行人违章行为对交叉口通行能力影响分析

2018年6月

武汉理工大学学报（交通科学与工程版）

Journal of Wuhan University of Technology

(Transportation Science > Engineering)

Vol. 42 No. 3June 2018

行人违章行为对交叉口通行能力影响分析

程加琪徐良杰

(武汉理工大学交通学院武汉430063)

摘要：为研究“中国式”过马路对交叉口交通流的干扰，保障行人过街安全，针对行人在信号交叉口 处违章闯红灯的行为，根据不同红灯期间的违章行为对交通流的影响不同，将其分为红灯前期加 速行为、红灯中期通过行为和红灯末期抢行行为.针对其中两种对机动车干扰严重的违章行为，建 立基于行人违章行为影响的车道通行能力修正模型.通过仿真实验验证模型的适用性，对比HCM 通行能力计算模型，修正模型更符合实际交通运行状况.关键词：交通系统；通行能力；行人违章行为；人机冲突中图法分类号：U491.2 do# 10. 3963/j. issn. 2095-3844. 2018. 03.028

模型，但缺乏行人违章行为对于交通系统的影响

0

引

百

研究.针对行人违章行为与机动车的冲突，和机动 车在交叉口产生的延误，该文结合武汉市信号交

交叉口是多个方向和多种类型的交通流交 汇、冲突严重的区域，信号交叉口以信号控制的手 段通过时间分隔化解过街行人与机动车的冲突. 由于违章成本高，查处手段完善，机动车在信号交 叉口极少闯红灯，然而在信号交叉口等待过街的 行人中却不乏冒着自身安全的风险闯红灯者.由 行人原因造成的交通事故在信号交叉口占有一定 比例，而且由于行人本身缺乏保护，一旦发生事故 致死致伤率极高，根据有关部门统计行人在交通 事故中的死亡率达0. 5人/起.而我国城市交通典 型特征是混合交通，且城市交通实践中存在着“重 机动车交通而轻步行交通”的思想，步行交通规划 落后，行人设施管理、规划不完善，导致大量行人交通违章

， 交通 故 有发生 ， 严重影响

交通系统运行效率.

行人交通灵活性强，行人本身也容易受环境 影响产生心理变化，目前国内外学者对行人违章 行为的研究，对行人违章的原因[1]、行为特征2、 行人等待3、行人心理[4 5]等人的本身因素做了大 量分析；也有学者利用博弈论6、计划行为理 论[7—8]、阈值模型[9—10]等试图构造行人过街的行为

1.1

机动车延误分析

车流均勻稳定到达情况下，行人违章行为一 般是在行人信号的绿尾红灯刚启亮的头几秒，和 绿初红灯尚未结朿的一个较短的时段内.此时行 人利用可接受的车流间隙来穿越车流达到过街的 目的.在交叉口未饱和状态下车流间隙通常较大， 人群中部分大胆的行人便会寻找合适的时机违章 过街，另一部分从众行人跟随前者也违章过街，车 辆在通过交叉口时为避免碰撞一般会采取减速措 施，因此，增加了行车的均勻延误.

行人红灯前期加速通过行为使得车辆启动损 失增加，有效绿灯时长减少，降低车道的通行能1

行人违章行为划分

叉口行人违章调查数据，建立行人违章影响下通 行能力修正模型，量化行人违章行为对信号交叉 口通行效率的影响，对于优化信号交叉口的交通 组织，提高行人在交叉口处的安全性具有重要意 义，为行人穿越创造更好的交通环境，促进人、车、 路三者的和谐.

收稿日期％018-05-07程加琪（1994一）女，硕士生，主要研究领域为交通管理与控制

第3期程加琪，等：行人违章行为对交叉口通行能力影响分析• 493 •

力.行人红灯末尾抢行行为可能阻碍车队末尾车 辆的通行，使得停车线后的排队车辆在依此绿灯 时间内不能放空，造成二次排队，即过饱和现象. 行人违章行为增加了进口道的这种随机过饱和出 现的概率，过饱和状态下的交叉口车辆多，车流间 隙小，行人出于自身安全考虑较少地打断车流违 章过街.1.2

行人违章行为划分

根据不同红灯期间的行人违章行为对车流的 影响不同，将不同红灯期间的违章行为划分为三 C, = S, X (g/c), (1)

式中：为进口道& (或第&车道组）的通行能力， pCU/h;&为进口道，（或第&车道组）的饱和流 量，pCU/h; (g/c),为进口道，（或第，车道组）的绿 信比.

其中饱和流量是影响机动车通行能力的因素 之一.饱和流量是假定进口道车辆在全绿情况下 所能通过的最大流量.在实际计算中，先选择基本 饱和流量[11].各进口道基本饱和流量见表1.

表1各类进口道基本饱和流量

种：红灯前期加速行为、红灯中期通过行为和红灯 末期抢行行为.

1)

红灯前期加速行为是指在行人信号绿结朿、红灯起亮时进人人行横道过街.若将行人信 号红灯起亮的时间设为起始时间〇;则红灯前期 加速行为的时间区间八=[0，^].通过观测数据 的统计，红灯前期加速通过行为多发生在红灯起 亮后0!4 s的时间，因此取，E = 4.行人红灯前期 加速通过行为使得车辆启动损失增加，有效绿灯 时长减少，降低车道的通行能力.

2)

红灯末期抢行行为是指在行人信号灯灯还未起亮、红灯倒计时进人人行横道过街.记行 人红灯信号的总时长为T;则红灯末期抢行行为 的时间区间Tt = [

t

，T].通过观测数据的统计，

红灯末期抢行行为多发生在绿灯起亮前0!3s 的时间，因此取= T一3.行人红灯末期抢行行 为可能阻碍车队末尾车辆的通行，使得停车线后 的排队车辆在依此绿灯时间内不能放空，造成二 次排队，即过饱和现象.

3)

红灯中期通过行为是指在上述两个期之外的红灯期进人人行横道过街，可得红灯中期

通过行为的时间区间Tm = [e，在交叉口未

饱和状态下车流间隙通常较大，人群中部分大胆

的行人便会寻找合适的时机违章过街，此时行人

与车辆的距离较远，行人违章过街的行为对车辆

造成影响较小，因此，本文不讨论此种违章行为对

交通的影响.

2

进口道通行能力修正模型

交叉口的机动车通行能力是对每个进口道规

定的，它是在现行的交通状况、车行道和信号设计 的条件下，某一指定进口道所能通过交叉口的最 大流量.信号控制交叉口的通行能力以饱和流量 为基础进行计算，指定进口道的通行能力为

车道 直行车道 左转车道 右转车aT

和各流类量进/(口道基本饱 1 400 — 2 000, 1 300— 15 5800，0)

1 LC;〇pcu+h1) (平均1650)(平均1考虑行人的影响，美国《道路通行能力手册》 (HCM)中关于行人因素校正系数模型，根据冲突 点行人占用率对饱和流率进行折减，从而计算通 行能力.

行人校正系数可表示为

.Rpb = 1-0 — f*RT(1 —Ap]T)(1 — XrTA) (2).Lpb = 1-0 — XlT(1 — Ap]T)(1 — X LTA ) (3 )式 中：/rpi>为行人对右转车流影响的校正系数；

.Tp]为行人对左转车流影响的校正系数;Xrt为车 道组中右转车辆所占的比例；Xtt为车道组中左 转车辆所占的比例；ApbT为非保护相位下行人影 响因子Xrta为保护相位内右转通行时长所占的

比例；Xtta为保护相位内左转通行时长所占的比

.

以下通过分析不同行人违章行为对影响因子

A

p]T的影响，从而得出考虑行人违章行为情况下

信号交叉口通行能力的折减系数.

2.1红灯末期抢行行为

称红灯末期抢行的违章行为情境一，这种情

况下影响了这一相位清尾车辆的通行，引起本可

以通过交叉口的车辆的延误，影响机动车的通行

效率.通过观测数据的统计，红灯末期抢行行为多

发生在绿灯起亮前1 — 3s的时间，取其平均值

〜那么行人通行相位时长gp应增加为（gp + r1 )，得到9pedg1 = qped X c/(gp N T1 )

(4)

式中％Mg1为情景一行人通行的流率，ped/h; Bp6d 为分析时段内的行人交通量，ped，g/h;c为信号 周期时长，s;gp为行人通行相位时长，$1为抢

#s.

灯绿间• 494 •武汉理工大学学报(交通科学与工程版\"2018年第42卷

Bpedgi/2 000 ，gpedgi ' 1 000 peds/hg

OCCpedg1 = 2 0• 40 N Bpedgi /10 000 #

通行能力修正

C

：

& H st X Cg/c)& X V

正后

(11)

[l 000 ped/h ' gpedg1 ' 5 000 ped/h

式中C&为修正后的 通行能力，pcu/h;/: 车道类型的C值

& (或第&车道组）的

正系数，不同

(5)

式中：OCCp6dg1为情景一机动车与行人冲突区域的 行人占有率；Bpedg1同前./pbT1 h

1 OCC pedg1 # Nrec

Nturn

f Rpb H 1.0 — Prt (1 — ApbT )(1 — X RTA )

(12)

f Lpb H 1.0 — XLT (1 — ApbT )(1 — X lta )

I 1 — 0. 60 X OCC pedg1 ?Nrec * Num

(6)

式中:A pbT1为情景一的行人影响因子；Nec为左转 (13)

式中:/Rpb为修正后行人对右转车流影响的校正系 车流或右转车流的出口道数量；Nun为左转车流 右转车

的数量;〇CCp6dg1同前.

2.2

红灯前期加速通过行为

称红灯前期 通过的违章行为情境二.这

种

影响了机动车的启动，增加启动

.通

过实际数据的 ，红灯前期 通过 多发生在红灯起亮后0〜4 s的 ，取其平均值那么

通

私应增 （2+私），得到

此类违章 影响

Ap]T2

公式

Bpedg\"二 Bed X 3/(,2 N 7p)

()式中：Bedg\" 二 通行的 ，ped/hBped为分析时段内的行人交通量，peds/h$为#期 为行人红灯起亮后时间，s7p为行通

#s.

〔Bpedg\"/2 000，gpedg2 ' 1 000 ped/h

CCCpedg\" H 2 0• 40 N Bpedg\" /10 000，

[1 000 ped/h ' gpedg2 ' 5 000 ped/h

(8)

式中：OCCp6dg\"为情景二机动车与行人冲突区域的 行人占有率；Bpedg2同前.

ApbT2 ==

1 OCC pedg2，Nre: Nturn

I 1 — 0. 60 X OCC pedg2，Vrec * Nturn

(9 )

式中:A p]T2为情景二的行人影响因子；Nrcc为左转 车流或右转车流的出口道数量；Nun为左转车流 右转车 的数量;OCCp6dg2同前.2&通行能力修正模型

综合考虑以 同类型的行人违章行为影

响，分析行人违章影响因子A、t与 ApbT1、ApbT2 之

间的

，建立多元线性回归

：

A'pbT H aNb • ApbT1 N 3 • ApbT2

(10)

式中A^bT 考虑行人违章行为的影响因子$

ApbT1和ApbT2分

单独考虑不同 违章类型

的影响 $ 数a、b、d由实测数据标定.

得到考虑

违章行为的

交

数;/Vpb 正后

对左转车流影响的校正系数.

3

模型适用性分析

3.1数据调查择没有特殊的地理和几何影响因素的具备

较好观测条件的

交

，

工作日的07: 00—09: 00,以及高峰时段17: 00— 7：0,且保证每个交叉口至少1h的观察时间进

.

调查选取武汉市友谊大道一才华街交叉口， 为主次相交路口，见图1.主路友谊大道南向双向 10车道，北向双向7车道，才华街双向4车道.交

线

直线，路面纵坡为0,行车

度

为3. 5 m，人行横道的宽度8 m，机动车设计速度 为40〜60 km/h.交叉口采用三相位信号控制（相 一：友谊大道车辆直行与右转$目位二：友谊大 车辆左转$目位三：才华街车辆直行、右转与左 转），

期为120 s，黄

3 s，全红

时间为1 s，相位一绿灯时间为46 s，相位二绿灯

时间为32 s，相位三绿灯时间为30 s.

^

非机动车道

调查获取了各进口道的行人过街交通量和各 进口车道的机动车交通量，见表2.

第3期程加琪，等：行人违章行为对交叉口通行能力影响分析

表2交叉口各进口道流量

-495 -

进口道

车道编号

机动车交通量/

东进口道西进口道南进口道北进口道

1

99

2 93867374

1 178 852381

2 521

3 616

4 160

5 121

1 305

2295

3280

4

205

(pcu + h 1)

218 641 241

(peds- h 1)

行人过街交通量/

636

^

行人违章过街交

通量/(peds - h ”

3.2仿真建模497 pcu/h;计算模型计算值与仿真实验数据的误 差.HCM基础模型的误差分别为5. 151， 8. 011，6. 901;本文提出的修正模型误差分别为 2. 47%，3. 14%，2. 07%.该文考虑行人违章行为 基于行人违章过街调查数据，建立行人违章 行为与通行效率模型，量化行人违章行为对信号 交叉口交通运行的影响.利用VISSIM仿真环境 和仿真原理，对信号交叉口行人违章穿越行为进 行模拟分析.

在信号控制交叉口，到达路口的各交通个体 如果完全遵照交通规则使用自己的路权通行，那 么交叉口总体延误达到最小，但现实是总会有违 章者扰乱交叉口的秩序，进而造成交叉口延误.在 仿真系统中设置交叉口信号控制规则时，在人行 横道处设置两个路段：一个路段选择信号控制方 式，在此路段所有行人是遵规过街的.另一个路段 则选择无信号控制方式，且设置优先规则，定义为 行人让行机动车，可看作行人在无信号控制人行 横道上选择可穿越间隙穿插过街的情景.以此来

违章

的 . ， 个 段的

人流量比例即为遵章行人数与违章行人数之比.

3. 3

结论与分析

基于实测数据，使用SPSS软件对式（10)中 的模型参数进行标定，拟合结果只方为0.992,证 明模型具有较高的拟合度，算例中考虑行人违章

的影响

A'ptx = 0. 033 N 0. 460 X ApbT1 N 0. 513 X ApbT2

(11)

将武汉市友谊大道一才华街交叉口南进口机 动车运行效率分别以美国《道路通行能力手册》行

人因素校正系数模型（HCM基础模型）、修正模型 和VISSIM仿真实验数据相对比，其结果见表3.

表3不同模型车道通行能力对比

pCU/h

车

HCM

行人违章

VISSIM

基础模型

修正模型

仿真数据

131529629043102912875510497485

分析不同模型计算得到的各车道通行能力 值，HCM基础模型计算得到车道1，4、5的通行 能力值分别为315，310和510 pcu/h，由该文修正 模型得到的通行能力值分别为296，291，

的交叉口通行能力修正模型与仿真结果误差均在 5%以下，说明该修正模型更接近交叉口交通运行 状态，具有较强的适用性.

4

结束语

违章

对机动车延 的影

响，根据不同时期的行人违章行为对交通流产生 的影响不同，将其划分为红灯前期加速行为、红灯 中期通过行为和红灯末期抢行行为三种类型，并 针对其中红灯前期加速行为和红灯末期抢行行为 两种行为，对进口车道交通流的影响建立了通行

能力修正模型，最后通过对比仿真数据和HCM 基础

、 文 正

值#得

正

差值均优于HCM基础模型，可为信号交叉口行 人交通组织的优化提供参考依据，也可对交叉口 信号控制方案提供参考.后续研究将对红灯中期 通过行为对交叉口通行效率的影响做深人分析， 从行人违章与机动车冲突的角度出发，建立基于 人机冲突的交叉口通行效率模型.

参考文献

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西南交通大学，2014.[1] 任福田，刘小明，荣建，等.道路通行能力手册[M].

北京：人民交通出版社，2007.

Influence Analysis of Pedestrian Violations on the

Intersection Traffic Capacity

CHENG Jiaqi WULiangjie

{School of Transportation，Wuhan University of Technology，Wuhan 430063, China)Abstract：To study the disturbance of ^crossing the road in Chinese style” to the intersection trafficflow and ensure pedestrian crossing safety， the pedestrian violation behavior has been divided intothree kinds of behavior： accelerated walking behavior in the early stage of red light，walking behavior against the red light and Late-Red rushing out behavior before the red light on，according to the influ­ence of different violations on traffic flow in red light. In view of these two violations on the motor ve­hicles ，the traffic capacity modified model has been established. Compared with HCM capacity calcu­lation model，the modified model is more reasonable in the actual traffic conditions.

Key words：traffic system； traffic capacity； pedestrian violation； pedestrian and vehicle conflict

〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇〇♦〇

!上接第491页）

Influence of Scale Effect on Resistance Components of Trimaran

CAIBoao1'2) QINJiangtao1'2) MAOXiaofei1'2) XUBofang1'2)

{Key Laboratory of High Performance Ship Technology，Wuhan University

ofTechnology，Wuhan 430063, China)1(School of Transportation，Wuhan University of Technology，Wuhan 430063，China)2Abstract: The traditionalmethodbasedon the Reynoldsnumber of the trimaranused the equivalent slab formula to estimate the frictional resistance，andthefrictionalresistancecomponentofthetrima- ranwasoverestimated resulting in theconversion error. Firstly，t he numerical simula t i on me t hod was validatedby theNPL single-hull resistance test. Then the numerical predictions of the resistance com­ponents of the trimaran model with different scaling ratios were carried out. Finally， the variation rules of the resistance components of the trimaran on the hydrodynamic coefficients were discussed based on the numerical results. An improved method for calculating the resistance of a trimaran was proposed on t he

basis

of

summarizing t he

regular! t y.

by different methods were trimaran to a certain extent.

Key words：trimaran； scale effect； CFD

compared with the

numerical

results of

the

real

The resistance results o

s

that the improved conversion method improves the prediction accuracy of the real ship resistance of the