张惠玲，王 益，敖谷昌

(1.山地城市交通系统与安全重庆市重点实验室, 重庆400074;2.重庆交通大学交通运输学院, 重庆400074)

信号交叉口行人过街速度的时空特征分析

张惠玲1，2，王 益2，敖谷昌1，2

(1.山地城市交通系统与安全重庆市重点实验室, 重庆400074;2.重庆交通大学交通运输学院, 重庆400074)

为了解信号交叉口不同空间及时间段的行人步行特征，对6个不同行人信号设置地点的交叉口的行人数据进行了采集，并采用统计分析方法分别对不同性别、年龄、结伴人数以及信号显示类型下的行人步行速度特征进行了分析。结果显示，行人性别对过街速度没有显著影响；行人年龄对过街速度有影响，青少年步行速度最高，老年人的步行速度最低；有无结伴行人对过街速度的影响不大；行人在无倒计时交叉口的过街速度显著高于有倒计时交叉路口的；行人在绿灯后期的过街速度显著高于绿灯前期的；而行人在道路前半幅的速度显著高于后半幅的。

行人；信号交叉口；步行速度；时空特征；统计分析

早期Zeeger等[1]研究发现年轻人平均过街速度快于老年人。该研究引发了一系列关于行人交通特性的研究。近年来，行人交通问题越来越受到关注，如行人的可忍受时间[2]和过渡信号期间行人的行为[3]等。William等[4]对香港市道路区分有无中央安全岛、有无信号控制等5种交通设施的行人交通流特性进行了研究。Bennett等[5]分析了澳大利亚4个城市的行人在工作日和周末过街速度的差别。Rajat等[6]研究了影响行人步行速度的因素。冯树民等[7]针对不同性别的行人交通特性进行了分析。陆建等[8]发现行人过街步速为1.17～1.29 m/s。裴玉龙等[9]分析了行人数量、性别、人行横道宽度、年龄等对行人过街速度的影响。邵海鹏[10]对我国慢性交通系统的特点进行了分析，给出了提高我国慢性交通系统的对策。陈永恒等[11]分析了左转车辆干扰下的行人交通行为，表明干扰情况下行人的速度低于未受干扰情况的。上述研究大多集中在行人绿灯期间对分行人的个人特征及速度进行的相关分析，而针对不同的绿灯时段并结合行人所处的位置进行的研究则相对较少。

为此，本研究通过对不同性别、年龄、有无结伴等行人个性特征情况下的过街速度特征进行了分析，重点对人行横道线不同空间以及不同信号显示阶段的行人步行速度进行了统计分析，旨在为信号交叉口的设施设置提供一定的参考。

1 数据采集

1.1 基本概念陈述

由于不同的绿灯显示阶段以及行人在人行横道不同的位置等都将对行人的步行速度产生影响，为此，本研究中引出了两组概念，分别为绿灯前期与绿灯后期，前半幅与后半幅。

由于所调查的交叉口过渡信号设置普遍不足，参考相关研究中对于行人在倒计时显示状况下进入交叉口的行为[12-14]，本研究将可用于行人过街的信号时长进行划分。考虑到该时长主要由绿灯时长组成，另外有过渡信号时间，结合调查地点的行人绿灯时长以及在调查现场观测的行人进入人行横道的时间情况，本研究将绿灯时长分为绿灯前期与绿灯后期。如某交叉口绿灯时长为15 s，过渡信号(绿闪加倒计时)时长为5 s,则可用过街时间为20 s，那么前10 s为绿灯前期，后10 s为绿灯后期，如图1所示。

过渡信号的设置会引起在不同位置的行人表现出不同的反应，具体表现为行人在不同的人行横道位置将会表现出不同的步行速度特征。本研究中将人行横道划分为前半幅与后半幅进行分析，如图2所示。

图1 绿灯前期与绿灯后期示意图

Fig.1 Earlier and later stage of green indication

图2 前半幅与后半幅示意图

Fig.2 First half and second half of the road

1.2 数据采集

通过对重庆市信号交叉口进行筛选，考虑不同信号显示类型、不同行人流量以及不同人行道长度等因素，另外，考虑摄像机设置的地点便利性等因素，最终选择重庆市6个信号交叉口的人行横道作为观测地点。观测地点设置如表1所示。所采集的数据包括交叉口的设施设置、配时、行人的性别、行人年龄以及在不同绿灯显示阶段和不同地点的速度等数据。

表1 调查地点详细情况
Tab.1 Condition of field survey sites

交叉口重庆交通大学1号门附近重医附二院学府医院附近重庆110中学附近青龙路与学府大道青龙路与回龙路青龙路与南湖路交叉口类型路段上路段上路段上T形交叉口十字形交叉口十字形交叉口过渡信号显示绿闪加倒计时绿闪加倒计时绿闪绿闪加倒计时绿闪加倒计时绿闪加倒计时过渡信号时长/s555355红灯显示类型红灯倒计时红灯倒计时无红灯倒计时红灯倒计时红灯倒计时红灯倒计时行人信号周期/s8990909010090人行横道长/m242424201720人行横道宽/m666666车道断面形式学府大道2块板学府大道2块板学府大道2块板青龙路1块板回龙路1块板南湖路1块板车道数双向6车道双向6车道双向6车道双向4车道双向4车道双向4车道单向交通流量/(人·h-1)学府大道2832学府大道2832学府大道2832青龙路972回龙路708南湖路636车辆限制速度/(km·h-1)≤60≤60≤60≤40≤40≤40

2 结果与分析

2.1 行人步行速度常规特性分析

2.1.1 不同状况下行人步行速度

在调查过程中发现，行人不会总是匀速通过路口，其过街速度受到诸多因素的影响。为了简便计算，采用行人过街的平均速度，即行人走过的路程(人行横道长度)除以行人通过该路程所用的时间来进行分析。对所采集的6个交叉口1 196个样本进行行人步行速度提取，并使用SPSS统计分析软件进行统计分析，求得总体样本的15%位行人速度、中位行人速度、85%行人速度，以及不同行人流量状况下的行人过街速度偏差因素(Crossing Speed Deviation Factor, CSDF)[15]。各个路口详细速度情况如表2所示。

表2 各个交叉口行人速度的分布
Tab.2 Pedestrian speed characteristics of field survey sites

交叉口重庆交通大学1号门附近重医附二院学府医院附近重庆110中学附近学府大道与青龙路青龙路与回龙路青龙路与南湖路行人交通流量/(人·h-1)732398362898465344平均速度/(m·s-1)134101130124112129V15/(m·s-1)109086109100089105V50/(m·s-1)126096126118106125V85/(m·s-1)166120150154130143标准差041025033032029032CSDF045203540325045703870304

6个交叉口的行人过街速度如表2所示。其中，重庆交通大学1号门附近的行人平均步行速度为1.34 m/s，为所调查的6个交叉口中速度最大的地点，其15%位速度、中位速度、85%位速度也为最大。这可能是因为样本中学生样本占较大比例所致。在该调查地点调查时，附近学府路小学正值放学，青少年群体比较活跃，反应在过街时速度较快。重医附二院学府医院附近调查点的平均速度为1.01 m/s，为6个交叉口中最小，其15%位速度、中位速度、85%位速度也为最小。

针对不同流量下的行人速度，使用过街速度偏差因素进行分析。过街速度偏差因素(CSDF)定义为：

(1)

式中，V15为15%位步行速度；V50为中位步行速度；V85为85%位步行速度。

过街速度偏差因素(CSDF)能够较好反应行人过街步行速度与行人过街流量之间的关系。采用所调查的数据，得到两者之间的数学表达式为：

CSDF=0.0003Qped+0.2382， R2=0.8911。

(2)

图3 交通量与CSDF的关系拟合Fig.3 Fit between pedestrian flow and CSDF

行人1 h的交通量与过街速度偏差因素之间的关系如图3所示。

从图3可以看出，行人1 h交通量与CSDF之间呈正相关。行人交通量较小时，过街速度偏差因素值偏小；反之则偏大。这是因为行人交通量较小时，行人过街占用空间较大，过街较为自由从容，过街速度更趋于稳定；行人交通量较大时，行人之间相互拥挤，为摆脱此状态，行人会加快或减小过街速度，尽可能保留舒适过街空间，从而过街速度偏差可能较大。

2.1.2 不同性别行人的步行速度

为了分析不同性别下行人的步行速度特征，对本次调查中获取的男性过街速度样本509个和女性过街速度样本687个进行了对比。具体过街速度统计结果如表3所示。

表3 行人过街速度按性别统计结果
Tab.3 Pedestrian speed for different gender

性别样本量/人均值/(m·s-1)众数/(m·s-1)标准差15%位速度/(m·s-1)中位速度/(m·s-1)85%位速度/(m·s-1)男509121811800378092311771429女687119313300305092711431426

图4 分性别的行人过街速度箱线图Fig.4 Box plots of pedestrian speed for different gender

由表3可知，男性过街速度的均值为1.218 m/s，略大于女性过街速度的均值1.193 m/s。男性15%位速度、中位速度和85%位速度均与女性相差不大。更直观的表示如图4所示。

使用SPSS中单因素方差分析进行检验，具体检验结果如表4所示。

由表4可以看出，不同性别行人过街速度中F统计量的观测值为1.565，对应的p值为0.211，显著水平α的值为0.05，因为0.211>0.05，所以接受零假设，认为性别对过街速度没有产生显著性影响，即男女之间的过街速度无明显差异。

表4 性别对过街速度的单因素方差分析结果
Tab.4 Result of pedestrian speed ANOVA for different gender

组别平方和自由度均方差F显著性组间01791017915650211组内13649811940114总数1366771195

2.1.3 不同年龄行人的步行速度

老年人由于自身身体机能退化，对信号交叉口的信号灯变换反应较迟缓，需要的反应时间较长，过街的步行速度表现为较为缓慢；而青少年则处于身体机能最为活跃，反应最为灵敏的阶段，过街时易追逐奔跑，过街的速度表现为快速；中年人认知和心理方面都较为成熟，步行速度较为稳定。本研究按照青少年、中年、老年3组对总体过街速度进行分类分析。其中，青少年过街速度样本为289个，中年过街速度样本为739个，老年过街速度样本为168个。具体过街速度统计结果如表5所示。

表5 行人过街速度按年龄统计结果
Tab.5 Pedestrian speed for different age

年龄样本量/人均值/(m·s-1)众数/(m·s-1)标准差15%位速度/(m·s-1)中位速度/(m·s-1)85%位速度/(m·s-1)青少年289123312000419092311431500中年739121311800319094411771429老年168111009600227086210901333

图5 分年龄段的行人过街速度箱线图Fig.5 Box plots of pedestrian speed for different age

由表5可知，青少年小组过街速度均值为1.233 m/s,中年人小组过街速度均值为1.213 m/s，老年人小组过街速度均值为1.110 m/s。3个组别中，青少年和中年人过街速度的平均值较为接近总体平均值，老年人速度的平均值低于总体平均值。直观的箱线图如图5所示。可见，青少年行人过街速度均值大于中年人和老年人，青少年和老年人速度均值之间有较大差异。行人过街速度众数也是青少年大于中年人和老年人。15%位过街速度和中位过街速度值，则是中年人小组大于青少年和老年人。

不同年龄行人过街速度的单因素方差分析结果如表6所示。F统计量的观测值为7.880，对应的p值为0，显著水平α的值为0.05，0<0.05，所以拒绝零假设，认为年龄对过街速度产生显著性影响，即青少年、中年人、老年人之间平均速度有显著性差异。

表6 年龄对过街速度的单因素方差分析结果
Tab.6 Result of pedestrian speed ANOVA for different age

组别平方和自由度均方差F显著性组间17822089178800组内13489511930113总数1366771195

2.1.4 不同结伴人数行人的步行速度

结伴是影响行人交通特性的重要因素，独自过街的行人和结伴过街的行人之间速度可能有所差别。将调查得到的行人过街总体速度分为2组，分别为无结伴、有结伴。其中，无结伴小组样本量为889个，有结伴小组样本量为307个。具体过街速度统计结果如表7所示。

由表7可知，无结伴行人过街速度均值为1.207 m/s，有结伴行人过街速度为1.191 m/s。直观的箱线图展示如图6所示，可见两个组别的均值接近总体平均值，无结伴行人过街速度均值略大于有结伴行人的。无结伴行人小组样本的15%位步行速度、中位速度、85%位速度均大于有结伴行人的。

表7 行人过街速度按有无结伴统计结果
Tab.7 Pedestrian speed for different company

结伴情况样本量/人均值/(m·s-1)众数/(m·s-1)标准差15%位速度/(m·s-1)中位速度/(m·s-1)85%位速度/(m·s-1)无结伴889120711800332094411761429有结伴307119112000354089511431412

图6 有无结伴的行人过街速度箱线图
Fig.6 Box plots of pedestrian speed for different company

单因素方差分析结果如表8所示。由表8可知，有无结伴对行人过街速度没有显著性影响。

表8 有无结伴对行人过街速度的单因素方差分析结果
Tab.8 Result of pedestrian speed ANOVA for different company

组别平方和自由度均方差F显著性组间00631006305530457组内13661411940114总数1366771195

2.1.5 不同信号显示类型下行人步行速度

交叉口不同的信号显示方式也可能引起行人过街速度的差异。将所调查的交叉口分为有倒计时和无倒计时两类，针对这两类信号显示方式交叉口行人的过街速度统计结果如表9所示。

表9 行人过街速度按信号灯有无倒计时的统计结果
Tab.9 Pedestrian speed with and without signal countdown

信号类型样本量/人均值/(m·s-1)众数/(m·s-1)标准差15%位速度/(m·s-1)中位速度/(m·s-1)85%位速度/(m·s-1)有倒计时243100509600248085709601200无倒计时214130413300334109112631500

图7 不同信号显示类型下行人过街速度箱线图
Fig.7 Box plots of pedestrian speed for the signal display with and without countdown

由表9可知，有倒计时路口的行人过街速度均值为1.005 m/s，无倒计时路口的行人过街速度均值为1.304 m/s。直观的箱线图展示如图7所示，两个交叉口行人过街速度均值有较大的差异，无倒计时交叉口行人过街速度均值明显大于有倒计时路口的。无倒计时路口的行人过街速度样本中，15%位速度、中位速度、85%位速度均大于有倒计时路口行人的。这可能是由于有倒计时显示，行人可以知道过街剩余时间，较从容地控制自身的步行速度。在无倒计时显示路口，行人不知道绿灯剩余时间，因此尽可能加快自身速度进行过街。

单因素方差分析结果表10所示。可见信号灯类型对过街速度有显著性影响，有倒计时显示时行人速度较低，无倒计时显示时行人过街速度将会提高。

表10 不同信号显示类型对行人过街速度的单因素方差分析结果
Tab.10 Result of pedestrian speed ANOVA for signal display with and without countdown

组别平方和自由度均方差F显著性组间101381101381193450组内386494550085总数48786456

2.2 行人过街速度的时间特性分析

行人在不同的绿灯时刻进入人行横道心理上都会有不同的时间感官，这也会反映在行人的步行速度方面。经过对重庆6个交叉口的行人观测可知，在刚由红灯转换为绿灯时进入交叉口的行人的速度比较稳定，一般以正常步速通过；在绿灯即将结束时进入交叉口的行人往往会加快步伐，担心自己不能以正常步速通过；在过渡信号时，由于灯色为绿色，行人可以进行过街，进入交叉口选择过街的行人往往会跑步通过，如不能顺利抵达对岸，则会在道路中央等待至下个绿灯。

本研究将时间影响因素分为绿灯前期与绿灯后期进行研究。绿灯前期到达并进入交叉口的样本量为1 105个，绿灯后期到达进入交叉口样本量为91个。具体过街速度统计结果如表11所示。

表11 行人过街速度按绿灯不同时期到达的统计结果
Tab.11 Pedestrian speed for different arrival time at green indication

绿灯时期样本量/人均值/(m·s-1)众数/(m·s-1)标准差15%位速度/(m·s-1)中位速度/(m·s-1)85%位速度/(m·s-1)前期1105116911800267092311431412后期91161722200456107816002222

图8 不同绿灯时期到达的行人过街速度箱线图Fig.8 Box plots of pedestrian speed for different arrival time at green indication

由表11可知，绿灯前期到达并进入交叉口的行人过街速度均值为1.169 m/s，绿灯后期到达进入交叉口的行人过街速度均值为1.617 m/s。直观的箱线图展示如图8所示，两者之间有较为明显的差异，绿灯后期到达的行人的15%位速度、中位速度、85%位速度均明显大于绿灯前期到达的行人的。这可能是因为，行人在绿灯后期到达，所剩绿灯时长已经不能够满足行人以正常步行速度过街的需求，所以行人应该选择跑步过街，故后期到达的行人过街速度明显偏大。

由图8可知，绿灯前期的箱线图箱长范围较小，绿灯后期箱线图箱长范围较大。这说明绿灯前期到达的行人的过街速度分布相对集中。两组箱线图有这明显差异，后期到达的中位速度明显大于绿灯前期到达的样本。从速度均值和箱线图上可见两组值差别较大。因此，可通过单因素方差分析来验证绿灯前后期之间行人的过街速度是否有显著性差异。单因素方差分析检验结果如表12所示。

表12 不同绿灯时期到达对过街速度的单因素方差分析结果
Tab.12 Result of pedestrian speed ANOVA for different arrival time at green indication

组别平方和自由度均方差F显著性组间168161168161675180组内11986111940100总数1366771195

如表12所示，绿灯前期、后期到达对过街速度有显著性影响。绿灯前期到达的行人过街速度明显小于绿灯后期到达的行人过街速度。

进一步分析绿灯前期与绿灯后期到达的行人过街速度是否受到性别、年龄的影响，结果如图9所示。

如图9所示，绿灯前期，行人的过街速度中，男性的过街速度略大于女性的。这可能时因为行人在绿灯前期到达，有较充裕的时间过街，因此过街速度较后期也偏缓慢。两者之间差异也不十分明显，这和前文中性别对过街速度没有显著影响这一观点相同。绿灯后期行人过街速度明显大于前期，男性过街速度均值略低于女性。

年龄之间行人过街速度的差异如图10所示。如图10所示，绿灯前期，行人的过街速度中，青少年和中年行人过街速度基本相同，而且明显大于老年人的过街速度。绿灯后期，行人过街速度明显大于前期，青少年过街速度大于中年人，中年人过街速度大于老年人。这与前文分析的青少年的速度明显比老年人过街速度大是一致的。

图9 绿灯不同时期男女过街速度均值对比

Fig.9 Pedestrian speed for different time of green indication and different gender

图10 绿灯不同时期不同年龄间速度均值对比

Fig.10 Pedestrian speed for different time of green indication and different age

2.3 行人过街速度空间特性分析

所采集的数据中，过渡信号亮起时行人位于人行横道前半幅的样本量为80个,过渡信号亮起时行人位于人行横道后半幅样本量为811个。具体过街速度统计结果如表13所示。

表13 行人过街速度按过渡信号时行人所在位置统计结果
Tab.13 Pedestrian speed for different space

行人位置样本量/人均值/(m·s-1)众数/(m·s-1)标准差15%位速度/(m·s-1)中位速度/(m·s-1)85%位速度/(m·s-1)前半幅80135515500641039713082125后半幅811114209600287090910911333

图11 过渡信号期间不同位置的行人过街速度箱线图Fig.11 Box plots of pedestrian speed for different space

由表13可知，过渡信号亮起时位于人行横道前半幅的行人过街速度均值为1.355m/s；过渡信号亮起时位于人行横道后半幅的行人过街速度均值为1.142 m/s。使用箱线图展示上述的差别，如图11所示。可见行人位于前半幅和后半幅时的速度有较为明显的差异，过渡信号亮起时位于人行横道后半幅的行人的众数速度、中位速度、85%位速度均明显大于位于前半幅的行人的。这可能是因为，过渡信号亮起时，过渡信号的时长已经不能够满足行人以正常步行速度过街的需求，所以行人应该选择跑步过街，故过街速度明显偏大。

由图11可知，过渡信号期间，位于人行横道前半幅的行人速度的箱线图箱长范围较大，而位于人行横道后半幅的行人速度的箱线图箱长范围较小。这说明，过渡信号期间位于前半幅行人的过街速度分布相对分散。两组箱线图有着明显差异，行人位于前半幅的中位速度明显大于行人位于后半幅的。从速度均值和箱线图上发现，两组值差别较大。因此，通过单因素方差分析可验证过渡信号期间位于不同位置的行人过街速度有显著性差异。单因素方差分析检验结果如表14所示。

表14 过渡信号期间不同位置对过街速度的单因素方差分析结果
Tab.14 Result of pedestrian speed ANOVA for different space

组别平方和自由度均方差F显著性组间332013320297600组内991698890112总数102489890

根据检验结果,可认为过渡信号期间处在不同位置的行人的过街速度有显著性差异。过渡信号期间，位于后半幅的行人的过街速度明显小于位于前半幅的行人的过街速度。

进一步分析过渡信号期间行人所在不同位置的过街速度是否受到性别、年龄的影响。其中，性别之间的差异如图12所示。可见，过渡信号启亮时，行人位于前半幅时，女性的平均速度大于男性的；行人位于后半幅时，女性的平均速度也略大于男性的。

年龄之间的差异如13图所示。可见，过渡信号期间，位于人行横道前半幅的行人过街速度中，青少年的过街速度均值小于中年人和老年人的。这可能是因为，有部分青少年到达道路中间时无法完成过街了，就在道路中央等待，从而拉低了整体的平均速度。位于人行横道后半幅的行人过街速度中，青少年的过街速度均值大于中年人的，中年人的过街速度大于老年人的。

图12 过渡信号期间不同位置男女的过街速度均值对比
Fig.12 Pedestrian speed for different gender at different space during clearance time

图13 过渡信号期间不同位置、不同年龄行人的过街速度均值对比
Fig.13 Pedestrian speed for different age at different space during clearance time

3 结 语

行人过街速度分析对交叉口配时及设施设置具有重要参考意义。本研究使用过街速度偏差因素对重庆市6个信号交叉口的数据展开分析，得到如下结论：

①行人交通量较小时，过街速度偏差因素值偏小；反之，行人交通量较大时，过街速度偏差因素值偏大。

②行人的特征、性别对过街速度的影响不大，而青少年，中年人，老年人之间平均速度有显著性差异，青少年的速度均值最高，而老年人的速度均值最低。另外，结伴与否对行人过街的速度影响不大。

③针对信号设置等，有倒计时显示的交叉口，行人步行速度低于没有倒计时显示的交叉口，行人在道路前半幅的速度高于行人在后半幅的速度，而在绿灯前期的行人速度也低于绿灯后期的行人速度值。

④对上述各类因素综合考虑下的行人步行速度拟合将是后续研究的重点内容。

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(责任编辑 唐汉民 裴润梅)

Temporal and spatial characteristics analysis on pedestrian speed at signalized intersection

ZHANG Hui-ling1，2, WANG Yi2, AO Gu-chang1,2

(1.Chongqing Key Lab of Traffic System & Safety in Mountain Cities,Chongqing 400074, China;2.Transportation School Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China)

s: In order to analyze the temporal and spatial characteristics of the pedestrian speed at the signalized intersection, the pedestrian data was collected at 6 different pedestrian signal setting sites in Chongqing. Using the statistical methods, the data wereanalyzed according to different gender, age, company and different signal. It was concluded that the gender has no impact on pedestrian crossing speed; that the age has a significant impact - the speed of the youth is the highest, and the elder’s speed is the slowest; that the impact of company is the same as that of the gender; that the speed of the pedestrianat the signalized intersectionwith a countdown display is higher than that of the pedestrianat the intersection without it; thatthe pedestrian’s speed is higher when he is walking towards the end ofgreenlight or in the first half of the roadway.

pedestrian; signalized intersection; walking speed; temporal and spatial characteristics; statistical analysis

2016-06-06；

2016-09-23

国家自然科学基金资助项目(51508061)；山地城市交通系统与安全重庆市重点实验室开放基金资助项目(KT33201304)；重庆市教委科学技术研究资助项目(KJ130410 )

张惠玲(1980—)，女，宁夏中宁人，重庆交通大学教授，博士；E-mail:huilingz@126.com。

张惠玲，王益，敖谷昌.信号交叉口行人过街速度的时空特征分析[J].广西大学学报(自然科学版)，2016，41(6)：1879-1889.

10.13624/j.cnki.issn.1001-7445.2016.1879

U491

A

1001-7445(2016)06-1879-11