步行和自行車交通系統(tǒng)評價指標體系

滕愛兵，韓竹斌，李旭宏，費錦鳳，安明娟

(1.南京格瑞林交通規(guī)劃設計有限公司，江蘇南京210029；2.東南大學交通學院，江蘇南京210096)

步行和自行車交通系統(tǒng)評價指標體系

滕愛兵1，韓竹斌1，李旭宏2，費錦鳳1，安明娟1

(1.南京格瑞林交通規(guī)劃設計有限公司，江蘇南京210029；2.東南大學交通學院，江蘇南京210096)

中國對步行和自行車交通系統(tǒng)的研究主要集中在規(guī)劃策略及規(guī)劃方法層面，對系統(tǒng)評價缺乏標準。首先對步行和自行車出行進行需求分析，提出步行和自行車交通系統(tǒng)安全性、平等性、便捷性和心情舒暢需求。在對系統(tǒng)組成進行分析的基礎上，以交叉分析法提取初選指標體系，并逐個檢驗優(yōu)化，最終構建包括10個設施輸入指標和6個運行輸出指標的評價指標體系。對各個指標進行分析研究，給出明確定義并確定其計算模型。以江蘇省徐州市賈汪區(qū)為例，選取6個區(qū)域作為評價單元進行實證分析，驗證了評價方法的有效性。

交通規(guī)劃；步行交通；自行車交通；評價指標體系

0 引言

步行和自行車交通是城市交通系統(tǒng)的重要組成部分，普遍存在于中短距離出行以及中長距離出行的首末端。然而，隨著國民經濟水平不斷提高，私人小汽車擁有量逐年上升，步行和自行車交通空間被蠶食，出行環(huán)境惡化。此外，以往的交通規(guī)劃車本位思想嚴重，對步行和自行車交通系統(tǒng)不夠重視，步行和自行車出行者的出行權益得不到保障。

近年來，中國許多城市陸續(xù)開展了步行、自行車交通系統(tǒng)規(guī)劃，由此促進了步行和自行車交通系統(tǒng)的理論研究[1-3]。但是，這些研究主要集中在系統(tǒng)規(guī)劃策略及規(guī)劃方法層面，缺乏一套針對步行和自行車交通系統(tǒng)的評價標準。

1 步行和自行車出行需求分析

從步行和自行車出行者的角度可將需求分為四個層次：安全性需求、平等性需求、便捷性需求和心情舒暢需求。

1）安全性需求。

步行和自行車出行者在城市交通系統(tǒng)中處于交通安全弱勢地位，在交通事故中容易受到傷害。完善的步行和自行車交通系統(tǒng)不僅要滿足設施技術層面的安全性需求，還要考慮出行者心理層面的安全性需求，例如需要合理引導機非分離、提供足夠的心理安全空間等。

2）平等性需求。

主要指步行和自行車交通系統(tǒng)與機動車交通系統(tǒng)之間的平等性需求。目前，大多數(shù)交通規(guī)劃都傾向于機動車交通規(guī)劃，將步行和自行車交通系統(tǒng)規(guī)劃作為附屬結構，從而失去了步行和自行車出行者與其他交通參與者之間的平等性。

3）便捷性需求。

指步行和自行車出行者可以在已有的條件下順利或者無阻礙地完成其活動或者到達目的地的需求。具體包含五個方面[4]：①空間辨識性，便于明確確定自身位置；②路線便捷性，繞行距離、非直線系數(shù)均較??；③換乘便捷性，與其他交通方式(如公共交通等)換乘方便；④暢通性，沒有不必要的障礙物占用出行空間的現(xiàn)象；⑤連續(xù)性，出行空間連成一體，可方便地選擇出行路線等。

4）心情舒暢需求。

城市居民選擇步行和自行車出行的路線一般比較固定，同時，步行和自行車速度較低，出行者有富余的時間和精力欣賞道路周邊景觀，因而要求步行和自行車交通系統(tǒng)能提供優(yōu)美的路旁景觀。

另外，該需求也對景區(qū)道路的環(huán)境美化提出了更高的要求。城市的休閑道、濱水道、景觀道等都是市民休閑旅游的場所，這些場所需要營造良好的環(huán)境以滿足行人和騎車者休閑健身和旅游的雙重需求，使出行者更加舒適愜意。

2 評價指標體系構建

本文通過指標初選、指標體系優(yōu)化的流程構建評價指標體系。

2.1 指標初選

指標初選思路可歸結為“一個系統(tǒng)、兩個角度、四條原則、六個模塊”，一個系統(tǒng)指步行和自行車交通系統(tǒng)，兩個角度指系統(tǒng)的輸入(設施水平)和輸出(運行水平)；四條原則指在保證評價系統(tǒng)功能完善和體現(xiàn)用戶感知的前提下，綜合考慮安全性、連續(xù)性、方便性和舒適性；六個模塊指從功能角度劃分的6個子模塊，包括步行、自行車交通網絡，步行、自行車交通空間，步行、自行車交通環(huán)境，自行車停車設施，與公共交通的銜接，與機動化交通的協(xié)調(見表1)。

2.2 指標體系優(yōu)化

在初選指標體系基礎上，考慮獨立性、可操作性等原則，經過單指標測試和整體測試，對指標體系進行科學優(yōu)化。單指標測試是分析每個指標的重要性、正確性、可行性，整體測試是分析初選指標體系的完備性和必要性，以此建立步行和自行車交通系統(tǒng)評價指標體系(見表2)。

3 評價指標體系量化

3.1 設施水平指標

1）步行和自行車道路密度。

步行和自行車道路密度越高說明步行和自行車道路網絡越完善，可達性高，居民出行方便。計算公式為

式中：L1為步行道長度/km；L2為自行車道長度/km；S為區(qū)域面積/km2。

2）步行和自行車網絡連通度。

步行和自行車網絡連通度為規(guī)劃區(qū)域內各節(jié)點依靠步行和自行車道路相互連通的強度。網絡連通度越高說明路網越完善。計算公式為

式中：L為規(guī)劃區(qū)域內步行和自行車道路的總里程/km；ε為非直線系數(shù)；n為規(guī)劃區(qū)域內應連通的節(jié)點數(shù)；H為相鄰兩節(jié)點間的平均空間直線距離/km；A為規(guī)劃區(qū)域面積/km2。

3）過街設施間距。

過街設施包括交叉口平面過街設施、路段平面過街設施和立體過街設施。其中，立體過街設施能徹底分離步行、自行車與機動交通，避免相互干擾。因而，本文主要考慮平面過街設施。在實際應用中，該指標指研究區(qū)域內過街設施間距平均值。

4）步行道有效寬度。

步行道有效寬度指可供行人通行利用的道路寬度。步行道有效寬度不僅與步行道設計寬度有關，還與道路隔離類型有關。計算公式為

式中：Dp為步行道設計寬度/m；αp為人非隔離修正系數(shù)：當人行道與非機動車道不共板或設有分隔帶時，自行車對行人幾乎沒有影響，取αp=1；當共板時，取αp=0.9。

5）自行車道有效寬度。

式中：Db為自行車道設計寬度/m；γ為機非隔離修正系數(shù)；αb為人非隔離修正系數(shù)。γ與機非隔離形式有關，當機動車道與非機動車道之間有物理隔離時，機動車對非機動車幾乎沒有影響，取γ=1；當機動車道與非機動車道之間無物理隔離時，非機動車出行者會主動遠離機動車道，降低非機動車道利用率，取γ=0.9。αb在人非不共板時為1，人非共板時為0.9。

6）步行道和自行車道被占用比例。

步行道和自行車道是行人和騎車者應有的出行空間，基于安全性和連續(xù)性的原則，其出行空間理應得到保障。道路被占用比例越小，則出行越順暢。計算公式為

式中：L1'為步行道被占用長度/km；L1為步行道總長度/km；L'2為自行車道被占用長度/km；L2為自行車道總長度/km。

7）過街設施合理性。

表1 初選評價指標體系Tab.1 The primary evaluation index system

過街設施是否合理需要考慮三方面內容：①道路的幾何形式，如相交道路車道數(shù)、道路寬度等，這些將影響行人的過街距離和行走時間；②道路交通流，如機動車流量、速度等，這些將決定平均車頭時距和平均車頭間距；③行人過街需求，如行人過街流量等。

合理的過街設施必然保證過街綠燈時長大于行人最短安全過街時間。本文采用熵值法定義過街設施的合理性，熵值越大，行人過街時間越充裕。計算公式為

式中：t1為過街綠燈時長/s；t2為最短安全過街時間/s。

過街綠燈時長t1的計算需要分有無信號控制兩種情況：①信號控制：t1為一個周期內該進口道行人綠燈時長。②無信號控制：行人是否被允許過街取決于相交道路上的雙向機動車交通流的平均車頭時距，因此過街綠燈時長應為相交道路機動車交通流的車頭時距期望值。假設城市道路機動車流的車頭時距服從韋布爾模型，則平均車頭時距為

式中：θ為位置參數(shù)；η為尺寸參數(shù)；m為形狀參數(shù)。參數(shù)的確定需要結合具體數(shù)據進行擬合。在實際應用中可直接調查路段上車頭時距，也可通過調查分時段交通量確定雙向機動車的平均車頭時距。

t2計算公式為

式中：L3為人行橫道長度/m，當設有安全島時為路緣到安全島邊緣的距離；v為老年人平均步行過街速度/(m·s-1)，取0.98 m·s-1；l為老年人過街時間損失/s，一般取2 s。

8）無障礙設施合理性。

無障礙設施指為保障殘疾人、老年人、傷病人、兒童和其他社會成員的通行安全和使用便利而配套建設的服務設施。本文選取交叉口緣石坡道比例、聲控信號比例和盲道連續(xù)性3個指標表征無障礙設施的合理性。計算公式為

式中：k1，k2，k3為權重，取值k1=0.3，k2=0.3，k3=0.4。

9）休憩設施合理性。

休憩設施主要包括遮蔽設施和座椅設施兩項內容。

遮蔽設施包括行道樹、建筑挑檐等。遮蔽設施可以布置在步行道上的設施區(qū)，也可以布置在建筑前區(qū)，另外在過街等待時間長的道路交叉口設置自行車遮陽棚可大大提高出行舒適性。遮蔽設施中最常見的行道樹有助于提高行人和騎車者的出行質量，特別是在下雨或天氣炎熱的時候，同時還可以美化環(huán)境，增強景觀欣賞性，愉悅出行者情緒。該內容以行道樹綠地率為表征。

座椅設施大多結合公共汽車站、景區(qū)綠道等人流量大的場所和路段布置。一般情況下，景區(qū)三級驛站設置間距約為2 km，內設座椅不少于5個，即座椅間距一般小于400 m，另考慮到資源配置節(jié)約性及合理性，座椅間距下限約為200 m。該項內容以設有座椅的公共汽車站比例及景區(qū)主要綠道200 m內座椅數(shù)為表征。

表2 步行和自行車交通系統(tǒng)評價指標體系Tab.2 Evaluation system of pedestrian and bicycle transportation

式中：k1，k2為權重，取k1=0.6，k2=0.4。β1為行道樹綠地率；β2為座椅設施布設率。

式中：g為景區(qū)主要綠道200 m內平均座椅數(shù)(g＜1)。

10）自行車停車供需比。

式中：P為區(qū)域自行車停車設施供給數(shù)；Q為區(qū)域自行車停車需求數(shù)。

3.2 運行水平指標

1）行人空間面積。

行人空間面積又稱行人空間分配數(shù)，是行人動態(tài)密度的倒數(shù)，指每個行走的人平均占用的面積。計算公式為

其中，行人流動速率/(人·s-1)指人行道或人行橫道上的行人在一定的時間內按照指定方向通過某一斷面的數(shù)量。

2）過街等待時間。

指行人交通流在交叉口等節(jié)點處因讓行對向交通產生的延誤。

①信號控制節(jié)點。

行人到達該節(jié)點的平均到達率為λ。行人到達節(jié)點處，遇到綠燈則認為沒有延誤；遇到紅燈或黃燈則需要等待。在紅燈或黃燈階段，假定在第i秒初有λ個行人到達，則該λ個行人的人均等待時間為T1-i，其中T1為一個信號周期內該進口道的黃燈與紅燈時間之和。則該周期內，所有行人的等待時間之和為[5]

則一個信號周期內平均過街等待時間

式中：T為信號周期/s。

②無信號控制節(jié)點。

在無信號控制節(jié)點，行人過街只能穿越機動車車流中的空檔。因此，機動車到達規(guī)律對行人過街有重要影響。

假設路段上機動車車頭時距服從參數(shù)為?、Ω、μ的韋布爾分布。機動車車頭時距為h，行人穿越機動車流的臨界間隙為τ。為簡化計算，假設行人采取逐個車道穿越的方式，則單個行人穿越單條車道平均等待時間[6]

文獻[6]通過對長春市調查數(shù)據的擬合，建議?=1，Ω=4.8，μ=0，τ取5 s。得到無信號控制節(jié)點單個行人穿越單車道的平均等待時間約為3.8 s。

則單個行人過街的平均等待時間為t2=t'

2n，n為車道數(shù)。

則平均過街等待時間為

式中：f為研究區(qū)域內信號控制、無信號控制行人過街節(jié)點的個數(shù)；ti為第i個節(jié)點的平均等待時間/s。

3）步行取車距離。

用區(qū)域內停車者平均步行距離來衡量，其值越小說明自行車停車設施布局越合理，自行車交通便捷性越高。實際應用中可抽樣調查自行車停車場與主要商業(yè)、辦公建筑的距離。

4）機非混行程度。

該指標的研究對象是機非劃線分隔的機動車路段上機非混行情況?；煨谐潭扔啥喾N交通流的交通量決定，混行程度越高，越不利于交通安全。計算公式為

式中：P為高峰小時內自行車自然交通量/(輛·h-1)；Q為高峰小時內機動車自然交通量/(輛·h-1)。

5）用戶滿意度。

出行者對特定區(qū)域的步行和自行車交通水平的整體主觀評價，該指標值以問卷調查方式獲取。

6）步行和自行車出行比例。

指某一空間范圍內全日交通流中步行和自行車出行量與全方式出行總量的比值。該指標表征了特定空間范圍內步行和自行車出行水平的高低。

4 實證研究

本文以江蘇省徐州市賈汪區(qū)為例，選取其中6個區(qū)域作為評價單元，其中：1，2，3號區(qū)域位于老礦老城區(qū)，4，5號區(qū)域位于泉城新區(qū)，6號區(qū)域位于夏橋郊區(qū)。本文采用基于層次分析法(AHP)的數(shù)據包絡分析(DEA)評價模型(以下簡稱“DEAHP”)對步行和自行車交通系統(tǒng)進行評價。

4.1 指標計算

根據前文的指標量化模型，調查、計算的評價指標原始數(shù)據值如表3所示。

4.2 綜合指標確定

為精簡指標結構、便于模型求解計算，將指標歸納為五類：輸入類包含兩個綜合指標，即路網設施和配套設施；輸出類包含三個綜合指標，即安全類、便捷類和用戶感知類。運用序關系分析法(G1法)確定指標權重(見表4)。

對各評價指標值進行歸一化處理，歸一化數(shù)值范圍為[0,100]，根據各指標歸一化值及指標權重，確定五類綜合指標規(guī)范值如表5所示，進而代入DEAHP模型求解。

4.3 評價結果

借助MATLAB軟件求解DEAHP，得到各決策單元的效率指數(shù)θj、輸入指標的松弛變量輸出指標的剩余變量s+j以及判斷指數(shù)λj的值(見表6)。

由效率指數(shù)和判斷指數(shù)可知，各決策單元的有效性排序為單元1=單元2=單元3=單元6＞單元5＞單元4。

從評價結果可見，1，2，3，6單元為DEA有效，4、5單元為非DEA有效。4，5單元步行和自行車系統(tǒng)效率低(效率指數(shù)θj均小于1)，規(guī)模效應遞減，即繼續(xù)增加設施投入所得產出有限。4，5單元非DEA有效的主要原因不在于投入不足(松弛變量基本為0)，而在于產出過剩(剩余變量均大于0)。這也反映了中國城市新區(qū)建設中普遍存在的基礎設施超前建設而配套產業(yè)相對滯后的現(xiàn)象。

表3 各評價單元評價指標值Tab.3 Index criteria for different evaluation unit

對于非DEA有效的4，5單元，計算其輸入剩余和輸出虧空(見表7)。評價單元4在路網設施和配套設施方面的剩余為16.322和18.337，在便捷和用戶感知方面虧空為4.559和0.277。結合綜合指標構成可見，該單元非DEA有效原因在于休憩設施、無障礙設施以及自行車停車設施很完善；而相對于投入，該單元過街等待時間較長，步行和自行車出行比例較低。評價單元5在路網設施和配套設施方面的剩余為12.499和11.914，在安全和便捷方面的虧空為3.969和15.042。結合綜合指標構成可見該單元非DEA有效的原因在于步行道和自行車道密度較高、寬度較大；而相對于投入，該單元的步行取車距離及過街等待時間較長。

5 結語

本文在對步行和自行車出行進行需求分析的基礎上，從系統(tǒng)輸入(設施水平)和系統(tǒng)輸出(運行水平)兩方面建立步行和自行車交通系統(tǒng)評價指標體系，確定各指標的計算模型，并用實例進行試算和初步驗證。由于步行和自行車是兩種不同的交通方式，兩種設施建設水平不一定一致，在今后的研究中有必要將二者分開分別評價，有的放矢提高評價的準確度。

表4 評價指標權重Tab.4 Weighted evaluation index

表5 綜合指標規(guī)范值Tab.5 Comprehensive index criteria

表6 各評價單元DEAHP求解結果Tab.6 The DEAHP model results for different evaluation unit

表7 4，5單元輸入剩余和輸出虧空值Tab.7 The input surplus and output deficit of evaluation unit 4 and 5

References:

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Liu Ying,Luo Ji,Wu Yuexin.Details Design ofHuman Oriented Urban Slow Traffic Planning[J].City Planning Review,2011.35(6):82-85.

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[4]夏天.城市區(qū)域慢行交通系統(tǒng)化研究[D].北京：北京交通大學，2011.

[5]楊波.行人過街系統(tǒng)規(guī)劃研究[D].成都：西南交通大學，2009.

[6]景超.行人過街交通特性研究[D].長春：吉林大學，2007.Jing Chao.Study on Pedestrian Crossing Characteristics[D].Changchun:Jinlin University,2007.

Evaluation System for Pedestrian and Bicycle Transportation

TengAibing1,Han Zhubin1,Li Xuhong2,Fei Jinfeng1,An Mingjuan1
(1.Nanjing Green Transport Planning Co.Ltd.,Nanjing Jiangsu 210029,China;2.College of Transportation,Southeast University,Nanjing Jiangsu 210096,China)

Existing studies on pedestrian and bicycle transportation in China focus mainly on planning strategies and methods and little on comprehensive evaluation system.Through analyzing pedestrian and bicycle travel demand,this paper discusses the pedestrian and cycling travel requirements for safety,equity,convenience and comfortableness.Based on the system analysis,the paper proposes a primary index system with cross-analysis method.An improved evaluation system including 10 facility indices and 6 operation indices is obtained through test and optimization.The paper presents the functionalities and computational models of each index respectively.Case studies conducted with 6 zones in Jiawang district in Xuzhou,Jiangsu are presented to demonstrate this methodology applicability.

transportation planning;pedestrian transportation;bicycle transportation;evaluation system

2015-01-07

滕愛兵(1983—)，男，江蘇淮安人，碩士，工程師，副總工程師，主要研究方向：城市綜合交通、軌道交通、公共交通。E-mail:464615206@qq.com