CN110807925A - 行人二次过街设置条件判别与配时优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种行人二次过街设置条件判别与配时优化方法。该判别方法包括：判断交叉口是否满足行人二次过街设施的传统设置条件，根据判断结果确定传统设置条件的权重；比较行人饱和度与预设饱和度阈值的大小，根据比较结果确定行人饱和度的权重；比较交通构成中弱势群体比例与预设比例阈值的大小，根据比较结果确定弱势群体比例的权重；根据传统设置条件的权重、行人饱和度的权重和弱势群体比例的权重计算行人二次过街总设置条件系数，根据总设置条件系数确定是否需要在交叉口处设置行人二次过街设施。本发明为二次过街的设置提供一种更广泛的判别条件，并为二次过街的信号控制提供相应的配时方案。

Description

行人二次过街设置条件判别与配时优化方法

技术领域

本发明涉及交通控制技术领域，尤其涉及一种行人二次过街设置条件判别与配时优化方法。

背景技术

行人交通系统是城市交通的重要组成部分，然而信号交叉口存在的道路物理条件与信号配置不协调、行人过街绿灯时间较短以及交通规划设计对行人考虑较少等不利因素，给行人过街带来了诸多不便，行人闯红灯现象频发，“人车混行”较为普遍，从而更易引发交通事故。在传统的一次过街模式下，行人很难在一个有效绿灯时间内通过交叉口。二次过街模式可通过安全岛为行人提供一个安全的等待区域，让行人在两个有效绿灯时间内通过交叉口，这一过街模式能减少人车冲突，增加行人过街绿灯时间，进而使交叉口的通行更安全高效。

国内外针对二次过街的设置条件与形式和配时优化进行了相关研究。赵新等(“行人二次过街设置方法研究与实施检讨[J].交通运输工程与信息学报,2014,12(4):66-71.”)从道路时空资源角度定量分析二次过街的适用范围，提出二次过街设施的设计方法；中国专利CN103321114A公开一种交叉口“铅笔头”式驻足区二次过街设施设计方法，修正行人过街最短绿灯时间。

目前国内外对行人二次过街的研究主要是从设置条件、成效及信号控制等层面进行分析，在二次过街的设置条件方面主要考虑路面宽度、车道数等固定道路条件，在设置条件判别与配时参数确定时较少考虑交叉口的实际交通状况，尤其是行人交通因素，且配时较多采用固定形式。

发明内容

针对现有技术中存在的在设置条件判别与配时参数确定时均较少考虑行人交通因素，且配时较多采用固定形式的问题，本发明提供一种行人二次过街设置条件判别与配时优化方法，将具有动态性的行人交通构成与行人饱和度作为二次过街设置条件及信号配时的考虑因素，为二次过街的设置提供一种更广泛的判别条件，并为二次过街的信号控制提供相应的配时方案。

本发明提供一种行人二次过街设置条件判别方法，该方法包括：

步骤1：判断交叉口是否满足行人二次过街设施的传统设置条件，根据判断结果确定传统设置条件的权重；

步骤2：比较行人饱和度与预设饱和度阈值的大小，根据比较结果确定行人饱和度的权重；

步骤3：比较交通构成中弱势群体比例与预设比例阈值的大小，根据比较结果确定弱势群体比例的权重；

步骤4：根据所述传统设置条件的权重、行人饱和度的权重和弱势群体比例的权重计算行人二次过街总设置条件系数，根据所述总设置条件系数确定是否需要在交叉口处设置行人二次过街设施。

进一步地，在步骤1中，根据判断结果确定传统设置条件的权重具体为：

其中，α为传统设置条件的权重。

进一步地，在步骤2中，根据比较结果确定行人饱和度的权重具体为：

其中，a和b为预设饱和度阈值，x_p为行人饱和度，β为行人饱和度的权重。

进一步地，在步骤3中，根据比较结果确定弱势群体比例的权重具体为：

其中，d为预设比例阈值，f为弱势群体比例，γ为弱势群体比例的权重。

进一步地，步骤4具体为：

其中，ω＝α+β+γ，α为传统设置条件的权重，β为行人饱和度的权重，γ为弱势群体比例的权重，ω为行人二次过街总设置条件系数。

第二方面，本发明提供一种行人二次过街的配时优化方法，以传统四相位为基础，在主干道设置二次过街，次干道设置为一次过街形式，将行人二次过街相位与机动车的左转相位搭接，该方法包括：

步骤1：计算行人饱和度和机动车饱和度，并比较行人饱和度和机动车饱和度的大小；

步骤2：若行人饱和度大于机动车饱和度，则根据行人交通流进行配时，分别按照式(9)和式(10)计算相位一绿灯时间t₁、相位三绿灯时间t₃：

t₁＝max{t_pN,t_pS} (9)

t₃＝max{t_pE,t_pW} (10)

其中，t_pN、t_pS、t_pE、t_pW分别为北、南、东、西进口道的行人完全消散时间；

步骤3：根据弱势群体比例按照式(11)对行人步行速度进行修正，并按照式(12)进行计算相位二最短绿灯时间t₂和相位四最短绿灯时间t₄：

V＝[1+(p-1)f]×V' (11)

其中，当L、V、V'、I、l、f、p分别为相位二下的人行道长度、修正后行人步行速度、不考虑弱势群体比例下的行人步行速度、绿灯间隔时间、安全岛宽度、弱势群体比例、速度修正系数时，g_min＝g_min2；

当L、V、V'、I、l、f、p分别为相位四下的人行道长度、修正后行人步行速度、不考虑弱势群体比例下的行人步行速度、绿灯间隔时间、安全岛宽度、弱势群体比例、速度修正系数时，g_min＝g_min4。

进一步地，还包括：

考虑行人流量对g_min的影响，按照式(13)计算相位二最短绿灯时间t₂和相位四最短绿灯时间t₄：

其中，当L、I、l、f、q_p、K_m、V_f为相位二下的人行道长度、绿灯间隔时间、安全岛宽度、弱势群体比例、行人流率、行人流量最佳密度、行人流量最大速度时，g_min＝g_min2；

当L、I、l、f、q_p、K_m、V_f为相位二下的人行道长度、绿灯间隔时间、安全岛宽度、弱势群体比例、行人流率、行人流量最佳密度、行人流量最大速度时，g_min＝g_min4。

进一步地，还包括：

设置行人信号提前结束，按照式(17)计算提前结束时间：

其中，T_p1、T_p2、T_p3、T_p4分别表示相位一、相位二、相位三、相位四下的同相位机动车停止时刻与行人信号停止时刻之间的时间差。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种行人二次过街设置条件判别与配时优化方法，一方面，在考虑行人二次过街设施的传统设置条件的同时，结合交叉口的行人饱和度和交通构成中弱势群体比例对设置行人二次过街设施的影响，最终确定交叉口是否应设置行人二次过街设施，提高了行人二次过街设施设置的实用性；另一方面，通过分析信号交叉口处二次过街的组织形式、控制方法，以及信号配时方案，在现有基础上考虑行人饱和度以及交通构成中弱势群体所占的比重，修正了行人过街最短绿灯时间的计算模型，优化了行人信号配时方案，提高了配时的准确性，充分体现“以人为本”的理念，保障行人过街的安全性和通过效率。此外，本发明提供的判别与配时优化方法可为信号交叉口二次过街的设置形式及配时方案提供参考。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种行人二次过街设置条件判别方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种行人二次过街的配时优化方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种相位相序设计示意图；

图4为本发明实施例提供的交叉口结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一次过街机动车配时的示意图；

图6为本发明实施例提供的二次过街机动车配时的示意图；

图7为本发明实施例提供的优化前后过街延误对比图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种行人二次过街设置条件判别方法，该方法包括以下步骤：

S101：判断交叉口是否满足传统设置条件，根据判断结果确定传统设置条件的权重；

具体地，传统设置条件是指二次过街设置的规范条件。查阅相关规范可知，二次过街设置的规范条件主要集中在以下几个方面：(1)进出口机动车道总宽度>16m；(2)路面宽度>30m；所谓路面宽度是指两侧人行区域之间的路面宽度，其取值为道路两侧红线之间的宽度减去人行道的宽度。(3)机动车道≥6条或人行横道宽度>30m；(4)在各方向过街行人流量大的交叉口，可采用各方向行人过街；(5)安全岛宽度不应小于2.0m，困难情况下不应小于1.5m。

根据判断结果确定传统设置条件的权重具体为：

其中，α为传统设置条件的权重。

S102：比较行人饱和度与预设饱和度阈值的大小，根据比较结果确定行人饱和度的权重；

具体地，根据行人流率和人行道通行能力计算得到行人饱和度。若已知行人流率和人行道通行能力，则行人饱和度为行人流率与人行道通行能力的比值。

根据比较结果确定行人饱和度的权重具体为：

其中，a和b为预设饱和度阈值，一般情况下，a∈[0.85,0.9]，b∈[0.6,0.7]；x_p为行人饱和度，β为行人饱和度的权重。

S103：比较交通构成中弱势群体比例与预设比例阈值的大小，根据比较结果确定弱势群体比例的权重；

根据比较结果确定弱势群体比例的权重具体为：

其中，d为预设比例阈值，一般情况下，d∈[0.2，0.3]，f为弱势群体比例，γ为弱势群体比例的权重。

S104：根据所述传统设置条件的权重、行人饱和度的权重和弱势群体比例的权重计算行人二次过街总设置条件系数，根据所述总设置条件系数确定是否需要在交叉口处设置行人二次过街设施。

具体地，本步骤为：

其中，ω＝α+β+γ，α为传统设置条件的权重，β为行人饱和度的权重，γ为弱势群体比例的权重，ω为行人二次过街总设置条件系数。

行人过街信号设置应符合下列规定：

(1)行人过街信号相位应与车辆信号相位相协调，人行横道中间设有安全岛时应设置独立行人过街信号灯；

(2)行人过街绿灯时长不得小于行人最小过街安全时间，红灯时间不宜超过行人能够忍受的等候时间。

而其中关键的两个问题：一是以行人交通流作为二次过街进行信号配时的判断依据，二是二次过街的信号配时方法及配时参数的优化计算。

结合图2和图3所示，选用主干路方向为双向六或八车道，行人采用二次过街的形式；次干路方向为双向四车道，设置一次过街的形式。本发明实施例提供一种行人二次过街的配时优化方法，以传统四相位为基础，其中：图3中(a)表示第一相位，为南北直行；图3中(b)表示第二相位，为南北左转；图3中(c)表示第三相位，为东西直行；图3中(d)表示第四相位，为东西左转；在主干道设置行人二次过街设施，次干道设置为一次过街形式，将行人二次过街相位与相应的机动车左转相位进行协同，包括以下步骤：

S201：计算行人饱和度和机动车饱和度，并比较行人饱和度和机动车饱和度的大小；

具体地，以排队的机动车或行人完全通过停车线作为信号配时依据，则：

机动车排队完全消散时间：

行人完全消散时间：

当t_m＝t_p时，为选择关键车流临界值，则有：

饱和度：

其中，q_m、q_p分别为机动车流率、行人流率；s_m、s_p分别为机动车道通行能力、人行道通行能力；

S202：若行人饱和度大于机动车饱和度，则根据行人交通流进行配时，分别按照式(9)和式(10)计算相位一绿灯时间t₁、相位三绿灯时间t₃：

t₁＝max{t_pN,t_pS} (9)

t₃＝max{t_pE,t_pW} (10)

其中，t_pN、t_pS、t_pE、t_pW分别为北、南、东、西进口道的行人完全消散时间；

步骤3：根据弱势群体比例按照式(11)对行人步行速度进行修正，并按照式(12)进行计算相位二最短绿灯时间t₂和相位四最短绿灯时间t₄：

V＝[1+(p-1)f]×V' (11)

其中，当L、V、V'、I、l、f、p分别为相位二下的人行道长度、修正后行人步行速度、不考虑弱势群体比例下的行人步行速度、绿灯间隔时间、安全岛宽度、弱势群体比例、速度修正系数时，g_min＝g_min2；

当L、V、V'、I、l、f、p分别为相位四下的人行道长度、修正后行人步行速度、不考虑弱势群体比例下的行人步行速度、绿灯间隔时间、安全岛宽度、弱势群体比例、速度修正系数时，g_min＝g_min4。

在上述实施例的基础上，考虑行人流量对g_min的影响，进一步地对公式(12)进行修正，即按照式(13)计算相位二最短绿灯时间t₂和相位四最短绿灯时间t₄：

式(13)的推导过程如下：

考虑行人流量对g_min的影响：假定V与K呈线性分布，则行人流量Q为：

其中，当L、I、l、f、q_p、K_m、V_f为相位二下的人行道长度、绿灯间隔时间、安全岛宽度、弱势群体比例、行人流率、行人流量最佳密度、行人流量最大速度时，g_min＝g_min2；

当L、I、l、f、q_p、K_m、V_f为相位二下的人行道长度、绿灯间隔时间、安全岛宽度、弱势群体比例、行人流率、行人流量最佳密度、行人流量最大速度时，g_min＝g_min4。

按照交通流三参数关系，“流量-速度-密度”是符合一定的关系的。例如，按照最为经典的Greenshields模型，流量-密度之间符合一个抛物线关系，所以当流量最大时，所对应的密度即为：最佳密度；随着密度的增加，流量降低，直至为0，此时对应的密度为阻塞密度。

S203：按照式(16)确定各相位之间的绿灯间隔时间I_i

其中，I_1→2、I_2→3、I_3→4、I_4→1分别表示相位一与相位二、相位二与相位三、相位三与相位四、相位四与相位一之间的绿灯间隔时间。A为黄灯时间。

需要说明的是，本发明各实施例中的相位一绿灯时间t₁、相位三绿灯时间t₃、相位二最短绿灯时间t₂和相位四最短绿灯时间t₄均指机动信号的绿灯时间。

因行人过街速度较慢，行人信号与机动车信号同时结束可能会导致行人与机动车的冲突，可考虑行人信号提前结束，提前结束时间为行人过街所需时间与机动车绿灯间隔时间的差值。在上述各实施例的基础上，该方法还包括：

设置行人信号提前结束，按照式(17)计算提前结束时间：

其中，T_p1、T_p2、T_p3、T_p4分别表示相位一、相位二、相位三、相位四下的同相位机动车停止时刻与行人信号停止时刻之间的时间差。

具体地，周期时长可按照式(18)计算得到：

为了验证本文相位设计与信号配时的合理性与优越性，需要进行延误分析，与传统二次过街相比较，得出本文提出的配时方案与相位设计优于传统二次过街。经查阅相关文献，以下是所选用的行人与车辆以及总延误函数模型。

(1)行人延误分析

根据国外的相关研究，感应信号控制下的人行横道行人过街的平均延误可用下式(19)计算：

可由公式(19)计算得：s_p＝2000·B·g/(R+g) (20)

R、g、C都是随检测到的行人流率变化而变化，所以d＝f(q_p)，记作d＝f(q)，因此可以计算一个周期行人平均延误：

式中：C、B、R分别为信号周期时长、人行道宽、行人等待红灯时长。

(2)车辆延误分析

车辆平均延误可用下式(22)计算：

(3)总延误分析

人行横道的设置阻隔了机动车的通行，也造成了行人过街的延误，因此引入权重用以计算人行横道的延误总和，可用下式(23)：

D＝γD_行人+ηD_车 (23)

γ、η分别表示行人过街和车辆通过的权重，可通过调查行人过街需求，机动车延误排队等因素计算；

γ+η＝1，当行人过街需求重要时，γ>η；当机动车通行重要时，λ<η，λ为绿信比。

以郑州市科学大道—长椿路信号控制交叉口为例，该交叉口类型在郑州市应用较为普遍。首先根据本发明的行人二次过街设置判别条件判定该交叉口适合设置二次过街，然后运用本发明提供的配时方法对该交叉口进行二次过街信号相位设计与配时参数设置。

此交叉口的基础设施及几何构型如图4所示，该交叉口东西方向为双向八车道，南北方向为双向四车道。选取高峰时段的交通量进行调查，经换算成标准车型后得到该交叉口高峰小时机动车交通量(见表1)与行人交通量(见表2)。

表1高峰小时机动车流量

表2高峰小时行人流量

运用本发明的配时方法对此交叉口进行信号配时，设置二次过街前后的信号配时情况见图5、图6。

结合相关数据，通过对该交叉口高峰小时机动车交通量与行人交通量以及信号配时进行分析，确定道路的通行能力与机动车延误等参数，然后进行VISSIM仿真模拟并对延误进行设计前和设计后的对比分析。通过分析图7可知，设置二次过街后的各进口道的总延误相对一次过街均有所下降，说明本发明的配时方法具有一定的合理性和有效性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.行人二次过街设置条件判别方法，其特征在于，包括：

步骤1：判断交叉口是否满足行人二次过街设施的传统设置条件，根据判断结果确定传统设置条件的权重；

步骤2：比较行人饱和度与预设饱和度阈值的大小，根据比较结果确定行人饱和度的权重；

步骤3：比较交通构成中弱势群体比例与预设比例阈值的大小，根据比较结果确定弱势群体比例的权重；

步骤4：根据所述传统设置条件的权重、行人饱和度的权重和弱势群体比例的权重计算行人二次过街总设置条件系数，根据所述总设置条件系数确定是否需要在交叉口处设置行人二次过街设施。

2.根据权利要求1所述的判别方法，其特征在于，在步骤1中，根据判断结果确定传统设置条件的权重具体为：

其中，α为传统设置条件的权重。

3.根据权利要求1所述的判别方法，其特征在于，在步骤2中，根据比较结果确定行人饱和度的权重具体为：

其中，a和b为预设饱和度阈值，x_p为行人饱和度，β为行人饱和度的权重。

4.根据权利要求1所述的判别方法，其特征在于，在步骤3中，根据比较结果确定弱势群体比例的权重具体为：

其中，d为预设比例阈值，f为弱势群体比例，γ为弱势群体比例的权重。

5.根据权利要求1所述的判别方法，其特征在于，步骤4具体为：

其中，ω＝α+β+γ，α为传统设置条件的权重，β为行人饱和度的权重，γ为弱势群体比例的权重，ω为行人二次过街总设置条件系数。

6.行人二次过街的配时优化方法，其特征在于，以传统四相位为基础，在主干道设置二次过街，次干道设置为一次过街形式，将行人二次过街相位与机动车的左转相位搭接，该方法包括：

步骤1：计算行人饱和度和机动车饱和度，并比较行人饱和度和机动车饱和度的大小；

步骤2：若行人饱和度大于机动车饱和度，则根据行人交通流进行配时，分别按照式(9)和式(10)计算相位一绿灯时间t₁、相位三绿灯时间t₃：

t₁＝max{t_pN,t_pS} (9)

t₃＝max{t_pE,t_pW} (10)

其中，t_pN、t_pS、t_pE、t_pW分别为北、南、东、西进口道的行人完全消散时间；

步骤3：根据弱势群体比例按照式(11)对行人步行速度进行修正，并按照式(12)进行计算相位二最短绿灯时间t₂和相位四最短绿灯时间t₄：

V＝[1+(p-1)f]×V' (11)

其中，当L、V、V'、I、l、f、p分别为相位二下的人行道长度、修正后行人步行速度、不考虑弱势群体比例下的行人步行速度、绿灯间隔时间、安全岛宽度、弱势群体比例、速度修正系数时，g_min＝g_min2；

当L、V、V'、I、l、f、p分别为相位四下的人行道长度、修正后行人步行速度、不考虑弱势群体比例下的行人步行速度、绿灯间隔时间、安全岛宽度、弱势群体比例、速度修正系数时，g_min＝g_min4。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

考虑行人流量对g_min的影响，按照式(13)计算相位二最短绿灯时间t₂和相位四最短绿灯时间t₄：

其中，当L、I、l、f、q_p、K_m、V_f为相位二下的人行道长度、绿灯间隔时间、安全岛宽度、弱势群体比例、行人流率、行人流量最佳密度、行人流量最大速度时，g_min＝g_min2；

当L、I、l、f、q_p、K_m、V_f为相位二下的人行道长度、绿灯间隔时间、安全岛宽度、弱势群体比例、行人流率、行人流量最佳密度、行人流量最大速度时，g_min＝g_min4。

8.根据权利要求6所述的配时优化方法，其特征在于，还包括：

设置行人信号提前结束，按照式(17)计算提前结束时间：

其中，T_p1、T_p2、T_p3、T_p4分别表示相位一、相位二、相位三、相位四下的同相位机动车停止时刻与行人信号停止时刻之间的时间差。

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