信號交叉口引道自行車群釋放速度統(tǒng)計模型

周晨靜， 榮 建， 馮星宇

(北京工業(yè)大學 交通工程研究中心， 北京 100124)

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信號交叉口引道自行車群釋放速度統(tǒng)計模型

周晨靜， 榮 建， 馮星宇

(北京工業(yè)大學 交通工程研究中心， 北京 100124)

自行車群釋放速度特性是研究信號交叉口自行車交通流釋放特性的重要指標. 為了探求城市信號交叉口自行車群釋放規(guī)律，結合調查數據對信號交叉口自行車群釋放速度特性進行了分析. 結果表明，綠燈亮起后自行車群中的單體自行車通過信號交叉口時均要經歷加速、勻速2個階段，其中在加速階段，自行車群前面自行車的加速度具有一定的離散性，經驗證服從正態(tài)分布，自行車群后面自行車的加速度趨于一致但表現出一定的延遲特性；在勻速通過階段，自行車群前面自行車的穩(wěn)定運行速度同樣具有差異性，自行車群后面自行車的穩(wěn)定運行速度趨于一致. 對這些釋放速度特性進行量化研究，給出具體計算模型.

信號交叉口； 自行車交通流； 釋放速度

0 引言

機非混行是我國城市交通的重要特點，也是交通管理和研究的難點. 目前關于自行車交通流特性的研究主要是以單個自行車為研究對象[1-4]，而且多是在路段上進行；對信號交叉口自行車交通流的研究多是應用統(tǒng)計學的方法進行宏觀性的統(tǒng)計分析，缺少微觀釋放特性的研究[5-11]，導致在自行車交通仿真應用過程中，更多應用機動車交通流仿真模型，難以服務于實際的交通運營分析及管理. 研究選取北京典型信號交叉口調查高峰期間自行車群釋放特性，并對整個釋放過程進行詳細運行速度特性分析，研究自行車群不同位置車輛運動特性，為自行車流管理及仿真模型研究提供基礎數據支撐.

1 城市信號交叉口自行車釋放特性分析

在紅燈期間，自行車以集群的形式在交叉口入口處大量聚集[12]. 綠燈啟亮后，聚集的自行車又以車群的形式釋放. 綠燈初期，釋放自行車群密度很大，自行車在自行車群內受到彼此的約束，自行車群以高密度、低自由度的方式通過交叉口；在接下來的綠燈時間內，自行車會隨機到達并且自由通過交叉口. 此時自行車之間相互影響很小，自行車以低密度、高自由度的隨機形式通過(如圖1). 自行車在綠燈期間通過交叉口分為很明顯的2個階段；第1個階段是自行車以高密度低自由度的集群形式通過交叉口，第2個階段是低密度高自由度的隨機到達形式通過交叉口. 為了定量描述不同釋放階段自行車交通流的運行特性，對信號交叉口自行車群的釋放速度特性進行了數據采集與特性分析.

圖1 信號交叉口自行車5 s累計釋放流量

2 數據采集與處理

2.1 數據采集

為了分析信號交叉口自行車群的釋放速度特性，選取北京市典型信號交叉口進行了調查. 調查分8次進行，第1次調查地點選擇了天壇東路與體育館路交叉口，調查時間為周一至周四，調查時間段為早7：00—8：00；第2次調查地點選擇了天壇東路與龍?zhí)堵方徊婵?，調查時間為周一至周四，調查時間段為早7：00—8：00. 這2個地點有大量的自行車通行，可以提供足夠的樣本數據. 調查使用高精度GPS接收機(NovAtel DL- 4 GPS)，可以精確采集調查車輛的瞬時速度.

2.2 數據處理

經過2周的數據采集工作共獲取150組有效數據. 為便于研究，挑選出在自行車車群中距離停車線分別為0、0.5、1.5、2、2.5、…、15.5、16 m的調查車輛作為研究對象，以綠燈起亮時間為基準時間統(tǒng)計調查車輛的速度變化情況. 不同位置自行車通過信號交叉口的速度變化如圖2所示，從圖中可以發(fā)現，綠燈起亮后自行車群群首的自行車直接開始加速，然后達到一定穩(wěn)定速度通過信號交叉口；而其他位置的自行車需要等待一定時間后才開始加速，然后達到一定穩(wěn)定速度通過信號交叉口. 為了深入分析自行車群釋放特性，將綠燈起亮后不同位置自行車的啟動延遲時間、平均加速度、加速時間、穩(wěn)定運行速度進行了統(tǒng)計，如表1.

表1 信號交叉口自行車交通流釋放特性指標統(tǒng)計表

圖2 不同位置自行車運行時間- 速度散點圖

3 自行車釋放速度特性分析

表1中統(tǒng)計得出自行車群中自行車位置與啟動延遲時間、平均加速度、穩(wěn)定運行速度數據，其散點圖如圖3～5. 由圖3可以發(fā)現，綠燈起亮后不同位置自行車的啟動時間不同. 運用線性模型對數據進行擬合，擬合結果為：

t0=bL-3.0 (1.5

(1)

其中：L為自行車在自行車群中的排隊位置(m)；b為線性系數，b取值為2(s/m)；t0為綠燈亮起后，排隊位置在L處自行車的啟動延遲時間.R2=0.975. 分析結果可以表明在距離停車線一定距離后自行車的啟動延遲時間與其在自行車車群中的位置是線性相關的,而排在自行車群隊首的自行車幾乎不存在啟動延遲時間.

由圖4、5可知，自行車穩(wěn)定運行速度及平均加速度在6 m位置前后有明顯的變化趨勢. 將位置距停車線小于6 m的自行車記為A組，大于6 m的自行車記為B組，對兩組數據中的加速度和穩(wěn)定運行速度進行統(tǒng)計性分析，結果如表2.

表2 加速度、速度統(tǒng)計分析表

注：a(A), a(B)分別表示不同自行車A、B兩組的加速度(m/s2); v(A), v(B)分別表示不同自行車A、B兩組的速度(m/s).

圖3 自行車位置- 啟動延遲時間散點圖

圖4 自行車位置- 平均加速度散點圖

圖5 自行車位置- 穩(wěn)定運行速度散點圖

由表2統(tǒng)計結果可知：自行車群中A組自行車與B組自行車相比，平均加速度及穩(wěn)定運行速度的離散程度均比較大. 在自行車車群中，由于駕駛員特性不同、自行車性能存在差異，單體自行車在前進過程中存在加速性能上的差異. 綠燈亮起后，自行車車群群首位置的自行車在釋放過程中會表現出這種差異，不同自行車的釋放平均加速度及穩(wěn)定運行速度離散程度較大；而自行車車群中的自行車由于受到自行車群中其他自行車的影響，不能自由運行，削弱了車輛之間運行特性的差異，使自行車群中不同自行車的釋放平均加速度及穩(wěn)定運行速度趨于一致，離散程度較小. 通過假設檢驗，可以證明位置在距停車線6 m以內自行車的加速度符合正態(tài)分布N(0.32，0.04)，其穩(wěn)定運行速度在3.38 m/s左右波動；自行車群中排隊位置在6 m以后的自行車以0.2 m/s2的加速度均勻加速到3.36 m/s的速度，然后勻速通過交叉口. 城市信號交叉口距停車線不同距離自行車釋放速度模型可以表示為

VL=aL(t+t0)

(2)

其中：VL為自行車群中距離停車線長度為L的自行車的運行速度(m/s)；aL為自行車群中距離停車線長度為L的自行車的加速度(m/s2)；t為綠燈起亮

后自行車運行時間(s).

4 結束語

城市信號交叉口紅燈期間聚集的自行車群，在綠燈期間釋放過程中，不同位置的自行車具有不同的釋放速度特性. 對信號交叉口自行車釋放速度特性的研究，有助于交通運營和管理部門更好地設計信號控制策略，有助于自行車交通仿真技術的進一步發(fā)展. 由于調查樣本有限，文章中自行車釋放速度模型只適用于自行車道寬度為5 m的信號交叉口，需要調查更多的樣本進行自行車釋放速度特性的研究.

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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.

周晨靜(1987—), 男， 博士研究生， 研究方向為道路通行能力、微觀交通仿真. E-mail: zhouchenjing@emails.bjut.edu.cn.

U 491.4

A

1008-2522(2015)02-38-04