（交通运输工程专业论文）交叉口自行车交通组织研究.pdf

e 壅銮迪厶堂童些亟堂僮盈塞史塞煎墅 中文摘要 摘要：我国是“自行车王国”，自行车长期以来一直是中国城市占支配地位的 交通方式，在许多城市客运结构中，自行车交通出行占5 0 以上，预计自行车交通 在我国城市交通中占主导地位还要持续很长一段时间。可是随着机动化的发展， 轿车进入家庭，自行车交通对机动车的干扰成了道路阻塞的主要因素之一，这个 问题在城市道路表现尤为突出，建立合理的自行车交通网络，对解决城市高速发 展带来的交通拥挤和城市环境问题，具有重要的现实意义。自行车交通问题是一 个复杂的问题，涉及自行车交通的政策、规划、管理以及控制等多个方面，解决 自行车交通问题也需要从多方面入手。本文就是为了探索城市自行车交通与机动 车交通有机配合，提出自行车交通组织规划、优化设计的应用技术，为城市交通 管理决策提供理论支持与实用规范的技术支持。 本文从以下三个方面进行了研究： 第一，自行车交通特征分析：分析了自行车交通的基本特征和优缺点、交叉 口自行车交通与机动车交通相互干扰的状况、自行车交通流的特征、自行车交通 的时空特征、自行车交通的速度和密度特征、交叉口混合交通流的运行特征等， 发现造成交叉口内冲突加剧的主要原因是自行车和机动车混合行驶且相互干扰。 第二，自行车通行能力分析：借鉴城市道路交通规划设计规范和自行 车交通流基本模型中自行车通行能力计算方法，分析了自行车对机动车饱和流 量的影响，自行车对绿初损失的影响，自行车对信号控制交叉口通行能力的影响。 第三，从自行车专用系统交通组织规划和交叉口自行车交通优化设计两个方 面提出了自行车交通优化设计方法。 关键词：自行车；混合交通流；干扰；交叉口；组织规划；优化设计 分类号：u 一6 韭立銮适厶堂童些亟堂位监塞曼s 互i a b s t r a c t a b s t r a c t ：c h i n ai sn i c k n a m e da s ak i n g d o mo fb i c y c l e s ”b i c y c l eh a sa l w a y s b e e nad o m i n a n tu r b a nt r a f f i cm e a n si nc h i n a i ns o m ec i t i e s ，b i c y c l et r a f f i cc o n s t i t u t e s o v e r5 0 o ft h et o t a lt r a f f i cf l o w s u c hap h e n o m e n o nc a nb ee x p e c t e dt ol a s ti nt h e n e a rf u t u r e w i t ht h ep o p u l a r i z a t i o no fa u t o m o b i l e s h o w e v e r , t h ed i s t u r b a n c eo f b i c y c l e t r a f f i ct oa u t o m o b i l et r a f f i ch a sb e c o m eam a j o rr e a s o nf o rt r a f f i cc o n g e s t i o n s g r e a t s i g n i f i c a n c e i sa t t a c h e dt ot h ee s t a b l i s h m e n to faw e l l c o n s t r u c t e db i c y c l et r a f f i c n e t w o r k ，s i n c ei th e l p sa l o ti ns o l v i n gt r a f f i cj a m sa n du r b a ne n v i r o n m e n t a lp r o b l e m si n t h ep r o c e s so fr a p i du r b a n i z a t i o n b i c y c l et r a f f i cm a n a g e m e n ti sac o m p l i c a t e di s s u e ， i n v o l v i n gp o l i c i e s ，r e g u l a t i o n s ，m a n a g e m e n t , c o n t r o la n dm a n y o t h e ra s p e c t s t h i sp a p e r i sa i m e da te x p l o r i n gt h ec o o r d i n a t i o no fu r b a nb i c y c l ea n da u t o m o b i l et r a f f i cf l o w s ， a n da tp r o p o s i n gw a y st oo p t i m i z et h ep r o g r a m m i n ga n dd e s i g n i n go f b i c y c l et r a f f i c t l l i sp a p e ra n a l y z e st h et o p i cf r o mt h ef o l l o w i n gt h r e ea s p e c t s p a r to n ea n a l y s e st h ec h a r a c t e r i s t i c so f b i c y c l et r a f f i c t 1 1 i sp a r td e a l sw i t ht h eb a s i c c h a r a c t e r i s t i c so fb i c y c l et r a f f i ca n di t sa d v a n t a g e sa sw e l la sd i s a d v a n t a g e s ，t h em u t u a l d i s t u r b a n c eo f b i c y c l ea n da u t o m o b i l et r a f f i ca ti n t e r s e c t i o n s t h es p a c e - t i m ea sw e l la s v e l o c i t y - d e n s i t yc h a r a c t e f i s t c so f b i c y c l ef l o w , a n dm i x e d t r a f f i cf l o wa ti n t e r s e c t i o n s p a r tt w oa n a l y s e sb i c y c l ep a s s a g e c a p a c i t y t h i sp a r t u s e sf o rr e f e r e n c et h e c a l c u l a t i n gw a y si n t r o d u c e d i nu r b a nr o a dt r a f f i cp r o g r a m m i n ga n dd e s i g n i n g c r i t e r i aa n db a s i cm o d e l so fb i c y c l ef l o w i ta n a l y s e st h ei n f l u e n c e so fb i c y c l e s r e s p e c t i v e l yo na u t o m o b i l es a t u r a t i o nf l o w , o i le a r l y - g r e e nl o s sa n do np a s s a g ec a p a c i t y a ts i g n a l i z e di n t e r s e c t i o n s p a r tt h r e ec o m e su pw i t hp r o p o s a l sf o ro p t i m i z i n gb i c y c l et r a f f i cp r o g r a m m i n g a n e x c l u s i v eb i c y c l et r a f f i cs y s t e ma n db e t t e rb i c y c l et r a f f i cd e s i g n sa ti n t e r s e c t i o n sa r e c o n s i d e r e da sp o s s i b l es o l u t i o n s k e y w o r d s ：b i c y c l e ，m i x e dt r a f f i cf l o w , d i s t u r b a n c e , i n t e r s e c t i o n ，p r o g r a m m i n g ， o p t i m i z e dd e s i g n c l a s s n 0 ：i j - 6 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 阮血 ， 签字目期：2 慨钥日 铆躲弦孝 签字日期籼年版月f 只 7 e 塞窑适厶堂童些亟堂僮缝塞独剑挂童盟 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：改茗、2 = 签字同期：2 呷年7 硝f 日 致谢 本论文的工作是在我的导师张超教授的悉心指导下完成的，张超教授严谨的 治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢3 年来张超 老师对我的关心和指导。 在现场调查及撰写论文期问，程水、王峰，银服森、王瑞林、郭睿等同学对 我论文中一些数据分析研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢家人，他们的理解和支持使我能够专心完成我的学业。 e 塞窑垣厶堂童些亟堂位论 塞!壹 1 引言 1 1 国内外自行车交通现状 我国是世界上独一无二的自行车王国。自行车以其便捷、廉价的特点成为大 多数城乡居民首选的交通工具，目前，自行车拥有量约为5 亿辆，城市人均拥有 约o 7 辆，居民出行选用自行车的约5 0 i ”。可是随着机动化的发展，轿车进入家 庭，自行车交通对机动车的干扰成了城市道路阻塞的主要因素之一。但无论对其 怎样评价，自行车交通在今天乃至今后出于减少环境污染等因素的考虑，仍将是 中国交通的最大特点。所以宏观上对自行车交通采取什么政策，微观上对自行车 交通采取怎样的控制与管理措施都是我们必须面对的问题。 在机动车使用频率较高的今天，国际上许多国家反过来重新认识自行车，宣 传使用自行车，研究自行车交通特征，规划自行车专用道，以改善交通结构求得 “安宁交通”。欧州各国不仅重新把自行车看做市内代步工具，而且正在开发它的 远途功能。荷兰每1 6 人就有一辆自行车，从拥有的相对数量来说最多。荷兰的自 行车交通具有悠久的历史，早在1 8 9 0 年，荷兰建设了世界上第一条自行车专用道 路，为了推进自行车交通的发展，荷兰在十九世纪末期就成立了世界上最早的白 行车研究协会。1 9 3 7 年，在荷兰的第二大城市一一鹿特丹建设了世界上第一条自 行车隧道。这条隧道在约三十米深的马斯河底，把鹿特丹的新旧城连接起来，在 隧道两头的出入口各设置了五个自动升降梯，专门用于自行车自动进出入隧道。 自行车道及自行车道路网在荷兰几乎遍地都是，不但在市内有自行车专用道路， 而且已成为自行车道路网，也就是说，骑自行车的人不论到何处都可以安全方便 地可使用自行车道路。在市郊的道路基本上都采用“五块板”的形式，即：中间 一块板走汽车，称汽车道；两侧的两块板走自行车，称为自行车道；最外侧的两 块板走行人，称为人行道。汽车道与自行车道，自行车道与入行道都用绿化带进 行物理分离。据统计，到1 9 7 6 年为止，荷兰有三万公里的自行车专用道路，占荷 兰全国道路总长度的3 0 6 ，居世界第一位l z j 。 法国交通部和环保部联手为提倡自行车交通不遗余力。在1 9 9 5 年夏天的一次 记者招待会上，法国交通部长宣布了l o 项以推广自行车为重点的城市交通和市政 建设计划，要求全国各省在修筑公路和城市建设中优先考虑自行车专用道路。法 国公共交通局决定，从次年起允许乘客携带自行车乘坐某些巴黎市效地铁和火车， 要在车站附近建设自行车存车处，鼓励人们使用自行车作为上下班的交通工具。 还有一些城市把自行车进城市方案列入了城建规划。巴黎市也在研究有关的计划， j e 瘟窑适叁堂童些亟堂焦途塞i l 宣 随着人们对环保的重视，提倡以自行车作为一种保护环境的交通工具的呼声越来 越高。据不完全统计，全法国大约有2 0 0 0 万辆自行车，但用此上班的大约有1 3 。 环保部官员多次强调，要进一步提高自行车的使用率。为此法国政府拟在全国开 辟总长7 0 0 0 公罩的自行车道并通盘规划沿途的旅店、餐饮、修理等相关设施，并 将这项计划纳入整个欧州的自行车道路网。计划实现后，从法国的南部到俄国的 莫斯科，从爱尔兰到柏林到希腊的雅典，整个旧大陆将为自行车道路网连通。据 9 0 年代初期的统计，同本建有2 万多公里的自行车道路，自行车拥有量和机动车 拥有量基本持平：美国有1 5 5 万公里的自行车专用道路，计划要增至4 0 万公里； 英国伦敦自行车出行比例计划要从现在的2 提高到1 0 ，伦敦周围卫星城如米乐 顿与凯尔斯建有1 0 0 多英里长的含有自行车道的道路网；德国有的城市自行车道 占路网里程的3 7 ；丹麦人出门时，骑自行车的少则2 0 ，多至5 0 ，首都哥本 哈根的上班族中小汽车、公共汽车和自行车已是三分天下p j 。 我们的邻国韩国是一个新兴国家，具统计1 9 9 8 年韩国共计4 0 0 0 多万人口， 拥有1 0 0 0 多万辆汽车，交通阻塞现象十分严重。近几年来，政府提出了鼓励人们 使用自行车的道路整修计划，1 9 9 8 年韩国投入1 1 1 0 亿韩元，在全国修整1 1 2 k m 长 的自行车专用道，设置能存放5 3 万辆自行车的存车处。在今后的几年里，还把 扩大自行车利用率作为一项国策，到2 0 0 2 年，修建了约5 0 0 0 k m 的自行车道和1 0 0 万辆存车处，从2 0 0 3 年开始，各地方政府计划将再陆续修建5 0 0 0 k m 的自行车道 和1 0 0 万辆存车处，2 0 1 0 年的目标是使自行车所承担的运送量由1 9 9 8 年1 8 提 高到1 0 ，此举不仅可改善交通条件，减少空气污染，每年还可节约油费1 8 9 万 亿韩元。韩国的广播、电视、学校和民间团体为此开展了广泛的宣传活动，宣传 利用自行车的好处【2 】。 小汽车王国美国在1 9 9 4 年初作出的交通战略新目标。由国会拨款1 0 0 万 美元、交通部完成研究报告包括如下内容：分析现状，找出自行车和步行不能作 为交通方式更好地加以利用的原因；制定增加自行车和步行出行比例并确保安全 的计划，开列实施该项计划的资金；确定在城市市区和郊区倡导使用自行车和步 行交通方式的全部费用和效益；审评世界范围内采用该两种交通方式的成功之处 以供借鉴；提交实施可行的行动日程表。交通部在报告中提出的目标是尽早将现 有的各占7 2 和0 7 的步行方式和自行车方式翻一翻。同时把涉及步行者和骑车 人的交通事故降低1 0 。报告完成后，国会随即指示联邦公路总署成立一个全国性 的自行车交通情报交换机构，负责向政府部门和公众提供有关的技术与安全信息、 科研文献资料和宣传手册等。交通部又专门任命了全国自行车与步行工程总监， 就是为了保证联邦行动计划的落实1 4 j 。这些都值得我国借鉴与思考。 e 壅窆亟厶堂主些亟堂位监塞 ! ! 矗 1 2 国内外自行车交通研究 在交通研究方面，国外着重研究的是汽车交通，很多国家将自行车交通定性 为环保型交通而鼓励发展，有的则作为锻炼身体的工具，很少将自行车作为一种 道路上的基本交通出行工具而进行研究。国外在自行车交通特征研究方面，注重 研究自行车的起动反应时间、速度、加减速等，但在自行车速度受哪些因素影响 方面，缺乏相关的研究。在信号控制交叉口，自行车的停车排队、自行车交通流 膨胀特性方面没有相关的研究。这主要是因为这些国家的自行车量太小，这些交 通现象不明显。国外在自行车交通流的研究方面，对于交叉口自行车交通流的研 究主要侧重于信号控制交叉口。对于考虑自行车的相位绿灯间隔时间的确定，计 算方法中经验的成分较多。很多控制方案的生成理论与技术，和自行车的自动检 测的研究结合在一起，对于自行车流量很小的情况，自行车的自动检测技术可能 效果较好，但对于大流量、密集的道路自行车交通，相应的检测技术能够取得什 么样的效果有待考证，而相应的控制技术的适应性也不得而知。国外对于自行车 通行能力与服务水平的研究成果的重要体现美国的通行能力手册等，都是将 自行车与机动车作为两个不同的对象，孤立地进行研究。在交叉口混合交通条件 下，综合评价混合交通流的通行能力和服务水平是下一步应该研究的方向。国外 在自行车的交通设计标准方面，欧美等国家制定了很多国家或地方性的设计标准 或指导性手册，而这些西方国家所采用的自行车交通设计方法与标准也是基于流 量很小的条件下建立的。 自行车交通问题是一个复杂的问题，涉及自行车交通的政策、规划、管理以 及控制等多个方面，解决城市自行车交通问题也需要从多方面入手。在政策制定 上，可以直接或间接地限制自行车的发展，减缓自行车交通的增长；在城市规划 上，可以规划、设计自行车专用道路系统，实现机非分流，减少自行车对机动车 的干扰；在控制管理上，可以设计一些自行车交通设施和自行车交通管理设施以 合理控制和管理自行车交通，提高交通系统的服务水平。 1 9 8 4 年北京出版社出版由段里仁主编的城市交通概论里提出治理自行车 交通大致有以下对策： ( 1 ) 完善法规 交通法规中要明确我国的交通参与者分为机动车、非机动车和行人，相应地， 有关的管理法规应分别单列，眉毛胡子一把抓，遵法和执法都难以对号入座。“没 有区别就没有政策”，也就没有名实相符的法规。从不安全的风险大小、占用道路 的面积多少、违章造成的侵害轻重各方面比较，自行车都是介乎机动车和行人两 者之间，即低于机动车、高于行人。与之楣匹配，制定法规就应体现出对自行车 e 塞銮适厶堂主些亟堂僮丝 窑i !壹 的约束力应小于机动车而大于行人，对自行车违章侵权行为的处罚也应宽于机动 车严于行人，对自行车交通事故的处理还是应轻于机动车而重于行人。现行的法 规缺少这种区别对待的条文。只听说有机动车辆管理所，很少听到自行车管理所。 盖了钢印交税，不出事故不见面。在自行车与机动车的事故处理中，保护交通弱 者在一定程度上纵容了自行车驾驶人的违法行为。 ( 2 ) 健全机构 对自行车的管理必须要有专设的执行机构。其职责是对自行车和骑车者有关 总体信息与发展趋向等进行宏观管理，以及对车与人的技术性能与具体素养等进 行微观管理。其业务内容包括车与人两大块，前者有车辆的档案管理同、性能管 理、执照管理等，后者有骑车人的能力确认、法规考核、安全教育、处罚实施等。 这个机构当然应赋于权力和权威，而且还少不了地方政府基层组织和工作单位的 辅助和配合。 ( 3 ) 强化路管 这是减少自行车违章和降低自行车交通事故数的最有效的办法。骑了自行车 就要上路，就要参与交通；如果置法规于不顾，视路管同儿戏，自行车交通违章、 侵权和事故将一发而不可收拾。针对自行车交通的特点，路管警力分配要合理， 要加强巡逻值勤，对违法行驶或停放的自行车依法分别作出罚款、扣车、扣证等 不同处理。强化道路管理措施必须持之以恒，坚持严格执法，在具体处理上根据 实际情况加以落实。另一方面在强化道路管理的同时，还要大力加强交通安全的 宣传教育，不少城市都为此作了大量的工作。但由于自行车拥有面很广，骑车人 的素质参差不齐，仅靠自行车管理机构和交警队伍内部有限的宣传手段和力量显 得势单力薄，还需要全社会的大力支持。在宣传形式上要多样化、形象化，内容 要尽量丰富多彩，通俗易懂，可以把交通安全宣传同科普教育结合起来，使人们 的交通观念和安全意识在头脑中牢牢扎根。 ( 4 ) 管理上的分流 机非分流可通过管理分流和工程分流两种途径达到，有空间上的分流，也有 时间上的分流，有面上的分流，也有点上的分流。从管理上可以采取如下办法： 设置自行车禁驶区，设置自行车候驶区，设置自行车流的两次停车线和禁止自行 车左转等。 2 0 0 4 年第6 期土木工程学报景春光、王殿海、姜景玲在论文典型交叉 口机非冲突分析与处理方法里提出根据自行车流量，开辟自行车专用道路，并 在自行车交通量特别大的交叉口，兴建立体交叉桥，使自行车单独在一层行驶， 与机动车完全脱离交叉，尽可能少地不干扰机动车行驶。这些举措对缓解城市交 通拥塞的矛盾，以及在减少行车事故方面能够取得显著成效。 4 峦銮适厶堂童些亟堂建途塞 i l主 1 9 9 9 年人民交通出版社出版由杨佩昆、张树升主编的交通管理与控制提 出“平面交叉口机非时空分离法”有效地在提高了路口通行能力和路口安全性能。 1 9 9 3 年第4 期同济大学学报自然科学版彭锐、杨佩昆在论文自行 车交通流基本模型提出了自行车专用系统规划、自行车通行空间优化设计及其 控制与管理方面的理论，分别在杭州和唐山取得了良好的应用效果。 2 0 0 4 年第3 期交通运输工程与信息学报徐良杰、王炜在论文信号交叉 口非机动车及行人交通控制研究提出了自行车专用信号相位等从时日j 上实现机 非分离措施。 2 0 0 5 年沈阳市规划设计研究院提出建立自行车交通通行许可制度的设想，包 括四种情况。一是在规划的自行车交通区域范围内允许自行车全方向全时间通行； 二是在市级商业中心区划定管制区域，严格限制自行车通行，当地居民和职工骑 车出入必须持有许可牌照；三是对于城市快速干道全天限制自行车通行，已有的 自行车车道辟作为公共汽车专用道；四是对于城市主干道，在机动车高峰时段限 制自行车通行，在此时段内的自行车道也作为公交专用车道使用。但在实践上存 在很大的困难。 国内外针对不同的道路与交通条件，不同的控制与管理条件，如何进行科学 合理的自行车交通规划、设计与管理的研究无论在理论的系统性和实践上都还未 形成具有普遍意义的成果。因此有必要就此展开深入的、理论与实践结合的研究 工作。在实践上，对于如何科学的规划自行车交通系统，如何合理地设计自行车 车道、交叉口、信号控制等自行车交通设施，如何有效地管理自行车交通，提高 其通行能力，目前尚无一套全面、完善的理论对这些问题进行回答。本文通过对 城市自行车交通流组织方法与技术研究，将为自行车交通的规划、设计、管理和 控制提供一种方式选择，为改善我国各城市普遍存在的机非交通流混合的交通问 题提供依据。 1 3 研究内容 中国城市交通只能采取“公共交通为主，私人交通为辅”的模式。这几乎已是 人们的共识。但我国当今社会，自行车在城市中担负了较高的运输比例，同时也 产生一系列负面效应，为此，部分城市尽量减少自行车出行比例，在需求管理方 面做了不少努力。然而，随着生活水平的提高，人们趋向使用快速、便捷、高效 的私人交通工具，特别是近几年，我国沿海城市因对私人机动车交通缺乏正确引 导，城市客运交通方式由自行车转向小汽车的趋势明显，公交系统出行比例不但 没有上升，反而下降 5 】口说明通过减少自行车交通量，不但不会使交通问题得到缓 j 壅窑逼盘堂童些亟堂僮途塞i i壹 解，而且会使私人机动车进一步膨胀，城市交通问题加剧，这也不是仅靠发展公 交和地铁能解决的。世界上公交组织得较好的城市来看，大多数因城市人口的密 度较高，采用高强度的交通运输，并重视地铁等轨道交通，由此来承担大量的客 运交通。从我国目前来看，大、中城市普遍兴建地铁尚不现实，尤其是我国仍存 在大量的小城镇和小城市，在市区发展高效、便捷、快速的公交系统，政府尚需 投入大量的财力。限制自行车交通，必将助长私人机动车辆的发展，私人机动车 的进一步发展，必然产生交通拥挤，机动车，尤其是公交车运送速度会进一步下 降，营动效率低下，反过来又促使自行车交通增长。由于自行车在我国城市交通 中起到了很大的作用，许多城市重视自行车交通系统的规划和设计取得了很好的 效果，所以我国现阶段进行交通规划就必须重视自行车交通。正是在此背景下， 提出了本项目的研究。 本文主要从以下三个方面进行论述和分析： ( 1 ) 自行车交通特征分析 ( 2 ) 自行车通行能力分析 ( 3 ) 自行车交通优化设计方法 6 e 塞交道厶堂童些亟堂焦论童 自i i 至窑垣挂堑盆蚯 2 自行车交通特征分析 自行车与机动车混合行驶，在路段上对机动车交通和自行车交通都带来了不 良影响，在交叉1 2 1 内由于自行车和机动车混合行驶相互干扰造成交叉口内冲突加 剧。 2 1 基本问题描述 自行车与机动车混合行驶，对机动车交通和自行车交通都带来了诸多不利影 响。 在路段上，机动车交通的存在对骑车人的安全构成直接威胁：而自行车的存 在又使机动车的行驶速度受到限制，司机因为要提防随时可能出现在机动车道上 的自行车而不敢提高车速。在交叉口，自行车与机动车对通行时空资源的争夺， 会大大增加机动车在绿灯时间遇到的冲突点数，即增加了事故的隐患，又降低了 交叉1 2 1 的通行效率；而且由于交叉1 2 1 在信号灯配时上很难同时照顾到自行车与机 动车的需要，常常无谓地增加自行车或者机动车的延误时间。 自行车与机动车在路段上的相互干扰问题，可以通过使用隔离设施( 如分隔 带、分隔墩、分隔栏等) 获得不同程度的缓解；而自行车与机动车在交叉口的相 互干扰问题，只要机动车与自行车在同一平面上行驶，就不可能完全避免。 我国城市现行的大多数交叉1 3 对机动车与非机动车采用同一相位控制，即同 一进口道的机动车、非机动车交通流通行的红绿灯信号相同。因此出现以下情况州： 1 同一相位内机动车与非机动车交通流冲突严重，绿初机动车交通损失时间过 大，往往大于l o s ( 远超过国外的2 s 损失值) ，绿灯中期左转( 包括对向的) 非机 动车穿越直行机动车交通流，或直行非机动车穿越右转机动车，除造成对机动车 交通的影响外，自身亦无安全保障，易发生交通事故。 2 绿灯末期驶入交叉日的非机动车常与相交道路绿初驶出的非机动车形成极 为混乱的集团，同时也构成对相交道路上机动车交通的影响，且不安全。 3 交通秩序混乱，机动车在非机动车的包围中运行，非机动车穿越机动车交通 流通过交叉口，其结果常造成交通堵塞、事故频发。 2 2 自行车交通的基本特征和优缺点 ( 1 ) 基本特征 自行车交通有以下十种基本特征 7 b 立銮道盘堂童些亟堂焦盈塞自红至窑堑挂延筮捱 自行车是一种慢速交通工具； 自行车是一种不稳定性交通工具： 与机动车相比，自行车起动快； 自行车交通在时间上有明显的集中性，在地区或路段上有明显的方向性； 自行车不宜于远程交通； 自行车不象机动车那样严格保持一定的问距、直线的成队列行进，而是成 群成团的前进、不愿减速，更不愿停下来； 自行车交通与其他慢速交通或行人交通交叉的危险性要比快速交通小； 自行车交通事故主要发生在与机动车交通的交叉处； 与机动车比较，自行车是一种灵活性和机动性都很强的交通工具； 在机非混行的道路上，自行车的骑车人在心理上要受到来自机动车的横向 压力。 ( 2 ) 优点 在对基本特征的陈述后，可以分析自行车交通有许多优缺点，其中优点是： 购置、保养、维修费用少，不消耗能源； 不排放尾气，不产生噪音； 停车方便，便于换乘； 方便灵活可以从出发点直接到达目的地； 有益于身体健康。 ( 3 ) 缺点 自行交通不利的一面有： 与公交车相比，单位道路面积的运载能力较差； 限于入力，不宜做远距离交通； 不宜于风雪雨天或陡坡路段使用： 在城市中，对机动车交通干扰严重，在机非混行交叉1 2 1 中，使冲突点数量剧 增。 显然，自行车交通方便、省时、无污染、节约能源、经济、实用，是适合我 国国情的一种交通工具，应当在未来的城市客运交通中发挥应有的作用。在大城 市和特大城市，自行车应该是公共交通的有益的补充，而不应是主导的出行方式， 自行车交通应该与公共交通有机的结合，协调发展。在中小城市中，由于城市区 域面积小，适合自行车的出行，自行车也可以成为客运交通的主体之一，因此， 中小城市应该特别重视自行车交通的交通规划和道路设施的建设，为自行车交通 提供良好的交通条件，同时合理的发展公共交通。 韭塞銮遁厶堂主些亟堂焦途塞 臼i i 芏塞道挂延佥逝 2 3 交叉口自行车交通与机动车交通相互干扰的状况 通过对自行车在交叉口的运行状况分析，造成交叉口内冲突加剧的主要原因 是自行车和机动车混合行驶且相互干扰。 ( 1 ) 自行车对机动车的干扰主要来自三个方面： 自行车行驶速度比机动车低，需要更长的清空路口时间，传统两相位下， 清空时f b j 按机动车设计，因此，由于上一相位侧向自行车未驶出路口而导致下一 相位机动车推迟起动，形成了侧向直行自行车不能正常清空路口而导致的本相位 机动车的损失时间； 自行车起动比机动车快，左转自行车抢行与本相位直行车的冲突点，增加 了直行车机动车的起动损失时间； 绿灯初期成团的自行车驶出，和绿灯中期路口内停留的左转自行车造成对 机动车的侧向挤压，降低了机动车的通过速度，加大了饱和车头时距，并且可能 占用机动车道，造成了机动车通行能力的损失。 绿灯中期的侧向挤压和停候左转自行车穿档有很大影响。当无干扰时，机动 车通过交叉口的车道的速度约等于进口道车速，但有干扰时，机动车通过交叉口 的车道的速度将明显低于进1 3 道车速。停候左转自行车将以饱和排放期寻找适当 的空挡穿行，导致机动车的通行时间损失大大增加。 ( 2 ) 机动车在交叉口对自行车流也产生了一定的影响，这些影响主要是哺： 对向左转机动车对本向直行自行车流的干扰； 对向直行机动车对自行车流的干扰； 本向直行机动车对本向左转自行车流的干扰。 总之，自行车流和机动车流的影响是相互的，集中体现在相互之间的冲突上。 因此，解决冲突是自行车交通交叉口优化设计的关键，优化设计措旌也是围绕减 少冲突展开。 2 4 自行车交通流的特征 自行车流是由一些移动着的自行车辆组成的，可以对它的流量、密度和速度 等参数进行观测。自行车流有如下的一些特点： ( 1 ) 流动性：自行车流的流动行驶不言而喻的，流量、密度和速度就是用来 宏观描述流动的物质的。实际上，j 下是自行车流的这种流动性才使人们想到要把 流体力学理论应用于自行车流。 ( 2 ) 连续性：可以说连续性假设是自行车流流体力学分析的理论基础。但是， 9 韭立交道厶堂童些亟堂位论塞 自红芏窑适堑延佥题 自行车流能不能算是一种连续介质呢? 又在什么条件下才能把它看作是连续介 质? 真实流体的连续性本质上是相对的概念，对于自行车车流来讲也可以相对的 把它看作连续介质，这其中只是一个时间或空间粒子的大小选区的问题，或者是 典型时间和典型长度的选取问题。 对自行车流来讲，其密度大约为o 0 1 0 7 辆米2 。一般来讲，正常流动的自行 车流，其密度就以0 0 5 车辆米2 左右计，也就是说，车辆与车辆之间的平均距离 为9 米左右，至少也要9 0 0 米左右的典型长度才能把自行车流看作是连续的，而 这9 0 0 米的距离实际上往往是道路上两个交叉口之间的距离。因此，典型长度意 义上的严格的连续的自行车流是不存在的。虽然，严格理论上的自行车流不能作 为一种连续流，但是从工程的角度出发，也不排斥应用自行车流的连续性假设解 决实际问题。 ( 3 ) 压缩性：由于自行车流的密度是可以变化的，因此，就形成了事实上的 可压缩性。这不同于真实流体的那种密度随着压力与温度的变化而变化的压缩性。 对自行车流来讲，没有真实流体的压力与温度的概念。 ( 4 ) 行为性：由于自行车流的每一个“质点”单辆自行车都是由人 力驱动控制的，所以就不可避免地渗透了入的某种行为现象在其中。每个人都有 自己的目的地，每个人都有自己期望的车速。这就是自行车流的行为性。 2 5 自行车交通的时空特征 根据调查资料，城市道路在早晨上班高峰小时自行车出行人次约占其全日出 行总人次的2 0 - - 2 5 ，并且常集中在3 0 r a i n 左右通过，最集中的1 5 r a i n 自行车交 通量约占高峰小时自行车交通量的1 3 ，其峰值很大，这点与机动车高峰情况不大 相同【s j 。 根据调查，在我国的一般道路上，从自行车交通量的时变图中，可以发现上、下 午均出现高峰，显然这两个高峰均是由上下班( 工作出行) 形成的，早高峰交通量一 般大于或等于晚高峰交通量，整个时变图图形呈马鞍形，大、中、小城市的自行车时 变分布形状大致相同，都有明显的早、晚高峰，但小城市早晨自行车最多的时段仅为 2 0 分钟左右，城市越大，高峰时段愈长，大城市一般约- d , 时左右。自行车交通量峰 值高，方向集中。一般自行车交通高峰的发生时间，由于自行车行驶速度较机动车慢， 形成了高峰在早晨往往比机动车高峰超前1 5 3 0 分钟，城市规模越大，超前就越多， 而晚高峰又比机动车的晚高峰要晚。在城市出入口道路上，自行车高峰与机动车高峰 没有明显的错峰现象。在城市中，行人交通与自行车交通高峰一般不会重迭。这样， 在城市交通管理上，对于城市交通时间与空阃的利用，白行车交通就存在定时定向的 1 0 韭塞銮道叁堂童些亟圭堂位论塞自i i 生蛮道挂延盆蚯 空间转换，以及人行道与自行车道公用空间、自行车道与机动车道的可变车道等对策 选择的可能。 显然，中国城市自行车交通在城市道路交通中占据重要地位。流量的时闯分 布，一般早高峰时期集中3 0 以上，高峰小时系数为0 1 6 o 1 8 。对于文化、商业 区车流量的集中，是随文化、商业中心的时间表而变化的。在特大城市高峰小时 主、次干道上流量的流向，因土地功能布局的影响，呈现出相对稳定的规律性。 在市区和各工矿企业为主的区域内，早高峰通勤交通流量十分集中，是城市自行 车交通最不利时期，对向车道的流向不均匀系数( 流向比) ，市区内大致为1 ：1 0 2 - 1 ： 1 2 ，对于城市边缘的大型工矿企业的通道上，流向比变化较大。每一个城市按纵、 横断面的全封闭的调查表明，流量在定时定向上有十分明显的规律性，这是流量 宏观控制的重要信息。在城市出入口也有早晚高峰，日流量比较均衡，而2 2 ：3 0 一5 ： 3 0 八小时流量不超过全天流量的5 。城市自行车交通流量的空间分布，各区域随 人口密度的大小而异，同时当地的公交服务水平对其也有定的影响。一般在小 区内以及小区间的支路与次干道交叉口处，自行车高峰小时交叉口流量不会大于 5 0 0 0 辆高峰小时，而在特大城市以及大城市的主干道上，个交叉口进口处可高 达1 0 ，0 0 0 - - 2 4 ，0 0 0 辆，高峰小时，但一般在高峰小时中超过万辆的交叉口，大多 集中在城市市区和重要的工业点，其他交叉口均在5 0 0 0 辆高峰小时左右波动。由 于自行车交通流量可利用市区内支路进行流量的空间分布调节，因此具有较好的 系统自适应性。 2 6 自行车交通的速度和密度特征 我国城市中自行车交通的运行速度是比较稳定的，即使自行车在受路口信号 灯的阻挡后，由于自行车的加速与减速随意性很强，加力与刹车均是在自我保护 的意识下完成的，自行车在路段上和交叉口的进口路段上均可以很快地完成速度 上的自我调节。因此，中国城市自行车交通流具有可压缩的特性。 在2 0 米直线路段做定点观测，多数自行车通过时间为4 , - 5 秒，少数为缸8 秒， 极个别的是2 5 3 5 秒。可以认为，中国城市自行车路段行驶速度是在1 5 2 0 公里 4 , 时。自行车通过交叉口时殷以左转自行车的速度最快、直行和右转次之，在 正常情况下，通过交叉口的自行车车速，一般在1 5 1 8 公里孙时；一旦通过交叉 口至对面路段后，自行车均有一个加速疏散的自我调节阶段，加速行驶的距离约 为3 0 - q 5 0 米1 9 。 自行车在弯道上行驶，对于通过大型环岛以及路段弯道，骑车人的生理与心理上 变化不大，因此行驶速度变化不显著；但在路口小半径弯道上行驶，由于心理的紧张 j e 峦变通塞堂主些亟堂僮论塞 自堑主窑塑挂堑佥蜓 有减速行驶的现象。自行车在坡道上行驶，对于士1 的纵坡度的速度修正系数为 士2 0 。一般城市道路中自行车道最大纵坡为3 的路段上，自行车上坡的速度往往从 1 5 公罩4 , 时下降为6 公里4 , 时，下坡则从1 5 公髟小时上升为2 4 公旱小时，相应 的自行车车间安全间隔也将有所减少和上升。 在中国的城市中，目前自行车与公共交通都是城市客运的主要交通工具。由 于自行车行驶速度只有公共汽车的1 2 1 3 ( 正常情况下) ，载客能力只有 1 5 0 1 1 0 0 ，疏散一定数量的客流时的车辆数要多5 0 - - , 1 0 0 倍，虽然自行车占有路 面面积只有公共汽车的1 1 6 左右，但以动态分析其行车车辆间隔和行车速度，在 同一道路条件下疏散客流的能力只有公共汽车的，和1 2 ，也就是说，自行车在一个 机动车道基础上的通行能力虽然比机动车提高了，但是由于载客数与速度上的差 异，客流占用路面的时间增多了。这一事实可以从城市中自行车在路面上的密 集程度得以证实。自行车行驶中的外廓尺寸，在设计自行车道时应用长1 9 米、宽 0 7 米、高2 5 米，对于并行、对驶、尾随等行驶组合方式，均要求保证一定的安 全行驶间隔。实测表明，并行安全间距为0 5 米、对驶横向安全间距为o 8 米，尾 随制动后车间安全间隔为o 2 5 米，自行车与路缘石侧向安全间隔为o 2 5 米。车辆 动态净空宽度应为o 1 5 + 0 7 十0 1 5 = 1 米。 自行车动态的车头间隔表达式为： l 9 51 9 + o 1 4 v i + o 0 0 9 2 v i n ( 2 1 ) 式中： 0 1 4 制动时的心理反应系数： 0 9 2 制动系数； v 一行驶时最大车速( 米秒) ； v 。h 制动前降低下来的速度( 米秒) 。 保证行车安全通畅的行车密度，才能达到最大通行能力，应用车头间隔表达 式可以完成通行能力的计算，并应用最大通行能力的出现寻求最佳行车速度。理 论计算结果是1 4 3 6 - 2 8 ，7 4 公里4 , 时，可以认为城市居民在1 5 - 2 5 公里4 , 时的行 驶速度可以得到理想的行车密度。在组织城市自行车交通时采用2 5 公里4 , 时的设 计车速，并用1 8 公里4 , 时来作为城市自行车交通的速度限制是合理经济的。考虑 行车密度的安全可靠与行车通畅，应明确2 0 公里4 , 时的骑车状态，前后车头间隔 应该保持5 米，车间间隔应该大于3 米。以2 0 公里4 , 时的密度计算，一个自行车 车道的理论通行能力是2 3 3 8 辆车道小时，但是在设计与规划中采用的车道设计通 行能力为1 0 0 0 - - 1 2 0 0 辆车道小时。在理论上，我国城市自行车每辆车动态中对路 面的占用为5 m 2 ，相应1 0 0 0 - - - 1 2 0 0 辆车道小时设计通行能力的自行车对路面占用 的规划定额标准采用1 0m 2 辆，即此时自行车的标准密度是1 0m 2 辆。 1 2 j b 立窑道厶堂童些砸堂僮i 盆塞自i i 至窑逗挂延岔= 匠 2 7 交叉口混合交通流的运行特征 我国城市交叉口的交通不是单一交通而是混合交通，其运行特征与单一交通 有极大不同。以交通流按交通规则运行为前提，归纳混合交通的运行特征于表2 - - 1 。经比较可知混合交通在通过信号灯交叉口时，其运行特征与单一交通存在明 显的差异。 表2 i l 信号灯控制交叉口交通运行特征 t a b l e2 - 1t r a f f i cc h a r a c t e r i s t i c si ns i g n a l i z e di n t e r s e c t i o n s 交通流 运行特征 类别 绿灯初期绿灯中期绿灯末期 无起动反应时间损失，集 过街速度慢，行人稀疏，闯信 行人 团式进入交叉口双向过街行人互为号者易中途受阻 交通流 影响 起动反应时间损失近乎 左转车过街困流量小，绿灯利 为零，集团性进入交叉口，左难并影响其它直行用率低，闻黄灯的车 自行车 转车与同向进口道机动车竞车通行行驶速度辆易构成对另一相 交通流 争通过冲突点 介于行人和机动车位绿初驶入车辆的 之间影响 有起动反应时间损失( 一般 按饱和流量排一般按到达流 机动车为2 秒，有时甚至超过1 0 秒) ，放，车速大于行人量排放，存在绿末时 交通流前四或五辆车不能按饱和状态及自行车速度间损失 驶入交叉口 行人和自行车交通流与机动车交通流相比，绿灯启亮后所保持的饱和状态时间 较短，而绿初时期饱和状态出现的时刻则相对较早( 这是由于几乎无启动损失时间 所致) 。所以，我们应充分地注意并利用混合交通流之间的这些差异，在时间资源上 使其信号相位能有机地衔接，在空间上使各种交通流之间的相互冲突最少，提高通 行能力、通行效率和安全性。 国外自行车交通与国内有显著的区别，就是国外自行车流量不是很大，因此， 国外计算通行能力一般都没有考虑自行车对机动车的干扰】。而在我国，