基于AHP法的路段人行橫道合理間距的確定

鄭長江，劉峰

(河海大學 土木與交通學院，江蘇 南京 210098)

0 引言

隨著社會經濟的發展，城市交通問題越來越受到人們的重視，在未來相當長的一段時期內，混合交通流仍將是我國城市道路網中主要的交通流模式，人行橫道處的行人與機動車沖突依舊是我國所需面臨的交通問題.在城市道路中，路段人行橫道的間距都是按照經驗設置的，沒有給出明確的設置依據.因此，人行橫道間距設置的合理性對減少行人與機動車的沖突和提高道路系統的通行效率有著重要的意義.

在人行橫道間距研究方面，國外學者基本都是從單個人行橫道進行研究，Schroeder［1］建立了單個人行橫道與機動車交通流相互作用的評價框架;Kaseko［2］運用Vissim軟件模擬干道上行人過街狀況來反映單個人行橫道對交通流的影響.陸建［3］等根據行人流量和過街需求合理的設置了行人過街設施間隔，從行人心理、車輛行駛、通行能力等方面提出了行人過街設施的合理間隔的分析計算方法.目前關于人行橫道合理間距的確定主要依賴于經驗，部分學者［4-5］針對道路功能的不同，考慮行人可接受步行距離給出了相應人行橫道間距的推薦值.武漢理工的夏晶［6］從尋求安全、穩定、效益三方面的平衡點，并結合道路管理功能來最終確定人行橫道的合理間距.曹曉奎、裴玉龍［7］以行人延誤和機動車延誤之和最小建立目標函數，從而解得行人過街設施的合理間隔.

國內外學者對人行橫道合理間距的研究比較少，基本都是從理論計算的角度或者經驗來確定人行橫道的合理間距，本文運用Vissim仿真軟件得到不同的人行橫道間距下的不同交通流參數，從行人和機動車綜合考慮得出路段人行橫道的合理間距.

1 合理間距對路段混合交通流的影響

在城市道路中，路段人行橫道是為了防止行人亂穿道路而在車道上劃定標線指定行人過街的設施，在一定程度上減少了行人與機動車的沖突，然而把行人與機動車間的沖突聚集在人行橫道上，城市道路上往往會設置兩個或者多個人行橫道來滿足行人的過街需求.相鄰人行橫道間間距如果設置的過短，方便了行人過街，減少了行人的繞行距離，但是行人的頻繁過街會對機動車輛造成干擾，使得車輛在行駛過程中頻繁的加減速，造成駕駛員情緒煩躁無形中增加了不安全因素;對于機動車駕駛員而言，希望人行橫道的間距越大越好，機動車能夠在相當長一段時間內暢行，不會受到過街行人的影響，但是人行橫道間的距離過長會導致行人的繞行距離過長，從而引起行人亂穿馬路，影響交通安全.因此，人行橫道間距的設置應該從整個道路系統考慮，將道路中的行人和機動車看作一個整體，從整體最優來設置人行橫道的合理間距.

2 基于Vissim的人行橫道間距仿真

Vissim軟件是德國PTV公司的產品，它提供了良好的人機對話圖形化的界面，能仿真許多城市交通網絡系統的運行狀況，本文利用Vissim軟件模擬城市道路上不同路段人行橫道間距情況下的人車運行情況.

2.1 次干路的參數設置

次干路是城市中數量較多的一般交通型道路.配合主干路組成城市干道網，起聯系各部分和集散交通的作用，一般設4條車道，路段上的人行橫道可設成無信號控制的.本文采用總計長1 km、雙線4車道的直線段作為實驗路段，行車道寬度為3.5 m，1 km的路段上設置兩處路段人行橫道.在實驗中，總共設計了5種人行橫道間距(200～300 m，25 m為步長)，人行橫道為無信號控制的.設定道路上機動車量為2 000 pcu/h，同時該路段上1 km范圍內總的行人過街需求為1 000人/h.

在次干路上，總的機動車量為2 000 pcu/h，將其平均分布到四個車道中去，即在仿真中設定每個車道的機動車量為500 pcu/h;而人行橫道的行人吸引量會隨著人行橫道間距的不同而變化，在仿真中，假設行人平均分布在長度為1 km的道路上，行人按照繞行距離最短去選擇人行橫道過街.

如圖1所示，人行橫道1吸引的行人量

人行橫道2吸引的行人量

式中，Q為道路上總的行人吸引量;d為人行橫道的間距.

由算式(1)和(2)得不同間距下人行橫道1、2的行人吸引量，如表1所示.

表1 不同間距下的各個人行橫道吸引人流量

2.2 Vssim仿真數據輸出

Vissim中定義了許多種評價類型，本文選擇行人過街時間、機動車停車次數、機動車停車時間和機動車行程時間作為評價指標.仿真開始時，參數的記錄是失真的，因此應將這一段時間過濾掉，本仿真中，從100 s開始記錄仿真數據，所得的評價指標值見表2.

表2 不同人行橫道間距下道路評價指標值

3 AHP法求解

3.1 AHP法介紹及層次建立

圖2 層次結構模型圖

層次分析法(AHP)［8］是一種多準則思維的方法，它將定性分析和定量分析相結合，把人們的思維過程層次化和數量化，把復雜問題分解成多個組成因素，并將這些因素按支配關系分別形成層次結構，再通過兩兩相比的方式，用相對重要性構造判斷矩陣，最后根據判斷矩陣確定各因素在決策中的權重，作出最終決策.層次分析法根據具體問題的實質和決策要求達到的目標，把問題劃分為不同組成要素，并按照各要素之間的相互影響及隸屬關系將因素按照不同的層次組合在一起，形成一個多層次的分析結構模型.它一般由目標層、準則層和方案層構成，在本文中目標層就是人行橫道的合理間距，準則層包括行人過街時間、機動車停車次數、機動車停車時間和機動車行程時間，方案層包括人行橫道的間距值，具體的層次結構模型如圖2所示.

3.2 準則層判斷

準則層由行人過街時間、機動車停車次數、機動車停車時間和機動車行程時間構成，按其重要性對四個評價指標進行排序，重要性依次降低，表3中1表示i因素與j因素同樣重要;2表示i因素比j因素稍微重要;5表示i因素比j因素相比計較重要;7表示i因素與j因素相比非常重要;他們的倒數說明相反的情況.如上所述對四項準則層建立判斷矩陣，并用MATLAB求出該矩陣的最大特征值以及特征向量，最后對其進行歸一化處理，結果如表3所示.

表3 準則層判斷矩陣及其求解

3.3 方案層判斷

方案層由人行橫道的間距值組成，不同人行橫道間距值對應的不同評價指標值如表2所示，對方案層建立判斷矩陣，進行兩兩比較，同樣求出矩陣的最大特征值以及特征向量，最后對其進行歸一化處理，如表4所示.

表4 方案層判斷矩陣及其求解

3.4 結果分析

各個人行橫道間距的評價得分是由表3和表4對應的w值相乘相加得出，求解如下:

200 m間距的評價得分為:0.523 16×0.194 669+0.297 601 ×0.193 571+0.122 186 ×0.212 786+0.057 053 ×0.200 025 3=0.196 861

225 m間距的評價得分為:0.523 16×0.219 532+0.297 601 ×0.167 462+0.122 186 ×0.180 702+0.057 053 ×0.196 685=0.197 988

250 m間距的評價得分為:0.523 16×0.196 221+0.297 601 ×0.284 811+0.122 186 ×0.242 352+0.057 053 ×0.201 868=0.228 544

275 m間距的評價得分為:0.523 16×0.182 589+0.297 601 ×0.182 762+0.122 186 ×0.197 545+0.057 053 ×0.208 06=0.185 921

300 m間距的評價得分為:0.523 16×0.206 987+0.297 601 ×0.171 392+0.122 186 ×0.166 613+0.057 053 ×0.193 358=0.190 683.

由最后計算結果可知，間距為250 m的人行橫道的評價得分最高為0.228 544，故在次干路上選擇人行橫道的合理間距值為250 m.

4 結論

路段人行橫道是供行人過街的設施，對人行橫道間距的設置應考慮道路系統中人車間的綜合通行效率.本文首先分析了路段人行橫道合理間距對人車混合交通流的影響;然后運用Vissim軟件仿真了次干路環境中不同的人行橫道間距下行人過街時間、機動車停車次數、機動車停車時間和機動車行程時間的值;最后運用層次分析法計算得出路段人行橫道的合理間距值.計算結果表明，路段人行橫道的合理間距為250 m.本文從行人過街時間、機動車停車次數、機動車停車時間和機動車行程時間這四項評價指標來研究路段人行橫道的合理間距，而對于人行橫道合理間距的確定可以采用其它的評價指標(排隊長度、交通沖突等)，可以做進一步的研究.

［1］BASTIAN JONATHAN SCHROEDER.A Framework for Evaluating Pedestrian-Vehicle Interactions at Unsignalized Crossing Facilities in a Microscopic Modeling Environment［C］.Transportaion Research Board Annual Meeting，2007.

［2］MOHAMED S KASEKO，GANESH J，KARKEE.Development of a Midblock Pedestrian Crossing Simulation Model Using VISSIM［C］.84th TRS Annual Meeting，2004.

［3］陸建，葉惠瓊，姚冬雷.行人過街設施合理間隔［J］.交通運輸工程學報，2002，2(4):63-67.

［4］楊曉光.城市道路交通設計指南［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［5］翟忠民.道路交通組織優化［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［6］夏晶.基于效率和安全的人行橫道合理間距研究［D］.武漢:武漢理工大學，2008.

［7］曹曉奎，裴玉龍.路段行人過街設施的合理間隔［J］.武漢:交通信息與安全，2010(2):46-51.

［8］胡運權.運籌學教程［M］.北京:清華大學出版社，2003.