交通量、行人交通量、车辆类型等输入到VISSIM软件中,并且建立合理的仿真场景;对行人二次过街进行优化后,在荔城南大道的南北走向中增设安全岛,以保证行人的安全和提高整个道路网的通行效率。因此在荔城南大道机动车进行左转时,放行与其相位没有冲突的行人,使行人通行到道路中央的安全岛驻足区进行等待;在荔华东大道机动车进行左转时,放行另一侧与其不存在冲突点的行人进行过街。

4.3 交叉口行人二次过街优化

在荔城南大道的人行横道中设置安全岛,并将原来的一次过街方式转为二次过街,在行人的安全得到保证的同时,还降低了行人二次过街的平均延误和行程时间,并且汽车的通行效率也有一定的提升。

通过VISSIM实例仿真以及优化后的仿真数据进行比较,在增设安全岛以及对交叉口的信控配时进行优化后,行人二次过街的行程时间有了明显的下降,其中荔城南大道北进口道左转流向荔华东大道的行程过街时间更是下降了21%.同时对于行人二次过街的平均延误也有不同程度的降低,在一定程度上提高了交叉口的通行效率。具体行人过街行程时间对比见表7,行人过街平均延误对比见表8.

表7 一次过街与二次过街行程时间对比表Table 7 Contrast table of of distance and time between the first and second passing

表8 一次过街与二次过街平均延误对比表Table 8 Contrast of average delay of the first and second passing

4.4 机动车道优化后通行能力

在基于行人二次过街设置安全岛后,相应的信号周期也随之改变。为了证明方案的可行性,现对交叉口饱和度进行优化后的分析。对交叉口利用Aidaroe软件设置优化后的信号周期,得到交叉口饱和度的指标分析图,见图6.

图6 优化后饱和度分析图Fig.6 Saturation analysis chart after optimization

由分析图可知该交叉口在更改相应信号配时后饱和度由原来的0.85下降到了0.83,表明交叉口的拥挤得到一定缓解。

5 结论

本文结合莆田市荔华东大道-荔城南大道交叉口的实地数据,对交叉口的现状进行研判,并对交叉口进行行人二次过街优化,同时对机动车道的通行能力进行对比分析,对所优化的方案进行仿真验证,得出结论:当人行横道长度较长时,行人无法一次性通过交叉口,在设有中央分隔带的道路上可以利用其环境优势,设置行人驻足岛,与原有的中央分隔带自成一体,提高空间利用率的同时增加了安全性。行人过街的延误降低,且等待时间得到缓解,这样就极大地降低了行人违章概率,所以设置行人二次过街的方案具有可行性,在该领域同类型路段口值得应用与推广。