行人过街时间模型及信号交叉口人行横道宽度优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及交通工程设计技术领域，尤其涉及一种行人过街时间模型及信号交叉 口人行横道宽度优化方法。
【背景技术】
[0002] 随着绿色交通、低碳交通理念的深入人心，步行交通越来越受到政府相关部门的 重视。然而，在以机动车化交通为主的发展模式引导下，我国不少城市存在着步行环境差、 步行设施设置不当等问题。改善行人交通现状的重要举措之一是对步行设施按照"以人为 本"的原则进行设计。
[0003] 信号交叉口是城市道路网络的重要节点，也是行人完成过街交通的重要载体。为 了保障行人过街的舒适性、安全性和高效性，人行横道宽度应与过街行人流量相匹配。当人 行横道宽度过小时会导致行人在人行横道上的"溢出"，增加行人过街延误和风险；另一方 面过宽的人行横道又会导致交叉口时空资源的浪费，降低交叉口运行效率等问题。
[0004] 但在实际的人行横道宽度设计中，由于缺乏合理的科学依据和实用的设计方法， 宽度设计往往依据经验判断。现有的《城市道路交通设施设计规范》(GB50688-2011)涉及到 人行横道宽度设计部分的规定也以定性为主，内容为:顺延主干路的行人横道宽度不宜小 于5m;顺延其它等级道路的人行横道宽度不宜小于3m，以lm为单位增减。因此有必要提出一 种定量化的计算方法确定各个行人流量对应下的人行横道宽度值。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种更精准的行人过街 时间模型，并基于该模型提出一种信号交叉口人行横道宽度优化方法，能够科学、方便、快 捷地确定不同过街行人流量下合理的人行横道宽度。
[0006] 本发明的行人过街时间模型，其表达式具体如下：
[0007]
[0008] 式中，Tt为行人实际过街时间;TS为行人起动时间;L为人行横道长度;W为人行横道 宽度;Sp为行人过街速度;N ped为一个信号周期内的过街行人总数;Npedi、Nped2分别表不一个 信号周期内，过街行人数量较多的一个方向上的过街行人数及反向的过街行人数表示 延滞延误，是指行人组团延展过程中产生的延误;T b表示相向效应延误，是指相向行人冲突 所产生的延误。
[0009] -种信号交叉口人行横道宽度优化方法，包括以下步骤：
[0010] 步骤1、采集待优化人行横道的长度、初始宽度以及行人统计数据，并根据行人统 计数据确定人行横道两端等待过街的设定行人组团规模；
[0011]步骤2、确定人行横道宽度候选阈值，具体包括：
[0012] (1)确定人行横道宽度第一上限阈值I，具体方法如下：
[0013] 将以上技术方案所述行人过街时间模型进行微分，得到单位人行横道宽度增量与 对应的行人过街时间减少量之间的定量关系，具体公式如下：
[0014]
[0015] 在ls/m~4s/m的范围内为^选取一个确定的值代入上式，并将步骤1中所确定的 (ill· 人行横道两端等待过街的设定行人组团规模中数值较大、较小的设定行人组团规模分别作 为Npedl、Nped2代入上式，计算得到的W作为人行横道宽度第一上限阈值
[0016] (2)确定人行横道宽度第一下限阈值W2,具体方法如下：
[0017]将步骤1中所确定的人行横道两端等待过街的设定行人组团规模中数值较大、较
[0018] 小的设定行人组团规模分别作为Npedl、Nped2代入以上技术方案所述行人过街时间 模型，计算此时的行人实际过街时间Tt、延滞延误Τι、相向效应延误T b与人行横道宽度W之间 的关系式，并计算出延误占比恰好等于预设的行人过街最大可接受的延误占比时的人行横 道宽度W的值，该人行横道宽度值即为人行横道宽度第一下限阈值w 2,延误占比roc的表达 式如下，
[0019]；
[0020] (3)确定人行横道宽度第二上限阈值W3,具体方法如下：
[0021] 确定人行横道上的行人局部密度等于预设的行人局部密度阈值时的人行横道宽
[0022] 度值，并以该人行横道宽度值作为人行横道宽度第二上限阈值W3;
[0023] (4)确定人行横道宽度第二下限阈值W4,具体方法如下：
[0024] 模拟不同人行横道宽度下的行人过街情景，并取行人流壅塞现象恰好消除时的人 行横道宽度值作为人行横道宽度第二下限阈值W4;
[0025]步骤3、根据下式确定人行横道宽度上、下限阈值Wmax、Wmin，并在所确定的上、下限 阈值之间为待优化人行横道选择一个值作为优化后的人行横道宽度：
[0026]
[0027]优选地，所述根据行人统计数据确定人行横道两端等待过街的设定行人组团规 模，具体方法如下：统计高峰时段的多个红灯信号周期内待优化人行横道两端等待过街的 行人组团规模数据序列，并对所得到的两个行人组团规模数据序列分别取85%分位数作为 人行横道两端等待过街的设定行人组团规模。
[0028]优选地，所述行人过街最大可接受的延误占比的取值为30%。
[0029] 优选地，所述行人局部密度的计算公式具体如下：
[0030]
[0031]
[0032] 其中，r = 是表示人行横道上某一点的位置坐标，t表示计算时刻，表示 时刻t在位置r上的局部行人密度，< ⑴表不行人i在t时刻的位置为（Xi，yi)，R是衡量在以 (X，y)为圆心、面积为A = 3TR2的圆形区域内的行人的权重参数;其中权重参数R的取值优选 为0.7m。
[0033] 优选地，利用元胞自动机行人仿真模型来模拟不同人行横道宽度下的行人过街情 景。
[0034] 优选地，通过视频拍摄或人工调查的方式采集待优化人行横道的行人统计数据。
[0035] 相比现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0036] 1)本发明能在保障行人过街舒适性、效率和安全性的同时避免信号交叉口时空资 源的浪费；
[0037] 2)本发明能减少交通工程师在设计人行横道过程中的盲目性、随意性等问题。
【附图说明】
[0038] 图1为本发明信号交叉口人行横道宽度优化方法的流程示意图；
[0039]图2为人行横道示意图；
[0040] 图3为不同人行横道宽度下的行人局部密度仿真结果。
【具体实施方式】
[0041] 下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
[0042] 要对人行横道宽度进行合理优化，离不开准确的行人过街时间模型。目前已有的 行人过街时间模型包括：HCM中的行人过街时间计算模型[Transportation Research Board . Highway Capacity Manual[M]. Transportation Research Board of the National Academies，Washington，D · C.，2010 ·]、Alhajyaseen利用波动理论和流体力学理 论建立的行人过街时间计算模型[Alhajyaseen W，Nakamura H.Estimating the minimum required width of signalized crosswalks considering bi-directional pedestrian flow and different age groups[J].Journal of Asia Transport Studies(ATS),2010, 1(2) :138-155.]以及徐良杰和王炜等[徐良杰，王炜.信号交叉口行人过街时间模型[J]. 交通运输工程学报，2005,5(1) :111-115.]根据交通冲突理论和可穿越间隙理论，建立的受 右转机动车干扰的信号交叉