（交通运输规划与管理专业论文）城市自行车交通研究与分析.pdf

摘要 自行车交通一直以来都是我国城市居民出行最基本的交通方式，在城市客运交通系 统中占有着非常重要的地位。近年来我国机动车发展非常迅速，致使道路交通机非混行 现象日趋严重，直接影响着道路通行能力和交通安全。如何处理好这一问题，是解决城 市交通问题的关键之一。 本文针对城市自行车交通展开研究，在总结了自行车交通特性的基础上，首先对我 国城市自行车交通需求进行了分析，用大量的数据和事实证明了自行车交通仍然是城市 客运交通的重要交通方式，并且今后对自行车交通的需求也仍然存在，因而需要引起足 够的重视。 本文重点对城市道路路段和交叉口的机非混合交通进行了研究。在路段上，对路段 混合交通流特性进行了详细的分析，指出自行车交通与机动车交通的混合行驶是引起城 市交通拥堵、发生交通事故的主要原因，对路段通行能力和延误在考虑了自行车交通的 情况下进行了分析，并给出了计算方法，进而对路段的自行车交通提出了管理措施。在 交叉口上，着重研究了交叉口自行车的运行规律和交通流特征，定量分析了混合交通情 况下交叉口的通行能力和服务水平，并对信号交叉口进行了交通优化设计，包括信号配 时优化和交通组织优化，提出了具体的优化方案和管理措施。 关键词：自行车交通、混合交通流、道路路段、信号控制交叉口、交通设计 a b s t r a c t t h eb i c y c l et r a f f i ca l w a y sh a sb e e nt h em o s tb a s i ct r a n s p o r t a t i o nw a yi no u rc o u n t r y , i t i sv e r yi m p o r t a n ti nt h eu r b a nt r a f f i cs y s t e m i nr e c e n ty e a r s ，t h ev e h i c l ed e v e l o p m e n ts p e e d i s s p e e d i l y , a n dt h ee x i s t i n gt r a n s p o r t a t i o nc o n d i t i o ni su n a b l et os a t i s f yt h e m o b i l e t r a n s p o r t a t i o nd e m a n do fh i g l ls p e e dg r o w t h ，t h u si tc a u s e sas e v e r e l yi n t e r f e r e da n dm i x e d t r a f f i cf l o w ，a n dc a u s e ss o m et r a f f i cq u e s t i o n sw h i c he x i s t e dv e r yu r g e n t l ya w a i t st ob e s o l v e di nt h ec i t y c o n s e q u e n t l y , t h er e s o l u t i o no fu r b a nt r a f f i cp r o b l e m sh i n g e so n s u c c e s s f u l l yc o p i n gw i t l lu r b a nb i c y c l et r a f f i cp r o b l e m s t h i sp a p e rr e s e a r c h e st h eu r b a nb i c y c l et r a f f i c b a s e do nt h eb i c y c l et r a f f i cc h a r a c t e r i s t i c ， t h i sp a p e r a n a l y s e st h eb i c y c l et r a f f i cd e m a n di no u rc o u n t r yf i r s t l y , w i lal a r g en u m b e ro f d a t aa n dt h ef a c t ，i tp r o v e st h a tt h eb i c y c l et r a f f i ci ss t i l lt h ei m p o r t a n tt r a n s p o r t a t i o nw a yi n t h eu r b a nt r a f f i cs y s t e m , a n di tw i l le x i s tal o n gt i m ef r o mn o w ，s ow em u s tg i v ei te n o u g h r e c o g n i t i o n t h i sp a p e r se m p h a s i si st h em i x e dt r a f f i cf l o wi nt h er o a ds e c t i o na n dt h er o a d i n t e r s e c t i o n i nt h er o a ds e c t i o n , t h i sp a p e ra n a l y s e st h ec h a r a c t e r i s t i co fm i x e dt r a f f i cf l o w d e t a i l e d ，p o i n to u tt h a tt h em a i nr e a s o no ft h et r a f f i cj a ma n da c c i d e n ti st h em i x e dt r a f f i c f l o wo fb i c y c l ea n dv e h i c l e ，t h e ni ta n a l y s e st h et r a v e l i n gc a p a b i l i t ya n dd e l a yi nt h er o a d s e c t i o n ，a n dp u t sf o r w a r dt h ec o m p u t a t i o n a lm e t h o d , a tl a s t ，t h i sp a p e rs u g g e s t ss o m e m a n a g e m e n tm e a s u r e st ot h eb i c y c l et r a f f i ci nt h er o a ds e c t i o n i nt h er o a di n t e r s e c t i o n ，t h i s p a p e re m p h a t i c a l l ys t u d i e st h em o v e m e n tr o l ea n dt h et r a n s p o r t a t i o nc h a r a c t e r i s t i co ft h e b i c y c l ef l o w ，t h e na n a l y s e st h et r a v e l i n gc a p a b i l i t ya n dt h es e r v i c el e v e li nt h ei n t e r s e c t i o n q u a n t i t a t i v e l y ，a tl a s t ，t h i sp a p e rc a r r i e so nt h et r a n s p o r t a t i o no p t i m i z a t i o nd e s i g nt ot h es i g n a l r o a di n t e r s e c t i o n ，i n c l u d i n gt h es i g n a l o p t i m i z a t i o na n dt h et r a n s p o r t a t i o no r g a n i z a t i o n , p r o p o s e st h ec o n c r e t eo p t i m i z e dp l a na n dt h em a n a g e m e n tm e a s u r e k e yw o r d s ：b i c y c l et r a f f i c ；m i x e dt r a f f i cf l o w ；r o a ds e c t i o n ；t h es i g n a li n t e r s e c t i o n ； t r a f f i cd e s i g n 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： t 彦庙燕搠年，月“日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 雠k j 焖年其“e t 触1 每志其：8 日 长安大学硕士学位论文 1 1 问题的提出 第一章绪论 自行车交通一直是我国城市居民的重要交通方式之一，其保有量和出行量都很大， 近年来随着机动车的迅猛发展和公交服务水平的改进，自行车保有量虽有趋于平稳甚至 下降的趋势，但在我国居民出行方式结构中仍占有相当大的比重。经济的高速发展带来 机动化程度的提高，道路的建设跟不上机动车的增长，道路资源利用不尽合理，再加上 交通构成为混合交通，机非冲突严重，不仅对自行车使用者造成了安全隐患，也不利于 城市交通的畅通，如今在许多大城市交通问题都已成为城市的首要问题之一。自行车交 通作为交通系统中的弱势群体，其今后的整体发展趋势如何? 如何保障白行车使用者的 安全性? 如何使其更好的发挥自身的优势? 等等，这些问题都需要进行深入地研究与探 讨。 自行车交通是一个复杂的系统，包括人、车、路、环境等多方面影响因素，一个环 节处理不当，都有可能造成安全隐患。在我国机非混行的交通条件下，自行车作为占据 主导地位的非机动车交通方式，作为城市居民的主要出行方式之一，其出行过程如同机 动车一样应受到重视。我国目前的道路交通管理中，给予自行车交通的关注已经越来越 多，一些道路路段、交叉口都有为改善自行车交通环境而采取的措施，但是我国机动车 发展的速度非常迅速，现有的交通条件在一定程度上无法满足高速增长的机动交通的需 求，从而也造成了机非的交通混乱现象，使得城市交通依然存在很多亟待解决的问题， 因此，有必要对自行车交通进行整体研究，为城市机非混行交通问题的解决提供一定的 科学依据。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外自行车交通的发展 自行车是人类的一项伟大发明，它的机械效率很高，不消耗燃料，不产生污染，只 需靠人的体力就可以达到较高的速度，不失为近距离交通的一种良好工具。在西方一些 国家中，自行车交通曾有过“全盛时期”，但随着机动车的发展，自行车的交通地位逐渐 被机动车取代，自行车开始衰落。2 0 世纪7 0 年代初期，西方国家受到“石油危机”的冲 击，加上城市交通堵塞、事故增多、环境污染等问题日益突出，逐渐认识n d , 汽车大量 第一章绪论 发展的弊病。许多国家开始重视公共交通，发展快速轨道交通系统，同时，也有不少学 者、世界组织以至政府机构提出重新发展已经衰落的自行车交通，目前，有不少国家都 已将发展自行车交通付诸于实践。 l 荷兰【1 】 按人口平均拥有量计算，荷兰为每1 6 人就有一辆自行车，可称为“自行车王国”。 自行车交通在荷兰城市交通中占有很重要的地位，在过去若干年( 1 9 5 0 - - 1 9 9 0 年) 内，荷 兰自行车交通的发展经历了一个从忽视到重视进而鼓励的过程。 2 0 世纪5 0 - - 6 0 年代，荷兰城市机动化水平急剧上升，大规模的机动化交通不仅被 接受，而且得到鼓励，政府在政策上主动为小汽车提供空间，城市的发展被小汽车所支 配。在此期间，荷兰小汽车拥有量1 9 5 0 1 9 9 0 年由1 3 9 万辆陡增至5 5 0 万辆，1 9 9 4 年 为5 8 0 万辆，目前成为世界上每平方公里小汽车拥有量最高的国家。由于人们更多关注 出行的时间和效率，自行车交通的发展被搁浅，1 9 6 0 年前，自行车出行的人公里数比 小汽车高，达到1 7 1 亿人公里，1 9 6 0 年后，自行车的使用开始下降，1 9 7 4 年自行车出 行下降到1 9 5 0 年的水平，这是机动车的大量使用和缺乏协调的郊区化进程的结果。这 一时期由于机动化的推行占用了较大空间，可供自行车使用的基础设施减少。 2 0 世纪7 0 年代早期，荷兰年交通伤亡人数达到高峰，交通安全开始成为政治问题， 环保呼声越来越高，同时人们也日益注意身体锻炼和休闲。加强小汽车管理和提倡公共 交通和自行车交通成为讨论的焦点话题，阻止小汽车快速发展的建议得到越来越多人的 支持。此时期的自行车政策主要是通过提倡修建自行车专用道保证骑车人的安全，特别 是骑车人在交叉路口的安全。而且，荷兰中央政府还向省、市地方政府提供资金，用以 通过革新措施鼓励自行车的使用。 2 0 世纪8 0 年代，人们开始认识到各种经济和社会活动可达性的重要，小汽车不再 是人们关注的中心。此时期交通政策特点明确，交通安全顺利向前发展，这主要归功于 道路设施的建设，即分离各类交通方式，分别建设机动车专用道和自行车专用道，同时 限制小汽车居住区的行驶速度( 3 0 公里d , 时) ，有效保证了骑车人的安全，自行车出 行需求上升。 1 9 9 0 年以来，荷兰政府为提高生活质量、推动经济发展，制定了新的交通政策， 限制汽车使用是其中很重要的部分，目的是想把私人小汽车交通转化为公共交通和自行 车交通，同时实行积极的自行车交通政策，取得了良好的效果。自行车出行需求的增长， 2 长安大学硕士学位论文 人们逐渐希望在城市内部建设完整的自行车路网，荷兰自行车专用道建设情况如表1 1 所示。 表1 1 荷兰自行车专用路和自行车道建设情况( 1 9 7 8 - 1 9 9 4 年) ( 单位：公里) 1 9 7 81 9 8 5 1 9 9 21 9 9 4 自行车专用路( b i c y c l et r a c k s ) 城市 2 1 2 04 1 4 05 5 5 05 9 2 0 乡村 6 5 4 09 2 8 01 l l o o1 1 5 5 0 自行车专用道( b i c y c l el a n e s ) 城市4 8 08 8 01 3 1 0 乡村1 4 01 8 02 6 0 荷兰政府通过建设自行车专用道路，其效果是双重的：近期基础设施的建设，提高 了自行车的使用率和骑车人的安全系数；远期自行车使用的增长，避免了小汽车交通的 单一发展，有利于环境保护。 2 美国【2 】【3 】 美国国会1 9 7 8 年通过的“国家能源法中就要求交通部对发展自行车交通提出报 告。美国政府拨款4 8 0 万美元开展4 1 项研究计划，为发展自行车交通创造条件。美国 交通部长在1 9 8 0 年4 月提出了一个全面提倡自行车交通的计划，全国各地都在开始规 划自行车道路，以便让自行车“有路可走 。8 0 年代以来，美国已有4 0 多个州设有专 门负责推广自行车交通的官员。美国近年来自行车的购置已超过汽车，全国拥有近l 亿 辆自行车，有1 5 5 万公里自行车专用道路，每天有1 4 0 0 多万人骑自行车上班、上学。 在美国一些小城市和大学附近，自行车交通比较发达，在交通结构中甚至占有相当 的比重。美国西海岸被认为是骑自行车的黄金地带，在这里可以全年把自行车作为交通 工具。所以，在加利福尼亚州使用自行车的人最多，该州的戴维斯市被称为“大学城 ， 这里的大多数学生都喜欢骑自行车，因此，也被称为“自行车城”。城内人口3 8 万，有 自行车3 万辆，铺设自行车专用道6 0 多公里，还有地下自行车专用隧道和地下存车库。 在某主干道的车流量中，自行车出行占到了2 6 。亚利桑那州大学所在地坦普市有9 万人口，拥有自行车7 万辆，在校园附近自行车交通比重占4 0 。 3 日本【3 】 日本城市人口密度很高，用地紧缺，日本城市地发展依赖于轨道交通方式，自行车 和步行成为方便、经济、环保的运输方式。自1 9 8 6 年以来，日本自行车数量与小汽车 数量的增加几乎保持等量同步增长的趋势。 日本东京的公共交通出行和自行车出行占有相当高的比例，二者间有着互补的关 3 第一章绪论 系，自行车为公共交通起到了很好的“喂客”( f e e d e r ) 作用。到1 9 8 7 年，日本有近三百 万辆自行车停放在火车站，在郊区，有1 5 - 4 5 的车站和起迄点之间连接是靠自行 车。1 9 8 5 年，全东京市利用自行车至车站平均出行比例为1 5 ，因此，大多数车站附 近设有自行车停车场。 日本全国有5 0 0 0 万辆自行车，平均每2 5 人一辆，设有2 万公里自行车专用道路。 日本把自行车道路分为a 类( 交通用) 和b 类( 旅游用) 两类，前者多是一般道路中 的自行车车道，后者多是自行车专用路。表1 2 所示为日本在2 0 世纪7 0 8 0 年代自行 车道路发展情况，可以看出自行车道路发展很快。 表1 2日本在7 0 - - - 8 0 年代自行车道路发展情况 年份 7 17 27 37 47 57 67 77 87 98 08 18 2 ( 1 9 一) 自行车道 长度 1 1 9 73 2 9 75 3 7 37 6 0 91 0 5 5 81 4 8 0 01 7 3 8 51 9 7 3 0 2 6 1 2 12 9 6 1 23 1 8 2 43 5 7 9 4 ( 公里) 4 法国【4 】 法国交通部制定了1 0 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 国各省市在修筑省级公路和规划城市建设中优先考虑安排自行车道。法国公共交通部决 定，允许乘客携带自行车乘坐巴黎某些市郊地铁，并在地铁站和火车站开设自行车存放 处，鼓励人们把自行车作为上下班的工具。目前，法国北部城市斯特拉斯堡已成为全国 自行车普及率最高的城市。 巴黎大区( 法兰西岛) 的市政府提出了未来城市交通计划( p d u ) 。在发展城市公 共交通方面，人们提出了很多设想，但发展自行车交通的前景引起了人们的关注。按照 上述计划，将把自行车作为一种可替代的、有利于生态环保的、令人惬意的交通工具， 它将使小汽车的交通量减少3 。 据巴黎市政府负责道路和交通问题的人士说，巴黎市内将建1 4 8 公里的自行车专用 道，将建1 万个自行车存车场。其目标是每隔百米就有一个自行车存车场。沿元帅大道 设置的一条长3 0 公里的外环自行车道正在建设中，预计到2 0 0 1 年投入使用。这条环形 自行车道与郊区城市自行车道的“接合点”已经列入规划。 4 长安大学硕士学位论文 1 2 2 国外自行车交通研究现状 虽然目前国外一些国家发展自行车交通，自行车拥有率也很高，但自行车交通无论 在交通结构中的比重还是在交通量方面都还是很小的，自行车更多的是作为休闲、娱乐 交通工具而存在，曾是“自行车王国”的荷兰，到上世纪8 0 年代全国每年平均道路交通 客运周转量自行车也仅占了6 3 。尽管如此，这些国家对待自行车交通的态度却值得 我们学习，自行车交通量虽小，但一些国家议会和政府却给予高度重视，从立法、拨款 等方面认真对待，许多国家对自行车制造、自行车道路、自行车停车场及其他自行车交 通设施都有明确的标准和规范，还有不少科研机构和高等院校都在积极研究自行车交通 问题，这些都值得我们借鉴。 近年来，美国、英国、荷兰、法国等国家对自行车交通的研究有一定的进展，主要 研究方向集中在自行车的交通安全与环境保护方面，对自行车交通流理论的研究则相对 较少，主要在以下几个方面【5 】o 自行车交通特征：主要在自行车的起动反应时间、速度、加减速方面有相关研究， 至于自行车速度受哪些方面的影响以及在信号交叉口自行车的交通流膨胀特性则缺乏 研究。主要是由于这些国家自行车交通量比较小，不存在明显的交通冲突现象。 自行车交通流：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，研究 了自行车相位绿灯间隔时间，但计算方法中经验的成分较多；对交叉口控制方案的生成 理论和技术有一定的研究，但都与自行车的自动检测技术研究结合在一起，适用于自行 车交通量较小的情况。 自行车通行能力和服务水平：这方面的研究成果主要体现于美国的道路通行能力手 册( h c m ) 等，但这些研究均将机动车和自行车作为单独的个体进行孤立研究，并没 有综合评价混和交通流的通行能力和服务水平。 自行车的交通设计标准：欧美等国家制定了很多国家或地方性的设计标准和指导性 手册，只是所采用的自行车交通设计方法和标准是基于自行车交通流量很小的情况，不 太适合我国的实际情况。 其他如在自行车道路的几何特性方面的研究也不少。由此可见，西方国家对自行车 交通有一定的研究，但是不够深入，也没有对混行交通进行相关研究，这和这些国家自 行车交通量较小有一定的关系。因此，对于这些研究成果我们应该有所借鉴，但基于我 国的自行车交通情况与这些国家有很大的不同，还应当在借鉴一部分的基础上发展适合 自己实际情况的理论和技术方法。 5 第一章绪论 1 2 3 我国自行车交通研究现状 1 2 3 1 理论基础 随着我国城市交通日益繁重，自行车交通越来越引人注意，对自行车交通的研究也 逐渐深入，取得了一些研究成果。 在自行车交通流理论方面，同济大学道路与交通工程研究所杨佩昆教授、彭锐博士 首先对自行车交通流的基本模型进行了论证【6 】【7 】，将自行车流的密度、流率和速度三参 数按观测法和定义法的不同划分为四种概念体系：断面时段概念、区域时段概念、区域 瞬时概念和断面瞬时概念，分别论证了各种概念体系下的自行车流基本模型，即流率等 于速度乘以密度这一模型。然后通过观测和回归分析进一步建立了自行车车流模型，得 出了速度和密度之间较为简单实用的线性模型，以及流量和速度、流量和密度的抛物线 模型，通过车流模型的建立，可以得到自行车流的最大车速、最大流量、最佳密度等参 数，也可以利用流量和密度的关系估计出自行车流的理论通行能力。 北京工业大学建筑工程学院关宏志、刘兰辉则对机非混合交通流模型进行了研究瞵j ， 以基本路段的非机动车对机动车流的干扰现象为研究对象，运用交通流理论以及交通动 力学理论提出一个解析基本路段非机动车对机动车流干扰现象的混行交通流模型，此解 析模型为：求单位时间内研究路段上开区间出现的次数一自行车插入开区间的概率一压 缩波模型跟驰模型一消散模型，通过模型计算，可以定量的求出单位时间内道路总延 误时间和通行能力。 在城市道路自行车通行能力及服务水平方面，苏州城市规划局李峰对其进行了一定 的研究【9 1 ，用最小安全车头间距方法和最小安全车头时距方法分别计算了自行车道基本 通行能力，得出我国城市自行车道基本通行能力一般取值2 0 0 0 辆d , 时，实际通行能力 则在基本通行能力的基础上进行修正得到，一般取值7 0 0 辆d , 时。自行车道服务水平 根据自行车平均运行速度以及服务流率与实际通行能力的比值划分为四个等级，并建议 我国自行车道路规划设计采用二级服务水平为标准。 在信号交叉口自行车和行人微观交通行为方面，北京交通大学中英i t s 联合研究中 心吴建平、黄岭、赵坚利等对其进行了一定的研究【1 0 】，使用视频采集技术和数据分析技 术来收集和分析自行车和行人在交叉口的行为，得出了信号交叉口自行车和行人的各种 微观行为特征如各方向自行车的车速密度、行人的步速、自行车和行人可接受的时间间 隔等，以及基础行为模型如自行车车头时距模型等，有助于理解信号交叉口混合交通流 6 长安大学硕士学位论文 的行为，为城市混合交通流的微观交通模拟模型提供基础数据和理论依据。 吉林大学交通学院曲昭伟、周立军、王殿海则对信号交叉口自行车与行人到达和释 放规律进行了研究【l l 】，在交通调查的基础上，利用数理统计方法进行分析，提出了信号 交叉口自行车和行人到达分布模型，指出自行车和行人到达均服从负二项式分布，并对 自行车流的释放饱和流率、释放速度、行人步速进行了标定，结果有利于对城市信号交 叉口混合交通的管理与控制。 此外，公安部交通管理科学研究所的丁佑民对我国自行车交通量用灰色建模方法 进行了预测，西南交通大学运输工程系的戴香菊对自行车交通分配进行了研究，还有其 他一些研究成果，不再一一列出。这些成果都丰富了我国的自行车交通理论，对解决实 际中的自行车交通问题起到了很大的作用。 1 2 3 2 实践经验 我国是世界上自行车拥有量最多的国家，自行车交通方式一直是城市居民出行的主 要交通方式之一，机动化的发展导致交通问题的增多，机非冲突严重也给自行车使用者 带来安全隐患，为保障机动车、自行车的顺利通行，不少地方都采取了一定的措施，取 得了一些效果。 目前一些大城市根据自行车流量，逐步开辟了自行车专用道路。河南开封市在1 9 8 2 年编制的总体规划中【1 2 】，将1 日城区内部分与主要大街相平等的区级道路适量加宽，开辟 了1 1 条自行车专用路，取得了一些成效，但也存在很多问题，需要进一步完善。洛阳 市中心区根据拆迁难度大( 主要是保护文物) ，提出部分道路机非分流的规划思路【5 】， 将机动车流较大、拓宽困难、两侧有分流自行车支路的主干道，建成机动车专用道，而 两侧的支路建成自行车专用道，以达到机非分流的目的，其他道路根据道路性质、改造 的难度，采用不同的解决方法，起到了很好的效果。 规划方面，北京交通发展纲要明确提到：将充分利用旧城胡同、街坊道路和支 路开辟自行车交通系统，逐步形成地区性的自行车网络。在旧城区，要充分利用胡同开 辟自行车或行人专用系统。在新建住宅区，建设良好的自行车交通和步行设施，提高居 住环境质量。 镇江将充分利用现状小街小巷，开辟自行车专用道，组织市中心区自行车环路系统， 并适当错上下班时间，减少主要交叉口的高峰小时自行车交通量。 7 第一章绪论 贵港市中心城区总体规划很重视自行车交通，规划主、次干路的四块板、三块板形 式，以及一般道路上的机、非混行路段都考虑到了自行车交通，另外，在一定程度上考 虑到了不同的交通出行方式的交通分流，在道路网规划中，配合机动车专用主干路及步 行区，规划了三条非机动车专用道。 除此之外，对于将自行车作为旅游休闲功能的自行车专用道路的研究和实践在部分 城市也有实施【1 3 】，如上海海港新城规划中将建立完整的自行车专用道网络系统，自行车 主要用于休闲、旅游目的，专用自行车道在保证其网络可达性的基础上，将结合城市道 路进行设置，并实现自行车专用道与人行道、机动车道在空间上的分离，以提高自行车 的安全性。 除了修建自行车专用道以外，在自行车交通安全措施方面，北京工业大学柴旭东、 支l j d , 明等对平交路口的自行车交通安全对策进行了详细研究【1 4 1 ，在分析自行车行驶特性 和骑车人交通心理的基础上，引入了交通信息负荷量概念，从信息处理角度探讨了自行 车在平面交叉口行驶时可能遇到的不安全因素，并从点、线、面三个角度提出了平交路 口具体的交通组织方案，对实际中遇到的自行车交通问题起到了很好的指导意义。 1 3 研究内容、目的和意义 论文主要针对城市自行车交通展开研究，主要包括以下内容：城市自行车交通特性 分析、自行车交通需求分析、现行城市道路交通流中自行车管理分析、城市平面信号交 叉口自行车交通优化设计等。 论文以改善和优化自行车交通系统为目的，以自行车交通基本特性为基础，首先对 我国城市自行车交通需求进行了整体把握，在分析现行道路交通流中自行车交通管理的 基础上，针对目前机非混合行驶的现象，分别在道路路段和交叉口中对自行车交通进行 了优化设计与管理，以保障自行车使用者的安全性和便利性，提高道路运输效率。 论文拟通过这些内容，对我国自行车交通的特性、需求、管理等各方面能有一个细 致的分析，并希望通过一些措施，为城市自行车交通问题的解决提供一定的方法，为促 进整个交通系统的高效运转提供一定的理论基础。 1 4 研究思路 论文的研究思路如图1 1 所示。 8 长安大学硕士学位论文 自行车交通特性分析 _ 一基于我国交通现状的需求 r _ 一基于居民交通心理的需求 自行车交通需求分析 i q l - 基于不同城市条件的需求 _ 一基于蚧境和健康的需求 r 现行城市道路交通流中自行车管理分析 路段混合交通流分析交叉口混合交通流分析 1 lj r 路段自行车交通管理机非混行平面信号交叉口自行车交通设计 上上 信号配时优化交通组织优化 图1 1 论文的研究思路 9 第二章自行车交通特性分析 第二章自行车交通特性分析 自行车方便、灵活、价格低廉，在我国是深受城市居民喜爱的交通工具，比较适合 我国居民的生活水平和城市发展现状。对自行车的交通特性进行分析，旨在对自行车自 身有一个全面的了解，为自行车发展规划与管理提供理论依据，对城市交通规划、交通 管理都有着重要的作用。 2 1 基本特点 简明不列颠百科全书将自行车定义为：“由人力驱动并易于驾驶的轻便两轮机 器，是许多国家重要的交通工具和运动器具。它是易于大量生产，造价较低的民用产品。” 大美百科全书将自行车定义为：“双轮交通工具，在一轻金属架安装前后两座 位，以脚踩踏板前进，并由前轴之把手控制行进方向。座位下方的踏板以齿轮、链条等 组合带动后轮。” 自行车的构造如图2 1 所示，可以看出，自行车的构造比较简单，以脚踩踏板带动 链条进行驱动，双手扶车把便于掌握方向和进行减速操作，易学易会。 图2 1 自行车构造图 由于具有这样的物理特性，自行车在城市交通中具有灵活、方便、无污染、经济、 实用的特点，成为大众喜爱的交通工具。随着城市交通的发展，自行车也具有着一些与 现代化城市交通不相适应的地方。概括起来，自行车交通的基本特点有以下几个方面。 1 0 长安大学硕士学位论文 ( 1 )自行车运行时的动力是人体通过双脚传递的蹬力，常以l o m i n 以上所发挥 出来的马力称为平均付出马力( 7 8 5 5 w ) ，成年男子约为o 3 马力，儿童约为0 1 马力， 若持续3 0 m i n 以上成年男子只能发出o 2 马力，成年女子平均付出的马力约为男子的7 0 ，行驶时间越长，骑车人所能发挥处的马力越小，车速就越慢，所以不宜作远程交通 之用【1 5 1 。 ( 2 )自行车空间体积小，占用道路面积小。一条3 5 米宽的通道每小时的通行能 力仅1 0 0 0 - 1 2 0 0 辆小汽车，而自行车的通过量是3 0 0 0 - - , 3 5 0 0 辆，为小汽车的3 倍，停放 1 辆小汽车的用地可以停放8 1 2 辆自行车。 ( 3 )自行车为两轮车，在静态时直立不稳，必须用脚架支撑否则无法立稳。当 人们用左手扶住车把，右手推座垫向前推进时，车可一直前进而不致倾倒，即使受一点 障碍或外力干扰也会继续前进，自行车能抵制这种外力而保持继续前进的性质称为直行 的稳定性。 ( 4 )自行车作为交通工具，保证其制动性的绝对可靠非常重要，因此自行车制 造厂对此十分重视，为了保证不出故障，通常备有两个系统的制动装置，一为前轮的车 闸，一为后轮的车闸，均由骑车人左右手控制。 ( 5 )自行车不消耗能源，是一种无污染的交通工具。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。 ( 6 )与机动车相比，自行车起动快，是一种灵活性和机动性都很强的交通工具。 ( 7 )自行车不像机动车那样严格保持一定的间距、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。 ( 8 )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，交 通事故相对较少，且大多为非致命性事故，经济损失和伤害力较小。 ( 9 )在机非混行的道路上，骑车人在心理上要受到来自机动车的横向压力。 ( 1 0 )自行车交通事故主要发生在与机动车交通的交叉处。 因此，自行车交通的优点是： ( 1 ) 购买、保养、维修方便，造价低，经济实用，能满足普通城市居民的需要。 ( 2 ) 灵活方便，自主性好，能提供门到门服务，且可以较准确地把握时间，可 用于日常购物及短距离出行，适合大众需求。许多城市实践证明，自行车在2 5 7 公 里范围内具有较强的竞争能力。 ( 3 ) 绿色交通工具，无废气、噪声、振动等公害，有利于环境保护。 11 第二章自行车交通特性分析 ( 4 ) 停车方便，便于换乘。 ( 5 ) 有利于身体健康，防病抗衰老。 自行车交通的缺点： ( 1 ) 受体力所限，不宜长距离行驶。 ( 2 ) 安全性差，易受碰撞，容易发生事故。 ( 3 ) 舒适性不好，骑乘时间过长身体会感到不舒服。 ( 4 ) 受天气影响大，风、雨、雪天气难以出行。 ( 5 ) 受地势影响较大，适宜于平原地区。 2 2 速度特性 自行车的行驶速度与道路条件、交通状况、骑车人的体力、心情、意志及天气和环 境等因素密切相关。 美国规定的自行车道路设计速度为2 0 m a i g h ( 相当于3 2 1 8 k m h ) ，大于7 的下坡 路段推荐采用3 0 m a i l h ( 相当于4 8 k i n h ) ，大于3 的上坡路段采用1 5 m a i g h ( 相当于 2 4 k i n h ) 1 6 】。 澳大利亚规定街道上自行车的正常行驶速度为7 o k m h ，并依此速度确定转弯半径 和车道宽度。 目前我国对自行车道路设计速度尚无明确规定，交通工程手册建议独立专用自 行车道设计速度采用3 0 k m h ，有分隔带的专用自行车道采用3 0 k m h ，划线分隔的自行 车道路采用1 5 k m h ，完全混行的自行车道则为l o k m h 。 我国北京市观测数据表明，对于有分隔带的主干道上行驶的自行车，其平均车速为 1 6 2 8 k m h ，对于无分隔设施的主要设施，其平均车速为1 4 2 1 k m h 。对于通过交叉口停 车线的自行车，其平均车速为4 0 6 k m h ，在密度最大时的平均车速仅为3 5 7 k m h 。南京 市的观测数据表明，自行车的速度变化范围在5 - 4 0 k m h 之间，在街道上多为5 2 5 k m h 。 城市街道上自行车的速度变化不大，主要是交叉口要减速停车，但时间不长。在交 叉口受阻之前或绿灯开放之后骑车人立即加速或减速并能很快获得稳定车速，因骑车人 反映较快，加力与制动、加速与减速均能很快实现，而且是在强烈的自我保护意识下完 成的，无论路段上或交叉口引道上都能较快地完成自我调节，因此自行车交通流具有较 1 2 长安大学硕士学位论文 大的灵活性与可压缩性。 2 3 密度特性 一般自行车的外廓最大尺寸为：长1 9 m ，宽0 6 m ，骑车时高2 5 m 。在路段上正常 行驶时一般占用道路面积为4 一, l o m 2 ，密度为0 1 0 2 5 辆m 2 ，但在交叉口停车线前拥 挤堵塞时，其密度很大，观测的自行车密度平均值为0 6 3 辆m 2 。在不同的速度下所需 道路面积为：l o k m h 时，占用道路面积5 2m 2 ；1 2 k m h 时，占用道路面积6 2m 2 ；1 5 k m h 时，占用道路面积1 0 3m 2 ；2 0 k m h 时，占用道路面积1 2 1i n 2 ，同公交车运行时每人所 占道路面积相比，约为公交车的7 1 2 倍l i 训。 2 4 爬坡性能 影响自行车爬坡能力的主要因素是骑车人的体力和耐力，当然，还与车辆特性等有 关。日本资料认为骑无变速档的普通自行车上坡时可爬7 8 的坡度，有三个变速 档的自行车可爬1 2 的坡度，自行车赛车选手可爬2 5 的坡度。我国学术界认为，自 行车道的最大纵坡不宜超过5 ，在极限坡内每增减1 坡度其速度修正系数应为士2 。 纵坡小于2 5 时，对骑车者影响甚微。 据观测，纵坡度为1 时，青、壮年骑车者上坡速度约为1 0 1 5 k m h ；纵坡度为2 时，上坡速度约为7 一1 2 k m h ；纵坡度为3 时，上坡速度约为5 k m h 。 2 5 时空分布特征 自行车交通现象是一种随机现象，服从于统计规律，它也有自己固有的时间距离属 性，具有一定的时空分布特征。 ( 1 ) 时间分布特征 根据南京等4 座城市自行车出行时耗的实际统计数据【1 7 】，尽管城市规模大小不同， 自行车的出行时耗却都比较接近，在1 0 分钟以内的均占出行量的3 0 左右，在2 0 分钟 以内的均占6 0 ，在3 0 分钟以内的平均达到8 0 以上。这说明白行车由于受骑车人的 体力所限，时间出行在3 0 分钟以内比较适宜。 此外，自行车在全天2 4 小时内的分布比重很不平衡，据1 4 座城市的统计资料旧， 所有交通方式总的高峰小时系数为1 9 9 4 ，公交为1 6 5 ，步行为1 8 - 3 ，自行车为 1 3 第二章自行车交通特性分析 2 3 4 ，远远大于公交、步行和总的高峰小时系数，个别城市自行车高峰小时系数更是 达到了3 5 1 ，可以看出自行车出行在时间上有明显的集中性。 一般城市自行车流量全天有4 个高峰期，早、晚各有一个，中午有两个较低的小高 峰，通常以早上高峰值最大。根据资料【1 7 】，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 m 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，城市越大，高峰时段愈 长。 由于自行车行驶速度较机动车慢，一般自行车交通高峰的发生时间在早晨往往比机 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 通时间与空间的利用，自行车交通就存在定时定向的空间转换，以及人行道与自行车道 共用空间、自行车道与机动车道的可变车道等对策选择的可能。 ( 2 ) 空间分布特征 自行车的出行量在地面空间的分布，通称空间分布，一般指城市各交通区内部及区 域之间自行车出行量在空间的分布，它反映了自行车出行在空间的活动规律。 自行车交通在城市道路的空间分布上存在明显的特征。由于很多工厂建在近郊区， 职工住处往往又在市内，所以在城市近郊处，早上出城的交通量大，晚上进城的交通量 大。如京津塘高速公路未通车前的京津公路上，早上高峰小时自行车交通量中，出城的 占9 5 ，而下午高峰则倒过来。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。 自行车交通在不同出行距离范围内其出行量分布不同。表2 1 中为上海等市自行车 与公交乘客出行，在不同出行距离分布量的变化。 可以看出，上海市自行车与公交车的出行分布量中，在距离5 k m 内，累计自行车 分布量达到8 3 ，公交达6 4 ，表明白行车在5 k m 以前与公交有一定的竞争力，5 k m 以后公交的竞争力逐渐增大。天津市自行车与步行出行分布量中，在0 5 k m 处步行达到 最大值，到2 5 k m 处就迅速下降，自行车在2 5 k m - - - 3 o k m 处达最大值，约占总出行量 的8 7 8 ，表明步行在2 0 k m 以前与自行车有一定的竞争力；在2 k m 以后基本上就是 1 4 长安大学硕士学位论文 自行车和公交车的天下了。 表2 1 上海、天津自行车、公交、步行出行在不同距离的分布1 1 7 1 上海天津 自行车( )公交车( )自行车( 4 0 )步行( ) 2 6 4 7 2 5 l1 1 5o 5 8 4 4 55 2 4 5 4 64 0 9 22 4 3 09 7 6 5 8 o2 5 6 8 7 13 8 33 2 7 0 2 4 6 4 8 7 8 2 1 8 6 32 1 41 8 4 41 7 5 5 8 5 。l 1 3 8 4 10 7 56 3 31 1 8 0 69 71 2 9 6 71 5 43 4 9 83 0 17 9 6 9 1 1 24 4 2 1 00 8 53 7 2 若把5 - - 6 k m 取作自行车的最佳出行距离，以此为直径得到的自行车最佳出行活动 范围约为2 0 - - 一3 0 k m 2 ，几乎相当于多数中小城市市区的用地范围。对大城市和特大城市 取其平均出行距离为3 - - 4 k m ，则此出行范围为7 - 一1 2 k i n 2 ，基本上相当于大城市某一交 通中区的用地范围。根据已做过交通调查城市的统计资料表明，自行车出行空间分布的 另一特点是“邻里出行”，即主要分布在相邻交通中小区之间，这正是自行车自身的特点 和技术特性所决定的。因此，自行车的优势在于中短距离出行。 2 6 自行车交通流一般特性 自行车车流的形态同机动车车流相比有着根本的差别，机动车是成直线、成队列形 式前进，行动受到前车的严格限制，不可能随意穿插。而自行车由于自身的灵活性，加 上车身狭窄，在道路上行驶时前后车之间可以任意穿插、绕越，往往形成成群成团行驶 的状态。概括起来，自行车交通流的特性具有以下几个方面： ( 1 ) 摇摆性 自行车车体小，转向灵活，无固定行驶轨道，易造成蛇行骑车而偏离原骑行车道线，