交叉口行人过街交通设计与信号控制的时空关系

一、交叉口行人过街的诸多问题
　　城市道路交叉口的关键问题主要有：（1）为了保证机动车的通行能力，把交叉口的规模做得越来越大，导致人行过街的距离变得很长。（2）在交叉口设计过程当中缺少人行过街安全岛的保护措施。（3）人行过街的信号问题，人行过街的绿灯信号和绿闪信号含义不是非常明确，行人过街对信号的反应难以遵守或者不愿意遵守，或者是因为不理解导致行人过街遵守规则的遵章率很低，导致人车冲突，交通混乱，这个问题是最值得关注和思考、分析、改善的。
　　二、江苏省某中小城市交叉口案例

　　前一段时间有一个讨论，江苏省的一个中小城市交叉口，有人拿出来说这样一个交叉口觉得做得怎么样？经过一些考虑，也请一些同学做了计算和设计，今天拿出来跟大家做一个讨论和分享。这样的一个交叉口看似很普通，很标准的中国特色交叉口的形式。在说这个问题之前，还有另外一个关于交叉口问题的分析，是前年世界交通大会，城市交通控制和管理的专业小组准备编一本各个国家对城市交通交叉口信号控制的做法。给各个国家相关专家发去了一个统一的交叉口模式，让各个国家的专家来说一说你们国家的交叉口信号控制设计怎么弄。

　　得到了瑞士专家的答复说交叉口作为一个模板不符合瑞士交叉口的平面设计标准，交叉口的尺度非常大，但是看这个交叉口在中国只是一般中等规模的交叉口，在瑞士就觉得这个交叉口的规模非常大，布局不符合瑞士道路设计的安全规则，瑞士专家认为交叉口过大不符合安全标准，在瑞士单幅道路不超过三条，交叉口的车道超过三条，所以觉得交叉口的规模过大，导致有安全的隐患。由于安全的规定，人行过街斑马线的通道不能超过20米，除非有人行过街的安全道，也就是说没有人行过街安全道的话超过20米，这个设计就不合适。长时间的行人过街会导致行人清空时间的过长，清空时间需要很长的绿灯间隔，很长的绿灯间隔又会降低交叉口的通行能力，瑞士按照条例规定当绿灯关闭以后也要保证行人的过街安全。所以这样一个设计不是很合适，瑞士专家做了一个示意，这里必须要加不仅是一个安全岛，要加若干个安全岛才能解决这样的问题。把这个拿过来给大家做一个分享，瑞士的专家对中国典型的交叉口是什么样的观点。

　　对前面提的江苏的一个交叉口做了一些分析，觉得有这样几个关键的问题：右转半径过大，行人过街的距离很长，制约了信号控制的设计。后来对这个交叉口做了一些思考分析，提出一些改善的建议，把原来这样的交叉口平面空间改成这样的空间，采取的办法就是增加了行人过街的安全岛，把转弯半径显著地缩小，使得行人过街距离大大减小。

　　做了一些计算，可以看到行人过街距离的变化，原来最长的45米，经过改善设计以后，人行一次过街的距离由原来的40米左右下降到9米、11米，总的人行过街距离下降了一半，单次人行过街下降的幅度更大，这样会使得人行过街距离降低了以后，行人过街更方便。而且非常重要的一个因素是由于这样的人行过街距离的降低，使得行人过街的清空时间大大降低了。按照上海市的设计导则，人行过街的速度是1.22米每秒，人行最短绿灯是这样的计算方式，7秒加上人行过街的时间需求减去绿灯的时间，按照这个标准设计的话，原来的交叉口方案将需要很长行人过街的绿灯时间，清空时间如果按照人行过街需要的安全标准，一段人行过街所需要的时间在80秒左右。所以这样一个交叉口的设计，最后做出来的信号周期将达到最小需要208秒。
　　这样一个交叉口的问题在于按照空间设计与行人过街的需求，信号周期很难降下来。

　　前面说的是按照标准，这里涉及到人行过街的信号，假如说按照前面的分析，其实人行过街的绿灯时间并不需要那么长，如果按照合理的设计，人行过街最小绿灯时间降低到10秒，但是保证安全的清空时间，即使这样定的话，这样一个交叉口的周期时间也要达到152秒，也就是说这样一个交叉口即使调整了行人过街的最小绿灯时间的需求，它最小的周期时间也将达到152秒，这就会给运行带来一些制约。如果一个交叉口是这样情况的话是很难处理的。

　　那么做了这样一个改善以后，也还是采用常规的四相位，空间关系有了这样的改变以后，同样的采用人行过街最小绿灯时间10秒钟，加上足够的行人过街的清空时间，而且假定机动车的最小绿灯时间需求是20秒，在这样一个条件下，采用人行过街安全岛，行人二次过街，行人的绿灯就会在两个机动车相位中间获得绿灯的通行权。可以看到人行的绿灯时间和清空时间都可以得到保证，而且两段行人过街之间还是可以进行一个协调，也就是说即使有人行过街中间的安全岛，行人不一定要在中间停留，有相当一部分行人可以经过绿灯的协调一次过街，其实行人二次过街的说法不是很贴切，说是二次过街只是设计方式，其实信号如果做合理的话可以保证大部分行人一次过街，这是可以协调的。
　　上文提到的是尽量给行人最充分的绿灯时间，众所周知，定时信号控制有一定的弊端，即人行过街能够得到保证，但是信号控制难以反映实际的交通流的变化，要使得信号控制跟交通流能够互相有动态的适应就需要有感应，信号的参数跟交通流的强度自动适应。但是在这个适应的过程当中，最难处理的也是行人的需求。假如说行人需求固定了，信号控制恐怕就难以实现它的灵活性。为了实现交叉口信号控制的灵活性，需要把人行过街的时间控制在最小范围，也就是说保证行人过街的通行能力和通行的安全性。但是可能难以保证他的舒适性，来提供感应信号控制的空间，感应信号控制的设计也需要基本的信号配置的方案。

　　假如保证了机动车20秒的最小绿灯，行人最小10秒钟的绿灯，保证按照人行过街的长度设计清空时间，这样的话四段行人过街的时间中间留出来了一些可以用于感应信号控制的部分。比如按照这样一个设计，行人最小绿灯时间10秒，机动车最小绿灯时间主干线15秒，支线10秒，按照这个规则设计的话，假如采用100秒的信号周期，这些空间是可以进行动态调整的，这部分的绿灯时间车多了可以延长，车少了这部分的绿灯时间可以砍断。

　　假如车少的时候，这个交叉口可以运行在79秒，假如设置的最大绿灯时间是24秒，左转相位是16秒，它们分别可以获得5到6秒的弹性时间。假如需要更大的弹性时间，可以把信号周期放大到120秒、130秒，可以获得更大的弹性空间，给感应信号控制留下一个很好的区段。
　　从这样一个案例，可以看出来交叉口的空间设计和信号控制是密切相关的，为了要使运行过程当中提高信号控制的精准性、灵活性，必须要对交叉口的设计进行适当的优化，，关于交叉口精准化的设计、控制和管理，这里提出这样一个案例跟大家一起分享。
　　前面提到的还是一个简单的案例，采用四个相位的控制，其实四相位的控制有一定的局限性，如果交通流是比较均衡用这个控制是合适的，但是如果各个方向的交通流不均衡，采用这种控制恐怕效率也不是很高。比如哪个方向的交通流比较大，要在标准的四相位中间插入一个相位，刚才分析的原则是适用的，但是中间的问题可能会更复杂一些，但还是有解决方案的。
　　前几天在德国，德国的道路交叉口的人行过街设计通道非常明确，机动车的通道划得很整齐，特别是交叉口中间部分的导流线，使得车辆通过交叉口的时候，尽管车流线并不是直线，有弯曲，但是有了这个导行以后，车流可以非常有序通过交叉口，这给信号控制提供了很好的空间条件，做成这样的交叉口，使得信号控制得以做更好的设计。
　　三、结论与建议

　　交叉口过街的设施规划设计及信号控制的安全性和效率、灵活性是密切相关。人行过街的计算标准对整个交叉口的信号设计是具有至关重要的作用，人行信号明确合理的基本定义和规定，是实现交叉口良好交通秩序和信号可控性的基础。这方面还是需要进行一些完善和更精细化的考虑，在这里借这个机会强调一下，多年前编制的《城市道路交叉口的规划规范》规定，希望在各地做交通设计的时候充分考虑到这个需要，理由在前面做了一些分析。另外一个建议就是人行过街最小绿灯时间可以小到5秒，这是认识和体会，行人最大的红灯时间不要超过90秒，行人清空时间建议采用红闪而不是绿闪，这样可能更便于控制，这几点是在设计当中可以考虑的，或者应该做这样的考虑。

本文作者：同济大学交通运输工程学院 李克平 教授

　　本报告来源于2019年第十四届中国智能交通年会，未经本人确认。