城市道路交叉口自行車速度與轉彎半徑實驗研究

趙 源，潘曉東

（1.交通運輸部公路科學研究院，北京 100088；2.同濟大學 交通運輸工程學院，上海 201804；3.北京交科公路勘察設計研究院有限公司，北京 100191）

1 研究的必要性

《交通運輸“十二五”發展規劃》［1］中提出“必須樹立綠色、低碳發展理念，以節能減排為重點，加快形成資源節約、環境友好的交通發展方式和消費模式，構建綠色交通體系，實現交通運輸發展與資源環境的和諧統一.”在現代倡導節能減排、低碳出行的大環境下，鼓勵越來越多的人選擇低碳的出行方式，自行車交通工具不僅是短距離出行的主要交通方式，并且起到了連接目的地與公交巴士、地鐵站的作用，解決市民出行第一公里和最后一公里的問題，在現有公共交通系統中具備不可替代的特殊地位.

然而，關于自行車交通特性的基礎研究較少機動化發展迫使自行車道逐漸被壓縮，自行車騎行空間的安全設計常常忽略了自行車的交通特性和自行車騎行者的騎行行為.尤其是在交叉口，自行車速度過快、交叉口路緣石轉彎半徑不足時，自行車騎行者會突然減速，可能導致側滑追尾，或者自行車來不及減速，沖入機動車道發生事故，嚴重影響自行車騎行安全，因此，交叉口的設計半徑是否能夠滿足自行車的騎行速度需求問題亟待研究.基于此，本研究將借助于自行車騎行實驗計測系統［2］，研究自行車在交叉口轉彎時的轉彎特性.該自行車騎行實驗計測系統可實時檢測自行車的轉彎角度、制動強度、振動強度、速度、加速度及到各障礙物的距離等參數，能實時檢測，且精度高、數據全面，已經在中國和日本應用于自行車騎行特性和相關騎行行為的研究中［3－8］.

2 實驗設計

根據自行車的騎行速度與轉彎半徑的關系，設計了模擬實驗.

1）路面依次量取半徑為1，2.5，3，4，6，8，10，12，15，18，20，25和30m 的圓、用黃色膠帶做標記，如圖1所示；

2）選取實驗者，依次沿著不同半徑騎行，自行車騎行實驗計測系統能夠實時記錄速度數據.

3 顯著性分析

每個轉彎半徑下實驗者至少連續騎行4～5圈為一次騎行，自行車騎行實驗計測系統可以每秒記錄一次速度數據.這樣，每次騎行能夠得到大量的實時速度數據，將每次騎行后的實時速度進行平均計算，得到不同半徑下3次騎行后的平均速度整理見表1.

圖1 自行車速度轉彎半徑模擬實驗Fig.1 Simulation experiment between bicycle speed and turning radius

表1 速度—轉彎半徑實驗數據Table 1 Experimental data of speed—turning radius

從實驗數據和騎車調查中發現：當轉彎半徑大于10m時，騎行速度受轉彎半徑的影響不大因此，選取10m為分界線，對半徑＞10m和半徑≤10m時，分別進行半徑和速度的顯著性檢驗.

現在，a＝7，m＝3.要檢驗：

H0：a1＝a2＝a3＝a4＝a5＝a6＝a7＝0.

即要檢驗轉彎半徑對速度有無顯著影響.

記統計量

取檢驗統計量

當H0成立時，F～F（a－1，n－a）.因此，在顯著性水平α下，由F＞F1－α（a－1，n－a）決定了一個檢驗的拒絕域，其方差分析見表2.

表2 方差分析Table 2 Variance analysis

當轉彎半徑＞10m時，相應的方差分析見表3.

表3 方差分析（R＞10m）Table 3 Variance analysis（R＞10m）

取顯著性水平α＝0.01，得臨界值F0.99（6，14）＝4.87.易見，0.206＜4.87，因此，接受 H0，即認為當轉彎半徑＞10m時，半徑大小對速度無顯著影響.

當轉彎半徑≤10m時，相應的方差分析見表4.

表4 方差分析表（R≤10m）Table 4 Variance analysis（R≤10m）

取顯著性水平a ＝0.01，得臨界值F0.99（614）＝4.87.易見，14.354＞4.87，因此，拒絕H0即認為當轉彎半徑≤10m時，半徑大小對速度有顯著影響.

4 回歸分析

當轉彎半徑≤10m時，對轉彎半徑與速度的影響關系進行回歸分析，見表5.

從表5中可以看出，三次函數決定系數R2最高，為0.929.回歸方程為：

三次擬合曲線如圖2所示.

從表6中可以看出，二次函數決定系數R2，為0.921.回歸方程為：

表5 速度轉彎半徑回歸分析Table 5 The regression analysis of speed and turning radius

二次擬合曲線如圖3所示.

圖2 速度轉彎半徑三次擬合曲線Fig.2 The cubic curves of speed－turning radius

圖3 速度轉彎半徑二次擬合曲線Fig.3 The quadratic curves of speed－turning radius

回歸分析表明：三次擬合曲線和二次擬合曲線的相關系數差別不大.當轉彎半徑≤10m時，兩者都能較好地反映出自行車速度和轉彎半徑的相關關系.從圖2，3中可以看出，二次擬合曲線更能表達當轉彎半徑越大，轉彎半徑對速度的影響作用越小的經驗假設，并且三次擬合曲線在轉彎半徑為10m時，曲線有小幅回落，因此，本研究推薦二次擬合方程為自行車速度和轉彎半徑的關系公式.

5 實驗結果與美國經驗公式的對比分析

為了保證自行車在彎道上的行車安全和舒適平穩，各國對于不同速度下的彎道半徑提出了規定.對于轉彎半徑的控制，一類是采用理論公式計算，另一類是采用經驗公式［8］.美國“自行車規劃標準指導原則”中提出速度與半徑的半經驗公式為［9－10］：R ＝0.24v＋0.43.

城市道路交叉口路緣石轉彎半徑規定［11］，見表6；中國《城市道路交叉口設計規程》［12］中規定“當平面交叉口為非機動車專用路交叉口時，路緣石轉彎半徑可取5～10m.”

為研究中國轉彎半徑的設置能否滿足自行車騎行的需求，分別計算交叉口路緣石轉彎半徑按照最小值設置時，美國經驗公式和本研究成果中對應的自行車騎行速度.

表6 城市道路交叉口路緣石轉彎半徑Table 6 Curbs turning radius at urban road intersections

首先，根據美國的經驗公式計算，當路緣石半徑取最小值5m時，自行車騎行車速為：

v＝ （R－0.43）／0.24＝ （5－0.43）／0.24＝19km／h.

本次實驗研究證明，當轉彎半徑≤10m時騎行速度會受到轉彎半徑的顯著性影響.從推薦的二次回歸曲線中計算，當路緣石轉彎半徑為5m時，自行車騎行車速為10.6km／h.

相關的速度研究表明，中國騎行條件較好的機非物理隔離路段自行車的平均速度約為15 km／h［1，13］.根據美國的經驗公式，當轉彎半徑為5m時，相應的自行車騎行速度為19km／h，可以認為，大部分自行車不需要減速即可轉彎通過.在實際交通情況下，自行車在到達交叉口轉彎之前往往會有減速的行為，因此，本實驗研究的成果更能反映自行車的騎行行為，即當騎行速度＞10.6 km／h時，騎行者在5m的轉彎半徑下會提前減速轉彎通過.

6 結論

本研究成果與美國經驗公式存在差異，同樣轉彎半徑下，美國經驗公式中對應的騎行速度較高，綜合分析認為，研究理論成果的差異與中國自行車車況、騎行環境及騎行習慣有關，本實驗研究結論可以作為中國自行車空間設計的基礎理論依據.

（References）：

［1］交通運輸部.交通運輸“十二五”發展規劃［R］.北京：交通運輸部，2011.（Ministry of Transport.Transportation 12th Five－Year Development Plan［R］.Beijing：Ministry of Transport，2011.（in Chinese））

［2］潘曉東，趙曉翠，楊軫，等.非機動車騎行行為實驗研究［J］.長沙交通學院學報，2008，24（4）：62—66，71.（PAN Xiao－dong，ZHAO Xiao－cui，YANG Zhen，et al.The experimental research on riding behavior of non－motorized vehicle［J］.Journal of Changsha Communications University，2008，24（4）：62—66，71.（in Chinese））

［3］潘曉東，陳麗燁.直行非機動車避讓右轉車輛軌跡分析［J］.交通科學與工程，2011，27（4）：56—61.（PAN XiAO－dong，CHEN Li－ye.The analysis of the track of no turning non－motorized vehicles when avoiding the vehicles turning right［J］.Journal of Transport science and Engineering，2011，27（4）：56—61.（in Chinese））

［4］潘曉東，馬小翔，趙曉翠.信號交叉口非機動車騎行特性及安全性實驗研究［J］.交通科學與工程，2010，26（4）：60—64.（PAN Xiao－dong，MA Xiao－xiang，ZHAO Xiao－cui.Experimental research on the safety and riding characteristics of non－motorized vehicle at signalized intersection［J］.Journal of Transport Science and Engineering，2010，26（4）：60—64.（in Chinese））

［5］趙曉翠.非機動車交通行為及交叉口騎行綜合評價實驗研究［D］.上海：同濟大學，2010.（ZHAO Xiaocui.Experimental study on the traffic behaviors and cycling comprehensive evaluation at intersections of the non－motorized vehicles［D］.Shanghai：Tongji U－niversity，2009.（in Chinese））

［6］Yamanaka H.Measuring level of－service for cycling of urban streets using probe bicycle system［J］.Journal of the Eastern Asia Society for Transportation Studies，2007（7）：1614—1625.

［7］大下剛.多様な自転車空間を考慮したプローブバイシクルによるサービスレベル評価法の開発［D］徳島：徳島大學，2008.（Takeshi Oshita.Research of service level evaluation method by considering the diverse bicycle space by probe bicycle［D］.Tokushima University of Tokushima，2008.（in Japanese））

［8］王屾.平面交叉口自行車微觀穿越模型及仿真研究［D］.北京：北京交通大學，2008.（WANG Shen Study on microscopic crossing behavior model and simulation of bicycles at grade intersection［D］.Beijing：Beijing Jiaotong University，2008.（in Chinese））

［9］American Association of State Highway and Transportation Officials.Guide for the Development of Bicycle Facilities［M］.Washington，D C：American Association of State Highway and Transportation Officials，1994.

［10］徐吉謙.交通工程手冊［M］.北京：交通出版社1995.（XU Ji－qian.Traffic engineering manual［M］Beijing：China Communications Press，1995.（in Chinese））

［11］徐家鈺，程家駒.道路工程［M］.上海：同濟大學出版社，1995.（XU Jia－yu，CHENG Jia－ju.Road engineering［M］.Shanghai：Tongji University Press 1995.（in Chinese））

［12］華中科技大學.CJJ 152—2010，城市道路交叉口設計規程［S］.北京：中國建筑工業出版社，2010（Huazhong University of Science and Technology CJJ 152—2010，Specification for design of intersections on urban roads［S］.Beijing：China Architecture and Building Press，2010.（in Chinese））

［13］梁春巖.自行車交通流特性及其應用研究［D］.長春：吉林大學，2007.（LIANG Chun－yan.Study on characteristics and application of bicycle traffic flow［D］.Changchun：Jilin University，2007.（in Chinese））