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原文传递混合非机动车交通运行特性及自行车道优化设计方法

论文题名：	混合非机动车交通运行特性及自行车道优化设计方法
关键词：	混合交通;非机动车流;运行特性;自行车道;优化设计
摘要：	随着电动自行车近年来的推广和共享自行车的兴起，自行车在中国城市出行中复兴，大量电动自行车、传统自行车、公共自行车和共享单车运行于中国的城市道路上。新动力车型和新使用方式使得自行车流特性更加复杂，造成大量的交通运行和安全问题，给交通规划、设施设计和交通管理带来新的挑战。　　针对电动自行车快速发展带来的大量的交通运行和安全问题和交通规划、设施设计和交通管理对混合自行车交通特性研究的迫切需求，本文依托国家自然基金重点项目《演变中的现代城市道路交通系统集成设计基础理论与方法》（基金号:51238008）和国家自然科学基金青年科学基金项目《信控交叉口混合非机动车群体过街行为机理及通行效率研究》（基金号:51408145），以揭示混合非机动车的运行机理和解析其运行特性为目标，以机非隔离自行车道基本路段和有公交站台接入路段为主要研究对象，在调查和分析路段非机动车交通运行特性的基础上，建立混合非机动车流运行仿真模型和通行能力计算方法，在此基础上，针对混合非机动车流的特性和现实中存在的交通问题提出机非隔离自行车道基本路段设计方法和方案。本文主要取得了以下结果和结论: 　　(1)自行车基本路段数据调查与提取方法　　以自行车道基本路段和公交站台接入区为对象，研究了调查方法和数据提取方法。针对两类设施，分别提出了调查目的、设计了调查内容与方法、实地流程并提出了视频数据提取方法。　　(2)自行车骑行和车群特性研究　　通过系统总结前人研究结果和实地观测的手段研究了自行车的骑行特性，对于自行车和电动自行车之间运动特性进行了重点比较;对自行车车群的规模、密度和速度特性进行了统计分析以及对车群规模和车道流量进行了相关性分析;利用Logistic回归的手段研究了自行车并列骑行发生的流量阈值和自行车超车操作时舒适度和自行车间隙的关系，取得主要结果和结论包括:1）传统自行车和电动自行车的骑行特性（包括尺寸和质量、领属空间与速度关系和领属空间计算方程、骑行视距与速度关系和目标视距计算公式、加速度特性、速度特性和转向特性），2）自行车车群规模、密度和速度特征以及三者之间的关系，3）自行车发生并列骑行的流量阈值(1075bics/h/m)和4）自行车舒适超车的85％侧向间隙值（0.48m（被超车距离最近路缘）、1.48m（超越车和被超车中心）和0.56m（超越车距离最近路缘））。　　(3)自行车自由速度聚类与统计描述　　首先运用广义线性模型和单因素方差分析的方法筛选出骑行者的性别、年龄，自行车车型、车道宽度和横向骑行位置5个显著影响自由速度的因素;其次定性定量比较了5个因素对自由速度的影响大小以及使用多重比较的方法对每个因素下的多个群组或者水平进行合并;在此基础上运用K均值聚类方法对5个因素不同群组和水平组合形成的自然类进行了聚类分析，拟合聚类形成的3大类自由速度的分布，取得的主要结果和结论包括:1）性别、年龄、车型、车道宽度、骑行横向位置对基本路段自行车自由速度具有显著性影响;2）上述因素对自由速度影响排序为车型＞横向位置＞性别＞年龄＞车道宽度;3）聚类得到的3类自行车自由流速度服从的分布分别为:N(4.17，0.90)、N(5.60，0.87)、N(6.62，1.53)。　　(4)基于速度障碍算法的自行车基本路段运动仿真模型　　基于速度障碍算法并针对自行车骑行的三类情形提出了新的自行车路段仿真模型，详细讨论了模型的线性规划约束条件建立过程和快捷求解方法，最后根据仿真模型目标在定性和定量两个角度评价了模型的有效性;最后论述了模型与以往自行车流模型的不同以及对于原有速度障碍模型的改进。　　(5)自行车道饱和流量影响因素分析及预测　　利用速度障碍模型研究了自行车道饱和流率的显著性影响因素，进行了针对性的仿真实验设计计算得到了超车骑行者和电动自行车相对于传统自行车的换算系数，通过换算系数比较了饱和流量显著性影响因素的影响大小，最后利用仿真数据回归得到了标准自行车流和典型自行车流的饱和流率计算公式。通过以上研究获得如下结论:1）自行车道饱和流率的显著性影响因素为车流的骑行策略结构和车型结构;2）超车骑行者和电动自行车相对于传统自行车骑行者的换算系数均值分别为0.918和0.641;3）相比于超车骑行者，电动自行车比例对于自行车流的影响更大。二者每变化10％对饱和流量的影响大小分别为99bics/h/m和21bics/h/m。　　(6)非机动车道公交站台接入区运行特性研究　　使用统计分析的方法分析了自行车道公交站台接入区自行车流、公交乘客运行特性和二者冲突特性;使用对比分析的方法分析公交站台设施参数对自行车道通行能力的影响;使用基于事故预测的自行车-乘客冲突分析模型分析了接入区对冲突数影响关键参数，取得主要结果和结论包括:1）直线式公交站台比港湾式对自行车道的通行能力影响更大;2）站台出口数量越少，设置位置越靠近站台的两侧，对于自行车道通行能力影响越小;3）出口宽比越小，公交站台区的自行车道通行能力越大;4）与自行车-乘客冲突数正相关参数:乘客流量、自行车到达量、车道宽度、乘客过街时间、出口密度、是否直线式站台;与冲突负相关因素:出口宽比、是否港湾式站台、自行车速度和站台长度。　　(7)机非隔离自行车道优化设计方法　　首先对设置在街区的机非隔离自行车道的运行场景进行了分类，提出了自行车道优化设计方法、所需原始资料与搜集方法和总体设计流程。运用所提出的自行车道优化设计方法，对自行车道基本路段、公交站台接入区和自行车道出入口段进行了优化设计:使用自行车速度障碍模型仿真得到的自行车道通行能力数据拟合得到了自行车道通行能力分布域，并提出了考虑自行车道服务流量和自行车流车型结构的宽度计算公式;基于自行车并列骑行和超车骑行研究结果，给出了考虑自行车并列骑行和超车的宽度设计;基于公交站台接入区研究结论，提出了接入区系统设计原则和参数优化设计方案;基于自行车道入口处和出口处存在的通行和安全问题，提出了自行车道出入口的拓宽和“bend-out”优化设计。
作者：	闫星臣
专业：	交通运输工程；交通运输规划与管理
导师：	陈峻
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文