李巧瑩，楊勝超

(中鐵第六勘察設(shè)計院集團有限公司,天津 300300)

現(xiàn)代有軌電車預(yù)期的功能發(fā)揮，取決于過街系統(tǒng)滿足行人需求的程度以及對機動車交通的干擾。行人過街系統(tǒng)與有軌電車站臺的有效銜接是便捷性和人性化的體現(xiàn)。有軌電車線路在道路橫斷面的分布形式有路中式、雙線異側(cè)式和雙線同側(cè)式[1-2]，其中雙線異側(cè)式和雙線同側(cè)式的有軌電車站臺對行人過街影響不大。因此，本文針對路中式站臺道路交叉口行人過街系統(tǒng)進行研究。

1 交叉口的選取

天津市有軌電車位于濱海新區(qū)洞庭路，是一條南北向縱貫天津開發(fā)區(qū)西部的軌道交通線[3]，全長約7.86 km。洞庭路道路紅線寬50 m，雙向6車道，路中設(shè)有軌電車專用道。學院區(qū)南站位于洞庭路和第十三大街交叉口的北進口，為島式站臺。此交叉口較為繁華，周圍有清竹園和清梅園等居民區(qū)、大學城A區(qū)、大學城B區(qū)、潤楓廣場等。

2 路中乘客流到達規(guī)律

2.1 調(diào)查方案

經(jīng)調(diào)查，有軌電車乘客在早晚高峰較多，晚高峰過街行人量最大，故選取晚高峰(16：00～18：00)時段拍攝錄像[4]，為對比分析，也進行了平峰(9：30～10：30)時段的拍攝。為避免數(shù)據(jù)的隨機性，拍攝選取了天氣晴朗的正常工作日。

采用人工調(diào)查，采樣間隔取10秒。調(diào)查由兩個人完成，一人負責記時，10秒報告一次；另一人負責記錄這10秒內(nèi)到達的有軌電車乘客數(shù)。

2.2 路中乘客流到達規(guī)律

2.2.1 路中乘客到達人數(shù)統(tǒng)計

路中乘客到達人數(shù)的樣本頻數(shù)統(tǒng)計見表1。路中乘客到達數(shù)描述統(tǒng)計見表2。

表1 路中乘客到達人數(shù)與樣本頻數(shù)統(tǒng)計

表2 路中乘客到達數(shù)描述統(tǒng)計

2.2.2 理論模型

參照路中乘客流到達分布模型[5]，有軌電車路中乘客到達應(yīng)符合脈沖波的規(guī)律。脈沖波理想模型的各特征值如下：

(1) 周期和有軌電車的發(fā)車間隔相關(guān)，本案例為島式站臺，周期為發(fā)車間隔的一半。

(2) 脈沖形狀：脈沖幅度為乘客到達流最大變化率，假設(shè)乘客均勻到達，則變化率平行于時間軸。

(3) 脈沖波長為乘客陸續(xù)到達人行橫道的持續(xù)時間，也即每輛有軌電車到達后，第一名乘客與最后一名乘客到達人行橫道的時間差。

(4) 頻率為周期倒數(shù)。

2.2.3 不同時間段乘客到達規(guī)律

在高峰時間段，實際運行中有軌電車車輛受其它因素干擾，運行不規(guī)律，盡管乘客到達體現(xiàn)了一定的脈沖性，但第一名乘客和最后一名乘客到達人行橫道往往要經(jīng)過幾個觀測時間段，因此，周期、波長和幅度都不是常量。

為研究乘客到達規(guī)律，將乘客到達的幾個連續(xù)時間段稱為一個觀測組。在360個樣本中，高峰時間段有240個樣本值為0，本文僅對有乘客到達的觀測樣本進行分析。對1小時內(nèi)的樣本進行處理，得到28個觀測組，其中20個觀測組只有一輛有軌電車到達，7個觀測組到達兩輛，還有一個觀測組3輛有軌電車前后到達，對3種情況作了分析，得到的特征值見表3。

高峰時間段乘客到達規(guī)律見圖1，為對比分析，加上了平峰和遠期的乘客到達規(guī)律，其中遠期為規(guī)劃數(shù)據(jù)。不同時間段的到達規(guī)律差別較大，針對不同的情況，需要采取不同的策略。

表3 乘客到達規(guī)律特征值(高峰)

圖1 不同時間段乘客到達規(guī)律

3 行人過街速度分析

3.1 樣本選擇

為分析站臺對步速的影響，進行了實際調(diào)查，樣本選擇見表4。

3.2 行人步速特征分析

現(xiàn)代有軌電車站臺的設(shè)置會對人行橫道步速產(chǎn)生影響，乘客流量和行人流量較小時，乘客和行人都能較為自由地行走，隨著總行人流量的增加，乘客和行人的行走都受到限制。因此，選擇晚高峰時間段進行調(diào)查，分析在總行人流量較大時，乘客流帶來的影響。

利用SPSS對兩個人行橫道的行人速度進行分析，二者的人行橫道步速都符合正態(tài)分布[6]，見圖2、圖3。

表4 步速調(diào)查相關(guān)參數(shù)說明

圖2 有站臺人行橫道行人步速

圖3 無站臺人行橫道行人步速

統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表5。

表5 有無站臺人行橫道步速統(tǒng)計結(jié)果

注：(1)單位：m/s；(2)有站臺的步速調(diào)查時乘客比例40%。

由表5可知，無站臺行人過街速度高于有站臺行人過街速度。在這里需要注意的是總行人流量較大，其乘客比例為40%左右，在此背景下，有站臺的平均步速為1.22 m/s，而在行人流量和乘客流量都較小時，有無站臺對步速影響不大。

4 對人行橫道通行能力的影響

4.1 調(diào)查方法

為得到盡可能全面的數(shù)據(jù)，對洞庭路和第十三大街交叉口進行全天錄像(8：00～18：00)，然后統(tǒng)計數(shù)據(jù)。所涉及的數(shù)據(jù)包括以下3個[7]：

(1) 行人流量

在行人綠燈期間，統(tǒng)計每5秒時間內(nèi)通過瓶頸區(qū)的進出行人數(shù)。

行人流量調(diào)查時單位：人/(5 s·6 m)，數(shù)據(jù)處理后單位：人/(min·m)。

(2) 行人密度

行人密度調(diào)查是與行人流量調(diào)查同時進行的，每隔1秒記錄一次，通過錄像暫停方式，記錄瓶頸區(qū)的行人數(shù)量，然后用行人數(shù)量除以瓶頸區(qū)面積即為行人密度。

因此，每一個行人流量對應(yīng)5個行人密度，為得到兩者的對應(yīng)關(guān)系，必須保證這5秒內(nèi)行人密度變化不大。

行人密度單位：p/m2。

(3) 行人步行速度

行人步行速度調(diào)查也是和行人流量調(diào)查同時進行，在5秒內(nèi)，需要同時記錄瓶頸區(qū)的行人步行速度，這里的速度是指平均速度。

行人步行速度單位：m/min。

4.2 行人速度-密度關(guān)系

對本案例調(diào)查的數(shù)據(jù)進行分析，得到速度-密度關(guān)系圖，見圖4。

用線性方程擬合時，擬合度R2為0.982 4，線性回歸方程為：

v=-25.903k+80.05

(1)

式中，v為行人速度；k為行人密度。

圖4 行人速度-密度關(guān)系

當密度為0時，最大步速為80.05 m/min，也即1.3 m/s，這個速度為行人自由步速，高于行人平均速度；當最大密度達到3.09 p/m2時，速度為0。

4.3 行人流量—密度關(guān)系

流量—密度曲線在交通控制中具有重要作用，所以通常把流量—密度曲線叫做“基本圖”。本文利用實測數(shù)據(jù)得到流量—密度關(guān)系圖，見圖5。

圖5 行人流量-密度關(guān)系圖

從圖5可知，用二次曲線擬合行人流量和密度的關(guān)系，吻合度較高，擬合度R2為0.907。擬合曲線如下：

q=-23.44k2+75.06k

(2)

式中，q為行人流量；k為行人密度。

由上式可知，當行人密度為0時，行人流量為0；當行人流密度為1.6 p/m2時，最大行人流量為60 p/(min·m)。

從圖5可知，在小密度的情況下(行人密度低于1.0 p/m2)，數(shù)據(jù)擬合較好；在大密度時，行人流量數(shù)據(jù)顯得比較離散，變化范圍為 50～70 p/(min·m)。行人密度為1.4～1.7 p/m2時行人流量最大，密度大于1.7 p/m2后，隨著密度的增加行人流量呈降低趨勢。

4.4 行人流量-速度關(guān)系

速度—流量曲線描述的是速度隨著流量的變化規(guī)律，它們之間的關(guān)系可以用來標定人行橫道的服務(wù)水平，并衡量人行橫道的運行狀況。本文調(diào)查結(jié)果見圖6。

圖6 瓶頸區(qū)行人流量-速度關(guān)系圖

從圖6可知，用二次曲線擬合行人流量和行人速度的關(guān)系，擬合度較高，R2為0.853。擬合曲線如下：

q=-0.031v2+2.725v

(3)

式中，q為行人流量；v為行人速度。

由上式可知，當行人流速度為43 m/min時，行人流量最大，為60 p/(min·m)。

從圖6可知，在行人流量較低時，行人步速隨著行人流量的增加有較大的降低，當行人流量達到50 p/(min·m)后，速度的降低的幅度很小。步速處在40～50 m/min區(qū)間，行人流量達到最大。

4.5 對通行能力的影響

人行橫道通行能力可以從行人流量-密度或行人流量-速度擬合方程。本文采用擬合度較高的行人流量-密度關(guān)系。

從行人流量-密度關(guān)系圖可知，人行橫道的通行能力為3 600 p/(h·m)，但這種情況很難觀測到，因此選擇研究在2 800～3 000 p/(h·m)范圍內(nèi)乘客比例對步速的影響。行人流量在2 800～3 000 p/(h·m)范圍時，行人密度基本保持不變，行人流量為密度和速度乘積，可以認為流量只隨速度變化，即乘客比例對步速的影響也就是對流量的影響，而此時的流量非常接近通行能力，故可認為是對通行能力的影響。而乘客比例為0時，步速為1.0 m/s，以1.0 m/s為基數(shù)，其余步速和基數(shù)的比值為折減系數(shù)，則圖7也恰好為乘客占總行人比例對通行能力的折減系數(shù)。

圖7 乘客比例對通行能力的影響

則折減系數(shù)和乘客比例的關(guān)系可以表達為：

y=0.255x3+0.076x2-0.405x+1.004

(4)

R2=0.591

式中，y為乘客流量對通行能力的折減系數(shù)；x為人行橫道乘客占總行人流量的比例。

則乘客比例對通行能力的折減具體結(jié)果見表6。

表6 不同乘客比例下通行能力的折減系數(shù)

5 建議與改善

5.1 交通設(shè)計

為減少行人和乘客的交織沖突，在人行橫道上可以采用不同顏色的鋪裝對過街行人流和乘客流進行分流，并標以顯著的標志標線。

5.2 公交信號優(yōu)先和行人過街協(xié)調(diào)控制

由以上的分析可知，路中乘客的到達呈脈沖性，在乘客流較小時，對整體行人過街影響不是很大；當有軌電車運行規(guī)律很差時，幾輛車同時到達，帶來大量乘客流。此時，對總體行人過街影響較大。若給行人綠燈充分的時間，有軌電車很難實現(xiàn)信號優(yōu)先，會惡化有軌電車車輛運行。此時應(yīng)該協(xié)調(diào)有軌電車信號優(yōu)先和行人過街綠燈時間[8]，以實現(xiàn)提供電車信號優(yōu)先的同時，不影響乘客和過街行人的集散和換乘。

5.3 二次過街和立體過街設(shè)施

由表5可知，設(shè)有軌電車站臺時，實際調(diào)查的行人過街平均速度為1.22 m/s，根據(jù)行人過街延誤公式，可得不同行人流量和機動車流量下行人一次過街延誤t1和二次過街延誤t2。假設(shè)行人過街極限等待時間為t0，當t1t2，則此時應(yīng)該考慮設(shè)置立體過街設(shè)施[9]。在六車道寬度選取30 m，行人的極限等待時間為40秒的情況下，本案例設(shè)置二次過街和立體過街的邊界曲線見圖8。

圖8 二次過街和立體過街邊界線

結(jié)合信號控制交叉口人行橫道的通行能力公式和表6中瓶頸區(qū)乘客比例對人行橫道的折減系數(shù)，可得有軌電車交叉口人行橫道的通行能力。對比行人過街需求與人行橫道通行能力[10]，如果行人過街需求大于人行橫道通行能力且進口道機動車流量大于設(shè)計通行能力，則需要考慮設(shè)置立體過街設(shè)施。

6 結(jié)語

現(xiàn)代有軌電車行人過街系統(tǒng)設(shè)計是新的課題，通過對運營狀態(tài)下有軌電車進行調(diào)查研究，得出路中乘客流到達規(guī)律、有站臺行人過街平均速度為1.22 m/s和乘客比例對人行橫道通行能力的折減系數(shù)等結(jié)論，結(jié)合過街設(shè)施設(shè)置的思路，提出了現(xiàn)代有軌電車行人過街設(shè)施的建議，希望今后能夠繼續(xù)深入研究，推動此課題的完善。