（交通信息工程及控制专业论文）城市道路平面行人过街交通设计与控制理论研究.pdf

摘要 行人过街交通足混含交通流l i l 的匝要鲺l 成部分。解决行人过街与机动车交通的l ：扰i 冲 突问题，足改善我咽城市交通运行状况的煎要内存。而此办l l l f k l l 笑的研究比较少，研究i 而向 实际问题的行人交通设计与控制理论砖辑观而急迫的需求。 本文。阿先综述了闽内外对行人过街交通的研究，j f ：分析了我闺行人过街交通的现状与问 题及e 成因。进一步明确本文的研究质点。随后，分交义il 和蹄段两方i l l f 研究了人行横道的 设计_ 力法。建讧了入行横递的宽度模型、人行横道位置模型，研究了二次过街人行横道、行 人自行车一体化等人行横道设计方法，并对= i e 适应性进行了详细的分析。 在交叉f ：l 行人过街交通投制方面，本文从传统的行人过街信_ 【设计办法的分析入予，分 析了绿闪时问f 内作用。建立了行人过街最短绿灯时n 日的计算模型，相拍订人研究的坫础上分析 了行人机动车绿灯f l l j 隔时i i j ，研究了行人嵌套卡| i 能、行人专用卡h 位、二次过街条仆下行 人棚位设计等行人伺i 位设计理论与方法，并对= l e 适应性进行了分析。随后，研究了彳伟g 年流 的控制策略。 相：路段行人过街控制方阿。本文精霞研究了引入模糊控制理论的路段行人过街感应控制 方法与理论。研究了控制的流程，设计了路段行人过街模糊控制器，= j ：对1 4 l 笑参数的确定方 法进行了探索。最后，在v i s $ i m 环境下应用v i s v a p 语奇编翟l ! 埘模糊控制器进行了仿真分 析，验证的该方法的适用性和先进性。 关键词：交通控制：行人信号；人行横道：行人过街；交通设计；模糊控制；v i s v a p a b s t r a c t p e d e s t r i a ne r c r s s i n gi sa l li m p o r t a n tp a r to fm i x e dt r a f f i cf l o w i no u rc o u l l t r y , i ti sav e r y i m p o r t a n tw o r kt os l o v et h ep r o b l e mo fd i s t u r b sa n dc o r f f l i e t sb e t w e e np e d e s t r i a ma n dv e h i c l e s u n f o r t u n a t e l yt h e r ei sl i t t l er e s e a r c h0 1 1t h et r a f f i cd e s i g na n dc o n t r o lo fp e d e s t r i a ni no u i c o u l l t r y s o ，i ti si m p e r s o n a la n du r g e n tt os t u d yt h et r a f f i cd e s i g na n dc o n t r o lt h e o r yo fp e d e s t r i a nc r o s s i n g i nt h i st h e s i s t h ec o n d i t i o no f 呻仃i a nc r o s s i n gp r o g r e s s e di sf i r s td e s c r i b e d , a n dt i l e p r o b l e m so fp e c l e s t r i a nc r o s s i n gi no u rc o u n t r yh a v eb e e na n a l y z e d s o m em o d e l sa l eb u i l t , s u c h 嬲t h em o d e lt oc a e u l a t et h ew i d t ho fp e d e s t r i a nc r o s s i n g , t h em o d e lt od e t e r m i n et h ep o i s o no f p e d e s t r i a nc r o s s i n g w ea l s oa n a l y z e c lt h et w i c ec f o s ss l r c e tm e t h o da n dd e a l i n gw i t hb i c y c l ea n d p e d e s l r i a ni nt h e8 a l l l es p a e e ，t h e nt h ea d a p t a b i l i t yo ft h e s em o d e l sa n dm e t h o d sh a v eb e e np r o v e d i nt h ep a r to fc o n t r o lt h e o r yo fp e d e s t r i a nc r o s s i n ga ti n t e r s e e t i o m ，f i r s t l yt h en o r m a lm e t h o d f o rd e s i g n i n go fp e d e s t r i a ns i g n a la n dt h ef u n c t i o no ff l a s hg r e e nh a v eb e e na n a l y z e d t l a r o u g ht h e d i s c u s s i o no fs c a t t e rt i m eo fp e d e s t r i a n s ，t h em i l l i m u mg r e e nt i m ef t r cp e d e s t r i a n sc r o s s i n gs t r e e t m o d e lh a v eb e e nb u i l t 伽p e d e s t r i a nc r o s s i n gc o n t r o lt h e o r ya ti n t e r s e c t i o nh a sb e e nd e v e l o p e d , w h i e l ai n c l u d em o d e l st od e t e r m i n eg r e e ni n t e r v a l s ，p h a s e s p e d e s t r i a ne x c l u s i v ep h a s e b e c a u s eo f t h ec h a r a c t e r i s t i co fm i x e df l o w , t h ec o n t r o ls t r a t e g yo nr i g h tt u r nv e h i c l e sh a sb e e ns t u d i e d i n 她p a r to fc o n t r o lt l a e o r yo fp e d e s t r i a nc r o s s i n ga ts t r e e t , t h ef u z z yc o n t r o ll o g i co f p e d e s t r i a nc r o s s i n gh a sb e e np r o p o s e da n ds i m u l a t e d i n c l u d i n gt h ef l o w c h a r to ft h ef u z z yc o n t r o l , t h ed e s i g n i n go ff u z z yc o n t r o l l e ra n dt h ed e t e r m i n i n go fc o r r e l a t i v ep a r a m e t e r s as e r i e so f s i m u l a t i o nw i l sc a r r i e do u tu s i n gp r o g r a m sw i l t e db yv a pt op r o v ev a l i d i t yo ft h ef u z z yl o g i c k e yw o r d s ：i n t e r s e c t i o n ；c r o s s i n g ；p e d e s t r i a nc r o s s i n g ；t r a f f i cd e s i g n ；t r a f f i cc o n l z o l ； f i l z z yc o n t r o l ；v i s v a p 声明尸明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取 得的成果，撰写成博士，硕士学位论文= = 越直道路垩亘堑厶过垡童适 邀盐量控剑理途亟筮：。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未 公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：马万专台 2 0 0 4 年3 月2 日 笫一章绪论 1 1 课题来源 第一章绪论 本论文是以下面的科研项目为背景开展研究： 国家重点基础研究发展规划( 9 7 3 ) 子项目“城市交通监控与管理系统” c i i g l 9 9 8 0 3 0 4 0 8 ) ； 令 国家自然科学基金一通用“中国科学研究基金 资助项目“中国城市道路与交 通适应性及其改善方法研究 ( 7 0 1 2 2 2 0 l ，g 0 1 1 4 ) ； 1 2 研究背景与问题提出 步行出行是所有出行方式中最节约资源的一种出行方式u 】，它不仅本身是一种重要的短 途交通方式，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i “1 。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 3 1 1 4 1 。 特别是在我国，人口众多，步行出行和非机动车出行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口1 。我国城市步行交通在大城市总出行量中约占4 0 ，中等城市约t 与 5 0 以上，小城市则多达6 0 以上。然而长期以来，各城市道路交通设计、交通控制、交 通组织管理等研究工作的过程中，往往只以机动车交通流为主要考虑对象，而对步行交通的 重视不足。根据武汉市1 9 9 8 年7 月对行人和机动车驾驶员所进行的调查，行人对道路设施 “不太满意”和“很不满意”的比例占到5 7 ，丽机动车驾驶员对道路设旌“不太满意” 和“很不满意”的比例仅占到3 8 3 。随着国民经济的持续快速发展和入民生活水平的提高， 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- 束越高。 与此同时，我国城市交通的机动化在加快，小汽车的普及率在提高，越米越拥挤的机动 车对交通时空资源的要求也与日俱增。过去的1 5 年间，我国城市的交通流量年增长22 ， 为世界历史上所少见h l 。同时由于资源的有限性，机动车交通与步行交通之问相互争夺交通 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问的卡日互干扰、冲突是这种 矛盾最直接、最典型的体现，已经成为中国诸多交通问题重要的成因之。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，在2 0 0 1 年上海市交通事故中，由于行人与机动车的冲突而导致的事故占总事故数3 4 ，因此死亡 的人数占总事故死亡人数的1 8 【6 】。协调行人过街交通与机动车交通之问的关系，对与改善 交通秩序。提高道路通行能力有非常直接的现实意义，同时对于改善城市交通环境，提高城 市品位和整体形缘也有重要的作用。 】 笫一章绪论 然而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。 但是针对不同的道路与交通条件，如何进行科学合理的行人过街交通设计与控制，协调行人 过街交通与机动车交通之问的关系，无论从理论的系统性和实践上都还未形成具有普遍意义 的成果。因此有必要就此课题展开深入的、理论与实践结合的研究工作。 1 3 研究目的与意义 1 3 1 研究目的 根据对我国行人过街交通的分析，研究适合我国混合交通情况的行人过街交通控制与设 计理论，探索行人过街交通与机动车交通最佳组合技术。改善混合交通的通行秩序，提高交 通安全性和效率。促进城市入屠环境的改善，为城市交通设施建设管理提供决策支持。 1 3 2 理论意义和实际应用价值 行人过街交通问题，已经成为影响我国交通运行的重要问题。行人通行权没有保障，行 人乱穿马路，转弯车辆与行人的冲突等在许多城市随处可见。为了改善这些现象，有一些简 单化的措施被提出，诸如“撞了自撞”等措旌的出台。因此从理论上解析行人过街交通问题 产生的根源变的十分迫切，这正是本文的切入点。其成果将对正确韵理解和处理行人过街交 通问题产生重要的影响。 针对客观存在的行人过街交通需求如何最佳地设计行人过街设施? 如何进行行人信号 控制? 如何对机动车与行人的通行权进行组合与协调，在交通安全的前提下实现交通效益最 大化? 目前尚未有一套完善的理论回答这些问题。此外，国外的许多学者对行人过街交通也 做过相关研究许多研究成果在国内的适应性还没有得到论证与理论分析。本文希望在这些 方面进行较系统的理论研究，其成果对科学合理地应对我国的行人过街交通问题有重要意 义。 1 4 研究内容与技术路线 1 4 1 论文章节安排 论文的章节安排如下。 第二章行人过街交通研究综述 对圈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与重点。并通过射我国 行人过街交通的现状、存在问题的分析，进一步明确本论：艾的应用性研究需求。 2 第一章绪论 第三章人行横道设计方法与理论 分交叉口和路段两种情形，对入行横道的位置、形式、宽度的确定方法等行人过街通行 空间设计问题进行研究，形成适用的人行横道设计方法与理论。 第四张交叉口行人过街交通控制理论 研究交叉口行人信号绿灯时间、行人机动车绿灯间隔时问的确定方法，行人信号相位的 设计方法、行人与机动车信号相位组合方法、右转车的控制策略等，建立一套可以指导的交 叉口行人信号控制方法与理论。 第五章路段行人过街交通模糊控制理论 在路段行人过街交通控制中引入模糊控制理论，设计路段行人过街模糊控制器，建立路 段模糊控制系统，并检验其有效性与先进性。 第六章结论与展望 总结论文的成果，提出有待进一步研究的课题与方向。 1 a 2 主要研究内容 现状行人过街交通设施的适应性分析。 交叉口人行横逆设计方法和理论，包括人行横道的位置、宽度确定模型，二次过街 人行横道设计方法与理论、行人自行车一体化设计方法与理论等。 路段二次过街人行横道的设计方法及评价分析。 交叉口行人信号控制理论，包括行人信号绿灯时问确定模型、行人机动车绿灯 问隔时间计算模型、行人信号相位设计方法、行人相位与机动车棚位的组合方法、 行人自行车一体化设计方法与理论等。 路段行人过街模糊控制方法与理论。 1 a 3 研究方法 文献查阅：收集并吸收国内外已有的研究成果，在对这些成采作尽量全面综合的分析与 评价的基础上，展开更加深入的研究。 系统建模：通过运用交通工程、交通心理学、概率统计、模糊控制等方法和理论提出相 关方法、建立相关模型。 交通仿真：对模型进行检验和修正。 实际检验：检验设计方法和控制模型的可行性与有效性，并根据检验结果迸一步完善模 型。 1 4 4 技术路线 3 第一章绪论 基于“以人为本”的思想，以实现行人的安全便捷和混合交通的整体效益最大为主线， 在分析现状行人交通问题及其改善需求的基础上，批判地继承前人的研究成果，展开面向问 题的行人交通设计与控制理论研究。 研究的技术流程如下。 1 。5 本章结语 圈1 4 1 论文结构与流程 本章首先介绍了论文的课题来源，阐述了研究的背景、目的和意义。对论文研究的内容 进行了界定，并提出了研究的技术路线和具体的研究方法j 本章参考文献 【1 1 陈自磊。城市行人交通研究上海同济大学硕士生毕业论文2 0 0 1 【2 】上海市城市交通发展白皮书人民出版社2 0 0 2 【3 】囡城市交通规划论上海同济大学出版社1 9 9 8 4 】香港规划署行人环境规划研究香港2 0 0 1 【5 】杨晓咒等上海市公安道路交通管理规划上海2 0 0 2 4 第二章行人过街交通研究综述 第二章行人过街交通研究综述 本章的主要介绍与论文研究相关的国内外行人交通设计与控制方面的研究进展情况，并 对其进行客观地分析和评价，结合中国的具体情况进行适用性分析。本章的另一部分内容是 对国内行人过街交通现状、特征及其问题进行分析。 2 1 国内外行人过街交通的研究状况 行人过街交通由来已久，人行横道源于古罗马时代的跳石n 1 。2 0 世纪5 0 年代初期，英 国人在街道上设计出了一种横格状的人行横道线，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。斑马线不久给人们提供了一条安全的通道，而且也给行驶中的司机以“减 速缓行”、“礼让行人”的示意。 2 1 2 国外研究现状 1 关于行人过街信号控制的研究 在行人信号控制方面，对按钮信号控制人行横道n 钉、红灯期问转弯车辆的控制“1 以 及行人过街时问嘲州h 1 等问题，有很多相关的研究，下面给以简要介绍。 d a v en l o c k w o o da n dh u b r e c h tr i b b e n s 子1 9 9 0 年研究了信号控制人行横道( p e l i c a n p e d e s t r i a nc r o s s i n g s ) 在发展中国家的适用性n 1 。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。b a r b a r ap r e s t o n 等人 研究了按钮信号控制人行横道处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。与等待时问内车流的空挡分布有密切关系。 丹麦的“行人和信号交叉口”( p e d e s t r i a n a n ds i g m l i s e d i n t e r s e c t i o n s ) 一书中分析了行人 早起控制的作用 ，指出了这种控制方式的目的在于使机动车特别是右转机动车更窖易的看 到过街行人，以避免交通事故。h e r m a nh u a n g 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。 m a r k 薹乙v i r k l e r 等人在总结前人研究的基础上对行人过街绿灯时问进行了研究。但 其研究对象为3 米宽，6 - - - - 1 2 米长的入行横道，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。 日本的饭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 5 第二章行人过街交通研究综述 析。 2 关于行人过街交通设计与安全研究研究 国外在行入交通设计方面也有不少研究1 一别，而且常与行人过街行为和行人安全研 究相结合进行。 g b g r a y s o n , b s c , p h d 。对影响行人过街安全的因素进行了分析，并与1 9 6 2 年r 0 a d r e s e a r c hl a b o r a t o r y 的研究结果进行了对比。t h o m a sef u g g e r , j r ，r e ，b r y a nc r a n d l c sa n d j e s s elw o b r o c k 对老年人在信号控制交叉口的过街情况进行了研究。u s a c c e s sb o a r d 还 对行人过街设施作出了详细的规定，以使其同样适应残疾人、老人等弱势群体使用。而 v i r g i n i ap s i s i o p i k u ，p h d 等人在其研究中，把人行横道分为如下六种类型： 信号控制人行横道 无信号控制人行横道 路段斑马纹人行横道 路段双线横道 有巾央安全岛的横道 有标志和有信号控制的人行横道 通过对人行横道上行人过街遵章率和满意程度的调查，对比了不同类型横道的有效性。 j e 研究结论如下： 合适的标志和科学仔细地设置设施，能鼓励过街者使用设计的过街设施： 路段的斑马纹横道和交叉口豹信号控制横邀能够吸引过街者使用设计的过街设施， 而无斑马纹的路段过街横道和无信号控制的交义口过街横道的吸引力明显低_ 些； 中央安全岛的存在，能够强化过街环境并增加横道的美学效果，而其在降低行人 过街遵章率方面的作用十分微小； 不合理的信号配时，会降低行人遵守信号的比例： 舒适、安全和经济实惠的过街环境有助于提高设施服务水平的环境因素； 设施的便利性、可达性、标志等都是设计行人过街设施时要考虑的要素。 p a r v i zak o u s h l d 等人对行人过街事故的成因进行了研究：他们在对科威特1 9 9 酽_ 9 8 三 年的造成行人伤亡的4 5 0 起交通事故调查分析的基础上，得出了如下结论： 受害者女性居多： 0事故经常发生在夜里和凌晨； 绝大多数事故与机动车有关，高速度是造成事故的罪魁祸酋；使用移动电话( 尤其 是女性使用) 和粗心大意驾车分别列导致伤亡事故的第二位和第三位原因： 口 破i 的人行道也是导致行人事敞发生的因素之一，入行道的拙劣设计，不连续的人 行道、停车和其他障碍物导致行人不得不离开人行邀进入供快速的机动车行驶的车行道里， 导致交通事故。 o烟雾等环境因素足导致事故发生的又一因素。 6 第二章行人过街交通研究综述 i - c r i i l a i lh u a n g 和c h a r l e sz e g e e r 研究了无信号控制人行横道上，三类交通标志标志在 提高行人过街安全性方面的作用，指出仪依靠这些设施单独并不能确保机动车能够减速让行 过街行人，同时应该伴随以教育和强制实施。 p a u l ad r a y m o n d , r i c h a r dl k n o b l a u c h 研究了设置人行横道对机动车速度的影响，该研 究表明，设置人行横道之后，会使机动车驾驶员更加小心，至少会更加留意过街行人。r i c h a r d l k n o b l a u c h , m a r s h as n i t z b u r g , r i t aes e i f e r t , p k d 等人的研究指出：在无信号控制交叉口 设置人行横道只有在确实需要时才会发挥很好的作用，如果随意设置人行横道，其作用会明 显降低。x u e h a oc h u 还研究了道路环境在行人过街中的作用。 日本的长山太久等人从危险预知的角度研究了如何保护过街行人安全的问题。 对行人过街交通设施设计方面的研究，可谓细致入微，也体现了交通设计“以人为本” 的思想。但是；这些结论是否适合中国的具体情况尚没有明确的答案，而对于如何把一些先 进的理念及做法本土化，扬其长而避其短，尚需要交通工程师进一步研究。 3 关于行人过街设施服务水平研究 x u e h a oc h ua n dm i c h a e li 乙b a r e s 等人研究了路段行人过街设施服务水平模型晒1 ，而对 步行设施服务水平相关的研究成果主要体现于美国的通行能力手册( h c m ) 中筠1 。这些研 究成果都是单独考虑行人的。在交叉口混合交通条件下，综合计算和评价混合交通流的通行 能力和服务水平是其研究方向。 4 关于行人检测设备研究 r o n a l d h u g h e s ，h e r m a n h u a n g , c h a r l e s z e g e e r 对行人自动检测系统的适j 碍= j 性进行了研 究仞1 ，c l w a na n dk w d i c k i m o n 等人对行人检测设备的发展进行了总结和展望1 2 8 1 。 国外对行人过街交通的研究，从信号控制、设计到检测器，从效率到安全等涉及到各个 方面。主要研究思路是针对一种现象或者一种处理方法进行实际交通状况的调查分析，并 作出评价，而查到的相关的控制理论以及参数计算模型很少。在查阅资料的过程中还发现， 在所有针对对行人过街问题的研究中，有关行入安全的研究所占比侈| ；最大，对箨种设计方法 的评价，首要考虑的也是安全评价。而且，这些研究中对老年人、有视力缺陷：耆等弱势人群 的重视程度非常高。 2 1 3 国内研究现状 国内对于行人过街交通的研究，主要集中在对行人过街信号控制、设计和行人过街立交 设施设置条件的研究几方面。 1 关于行人过街信号控制研究 同济大学杨晓光、陈白磊等人对行人过街交通的控制与设计方法进行了研究鼬1 。得出 了混合交通条件下绿灯间隔时间的计算模型，并以行人过街延误为依据。建立了无信号控制 下行入过街延误计算模型。此研究仍然是建立在人行横道上行人穿越机动车流过街的基础上 的，即继承了横道上机动车优先的思路。而机动车优先通过入行横道的假设时于保护行人的 7 第二章行人过街交通研究综述 通行权十分不利。因此其结论也具有相当的局限性，而且，此研究仅给出了路段设置行人信 号的条件，没有给出路段行人信号控制的方法。 同济大学黄文忠等人在假定通行规则为先到者优先通行的情况下，对无信号控制人行横 道处的行人和机动车的延误进行了分析嘞1 。 同济大学杨晓光等入还研究了基于混合交通流的相位绿灯间隔时间确定模型臼嘲1 鼬。 这一模型的建立，为混合交通条件下科学合理的进行相位衔接和切换，提供了理论依据。 杨晓光、林瑜等人对路段行人感应信号的设置方法进行了研究。采用感应式路段行人过 街控制模式，既能保证行人的安全，又能体现系统的效益。该成果从理论上初步确定的感应 控制方法，并没有进行相应的检验，丽其内部的控制参数计算以及控制机理尚需进一步完善。 2 关于行人过街交通设计研究 同济火学杨晓光教授等人对行人交通的安全设计、有序化设计进行了一系列研究嘲嘲。 对二次过街入行横道、行人过街安全岛的设计进行了论述。东南大学陆建等人研究了行人过 街设施合理问隔。 3 关于行人过街事设与安全研究 睦安大学( 原西安公路学院) 的刘希柏、刘皓学等人对行人交通事故以及老年行人交通 行为进行了较为详细的研究酗跏，指出行人交通事故有如下特点： 行人事敝大多发生在行入通过交叉口或横穿道路融f 人部分行人事故发生前，行人与机动车的距离在5 - - - 1 5 米的范围内，机动车的速度 在3 0 4 0 k m l h 左右。 在行人死亡的交通事故中，1 4 岁一下的儿童及6 5 岁以上的老人比例最大。 2 1 3 研究发展方向与动态 对国内夕l 行人交通研究现状的综述袭明，适用于我国行人过街交通特征和道路条件，可 供我们直接应用于解决城市道路行人过街交通问题的理论和方法并不是很多，这就要求我们 必须踏踏实实地深入研究行人过街交通控剑与设计理论，形成一套改善我国城市道路行人过 街的理论与方法。 如今在国内许多城市交通问题日益尖锐的情况下，行人通常被指责为引起交通效率低下 钓罪魁祸茸。无论事实是否如此，行人交通已经成为众矢之的。如何使行人过街交通与机动 车交通达到最佳配合，提高交通效率与安全已经成为迫在眉睫的尖锐与敏感的问题。这一问 题的解决将关系到交通、经济乃至社会的健康快速发展。国家自然科学基金一通用“中国科 学研究基金”资助项目“中国城市道路与交通适应性及其改善方法研究”正足在此情况下应 孕i = f i j 生。建立一套系统的适合我同交通状况的行人交通控制理论与方法米解决目前的交通问 题成为研究与实践的方向。这些都使得本研究姓得十分迫切。 像奖围、欧洲的国家，皿然他们的步行交通的出行比例和绝x 寸量一 ：都比我国小得多。但 这些嗣家对步行交通却十分重视，j 产t c - 是在确保行人特别是老年人、儿童、残疾人安全方面 r 第二章行人过街交通研究综述 的研究已经十分细致深入。他们取得的这些研究成果对我们来说应该是一种鞭策和启示，我 们的科学研究应该能够服务于所有的交通参与者。确保各类交通参与者的交通权益。进行行 人过街交通问题研究，不仅促进交通学科的发展，也是为了更好地解决我国的实际交通问题， 为了更好地保障步行交通出行者的权益。 2 2 我国城市行人交通现状及特性 行人交通即步行交通，是近距离出行最常用的方式。目前很多国外城市已经认识到了步 行出行的重要性，为鼓励步行出行以及防止步行者因交通不便的原因而转向其他交通方式， 努力采取各种手段提高步行的出行比例。在我国城市中，人口密度大，步行出行量远远大于 国外。我国道路交通的一大特点就是步行交通流、非机动车交通流、机动车交通流混行啪1 ， 现将我国城市行人交通的现状综述如下 2 2 1 步行出行状况 步行出行在各种交通方式中，占有相当大的比例。据2 0 世纪9 0 年代的统计，在大于 2 0 0 万人口的城市，步行出行约占出行总量的3 5 ，1 0 0 2 0 0 万人口的城市中约占柏， 少于1 0 0 万人口的城市中约占4 5 左右。下图为入口超过1 0 0 0 万的特大城市上海市1 9 9 5 1 9 9 9 年步行出行在总出行量中所占的比例变化情况。从中可以看出随着时问的推移，步行 出行所占的比例基本稳定在3 0 左右，是继自行车出行之后的第二大出行方式嚣1 。 圈纰- 1 步行出行比例变化( 资料来源：上海市公安交通管理规划) 捆比之下，发达国家的步行出行比例则要稍低一些，如日本的约占2 0 4 0 ，美国 约为l o 2 0 ，英国约为3 0 。 需要明确的是，即使不采用步行作为基本的出行方式，其他交通方式的两端也是步行。 在加之我国人口众多，在城市里，过街行人的数量巨大，次数频繁。特别是繁华的商业区， 人行横道两侧常常挤满了等待过街的行人。 9 第二章 行人过街交通研究综述 2 2 2 过街设施情况 1 行人过街天桥与地道 国外于上世纪初，开始出现行人通过地道穿越道路，上世纪五十年代末，随着城市交通 问题的日益严重。利用行人天桥跨越道路的形式开始兴起。从那以后，人行天桥在国外一些 国家迅速得以发展。天桥的形式，也由解决行人穿越道路的简单构筑物发展到跨越高速公路、 联系道路两侧建筑等较大型构筑物。甚至出现了专为行人和自行车而设置的高架道路。 在我国，大量建造行人立交，是1 9 8 0 年以后开始的。1 9 8 3 年9 月，在全国城市桥梁经 验交流会上，人行天桥成为议题之一，1 9 8 4 年又召开了全国人行天桥经验交流会油1 。 由于天桥及地道需要大量的投资，同时行人过街必须上下天桥或进出地道，增加交通的 不便性，所以只能在确实需要的地方设置天桥或地道，否贝0 反而会导致行人在天桥和地道之 外乱穿马路，使得交通状况更加恶化瑚1 。特别是在有自行车过街处，更要谨慎处理。 2 人行横道 与行人天桥和地道棚比，人行横道作为一种过街设施更加普遍。人行横邀施划简单，造 价低廉，且行人易于接受。但是由于人行楼道与机动车道相交，并没有实现行人机动车 的完全分离，这特征使得如何设计人行横道，如何分配行人与机动车的通行权，如何最大 限度的提商整体的交通效益，成为广泛关注的问题，也是交通工程师必须面对的问题。 2 2 4 行人交通事故 据1 9 9 9 年全国交通事故统计，死亡人员总量中自行车占1 6 , 4 9 - o o ，步行占2 5 9 6 。与 经济发达国家步行死亡率相差较大。据2 0 世纪9 0 年代资料，法国为1 9 4 ，加拿大为 l7 2 ，英国为1 5 3 。刚在行人死亡的交通事故中，1 4 岁以下儿童和6 5 岁以上老人所占 比例最大嘲1 。从行人交通事故韵情况可以看出，步行交通的安全性不佳，尤其使老人、儿 童步行交通问题需要高度的重视。 2 2 5 行人交通管理与控制状况 国西对行人过街交通的l 譬理在加强，但控制还处在较低的层次，这从上海市信号控制交 叉f - 行人信号灯的安装率只有8 左右可见一斑脚。而更少有城市的路段人行横道上安装 了行入信号灯。 在国内，步行交通被交通管理部门认为是最难于管理的一种交通方式，这与数年来形成 的认识习惯不无关系；导致行人交通难以管理的更为重要的原因可能是行人交通没有得到应 有的重视，没有良好的步行空间，步行设施的人性化设计不足，便捷性差等。 1 0 第二章行人过街交通研究综述 2 。3 过街步行交通特性 对步行交通特性的把握足进行行人过街交通设计与控制研究的前提。本节主要通过文献 查阅与吸纳分析，获得对行人交通特性的全面了解。主要内容包括单个行入交通特性和行人 流交通特性以及信号交叉口行人与机动车、非机动车交通特性的对比分析三个方面。 2 3 1 单个行人交通特性汹“叩 单个行人交通特性主要体现在步行速度和步行幅度等方面 3 9 1 。这些与行人的年龄、性 别、出行目的、心理等因素有关，也与行人生活的区域、环境、街景和交通状况有关。 1 行人步行速度 步行速度为行人单位时问内行进的距离，在北京市中等繁华商业区的调查结果疆示n 1 ， 步行速度的分布范围较宽，从0 5 m s 剑2 1 6 m s ，但集中予1 0 1 3 m s 之闻，占全部行人 步速的6 0 7 n ，男性行人步速的5 4 3 ，女性行人步速的6 7 2 0 a 。 穿越入行横道时的步速比人行道上稍高，约相当于入行道步速的1 1 倍，该速度是设计 行人信号配时的依据。设计步速可取1 2 m s 。 2 步幅特点 步幅的分布区间，因性别、年龄稍有差别。男性行人步幅在0 5 0 8 m 之问的占9 5 。 男性中青年步幅在0 7 0 8 m 的人数远远超过步幅为0 5 0 6 m 的人数；男性老年行人则栩 反，步幅在0 5 0 6 m 的占多数；女性行人步幅在0 5 0 8 m 问的也占9 4 以上。但在o 5 0 6 m 的人数远多于0 7 - - 0 8 m 的人数。 步幅大小。与步速快慢几乎无关，行动缓慢步幅大，步速不一定快；行动急促者，步幅 小，步速不一定慢。 儿童的步幅稍高于老年人，但步速却仅次于男性中青年，可见其行动之急促。所以布置 行人交通设旌及交通管理中要考虑保护儿童的措旌。 3 等待时间 为等候车流中可穿越空档的出现，行人常需有个等待时间，日本东京的观测结果表明， 可等待时问分布范围很广。女性越是高龄比男性可等待时阅越长，平均男性为6 s ，女性为 1 0 s ，如需等待的时问超过4 0 s 时，就有人冒险强行穿越，所以认为穿过行人横道的等待时 间容许限度以4 0 s 为宜，设置行人信号灯时，应努力缩短行人等待的时问。 第二章 行人过街交通研究综述 2 3 1 相关因素对行人交通特征的影响分析弛1 因素 行人速度个人空间行人注意力 垅年人正常的步行速度为成年人步行时个人空间要求成年人比较注意交通安全，注 年龄0 - 1 3 m # s 之问，儿童的步行0 9 2 ，s i n 人，儿童个人空间要求意根据环境调整步伐和视线， 毽度随机性较大，老年人较慢。比较小，老年人则要求比较大儿堑喜欢任意穿梭。 性别男性比女性快男性大，女性小相当 工作、事务性出行，步行速度 工作、事务性出行，注意力比 目的 复杂较集中，生活性出行注意力分 较快，生活性出行较慢。 散。 受文化教育高的人一般要求较 受文化教育高的人一般比较 文化及素养复杂 高，为自己，也为别人。反之， 注意文明走路，交通安全 则要求低，也不太顾及别人 城里人的生活节奏快，步行速 城里人步行时注意力比较集 区域度离。乡村人生活节奏慢，步复杂 中，乡村人比较分敝 行速度慢 心情阑暇时个人空问要求正常， 心情闲暇时速度正常，心情紧 心情闲暇对注意力容易分鳆? 心境心情紧张时要求较小，烦恼时要 张、烦躁时速度较快 紧张时比较集中 求较大 街嫌丰豳时速度放慢，单调时街景事窗时个人空问小，单调时衡娥丰富时注意力分数，革调 街景 速度加快 个人空间大 时集中 交通状况拥挤时，速度放慢拥挤时，个人空问变小拥挤对注意力集中 2 3 2 行人流交通特性“日 1 行人流速度与密度关系 行人流的速度与密度之间的关系与机动车流相类似，如下图2 _ 3 1 所示。 o3 已 毯2 避 潲 1 0 0 一购物眷 上_ f 班职工 一一一一学生 、 。? 一 j 卜 0 10 20 3o 4 密度( 人，7 乎方英尺) 阉2 - 3 1 行人速度与密度的关系 第二章行人过街交通研究综述 2 行人流量与行人空间的关系 行人速度与流量的关系和机动车速度与流量的关系也很相似，所不同的是。步行人流的 成分不同，其流量一一速度关系也有所不同，见下图。 黧t ( d 非) 圈2 每- 2 行人速度与密度的关系 2 3 3 信号控制交叉口行人与非机动车、机动车交通特性对比n 门 我国城市道路交叉口的交通流呈混合特征，各种交通方式的运行特征存在很大不同嘲。 以交通流按交通规则通行为前提，归纳混合交通的运行特征于表2 3 - 2 ，并将混合交通流的 运行速度及饱合状态特征分别绘制于圈2 3 3 和图2 3 4 中。经比较可知混合交通在通过信 号灯交叉口时，其运行特征存在显著的差异。 - 寝z - 3 - z 信号灯控制交叉口交通运行特征翻 交通流运行特征 糖 类别 绿灯韧期绿灯中期绿灯末期 行人 无起动反应时间损失，集团式进入交过街速度慢，双向行人稀疏，闯信号 交通流 叉口 过街行人互为影响者易巾途受阻 起动反应时阅损失近乎为零，集团性左转车过街困难，流量小，绿灯利用 自行车 进入交叉口，左转车与同向进口直行道机并影响直行机动车车通率低，闯黄灯的车辆易 交通流动车竞争通过冲突点行，行驶速皮介于行人构成对另一相位绿初驶 和机动车之间入车辆的影响 有起动反应时间损失( 一般为2 秒，有按饱和流量通过，一教按到达流量通 机动车 时甚至趣过1 0 秒) ，前四或五辆车不能按车速大于行人及自行车过，存在绿术时问损失 交通流 饱和状态驶入交叉口 速度 1 3 第二章行人过街交通研究综述 0 a ia 2 a l t ( 1 图2 - 3 - 3 混合变通流绿初速度比较鲍1图2 - 3 4 混合交通流饱和状态比较! 矧 图2 ，3 3 、2 3 - 4 中的纵横坐标分别为距离和时问。当绿灯亮后时间为a l ，在绿灯启 亮剑a 2 时，棚应机动车、自行车、行入速度：v m 、v b 、v p 。存在关系：v 。 v p 。所以可知，混合交通流在绿灯的 不同阶段，特别足绿初和绿尾阶段运行速度存在着显著的差异。 为了便于比较，将机动车、自行车、行人交通的饱和状态攒绘于图2 3 - 4 中。圈2 3 4 中的纵坐标分别足：q k ( 机动车流量，辆，秒) 、q “自行车流量，辆米秒) 、q p ( 行人交通量， 人米秒) 。易见。行人和自行车交通流与机动车交通流糨比，绿灯启亮后所保持的饱和状 态时问较短，而绿初时期饱和状态出现的时刻则相对较早( 这是由于几乎无启动损失时阿所 致) 。所以，我们应充分地注意并利用混合交通流之间的这些差异，在时间资源上使其信号 槲位能有机地衔接，在空间上使各种交通流之间的相互冲突最少，提高通行能力、通行效率 和安全性。 2 4 行人过街交通问题及其成因分析 2 4 1 行人过街交通问题的表现 我国城市中行人过街交通问题的表现可以归纳为如下。 交义a 行人过街问题路段行人过街问题 图2 - 3 5 行人过街基本问题示意圈 1 4 第二章行人过街交通研究综述 问题l ：转弯车辆干扰过街行人： 问题2 ：行人受阻于交叉口道路中央，无处立足； 阀题3 ：行人横道宽度不足： 问题4 ：相位变换期问行人与机动车的冲突； 问题5 ：人行横道过长； 问题6 ；路段行人过街困难； 问题7 ；路段过街行人受阻于道路中央； 问题8 ：行人涌入人行横道，车辆难以通过。 其他问题：如入行横道间距不合理、行人过街设施便捷性差等。 其中，问题1 、2 、4 、6 、7 、8 均属于混合交通的相互干扰问题。这种相互干扰造成了 行人、机动车“双败”的局面。问题3 、5 属人行横道的交通设计问题。 这些问题的存在使得行人和机动车正常的交通需求都没有得到较好的维护，导致行人 事故频发，交通设施的利用效率也大大降低。 本文正是针对这些问题展开的研究。 2 4 2 行人过街交通问题的成因 1 城市规划与土地利用方面 考察问题成因，从城市路网结构来看，支路、生活区道路都可以与生干道直接艉j 连，从 土地利用上看，主干道两侧商业用地居多，而且直接面向主干道开口。这种不合理路网结构 和土地利用把行人的活动空问直接接到了主干道上。造成了交通千邀卜行人过街需求臣犬砸 且分散，这给行人过街设施的布置带来相当火的困难，而且也很难阻止行人随意穿越道路。 加以公交站点布置得不合理，也将行人引向主干道。 2 交通设计层面 以往较少进行交通设计，在建造设施时对行人过街交通的考虑严重不足。道路断面的不 合理，无法阻止车辆的左进左出，也不能对行人实现有效的隔岗；宽阔的道路断面上没有行 人过街安全岛和保护区，到达道路中央而无处立足的行人除了强行穿机动车流之外别无选 择；设最行人过街设施的地点有障碍而无行人过街设施的地点无障碍，有行人过街需求的地 点没有设施。没有需求的地点设施剩余等，这也是造成目前行人过街交通服务水平羞而且人 机干扰严重的现