混合流下非機(jī)動(dòng)車(chē)道基本需求寬度的設(shè)計(jì)

朱順應(yīng),王 宇,吳景安,陳秋成,王 韡

(1. 武漢理工大學(xué) 交通與物流工程學(xué)院,湖北 武漢 430063; 2. 武漢市規(guī)劃研究院,湖北 武漢 430014)

0 引 言

在倡導(dǎo)綠色、低碳和健康出行的背景下,非機(jī)動(dòng)車(chē)出行占比呈逐年上升,尤其是電動(dòng)自行車(chē)因其省力、快速、綠色等優(yōu)點(diǎn),發(fā)展迅猛。目前我國(guó)人力自行車(chē)的社會(huì)保有量已近4億輛、電動(dòng)自行車(chē)近3億輛[1]。隨著電動(dòng)自行車(chē)數(shù)量快速增長(zhǎng),非機(jī)動(dòng)車(chē)道上的交通流已由過(guò)去單一的人力自行車(chē)流演變?yōu)槿肆?電動(dòng)自行車(chē)共存的混合流?！督煌üこ淌謨?cè)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《手冊(cè)》)[2]對(duì)單一人力自行車(chē)流的非機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度確定進(jìn)行了說(shuō)明:非機(jī)動(dòng)車(chē)單車(chē)道寬度為1 m,若兩側(cè)有路緣石情況下,分別增加0.25 m,每增加1條車(chē)道,寬度增加1 m。CJJ37—2012《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)范》)[3]指出:非機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度是基于人力自行車(chē)和三輪車(chē)進(jìn)行設(shè)計(jì)的,也缺少對(duì)電動(dòng)自行車(chē)的考慮;非機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度與非機(jī)動(dòng)車(chē)混合流需求是否匹配卻不得而知。故如何設(shè)置合適的混合流下非機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度,是當(dāng)前亟須解決的問(wèn)題。

目前,很多學(xué)者從供需關(guān)系角度對(duì)非機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度的設(shè)置進(jìn)行了分析。王亞濤等[4]從車(chē)道的設(shè)計(jì)規(guī)范出發(fā),通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析得出了非機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度與車(chē)道數(shù)的計(jì)算方法。也有學(xué)者從車(chē)道寬度與混合流參數(shù)耦合模型出發(fā),對(duì)非機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度的設(shè)置進(jìn)行了分析。張衛(wèi)華等[5]基于非機(jī)動(dòng)車(chē)換算系數(shù),構(gòu)建了在一定混合比例內(nèi)的車(chē)道寬度與飽和流量之間的關(guān)系模型;周暢等[6]構(gòu)建了非機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度與混合流平均密度之間的關(guān)系模型;閆星臣等[7]通過(guò)分析混合流中的車(chē)型比例與飽和流量之間關(guān)系,確定了車(chē)型換算系數(shù),最后根據(jù)傳統(tǒng)人力自行車(chē)飽和流計(jì)算公式反推了車(chē)道寬度。由此可知:以上研究本質(zhì)上是將混合流換算成單一的人力自行車(chē)流,從需求量和單車(chē)道通行能力角度確定了非機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度,但沒(méi)有深究單車(chē)道寬度設(shè)置是否合理。

有的學(xué)者基于騎行者心理層面,對(duì)非機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度設(shè)置進(jìn)行了分析。F．NAVIN[8]提出了環(huán)繞人力自行車(chē)的領(lǐng)屬空間概念,得出領(lǐng)屬空間與人力自行車(chē)速度有關(guān)的結(jié)論;倪穎等[9]提出了騎行者舒適空間的理論,得出了騎行者舒適空間受非機(jī)動(dòng)車(chē)速度和車(chē)流密度影響的結(jié)論。結(jié)合騎行者的心理特征,R．A．CHANEY等[10]依據(jù)人力自行車(chē)的觀測(cè)數(shù)據(jù)建立了交通流3參數(shù)之間的關(guān)系,探究了影響人力自行車(chē)運(yùn)行的主要因素。也有學(xué)者從車(chē)道利用率層面進(jìn)行了研究,李巖等[11]針對(duì)標(biāo)線(xiàn)隔離的非機(jī)動(dòng)車(chē)道,通過(guò)生存模型來(lái)分析非機(jī)動(dòng)車(chē)越線(xiàn)率與非機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度的關(guān)系;周釗[12]分析了非機(jī)動(dòng)車(chē)道利用率與寬度的關(guān)系。車(chē)道是非機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行的載體,車(chē)道寬度設(shè)置首先要滿(mǎn)足非機(jī)動(dòng)車(chē)的物理運(yùn)動(dòng)需求,因此從非機(jī)動(dòng)車(chē)物理運(yùn)動(dòng)角度來(lái)分析車(chē)道寬度設(shè)置的影響因素具有根本意義。

非機(jī)動(dòng)車(chē)物理運(yùn)動(dòng)主要包括并行和超車(chē)兩種類(lèi)型。目前研究更多的是基于交通流非飽和條件下的非機(jī)動(dòng)車(chē)超車(chē)行為。陶思然[13]建立了基于橫向超車(chē)間距的人力/電動(dòng)自行車(chē)超越行為的理論模型;LI Yan等[14]建立了非機(jī)動(dòng)車(chē)速度差與超車(chē)間距的關(guān)系模型。非機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度設(shè)計(jì)既要滿(mǎn)足行駛安全及舒適性,又要滿(mǎn)足流量需求,還應(yīng)考慮道路設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性和道路空間的集約性。此外,非機(jī)動(dòng)車(chē)具有自組織性,易產(chǎn)生集群運(yùn)動(dòng),進(jìn)而形成局部飽和狀態(tài),飽和狀態(tài)下基本上是跟車(chē)運(yùn)行,超車(chē)行為極少。故選取飽和混合流,對(duì)非機(jī)動(dòng)車(chē)并行情況進(jìn)行物理運(yùn)動(dòng)寬度的研究更具有現(xiàn)實(shí)意義。

非機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度設(shè)計(jì)合理性的驗(yàn)證,需要對(duì)非機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析。有學(xué)者從安全和效率角度對(duì)非機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)[15]。在安全方面,主要選取交通沖突指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià);在效率方面,主要選取行程速度指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。目前非機(jī)動(dòng)車(chē)沖突沒(méi)有明確的沖突閾值,故非機(jī)動(dòng)車(chē)沖突數(shù)據(jù)獲取難免會(huì)存在一定的主觀性。隨著城市電動(dòng)自行車(chē)數(shù)量增多,非機(jī)動(dòng)車(chē)混合流運(yùn)行狀態(tài)更加復(fù)雜,行程速度受到混合流中車(chē)輛比例的影響較大。相比于安全和效率,穩(wěn)定性則是騎行者更關(guān)注的重點(diǎn)[16]。穩(wěn)定性作為安全基礎(chǔ),且能一定程度反映出非機(jī)動(dòng)車(chē)流運(yùn)行效率。因此,從非機(jī)動(dòng)車(chē)流穩(wěn)定性角度驗(yàn)證非機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度也是一條可選途徑。

綜上,筆者以非機(jī)動(dòng)車(chē)飽和混合流為研究對(duì)象,從非機(jī)動(dòng)車(chē)物理運(yùn)動(dòng)寬度需求的角度出發(fā),研究了混合流非機(jī)動(dòng)車(chē)道基本的需求寬度;從非機(jī)動(dòng)車(chē)流運(yùn)行穩(wěn)定性的角度出發(fā),對(duì)基本需求寬度進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 方 法

1.1 非機(jī)動(dòng)車(chē)物理運(yùn)動(dòng)寬度的組成

不考慮超車(chē)、心理需求等因素,筆者對(duì)飽和條件下的非機(jī)動(dòng)車(chē)混合流進(jìn)行了研究。在非機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行中,其行駛類(lèi)型主要分為單輛騎行和兩輛并排騎行,這種情況占總車(chē)群規(guī)模的95%以上[7]。故筆者只考慮單輛騎行和兩輛并排騎行這兩種情況的物理運(yùn)動(dòng)寬度。單輛騎行又可分為單輛人力自行車(chē)騎行和單輛電動(dòng)自行車(chē)騎行;兩輛并排騎行可分為人力-人力自行車(chē)、人力-電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)-電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)-人力自行車(chē)。

筆者從物理和運(yùn)行特性?xún)煞矫娉霭l(fā),對(duì)非機(jī)動(dòng)車(chē)的物理運(yùn)動(dòng)寬度組成進(jìn)行了分析。騎行中,非機(jī)動(dòng)車(chē)自身存在一個(gè)固定寬度,這個(gè)寬度即為物理寬度;非機(jī)動(dòng)車(chē)為非自平衡系統(tǒng),需要通過(guò)蛇形運(yùn)動(dòng)才能保持動(dòng)態(tài)平衡,蛇形運(yùn)行與直線(xiàn)行駛的寬度差即為運(yùn)行擺幅;為了保證騎行安全,非機(jī)動(dòng)車(chē)需要與車(chē)道內(nèi)外兩側(cè)的隔離保持一個(gè)安全距離,這個(gè)安全距離即為路側(cè)安全凈距。當(dāng)兩輛非機(jī)動(dòng)車(chē)并排騎行時(shí),兩輛車(chē)的間距由其各自運(yùn)行擺幅的一半構(gòu)成。因此筆者研究的非機(jī)動(dòng)車(chē)物理運(yùn)動(dòng)寬度由物理寬度、運(yùn)行擺幅和路側(cè)安全凈距等3個(gè)部分組成,如式(1):

Wi=Wai+Wbi+Wci

(1)

式中:i=1或2,i=1時(shí)為單輛非機(jī)動(dòng)車(chē)騎行,i=2時(shí)為兩輛非機(jī)動(dòng)車(chē)并排騎行;Wi為非機(jī)動(dòng)車(chē)物理運(yùn)動(dòng)寬度,m;Wai為非機(jī)動(dòng)車(chē)物理寬度,m;Wbi為非機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行擺幅寬度,m;Wci為非機(jī)動(dòng)車(chē)路側(cè)安全凈距,m。

1.1.1 非機(jī)動(dòng)車(chē)物理寬度

Wai一般由車(chē)把寬度與所搭載貨物左右超出車(chē)把寬度組成,其計(jì)算如式(2):

Wai=αWd0+(1-α)Wd1+iWd2

(2)

式中:Wd0為單輛人力自行車(chē)的車(chē)把寬度,m;Wd1為單輛電動(dòng)自行車(chē)的車(chē)把寬度,m;根據(jù)本次調(diào)查觀測(cè)數(shù)據(jù),得到Wd0=0.50～0.62 m,Wd1=0.53～0.71 m,取85%寬度作為代表值,則Wd0=0.60 m,Wd1=0.68 m;Wd2為非機(jī)動(dòng)車(chē)搭載貨物左右超出車(chē)把的寬度,根據(jù)《中華人民共和國(guó)道路交通安全法實(shí)施條例》[17]規(guī)定,取Wd2=0.30 m;α為單輛騎行或兩輛并排騎行時(shí)的人力自行車(chē)數(shù)量,α∈{0, 1, 2}且α≤i。

1.1.2 非機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行擺幅

非機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行擺幅分為:主觀蛇形擺幅和客觀蛇形擺幅[13]。主觀蛇形擺幅是指在騎行中,騎行者為躲避或繞行障礙物所產(chǎn)生的蛇形擺動(dòng),主觀蛇形擺幅遠(yuǎn)大于客觀蛇形擺幅;客觀蛇形擺幅是指非機(jī)動(dòng)車(chē)在正常行駛過(guò)程中所產(chǎn)生的蛇形擺動(dòng),客觀蛇形擺幅值通常小于0.4 m。綜合考慮城市道路資源,主觀蛇形擺幅并不適合用于研究,因此筆者選取客觀蛇形擺幅作為非機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行的擺幅。通過(guò)對(duì)每輛非機(jī)動(dòng)車(chē)軌跡進(jìn)行線(xiàn)性擬合,選取85%位殘差的2倍作為每輛非機(jī)動(dòng)車(chē)的運(yùn)行擺幅。

單輛騎行時(shí),非機(jī)動(dòng)車(chē)的運(yùn)行擺幅為Wb1。兩輛并排騎行時(shí),由于并排騎行的車(chē)輛內(nèi)外兩側(cè)受到的影響存在差異,故并排騎行時(shí)的運(yùn)行擺幅需要分為內(nèi)外側(cè)兩種情況進(jìn)行分析,靠近人行道一側(cè)為內(nèi)側(cè),靠近機(jī)動(dòng)車(chē)道一側(cè)為外側(cè)。兩輛非機(jī)動(dòng)車(chē)并排騎行時(shí)運(yùn)行擺幅Wb2的計(jì)算如式(3):

(3)

1.1.3 非機(jī)動(dòng)車(chē)路側(cè)安全凈距

計(jì)算每輛非機(jī)動(dòng)車(chē)軌跡與車(chē)道內(nèi)外側(cè)隔離方式橫坐標(biāo)差值的絕對(duì)值,并分別選取85%位橫坐標(biāo)差值絕對(duì)值作為每輛非機(jī)動(dòng)車(chē)內(nèi)外側(cè)路側(cè)安全凈距。當(dāng)兩輛車(chē)并排騎行時(shí),外側(cè)車(chē)只考慮外側(cè)路側(cè)的安全凈距,內(nèi)側(cè)車(chē)只考慮內(nèi)側(cè)路側(cè)的安全凈距。

Wci包括外、內(nèi)側(cè)的路側(cè)安全凈距。因此非機(jī)動(dòng)車(chē)的路側(cè)安全凈距計(jì)算如式(4):

(4)

1.2 運(yùn)行擺幅和路側(cè)安全凈距模型

筆者采用多重線(xiàn)性回歸模型對(duì)運(yùn)行擺幅和路側(cè)安全凈距的影響因素進(jìn)行分析。多重線(xiàn)性回歸模型的表達(dá)如式(5):

(5)

(6)

式中:e為截距;ap為第p個(gè)影響因素對(duì)應(yīng)的偏回歸系數(shù);xlp為第l個(gè)觀測(cè)對(duì)象的運(yùn)行擺幅和路側(cè)安全凈距對(duì)應(yīng)的第p個(gè)影響因素。

由于影響因素存在分類(lèi)變量,因此需要分析分類(lèi)自變量不同水平的組合類(lèi)型,再對(duì)不同組合類(lèi)型下的非機(jī)動(dòng)車(chē)速度與運(yùn)行擺幅及路側(cè)安全凈距進(jìn)行線(xiàn)性擬合,建立起線(xiàn)性關(guān)系模型,并根據(jù)模型結(jié)果來(lái)確定最不利的組合。

1.3 影響因素

根據(jù)《手冊(cè)》可知:非機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行擺幅與車(chē)輛的類(lèi)型、速度和騎行者的性別、年齡有關(guān)。筆者在現(xiàn)有基礎(chǔ)上,還考慮了隔離方式、密度、是否并行和內(nèi)外側(cè)等因素。

路側(cè)安全凈距與運(yùn)行擺幅受到的影響相似,因此可同時(shí)對(duì)路側(cè)安全凈距進(jìn)行分析。應(yīng)用單因素方差分析和相關(guān)性分析驗(yàn)證了所選取各因素對(duì)非機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行擺幅和路側(cè)安全凈距具有顯著影響。考慮在實(shí)際場(chǎng)景中非機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度應(yīng)滿(mǎn)足高峰需求,因此在進(jìn)行車(chē)道寬度分析時(shí),非機(jī)動(dòng)車(chē)流只考慮飽和混合流。納入模型的自變量如表1。

表1 自變量Table 1 Independent variables

表1中:速度為每輛非機(jī)動(dòng)車(chē)的85%位運(yùn)行擺幅和85%位路側(cè)安全凈距所對(duì)應(yīng)的運(yùn)營(yíng)速度;筆者依據(jù)軌跡數(shù)據(jù),通過(guò)分析同一幀下兩個(gè)ID縱坐標(biāo)差值的絕對(duì)值是否小于等于0.5 m來(lái)判定是否存在并排騎行情況。

為分析不同類(lèi)別的分類(lèi)自變量對(duì)因變量影響,需要將分類(lèi)自變量轉(zhuǎn)換為多個(gè)啞變量。以自變量第1項(xiàng)作為比較項(xiàng),各啞變量定義如表2～表4。

表2 性別和年齡的啞變量Table 2 Dumb variables for gender and age

表3 車(chē)型和隔離方式的啞變量Table 3 Dumb variables for vehicle type and isolation methods

表4 是否并行和內(nèi)外側(cè)的啞變量Table 4 Dumb variables for whether parallel and inner and outer sides

1.4 非機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度驗(yàn)證

熵是表征系統(tǒng)混亂程度的度量函數(shù)。熵值越高,表明該系統(tǒng)混亂程度越高,越無(wú)序。為驗(yàn)證所確定非機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度設(shè)計(jì)的合理性,根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù),采用速度熵對(duì)各非機(jī)動(dòng)車(chē)道進(jìn)行交通流的穩(wěn)定性分析。速度熵的計(jì)算如式(7):

(7)

式中:H為速度熵;Pfg為車(chē)型f中速度為Vg的支流交通量占總交通量比例,即速度分布概率;u為車(chē)型數(shù)量,文中車(chē)型包括人力/電動(dòng)自行車(chē);Z為速度類(lèi)別數(shù)量;lnω為交通熵,ω為不同車(chē)型、速度車(chē)流的排列總數(shù);N為總交通量,pcu。

2 數(shù)據(jù)采集與處理

2.1 數(shù)據(jù)采集

常見(jiàn)的非機(jī)動(dòng)車(chē)單車(chē)道寬度一般為1～2 m。綠化帶建設(shè)成本高,常用于大流量、多車(chē)道的非機(jī)動(dòng)車(chē)道,因此在分析單車(chē)道時(shí)不考慮綠化帶。本次數(shù)據(jù)采集選取場(chǎng)景為隔離欄和劃線(xiàn)的非機(jī)動(dòng)車(chē)單車(chē)道各3條,綠化帶、隔離欄和劃線(xiàn)的非機(jī)動(dòng)車(chē)兩車(chē)道各3條,路段參數(shù)如圖1(a)。調(diào)查地點(diǎn)遠(yuǎn)離交叉口及公交站臺(tái),采用虛擬線(xiàn)圈法獲取數(shù)據(jù):選定拍攝地點(diǎn)后,在垂直于車(chē)輛行進(jìn)方向劃定3條直線(xiàn),依次間隔5 m,構(gòu)建虛擬線(xiàn)圈,該區(qū)域即為數(shù)據(jù)檢測(cè)區(qū)域,采集現(xiàn)場(chǎng)如圖1(b)。選擇天氣良好的工作日進(jìn)行觀測(cè),觀測(cè)時(shí)間為早高峰(07:00—09:00)和晚高峰(17:30—19:30)。

圖1 調(diào)查路段道路與采集現(xiàn)場(chǎng)Fig. 1 Survey road sections and collection sites

2.2 數(shù)據(jù)處理

筆者運(yùn)用特征點(diǎn)匹配理論[18]對(duì)視頻進(jìn)行配準(zhǔn),采用YOLOv5[19]對(duì)配準(zhǔn)視頻進(jìn)行視頻識(shí)別,借助MATLAB對(duì)車(chē)輛圖像軌跡坐標(biāo)進(jìn)行校正處理。非機(jī)動(dòng)車(chē)軌跡提取流程如圖2。根據(jù)軌跡數(shù)據(jù)獲取非機(jī)動(dòng)車(chē)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)、運(yùn)行擺幅和路側(cè)安全凈距,結(jié)合人工識(shí)別技術(shù)對(duì)該騎行者個(gè)體特征因素進(jìn)行匹配。經(jīng)數(shù)據(jù)篩選和處理后,最終從飽和混合流中收集到2 000多個(gè)樣本量,大于20×自變量數(shù)量,滿(mǎn)足多重線(xiàn)性回歸建模所需最小樣本量需求。

圖2 非機(jī)動(dòng)車(chē)軌跡提取流程Fig. 2 Extraction process of non-motorized vehicle trajectory

3 結(jié)果分析

3.1 非機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行擺幅分析

多重線(xiàn)性回歸分析是研究一個(gè)連續(xù)型因變量和多個(gè)自變量(可以是連續(xù)變量和分類(lèi)變量)之間線(xiàn)性關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析方法。由于非機(jī)動(dòng)車(chē)的運(yùn)行擺幅為連續(xù)變量,且影響因素含有連續(xù)變量和分類(lèi)變量,因此筆者采用多重線(xiàn)性回歸分析對(duì)其求解。利用SPSS24.0進(jìn)行多重線(xiàn)性回歸分析,所有自變量均通過(guò)Wald檢驗(yàn),即Sig.<0.05,具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。將納入最后方程中,且模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為75.6%,預(yù)測(cè)效果較好。其計(jì)算如式(8):

y=0.160 + 0.013X1- 0.033X21+ 0.015X22-

0.008X31-0.007X41- 0.007X51- 0.025X52+ 0.004X61-

0.010X71

(8)

由式(8)可知:在騎行者特性方面,騎行者為女性時(shí)的運(yùn)行擺幅略高于男性;騎行者為老人時(shí)的運(yùn)行擺幅最高,青年人次之,中年人最小。在非機(jī)動(dòng)車(chē)交通特性方面,非機(jī)動(dòng)車(chē)速度與運(yùn)行擺幅成負(fù)相關(guān);人力自行車(chē)運(yùn)行擺幅大于電動(dòng)自行車(chē)。在非機(jī)動(dòng)車(chē)道參數(shù)方面,綠化帶場(chǎng)景下的運(yùn)行擺幅最大,隔離欄次之,劃線(xiàn)最小;單輛非機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行擺幅略大于兩輛并排騎行時(shí)的單輛非機(jī)動(dòng)車(chē);內(nèi)側(cè)非機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行擺幅略大于外側(cè)。

為建立不同組合類(lèi)型下非機(jī)動(dòng)車(chē)速度與運(yùn)行擺幅的線(xiàn)性關(guān)系模型,首先應(yīng)確定所有組合類(lèi)型,再對(duì)不同組合類(lèi)型下的非機(jī)動(dòng)車(chē)速度與運(yùn)行擺幅進(jìn)行線(xiàn)性擬合。依據(jù)騎行者為女性的運(yùn)行擺幅大于男性,騎行者為中年人的擺幅最小以及老年人的擺幅最大的特性,筆者在騎行者性別和年齡不同水平組合中篩選出中年男性和老年女性,并以老年女性為上限,中年男性為下限。在此基礎(chǔ)上,對(duì)是否并行、內(nèi)側(cè)外側(cè)、車(chē)型和隔離方式的不同水平進(jìn)行組合篩選,所有組合類(lèi)型如圖3。

圖3 組合類(lèi)型Fig. 3 Combination types

對(duì)不同組合類(lèi)型下的非機(jī)動(dòng)車(chē)速度與運(yùn)行擺幅進(jìn)行線(xiàn)性擬合,其結(jié)果如圖4～圖7。

圖4 不同隔離方式下單輛非機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行時(shí)速度-運(yùn)行擺幅線(xiàn)性擬合Fig. 4 Linear fitting of speed-operation swing of a single non-motorized vehicle with different isolation methods

圖5 綠化帶下并排騎行時(shí)內(nèi)/外側(cè)非機(jī)動(dòng)車(chē)速度-運(yùn)行擺幅線(xiàn)性擬合Fig. 5 Linear fitting of the speed-operation swing of non-motorized vehicles on inner/outer sides while cycling side by side under the green belt

圖6 隔離欄下并排騎行時(shí)內(nèi)/外側(cè)非機(jī)動(dòng)車(chē)速度-運(yùn)行擺幅線(xiàn)性擬合Fig. 6 Linear fitting of the speed-operation swing of non-motorized vehicles on inner/outer sides while cycling side by side under isolation fence

圖7 劃線(xiàn)下并排騎行時(shí)內(nèi)/外側(cè)非機(jī)動(dòng)車(chē)速度-運(yùn)行擺幅線(xiàn)性擬合Fig. 7 Linear fitting of the speed-operation swing of non-motorized vehicles on inner/outer sides while cycling side by side under the marking line

由圖4～圖7可知:在不同組合類(lèi)型下,非機(jī)動(dòng)車(chē)速度與運(yùn)行擺幅存在線(xiàn)性關(guān)系,運(yùn)行擺幅范圍隨速度的增大而減小,非機(jī)動(dòng)車(chē)速度與運(yùn)行擺幅線(xiàn)性模型的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率均高于60%。在隔離欄和劃線(xiàn)下,單輛非機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行擺幅范圍分別為[11, 37]、[7.0, 30.5]cm;在綠化帶、隔離欄和劃線(xiàn)下,兩輛非機(jī)動(dòng)車(chē)并行時(shí)外側(cè)非機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行擺幅范圍分別為[9, 32]、[7.5, 30.5]、[5, 25]cm,內(nèi)側(cè)分別為[14, 39]、[12, 37]、[9, 30]cm。

3.2 非機(jī)動(dòng)車(chē)路側(cè)安全凈距分析

運(yùn)用SPSS24.0進(jìn)行多重線(xiàn)性回歸分析。所有自變量均通過(guò)Wald檢驗(yàn),即Sig.<0.05,具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;將納入最后方程中,模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)到65.5%,預(yù)測(cè)效果較好。其如式(9):

y=0.121+ 0.021X1- 0.042X21+ 0.011X22+

0.016X31- 0.012X41- 0.031X51- 0.073X52+

0.009X61+ 0.006X71

(9)

由式(9)可知:在騎行者特性方面,騎行者為女性時(shí),路側(cè)安全凈距略高于男性;騎行者為老人時(shí),路側(cè)安全凈距最高,青年人次之,中年人最小。在非機(jī)動(dòng)車(chē)交通特性方面,非機(jī)動(dòng)車(chē)速度與路側(cè)安全凈距成正相關(guān);電動(dòng)自行車(chē)路側(cè)安全凈距略小于人力自行車(chē)。在非機(jī)動(dòng)車(chē)道參數(shù)方面,綠化帶方式下的路側(cè)安全凈距最大,隔離欄次之,劃線(xiàn)最小;單輛非機(jī)動(dòng)車(chē)的路側(cè)安全凈距略大于兩輛非機(jī)動(dòng)車(chē)并排騎行時(shí);外側(cè)非機(jī)動(dòng)車(chē)路側(cè)安全凈距略大于內(nèi)側(cè)非機(jī)動(dòng)車(chē)。

路側(cè)安全凈距的組合類(lèi)型與運(yùn)行擺幅相同,針對(duì)不同組合類(lèi)型下的非機(jī)動(dòng)車(chē)速度與路側(cè)安全凈距進(jìn)行線(xiàn)性擬合,結(jié)果如圖8～圖12。

圖8 隔離欄下單輛非機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行時(shí)速度-內(nèi)外側(cè)路側(cè)安全凈距線(xiàn)性擬合Fig. 8 Linear fitting of speed and safe clearance distance of the inner and outer roadsides for a single non-motorized vehicle operating under isolation fence

圖9 劃線(xiàn)下單輛非機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行時(shí)速度-內(nèi)外側(cè)路側(cè)安全凈距線(xiàn)性擬合Fig. 9 Linear fitting of speed and safe clearance distance of the inner and outer roadsides for a single non-motorized vehicle operating under the marking line

圖10 綠化帶下并排騎行時(shí)速度-內(nèi)外側(cè)路側(cè)安全凈距線(xiàn)性擬合Fig. 10 Linear fitting of speed and safety clearance distance on both inner and outer roadsides when cycling side by side under green belt

圖11 隔離欄下并排騎行時(shí)速度-內(nèi)外側(cè)路側(cè)安全凈距線(xiàn)性擬合Fig. 11 Linear fitting of speed and safety clearance distance on both inner and outer roadsides when cycling side by side under the isolation fence

圖12 劃線(xiàn)下并排騎行時(shí)速度-內(nèi)外側(cè)路側(cè)安全凈距線(xiàn)性擬合Fig. 12 Linear fitting of speed and safety clearance distance on both inner and outer roadsides when cycling side by side under the marking line

由圖8～圖12可知:在不同的組合類(lèi)型下,非機(jī)動(dòng)車(chē)速度與路側(cè)安全凈距存在線(xiàn)性關(guān)系,路側(cè)安全凈距范圍隨速度增加而增大,非機(jī)動(dòng)車(chē)速度與路側(cè)安全凈距的線(xiàn)性模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率均高于60%,具有較好的解釋性。在存在隔離欄和劃線(xiàn)下,單輛非機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行時(shí)的外側(cè)路側(cè)安全凈距范圍分別為[7.5, 29.0]、[6.0, 22.5]cm,內(nèi)側(cè)路側(cè)安全凈距范圍分別為[6.5, 27.0]、[5.5, 20.0]cm;在存在綠化帶、隔離欄和劃線(xiàn)下,兩輛非機(jī)動(dòng)車(chē)并排時(shí)的外側(cè)路側(cè)安全凈距范圍分別為[6.5, 30.0]、[6.0, 26.5]、[5, 21]cm,內(nèi)側(cè)路側(cè)安全凈距范圍分別為[6.0, 27.5]、[5, 24]、[3.0, 16.5]cm。

4 非機(jī)動(dòng)車(chē)道需求寬度計(jì)算與驗(yàn)證

4.1 基本需求寬度計(jì)算

《規(guī)范》規(guī)定:城市路段非機(jī)動(dòng)車(chē)道一般設(shè)計(jì)速度為10～15 km/h;GB 17761—2018《電動(dòng)自行車(chē)安全技術(shù)規(guī)范》[20]規(guī)定:電動(dòng)自行車(chē)設(shè)計(jì)速度不高于25 km/h,人力自行車(chē)設(shè)計(jì)速度一般不高于20 km/h?？紤]到車(chē)輛速度及道路經(jīng)濟(jì)性,并參考累計(jì)85%位速度這一經(jīng)典指標(biāo)作為路段限速值,筆者選取人力/電動(dòng)自行車(chē)的85%位速度進(jìn)行非機(jī)動(dòng)車(chē)道基本需求寬度計(jì)算。統(tǒng)計(jì)所有路段的人力/電動(dòng)自行車(chē)速度,人力自行車(chē)85%位速度為15 km/h,電動(dòng)自行車(chē)85%位速度為18 km/h。

在飽和混合流下,非機(jī)動(dòng)車(chē)之間既有抑制也有牽引作用,騎行者會(huì)下意識(shí)通過(guò)改變速度來(lái)削減與交通流速度之間離差。故飽和混合流下的人力自行車(chē)速度會(huì)存在偏高情況,而電動(dòng)車(chē)速度會(huì)存在偏低情況。由于《規(guī)范》缺少對(duì)電動(dòng)自行車(chē)考慮,導(dǎo)致非機(jī)動(dòng)車(chē)道的設(shè)計(jì)速度小于運(yùn)營(yíng)速度,因此應(yīng)采用非機(jī)動(dòng)車(chē)道運(yùn)營(yíng)速度進(jìn)行計(jì)算更為合理。將人力自行車(chē)速度(15 km/h)和電動(dòng)自行車(chē)速度(18 km/h)代入不同組合類(lèi)型(圖4～圖12)下的非機(jī)動(dòng)車(chē)速度與運(yùn)行擺幅、路側(cè)安全凈距線(xiàn)性關(guān)系式中,結(jié)合非機(jī)動(dòng)車(chē)物理寬度,確定不同組合類(lèi)型下非機(jī)動(dòng)車(chē)的物理運(yùn)動(dòng)寬度,其結(jié)果如表5。

表5 單輛非機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行時(shí)和并排騎行時(shí)的物理運(yùn)動(dòng)寬度Table 5 Physical motion width when a single non-motorized vehicle is running and riding side by side m

同一非機(jī)動(dòng)車(chē)道含有不同性別、年齡的騎行者和車(chē)型,而非機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度需要滿(mǎn)足不同騎行者和非機(jī)動(dòng)車(chē)的運(yùn)行需求,因此首先確定不同隔離方式和非機(jī)動(dòng)車(chē)的物理運(yùn)動(dòng)寬度范圍,再選取物理運(yùn)動(dòng)寬度最大值作為車(chē)道的基本需求寬度。其中,在是否并行下的不同隔離方式和非機(jī)動(dòng)車(chē)的物理運(yùn)動(dòng)寬度最大值所對(duì)應(yīng)的影響因素組合為最不利組合。根據(jù)表5可得:性別為女性、年齡為老年和車(chē)型為電動(dòng)自行車(chē)為最不利組合;在隔離欄和劃線(xiàn)下,單輛非機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行時(shí)的物理運(yùn)動(dòng)寬度范圍分別為[1.30,1.63]、[1.23,1.50]m;在綠化帶、隔離欄和劃線(xiàn)下,兩輛非機(jī)動(dòng)車(chē)并排騎行時(shí)的物理運(yùn)動(dòng)寬度范圍分別為[2.38, 2.86]、[2.30, 2.77]、[2.18,2.63]m。綜上,在隔離欄和劃線(xiàn)下,非機(jī)動(dòng)車(chē)單車(chē)道基本需求寬度分別為1.65、 1.50 m;在綠化帶、隔離欄和劃線(xiàn)下,非機(jī)動(dòng)車(chē)兩車(chē)道基本需求寬度分別為2.90、2.80、2.65 m。當(dāng)城市道路資源不足時(shí),非機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度可適當(dāng)減少,在隔離欄和劃線(xiàn)下,非機(jī)動(dòng)車(chē)單車(chē)道最小寬度分別為1.30、1.25 m;在綠化帶、隔離欄和劃線(xiàn)下,非機(jī)動(dòng)車(chē)兩車(chē)道最小寬度分別為2.4、 2.3、 2.2 m。

4.2 基本需求寬度驗(yàn)證

為進(jìn)一步驗(yàn)證文中確定的非機(jī)動(dòng)車(chē)道基本需求寬度合理性。筆者從所調(diào)查路段中選取隔離方式為隔離欄和劃線(xiàn)的非機(jī)動(dòng)車(chē)單車(chē)道各3條,綠化帶、隔離欄和劃線(xiàn)的非機(jī)動(dòng)車(chē)兩車(chē)道各3條進(jìn)行寬度驗(yàn)證。選取高峰下飽和混合流數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)采集和處理方法與文中數(shù)據(jù)采集與處理部分相同。根據(jù)各條非機(jī)動(dòng)車(chē)道飽和混合流數(shù)據(jù),選用速度熵指標(biāo)對(duì)非機(jī)動(dòng)車(chē)道進(jìn)行交通流穩(wěn)定性分析。

實(shí)際非機(jī)動(dòng)車(chē)道的寬度一般按0.25 m的區(qū)間進(jìn)行增減。因此筆者選擇最接近非機(jī)動(dòng)車(chē)道基本需求的寬度進(jìn)行代替。每種組合類(lèi)型下的3條非機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度依次為實(shí)際寬度、基本需求寬度和最小寬度,非機(jī)動(dòng)車(chē)道交通流穩(wěn)定性分析結(jié)果如表6。

表6 非機(jī)動(dòng)車(chē)道的交通流速度熵Table 6 Traffic flow speed entropy of non-motorized vehicle lane

由表6可知:在同一車(chē)道數(shù)和隔離方式下,車(chē)道寬度越寬,交通流的速度熵越高,穩(wěn)定性越差;以非機(jī)動(dòng)車(chē)道基本需求寬度為基準(zhǔn),相較于小于基本需求寬度,大于基本需求寬度的非機(jī)動(dòng)車(chē)道交通流速度熵變化幅度更大。這主要是因?yàn)楫?dāng)小于非機(jī)動(dòng)車(chē)道基本需求寬度時(shí),隨著寬度增加,雖然非機(jī)動(dòng)車(chē)騎行受限減少,但只能保證非機(jī)動(dòng)車(chē)基本運(yùn)行需求,因此非機(jī)動(dòng)車(chē)的運(yùn)行差異較小;當(dāng)大于非機(jī)動(dòng)車(chē)道基本需求寬度時(shí),隨著寬度增加,非機(jī)動(dòng)車(chē)在滿(mǎn)足基本運(yùn)行需求基礎(chǔ)上還有多余的運(yùn)行寬度,這導(dǎo)致了不同非機(jī)動(dòng)車(chē)的運(yùn)行差異增大。因此文中所確定的非機(jī)動(dòng)車(chē)道基本需求寬度相對(duì)合理。

5 結(jié) 論

1)筆者對(duì)由人力/電力自行車(chē)構(gòu)成飽和混合流下的非機(jī)動(dòng)車(chē)道基本需求寬度進(jìn)行了研究。運(yùn)用多重線(xiàn)性回歸得出了運(yùn)行擺幅和路側(cè)安全凈距的影響因素分別為:騎行者性別年齡、非機(jī)動(dòng)車(chē)類(lèi)型、非機(jī)動(dòng)車(chē)速度、非機(jī)動(dòng)車(chē)道隔離方式、非機(jī)動(dòng)車(chē)道內(nèi)外側(cè)及非機(jī)動(dòng)車(chē)是否并行。

2)建立了不同組合類(lèi)型下的非機(jī)動(dòng)車(chē)速度與運(yùn)行擺幅和路側(cè)安全凈距的線(xiàn)性關(guān)系,得到了不同隔離方式下的非機(jī)動(dòng)車(chē)道基本需求寬度。按85%位運(yùn)營(yíng)速度的人力自行車(chē)速度為15 km/h、電動(dòng)自行車(chē)速度為18 km/h進(jìn)行計(jì)算,在隔離欄和劃線(xiàn)下,非機(jī)動(dòng)車(chē)單車(chē)道基本需求寬度分別為1.65、1.50 m,最小寬度分別為1.30、1.25 m;在綠化帶、隔離欄和劃線(xiàn)下,非機(jī)動(dòng)車(chē)兩車(chē)道基本需求寬度分別為2.90、2.80、 2.65 m,最小寬度分別為2.4、 2.3、 2.2 m。

3)筆者提出的非機(jī)動(dòng)車(chē)道基本需求寬度確定方法,是對(duì)《規(guī)范》和《手冊(cè)》的完善和補(bǔ)充,能為非機(jī)動(dòng)車(chē)道設(shè)計(jì)提供參考。選取多條實(shí)際非機(jī)動(dòng)車(chē)道路段,運(yùn)用速度熵驗(yàn)證了非機(jī)動(dòng)車(chē)道基本需求寬度的合理性,結(jié)果表明:在同一車(chē)道數(shù)和隔離方式下,車(chē)道寬度越寬,交通流速度熵越高;以非機(jī)動(dòng)車(chē)道的基本需求寬度為基準(zhǔn),相較于小于該寬度時(shí),大于該寬度的非機(jī)動(dòng)車(chē)道交通流速度熵變化幅度更大,穩(wěn)定性更差。

4)筆者分析了在物理運(yùn)動(dòng)寬度影響下的非機(jī)動(dòng)車(chē)道基本的需求寬度;但在實(shí)際場(chǎng)景中,應(yīng)綜合非機(jī)動(dòng)車(chē)物理運(yùn)動(dòng)寬度、駕駛者心理需求和非機(jī)動(dòng)車(chē)道服務(wù)水平等因素,對(duì)非機(jī)動(dòng)車(chē)道基本需求寬度進(jìn)一步分析。在非機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度驗(yàn)證時(shí),筆者所確定的部分基本需求寬度缺少對(duì)應(yīng)的實(shí)際道路寬度,采用少量相鄰寬度來(lái)替代,基本寬度的確定還存在精度問(wèn)題,應(yīng)在后續(xù)研究中采用基本需求寬度對(duì)應(yīng)的實(shí)際道路寬度進(jìn)行交通流穩(wěn)定性分析。