周　濤，陳　新

（南京理工大學(xué) 自動化學(xué)院，江蘇 南京 210094）

特殊人群步行過街速度調(diào)查與信號設(shè)計

周濤，陳新

（南京理工大學(xué) 自動化學(xué)院，江蘇 南京 210094）

步行交通是城市交通方式中不可缺少的一部分，行人過街是步行交通中最重要的一個環(huán)節(jié)。文章針對老人、帶兒童的家長、殘障人士以及負(fù)重的旅客等特殊人群進行了過街速度的調(diào)查，給出了過街信號設(shè)計中的特殊人群過街速度推薦值。通過分析平面信號交叉口處在現(xiàn)有信號設(shè)置下，特殊人群過街所需的時間以及過街速度等指標(biāo)，提出了特殊人群過街信號時長的設(shè)計方法。

過街信號；特殊人群；過街速度；信號時長

1　概述

目前在城市交叉口信號設(shè)計時大多考慮機動車輛和普通行人過街，滿足了機動車輛和普通行人等待時間和正常過街的需求。一般情況下，信號燈配時主要考慮交通量、行車延誤、普通行人過街安全等因素。但是在一些老人、兒童、殘疾人以及其他需要信號時長延時的特殊人群比較集中的路段，比如醫(yī)院、老年社區(qū)、火車站等等，如果信號燈還是以普通行人過街速度指標(biāo)進行信號燈配時，則會給特殊人群步行過街時帶來很大的安全隱患。本文旨在通過對特殊人群過街的特性調(diào)查，進行考慮特殊人群步行信號燈時長的配置和過街設(shè)施的設(shè)計。

目前國內(nèi)外對于路段行人過街方面已有一定的研究，2003年Simpson［1］等研究了不同車速不同年齡對行人接受空擋的影響，但尚未分析空擋與道路寬度的關(guān)系；2007年楊曉光等對行人過街交通的控制與設(shè)計方法進行了研究，并以行人過街延誤為依據(jù)，建立了無信號控制下行人過街延誤模型，給出了雙向2車道和4車道時兩種過街方式的適用范圍；2008年于泉［2］等人重點對路段人行橫道、過街天橋和地下通道3種過街設(shè)施的特點進行了分析，并給出了管理措施，但對路段人行便道以及路段行人過街信號設(shè)施的研究不夠。

在針對特殊人群的研究方面，1989年美國學(xué)者Barbara Preston［3］等人研究了在按鈕信號控制下人行橫道處行人的行為和安全性問題。加拿大Ann Coffin［4］和John Morrall研究了行人性別和交叉口類型影響老年人步行速度。以上研究對路段行人過街設(shè)施的因素歸納總結(jié)不夠，使其對系統(tǒng)研究行人過街設(shè)施問題借鑒作用降低，同時沒有進行實證研究。

2　調(diào)查過程與方法

本文所研究的特殊人群是指由于自身年齡、性別或其他方面的因素，在行動上不能和正常人一樣以普通成年人的速度通過路段交叉口，主要表現(xiàn)在步行速度低于普通成年人的速度。這類特殊人群主要有負(fù)重的旅客、老年人、兒童、帶小孩的婦女和殘障人士。

為了正確了解特殊人群的具體過街特性，為后續(xù)研究提供數(shù)據(jù)支撐，本文以南京市為研究背景，對南京市各大特殊人群比較集中的地區(qū)展開了基于特殊人群步行過街的現(xiàn)狀調(diào)查。調(diào)查地區(qū)主要包括南京車站、南京市兒童醫(yī)院、北京東路小學(xué)和鎖金村等4個特殊人群比較集中的地區(qū)。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)果最終顯示，31%的特殊人群的步行速度為1 m/s，其中有小于23%的特殊人群表現(xiàn)出了步速上的偏差。最終特殊人群步速在 0.9～1.5 m/s范圍內(nèi)。

3　特殊人群過街特性

影響特殊人群過街的因素有很多種，包括自身的因素和外界的環(huán)境影響。年齡、性別、人行橫道長度、特殊人群所占比例、綠燈時間、等待時間、同一時間過街人群數(shù)量、交通流密度等因素對特殊人群過街都有著不同程度的影響。

特殊人群與普通行人的過街相比既有共性又有特殊性。從過街便捷性上來說，負(fù)重的旅客、老年人、帶兒童的家長和殘障人士都屬于行動相對不便者，利用立體過街設(shè)施都比較困難；在過街的時間上，負(fù)重旅客、老年人和殘障人士花費的時間相對普通成年人較長，單獨兒童一般比較快。從過街的安全意識上來說，負(fù)重旅客、老年人和殘障人士安全意識都比較高，單獨兒童一般較低，闖紅燈的情況更嚴(yán)重。而面對突發(fā)情況，無論是因為反應(yīng)意識或是反應(yīng)速度上，特殊人群都較正常人緩慢。根據(jù)特殊人群的出行共性，列出不同環(huán)境下的行人需求特點，具體情況見表1。

表1　特殊人群出行特點

4　相關(guān)指標(biāo)分析設(shè)計

4.1 過街步速特性分析

特殊人群的步行速度同特殊人群的自身因素、道路交通條件、環(huán)境條件等有關(guān)。影響行人步行速度的外部因素包括：道路的坡度、道路的寬度、隔離條件與方式、交叉口控制等因素［5］。

路段行人過街相對交叉口行人過街受到機動車的干擾少，人行橫道長度相對短，行人預(yù)期的過街時間短，過街較為迫切，因此行人在過街時間較長的情況下容易與機動車爭搶通行權(quán)。影響行人過街時間的主要因素包括機動車道數(shù)、人行橫道寬度、行人流量、機動車流量等。此外不同路段環(huán)境下行人對過街的預(yù)期時間有較大的區(qū)別。圖1、圖2為南京市鎖金村社區(qū)老年人過街步速分布直方圖和累計分布圖。

圖1　鎖金村地區(qū)老年人過街步速分布直方圖

圖2　鎖金村地區(qū)老年人過街步速分布累積分布圖

從圖1和圖2中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)老年人步速在0.8～1.6 m/s范圍內(nèi)，步速分布直方圖類似于正態(tài)分布，這說明步速很慢或很快的老年人比較少，大多數(shù)老年人步速比較接近且適中；老年人過街步速主要集中在1.0～1.4 m/s。

研究小組在鎖金村等地區(qū)針對不同的特殊人群展開問卷調(diào)查，將行人根據(jù)年齡段不同分為兒童、青年、中年、老年等4類人群，根據(jù)不同年齡得出各個年齡段的人群過街時步行速度的平均值。各年齡段行人步速見表2。

表2 各年齡段行人的步速

以鎖金村地區(qū)的特殊人群為例，觀察圖1、圖2、表2可以發(fā)現(xiàn)：老年人速度較低，且與其他年齡段人群相比，步速相差大，必須做特殊考慮。

4.2 過街步速和流量關(guān)系分析

當(dāng)行人流量很低時，行人相互干擾率幾乎為0，當(dāng)行人密度增加時，行人在行進過程中的相互干擾頻率不斷增加，導(dǎo)致平均速度下降。研究小組對調(diào)研數(shù)據(jù)進行步速和流量對比分析得出在行人流量大的情況下，行人平均步速比行人流量小的情況下小，研究通過計算2種情況下的標(biāo)準(zhǔn)差和平均速度來比較速度分布情況［6］：式中：σ為標(biāo)準(zhǔn)差；n為觀測行人數(shù)量；vi為行人步速，fi為步速頻數(shù)。

將觀察統(tǒng)計數(shù)據(jù)帶入公式（1）、（2）可以分別計算出2種流量下的平均速度和標(biāo)準(zhǔn)差。

4.3 調(diào)查數(shù)據(jù)分析

本文針對南京市上文所述4個地區(qū)的特殊人群過街特性展開調(diào)查，將調(diào)查數(shù)據(jù)匯總見表3。

表3　特殊人群過街特性調(diào)查匯總表

由以上數(shù)據(jù)研究對比分析，可以發(fā)現(xiàn)，在特殊人群比較集中的地區(qū)，特殊人群過街?jǐn)?shù)量占總?cè)巳褐械?0%以上，而且特殊人群的步行速度與普通成年人的速度有很大差距，一般都比普通成年人的步行速度要低一些。綜合以上數(shù)據(jù)，普通成年人的平均速度為1.55 m/s，老年人的平均速度為1.05 m/s，負(fù)重旅客的平均速度為1.12 m/s，殘障人士的平均速度為1.08 m/ s。通過研究數(shù)據(jù)對比得出，特殊人群過街的平均速度在1.05～1.23 m/s，約比正常人慢0.3～0.4 m/s，因此，在行人過街信號燈時長的設(shè)置的時候需要充分考慮特殊人群的需要，來滿足特殊人群過街的安全需求。

為了保證大多數(shù)行人安全、順利地穿過信號交叉口，本文認(rèn)為應(yīng)該采用調(diào)查中得出的15%位速度作為設(shè)計速度，以保證85%行人的安全。從調(diào)查中得到，兒童的15%位速度為1.2 m/s，老年人的15%位速度為0.9 m/s，而為了體現(xiàn)以人為本、保障弱勢群體的原則，在諸如住宅小區(qū)、超市等特殊人群較多的地段應(yīng)該適當(dāng)?shù)亟档托腥诉^街設(shè)計速度，保證特殊人群的安全與便捷。所以，本研究建議信號交叉口特殊人群過街步行設(shè)計速度為0.9～1.1 m/s，取1.0 m/s，這個速度與國外相關(guān)研究得出的結(jié)論相差不大。

表4　各類特殊人群15%位速度

4.4 過街最短時間確定

從控制信號角度分析，行人過街信號一般由以下幾部分組成：信號綠燈（tG）、信號綠閃（tGF）和信號紅燈（tRC+tR）3個部分，信號紅燈中可能包含清空紅燈tRC，我國2004年開始施行的道路交通安全法第二十六條規(guī)定“交通信號燈由紅燈、綠燈、黃燈組成。紅燈表示禁止通行，綠燈表示準(zhǔn)許通行，黃燈表示警示?！奔淳G閃情況下，行人可以進入人行橫道，信號綠閃可以看作有效綠燈的一部分，所以在計算相位時間時要考慮行人過街綠燈時間和行人清空時間［7］。計算公式如式（3）所示：

式中：tRC為根據(jù)路口實際情況進行確定，路段寬度、過街行人流量等。

（1）綠燈時間的計算：

式中：Sp為特殊人群平均速度，采用 15%位步行速度， 取 1.0 m/s；為行人啟動時間，一般取 3.2 s；W為人行橫道寬度；L為人行橫道長度；Nped為一個信號周期內(nèi)過街的行人數(shù)，由于周期暫時沒有確定，可以根據(jù)道路寬度和行人和機動車大致流量估算周期，計算出行人所需綠燈時間。

（2）清空時間計算方法

如果行人在綠燈將要結(jié)束前進入人行橫道，將無法快速通過街道，會與機動車產(chǎn)生沖突，通常在綠燈結(jié)束后需要添加一段清空紅燈時間（交叉口全紅）來避免這種情況的發(fā)生，使行人安全地通過所有沖突點，清空時間的計算方法如公式（6）所示。

式中：Sp為特殊人群平均速度，取 1.0 m/s；LRC為特殊人群穿越人行橫道沖突點長度，取人行橫道長度 L。

路段行人清空時間的長短直接影響到路口的通行效率，時間過長則綠信比較低，行人和機動車的通行率則較低。特殊人群平均速度Sp相對穩(wěn)定，清空時間主要是由人行橫道長度決定。人行橫道越寬，所需清空時間越長，所以為了改善方形效果，當(dāng)?shù)缆份^寬時，可以通過采用二次過街的控制方式，來縮短清空時間長度。

4.5信號燈配時改進

信號燈時長設(shè)置可根據(jù)公式（7）進行改進［8］：

式中：tgmin為行人過街所需的最短綠燈時間；Vp為行人過街步行速度，取1.0 m/s；

y為綠燈間隔時間；Dpmax為同時放行的最長人行橫道長度。

以鎖金村路口為例，觀察表5可以發(fā)現(xiàn)：老年人速度較低，且與其他年齡段人群相比，步速相差大，必須做特殊考慮。

表5　各類特殊人群15%位速度

經(jīng)實地測試，初始假設(shè)周期為80 s，綠燈通過周期為24 s，行人清空時間 5 s，每周期行人數(shù)27人，行人過街通道寬度為16 m，相位綠燈計算公式選取人行道大于3 m公式，即公式（8）［9］：

將以上數(shù)據(jù)帶入公式中，得出特殊人群過街綠燈時間為27 s，在調(diào)整特殊人群通過步速參數(shù)后，信號燈行人通過時間增加至32 s。

為保證信號控制的有效性，設(shè)置信號后行人平均過街延誤宜在15 s內(nèi)，最大不宜超過25 s。由于行人過街通道寬度為16 m，由表5可得，特殊人群中老年人所需的相應(yīng)過街時長為29 s；兒童為24 s；殘障人士為29 s；負(fù)重的旅客為26 s。取其最大值，則有最大的過街時長為29 s。如道路寬度不同，則可據(jù)此類推。

由于該估算公式對于道路情況作出了很多約束，對實際道路狀況代表能力有限。如增加自行車的影響，相對于行人，自行車更加機動，且具有巨大的保有量，其對道路交通行為的影響很大。此外計算時忽視天氣狀況等的影響，故此信號燈時長的估算設(shè)計有一定的誤差。

4.6 適用性分析

本文旨在研究特殊人群步行過街時長調(diào)查。因此，本文的研究結(jié)論主要適用于特殊人群比較集中的地方，比如醫(yī)院、老年社區(qū)、小學(xué)、火車站等等附近的平面交叉口，在這些地方，信號燈時長配時模型應(yīng)以特殊人群過街速度指標(biāo)進行建模，以達到減少特殊人群過街安全隱患的目的。

5　結(jié)語

本文以南京市為依托得出如下結(jié)論針對老人、帶兒童的家長、殘障人士以及負(fù)重的旅客進行了過街策略、過街速度的調(diào)查。分析了特殊人群的過街特性和一般行人過街的不同，并根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)的分析，根據(jù)信號燈時長配時公式，給出特殊人群過街速度推薦值作為信號配時的理論依據(jù)。研究成果對于維護交通秩序、改善我國道路交叉口的交 通、保障行人安全以及提高其通行能力和交通安全性有著極其重要的作用，呼應(yīng)了“順暢交通”的新時代理念。

［1］Simpson G，Johnston L，Richardson M. Aninvestigation of road crossing in a virtual environment［J］. Accident Analysis and Prevention，2003（35）：787.

［2］于泉，張會，榮建，等.路段行人過街設(shè)施分析研究［J］.交通運輸工程與信息學(xué)報，2008（9）：21-26

［3］Barbara Preston. The behaviour and safety of pedestrians at Pelican crossings in Greater Manchester［J］. Traffic Engineering & control，1989：43-44

［4］Mohammed S Tarawneh. Evaluation of pedestrian speed in Jordan with investigation of some contributing factors.Journal of Safety Research，2001，14（32）：229-236.

［5］王煒，徐吉謙，楊濤，等.城市交通規(guī)劃理論及其應(yīng)用［M］.南京：東南大學(xué)出版社，1998.

［6］張碧琴，高佳，齊戰(zhàn)軍. 城市步行交通安全規(guī)劃初探［J］. 公路交通科技，2007（2）：166～168.

［7］U.S. Department of Transportation. Pedestrain and Bicyclist Intersection Safety Indices，Turner-Fairbank Highway Research Center［R］. Georgrtown PikeMclean，2007

［8］黃文忠，楊佩昆.無控制人行橫道處的行人和機動車延誤分析［J］.同濟大學(xué)學(xué)報，1995，23（1）：31-36.

［9］楊曉光，陳百磊，彭國雄.行人交通控制信號設(shè)置方法研究［J］.交通運輸工程學(xué)報中國公路學(xué)報，2001，14（1）：73-80.

Speed Investigation and Signal Design for Special Pedestrians Crossing the Street

Zhou Tao，Chen Xin
（College of Automation， Nanjing University of Science and Technology， Nanjing 210094， China）

Pedestrian traffic is the foundation of Urban transport system， pedestrian crossing traffic is the most important aspect of pedestrian traffic. In this paper， crossing speed of special populations， including elderly， parents with children， the disabled and the passengers with luggage are investigated， and the crossing speed for special populations is recommended in signal design. This paper presents signal design method of crossing street for special populations by analyzing indicators such ascrossing time and speed of special populations in existing intersection signal setting.

corssing signal; special populations; crossing speed; signal time

U491.1+14

A

1672–9889（2015）05–0075–04

周濤（1990-），男，江蘇徐州人，碩士研究生，研究方向為交通信息工程。

（2014-12-05）