城市道路交叉口自行车速度与转弯半径实验研究

赵 源，潘晓东

（1.交通运输部公路科学研究院，北京 100088；2.同济大学 交通运输工程学院，上海 201804；3.北京交科公路勘察设计研究院有限公司，北京 100191）

1 研究的必要性

《交通运输“十二五”发展规划》［1］中提出“必须树立绿色、低碳发展理念，以节能减排为重点，加快形成资源节约、环境友好的交通发展方式和消费模式，构建绿色交通体系，实现交通运输发展与资源环境的和谐统一.”在现代倡导节能减排、低碳出行的大环境下，鼓励越来越多的人选择低碳的出行方式，自行车交通工具不仅是短距离出行的主要交通方式，并且起到了连接目的地与公交巴士、地铁站的作用，解决市民出行第一公里和最后一公里的问题，在现有公共交通系统中具备不可替代的特殊地位.

然而，关于自行车交通特性的基础研究较少机动化发展迫使自行车道逐渐被压缩，自行车骑行空间的安全设计常常忽略了自行车的交通特性和自行车骑行者的骑行行为.尤其是在交叉口，自行车速度过快、交叉口路缘石转弯半径不足时，自行车骑行者会突然减速，可能导致侧滑追尾，或者自行车来不及减速，冲入机动车道发生事故，严重影响自行车骑行安全，因此，交叉口的设计半径是否能够满足自行车的骑行速度需求问题亟待研究.基于此，本研究将借助于自行车骑行实验计测系统［2］，研究自行车在交叉口转弯时的转弯特性.该自行车骑行实验计测系统可实时检测自行车的转弯角度、制动强度、振动强度、速度、加速度及到各障碍物的距离等参数，能实时检测，且精度高、数据全面，已经在中国和日本应用于自行车骑行特性和相关骑行行为的研究中［3－8］.

2 实验设计

根据自行车的骑行速度与转弯半径的关系，设计了模拟实验.

1）路面依次量取半径为1，2.5，3，4，6，8，10，12，15，18，20，25和30m 的圆、用黄色胶带做标记，如图1所示；

2）选取实验者，依次沿着不同半径骑行，自行车骑行实验计测系统能够实时记录速度数据.

3 显著性分析

每个转弯半径下实验者至少连续骑行4～5圈为一次骑行，自行车骑行实验计测系统可以每秒记录一次速度数据.这样，每次骑行能够得到大量的实时速度数据，将每次骑行后的实时速度进行平均计算，得到不同半径下3次骑行后的平均速度整理见表1.

图1 自行车速度转弯半径模拟实验Fig.1 Simulation experiment between bicycle speed and turning radius

表1 速度—转弯半径实验数据Table 1 Experimental data of speed—turning radius

从实验数据和骑车调查中发现：当转弯半径大于10m时，骑行速度受转弯半径的影响不大因此，选取10m为分界线，对半径＞10m和半径≤10m时，分别进行半径和速度的显著性检验.

现在，a＝7，m＝3.要检验：

H0：a1＝a2＝a3＝a4＝a5＝a6＝a7＝0.

即要检验转弯半径对速度有无显著影响.

记统计量

取检验统计量

当H0成立时，F～F（a－1，n－a）.因此，在显著性水平α下，由F＞F1－α（a－1，n－a）决定了一个检验的拒绝域，其方差分析见表2.

表2 方差分析Table 2 Variance analysis

当转弯半径＞10m时，相应的方差分析见表3.

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

取显著性水平α＝0.01，得临界值F0.99（6，14）＝4.87.易见，0.206＜4.87，因此，接受 H0，即认为当转弯半径＞10m时，半径大小对速度无显著影响.

当转弯半径≤10m时，相应的方差分析见表4.

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

取显著性水平a ＝0.01，得临界值F0.99（614）＝4.87.易见，14.354＞4.87，因此，拒绝H0即认为当转弯半径≤10m时，半径大小对速度有显著影响.

4 回归分析

当转弯半径≤10m时，对转弯半径与速度的影响关系进行回归分析，见表5.

从表5中可以看出，三次函数决定系数R2最高，为0.929.回归方程为：

三次拟合曲线如图2所示.

从表6中可以看出，二次函数决定系数R2，为0.921.回归方程为：

表5 速度转弯半径回归分析Table 5 The regression analysis of speed and turning radius

二次拟合曲线如图3所示.

图2 速度转弯半径三次拟合曲线Fig.2 The cubic curves of speed－turning radius

图3 速度转弯半径二次拟合曲线Fig.3 The quadratic curves of speed－turning radius

回归分析表明：三次拟合曲线和二次拟合曲线的相关系数差别不大.当转弯半径≤10m时，两者都能较好地反映出自行车速度和转弯半径的相关关系.从图2，3中可以看出，二次拟合曲线更能表达当转弯半径越大，转弯半径对速度的影响作用越小的经验假设，并且三次拟合曲线在转弯半径为10m时，曲线有小幅回落，因此，本研究推荐二次拟合方程为自行车速度和转弯半径的关系公式.

5 实验结果与美国经验公式的对比分析

为了保证自行车在弯道上的行车安全和舒适平稳，各国对于不同速度下的弯道半径提出了规定.对于转弯半径的控制，一类是采用理论公式计算，另一类是采用经验公式［8］.美国“自行车规划标准指导原则”中提出速度与半径的半经验公式为［9－10］：R ＝0.24v＋0.43.

城市道路交叉口路缘石转弯半径规定［11］，见表6；中国《城市道路交叉口设计规程》［12］中规定“当平面交叉口为非机动车专用路交叉口时，路缘石转弯半径可取5～10m.”

为研究中国转弯半径的设置能否满足自行车骑行的需求，分别计算交叉口路缘石转弯半径按照最小值设置时，美国经验公式和本研究成果中对应的自行车骑行速度.

表6 城市道路交叉口路缘石转弯半径Table 6 Curbs turning radius at urban road intersections

首先，根据美国的经验公式计算，当路缘石半径取最小值5m时，自行车骑行车速为：

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

本次实验研究证明，当转弯半径≤10m时骑行速度会受到转弯半径的显著性影响.从推荐的二次回归曲线中计算，当路缘石转弯半径为5m时，自行车骑行车速为10.6km／h.

相关的速度研究表明，中国骑行条件较好的机非物理隔离路段自行车的平均速度约为15 km／h［1，13］.根据美国的经验公式，当转弯半径为5m时，相应的自行车骑行速度为19km／h，可以认为，大部分自行车不需要减速即可转弯通过.在实际交通情况下，自行车在到达交叉口转弯之前往往会有减速的行为，因此，本实验研究的成果更能反映自行车的骑行行为，即当骑行速度＞10.6 km／h时，骑行者在5m的转弯半径下会提前减速转弯通过.

6 结论

本研究成果与美国经验公式存在差异，同样转弯半径下，美国经验公式中对应的骑行速度较高，综合分析认为，研究理论成果的差异与中国自行车车况、骑行环境及骑行习惯有关，本实验研究结论可以作为中国自行车空间设计的基础理论依据.

（References）：

［1］交通运输部.交通运输“十二五”发展规划［R］.北京：交通运输部，2011.（Ministry of Transport.Transportation 12th Five－Year Development Plan［R］.Beijing：Ministry of Transport，2011.（in Chinese））

［2］潘晓东，赵晓翠，杨轸，等.非机动车骑行行为实验研究［J］.长沙交通学院学报，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］潘晓东，陈丽烨.直行非机动车避让右转车辆轨迹分析［J］.交通科学与工程，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］潘晓东，马小翔，赵晓翠.信号交叉口非机动车骑行特性及安全性实验研究［J］.交通科学与工程，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］赵晓翠.非机动车交通行为及交叉口骑行综合评价实验研究［D］.上海：同济大学，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：徳島大学，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.平面交叉口自行车微观穿越模型及仿真研究［D］.北京：北京交通大学，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］徐吉谦.交通工程手册［M］.北京：交通出版社1995.（XU Ji－qian.Traffic engineering manual［M］Beijing：China Communications Press，1995.（in Chinese））

［11］徐家钰，程家驹.道路工程［M］.上海：同济大学出版社，1995.（XU Jia－yu，CHENG Jia－ju.Road engineering［M］.Shanghai：Tongji University Press 1995.（in Chinese））

［12］华中科技大学.CJJ 152—2010，城市道路交叉口设计规程［S］.北京：中国建筑工业出版社，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］梁春岩.自行车交通流特性及其应用研究［D］.长春：吉林大学，2007.（LIANG Chun－yan.Study on characteristics and application of bicycle traffic flow［D］.Changchun：Jilin University，2007.（in Chinese））