基于多源數據的步行者交通安全環境研究

李琳 葉宇　陳泳

關鍵詞：步行者；交通安全；生活性街道；多源數據

0 引言

隨著城市機動車保有量和居民出行量的迅速增加，以步行為代表的慢行交通和以機動車為代表的快速交通之間的沖突日益顯著，步行者交通安全問題引起世界各組織機構的廣泛關注。2009 年，世界衛生組織（WHO）首次發布《全球道路安全現狀報告》（Global Status Reporton Road Safety），展示各國在實施循證措施有效減少道路交通傷害方面的進展情況，同時強調重視弱勢道路使用者（VRU）的安全需求[1]。2015 年，世界資源研究所（WRI）頒布《設計讓城市更安全》（Cities Safer by Design），倡導通過運用城市設計手段降低車速減少交通威脅，為街道慢行者提供高品質空間[2]。在此背景下，深入研究步行環境并探索步行安全評測方法正當其時。隨著以計算機技術和多源網絡數據為代表的新數據技術的迅猛發展，城市科學以深入量化分析與數據計算途徑等研究模式為依托，為城市步行安全環境的建設提供有力支撐。

基于步行安全的城市建成環境研究，在交通工程、公共健康和規劃景觀等領域都進行了大量的研究，主要在街區、街道與交叉口等層面展開。研究顯示，街區人口或功能密度、土地使用混合度、交叉口密度和步行網絡連續性等要素都會影響人車事故的發生率和嚴重性[3-4]；道路類型、斷面寬度、路邊停車和設施帶景觀設計等則會對駕駛員感知心理造成影響[5-6]；交叉口形態特征、信號燈設置、過街標識與光線條件等因素都會對行人安全產生影響[7-8]。目前的共識是，碰撞的嚴重程度主要取決于車速，有效降速和限制速度可以防止碰撞或降低碰撞的嚴重程度，是保障步行者交通安全的最有效手段[9-10]。值得注意的是，規劃景觀領域的研究者認為駕駛員做出速度判斷的依據是其周邊物質環境包含的所有信息[11]，速度常被用來解釋建成環境的特征是如何影響交通安全的[12]。這顯然是一種更為整合的視角，明確了“環境敏感型設計”（context-sensitive design）對于保護行人安全的重要意義。

現有研究主要基于人口普查區域（censustracts）或交通分析區域（travel analysis zones）等地理單元[13]，將道路環境、交通和使用者3類要素擬合于交通模型中進行事故概率及嚴重程度的分析和預測[14]。而三者之間關系的復雜性已突破了傳統交通研究的范疇，需在更加整合的城市設計復合視野中進行實證研究。有關“環境敏感型設計”的研究尚存在以下問題：對某些環境要素的特征偏向于定性描述，例如對路段長度等要素的相應量化分析并不充分[15-16]；某些交通工程變量對感知心理影響的實證研究不足，例如城市街道中人行道和非機動車道通常依據道路分類和土地使用特征設定寬度[17-18]，但空間路權分配對安全效應的影響目前尚不清晰[19]；缺乏對街道建成環境的整體考慮，例如目前關注建筑界面和景觀設施的視野封閉效應對車進行降速的作用[20-21]，但較少關注界面形態變化對駕駛員心理的影響。在新技術的支撐下可對交通流等動態環境要素的影響進行新的挖掘，上述不足之處正是本文的關注點。本研究重點關注街道人車交通事故（以下簡稱“事故”）的特征，從中微觀尺度分析建成環境對駕駛員“未降速”行為的影響，并借助多源數據和計算機技術，對相應案例進行對比分析。

1 調研設計

1.1 數據來源

選擇L 市老城核心區作為調研案例，該區域城市功能豐富，聚集了大量居住、辦公、商業、學校和醫院等。區域內交通網絡發達，涵蓋了不同等級的道路，街道形態體現出充分的豐富度，交通情況復雜，是該市交通事故較為集中的區域。東側的河流和南側的鐵路線形成天然的區域分界線，使得地界內城市空間結構相對穩定，近數十年路網結構并無大的改變。本研究主要采集了交通事故、道路結構、城市空間結構和街景路況4 類數據。其中，交通事故是5 年間“涉及行人”的交通事故資料匯總數據，道路結構是通過開放街道地圖（OSM）獲取的基礎路網矢量數據，街道功能是通過高德地圖平臺獲取的反映街區街道功能屬性的高德POI數據，街道路況是通過百度地圖開放平臺進行獲取的街景圖片數據和實時街道路況數據。

1.2 研究內容

該研究主要包括人車事故與建成環境要素及其相互之間的影響分析。人車事故分析參考揚·蓋爾的公共生活研究方法，從“時間、人物、地點”3 個維度展開研究，關注事故發生的時間趨勢、駕駛員與受傷者的構成模式，以及事故發生地點的特征（圖1）。首先，利用交通事故數據對區域內街道環境作為主要誘因的案件進行篩選，并根據文獻[22] 和設計標準1，分別標注路段事故和交叉口事故；其次，對區域內的街道類型進行劃分，并將篩選后的事故位置點疊加到街道性質地圖上，繪制交通事故地圖；最后，通過現場勘測和百度地圖復核，建立路段事故樣本庫，對其分布特征進行綜合分析。

環境分析主要從環境要素的形態、空間和功能3 個層面，探討各要素對交通安全環境的影響。其中，形態要素包括路段長度和出入口密度，空間要素包括路段空間權屬和界面透明度，功能要素指街段功能多樣性。在形態要素和空間要素層面，主要基于道路結構數據，對樣本路段的路權分配進行統計學分布分析，同時基于街景圖像數據，分析街道界面透明度變化率等形態特征，并計算其波動狀況。在功能要素層面，基于POI 數據分析街道功能設施的多樣性，并運用ArcGIS 工具對樣本路段進行量化分析。

2 人車事故分析

在案件篩選中，借鑒交通領域“魚刺圖（fishbone diagram）”分析工具，繪制以駕駛員、行人、天氣和街道環境4 個主要因素構成的事故分析魚刺圖（圖2）。依據該圖，排除非環境主因影響的事故，篩選出符合研究要求的事故案例54 起。街道性質劃分則參照上海、南京和廣州等城市出臺的“街道設計導則”方法，分為商業、生活服務、景觀休閑、交通性和綜合性等5種類型，由于駕駛員受街道同側環境影響遠大于異側，因此本研究繪制了雙側街道性質地圖[23]。風險地圖顯示，該區域路段事故中共有24 例人車碰撞事故發生于生活服務性街道，占事故總量的44%，因此，生活服務性街道是事故的高發類型街道（圖3）。

2.1 時間維度

24起事故案例在午間達到第一個峰值后呈現下降趨勢，于下午16：00出現反彈，在午夜達到一天中的第二個峰值（圖4）。本研究運用Python 爬取百度地圖路況矢量數據，并在ArcGIS 中進行分級渲染，分別繪制工作日和休息日的交通擁堵狀況時間軸，發現生活性街道人車事故無一發生于道路交通飽和度高的城市交通高峰期（圖5）。因此，車輛擁堵程度并不是事故發生的主要原因，這對交通工程領域“交通量越小，事故率越低”的認識[24] 作出了修正。

2.2 人物維度

對駕駛員而言：從性別來看，男性駕駛員事故高于女性駕駛員，占比83%；從年齡來看，19 ～ 44 周歲的駕駛員占比67%，年齡結構偏年輕化。對受傷者而言：從性別來看，女性受傷者與男性受傷者比例基本持平。從年齡來看，60 周歲以上的受傷者占比42%，反映出易受傷步行者年齡結構偏老齡化。同時，兒童受傷者占比12.9%，表明其在生活服務性街道上也存在一定的安全風險（圖6）。

2.3 地點維度

首先，6 車道事故與雙車道事故占據比重最大（均為8 起），且街區內部生活性支路發生事故的概率低于外部作為分割邊界的干道。其次，從事故發生點來看，9 例案件發生在生活性街道與交通性街道或綜合性街道的交接處，4 例事故點同側100m 范圍內產生了街道性質的改變。結合交通領域對駕駛員視線掃描范圍研究的結論[25] 可以推測，沿街界面形態的改變對駕駛員的車速調整產生了關鍵影響。最后，7例事故點位于小區出入口處或附近，其中6 例事故涉及的受傷者為60 周歲以上的老年人，由此可見，老年人在小區出入口及附近的步行安全值得關注。

綜合“時間、人物、地點”3 個維度，本研究發現事故熱點地區、特殊人群以及峰值時間具有高度相關性。地點維度分析中共涉及15個事故熱點，涉及老年人和未成年人的事故共10 例，其中一半的事故發生在時間維度所示的分布峰值時段，這印證了環境要素對人車事故產生的重要影響。

3 環境要素分析

基于上文分析，發現環境因素是影響步行者安全的重要因素，這與交通、景觀和公共健康領域的相關研究具有一致性[26]。為了深入剖析環境要素的影響，調研階段通過對當地交管部門和多位一線警員的走訪，獲知核心區范圍內存在兩片鮮少有人車事故發生的區域。現場勘察中發現，這兩片區域內部生活性街道集中，受大型商超和寫字樓等特殊城市功能的干擾較小，具有一定的典型性。因此，對該典型區域建立生活性街道樣本庫，根據勘測排除功能形態產生重復的街段，從兩片區域中選取10 個街段共20 個樣本路段與事故路段進行對比研究（圖7，圖8）。

3.1 形態要素

城市設計經典理論中通常關注街道長度與比例，把街道長度與比例作為衡量街道形態的關鍵要素。同時，街道也是被一系列節點激活的路徑，出入口的密度特征反映出其被激活的頻次與狀態[27]。在探討形態要素對步行者安全的影響時，選取路段長度和出入口密度兩個要素進行分析。

（1）路段長度對駕駛員的心理產生影響，長而直的街道會導致更高的車速，學者們不斷呼吁對傳統街道形態的回歸，認為更窄、更短的街道更能保障步行者的交通安全。如圖9 所示，事故路段24 個樣本的路段長度箱線圖中位數為455m，最長為850m，最短為269m；無事故區域20 個樣本的路段長度箱線圖中位數為306m，最長為402m，最短為175m，且分布較事故路段更為集中（圖9）。

（2）通過上節地點維度的分析可作出推測，出入口較多的路段人車流量均會有所提升，同時也意味著更多的沖撞矛盾點。如圖10 所示，事故路段24 個樣本的路段出入口密度箱線圖中位數為0.936 5，即每百米有0.936 5 個出入口，異常值案例的百米出入口更是多達2.2 個；20 個無事故路段出入口密度箱線圖中位數為0.655 9，分布上顯著低于事故路段（圖10）。

3.2 空間要素

空間要素主要探討街道使用者的空間配給和街道的垂直界面特征，其中重點關注兩個要素：路段空間權屬和界面透明度。路段的空間權屬反映了行人與車輛的路權關系，這一關系的合理配置是街道活動有序開展的前提。而街道的界面由建筑物立面決定，反映著街道的氣氛及性格，同時也是對駕駛員行為產生影響的主要環境界面。

1）路段空間權屬。

路段空間權屬影響了使用者的活動范圍，尤其影響了步行選擇和街道視線通達性，因此空間權屬分配的合理性對減少碰撞矛盾點數量、降低事故頻次至關重要。選取機動車道、非機動車道、路邊停車和人行道4 個要素進行分析，并以其寬度勘測值作為參數進行研究（圖11，圖12）。這4 個要素的相關參數在美國佛羅里達州的“行人服務水平（PedestrianLevel of Service， PLoS）”、美國舊金山的“步行環境質量指標（Pedestrian EnvironmentalQuality Index， PEQI）”和英國的“行人環境評估系統（Pedestrian Environment Review System，PERS）”等現有宜步行評價體系中多次出現，是衡量步行安全環境的重要指標。

（1）臨近車行道寬度：事故路段樣本中位數為3.11m（凈寬值），無事故路段樣本中位數為3.30m，無事故路段似乎略大于事故街段。原因在于10 條無事故路段中的9 條為雙向單車道，且其中5 條采取了機非共享道路模式，其余路段的車道寬度在2.86 ～ 3.20m 之間。總體來看，臨近車道寬度在兩類樣本中基本持平。

（2）非機動車道寬度：事故路段樣本中位數為2.875m，無事故路段樣本中位數為1.950m，無事故路段遠小于事故街段。調研發現，兩類樣本的專有停車位數量都是有限的，因此非機動車道更寬的道路為違章停車行為提供了更多便利，進而可能形成更多的事故沖突點。

（3）路邊停車寬度：25% 的事故路段和20% 的無事故路段設置有專用停車位，中位數分別為2.16m 和2.10m，兩者水平基本持平。路邊停車對于街道安全的影響并不是單一的，一方面其對降低車速和嚴重事故發生率起到了積極作用，另一方面由于對駕駛員視線通達性造成的負面影響，提升了整體事故的發生率[28]。值得關注的是，無事故片區中，I 區部分路段在臨時停車泊位邊安置了智能停車樁，有效提升了該片區街道的路側停車周轉率，II 區除一條路段外其余路段均未設置路側停車位，兩者的共同特點是街道呈現出路側停車不飽和的常態。

（4）人行道有效寬度：事故路段樣本中位數為2.215m，最寬可達4.850m，最窄不足1.000m；無事故路段樣本中位數為3.175m，遠大于事故路段，其最寬可達8.600m，最窄處也有1.500m，再一次印證了人行道空間對于保證步行者安全的重要性。

2）界面透明度。

街道垂直界面通過其組成要素形態的變化對駕駛員視覺產生影響，其研究范圍集中在街道設施帶及其相鄰區域。英國交通部門的一項研究印證了建筑物的界面形態會使道路產生視覺“變窄”現象，從而使駕駛員產生減速行為[29]。本文關注街道界面形態中界面透明度這一要素，由臨街墻面的形態決定，是決定路段性質的重要因素。

首先，基于事故地點維度的探討設立假設：當街道界面產生變化時，尤其是從界面透明度低的街段進入界面透明度高的街段時，駕駛員未能及時做“降速”處理，導致人車碰撞事故的發生。其次，對生活性街道進行編號，將每個路段設置為一個單元（A1），并以100m 為單位劃分次級單元（A1-1），通過百度地圖平臺以20m 為間隔抓取街景圖片。研究區域內共有生活性街道路段單元238個，包含830個次級單元，共抓取街景圖片3981 張。最后，計算界面透明度及其變化率，本研究將街景圖像門窗洞口面積總和在該圖像底層界面中的面積占比命名為界面透明度，并將一組單元圖片中每張圖片透明度與總體均值的差異（即方差）命名為該路段的透明度變化率。計算公式如下：

遴選出符合實驗假設的事故案例共8 項，分別計算其所在路段的樣本方差，最低為0.182 4，最高為0.303 9，基本在0.250 0 上下浮動（表1）。同時，研究區域中無事故發生的純生活性街段共64 段，隨機抽選32 段作為樣本路段并計算樣本方差。相應無事故路段的樣本方差在0.150 0 上下浮動（表2），與事故路段的透明度變化率相比，變化率較小，街道界面形態較為穩定，由此印證了實驗假設。

3.3 功能要素

街道功能制約著街道活動的形式和發生強度，這在社會學和城市設計經典理論中均有論述。街區或街道的功能多樣性越強，越能滿足城市的不同生活需求和吸引不同群體。在老城區中，既存在居民區較為集中的地塊，周邊路段是功能設施較為單一的生活服務街道，也存在居民區和醫療機構、小型商業或公司企業等功能單元融合在同一地塊中的情況，此類地塊周邊路段性質較為綜合。

首先，基于地點維度對事故發生地點的分析，街區內部生活服務性街道發生事故的概率低于外部作為分割邊界、功能較為綜合的路段。設立假設：功能多樣性強的街段，步行者的安全風險高于功能多樣性弱的街段。其次，通過高德地圖API 接口，采集研究區域所有路段兩側50m 范圍內的POI 點位數共計19，338 條，篩選后的POI 數據分為以下9 類（見表3）。并運用ArcGIS 空間連接工具，借鑒香農- 維納多樣性指數（Shannon-Wiener's diversity index）計算路段兩側50m 范圍內的POI 功能多樣性程度，公式如下：

式中，i 表示POI 數據的類型；ni 表示路段范圍內第i 種類型POI 數據的數量；N 表示該路段POI 數據的總數。計算結果顯示，事故路段的POI 熵值在0.65 ～ 0.70 上下浮動（表4）。無事故路段的POI 熵值在0.55 上下浮動（表5）。與事故街段相比，無事故路段的功能多樣性略低。由此可見，對生活性街道而言，雖然主導功能均為餐飲、購物和生活服務，但由于道路等級和所處區域不同等因素，導致街道功能豐富度存在差異。其中，功能多樣性強的街段，步行者的交通安全風險較高，印證了實驗假設。

3.4 影響分析

鑒于上述實證研究對環境要素的分析，嘗試構建街道建成環境要素與人車事故之間的關聯圖示。如圖13 所示：①形態要素中的路段長度和空間要素中的界面透明度通過對駕駛員心理產生作用，影響了車速，進而對人車事故的頻次和嚴重性產生影響；②形態要素中的出入口密度和功能要素中的功能多樣性主要影響了街道的人車流量和事故發生的矛盾點數量，從而作用于人車事故的頻次；③空間要素中的空間權屬則主要作用于事故的空間矛盾點，同樣從頻次上對事故產生影響。

4 結語

研究發現，建成環境對老城核心區生活性街道人車事故產生影響，降低車速對于減少此類街道碰撞沖突、保護街道弱勢使用者出行安全，以及維護街區內部行人豐富的街道生活而言具有重要意義。需要注意的是，形態、空間和功能等要素對人車事故的作用方面雖各有側重，但三者之間又相互影響，應綜合考慮各類要素的影響內容與方式，為街道設計提供恰當的優化建議。同時，由此形成的步行安全環境評測指標建議也可以對交通工程領域的原有指標有所補充。

4.1 設計建議

正如相關研究指出，速度是行人交通事故的關鍵風險因素，車速管理是降低行人交通風險的有效措施[30-31]。現有車速管理的工程方法主要是一系列的交通減速措施，如減速帶、過街安全島和街道瘦身等處理方法[32]，城市設計師則應致力于創造出可實現自然控制車速的街道，而并非完全依賴于交通工程的處理。

第一，在街道形態方面，由于駕駛員的視覺判斷受到街道環境的整體影響，因此，應結合其他街道形態要素，設計較為恰當的安全路段長度。出入口密度作為影響事故頻次的關鍵因素，雖然出入口密度高可以限制車速的提高，但應避免出入口兩側的路邊停車對駕駛員視線的遮擋。第二，空間分配方面，在街道寬度限定的前提下，人行道有效寬度和非機動車道寬度既保護了步行者的路權，降低其與車輛交通接觸的風險，又能通過有效控制行車道寬度，限制駕駛員的前方能見度，實現降速的目的。另外，在提高沿街店鋪界面形態豐富度的同時降低其透明度變化率是保護行人安全的有效策略。第三，在街道功能方面，多樣性豐富的街道因人車流量較大和行人穿行頻次較高，激發了更多的事故矛盾點，但這一特征可以降低行車速度。因此，應提高沿街土地利用的合理性，激發持續性的步行活動，實現車速的全天自然控制，以降低行人的交通風險。

4.2 指標建議

秉持倡導安全步行出行理念、推進精細化建成環境指標體系建設，基于本文案例研究，針對生活性街道提出以下評測指標建議。環境要素分為形態、空間和功能3 個層面，包括路段長度、出入口密度等7 個評測指標，運用分級打分模式，對目標街道的相應風險等級進行分類分項評測（表6）。

其中，街道層面共6 個評價指標，總分區間為[6，18]，設定評測標準如下：當街道測評分數在[6，10] 時，交通安全風險等級較低；當街道測評分數在[10，18] 時，存在較高交通安全風險隱患，需進行分項排查。對本案涉及的24個事故路段和20 個無事故路段共44 個樣本進行風險等級綜合測評，其中40 個樣本符合該評測分類，準確率達90.9%。

本研究的不足之處：首先，個案分析的特殊性較強，交通事故數據的獲取難度較大導致樣本街道數量偏小，難免掛一漏萬。其次，研究針對老城核心區生活性街道提出優化策略，但新城核心區及新老結合帶等區域則面臨不同的安全問題和挑戰，應針對不同城市形態片區的生活性街道安全環境開展研究和制定差異性策略。最后，本文僅聚焦生活性街道的步行安全環境研究，未來可納入更多街道類型，以形成更為綜合完整的步行安全環境研究體系。

SYNOPSIS

Pedestrian Traffic SafetyEnvironment Research Basedon Multi-source Data：A Case Study of Living Streets in theCity Core Area

Lin Li， Yu Ye， Yong Chen

At present， with the rapid increase in the numberof urban motor vehicles and the travel volume ofresidents， the conflict between slow traffic represented

by walking and fast traffic represented by motorvehicles is becoming increasingly significant. Howto use new technology tools and new data resourcesto study the pedestrian traffic safety environmentbecomes the focus of discussion. It is especiallyreflected in the discussion on the walking safety ofliving streets in the city core area， which is mostclosely related to residents travel. At present， there isa consensus that the speed reduction and restrictioncan prevent the probability and severity of humanvehicleaccidents， but how to influence the drivingspeed through street environment design needs furtherstudy.

Therefore， with reference to walkabilityevaluation system and tools， guidelines for streetdesign and academic papers， this paper summarizesthat current research has made progress in qualitativeanalysis of street environment elements， study onallocation of street space right and the influence ofstreet facilities on vehicle speed， and so on. But thereare still deficiencies in the quantitative analysis ofstreet environment elements， the safety efficiency ofstreet space allocation and the psychological impactof street interface on drivers.

This paper takes the living street in the city corearea as an example， focuses on the characteristicsof pedestrian-vehicle traffic accidents， analyzes theinfluence of the built environment on the vehiclespeed， and makes a comparative analysis of thecharacteristics of the traffic cases streets and thestreets in the zero-traffic case areas with the help ofmulti-source data and computer technology.

It is found that the built environment has animpact on pedestrian-vehicle accidents on livingstreets in the city core area， and speed control is ofgreat significance to reduce street collisions， protectthe vulnerable walkers， and maintain the richstreet life inside the neighbourhood. The factorsof street form， space and function have differentemphasis on pedestrian-vehicle accidents. So， it isan effective method to realize the natural vehiclespeed control by designing appropriate road length，ensuring the priority right for pedestrians and nonmotorvehicles， improving the rationality of landuse along the street and reducing the change rate ofinterface transparency.

In order to promote the construction ofthe refined built environment index system andfacilitate the effective evaluation of the walkingsafety environment in the urban renewal work，the study divides the walking safety environmentmeasurement scale into three levels： form， spaceand function， including 7 evaluation indicatorsincluding road length， entrance density， width ofsidewalks and lanes， interface transparency changerate， diversity of street functions. The evaluationscale is presented in graded scoring mode， whichcan be applied to the corresponding risk level of thetarget street.