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  • 张福生:行人交通信号控制

    2022-05-16 17:01:44 来源:湖南省智能交通行业协会 评论:
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    4月28日,湖南智能交通行业协会举办了主题为“智慧交管和交通治理”的线上研讨会。会上,北方工业大学交通控制北京市重点室研究院张福生发表了题为《行人交通信号控制》的演讲。以下是演讲内容整理。

    前言

    建设高质量的交通信号控制系统,一定是从完善的设计开始,行人交通信号也是如此。步行是人类最基本的交通方式,但行人作为道路上的弱势群体常常被忽略,他们在道路行进过程中的许多安全问题、效率值得设计者们注意。

    在交通信号控制领域,设计者关注更多的是以机动车为主要对象的交通交通信号控制。行人交通信号设施和控制方式一直被忽略。要保障行人交通安全,礼让只是解决行人通行安全问题的初级阶段,而综合提升行人交通安全水平,建设完备的道路交通安全保障体系迫在眉睫。而真正要解决这种现状,必须通过技术手段实现,从技术过程方面实现对行人交通的控制,进而保障行人交通安全。

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    图一 | 主要的行人事故类型分析

    解决好行人交通信号控制问题是改善行人交通体验、保障其交通安全的重要手段。而要做好这一工作,完善的交通信号灯控制系统的建设至关重要,尤其是交通信号灯的设计工作应当摆在首位。

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    图二 |  完善的交通信号灯控制系统


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    图三 | 行人交通信号灯设计要点

    张教授认为,行人交通信号灯设计要综合考虑行人交通需求、行为特征与道路本身的特征。随着智能交通技术的发展,可以利用多样化的智能手段进一步提升行人交通的综合体验。就交通信号灯而言,行人过街与机动车通行具有不同信号语义。行人信号灯设计需要兼顾对于行人步速、等待人数、行人反应时间、行人通道通行能力、信号灯等待时间和行人忍受力之间等诸多因素的考量。

    行人的交通信号灯状态通常是由三部分组成,一是禁止通行时段,意味着行人要在路侧等待,设计上要考虑行人最大的等待时间,相关的标准对此有明确的规定;二是允许进入道路的时段,在此时段行人可以进入道路开始通行;三是行人的清空时间,在此期间不允许行人进入道路,但已经进入道路的行人可以继续通行至目的地或安全岛。不同的阶段往往意味着不同的控制目标限制。

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    图四 | 行人交通信号灯组成

    《道路交通安全法》第二十五条:全国实行统一的道路交通信号包括交通信号灯、交通标志、交通标线和交通警察的指挥。交通信号灯包括机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道下灯等等,也包括交警指挥手势信号。

    国家相关标准也对信号灯的语义、灯序进行了规定,主要的标准规范如下:


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    图五 | 目前国内外一般交通信号灯设计规范


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    图六 | 一般交通信号灯设计

    左 | 我国GB14886-2016

    右 | 英美交通信号灯

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    图七 | 非标准的行人信号


    创意型的行人信号灯过分追求美观高级,往往违背驾驶人预期,增加驾驶人的驾驶任务负荷,难有实用效果。这种做法未必能保障行人的交通安全,甚至还会引发交通安全事故,道路交通管理者对于这种创意型的行人信号灯需要慎重投入使用。

    常见行人信号灯2种场景

    行人过街交通信号通常有两种主要场景:路口行人过街和路段行人过街;在路口行人过街信号设计中,机动车右转与行人的冲突、部分区域夜间交通低谷时段的黄闪信号与行人信号的切换突变等问题尤其值得关注。


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    图八 | 路口行人过街与路段行人过街

    1►路段行人过街

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    图九 | 路段行人 一次过街与二次过街


    路段行人过街信号在设计中经常采用的方式包括,一次行人过街,二次(多次)行人过街,通过设置安全岛两次信号实现过街。


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    图十 | 二次过街模型


    二次行人过街的基本装置包括机动车信号灯、行人信号灯、行人过街按钮(行人检测感知装置)等。


    现实中大部分路口采取定周期配时的方式进行信号灯控制,这种固定配时的交通信号存在一个明显弊端——即使没有行人经过(行人没有产生过街需求)信号灯仍然会为行人留出足够的过街时间,进而造成行人信号灯与机动车信号空放,造成机动车交通延误,一定程度上会造成交通资源的浪费。


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    图十一 | 定周期行人过街信号


    要解决这个问题,可以通过设置行人检测装置检测并响应行人过街的请求。行人有过街需求时,信号灯在预定的时间段为行人放出绿灯信号,保障行人顺利通行;如果行人没有过街需求,则装置自动将最大限度通行时间让渡给机动车,以确保满足机动车通行需求,提高道路通行效率。


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    图十二 | 路段过街信号灯序列 有行人检测装置


    2►路口行人过街


    路口行人过街有两种常见方式,一种是伴随型行人过街——行人信号和机动车信号伴随出现;另一种是全向型行人过街——专门为行人开通行人信号阶段,这种信号灯控制方式常常出现在行人密集、交通需求极大的路口;


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    图十三 | 路口行人过街 伴随型与全向型


    也有一些异形路口会采取特殊的设计方法,例如穿越环岛进入环岛中心的交通需求,此时环岛路口交通信号灯控制,大多只控制入岛的交通流。

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    图十四 | 异形路口


    通常情况下,路口行人的过街不采用行人检测装置,路口行人的过街信号通过固定配置的方式伴随机动车通行信号出现。伴随式行人过街存在的弊端是,行人进入时间和清空时间会对最小路灯时间造成约束。由于行人配速较低,为了保障偶发性的行人需求,在机动车通行量非常少时,考虑到行人的清空时间和进入时间同时为保障行人安全,绿灯时间会相对拉长。这样一来,在夜间和低峰时段可能出现信号周期长以至于信号灯空放的现象,一定程度上将造成绿灯损失。

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    图十五 | 路口行人过街 固定配时无行人检测装置


    为了解决这个问题,可以在路口设置行人检测装置。实时监测感应行人通行需求,当没有行人过街需求时,将绿灯时间压缩,在保障机动车通行的情况下,依据行人需求动态启动行人相位,来减少信号灯空放和交通延误。

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    图十六 | 路口行人过街 有行人检测装置


    特殊场景

    1 、机动车右转与行人控制

    另一种常见的路口行人过街场景是机动车的右转与行人间的冲突。由于礼让行使得机动车无法通行,进而造成路口拥堵。

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    图十七 | 机动车右转与行人控制


    机动车右转通行有两种常见方式,一种是许可通行,通过让行实现右转通行;另一种是保护通行,通过设置右转信号灯控制机动车,分离行人与机动车的通行矛盾来同时满足行人通行和机动车右转需求。

    传统的方法处理机动车右转过街需求的方法是,适当早放绿灯,允许右转行人抢占路权,机动车滞后右转。而比较理想的方式是,右转机动车和行人过街有明显冲突时,建议给右转机动车明确信号。

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    图十八 | 行人信号早启动 机动车信号滞后


    GB14886-2016标准中规定的一种交通信号序列表示,行人信号灯为红灯时,右转机动车信号灯有一段时间为黑灯。右转控制模糊容易造成机动车和路人决策犹疑和失误。

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    图十九 | GB14886-2016标准规定的交通信号序列

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    图二十 | 专家建议序列

    张教授提出,可以将直行机动车等待时间分成两个时段,前一段时间留给行人进入道路并完成清空,后一段时间留给机动车右转。根据现场情况进行决策,决定先放右转的机动车还是先放行人。如果右转的机动车量大而行人少时,鼓励直行的机动车和右转的机动车信号同时放行;在右转机动车放行的过程当中,通过行人按钮或是行人检测装置来自动检测行人过街需求。如果有行人过街的需求,则适时终止右转机动车信号,启动行人交通信号保障行人通过。如果行人没有过街需求,右转机动车信号保持常绿的状态,以便于最大限度满足机动车右转需求。

    如果一个路口行人交通量比较大而右转的机动车较少,此时可以调整右转机动车和行人的放行信号,那么机动车方向直行的机动车方向绿灯的时候,我们可以优先放行行人,待行人完成清空之后,再检测是否有机动车右转需求。如果有右转需求,则将终止行人信号,启动机动车右转信号。

    2、黄闪突变

    在很多中小城市,交通量非常低的路口常常采用夜间黄闪的交通信号灯控制的模式,而黄闪和正常控制的切换比较简单粗暴。实际上,黄闪突变隐藏着许多安全问题。

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    图二十一 | 黄闪灯控模式 对比


    张教授建议,从黄闪进入正常运行期间,采取增加安全过渡时间的方式用于行人清空,充分保障行进在道路中间和滞留在路口危险区域的路人和机动车的安全。


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    图二十二 | 行人交通信号控制的三个问题


    解决以上问题的行之有效的办法是,采用最新交通检测技术对行人过街关键区域进行检测,比如路侧等待区、行人过街通道、二次的过街多个等待区和通过区。通过有效检测,动态探知实时路况,分析和把握行人需求,而非仅仅通过算法预留固定通过时间控制行人通过。


    除了定周期或依据检测到的路侧等待行人数量来分配时间之外,张教授同时介绍了另一种控制方法,在入口清空时,通过设备实时监测和把握路口是否有滞留行人决策是否适当延长清空时间,保障交通安全。


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    图二十三 | 为检测区检测区

    随着智能交通技术进步,智能检测设备的普及,行人交通安全体验能够得到大大提升。行人按钮、自动的基于视频的行人检测、微波雷达的行人检测等都能反映行人过街需求。在一些特殊场景中,路人甚至可以用学生卡和老年卡刷卡请求过街。

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    图二十四 | 检测设备

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    图二十五 | 无障碍设施国家标准

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    图二十六 | 行人无障碍信号设施:提示音



    目前不同城市采用不同的提示方式,人工语音或者是音频声讯等形式,未来还需要进一步规范。张教授提到了一种瑞士交通信号,它是一种在行人按钮和路侧特定设施上盲人可利用触觉感知和导航的几何图案,残障人士过路前触摸设施了解路口大致情况,过路时可充分预判和安全通行。


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    图二十七 | 行人无障碍信号设施:路口地图


    行人交通信号是宽泛的话题,由很多碎片化的场景组成,其中又包括渠化、组织、检测、控制等许多方面。行人交通信号控制这一论题中,考虑行人交通安全舒适的同时,也应注意行人交通信号对机动车交通控制效率的影响。如何综合设计行人交通信号灯以适应实际场景应用,设计者还需多花心思。


  • 关键字: 交通信号
  •    责任编辑:zhuoqun
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