特殊人群步行过街速度调查与信号设计

周　涛，陈　新

（南京理工大学 自动化学院，江苏 南京 210094）

特殊人群步行过街速度调查与信号设计

周涛，陈新

（南京理工大学 自动化学院，江苏 南京 210094）

步行交通是城市交通方式中不可缺少的一部分，行人过街是步行交通中最重要的一个环节。文章针对老人、带儿童的家长、残障人士以及负重的旅客等特殊人群进行了过街速度的调查，给出了过街信号设计中的特殊人群过街速度推荐值。通过分析平面信号交叉口处在现有信号设置下，特殊人群过街所需的时间以及过街速度等指标，提出了特殊人群过街信号时长的设计方法。

过街信号；特殊人群；过街速度；信号时长

1　概述

目前在城市交叉口信号设计时大多考虑机动车辆和普通行人过街，满足了机动车辆和普通行人等待时间和正常过街的需求。一般情况下，信号灯配时主要考虑交通量、行车延误、普通行人过街安全等因素。但是在一些老人、儿童、残疾人以及其他需要信号时长延时的特殊人群比较集中的路段，比如医院、老年社区、火车站等等，如果信号灯还是以普通行人过街速度指标进行信号灯配时，则会给特殊人群步行过街时带来很大的安全隐患。本文旨在通过对特殊人群过街的特性调查，进行考虑特殊人群步行信号灯时长的配置和过街设施的设计。

目前国内外对于路段行人过街方面已有一定的研究，2003年Simpson［1］等研究了不同车速不同年龄对行人接受空挡的影响，但尚未分析空挡与道路宽度的关系；2007年杨晓光等对行人过街交通的控制与设计方法进行了研究，并以行人过街延误为依据，建立了无信号控制下行人过街延误模型，给出了双向2车道和4车道时两种过街方式的适用范围；2008年于泉［2］等人重点对路段人行横道、过街天桥和地下通道3种过街设施的特点进行了分析，并给出了管理措施，但对路段人行便道以及路段行人过街信号设施的研究不够。

在针对特殊人群的研究方面，1989年美国学者Barbara Preston［3］等人研究了在按钮信号控制下人行横道处行人的行为和安全性问题。加拿大Ann Coffin［4］和John Morrall研究了行人性别和交叉口类型影响老年人步行速度。以上研究对路段行人过街设施的因素归纳总结不够，使其对系统研究行人过街设施问题借鉴作用降低，同时没有进行实证研究。

2　调查过程与方法

本文所研究的特殊人群是指由于自身年龄、性别或其他方面的因素，在行动上不能和正常人一样以普通成年人的速度通过路段交叉口，主要表现在步行速度低于普通成年人的速度。这类特殊人群主要有负重的旅客、老年人、儿童、带小孩的妇女和残障人士。

为了正确了解特殊人群的具体过街特性，为后续研究提供数据支撑，本文以南京市为研究背景，对南京市各大特殊人群比较集中的地区展开了基于特殊人群步行过街的现状调查。调查地区主要包括南京车站、南京市儿童医院、北京东路小学和锁金村等4个特殊人群比较集中的地区。

统计数据结果最终显示，31%的特殊人群的步行速度为1 m/s，其中有小于23%的特殊人群表现出了步速上的偏差。最终特殊人群步速在 0.9～1.5 m/s范围内。

3　特殊人群过街特性

影响特殊人群过街的因素有很多种，包括自身的因素和外界的环境影响。年龄、性别、人行横道长度、特殊人群所占比例、绿灯时间、等待时间、同一时间过街人群数量、交通流密度等因素对特殊人群过街都有着不同程度的影响。

特殊人群与普通行人的过街相比既有共性又有特殊性。从过街便捷性上来说，负重的旅客、老年人、带儿童的家长和残障人士都属于行动相对不便者，利用立体过街设施都比较困难；在过街的时间上，负重旅客、老年人和残障人士花费的时间相对普通成年人较长，单独儿童一般比较快。从过街的安全意识上来说，负重旅客、老年人和残障人士安全意识都比较高，单独儿童一般较低，闯红灯的情况更严重。而面对突发情况，无论是因为反应意识或是反应速度上，特殊人群都较正常人缓慢。根据特殊人群的出行共性，列出不同环境下的行人需求特点，具体情况见表1。

表1　特殊人群出行特点

4　相关指标分析设计

4.1 过街步速特性分析

特殊人群的步行速度同特殊人群的自身因素、道路交通条件、环境条件等有关。影响行人步行速度的外部因素包括：道路的坡度、道路的宽度、隔离条件与方式、交叉口控制等因素［5］。

路段行人过街相对交叉口行人过街受到机动车的干扰少，人行横道长度相对短，行人预期的过街时间短，过街较为迫切，因此行人在过街时间较长的情况下容易与机动车争抢通行权。影响行人过街时间的主要因素包括机动车道数、人行横道宽度、行人流量、机动车流量等。此外不同路段环境下行人对过街的预期时间有较大的区别。图1、图2为南京市锁金村社区老年人过街步速分布直方图和累计分布图。

图1　锁金村地区老年人过街步速分布直方图

图2　锁金村地区老年人过街步速分布累积分布图

从图1和图2中可以发现，当老年人步速在0.8～1.6 m/s范围内，步速分布直方图类似于正态分布，这说明步速很慢或很快的老年人比较少，大多数老年人步速比较接近且适中；老年人过街步速主要集中在1.0～1.4 m/s。

研究小组在锁金村等地区针对不同的特殊人群展开问卷调查，将行人根据年龄段不同分为儿童、青年、中年、老年等4类人群，根据不同年龄得出各个年龄段的人群过街时步行速度的平均值。各年龄段行人步速见表2。

表2 各年龄段行人的步速

以锁金村地区的特殊人群为例，观察图1、图2、表2可以发现：老年人速度较低，且与其他年龄段人群相比，步速相差大，必须做特殊考虑。

4.2 过街步速和流量关系分析

当行人流量很低时，行人相互干扰率几乎为0，当行人密度增加时，行人在行进过程中的相互干扰频率不断增加，导致平均速度下降。研究小组对调研数据进行步速和流量对比分析得出在行人流量大的情况下，行人平均步速比行人流量小的情况下小，研究通过计算2种情况下的标准差和平均速度来比较速度分布情况［6］：式中：σ为标准差；n为观测行人数量；vi为行人步速，fi为步速频数。

将观察统计数据带入公式（1）、（2）可以分别计算出2种流量下的平均速度和标准差。

4.3 调查数据分析

本文针对南京市上文所述4个地区的特殊人群过街特性展开调查，将调查数据汇总见表3。

表3　特殊人群过街特性调查汇总表

由以上数据研究对比分析，可以发现，在特殊人群比较集中的地区，特殊人群过街数量占总人群中的70%以上，而且特殊人群的步行速度与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。综合以上数据，普通成年人的平均速度为1.55 m/s，老年人的平均速度为1.05 m/s，负重旅客的平均速度为1.12 m/s，残障人士的平均速度为1.08 m/ s。通过研究数据对比得出，特殊人群过街的平均速度在1.05～1.23 m/s，约比正常人慢0.3～0.4 m/s，因此，在行人过街信号灯时长的设置的时候需要充分考虑特殊人群的需要，来满足特殊人群过街的安全需求。

为了保证大多数行人安全、顺利地穿过信号交叉口，本文认为应该采用调查中得出的15%位速度作为设计速度，以保证85%行人的安全。从调查中得到，儿童的15%位速度为1.2 m/s，老年人的15%位速度为0.9 m/s，而为了体现以人为本、保障弱势群体的原则，在诸如住宅小区、超市等特殊人群较多的地段应该适当地降低行人过街设计速度，保证特殊人群的安全与便捷。所以，本研究建议信号交叉口特殊人群过街步行设计速度为0.9～1.1 m/s，取1.0 m/s，这个速度与国外相关研究得出的结论相差不大。

表4　各类特殊人群15%位速度

4.4 过街最短时间确定

从控制信号角度分析，行人过街信号一般由以下几部分组成：信号绿灯（tG）、信号绿闪（tGF）和信号红灯（tRC+tR）3个部分，信号红灯中可能包含清空红灯tRC，我国2004年开始施行的道路交通安全法第二十六条规定“交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成。红灯表示禁止通行，绿灯表示准许通行，黄灯表示警示。”即绿闪情况下，行人可以进入人行横道，信号绿闪可以看作有效绿灯的一部分，所以在计算相位时间时要考虑行人过街绿灯时间和行人清空时间［7］。计算公式如式（3）所示：

式中：tRC为根据路口实际情况进行确定，路段宽度、过街行人流量等。

（1）绿灯时间的计算：

式中：Sp为特殊人群平均速度，采用 15%位步行速度， 取 1.0 m/s；为行人启动时间，一般取 3.2 s；W为人行横道宽度；L为人行横道长度；Nped为一个信号周期内过街的行人数，由于周期暂时没有确定，可以根据道路宽度和行人和机动车大致流量估算周期，计算出行人所需绿灯时间。

（2）清空时间计算方法

如果行人在绿灯将要结束前进入人行横道，将无法快速通过街道，会与机动车产生冲突，通常在绿灯结束后需要添加一段清空红灯时间（交叉口全红）来避免这种情况的发生，使行人安全地通过所有冲突点，清空时间的计算方法如公式（6）所示。

式中：Sp为特殊人群平均速度，取 1.0 m/s；LRC为特殊人群穿越人行横道冲突点长度，取人行横道长度 L。

路段行人清空时间的长短直接影响到路口的通行效率，时间过长则绿信比较低，行人和机动车的通行率则较低。特殊人群平均速度Sp相对稳定，清空时间主要是由人行横道长度决定。人行横道越宽，所需清空时间越长，所以为了改善方形效果，当道路较宽时，可以通过采用二次过街的控制方式，来缩短清空时间长度。

4.5信号灯配时改进

信号灯时长设置可根据公式（7）进行改进［8］：

式中：tgmin为行人过街所需的最短绿灯时间；Vp为行人过街步行速度，取1.0 m/s；

y为绿灯间隔时间；Dpmax为同时放行的最长人行横道长度。

以锁金村路口为例，观察表5可以发现：老年人速度较低，且与其他年龄段人群相比，步速相差大，必须做特殊考虑。

表5　各类特殊人群15%位速度

经实地测试，初始假设周期为80 s，绿灯通过周期为24 s，行人清空时间 5 s，每周期行人数27人，行人过街通道宽度为16 m，相位绿灯计算公式选取人行道大于3 m公式，即公式（8）［9］：

将以上数据带入公式中，得出特殊人群过街绿灯时间为27 s，在调整特殊人群通过步速参数后，信号灯行人通过时间增加至32 s。

为保证信号控制的有效性，设置信号后行人平均过街延误宜在15 s内，最大不宜超过25 s。由于行人过街通道宽度为16 m，由表5可得，特殊人群中老年人所需的相应过街时长为29 s；儿童为24 s；残障人士为29 s；负重的旅客为26 s。取其最大值，则有最大的过街时长为29 s。如道路宽度不同，则可据此类推。

由于该估算公式对于道路情况作出了很多约束，对实际道路状况代表能力有限。如增加自行车的影响，相对于行人，自行车更加机动，且具有巨大的保有量，其对道路交通行为的影响很大。此外计算时忽视天气状况等的影响，故此信号灯时长的估算设计有一定的误差。

4.6 适用性分析

本文旨在研究特殊人群步行过街时长调查。因此，本文的研究结论主要适用于特殊人群比较集中的地方，比如医院、老年社区、小学、火车站等等附近的平面交叉口，在这些地方，信号灯时长配时模型应以特殊人群过街速度指标进行建模，以达到减少特殊人群过街安全隐患的目的。

5　结语

本文以南京市为依托得出如下结论针对老人、带儿童的家长、残障人士以及负重的旅客进行了过街策略、过街速度的调查。分析了特殊人群的过街特性和一般行人过街的不同，并根据调查数据的分析，根据信号灯时长配时公式，给出特殊人群过街速度推荐值作为信号配时的理论依据。研究成果对于维护交通秩序、改善我国道路交叉口的交 通、保障行人安全以及提高其通行能力和交通安全性有着极其重要的作用，呼应了“顺畅交通”的新时代理念。

［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，张会，荣建，等.路段行人过街设施分析研究［J］.交通运输工程与信息学报，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］王炜，徐吉谦，杨涛，等.城市交通规划理论及其应用［M］.南京：东南大学出版社，1998.

［6］张碧琴，高佳，齐战军. 城市步行交通安全规划初探［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］黄文忠，杨佩昆.无控制人行横道处的行人和机动车延误分析［J］.同济大学学报，1995，23（1）：31-36.

［9］杨晓光，陈百磊，彭国雄.行人交通控制信号设置方法研究［J］.交通运输工程学报中国公路学报，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

周涛（1990-），男，江苏徐州人，硕士研究生，研究方向为交通信息工程。

（2014-12-05）