交叉口行人信号相位配时方法研究

第33卷　第1期2009年2月武汉理工大学学报(交通科学与工程版)Journal of Wuhan Unive rsity o f Technology(T ranspo r ta tion Science &Enginee ring )V ol .33　N o .1Feb .2009交叉口行人信号相位配时方法研究＊ 收稿日期:2008-09-01 王京元:男,31岁,博士,副教授,主要研究领域为交通运输规划与管理 ＊国家自然科学基金项目资助(批准号:50378016);深圳市科技计划项目资助(批准号:200738)王京元1)　王　炜2)　庄　焰1)(深圳大学土木工程学院交通工程系1)　深圳　518060)　(东南大学交通学院2)　南京　210096)摘要: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,借鉴HCM 的做法给出了行人绿灯最小时间和行人闪时间的计算公式.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.关键词:信号交叉口;行人信号配时;行人绿灯;行人闪中图法分类号:U491.54D OI :10.3963/j .issn .1006-2823.2009.01.0121　现行信号交叉口行人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[1].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.2　行人相位配时2.1　行人相位组成完整的行人相位包括行人绿灯(W ALK )、行人闪(FD W )和行人红灯(D W )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或者到达安全岛,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.2.2　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W ALK=t p r+N pS p W e(1)式中:W ALK为行人绿灯时间,s;t p r为行人反应时间,s;N p为行人绿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;S p为行人流率,即单位时间单位宽度内通过某一断面的人数,人/(m·s);W e为人行横道的有效宽度,m.调查表明,S p随出行目的、交叉口性质等不同而变化.根据H CM[2]的研究,t p r=3.2s,S p= 1.23人/(m·s),并给出了行人绿灯时间的计算公式W ALK=3.2+0.81N pW e,W e>3.0m3.2+0.27N p,W e≤3.0m(2) 在周期时长确定前,N p无法求得.国外实践经验表明[3-4],行人绿灯时间一般为4～7s,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4 s.我国行人交通量普遍很大,所需的行人绿灯时间较长.2.3　行人闪时间行人闪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.FD W=L cS p15(3)式中:FD W为行人闪时间,s;L c为行人穿越的长度,m;S p15为行人15%位平均速度,m/s.L c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.行走距离的确定需要考虑行人的正常行走路径.研究表明[5],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I TE的研究,一般取1.2m/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,取为1.0m/s.3　行人相位时间与机动车相位时间的关系行人相位时间等于行人绿灯时间和行人闪时间之和,即g p=W ALK+FD W(4) 如果W ALK和FD W分别用式(2),(3)计算,求得的行人相位时间为行人相位最小时间g min p,即g min p=3.2+0.81N pW e+L cS p15,W e>3.0mg min p=3.2+0.27N p+L cS p15,W e≤3.0m(5) 机动车相位时间T是指相位绿灯显示时间g 和相位间隔时间I的和[6],I包括黄灯时间Y和全红时间AR,有时只有黄灯时间,即T=g+I=g+Y+AR(6) 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g min p≤T=g+I=g+Y+AR(7) 根据行人清空时间和相位间隔时间的关系,将行人相位时间和机动车相位时间的关系分为2种情况(图1和式(8)):(1)禁止任何行人在相位间隔时间通行,行人只能利用机动车相位绿灯时间清空,即行人闪与机动车绿灯同时结束,行人红灯和机动车黄灯同时启亮;(2)在相位间隔时间内可以清空行人,即行人闪与机动车全红(黄灯)时间同时结束,行人红灯和机动车红灯同时启亮.g p=g,相位间隔时间不用作行人清空时间g p=g+I=g+Y+AR, 相位间隔时间用作行人清空时间(8)图1　行人相位时间与机动车相位时间的关系示意图分析图1和式(8)可知,2种形式分别适用于不同情况:(1)如果机动车相位时间足够长,且绿灯显示时间不小于行人相位最小时间,则行人相位时间可与机动车绿灯时间同时结束,也可与全·46·武汉理工大学学报(交通科学与工程版)2009年　第33卷红时间同时结束,即当g≥g min p时,可选用图1a)和b)2种形式;(2)如果机动车相位时长不足,绿灯显示时间小于行人相位最小时间,则只能采用行人相位时间与全红时间同时结束的形式,即当g<g min p≤g+Y+AR时,只能采用形式图1b).一般建议机动车配时要满足绿灯时间不小于行人相位最小时间的要求[7],只有在相位时长受到限制时,才可以将相位间隔时间用作行人清空时间,但机动车相位时长不能小于行人相位最小时间(式(7)).可见,机动车相位时长是确定行人相位和机动车相位关系形式的重要因素.由式(2),(3),(5)确定的是行人相位最小时间,由式(8)可知,如果机动车相位时间大于行人相位最小时间,则针对选用的形式,用式(4)和式(8)对最小行人相位参数进行调整.一般保持FD W不变,调整由式(2)得到的行人绿灯时间.1)当g≥g min p时(1)如果采用形式图1a)若g=g min p,无需对行人绿灯时间W ALK和行人绿灯闪时间FD W进行调整,分别根据式(2)和(3)计算;如果g>g min p,维持FD W不变,根据g p=g对W ALK进行调整(图2a))W ALK=g-FD W=g-L c/S p15(9) (2)如果采用形式图1b)根据g p=g+Y+AR对W ALK进行调整(图2b))WA LK=g+Y+AR-FD W=g+Y+AR-L c/S p15(10) 2)当g<g min p≤g+Y+AR时图2　行人相位时间调整示意图当g<g min p=g+Y+AR时,无需对WA LK 和FD W进行调整;当g<g min p<g+Y+AR时,根据式(10)对行人绿灯时间W ALK进行调整.3)当g min p>g+Y+AR时由式(7)可知,此时机动车相位时间不能满足行人的需要,一般只能延长信号周期和相位时长,满足行人最小相位的要求.如果是采用感应控制方式,可安装行人按钮信号灯.4　算 例一4相位信号交叉口的机动车信号配时参数和相应的最小行人相位时间如表1所列.其中,当相位1显示绿灯时间时,放行主干道的车辆,机动车需要长的绿灯时间,行人需要短的绿灯时间;当相位3显示绿灯时间时,放行次干道的车辆,机动车需要短的绿灯时间,行人需要长的绿灯时间;相位2和相位4分别放行主干道左转车辆和次干道左转车辆,左转专用相位禁止行人通行,估计不需要满足行人最小相位时间的要求.表1　4路交叉口交通流矩阵相位放行车流绿灯时间g/s相位间隔时间I/s相位损失时间t L/s行人相位最小时间g min p/s 1主干道直行40.05.04.025.02主干道左转18.05.04.0＊3次干道直行15.05.04.030.04次干道左转12.05.04.0＊ ＊行人随直行车辆一起放行,机动车左转相位时长不受行人最短绿灯时间的限制. 根据前面的研究可知,相位绿灯时间除了满足机动车的要求外,还要满足行人的要求,利用式(7)对相位1和3进行检验:g min p1=25.0≤g1+I1 =40.0+5.0=45.0s,满足要求;g min p3=30.0>g3 +I3=15.0+5.0=20.0s,不满足要求.因此,必须调整信号配时,使相位3满足行人的要求.假设采用式(8)的第2种情况,则g+I必须保证相位3至少有30.0s的时间.调整时必须保证4个相位的有效绿灯时间的比例不变.其中有效绿灯时间的计算按下式进行g e=g+I-t L(11) 现状配时方案每个相位的有效绿灯时间:g e1 =41.0s,g e2=19.0s,g e3=16.0s,g e4=13.0s.如果给定相位3的g+I为30.0s,则配时方案调整后相位3的有效绿灯时间g e3=30.0-4.0 =26.0s.为了保持机动车相位有效绿灯时间比·47·　第1期王京元,等:交叉口行人信号相位配时方法研究例不变,则配时方案调整后,其他相位的有效绿灯时间必须增加到:g e1=66.6s ;g e2=30.9s ;g e4=21.1s .则调整后相位显示绿灯时间:g 1=65.6s ;g 2=29.9s ;g 3=25.0s ;g 4=20.1s .由上面计算可得,调整后的周期时长为65.6+5.0+25.0+5.0+29.9+5+20.1+5.0=160.6s .如果采用定时控制,根据信号周期时长的取值原则[8],实际采用的周期时长应为170s .同样,在保持相位间有效绿灯时间比例不变的前提下,求得相位1～4的相位绿灯显示时间分别为70.0,32.0,27,21s .可见,为了同时满足机动车和行人的要求,周期时长由105.0s 增加到170.0s .5　结束语1)将行人信号时间分为行人绿灯时间和行人闪时间2部分,利用行人特性参数对行人绿灯时间和行人闪时间进行计算,这不同于常规往往根据经验取定值的做法,从而更符合行人交通流的实际状况.2)根据是否将绿灯间隔时间作为行人清空时间,讨论了行人信号配时和机动车信号配时的关系,并研究了不同类型的适用情况;在此基础上,根据机动车相位时间不能小于行人相位最小时间,行人相位时间等于机动车相位绿灯时间或机动车相位时间,建立了不同情况下行人绿灯时间的调整方法和行人信号配时模型,进行了实证分析.参考文献[1]Roess R P ,P rassas E S ,M cshane W R .T raffic eng i -neering [M ].3th ed .New Je rsey :P rentice -H all ,2004.[2]T RB .Highw ay capacity ma nual (HCM )2000[R ].N ational Research Council ,W ashing ton ,D C ,2000.[3]Resea rch M anagement Cente r .F lo rida inter sectio n d -e sig n guide for new constructio n and majo r reco n -str uctio n o f at -gr ade intersectio ns on the state high -w ay sy stem [R ].FDO T ,Florida ,2002.[4]F ede ral Hig hway Administr atio n .M anual on unifo rmtraffic co nt rol devices forst reet and highway s(M U T CD )2003[R ].Department o f T ranspor tatio n ,W ashing to 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interval w as com -posed in pedestrian clearance inte rv al w hen pedestrians w ere discharged w ith vehicles at the same time .The applicability o f every case w as discussed .Then ,mo dels o f the pedestrian green adjustm ent and methods of pedestrian tim ing fo r different cases w ere established .An ex am ple illustrated the ap -plication .The study pays mo re attention on pedestrians .Key words :sig nalized intersectio n ;pedestrian sig nal timing ;WA LK indicatio n ;flashing DON 'TWA LK indication·48·武汉理工大学学报(交通科学与工程版)2009年　第33卷。