無信號控制人行橫道人車交互讓行率研究綜述

楊城城，王嘉文，陳莎雯，董潔霜

（上海理工大學 交通工程系，上海 200082）

1 引言

行人車輛讓行率是指當車輛和與之相遇的過街行人同時擁有通行權時，禮讓行人優先通過的車輛占產生人車交互次數的比例，這里的人車交互是指道路上行駛的車輛與過街行人之間車讓人同時人讓車、車讓人、人讓車、人不讓車同時車不讓人這四種情形發生的過程。隨著城市道路網中車輛與行人的日益增多以及由此而增多的交通事故，交叉口人車交互越來越受到交通管理部門的重視，2016年《中華人民共和國道路交通安全法》第四十四條規定：“機動車通過沒有交通信號燈、交通標志、交通標線或者交通警察指揮的交叉路口時，應當減速慢行，并讓行人和優先通行的車輛先行。”第四十七條規定：“機動車行經人行橫道時，應當減速行駛；遇行人正在通過人行橫道，應當停車讓行；機動車行經沒有交通信號的道路時，遇行人橫過道路，應當避讓?！薄败囎屓恕币延梢环N理念轉變為具有強制性的交通法規約束，而隨之變化的讓行率也會對交叉口通行能力、車輛延誤、服務水平、交通安全等產生影響。

本文對國內外有關人車交互理論的研究發展現狀與趨勢進行分析總結，對人車讓行率的影響因素以及基于人車交互的通行能力與信號配時等交通量的研究現狀以及發展趨勢做出綜述，并進一步探討在新的交通法規環境下基于人車交互的通行能力、信號配時車輛延誤的研究方向。具體綜述框架如圖1所示。

2 讓行率的影響因素

讓行率的影響因素是讓行率研究的一個重要方面，主要涉及交叉口處的行人因素、車輛因素以及交通環境因素。

2.1 行人因素

國內外對過街行人的研究由來已久，主要從過街行人數量、行人步速、行人個體特征差異三個方面進行定性與定量研究。

（1）過街行人數量方面。慈玉生[1]等人的研究表明：過街行人的數量對駕駛員選擇讓行與否的決策具有重要影響。竇水海[2]等研究了過街行人的數量對讓行率的影響，結果表明隨著行人數量的增加讓行率也隨之增加。在人車交互過程中，過街行人數量的變化必然會對駕駛員的駕駛行為產生影響，例如駕駛員在看到大量等待過街的行人時，可能會在考慮到大量的行人將會給車輛帶來更大的延誤，從而傾向于選擇不做出讓行的行為，甚至會加速通過人車交互區域，也可能會在考慮到大量行人將會產生更多的人車交互次數而更傾向于做出讓行的行為以避免交通事故。目前的研究表明過街行人數量與讓行率呈正相關，而在行人數量對部分駕駛員的讓行行為可能存在負向影響方面還有待證明與研究。

（2）過街行人步速方面。竇水海[2]等人的研究表明隨著行人過街步行速度提高，讓行率有所提高；Xin X[3]等通過數據調查分析,建立了過街人群規模與速度的關系模型。已有研究對人車讓行率與行人過街步速的直接相關性研究較少，主要以統計學方法為主得出讓行率與行人步速的定性關系，建立定量關系的讓行率與行人步速模型方面仍有待進一步研究。

（3）過街行人的個體差異方面。Goddard T[4]等研究了種族和性別對駕駛員讓行行為的影響，結果表明在有標志的人行橫道上，駕駛員更傾向于不為黑人和男性行人做出讓行行為。此外，某些研究還表明，行人過街時的自信程度、過街行人的年齡以及視障人士使用的手杖顏色[5]等也會對駕駛員讓行與否的決策產生影響。過街行人的行為方面，Bourquin EA[6]等人的研究表明行人在過街時的某些行為會影響駕駛員的讓行行為。例如，行人過街時舉手的動作可以增加駕駛員讓行的概率；Zheng Y[7]等人的研究表明駕駛員遇到橫穿馬路的行人時，更傾向于做出不讓行行為。前人對于行人方面的研究大多是關于行人個體差異方面的，這不僅在于行人個體差異難以量化，而且在于影響行人個體差異的因素是多方面的，如性別、年齡以及行為的差異性等。

2.2 車輛因素

駕駛員是讓行行為決策做出的一方，由于難以量化研究，目前對車輛的研究主要集中在車輛數量和車輛速度方面。

（1）車輛數量方面。竇水海[2]等人通過對過街行人和車輛交互行為的演化進行建模，研究過街行人和機動車穿越行為的演化過程，運用李雅普諾夫方法計算得到穩定平衡點和鞍點，結果表明隨著機動車流量增加讓行率有所下降、隨著機動車速度提高讓行率有所下降。

（2）行車速度方面。Stapleton S[8]和 Sucha M[5]等人的研究表明當遇到過街行人時，速度較高的車輛對行人的讓行率小于速度較低的車輛。前人對車輛因素的研究相對較少，這可能是因為影響車輛決策的因素更為復雜，既包括駕駛員的個體差異方面又包括車輛種類差異方面。在未來對于車輛因素的研究不僅應分別從駕駛員的個體差異與車輛種類差異兩方面分別展開，而且應深入研究駕駛員與車輛種類對人車交互讓行率影響的內在聯系。

2.3 交通環境條件

交通環境條件也會對駕駛員的決策產生重要影響，目前研究所涉及到的交通環境因素包括道路幾何條件、交通管理條件及自然條件三個方面，具體包括道路寬度[9-10]、車道數[8]、人行橫道的有無及色彩[4-5]、信號控制等設備[8](如Rectangular Rapid Flashing Beacons,RRFBs）、交叉口幾何形狀[8]、白天和夜間[11]、交通執法[12]等。

（1）道路幾何條件方面。Sucha M[5]等人研究了人行橫道的類型對駕駛員的讓行行為會產生較大影響；Iasmin H[13]等人的研究結果表明，在鈍角交叉口處，駕駛員往往更傾向于不對過街行人做出讓行行為；Fitzpatrick K[9]等人的研究結果表明，道路車道數的不同即道路寬度的不同，駕駛員的讓行行為也會有所不同。道路幾何條件是人車交互時影響車輛決策的靜態條件，相同交通流條件下，不同類型交叉口或路段的幾何條件對讓行率的影響有著相對穩定的程度，目前對道路幾何條件因素的研究大多是定性的，未來應通過更多定量研究得到不同道路的幾何條件對讓行率的影響程度。

（2）交通管理條件方面。Houten RV[12]等人研究了在交叉口增加輔助設備對讓行率的影響，其中國外對RRFB 設備的研究較多，他們的研究表明，在增加了RRFB設備的交叉口，車輛對行人的讓行率會顯著提升；此外，Malenfant J[12]等人也對交通執法對讓行率的影響做了研究，結果表明，隨著交通執法力度的加強讓行率會有所增加，并且當某地區在經過一段時間的交通執法后，若不再繼續進行交通執法，此地區的讓行率依然會維持在一定的水平。由于車輛行駛時必須遵守交通法規，因此交通管理條件的改變會對駕駛員的決策產生直接影響，新交通法規的實施將提高人車讓行率，將來的研究應注重交通法規的實施對讓行率的定性與定量影響。

（3）自然條件方面。Zhang Q[11]等人的研究結果表明，駕駛員在白天和夜間的讓行行為也有所不同，相比于白天，駕駛員夜間往往會傾向于做出不讓行的決策。目前關于自然條件對讓行率影響的研究較少，而自然條件有時也會對駕駛員的決策產生較大影響，如極端天氣條件等。

3 考慮讓行率的交叉口通行能力、延誤等研究

人車交互時讓行率的動態變化會對路段及交叉口的通行能力、車輛延誤、路網服務水平等指標值產生影響，并且影響率與讓行率的變化程度呈正相關。以下分別對前人在進行通行能力、車輛延誤以及信號配時研究時對過街行人的考慮進行綜述。

3.1 對通行能力的影響

國內外對考慮了行人因素的通行能力估計主要基于以下幾種方法展開研究：折減系數法、間隙接受理論及其他方法。（1）基于折減系數法。以美國《通行能力手冊》(Highway Capacity Manual，簡稱HCM)為代表，通過采用折減項系數的方式來考慮行人對通行能力的影響，根據沖突點行人的占有率對飽和流率進行折減。（2）基于間隙接受理論。劉泳玲[14]、馬澤丹[15]在研究行人影響下信號交叉口專用右轉車道通行能力時，提出了“行人簇”的概念，利用行人簇間可穿插間隙建立了行人影響下信號交叉口專用右轉車道通行能力模型。（3）其他方法。Roshani M[16]等人研究了行人對信號交叉口右轉飽和流量的影響，結果表明，行人流量與右轉彎車輛流量之間存在基本的線性關系，并且隨著行人數量的增加，飽和流量會降低；Wei D[17]研究了行人絕對優先的特殊情況下，通行能力的計算公式；Chen X[18]等人研究了行人影響下的信號交叉口通行能力并建立了新的通行能力計算模型。以上研究基于不同的理論與方法考慮了過街行人對通行能力的影響，但不符合讓行率隨著交通條件動態變化的實際情況。在實際人車交互過程中，由于交叉口交通條件的不同，一定量的過街行人與一定量的車輛交互時車輛對行人的讓行率也是動態變化的。但以上研究者在研究考慮行人因素的通行能力時，缺乏對人車交互時讓行率動態變化特征的考慮。

3.2 對車輛延誤的影響

人車交互時讓行率的不同，對車流造成的延誤也會有所不同，目前國內外研究者關于過街行人對車流產生的影響分別基于以下理論與方法進行研究：間隙接受理論、人車交互區域時間占有率方法、排隊論和流體力學理論以及其他方法。（1）間隙接受理論。Wei D[19]通過車頭時距與臨界穿越間隙之間的關系，分別得到了排隊時、隊列消散時以及自由流時人車交互的讓行率，建立了基于人車交互的車輛延誤公式，該公式是車流量、行人流量和讓行率的函數。（2）人車交互區域時間占有率方法。Dou S H[20]、Zheng Y[7]和陳永恒[21]等根據人車交互時機動車與行人各自的通行時間，建立了基于人車交互的右轉機動車和行人的延誤計算模型。（3）排隊論和流體力學理論。賈海亮[22]運用排隊論和流體力學理論推導出在不同行人流量條件下路段車輛延誤模型。（4）其他方法。慈玉生[1]分別提出了機動車減速避讓和停車避讓情形下的延誤模型,該模型可通過一次過街的行人數量評估行人過街對路段機動車造成的延誤影響。馮樹民[23]分別建立了行人自由過街、無控制人行橫道行人過街和信號控制人行橫道行人過街情形下機動車延誤計算方法。以往的研究者對延誤的定性與定量研究在一定程度上反映了行人因素對車流造成的影響，但缺乏對交叉口車輛延誤隨讓行率動態變化的分析和建模，在新的交通法規實施后，讓行率的提高會對路段或交叉口會產生人車交互的車流產生更大的延誤，以往關于車流延誤計算的理論與方法將不再適用。除此之外，由于車輛延誤是城市交叉口與路網服務水平評價的主要指標，因此路段與交叉口的車輛延誤計算模型必須滿足精度閾值并能夠隨路網交通條件的改變而改變，這將對未來關于過街行人對車流造成的延誤模型提出更高的要求。

3.3 交叉口信號控制研究

目前，已有國內外學者對考慮行人因素的交叉口信號配時優化方法進行了不同程度的研究。馮樹民[27]等研究了考慮行人過街的兩相位交叉口配時優化，以機動車和行人的總延誤最小為優化目標，建立交叉口信號配時的優化模型，給出求解方法，為信號交叉口的優化配時提出新的思路；此模型的優化目標是以機動車和行人的總延誤最小，其不合理之處在于總延誤最小與人車交互時讓行率盡可能大不會同時成立。徐良杰[24]等分析了交叉口處左轉及右轉機動車對行人過街交通的干擾和影響，應用交通流沖突理論、間隙接受理論，推導了行人穿越機動車道的人數及等待通行人數，建立了行人過街時間模型，有利于行人專用信號相位的設置；此過街時間模型的不合理之處在于，基于間隙接受理論得出的行人過街時間小于新法規下的行人過街時間，這是因為新法規下的人車交互讓行率大于間隙接受理論下的讓行率。張凌煊[25]等人研究了考慮行人效益的擁擠交叉口多目標配時優化，采用機動車效益、行人效益、交叉口通行能力為評價指標，以交叉口飽和度為約束條件，建立了交叉口多目標信號配時優化模型。呂堅[26]利用行人熱成像檢測研究了交叉口信號配時優化，提出了基于行人和右轉車請求的信號控制邏輯關系，制定了交叉口信號控制分級響應方案。以上對于交叉口信號配時優化方案的研究沒有充分考慮讓行率的因素，并設計隨人車讓行率改變而改變的交叉口信號配時優化方案。

4 研究評述與展望

隨著始于一線城市并將逐步滲透于其他城市的“車讓人”理念的提倡、人車交互讓行率影響因素的不斷增多與復雜，以及智能交通技術、車輛技術和交叉口環境的變化與發展，人車交互讓行率的影響因素以及因讓行率而變化的諸如交叉口通行能力估計等研究，將成為一個熱點問題。今后研究的發展方向可能集中于以下幾個方面：

（1）新交通環境下讓行率影響因素的研究。影響人車交互讓行率的因素是多方面的，目前的既有研究對駕駛員因素的研究還較少，而駕駛員是人車交互時車輛讓行與否的決策者，影響駕駛員決策的因素可能包括性別、年齡、心理、駕駛經驗、車輛種類以及駕駛環境的熟悉程度等因素，由于這些因素難以量化并運用數學方法進行分析，運用駕駛模擬器對無信號控制方式人車交互過程進行模擬是研究讓行率影響因素的可行方法，而目前運用此方法研究人車交互讓行率影響因素的研究幾乎沒有。此外，由于既有研究對于讓行率影響因素的研究還是處于定性層面，而影響讓行率的不同因素對駕駛員讓行與否行為決策的影響程度是不同的，因此可以通過對不同影響因素定量研究的基礎上，制定調整人車交互讓行率的參數參考表，從而為交通規劃、交通管理以及交通設計提供相應的參考，達到既能提高讓行率又不至于過度影響車輛整體運行的目的。

（2）考慮人車交互的上游交叉口溢流問題的研究。對于人車流量均較大的交叉口、路段無信號控制人行橫道以及某些非常態道路狀況，較高的讓行率可能會引起上游交叉口溢流問題。新交通法規的實施將會使城市交叉口的讓行率在短時內有顯著的提升，然而這也意味著在行人的影響下各流向車流更多的時間延誤和更長的排隊長度，尤其對于右轉彎車流而言，原來的車輛與過街行人交互時人流與車流具有同等的同行權，而在新的交通環境下，人流與車流交互時過街行人幾乎擁有了絕對的通行權，這對于右轉流量較大、原有交叉口飽和度已經較大并且過街行人較多的交叉口而言是難以承受的。過長的等待時間與較大的車流量必然導致過長的車輛排隊長度，而過長的排隊長度可能延申至其上游交叉口，阻擋上游交叉口橫向車流的通行，甚至可能會使整個交通網絡的運行癱瘓。因此，如何在保持較高讓行率的同時又不致使車輛排隊長度過長以至于延申到上游交叉口（尤其是在某些車流與人流非周期性異常的非常態情況下），將是未來人車交互研究的一個重要方向。

（3）考慮人車交互的交叉口通行能力估計方法、信號配時優化方法研究以及路網服務水平評估。由于讓行率具有動態變化和難以量化的特征，既有的考慮行人影響的交叉口通行能力計算、信號配時優化方法研究還未對讓行率因素進行較深入的研究。然而實際中讓行率的不同會對車流帶來不同程度的延誤、會改變每周期不同流向車流全部通過交叉口的最短綠燈時間，這些量的改變將會對交叉口通行能力、信號配時產生影響，這將意味著著眼于讓行率因素將是交叉口通行能力估計、信號配時方法優化以及路網服務水平評估的重要方向。

（4）新交通環境下人車交互機理研究。既有的人車交互研究大多基于間隙接受理論，在新的交通法規頒布之前間隙接受理論是適用的，而在新的交通法規實施以后，只要交叉口有等待過街的行人時，與行人交互的機動車就必須停車讓行，這與原來車輛與行人擁有同等通行權時先到者先通過的機理有所差別。因此，新的交通環境下，人車交互的機理研究也將是一個重要的研究方向。

5 結語

本文在對國內外關于無信號控制方式人車交互研究現狀與趨勢分析的基礎上，分類總結了人車交互讓行率的影響因素以及考慮了人車交互的交叉口通行能力估計、信號配時優化方法、運行車輛延誤方面的研究現狀。可以預見，在新的交通法規實施后，無信號控制方式人車交互讓行率的動態變化將使路段、交叉口乃至整個路網的交通狀態發生一系列變化。本文為新的交通環境下，交叉口通行能力估計、信號配時優化方法研究以及路網服務水平評估等提供了總結與展望。