信号交叉口非机动车和行人混合交通流运行特性

信号交叉口非机动车和行人混合交通流运行特性
摘要：介绍了国内外有关信号交叉口非机动车和行人混合交通的研究背景，将信号交叉口非机动车和行人混合交通流在交叉口的运行过程分为三段进行研究，进而分析了信号交叉口非机动车和行人混合交通在非人集结过程、过街通行过程的集结特性及通行特性并建立了相关的时间模型；对干扰冲突过程中非人混合交通对右转机动车的干扰进行了研究，并给出了评价干扰的指标。

关键词：非机动车和行人；混合交通流；集结群；集结过程；通行过程；干扰冲突
引言
长期以来，信号交叉口非机动车和行人混合交通的研究一直是交通工程领域研究的薄弱环节，国内外交通学界的学者在这方面开展了大量的研究。

在发达国家，由于交通流中的非机动车以自行车为主，所以这些国家主要对自行车交通流特性进行研究，虽然较少但也有一些成果，如：Smith 和Opiela 在不同的环境下测定了自行车的行驶速度分布，Botma 和Papendrecht 建立了自行车排队长度与平均速度的关系。

而M. Hossain 研究了信号交叉口非机动车对于机动车饱和流率的影响，并建立模型。

在国内，交通学界的专家学者对信号交叉口非机动车和行人混合交通的研究也有一些，如：谢之权等人对自行车??—行人共享道条件下自行车交通流特性研究，建立了共享道条件下自行车交通流的基本模型。

曲大义、王殿海等人对中国城市混合交通中自行车和行人在交叉口的到达特性和释放特性以及混合交通中机非冲突机理进行了研究，并给出了此问题的解决方法；王铨登通过对成都市6个无左转专用信号的平面信号控制交叉口的24 条人行横道上行人过街时间进行调查与分析，建立了行人过街平均时间模型并通过了检验。

本文基于此背景下对信号交叉口非机动车和行人混合交通进行了研究。

1.数据采集
为获取信号交叉口非机动车和行人混合交通的基本参数，论文选取了福州市五四路～东大街路口的四个路口为调查点，调查工作于2012年8月开展，调查日期选在晴朗天气的高峰时段，上午7：30-8：30，下午取5：00-6：00。

调查内容分两次进行，第一次主要采集非人集结过程以及过街通行过程的数据，第二次主要采集干扰冲突过程的数据。

2. 非人集结过程特性
2.1.非人集结过程描述
非机动车和行人混合交通流的的集结过程（简称非人集结过程），是指在路段上行驶的交通实体（主要指电动车、自行车和行人）在信号交叉口遇到红灯后，陆续停车排队而在集结区聚集成群的过程。

集结群是指在红灯期间非机动车和行
人混合交通流集结的群体，绿灯通行时的后继交通流不计入此群体中。

集结的空间占有率是指红灯集结期间，非人混合交通流集结的面积与集结区总面积的比值。

非人混合交通通过启动线（人行横道的起点）的时间是指从绿灯放行时开始计时到集结群通过启动线所用的总时间。

论文通过对福州市五四路—东大街路口的调查，在红灯时间内，记录人员将电动车、自行车和行人的数量分时段分别记录下来，在绿灯通行时，计时人员将集结群通过启动线的时间记录下来。

2.2.集结群通过启动线的时间模型
集结群通过启动线的时间与集结的交通量和集结的空间占有率有关。

一般来说，集结的交通量越大，集结的空间占有率越大，集结群通过启动线的时间也就越长。

因此，利用SPSS软件建立集结群通过启动线的时间与集结的交通量和集结空间占有率的二元线性回归模型如下：
Y= 0.064 +0.034 +7.406 （1）
R=0.887
式中：
Y —集结群通过启动线的时间（s）
—集结群集结的交通量（个）
—集结群集结的空间占有率（%）
R—相关系数（表示集结群通过启动线的时间与集结的交通量和集结的空间占有率的紧密程度）
3 . 过街通行过程特性
非机动车和行人混合交通流的的通行过程是指在绿灯放行后，集结群通过人行横道穿越过街到达对向集结区的过程。

而论文主要针对位于集结群不同部位的电动车在非人混合交通影响条件下的过街速度分布特性进行了研究。

通过对集结群不同部位的电动车在非人混合交通影响条件下进行分段式过街速度的调查（以启动线作为起始点），并利用Excel软件进行过街速度图的拟合，发现电动车在非人混合交通影响条件下不同部位的电动车表现出不同的速度特性，其中位于集结群前部的电动车由于行驶的自由度较大，所以速度表现出较大的随机性，而位于中部和后部的电动车由于受到前部电动车的约束，速度则表现出较强的规律性。

论文对位于集结群中部和后部的电动车在混合交通影响条件下的v-t图像进行拟合，发现二次抛物线拟合效果最佳。

得出中部和后部的电动车在混合交通影响条件下的v-t拟合曲线方程如下：
V（t）= -0.181t?+1.232t+0.734 （2）
R=0.936
V（t）= -0.021t?+0.374t+1.067 （3）
R=0.841
图1中部电动车在混合交通影响下的v-t拟合曲线
图2 后部电动车在混合交通影响下的v-t拟合曲线
由于集结群的通行过程是以启动线作为起始点，所以位于集结群前部的电动车初始速度为0，而中部和后部的电动车由于通过启动线时已经随着前部集结群的移动通行了一段时间，所以，中部和后部的电动车初始速度均不为0，并且后部的电动车比前部的电动车初始速度要大。

由于中部电动车只受到前部电动车的干扰，干扰因素较小，而后部的电动车受前部和中部的干扰因素较多，所以中部的电动车所能达到的最大速度比后部的电动车所能达到的最大速度要大。

此外，后部电动车的整个通行过程所用的时间比中部电动车所用的时间较长，由图中曲线的走势可以看出，后部电动车在整个过街过程中，除了初始速度比前部的电动车大之外，整个v-t曲线相对于前部电动车是位于其下方，由于两者通行的距离相同，因此后者所需的时间更长。

4.干扰冲突过程特性
对于设置导流岛的信号交叉口，非人与左转和直行机动车在时间上进行了分离，因此不存在冲突点。

而右转车道没有设置右转专用相位，非人交通流进入导流岛时首先要观察右转专用车道上交通流的情况，确定有可穿插间隙时再进入导流岛，否则就会出现安全事故。

这就是信号交叉口非机动车和行人混合交通流的干扰冲突过程。

4.1.右转机动车受非人混合交通流干扰的影响
机动车进入右转机动车道上前，为了安全，需要减速观察右转车道人行横道的交通流情况，对于从右转专用车道入口开始至越过人行横道，该区域为干扰区。

右转机动车在干扰区受非人混合交通干扰的影响可分为无干扰、直接干扰和间接干扰。

无干扰是指非人在通过右转机动车道时，假若没有占据右转机动车道，右转机动车也没有减速，则称之为无干扰；直接干扰是指非人在通过右转机动车道时，假若占据了右转机动车道并因此引起机动车减速行驶的过程；间接干扰是指
非人在通过右转机动车道时，假若没有占据右转机动车道而只是靠近，但机动车却减速行驶的过程。

调查时，首先划定干扰区的界限，对设置导流岛的信号交叉口右转机动车进行调查，调查统计结果如下表所示：
表1 右转机动车受非人混合交通干扰的影响
干扰类型无干扰直接干扰间接干扰
所占比例38% 44% 18%
在本次数据采集过程中，其中无干扰和直接干扰所占的比重过大，其原因是：在高峰时段，非机动车和行人群从集结区释放过来，想尽快离开交叉路口，因此在绿灯时期快速经过人行横道后，到达右转机动车道，假若有空隙，非机动车和行人则选择穿越，甚至看见有车也会选择加快速度尽快穿越，如若时间估计不足，就产生直接干扰；另外，无干扰情况也很多，原因是从集结区过来的非机动车和行人在通向集结区的过程中，当发现右转机动车时选择停止等待直到其行驶过后再通过；因此无干扰主要发生在从周边地区向集结区集结的非人当中，直接干扰主要发生在绿灯通行时从集结区通往右转机动车道的非人当中。

4.2.非人混合交通流对右转机动车的影响
为了定量描述非机动车与行人混合交通流对右转机动车道交通效率的影响，论文用干扰程度进行定量分析，定义如下：
（4）
k—干扰程度
—无干扰情况下通过干扰区的时间（s）
t—有干扰情况下通过干扰区的时间（s）
非人混合交通流对右转机动车的影响可分为无干扰，单个干扰和成群干扰。

单个干扰是指非人混合交通流群体中单个交通实体对右转机动车道上的机动车产生影响，成群干扰是指非人混合交通流群体中两个或两个以上的交通实体对右转机动车道上的机动车产生影响。

通过对五四路与东大街交叉口4个进口道的右转专用车道进行调查并记录在红灯和绿灯情况下右转车辆受这三种类型干扰时通过导流岛路段所用的时间，数据分不同干扰类型各自74组数据，并利用上述公式计算右转车辆受不同类型干扰的干扰程度，得出单个干扰和成群干扰情况下干扰程度的平均值分别为0.33和0.60。

假设总体中单个干扰和成群干扰情况下干扰程度的均值分别为0.3和0.6，并在0.05的显著性水平下进行均值的假设检验，其中单个干扰情况下，z=1.33<z（α/2）=1.96；成群干扰情况下，z=0.17<z （α/2）=1.96，所以，该均值可以用于估计总体均值。

通过统计发现，单个干扰情况下干扰程度落在0-0.5之间，成群干扰落在0.5-1.0之间，因此可以对干扰程度描述如下：
干扰程度是用来描述非机动车与行人混合交通流对右转机动车道右转车影响程度的指标，其取值范围位于0—1之间，并且干扰程度越小，非人混合交通流对右转机动车道右转车的干扰程度就越小；反之，则越大。

并且，单个干扰介于0—0.5之间，并以0.3为均值；成群干扰介于0.5—1之间，并以0.6为均值。

5.结语
论文将信号交叉口非机动车和行人混合交通流在交叉口的运行过程分为非人集结过程、过街通行过程以及干扰冲突过程三段进行研究，进而分析了非人混合交通运行过程中的特性，建立了集结群相关的时间模型，给出了评价干扰的定量指标。

论文的研究对城市信号交叉口慢行交通的交通规划、设计和管理有重要意义。

参考文献：
[1] 谢之权，储庆中，陈俊，潘飞.白行车一行人共享道条件下自行车交通流特性研究[N]. 交通运输工程与信息学报，2010，8（2）：93-99.
[2] 曲大义，管德永，刘志刚，等.中国城市混合交通流特性研究[J].青岛理工大学学报，2007，28（3）：81-86.
[3] 王铨登. 平面信号控制交叉口行人过街的时间模型[N]. 交通运输工程与信息学报，2011，9（2）：83-91
[4] 刘红元.考虑相邻干扰区影响的信号交叉口机非干扰行为研究[D].北京：北京交通大学硕士学位论文，2013.
作者简介：杜明洋（1993-），男，汉族，本科，福州大学土木工程学院交通工程专业.。