平面交叉口行人交通流信号配时的研究 毕业论文

目录摘要IIIABSTRACTIV第1章绪论111研究背景1111问题的提出1112存在的问题212国内外研究现状213研究的目的与意义4131研究目的4132研究意义414研究结构和内容515研究步骤6第2章平面交叉口行人信号配时概述721行人相位组成7211行人绿灯时间7212行人闪时间822行人信号配时存在的问题923行人交通流信号配时的必要性924分析与总结10第3章平面交叉口行人搭接相位信号配时方法1131两相位信号控制交叉口1132四相位信号控制交叉口12321先直行后左转13322先左转后直行1333三相位信号控制交叉口14331东西方向信号相位控制进口14332南北方向信号相位控制进口1534信号配时参数17341确定配时依据17342信号配时参数计算1835应用实例19第4章平面交叉口行人专用相位信号配时方法2141行人专用相位的发展2142行人专用相位的设置21421设置原则21422设置的必要性22423设置方法22总结26参考文献28致谢30摘要中国现行的交叉口交通控制信号大多是针对机动车交通流设置的，在信号配时设计中，行人相位伴随机动车相位同时设置。车辆对配时的要求和行人对配时的要求往往不一致。解决交叉口行人过街与机动车相互干扰与冲突问题，提高平面交叉口的运行效率，保障行人过街安全，是改善我国城市道路交通运行状况的一项主要任务。因此，如何协调交叉口行人过街交通与机动车交通之间的关系，科学合理地进行行人交通流信号配时控制，对解决行人通行问题有着重要的意义。本文首先综述了国内外有关平面交叉口行人交通流信号配时的研究成果。由于对步行和交叉口机动车交通特性的把握是进行交叉口行人交通流信号配时研究的前提，分析了平面交叉口的交通特性，并对行人过街交通存在的问题及原因进行了总结。随后，针对行人交通流量较大的交叉口，在分析机动车与行人冲突情况的前提下，研究行人交通流信号配时方法。从搭接相位的角度，在两相位信号控制交叉口，建立行人交通流绿灯提前截止时间计算模型；在四相位信号控制交叉口，根据不同的相序安排，建立行人交通流绿灯提前启亮时间计算模型；在三相位信号控制交叉口，建立行人交通流绿灯提前截止和绿灯提前启亮并存的计算模型。最后通过实例验证了本方法的适用性和先进性。设置行人专用相位，在行人专用相位路灯期间，行人过街不存在与机动车的冲突。一般情况下，行人在信号交叉口的延误主要分为信号控制延误和穿越机动车造成的延误两部分，而在采用行人专用相位时，行人的延误只有信号控制延误。专用相位分为单进口的行人专用相位和整个交叉口的行人专用相位。通过理论验证了行人专用相位的适用性。关键词搭接相位；行人专用相位；行人交通流；行人信号配时ABSTRACTCHINASCURRENTINTERSECTIONTRAFFICCONTROLSIGNALSAREMOSTLYSETFORMOTORVEHICLETRAFFICINTHESIGNALTIMINGDESIGN,ALONGWITHPEDESTRIANPHASEMOTORPHASESETSIMULTANEOUSLYTIMINGREQUIREMENTSFORVEHICLESANDPEDESTRIANSONTHETIMINGREQUIREMENTSAREOFTENINCONSISTENTSOLVEINTERSECTIONPEDESTRIANANDVEHICLEINTERFERENCEANDCONFLICT,IMPROVETHEOPERATINGEFFICIENCYOFINTERSECTION,PEDESTRIANCROSSINGSAFETYISTOIMPROVETHEURBANROADTRAFFICCONDITIONSAMAJORTASKTHEREFORE,HOWTOCOORDINATETHEINTERSECTIONPEDESTRIANTRAFFICANDVEHICLETRAFFICBETWEENSCIENTIFICANDRATIONALWAYFORPEDESTRIANTRAFFICSIGNALTIMINGCONTROL,PROBLEMSOLVINGPEDESTRIANSHASIMPORTANTSIGNIFICANCETHISPAPERSUMMARIZESTHEDOMESTICANDFOREIGNINTERSECTIONPEDESTRIANTRAFFICSIGNALTIMINGOFTHERESEARCHRESULTSBECAUSEOFTHECHARACTERISTICSOFPEDESTRIANANDAUTOMOBILETRAFFICINTERSECTIONSGRASPISCARRIEDINTERSECTIONPEDESTRIANTRAFFICSIGNALTIMINGOFTHEPREMISE,ANALYZESTHETRAFFICCHARACTERISTICSOFINTERSECTION,ANDPEDESTRIANTRAFFICPROBLEMSANDTHEREASONSARESUMMARIZEDSUBSEQUENTLY,ALARGEINTERSECTIONFORPEDESTRIANTRAFFIC,INTHEANALYSISOFVEHICLEANDPEDESTRIANCONFLICTSITUATIONS,UNDERTHEPREMISEOFPEDESTRIANTRAFFICSIGNALTIMINGMETHODFROMTHEPERSPECTIVEOFOVERLAPPINGPHASEINTWOPHASESIGNALCONTROLLEDINTERSECTIONS,THEESTABLISHMENTOFPEDESTRIANTRAFFICFLOWAHEADOFTHEDEADLINEGREENCOMPUTINGMODELSIGNALIZEDINTERSECTIONSINFOURPHASES,DEPENDINGONTHEPHASESEQUENCEARRANGEMENTESTABLISHEDINADVANCEQILIANGPEDESTRIANGREENTIMEOFTRAFFICFLOWCALCULATIONMODELSIGNALIZEDINTERSECTIONSINTHREEPHASES,THEESTABLISHMENTOFPEDESTRIANTRAFFICFLOWCUTOFFANDADVANCEGREENLIGHTTURNSGREENAHEADOFTHECOEXISTENCEMODELFINALLY,EXAMPLESDEMONSTRATETHEAPPLICABILITYOFTHEMETHODANDADVANCEDPEDESTRIANIZATIONPHASE,APHASEINTHEPEDESTRIANSTREETDURINGPEDESTRIANANDVEHICLECONFLICTDOESNOTEXISTGENERALLY,THEPEDESTRIANCROSSINGDELAYOFTHESIGNALISDIVIDEDINTOSIGNALCONTROLDELAYSANDDELAYSTHROUGHTHETWOPARTSOFMOTORVEHICLES,ANDINTHEUSEPHASEOFTHEPEDESTRIAN,THEPEDESTRIANONLYTHESIGNALDELAYCONTROLDELAYIMPORTSINTOSINGLEPHASEDEDICATEDPEDESTRIANPHASEANDTHEENTIREINTERSECTIONPEDESTRIANPHASETHROUGHTHEORETICALVERIFYTHEAPPLICABILITYOFTHEPEDESTRIANPHASEKEYWORDSOVERLAPPHASEPEDESTRIANPHASEPEDESTRIANTRAFFICFLOWPEDESTRIANSIGNALTIMING第1章绪论行人交通作为一种健康、可持续性交通方式倍受人们的重视。行人信号控制是保障行人和机动车安全、高效地通过交叉口的有效手段。为了提高平面交叉口的运行效率和安全性，本文针对信号交叉口行人和机动车对配时要求不一致以及我国行人相位清空时间不足的问题，根据是否将绿灯间隔时间作为行人清空时间，研究了行人随机动车一起放行时的行人相位和机动车相位的设置类型，探讨了不同类型的适用情况,建立了不同情况下行人绿灯时间的调整模型和行人信号配时方法，并进行了实证分析。改善了信号交叉口传统配时方法对行人重视不够的问题。11研究背景111问题的提出步行交通是城市居民的首要出行方式，步行在家庭出行方式中占有相当重要的地位。国内城市道路交通的一大特色即道路上的交通流是由步行交通流、机动车交通流以及非机动车交通流共同组成的混合交通流1。我国城市步行交通在大城市总出行量中约占40，中等城市约占50以上，小城市则多达60以上。然而长期以来，城市道路交通设计、交通控制、交通组织管理等的研究及实现工作中，往往只以机动车交通流为主考虑对象，对步行交通的重视不足。随着国民经济的持续快速发展和人民生活水平的提高，人们对交通特别是最接近市民生活的步行交通的安全、便捷等方面的要求也越来越高。其实步行出行是所有出行方式中最节约资源的一种出行方式2，它不仅本身是一种重要的短途的交通方式，而且也是所有交通方式出行开始和结束不可缺少的组成部分3。同时，就短途路程而言，步行亦是最符合持续发展原则的交通模式14。过去的15年间，我国城市的交通流量年增长22，为世界历史上所少见1。同时又与资源的有限性，机动车交通与步行交通之间的相互争夺交通时空资源的矛盾越来越突出，其中行人过街交通与机动车交通之间的相互干扰、冲突是这种矛盾最直接、最典型的体现，已经成为我国诸多交通问题重要的成因之一。它直接导致了交通秩序的恶化和交通运行效率的降低，引发了拥挤、事故、污染等一系列交通问题，步行交通与其他交通方式主要在行人过街时发生冲突，行人过街的主要地点为交叉口和路段的人行横道。一些城市的统计数据表明，中国城市交通事故发生的主要地点在路段人行横道和交叉口，协调交叉口行人过街交通与机动车交通之间的关系，对于改善交通秩序，提高道路通行能力有非常直接的显示意义，同时对于改善城市交通环境，提高城市品位和整体形象也有重要的作用。因此有必要就此课题展开深入的、理论与时结合的研究工作。112存在的问题对于城市交通的研究，大多数的交通专家和学者关注的是机动车交通问题，相关的研究和著作不计其数。但是针对于不同的道路和交通条件，如何进行科学合理的行人过街交通控制，协调交叉口行人过街交通与机动车交通之间的关系，无论理论的系统性和时间上都还未形成具有普遍意义的成果。现在交叉口行人的通行现状不容乐观，主要有以下四方面的问题（1）行人安全问题。这个问题是普遍存在的，行人过街时人行横道上仍有车辆通过，造成行人与机动车冲突，产生安全隐患。如何保证安全又尽量减少延误就是平面交叉口行人交通流信号相位设计面临的重要问题。（2）行人延误问题。我们时常可以发现这样的现象横向的道路上没有车辆通行或通行量较少，而人行横道上大量行人得不到放行造成延误；或在一个人流较大的交叉口横道，每次的行人通行相位时长都不足以消散全部的等待行人，即该相位的行人通行时间结束后均有未通过的行人。这些延误上的问题使行人等待时间增加，造成行人心理上的焦急，烦躁，可能引起行人违章穿越道路，进而引发安全问题。所以有效的减少延误是交叉口行人相位设计的关键所在。（3）对机动车的影响问题。由于信号相位时间设置不合理，导致交叉口上游机动车流在横道处受阻。另一方面，人行相位结束后仍有行人在人行横道上未通过，也会使通行时间减少，机动车相位无法充分利用，造成机动车通行延误。这些都是行人对机动车通行的影响，这些问题在很大程度上影响整个交叉口的机动车通行效率，应予以重视。由此可见，交叉口的行人交通存在诸多问题，这些问题不仅影响交叉口行人安全、通行的效率和行人感受，同时也影响着交叉口的机动车通行。所以解决好交叉口行人通行问题意义重大。12国内外研究现状20世纪50年代初期，英国人在街道上设计出人行横道线，规定行人横过街道时，只能走人行横道。于是伦敦街头出现了一道道赫然醒目的横线，看上去这些横线像斑马身上的白斑纹，因而人们称它为斑马线。斑马线不仅给人们提供了一条安全的通道，同时也给行驶中的司机以“减速缓行”、“礼让行人”的示意。国内外学者对行人过街交通进行了一系列的研究，FRUIN5的博士论文“PCDCSTRIANPLANNINGANDDESIGN”乃是行人交通研究的代表性著作，为后续研究奠定了基础。PUSHKAREV和ZUPAN6合著的“URBANSPACEFORPEDESTRIANS”一书，对行人交通研究产生了重要影响。我国学者在交叉口行人过街交通方面的研究起步稍晚，上个世纪八十年代段里仁7等学者开始了这方面取得许多重要成果。这些成果也为研究路段行人过街信号控制方法提供了扎实的理论基础和宝贵实践经验。国外在交叉口行人过街横道规划设计和交通法规宣传等方面具有很好的优势，行人过街交通问题并不突出，在行人信号控制方面相关研究不是很多。主要集中在对按钮信号控制人行横道89、红灯期间转弯车辆的控制10以及行人过街时间等问题研究，下面给以简要介绍。几位外国学者研究了信号控制人行横道（PELICANPEDESTRIANCROSSINGS）在发展中国家的适用性。通过定时信号与按钮信号控制人行横道条件下机动车停车次数和车均延误的比较分析，得出了按钮信号控制人行横道条件下机动车停车次数和车均延误的比较分析，得出了按钮信号控制方式优于定时信号控制。但是该论文没有涉及如何根据具体交通状况标定按钮信号控制的参数。BARBARAPRESTON9等人研究按钮信号控制人行横道行人的行为和安全性问题，其研究结果显示女性比男性更愿意遵守交通信号灯，而行人是否遵守信号指示，与等待时间内车流的空挡分布有密切关系。HERMANHUANG的研究指出，没有一种措施比信号控制更能使右转机动车在红灯期间停让行人，与让行单个行人相比，机动车更容易让行人集团。这些研究成果对我国的行人过街信号控制有相当的借鉴价值。MARKRVIRKLER等人在总结前人研究的基础上对行人过街绿灯时间进行了研究。氮气研究对象为3米宽，612米长的人行横道，而且行人流量较小，研究结果对中国城市行人流量较大的商业区尚难适用。日本的坂田恭敬等人提出了行人专用相位的设置的适用情形，但是没有相关的理论分析。相比国外，国内学者在平面交叉口行人交通流信号控制方面研究的比较多，分为平面交叉口行人信号配时的搭接相位和专用信号相位。主要集中于行人信号相位配时的控制优化模型与算法研究、行人专用相位的方法研究等几个方面。在平面交叉口行人信号配时的搭接相位的方面，为了提高平面交叉口的运行效率和安全性，针对行人交通流量较大的交叉口，在分析机动车与行人冲突情况的前提下，研究行人交通流信号配时方法。从搭接相位的角度，在两相位信号控制交叉口，建立行人交通流绿灯提前截止时间计算模型，在四相位信号控制交叉口，根据不同的相序安排，建立行人交通流绿灯提前启亮时间计算模型；以行人交通流为关键交通流的角度，确定基于行人交通流量进行信号配时的流量临界值，进而计算信号配时参数。研究结果表明，该种配时方法可以大大减少甚至避免行人和机动车之间的冲突，提高交叉口的安全性和运行效率。在交叉口行人专用信号相位方面，针对主次路相交并设置行人专用相位的交叉口行人闯红灯的普遍现象，提出整个交叉口行人专用相位与几个进口行人可用相位相结合的信号配时方案，通过仿真验证得出，该方法不仅有效的降低了行人闯红灯率，减少了行人的等待时间，而且机动车的延误没有明显的增加。这种配时方案为解决我们城市主次路相交等道路宽度差距较大的交叉口中的行人闯红灯现象提供一个较好的思路。运用穿越理论推导在行人通行时，穿越行人的转弯车辆通行能力模型和行人延误模型；在这两个模型的基础上，通过设置专用相位前后交叉口通行能力和行人人均延误的对比分析，论证了设置整个交叉口行人专用相位的条件。研究成果可以用来指导交叉口行人专用相位的设置11。此外，本文还会考虑到行人二次过街的问题，在两相位信号交叉口，设置二次过街会使行人过街延误增加，行人违章率增大，然而对减小机动车延误的贡献并不大，所以不宜采用二次过街方式。在多相位交叉口，特别是立交桥下交叉口，设置跨相位二次过街方式，可以减小最小绿灯时间，大大降低对机动车信号配时的干扰；在专左信号交叉口，二次过街使穿越主要道路的行人过街时间增长59168左右，行人过街延误下降3657左右；在直左信号交叉口，二次过街使穿越主要道路的行人过街时间增长62455左右，行人过街延误下降3784左右12。13研究的目的与意义131研究目的本文基于对我国行人过街交通的分析，结合现有的行人控制理论，研究适合我国混合交通情况交叉口行人过街交通控制理论，改善混合交通的通行秩序，提高交通安全性与效率，促进城市人居环境的改善，为城市交通设施建设管理提供决策和支持。132研究意义我国城市道路规划中普遍存在忽视行人交通流的问题，这使得行人在交叉口过街受到延误、安全等问题的困扰，影响城市的人本影响。因此有必要对行人在交叉口中的通行规律、影响因素作相应的调查研究，总结交叉口行人控制的方法。一套行之有效的行人控制系统可以有效地改善行人在路段通行的安全状况，减少行人通行的延误，同时也能减少行人对机动车交通流的干扰，提高机动车通行效率，改善行人对城市交通的总体印象。因此，从中国城市道路行人交通流占重要的比重的特征出发，研究城市道路路段行人控制方法具有十分重要的理论意义。本研究从中国道路的特征出发，研究整个交叉口行人过街信号控制方法、考虑上下游交叉口协调控制优化模型，同时开发城市交叉口行人过街控制软件，这些研究成果对科学家制定信号控制方案、提高城市交通管理水平及开发新一代的城市道路控制系统中的交叉口行人过街具有重要的实际应用价值。14研究结构和内容本文基于对我国交叉口行人过街交通的分析，结合现有的行人控制理论，研究适合我国混合交通情况交叉口行人过街交通控制理论，改善混合交通的通行秩序，提高交通安全性与效率，促进城市人居环境的改善，为城市交通设施建设管理提供决策和支持。本文研究框架如图11所示绪论平面交叉口行人信号配时概述平面交叉口行人搭接相位的信号配时方法平面交叉口行人专用相位的信号配时方法总结和展望图1本文主要内容研究框架本论文的主要研究内容为1）综述国内外的研究和实践结果，借鉴其成功经验，同时分析其研究不足，进一步明确本研究的目标和方向。简单介绍论文的研究背景和课题依托，概括论文研究的目的和意义，对国内外行人过街交通研究进行总结分析，明确本文的研究方向和重点。进而提出本文主要研究内容、研究方法和技术路线。2）分析我国交叉口交通特征和交叉口交通问题。分析行人相位的组成和行人交通流的特性，并对我国平面交叉口行人信号配时所存在的问题进行分析与总结。3）研究行人搭接相位信号配时的几种方法，并确定配时依据，还选取了实例。针对于所选实例进行实地分析和研究。提出了以行人交通流为关键车流，确定基于行人交通流量进行信号配时的流量临界值，进而计算信号配时参数。4）分析行人专用相位的设置，讨论行人专用相位设置的必要性和行人专用相位的设置条件，提出了相应的模型。5总结论文的研究成果和创新点，对有待进一步的研究问题简要分析，并提出研究展望。15研究步骤1查阅相关资料。收集并吸收国内外关于城市行人交通控制方面的文献及已有的研究成果，对其成果进行分析后开始本文研究。2资料整理和总结。对所收集的资料进行整理和总结，为后文研究做铺垫。3实地调查研究。对所选取的地点进行实地调查，收集数据，为研究做实例证明。第2章平面交叉口行人信号配时概述21行人相位组成对于一组互不冲突的交通流同时获得通行权所对应的信号显示状态，我们将其称之为信号相位，简称相位。信号相位是根据交叉口通行权在一个周期内的更迭来划分的。一个交通信号控制方案在一个周期内有几个信号相位，则称该信号控制方案为几相位的信号控制。图21就是一个采用四相位信号控制方案。一个交叉口采用几相位的信号控制应由该交叉口的实际交通流状况决定。如果相位数设计得太少，则不能有效地分配好路口通行权，路口容易出现交通混乱，交通安全性下降；如果相位数设计得太多，虽然路口的交通次序与安全性得到了改善，但由于相位之间进行转换时都会损失一部分通行时间，过多的相位数会导致路口的通行能力下降，延长驾驶人在路口的等待时间。第一相位第二相位第三相位第四相位图21四相位信号控制方案实例行人信号相位也是如此，是一组互不冲突的行人交通流同时获得通行权所对应的信号显示状态。完整的行人相位包括行人绿灯、行人闪和行人红灯3部分。在行人绿灯时间里，行人离开路缘石或路肩进入人行横道,按照指示的方向穿过道路；在行人闪时间里，没有进入人行横道的行人不允许再进入人行横道，而已经进入人行横道的行人可以继续通过人行横道，因此，行人闪时间也称作行人清空时间；显示红灯时，不允许任何行人通行。当行人与右转车辆冲突时，也可用闪动的绿灯信号代替绿灯。行人相位通行时间包括行人绿灯时间和行人清空时间2部分。211行人绿灯时间行人绿灯时间应该使得在一个周期内所有等待的行人离开路缘石进入交叉口。行人绿灯放行时间包括2部分反应时间和人群通过路缘石进入人行横道的时间，即（2EPRWSNTALK1）式中为行人绿灯时间，；为行人反应时间，；为行人绿WALKSPRTSPN灯信号开始时等待的人数，一般等于一个周期行人的到达量，人；为行人S流率，即单位时间单位宽度内通过某一断面的人数，人/；为人行横SMEW道的有效宽度，。M调查表明,随出行目的、交叉口性质等不同而变化。根据HCM的研究，PS，并给出了行人绿灯时间的计算公式STPR23S/31（22WALKMWNEPEP03,81023,7在周期时长确定前，无法求得。国外实践经验证明，行人绿灯时间一般PN为47S，超过7S的情况极少，只有在行人流量特别多的特殊场合，如学校周边,行人绿灯时间才可能超过7S。行人绿灯最小时间应兼顾到那些容易被疏忽的因素。在行人交通量很少的情况下，如果求得的行人绿灯时间较小，其取值也不宜小于5S，最小为4S。我国行人交通量普遍很大，所需的行人绿灯时间较长13。212行人闪时间行人闪时间也叫行人清空时间，起到清空行人的作用，使在行人绿灯时间末尾进入人行横道的行人在冲突车流获得绿灯显示前通过冲突点。（2PCSLFDW153）式中FDW为行人闪时间，；为交叉口人行横道起点至冲突点的距离，SC；为行人15位平均速度，。MPS15M/默认取人行横道长,严格来讲是人行横道一端到最远冲突点的距离。行CL走距离的确定需要考虑行人的正常行走路径。研究表明，远侧的右转车道和停车车道应当包括在行人的通过距离内。在选择步行速度时需要考虑人群特性如老年人比例等、行人交通量、交叉口位置和几何条件，以及整个信号的运行。步行速度一般取15位行人速度,根据ITE的研究，一般取12M/S，在特殊的情况下如学龄儿童、老人或残疾人比例大需取用较低的行走速度,取10M/S13。22行人信号配时存在的问题中国现行的交叉口交通控制信号大多是针对机动车交通流设置的，在信号配时设计中，行人相位伴随机动车相位同时设置。车辆对配时的要求和行人对配时的要求往往不一致，例如一宽主干道和窄次要道路相交的交叉口，从机动车方面来讲，主要道路车流量大，所需的绿灯时间长，次要道路所需的绿灯时间短；行人需求恰好相反，在次要道路机动车短绿灯相位时，行人刚好穿越宽的主要道路，行人需要较长的绿灯时间，而在主要道路机动车长绿灯相位时，行人穿越窄的次要道路，行人需要较短的绿灯时间。另外，我国目前行人相位普遍存在的问题是时间分配不合理，行人相位时间大部分为绿灯时间，行人闪行人清空时间只有3S左右。我国道路交通安全法规定绿灯亮时，准许行人通过人行横道；红灯亮时，禁止行人进入人行横道，但是已经进入人行横道的，可以继续通过或者在道路中心线处停留等候。这就造成了，在绿灯末尾进入人行横道的行人，因清空时间不足而不能安全通过人行横道。显然，这样既容易发生交通事故，又严重地影响了交叉口的交通秩序，降低了交叉口的通行能力。此外，当行人绿灯信号启亮，行人开始过街时，往往上一相位绿灯末期驶入的车辆还未通过该人行横道，常发生行人、机动车相互干扰的交通混乱现象。23行人交通流信号配时的必要性目前，多数信号控制交叉口的行人交通流信号配时几乎均以机动车交通流为关键车流，行人的信号配时与同方向行驶的机动车相同，行人专用相位和迟起早断信号阶段的研究只要针对两相位信号控制交叉口，以延误、通行能力为主要研究目标，对于四相位信号控制交叉口，研究较少而且不够细致141611。在机动车流量较小而行人流量较大的交叉口，这样的信号配时方案往往是照顾了流量不大的机动车流，导致行人集群式抢行，不利于交叉口的安全性和整体运行效率。在以机动车为依据所建立的信号配时方案下，由于行人的交叉口清空时间比较长，在相位转换过程中，机动车与行人的冲突严重。另外，信号控制交叉口采用的倒计时装置，使部分机动车驾驶员和行人抢行通过交叉口，或提前进入交叉口，加重了冲突的严重性，甚至导致交通事故的发生。延长绿灯间隔时间可以消除这类冲突，但是这会使周期时长变大，增加延误。因此，为了提高道路时空资源的利用效率，减少甚至消除机非动车与行人之间的冲突，研究行人交通流的信号配时方法是行之有效的方法之一17。本文基于不同的信号配时方案和相位相序，研究行人交通流搭接相位和专用相位的设置。24分析与总结为了提高平面交叉口的运行效率并尽量避免机非动车与行人之间的冲突，提高安全性。针对行人交通流较大的交叉口，在分析机动车与行人冲突情况的前提下，研究行人交通流信号配时的方法。1）从搭接相位的角度，在两相位信号控制交叉口，建立行人交通流绿灯提前截止时间计算模型；在四相位信号控制交叉口，根据不同的相序安排，建立行人交通流绿灯提前启亮时间计算模型；在三相位信号控制交叉口，建立行人交通流绿灯提前截止和绿灯提前启亮并存的计算模型。2）从以行人交通流为关键交通流的角度，确定基于行人交通流量进行信号配时的流量临界值，进而计算信号配时参数。研究结果表明，该种配时方法可以大大减少甚至避免行人和机动车之间的冲突，提高交叉口的安全性和运行效率。3）设置行人专用相位，在行人专用相位路灯期间，行人过街不存在与机动车的冲突。一般情况下，行人在信号交叉口的延误主要分为信号控制延误和穿越机动车造成的延误两部分，而在采用行人专用相位时，行人的延误只有信号控制延误。4）必要时还可以采用行人二次过街，设置行人安全岛。当设置二次过街方式时，行人每次过街穿越的机动车数量减小、车道数减少，从而使行人过街的机会增大，等待时间减小。第3章平面交叉口行人搭接相位信号配时方法搭接相位是跨信号阶段通行的相位18。设置行人的搭接相位则是在原有确定的相位方案下，通过对行人交通流运行特性分析，采用提前截止或提前启亮绿灯的方法，以减少由于行人和机动车运行特性差异而导致的机非冲突。行人相位时间等于绿灯时间和行人清空时间之和，即（3FDWALKT1）如果WALK和FDW分别用式（22），（23）计算，求得的行人相位时间为行人相位最小时间，即MINT，NCEPSLWNT15I8023ME03（32），NCPSLNT15MIN2703E03机动车相位时间T是指相位绿灯显示时间和绿灯时间间隔时间I的和。GTI包括黄灯时间和全红时间。有时只有黄灯时间，即YTRT（3RYGGTTITT3）在行人相位和机动车直行相位同时设置的情况下，T不能小于行人相位最小时间，即（3RYGGTTITTTMIN4）31两相位信号控制交叉口对于两相位信号控制交叉口，应建立行人交通流绿灯提前截止时间计算模型。在两相位信号控制交叉口，由于行人交通流速度较慢，本相位绿灯结束后，绿灯间隔时间不足以使行人顺利通过交叉口，必然与下一相位的机动车产生冲突。为避免冲突，设置行人交通流绿灯提前截止，使提前截止的时间与绿灯间隔时间刚好用于行人通过交叉口。以十字形交叉口东西进口为例，在东西相位绿灯结束之后，东西方向的行人还没有通过交叉口，南北进口的机动车就已经驶入交叉口，与行人发生冲突，冲突示意图如图31所示。机动车流行人交通流机动车流行人交通流图31行人与机动车冲突示意图西进口行人安全通过交叉口的时间为（3PVLT15）式中为交叉口人行横道起点至冲突点的距离，可以近似取为交叉口1LM距离；为行人交通流速度，。PVSM假设行人绿灯提前截止时间为，为了避免冲突，应满足，则1PT1PPTIT有（3ITP16）式中，为绿灯间隔时间，。IS将1代入2式有行人绿灯提前截止时间需要满足的条件为（31PLTIV7）32四相位信号控制交叉口在四相位信号控制交叉口，行人交通流相位只与同方向直行相位相同，也就是当左转相位绿灯时，行人相位仍为红灯，大大降低了了行人的通行效率，而行人往往因为红灯时间过长而违章闯红灯，不利于交叉口安全，对于不同相序的信号控制交叉口，设置搭接相位，即提前启亮行人相位绿灯。321先直行后左转对于先直行后左转的四相位信号控制交叉口，仍以东西方向为例，东西方向左转机动车相位绿灯结束后是南北方向直行相位，南北方向行人与南北方向直行机动车相位相同。在东西相位左转运行过程中，交叉口有半幅路是可以利用如图32中B图阴影部分所示，可以考虑在东西方向左转相位绿灯结束前，提前启亮南北方向的行人信号灯，使行人比南北方向机动车先进入交叉口，提前启亮时间为行人行驶至行人与左转机动车冲突点的时间，即（32PPLTV8）式中为南北方向人行横道距离。2L机动车交通流行人交通流A东西直行B东西左转机动车交通流行人交通流A东西直行B东西左转图32先直行后左转信号控制交叉口行人绿灯提前启亮示意图322先左转后直行对于先左转后直行的四相位信号控制交叉口，仍以东西方向为例，东西方向左转机动车相位绿灯结束后是东西方向直行相位，东西方向行人与东西方向直行机动车相位相同。在东西相位左转运行过程中，交叉口有半幅路是可以利用如图33中A图阴影部分所示，可以考虑在东西方向左转相位绿灯结束前，提前启亮东西方向的行人信号灯，使行人比东西方向机动车先进入交叉口，提前启亮时间为行人行驶至行人与左转机动车冲突点的时间，即（332PPLTV9）式中为南北方向人行横道距离。3LA东西左转机动车交通流行人交通流B东西直行图33先左转后直行信号控制交叉口行人绿灯提前启亮示意图33三相位信号控制交叉口在三相位信号控制交叉口，由于其中一个方向只有一个相位，另一个方向有两个相位，所以针对不同相位数，采取行人交通流绿灯提前截止与提前启亮并存的信号配时方法。以东西方向有两个相位，南北方向有一个相位为例。331东西方向信号相位控制进口东西方向有两个相位，和四相位信号控制一样，行人交通流相位只与同方向直行相位相同，也就是当左转相位绿灯时，行人相位仍为红灯，大大降低了了行人的通行效率，而行人往往因为红灯时间过长而违章闯红灯，不利于交叉口安全。应设置提前启亮行人相位绿灯。1先直行后左转对于先直行后左转的相位信号控制交叉口，东西方向左转机动车相位绿灯结束后是南北方向直行相位，南北方向行人与南北方向直行机动车相位相同。在东西相位左转运行过程中，交叉口有半幅路是可以利用如图34中B图阴影部分所示，可以考虑在东西方向左转相位绿灯结束前，提前启亮南北方向的行人信号灯，使行人比南北方向机动车先进入交叉口，提前启亮时间为行人行驶至行人与左转机动车冲突点的时间，即（342PPLTV10）式中为南北方向人行横道距离。4L行人交通流机动车交通流A东西相位B）东西左转图34先直行后左转信号控制交叉口行人绿灯提前启亮示意图2先左转后直行对于先左转后直行的相位信号控制交叉口，东西方向左转机动车相位绿灯结束后是东西方向直行相位，东西方向行人与东西方向直行机动车相位相同。在东西相位左转运行过程中，交叉口有半幅路是可以利用如图35中A图阴影部分所示，可以考虑在东西方向左转相位绿灯结束前，提前启亮东西方向的行人信号灯，使行人比东西方向机动车先进入交叉口，提前启亮时间为行人行驶至行人与左转机动车冲突点的时间，即（352PPLTV11）式中为南北方向人行横道距离。5L332南北方向信号相位控制进口南北方向有一个相位为南北直行，和两相位信号控制交叉口一样，应建立行人交通流绿灯提前截止时间计算模型。在相位信号控制交叉口，由于行人交通流速度较慢，本相位绿灯结束后，绿灯间隔时间不足以使行人顺利通过交叉口，必然与下一相位的机动车产生冲突。为避免冲突，设置行人交通流绿灯提前截止，使提前截止的时间与绿灯间隔时间刚好用于行人通过交叉口。三相位的一个相位的方向有一点不同于两相位。如果东西两相位为先直行后左转，则南北方向直行机动车相位绿灯时间结束后是东西方向直行相位；另外一种情况是东西两相位为先左转后直行，则南北方向直行机动车相位绿灯结束后是东西方向左转相位。不管是哪一种情况都需要行人交通流绿灯提前截止模型。在南北相位绿灯结束之后，南北方向的行人还没有通过交叉口，东西进口的机动车就已经驶入交叉口，与行人发生冲突，冲突示意图如图36所示。机动车交通流行人交通流A东西左转B东西直行图35先左转后直行信号控制交叉口行人绿灯提前启亮示意图行人交通流机动车交通流图36行人与机动车冲突示意图北进口行人安全通过交叉口的时间为（3PVLT612）式中为南北方向人行横道距离。6L34信号配时参数当行人交通流处于高峰时，是非高峰小时的数倍，或当行人流量明显大于机动车流量时，以机动车交通流为依据设计的信号配时方案，由于行人交通流不同于机动车的运行特性，会导致交叉口通行能力降低、机动车与行人之间的冲突严重以及延误加大等问题，在这种情况下，以行人交通流为基础进行信号配时方案设计，而让机动车随同方向的行人通行，给行人绝对优先权，可以减少冲突，提高交叉口的运行效率和安全性。而其中最关键的问题，一是以行人交通流为依据进行信号配时的判断依据，一是信号配时方法及信号配时参数的计算。341确定配时依据在以机动车流为关键车流的信号配时方案下，当行人流量较大的时，使得在一个绿灯相位内，排队等待的行人不能全部驶离交叉口，会导致某些行人为通过交叉口而与机动车抢行，极易造成交通冲突，甚至是交通事故。那么就以排队的机动车或行人完全驶离停车线作为信号配时的依据。机动车排队完全消散的时间为（3MQSRT13）式中为机动车排队完全消散的时间，；为红灯时长，；为机动车流MTSRSMQ量，；为机动车饱和流率，；HVE/SHVE/而行人排队完全消散的时间与机动车原理基本相同（3PQRTS14）式中为行人排队完全消散的时间，；为红灯时长，；为行人流量，PTSRSPQ；为机动车饱和流率，/SMPS/PM当，即为选择信号配时关键车流的临界值。经过整理有MPT（3PMQS15）这里定义行人交通流流量比为行人交通流流量与其饱和流率的比PQPS值，即，则式315可以写成PPYQS（3PMY16）式中为机动车流的流量比。MY也就是说，当，以行人交通流为依据进行信号配时方案设计，否则PMY以机动车流为关键车流。342信号配时参数计算以机动车流为关键车流进行信号配时方案设计的理论与方法成熟，这里不再论证。作者主要以行人交通流为依据，研究配时参数的计算方法。到目前为止，并没有比较成熟的专门针对行人交通流的信号配时方法，所以在确定以行人交通流为依据进行信号配时后，仍按照机动车原理设计配时方案。以排队能够完全消散的时间来确定周期时长和绿灯时长。由以往的研究成果我们知道，周期时长过大，会造成交叉口空间资源的浪费，降低交叉口的通行能力，所以在计算周期时长时，只要满足各方向行人排队能够完全消散即可。对于以行人交通流为依据进行信号配时的交叉口，机动车数量较少，交叉口多采用两相位信号控制，我们就以两相位为例。设东西向为相位1，绿灯时长取东西方向行人排队完全消散所需时间的最大者，即（31MAX,PEWTT17）式中为东西向绿灯时长，；为东进口行人排队完全消散的时间，；1TSPETS为西进口行人排队完全消散的时间，。PWS设南北向为相位2，同样该相位的绿灯时长取南进口和北进口行人排队完全消散所需要时间的最大者，即（32MAX,PSNTT18）式中为南北向绿灯时长，；为南进口行人排队完全消散的时间，；2TSPSTS为北进口行人排队完全消散的时间，。PNS由于机动车行驶速度比行人大，所以设置绿灯间隔时间时，同样以行人流为依据，也就是说，只要保证行人能够安全通过冲突区即可，以西进口为例，相位1绿灯结束之后，东西方向的行人会与相位2南北方向的机动车发生冲突，如图31所示。则有相位1转换到相位2的绿灯间隔时间为（31PLIV19）式中为绿灯间隔时间，；为行人通过交叉口的速度，。1ISPSM/按照同样的原理可以计算由相位2转换到相位1的绿灯间隔时间，设其为，则有周期时长为2I（301212CTI20）在道路等级相当的情况下，绿灯间隔时间相等，即令，则周期时12I长可以写成。行人的启动速度较快，几乎没有起动损失时间，可012CTI以近似将绿灯显示时长看成是有效绿灯时长，则有东西向绿灯显示时间即为行人排队完全消散的时间，绿信比为；南北向绿信比为1TG01/CT，绿灯显示时间即为行人排队完全消散的时间，2TG。021/T35应用实例论文以长春市自由大路和同志街交叉口为例，该交叉口为三相位信号控制交叉口，附近有227路等多条公交线路，行人流向比较复杂，相关调查数据如表31所示。根据以往研究成果，行人过街步速取12M/S。表31交叉口实际调查数据表道路宽度自由大路205M同志街北进口1同志街南进口信号配时方案相位64S相位231相位4S同志街北进口同志街南进口自由大路自由大路同志街南进口同志街北进口同志街北进口同志街南进口自由大路以同志街方向的行人为例，目前该方向行人与同志街机动车信号相同，绿灯时间为41S，可以考虑在第二相位绿灯结束之前，提前启亮春城大街方向的行人绿灯，根据公式38得提前启亮时间为5S。自由大路为四幅路，可在交叉口的隔离带延长地区设置行人驻足区，供行人二次过街，绿灯间隔时间可以供行人行走至安全驻足区。由此可见，同志街方向行人绿灯增加了50，大大提高了行人通过交叉口的效率。第4章平面交叉口行人专用相位信号配时方法41行人专用相位的发展行人专用相位是近年来用于解决交叉口行人与机动车冲突的一种信号控制方法。美国加利福尼亚州的BEVERLYHILLS市，早在1987年就采用了行人专用相位。欧洲的许多国家也在中心商业区采用了行人专用相位。国内山东省威海市大部分交叉口使用有行人专用相位的信号控制方案。HCM2000对人车冲突引起的延误进行了修正；早在2003年黄厚淳研究了设置行人专用相位对车辆和行人延误的影响19；2005年杨晓光等通过对行人专用相位设置交叉口前后通行能力和行人延误的对比分析，论证了设置行人专用相位的前提条件11；2007年ALLYSONKBECHTEL评估了实施信号专用相位交叉口的运行效果，得出了人车冲突减少但行人违规穿越行为增多的结论；赵韩涛等分析了行人专用相位交叉口冲突特征及实施形式，进而探讨了行人专用信号交叉口延误计算模型20。目前，国内外对行人专用相位应用的研究充分体现了以人为本的交通管理思想，但现有研究主要集中于运用减少机动车延误、降低交叉口平均延误、减少机动车尾气排放等作为信号配时优化的目标；采用行人信号“早启”、“迟启”等方法来减少行人与机动车的冲突等方面的研究。而本章信号配时优化方法的立足点是在改变信号配时降低机动车延误的基础上，尽量提高平面交叉口的运行效率和避免机非动车与行人的冲突。42行人专用相位的设置421设置原则行人专用相位是指在信号周期内给予某人行横道上的行人通行权，而与之冲突的车流均被禁行的信号相位。所以在行人专用相位路灯期间，行人过街不存在与机动车的冲突。一般情况下，行人在信号交叉口的延误主要分为信号控制延误和穿越机动车造成的延误两部分，而在采用行人专用相位时，行人的延误只有信号控制延误。信号控制方案设计合理的交叉口，通行能力比设有停车和让路标志的交叉口大。设有停车或让路标志的交叉口交通量接近其通行能力时，车流就会不畅而大大增加了车辆的停车与延误，特别是次要道路上的车辆，停车、延误更加严重。这时，把设有停车标志的交叉口改为信号控制的交叉口可能就恰到好处，可改善次要道路上的通车，减少其停车与延误。如果交通量没有达到需要设置信号灯的时候，不合理地将停车标志交叉口改为信号控制交叉口，其结果可能会适得其反。在设定交通信号相位时，应遵循的原则1信号相位必须同交叉口进口道车道渠化车道功能划分方案同时设定，有专用转弯相位必须相应地设置专用车道；2信号相位对应于左右转弯交通量及其专用车道的布置；3有左转专用车道时，根据左转流向设计交通量计算的左转车辆每周期平均到达3辆时，宜用左转专用相位；4同一相位各相关进口道左转车辆每周期平均到达量相近时，宜用双向左转专用相位，否则宜用单向左转专用相位21。422设置的必要性中国现行的交叉口交通控制信号大多是针对机动车交通流设置的，加上行人专用信号灯较少，行人过街交通近乎于无控无序状态。这种状态导致行人穿越机动车、非机动车流，既不利于行人安全，也妨碍了机动车和非机动车交通正常运行。再者，大部分城市的平面交叉口较常见的另一现象是，随同向机动车绿灯信号过街的行人，在信号末期过街时，往往刚跨出人行道，机动车绿灯信号便切换成了黄灯信号，且在行人过街的途中转换成红灯信号，此时相交道路的车辆启动，行人便被阻于毫无安全保障的过街横道上，等候穿越机动车流空当，或者乘机动车启动之机，挡住启动车辆强行穿越。显然，这样既容易发生交通事故，又严重影响交叉口的交通秩序，降低了交叉口的通行能力。此外，当行人绿灯信号启亮，行人开始过街时，往往上一相位绿灯末期驶入的车辆还未通过该人行横道，常发生行人、机动车相互干扰的交通混乱现象。分析造成这种现象的原因首先，没有专用信号向行人提供通行权。在中国城市的大部分交叉口常无专门的行人控制信号，由此导致人们误认为交通控制信号仅仅是对车辆而言的，行人过街交通处于自由无序状态，甚至出现严重的闯红灯现象。其次，交通控制信号设置不合理导致行人通行能力偏低。行人专用相位杜绝或减少了人车冲突，允许包括路口对角方向之内的各方向行人通行，创造了安全、舒适和便利的行人步行环境。但其前提是增加一个相位，将很有可能增加交叉口车辆的平均延误，因此，对实施行人专用相位的交叉口进行延误分析，将非常有利于设置和评价信号配时方案20。设置行人专用控制信号，意味着机动车信号不必再为满足行人交通需要而设置较长的绿灯间隔22。423设置方法前面第三章所讲的对于两相位、三相位和四相位的控制交叉口，行人通行时，左转车辆同时放行，而右转车辆不受信号灯控制。在这种情况下，行人在通行的时间里始终存在着与转弯车辆的冲突。当机动车流量较大时，人行横道常常被转弯车辆强行阻断，行人被迫聚集在道路中央等待可穿越空当；而当行人流量大时，找不到可穿越空当的转弯车辆在人行横道前集结排队等候或慢慢向过街人群中渗透。这种干扰导致行人过街延误的增加和转弯车辆通行能力的下降，而且这种情况下行人、机动车的遵章率和交叉口安全