信号交叉口引道自行车群释放速度统计模型

周晨静， 荣 建， 冯星宇

(北京工业大学 交通工程研究中心， 北京 100124)



信号交叉口引道自行车群释放速度统计模型

周晨静， 荣 建， 冯星宇

(北京工业大学 交通工程研究中心， 北京 100124)

自行车群释放速度特性是研究信号交叉口自行车交通流释放特性的重要指标. 为了探求城市信号交叉口自行车群释放规律，结合调查数据对信号交叉口自行车群释放速度特性进行了分析. 结果表明，绿灯亮起后自行车群中的单体自行车通过信号交叉口时均要经历加速、匀速2个阶段，其中在加速阶段，自行车群前面自行车的加速度具有一定的离散性，经验证服从正态分布，自行车群后面自行车的加速度趋于一致但表现出一定的延迟特性；在匀速通过阶段，自行车群前面自行车的稳定运行速度同样具有差异性，自行车群后面自行车的稳定运行速度趋于一致. 对这些释放速度特性进行量化研究，给出具体计算模型.

信号交叉口； 自行车交通流； 释放速度

0 引言

机非混行是我国城市交通的重要特点，也是交通管理和研究的难点. 目前关于自行车交通流特性的研究主要是以单个自行车为研究对象[1-4]，而且多是在路段上进行；对信号交叉口自行车交通流的研究多是应用统计学的方法进行宏观性的统计分析，缺少微观释放特性的研究[5-11]，导致在自行车交通仿真应用过程中，更多应用机动车交通流仿真模型，难以服务于实际的交通运营分析及管理. 研究选取北京典型信号交叉口调查高峰期间自行车群释放特性，并对整个释放过程进行详细运行速度特性分析，研究自行车群不同位置车辆运动特性，为自行车流管理及仿真模型研究提供基础数据支撑.

1 城市信号交叉口自行车释放特性分析

在红灯期间，自行车以集群的形式在交叉口入口处大量聚集[12]. 绿灯启亮后，聚集的自行车又以车群的形式释放. 绿灯初期，释放自行车群密度很大，自行车在自行车群内受到彼此的约束，自行车群以高密度、低自由度的方式通过交叉口；在接下来的绿灯时间内，自行车会随机到达并且自由通过交叉口. 此时自行车之间相互影响很小，自行车以低密度、高自由度的随机形式通过(如图1). 自行车在绿灯期间通过交叉口分为很明显的2个阶段；第1个阶段是自行车以高密度低自由度的集群形式通过交叉口，第2个阶段是低密度高自由度的随机到达形式通过交叉口. 为了定量描述不同释放阶段自行车交通流的运行特性，对信号交叉口自行车群的释放速度特性进行了数据采集与特性分析.

图1 信号交叉口自行车5 s累计释放流量

2 数据采集与处理

2.1 数据采集

为了分析信号交叉口自行车群的释放速度特性，选取北京市典型信号交叉口进行了调查. 调查分8次进行，第1次调查地点选择了天坛东路与体育馆路交叉口，调查时间为周一至周四，调查时间段为早7：00—8：00；第2次调查地点选择了天坛东路与龙潭路交叉口，调查时间为周一至周四，调查时间段为早7：00—8：00. 这2个地点有大量的自行车通行，可以提供足够的样本数据. 调查使用高精度GPS接收机(NovAtel DL- 4 GPS)，可以精确采集调查车辆的瞬时速度.

2.2 数据处理

经过2周的数据采集工作共获取150组有效数据. 为便于研究，挑选出在自行车车群中距离停车线分别为0、0.5、1.5、2、2.5、…、15.5、16 m的调查车辆作为研究对象，以绿灯起亮时间为基准时间统计调查车辆的速度变化情况. 不同位置自行车通过信号交叉口的速度变化如图2所示，从图中可以发现，绿灯起亮后自行车群群首的自行车直接开始加速，然后达到一定稳定速度通过信号交叉口；而其他位置的自行车需要等待一定时间后才开始加速，然后达到一定稳定速度通过信号交叉口. 为了深入分析自行车群释放特性，将绿灯起亮后不同位置自行车的启动延迟时间、平均加速度、加速时间、稳定运行速度进行了统计，如表1.

表1 信号交叉口自行车交通流释放特性指标统计表

图2 不同位置自行车运行时间- 速度散点图

3 自行车释放速度特性分析

表1中统计得出自行车群中自行车位置与启动延迟时间、平均加速度、稳定运行速度数据，其散点图如图3～5. 由图3可以发现，绿灯起亮后不同位置自行车的启动时间不同. 运用线性模型对数据进行拟合，拟合结果为：

t0=bL-3.0 (1.5

(1)

其中：L为自行车在自行车群中的排队位置(m)；b为线性系数，b取值为2(s/m)；t0为绿灯亮起后，排队位置在L处自行车的启动延迟时间.R2=0.975. 分析结果可以表明在距离停车线一定距离后自行车的启动延迟时间与其在自行车车群中的位置是线性相关的,而排在自行车群队首的自行车几乎不存在启动延迟时间.

由图4、5可知，自行车稳定运行速度及平均加速度在6 m位置前后有明显的变化趋势. 将位置距停车线小于6 m的自行车记为A组，大于6 m的自行车记为B组，对两组数据中的加速度和稳定运行速度进行统计性分析，结果如表2.

表2 加速度、速度统计分析表

注：a(A), a(B)分别表示不同自行车A、B两组的加速度(m/s2); v(A), v(B)分别表示不同自行车A、B两组的速度(m/s).

图3 自行车位置- 启动延迟时间散点图

图4 自行车位置- 平均加速度散点图

图5 自行车位置- 稳定运行速度散点图

由表2统计结果可知：自行车群中A组自行车与B组自行车相比，平均加速度及稳定运行速度的离散程度均比较大. 在自行车车群中，由于驾驶员特性不同、自行车性能存在差异，单体自行车在前进过程中存在加速性能上的差异. 绿灯亮起后，自行车车群群首位置的自行车在释放过程中会表现出这种差异，不同自行车的释放平均加速度及稳定运行速度离散程度较大；而自行车车群中的自行车由于受到自行车群中其他自行车的影响，不能自由运行，削弱了车辆之间运行特性的差异，使自行车群中不同自行车的释放平均加速度及稳定运行速度趋于一致，离散程度较小. 通过假设检验，可以证明位置在距停车线6 m以内自行车的加速度符合正态分布N(0.32，0.04)，其稳定运行速度在3.38 m/s左右波动；自行车群中排队位置在6 m以后的自行车以0.2 m/s2的加速度均匀加速到3.36 m/s的速度，然后匀速通过交叉口. 城市信号交叉口距停车线不同距离自行车释放速度模型可以表示为

VL=aL(t+t0)

(2)

其中：VL为自行车群中距离停车线长度为L的自行车的运行速度(m/s)；aL为自行车群中距离停车线长度为L的自行车的加速度(m/s2)；t为绿灯起亮

后自行车运行时间(s).

4 结束语

城市信号交叉口红灯期间聚集的自行车群，在绿灯期间释放过程中，不同位置的自行车具有不同的释放速度特性. 对信号交叉口自行车释放速度特性的研究，有助于交通运营和管理部门更好地设计信号控制策略，有助于自行车交通仿真技术的进一步发展. 由于调查样本有限，文章中自行车释放速度模型只适用于自行车道宽度为5 m的信号交叉口，需要调查更多的样本进行自行车释放速度特性的研究.

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Statistical Model Research on Bicycle Flow Discharge Speed at Signalized Intersections

ZHOU Chen-jing, RONG Jian, FENG Xing-yu

(Beijing Key Laboratory of Traffic Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)

The discharge speed characteristics of bicycle flow are important measures of effectives for signalized intersections. In order to examine the pattern of bicycle discharge at signalized intersections; the paper surveyed and analyzed the data of bicycle group discharge speed characteristics at signalized intersections. Results show that after the green light the individual bicycle will accelerate first and the pass through the intersection at a uniform speed. But in the accelerating stage, the acceleration of bicycle in front of the group follows a normal distribution, the acceleration of the rest of the group will be consistent but show some delay characteristics; In the uniform stage, the stable operation speed also have differences between the bicycles in front of the group; the rest of the group has consistent and stable operation speed.

signalized intersection; bicycle traffic flow; discharge speed

10.13986/j.cnki.jote.2015.02.008

2014- 11- 18.

周晨静(1987—), 男， 博士研究生， 研究方向为道路通行能力、微观交通仿真. E-mail: zhouchenjing@emails.bjut.edu.cn.

U 491.4

A

1008-2522(2015)02-38-04