李克平:如何通过信号控制解决交叉口转弯车辆与行人冲突?

来源:122交通网 | 2018-08-23 11:38

导语:转弯机动车与非机动车和行人的冲突,是目前我国城市道路交叉口交通秩序不良、事故频发、通行效率低下的主要原因,采用哪些交通控制策略可以有效解决交叉口人车冲突问题呢?今天交通言究社“城市道路交通文明畅通提升行动计划”专家谈专栏为大家推荐的是同济大学李克平教授撰写的交叉口行人与转弯车辆冲突的处理方法相关内容,敬请关注。


一、传统交叉口信号控制问题分析


目前,我国很多城市道路的交叉口大多没有独立的行人信号相位时间,行人一般与本向直行机动车相位同步通行。随着行人和机动车流量增加,传统相位设置的缺陷逐渐暴露出来,交叉口行人与转弯车辆冲突严重成为交叉口行人交通的主要问题之一。


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图1:行人与转弯机动车冲突


传统信号控制交叉口人车冲突导致交叉口交通秩序混乱和通行效率低下的根本原因在于:


☛ 行人与机动车的交通流特性不同

行人启动快而速度慢,机动车有启动损失而速度快。传统的交通信号相位设置没有充分考虑行人和机动车的交通特性差异,将行人、非机动车与机动车共用一个逻辑信号,造成了信号控制顾此失彼,不能适应机动车与行人、非机动车不同的交通需求。


☛ 控制手段单一

针对不同交通流的特性,应灵活采用相应的控制手段,传统的交通设计一般采用单一的行人信号与机动车信号同步的控制方法,随着我国城市人口和机动车保有量的迅速增加,城市出行交通量不断增大,不可避免地导致交叉口处人车冲突问题,特别是传统信号相位设置下多数情况下右转机动车不受控,使得右转机动车与行人的冲突愈加严重,尤其在一些行人过街量较大、右转车辆较多的城市商业区附近,这种矛盾已达到不可调和的地步,成为行人过街的主要不安全因素,也在较大程度上降低了右转车辆的通行效率。


☛ 人车争道抢行

行人、机动车在人行横道上的通行权不明确,或行人的通行权没有保障,造成人车争道现象的发生,一方面,机动车未按规定让行行人,为避免碰撞,行人往往需要避让机动车;另一方面,在机动车行驶速度较慢时,有行人在机动车流中穿行。


处理左、右转车流与行人和非机动车的冲突,应该通盘考虑,下面从认识和分析的角度,分别介绍冲突处理方法。


二、如何处理行人与右转机动车冲突?


1.行人与右转机动车有哪些冲突?

行人与右转机动车冲突主要有图2所示的三种类型:右转机动车与侧向行人同相位放行时,右转机动车与侧向行人冲突,如图2中南进口右转机动车与侧向南北向过街行人的冲突①;绿灯末期过街或步速较慢的行人与下一相位右转机动车的冲突,如图2中东进口右转机动车与南北走向过街行人的冲突②;允许右转机动车红灯时通行而导致的右转机动车与同进口过街行人冲突,如图2中西进口右转机动车与南北向过街行人的冲突③。


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图2:行人与右转机动车冲突类型


通过观测典型人行横道处240个绿灯期间过街的行人样本,发现因受右转车辆阻挡而减速或停止的人次占比达30%。由此可见,过街行人与右转车辆的冲突已达到较严重的程度,该问题的妥善解决成为保障行人过街安全的关键之一。


美国《犹他州新的人行横道规范》(《Development Of New Pedestrian Crossing Guidelines in Utah》)指出:行人交通事故多发于右转车辆不受控的信号交叉口,若设置相应的标牌提示右转车辆让行人,事故率降低15%~30%;若对右转车辆进行信号控制,则事故率降低60%。结合我国现状和国外的解决情况来看,现有交通条件下,行人与右转车辆的冲突问题应该得到解决,也是可以解决的。合理解决行人与右转车辆的冲突对于提高行人过街的安全性和机动车通行效率将发挥极其重要的作用。


2.右转车流可通行时间分析

在普通四相位信号控制且人行过街道中间有安全岛的交叉口,四个方向的右转车辆除了在直行相位可以通行之外,还可以利用两个左转相位进行分段通行,其通行时间相对充分,因此可以做到人、车在通行时间上完全分离。而在普通两相位信号控制交叉口,无论在哪个相位里放行右转车辆都会与过街行人有冲突,除设置行人专用相位之外,实现人、车在通行时间上的分离比较困难。


3.右转车流控制策略

“绿灯末期过街或步速较慢的行人与下一相位直行机动车的冲突”可通过设置足够的绿灯间隔时间和行人过街安全岛解决,“允许右转机动车红灯时通行而导致的右转机动车与同进口过街行人冲突”可通过禁止右转机动车在红灯期间通行来解决。下面着重介绍两种侧向行人与右转机动车冲突的处理方法。


☛ 右转车流让行控制策略

在行人信号灯放行时,同向右转车辆让行人优先通行,利用可接受空档穿越人行横道的方法,只适用于行人流量较小或右转车辆流量较小及二者均较小的情形。该控制方式的实现需要配套的交通设计,如图3所示,在交叉口转角为右转车辆预留待行空间,使待行的右转车辆在等待可穿越空档时不至于影响后面的直行车辆。《上海市城市道路平面交叉口设计规程》规定值不小于6米。


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图3:右转车辆让行空间示意图


为保障行人安全的同时兼顾交叉口的运行效率,在采用右转车流让行控制策略的情形下,建议设置适当的标志或信号,如单头的黄闪、“右转车辆让行人先行”等,以警示右转机动车驾驶人有行人通行及行人享有优先权。


☛ 右转车流信号控制策略


➤ 红灯箭头信号控制

在直行圆形灯的边上增加一个只能亮红灯和黄灯的右转箭头灯。右转箭头红灯启亮时,禁止右转车辆通行;在其它时段,右转箭头红灯熄灭,右转车辆在不影响其它流向交通流通行的情况下,按照相应的交通规则通行。在允许通行到禁止通行之间用黄箭头过渡。


该控制方式可以根据右转机动车和行人、非机动车的流量以及其相互冲突的情形,进行灵活的时间控制,既能有效地避免右转车辆与非机动车及行人的冲突,也能充分保证右转机动车的通行时间和利用可穿越空档。

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图4:右转车辆专用箭头灯实例(仅显示红色和黄色箭头)


 ➤ 右转车辆专用箭头灯

对右转车辆采用具有红黄绿三色的箭头信号灯组进行控制,只有当右转箭头绿灯亮时,右转车辆才允许通行;右转箭头灯亮红灯时,右转车辆禁止通行。由于在右转箭头灯亮绿灯期间,右转车辆有绝对的通行权,所以,必须严格地将右转车辆与行人及非机动车流在通行时间上分隔开来。


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图5:右转车辆专用箭头灯实例


该控制方式明确了右转车辆的通行权,完全避免了右转车辆与其它各种交通流的冲突,在右转车辆流量与两方向行人及非机动车流量均很大的情况下,能够有效避免右转车辆与行人及非机动车相互“卡死”的情况发生,有利于提高交叉口的运行效率和行人及非机动车的安全。该方法仅适用于如图6所示的四相位控制模式。

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图6:右转车辆专用箭头灯相位图


➤ 行人信号早启控制

当行人与右转车辆在一个相位里通行、冲突并不十分严重时,可以进行行人信号的早启控制。一般情况下,红灯期间等待过街的人数在过街总人数占较大比例,使这部分行人能够率先占据其与右转车辆的冲突点,优先提前通过,使右转车辆后于行人到达冲突点,更容易发现人行横道上的行人以采取相应的停车避让措施。


右转机动车流与行人的冲突在一定条件下会比较严重,是一个非常难于处理的问题。根据交叉口的实际情况,采取合理的信号控制策略,可以缓解甚至解决这个棘手的问题。


三、如何处理行人与左转机动车冲突?


相比右转车辆,行人与左转车辆的冲突一定情况下可能更为严重,原因是:左转车辆启动时离行人较远,且位置和角度不宜观察,行人往往难以及时发现和预计左转来车;无专用左转相位时,左转车辆驾驶人面临的交通情况较复杂,在穿越直行车辆空档后,往往会忽视过街行人,加速行驶;在较大的交叉口,左转半径较大,左转车辆车速较高。


1.两相位控制交叉口处行人与左转机动车冲突的处理方法

两相位控制交叉口处,一般机动车流量相对较小,行人与非机动车成为相对比较主要的过街群体,左转机动车与行人和非机动车的冲突成为行人过街的重大安全隐患。因此,进行交叉口设计时,首先应保障行人与非机动车过街的安全高效,采用行人与非机动车一体化设计的方法,将其统一纳入慢行交通系统处理。


☛ 机动车交通量、行人交通量均较小的两相位控制交叉口,可相应地迟启或早启行人相位。

 该方法的实质是适当错开左转机动车与行人和非机动车的放行相位时间,达到缓解冲突的目的,具体采取行人相位迟启还是早启策略需要观察左转机动车的通行情况来确定。如果左转机动车主要抢在绿灯启亮初期通过,则迟启非机动车相位和行人相位,让左转机动车先于离冲突点最近的行人通过冲突点,如图7[左]所示;如果左转机动车基本上会在机动车相位的绿末通过,则早启非机动车相位和行人相位,使离冲突点距离最远的行人先于左转机动车通过冲突点,如图7[右]所示。



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图7:行人相位迟启、早启图示


☛ 机动车交通量较小而行人交通量较大的两相位控制交叉口,在机动车相位之间插入行人专用相位。

在机动车相位之间插入行人专用相位,行人与非机动车共用行人专用相位,并早断非机动车相位,以保证行人过街需求,相位相序设计见图8。这种控制方法会使得机动车的通行能力大打折扣,仅适用于机动车流量小而行人流量大的情形。在这种控制策略条件下,还可以根据具体情况设计行人对角线通行的通道和信号。


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图8:处理左转机动车与行人冲突时对应的相位相序设计


上述两种方法下,相位及相位切换必须满足最小绿灯与绿灯间隔时间的要求,特别是行人与机动车相位切换的绿灯间隔时间要求;行人配时设计需满足最小绿灯时间、清空时间及红灯时间不超过可接受等待时间的要求。


2.三相位控制交叉口处行人与左转机动车冲突的处理方法



三相位控制交叉口通常采用的两种渠化方式如图9所示,东西进口机动车直行与左转相位分别放行,左转机动车与行人无冲突。


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图9:三相位信号控制交叉口渠化图


南北进口均无机动车左转专用道时,早启行人相位,使红灯期间等待的行人(占行人流量的大多数)先于左转机动车通过冲突点。


仅北进口有机动车左转专用道时,早启北进口左转和直行机动车相位,待大部分排队左转机动车通过交叉口后,早断北进口左转机动车相位,放行南进口、北向南的机动车及东西进口的过街行人,此时,过街行人与南进口的左转机动车的冲突仍然存在,但相对较弱,可通过“左转让行人”的优先规则通行,转弯车辆应减速或停车让行行人。


结语:转弯机动车与非机动车和行人冲突的影响因素众多,各地的情况差异很大,应对措施也难以一概而论。本文在观察、分析和有限的实践尝试基础上,提出若干可能有效的控制策略,希望对这个棘手问题的分析处理提供一些解决的思路。



(文 / 同济大学中德交通研究中心 主任李克平教授/博士生导师,倪颖副教授)


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