行人交通與城市交通

行人交通與城市交通

行人交通是城市交通的重要組成部分，行人交通設(shè)施是城市交通設(shè)施的重要組成部分。中國以往城市交通系統(tǒng)中重視車輛、輕視步行交通,對行人交通研究不足,許多城市存在行人過街設(shè)施設(shè)置不合理的現(xiàn)象,這是導(dǎo)致行人違章穿越街道、造成交通混亂與交通事故的重要因素之一。城市中行人交通設(shè)施的規(guī)劃、設(shè)計與管理占有重要的地位,其基本目標(biāo)應(yīng)該是保障行人交通的暢通與安全。從交通工程的觀點看,行人交通設(shè)施的設(shè)置不僅應(yīng)考慮滿足行人交通,還應(yīng)考慮如何同其它方式的交通需求取得協(xié)調(diào)。已有的行人交通設(shè)施規(guī)劃和研究中,多側(cè)重于行人過街設(shè)施位置的確定,對行人過街設(shè)施合理間隔的研究十分缺乏,本文針對目前城市交通現(xiàn)狀,提出一套行人過街設(shè)施合理間隔的分析計算方法。1求、步行時的步幅、求行人交通特征主要表現(xiàn)在行人的速度、行人空間要求、步行時的步幅等方面。這些與行人的年齡、性別、出行目的、教養(yǎng)、心境等因素有關(guān),也與行人生活的區(qū)域、周圍的環(huán)境、街景、交通狀況等有關(guān)。1.1水平路段步行速度步行速度為行人單位時間內(nèi)行進的距離。步行速度的分布范圍較寬,從0.50～2.16m/s,成年人一般集中在1.0～1.3m/s。水平路段步行速度一般在0.5～1.5m/s間。中國現(xiàn)行規(guī)范采用1.0～1.2m/s。行人過街步行速度較人行道上的步行速度高,原因是行人想盡快穿過車行道的危險區(qū)。南京市新街口地區(qū)行人過街速度觀測結(jié)果表明,行人過街步行速度一般為1.17～1.29m/s。1.2男性和女性步幅步幅的分布區(qū)間因性別、年齡而稍有差別。95%的男性和94%的女性步幅在0.5～0.8m之間。步幅受人行道面鋪裝平整程度的影響,但與步速快慢幾乎無關(guān)。1.3橢圓的橢圓面積、面積計算了“橢圓”行人空間要求可分為靜態(tài)空間、動態(tài)空間和心理緩沖空間。行人靜態(tài)空間主要指行人的身體在靜止?fàn)顟B(tài)下所占的空間范圍。國外將成年男子身體所占面積模擬成一個短軸為45.7cm,長軸為61.0cm的橢圓,其面積大約等于0.21m2。行人動態(tài)空間需求可分為步幅區(qū)域、感應(yīng)區(qū)域、行人視覺區(qū)域以及避讓與反應(yīng)區(qū)域等。步幅區(qū)域平均為64cm。感應(yīng)區(qū)域主要受行人知覺、心理和安全等因素影響。通常情況下,行人視覺區(qū)域為2.1m,在此距離下,視覺感到舒服,也適合正常速度下人的步行(后腳不易被人踩到)。步行者以常速行走時,也會在自己前面預(yù)留一個可見的區(qū)域,以保證有足夠的反應(yīng)時間,以便采取避讓行為,這個區(qū)域可通過反應(yīng)時間和正常速度相乘得出,約為0.48～0.60m。心理學(xué)家所做的人類心理緩沖區(qū)域測量實驗,確定了個人空間的低要求范圍,約為0.22～0.26m2。1.4其他步行技術(shù)的特點1.4.1行人安全穿越約束行人穿過無信號控制的行人橫道時,要利用車輛的安全可穿越空當(dāng)通過。行人的安全穿越,必須以最近到達車輛(先頭車)的距離與車速來判斷是否通過。可穿越空當(dāng)是計算人行橫道上通行能力中需用的參數(shù)之一。行人在穿越車輛空當(dāng)時的步速會隨到達車輛的車速或到達時間而改變。1.4.2行人等待時間通常情況下行人需等待車流中可穿越空當(dāng)?shù)某霈F(xiàn)。根據(jù)觀測,行人過街等待時間若超過40s,就有人冒險穿越街道,所以認(rèn)為行人的等待時間容許限度為40s為宜,設(shè)置行人信號燈時,應(yīng)努力縮短行人等待的時間。2行人通道設(shè)施2.1加橫道線正截面人行橫道就是指定為行人過街的地方。人行橫道標(biāo)線方式有兩種:條紋式(或稱斑馬式)人行橫道線和平行式人行橫道線。條紋式人行橫道線由條紋實線組成,設(shè)在未設(shè)人行信號燈的路口或路段。平行式人行橫道線由兩條平行實線組成,設(shè)在設(shè)有人行信號燈的路口。條紋式人行橫道線,行人有先行權(quán),而在平行式人行橫道線上,行人無先行權(quán),須由人行信號燈決定先行權(quán)。中國城市道路設(shè)計規(guī)范中人行橫道的寬度為4m。2.2信號控制交叉口一般在信號控制交叉口及非支路路段中間和干道優(yōu)先交叉口越過干道(相當(dāng)于路段中間)的人行橫道處都應(yīng)設(shè)置人行信號燈。信號控制交叉口人行信號燈一般按信號燈組的配時統(tǒng)一安排,采取固定配時;路段中間人行橫道信號燈,國外多采用行人按鈕式信號燈,它是一種半感應(yīng)信號;在某些特殊地方,如有大量學(xué)生過街的地方,應(yīng)設(shè)置人行信號燈。人行信號燈只能分離行人與側(cè)向直行車輛的沖突,仍不能避免同左右轉(zhuǎn)車輛的沖突,除非該交叉口信號相位中配有行人專用相位。2.3行人過街設(shè)施人行天橋和地道是人行橫道的立體化,是一種昂貴而徹底的人車分離設(shè)施。當(dāng)車輛交通量特別大,瞬時中斷車輛交通會帶來較大的交通阻滯時,宜采用立體化人行橫道。由于天橋及地道需要較大的投資,同時行人過街必須上下天橋或進出地道,增加不便,所以在確實需要設(shè)置的地方并輔以必要的措施,才能使投資見到效益,不然,反而會引起行人在天橋或地道之前亂穿馬路。本文在研究中,根據(jù)各種行人過街形式與地面機動車交通的相互關(guān)系,將行人過街設(shè)施分為兩大類:一種是與地面車流形成干擾的平面形式,如人行橫道和人行信號燈,稱之為平面行人過街設(shè)施;一種是與地面車流相隔離的立體形式,如人行天橋和地道,稱之為立體行人過街設(shè)施。3行人過街需求行人過街設(shè)施合理間隔的分析確定,一方面考慮滿足行人的過街需求,不至于產(chǎn)生過大的行人繞行;另一方面,又不至于設(shè)置過多的行人過街設(shè)施,避免造成資源浪費和對車輛交通產(chǎn)生過大的干擾。3.1行人過街設(shè)施由于立體行人過街設(shè)施與地面車輛行駛不存在沖突,因此本文中著重分析平面行人過街設(shè)施間距的確定問題。研究過程中為簡化問題,假設(shè):(1)行人過街需求沿道路兩側(cè)均勻分布;(2)行人和機動車流到達符合泊松分布;(3)當(dāng)行人等候車輛可安全穿越間隙的時間超過一定值時,應(yīng)考慮設(shè)置行人過街設(shè)施。假設(shè)此時車輛的到達服從泊松分布,行人穿越的車行道寬度為W,機動車流量為Qv。設(shè)行人過街速度為Vp,行人橫穿道路所需的最小時間(行人可接受安全穿越空當(dāng))為Tpc,為了保證行人在Tpc內(nèi)安全穿越,道路上行駛車輛的車頭時距必須大于Tpc。而大于Tpc的車頭時距出現(xiàn)的概率根據(jù)負(fù)指數(shù)分布計算,則1h內(nèi)行人能橫穿的次數(shù)Nc可按式(1)計算Νc=QveQvΤpc/3600(1)Nc=QveQvTpc/3600(1)1h行人能橫穿的次數(shù)確定后,則行人的平均等候時間為tw=3600/Nc,將結(jié)果與行人所能容忍的等待時間tb做比較,若tw>tb要考慮設(shè)置行人過街設(shè)施。3.2行人通過車輛間隙來例探測行人所能接受的行駛時間一般來說,行人希望方便安全快速地穿越道路,要求有相應(yīng)的行人過街設(shè)施,而且是過街設(shè)施間距越小越好。但是,由于車輛同樣要利用有限的道路資源,行人的要求就受到限制,需要等待車輛間隙。行人有一個可接受的繞行時間,一旦超過這個時間,行人就可能失去耐性,違章穿越道路。設(shè)行人為利用過街設(shè)施所能接受的繞行時間為tb,行人在人行道上的步行速度為Vp,則行人所能接受的繞行距離為d=Vptp。行人過街最不利位置是在相鄰兩個過街設(shè)施的正中間,如圖1所示,因此,行人過街設(shè)施的間距一般不超過行人所能接受的繞行距離,即Smax=2d=2Vptb。3.3駕駛特性的限制只有平面行人過街設(shè)施才對機動車流形成干擾,因此,駕駛員心理和車輛的駕駛特性只對平面行人過街設(shè)施間距起限制作用。從駕駛員心理方面考慮,駕駛員不希望頻繁的停車、減速、加速等過程,所以駕駛員要求平面行人過街設(shè)施的間距越大越好。但由于要考慮行人過街行為的順利完成,需保證一定的行人過街設(shè)施間距。這樣,駕駛員的心理和駕駛特性就對平面行人過街設(shè)施的最小間距起了限制。駕駛員所能接受的行人過街設(shè)施間距,這就是行人過街設(shè)施的最小間距Smin。3.4行人過街設(shè)施影響修正系數(shù)路段設(shè)計通行能力(或?qū)嵱猛ㄐ心芰?可根據(jù)一個車道的理論通行能力進行修正而得到。對理論通行能力的修正包括車道數(shù)、車道寬度、自行車影響及交叉口影響四個方面,即Νa=Ν0γηCn(2)Na=N0γηCn(2)式中:Na為單向路線設(shè)計通行能力(pcu/h);N0為一條車道的理論通行能力(pcu/h);γ為自行車影響修正系數(shù);η為車道寬影響修正系數(shù);C為交叉口影響修正系數(shù);n為車道數(shù)影響修正系數(shù)。這里把行人過街的平面設(shè)施(與地面車流有相互干擾)看成一個次要道路,就可把行人對道路通行能力的影響近似用交叉口影響修正系數(shù)C來修正。交叉口影響修正系數(shù),主要取決于交叉口控制方式及交叉口間距。當(dāng)交叉口間距較小時,交叉口的停車延誤在車輛行駛時間中所占的比例較大,不利于道路空間的利用、道路通行能力的發(fā)揮及路段車速的提高。交叉口間距的增大,有利于提高路段通行能力及路段車速,有利于充分利用道路空間。實際經(jīng)驗表明,路段通行能力的提高值與交叉口間距基本呈線性關(guān)系。因此,當(dāng)把行人過街設(shè)施視為一個次要道路時,行人過街設(shè)施的影響修正系數(shù)可用式(3)計算C={C0C0(0.0013S+0.73)(3)C={C0C0(0.0013S+0.73)(3)式中:S為平面行人過街設(shè)施間隔(m);C0為交叉口有效通行時間比,視交叉口控制方式而定,信號交叉口即為綠信比。通過Na=N0γηCn計算出路段的實際通行能力后,如果車輛實際流量Qv<Na,那么行人過街設(shè)施間隔是合理的;如果Qv≥Na,可嘗試增大行人設(shè)施間距S(如果增大行人設(shè)施間距S不能滿足通行能力的要求,說明其他因素也需進行調(diào)整),重復(fù)以上步驟,最后直至滿足Qv<Na。3.5行人過街設(shè)施改造考慮行人通行能力影響的交通組織針對平面行人過街設(shè)施,從行人與機動車輛的關(guān)系來看,如果哪一方面獲得優(yōu)先通行權(quán),那么其通行就居于主要地位,另一方面就要受其影響和制約。(1)未設(shè)行人過街設(shè)施,車輛具有優(yōu)先通行權(quán),行人通過車輛可穿越空當(dāng)完成過街行為。設(shè)機動車輛到達率為λ,1h內(nèi)大于t的車頭時距所出現(xiàn)的次數(shù)為Qe-λt,同理,大于(t+dt)的車頭時距出現(xiàn)的次數(shù)為Qe-λ(t+dt),因此,1h內(nèi)車頭時距在[t～t+dt]間的次數(shù)為上式表明,1h內(nèi)車頭時距在[t～t+dt]間的總時間T′=Qλe-λttdt,因此大于或等于t的所有車頭時距的時間T就是對T′積分Τ=∫∞tΤ′dt=∫∞tQλte-λtdt=Qλ[(-te-λt/λ)-(e-λt/λ2)]∞t=3600e-λt(λt+1)(5)T=∫∞tT′dt=∫∞tQλte?λtdt=Qλ[(?te?λt/λ)?(e?λt/λ2)]∞t=3600e?λt(λt+1)(5)假設(shè)各種行人過街設(shè)施的通行能力Nbw已知,在沒有任何行人過街設(shè)施的地方,行人的最大可能通過時間就是車頭時距大于Tpc的時間T,那么行人1h內(nèi)所能過街的最大人數(shù)為Μ=ΝbwBΤ/3600=ΝbwB3600e-λt(λt+1)/3600(6)M=NbwBT/3600=NbwB3600e?λt(λt+1)/3600(6)式中:B為行人過街設(shè)施寬度(m);Nbw為1m寬過街設(shè)施的通行能力(p/(h·m))。如果行人的到達量大于M,不是行人受阻,就是車輛將受到干擾,應(yīng)考慮設(shè)置行人過街設(shè)施。此時M就是設(shè)置行人過街設(shè)施的行人臨界交通量Qpo。(2)在用行人信號燈控制的地方,行人和機動車輛的通行時間是分開的,其通行能力要考慮通行時間的折算;反之,如果知道其各自的實際流量可確定其通行時間。設(shè)置行人信號燈時,假設(shè)行人過街設(shè)施的間距為S,在S內(nèi)的行人過街行人流量為Qpc,則行人所需最小通行時間為Τp=3600Qpc/(ΝbwW)(7)Tp=3600Qpc/(NbwW)(7)式中:Tp為行人每小時所需最小通行時間(s);Nbw為1m寬過街設(shè)施通行能力(p/(h·m));W為過街設(shè)施的寬度(m)。預(yù)期調(diào)查出道路機動車流量Qv和不考慮行人過街設(shè)施影響的路段通行能力N′a,車輛每小時的最小通行時間為Τv=3600Qv/Ν′a(8)Tv=3600Qv/N′a(8)式中:Tv為車輛每小時的最小通行時間(s);Qv為道路實際車流量(veh/h);N′a為不考慮行人過街設(shè)施影響的路段通行能力(veh/h)。如果Tp+Tv>3600s,平面行人過街設(shè)施已無法滿足整個系統(tǒng)內(nèi)交通需求,建議修建立體行人過街設(shè)施。如果Tp>Tv,行人的過街需求已上升到重要的地位,為行人安全考慮,建議也修建立體行人過街設(shè)施。否則,如果限制行人通行時間,那么車輛有效通行時間比為C1=(3600-Τp)/3600(9)C1=(3600?Tp)/3600(9)如果限制車輛的通行時間,那么車輛有效通行時間比為C2=Τv/3600(10)對行人和車輛綜合考慮,分配給車輛的有效通行時間比為C0=θ1C1+θ2C2(11)式中:θ1為行人交通地位參數(shù),θ1越小越重要;θ2為車輛交通地位參數(shù),θ2越大越重要。θ1<1,θ2<1,θ1+θ2=1。C0確定后,再根據(jù)行人的等待時間一般不超過40s,即車輛的通行時間一次性不超過40s,就可對信號燈周期加以限制。(3)在人行橫道處,行人通行權(quán)優(yōu)先,車輛要穿越行人可穿越空當(dāng)來完成通過人行橫道的行為。假設(shè)人行橫道的間距為S(Smin<S<Smax),車輛可穿越行人最小時距為tpv,因此大于或等于tpv的所有行人時距的時間就是Τp=3600e-λpctpv(λpctpv+1)(12)式中:Tp為車輛可穿越行人時距的時間總和(s);λpc為行人過街設(shè)施處到達率(人/s);tpv為車輛可穿越行人時距(s)。行人在過街設(shè)施處到達率可計算如下λpc=λpS/m(13)式中:λpc為行人在過街設(shè)施處到達率(人/s);λp為行人沿線到達率(人/s);S為行人過街設(shè)施間距(m);m為行人成排過街,每排通過人數(shù)(人)。車輛可穿越行人的時距tpv包括車輛穿過人行橫道的時間、車輛的最小安全間距和駕駛員的反應(yīng)時間,因此車輛可通過的流量為Qvo=Τp/tv(14)式中:Qvo為車輛可穿越行人時距通過的流量(veh/h);Tp為車輛可穿越行人時距的時間總和(s);tv為使車輛安全行駛的最短車頭時距,一般采用2s。將車輛可通過流量與實際流量做比較,如果Qv<Qvo,車輛可以完全通過人行橫道;如果Qv>Qvo,可通過調(diào)整人行橫道的間距,重新定行人源范圍。4行人過街設(shè)施的設(shè)置間距將論文中的研究結(jié)論應(yīng)用于具體的城市道路交通環(huán)境中,在具體的環(huán)境中分析行人過街設(shè)施的設(shè)置間距。根據(jù)中國城市道路交通的一般情況,分別對城市中心商業(yè)區(qū)和城市一般地區(qū)的行人過街設(shè)施合理間隔進行模擬計算。對于城市不同地區(qū)的街道,行人過街設(shè)施間隔分析計算后可以得出以下結(jié)論。4.1市中心商業(yè)區(qū)根據(jù)中國城市中心商業(yè)區(qū)的典型特點進行分析后,得到以下結(jié)論。4.1.1行人過街設(shè)施間距(1)相鄰兩個行人過街設(shè)施都是人行信號燈控制,行人過街設(shè)施的最優(yōu)間距為230m。(2)相鄰兩個行人過街設(shè)施都是人行橫道控制,行人過街設(shè)施的最優(yōu)間距為130m。(3)相鄰兩個行人過街設(shè)施一個為人行橫道控制,另一個為人行信號燈控制,行人過街設(shè)施的最優(yōu)間距在130m～230m之間。4.1.2市中心的雙向車道和四條車道建議采用人行橫道加人行信號