混合非機(jī)動(dòng)車交通流路段的車道寬度設(shè)計(jì)方法

張衛(wèi)華， 王雅齋， 周 暢

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，安徽 合肥 230009; 2.杭州市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州 310006)

0 引言

近10 a來(lái)隨著電動(dòng)自行車行業(yè)的飛速崛起，非機(jī)動(dòng)車道常呈現(xiàn)出自行車、電動(dòng)自行車與三輪車混合行駛的狀況，單一的非機(jī)動(dòng)車流理論已不適用于混合非機(jī)動(dòng)車交通流特性的分析。因此，研究混合非機(jī)動(dòng)車交通流特性對(duì)于合理規(guī)劃非機(jī)動(dòng)車道路資源，提高交通服務(wù)水平等意義重大。國(guó)外研究多集中于非機(jī)動(dòng)車在騎行影響因素方面的研究，CHNEY[1]、KATHRYN[2]等通過(guò)對(duì)騎行的傳統(tǒng)自行車進(jìn)行調(diào)查記錄，并依據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)建立了交通流3個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系，以及結(jié)合分析騎乘者心理以及生理等方面的特征，探究影響自行車運(yùn)行的主要因素。CHERRY[3-4]等以非機(jī)動(dòng)車基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為依據(jù)，分析了電動(dòng)自行車的流動(dòng)性、安全性和可達(dá)性。而國(guó)內(nèi)的研究成果多集中在非機(jī)動(dòng)車安全特性與交通流特性方面，王丹[5-8]等通過(guò)對(duì)電動(dòng)自行車不同的混入比例進(jìn)行研究，建立混合非機(jī)動(dòng)車速度-流量關(guān)系模型，以及結(jié)合實(shí)地觀測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)建混合非機(jī)動(dòng)車交通流3個(gè)參數(shù)的關(guān)系。王亞濤[9-10]等通過(guò)查詢相關(guān)非機(jī)動(dòng)車專用道的設(shè)計(jì)規(guī)范，從道路功能和實(shí)際使用效果出發(fā)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析的手段得出非機(jī)動(dòng)車道的寬度及專用車道數(shù)的計(jì)算方法。綜上所述，國(guó)內(nèi)外針對(duì)混合非機(jī)動(dòng)車流的系統(tǒng)性研究成果較少，結(jié)合交通流特性研究進(jìn)行合理規(guī)劃道路交通資源的成果更是不多見(jiàn)。本文以混合非機(jī)動(dòng)車交通流為研究對(duì)象，通過(guò)采集實(shí)地?cái)?shù)據(jù)確定非機(jī)動(dòng)車道上日常騎行的非機(jī)動(dòng)車混合比例范圍，將各類非機(jī)動(dòng)車交通量統(tǒng)一換算成標(biāo)準(zhǔn)自行車交通量并進(jìn)行交通流特性分析，構(gòu)建混合非機(jī)動(dòng)車交通流3個(gè)參數(shù)關(guān)系模型，根據(jù)研究結(jié)論提出兩種非機(jī)動(dòng)車道寬度設(shè)計(jì)方法，并依據(jù)路段交通服務(wù)水平標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算得出非機(jī)動(dòng)車道的設(shè)計(jì)寬度結(jié)果并驗(yàn)證模型。

1 混合非機(jī)動(dòng)車交通流數(shù)據(jù)采集與理論分析

1.1 數(shù)據(jù)采集

1.1.1采集時(shí)間與地點(diǎn)

為了使數(shù)據(jù)獲取更加全面準(zhǔn)確，選取合肥市馬鞍山路、南一環(huán)路等6個(gè)路段進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。被選路段具有機(jī)動(dòng)與非機(jī)動(dòng)車道分離；非機(jī)動(dòng)車流量較大；調(diào)查范圍附近盡可能不存在出入口，避免機(jī)動(dòng)車駛?cè)腭偝霎a(chǎn)生干擾等特點(diǎn)。為了保證數(shù)據(jù)采集時(shí)間的多樣性及有效性，采取在部分點(diǎn)位錄制了工作日的早晚高峰的交通實(shí)況，另一部分的采集時(shí)間則覆蓋了工作日與非工作日的早晚高峰及平峰時(shí)段。

表1 數(shù)據(jù)采集時(shí)間地點(diǎn)匯總表Table1 Datacollectiontimeandplacesummarytable編號(hào)地點(diǎn)日期時(shí)段1淝濱路2018.10.10早、晚高峰2馬鞍山路北段2018.5.3.早、晚高峰、平峰3馬鞍山路南段2018.5.6./2018.5.9.早、晚高峰、平峰4南一環(huán)(徽州大道與寧國(guó)路段)2018.10.11早、晚高峰5南一環(huán)(馬鞍山路與寧國(guó)路段)2018.10.12早、晚高峰6徽州大道(南熏門(mén)橋北段)2018.10.15早、晚高峰

1.1.2數(shù)據(jù)采集方法

a.對(duì)于道路物理?xiàng)l件與幾何參數(shù)，采用實(shí)地勘察法，主要對(duì)非機(jī)動(dòng)車道寬度、機(jī)動(dòng)車道寬度、分隔帶種類、道路位置、交叉路口距攝像頭的距離等進(jìn)行相關(guān)調(diào)查和記錄。

b.調(diào)查交通流參數(shù)，包括非機(jī)動(dòng)車交通速度、密度、流率。主要采用視頻錄攝的方法，利用三腳架相機(jī)拍攝路段交通實(shí)況，見(jiàn)圖1、圖2。相對(duì)而言較近的拍攝距離可以捕捉到更為細(xì)節(jié)的騎行者個(gè)體特征，例如騎行者的年齡、性別、是否存在違章騎行行為等，從而對(duì)于這些特征進(jìn)行深入研究。

圖2 視頻錄攝示意圖

圖1 路邊支設(shè)攝像機(jī)拍攝

1.2 數(shù)據(jù)處理

獲取選定觀測(cè)點(diǎn)調(diào)查視頻后，需要從中提取研究混合非機(jī)動(dòng)車交通流特性所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其中，路段與交叉口固有條件與幾何參數(shù)以及調(diào)查時(shí)段固有特征在視頻錄攝時(shí)即可進(jìn)行采集記錄。交通參數(shù)、非機(jī)動(dòng)車騎行者個(gè)體特征則需要從錄攝視頻中提取。本文采用Premiere Pro對(duì)視頻進(jìn)行播放處理，對(duì)視頻進(jìn)行逐幀播放，以提高數(shù)據(jù)精度。

1.2.1速度數(shù)據(jù)提取

速度是表征交通流狀態(tài)的一個(gè)重要參數(shù)。路段非機(jī)動(dòng)車騎行速度選取的為瞬時(shí)速度：即通過(guò)事先設(shè)置2條間距為L(zhǎng)的標(biāo)志線或是標(biāo)志物，其中L的距離不超過(guò)2.5 m，記錄非機(jī)動(dòng)車到達(dá)第1條標(biāo)志線的時(shí)刻t1，到達(dá)第2條標(biāo)志線的時(shí)刻t2，從而得到非機(jī)動(dòng)車通過(guò)間距L的行程時(shí)間，進(jìn)而得到瞬時(shí)速度。

1.2.2流率數(shù)據(jù)提取

流量為單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)道路斷面或車道的非機(jī)動(dòng)車輛數(shù)，而流率則是不足1 h通過(guò)道路斷面或車道的非機(jī)動(dòng)車輛數(shù)換算成的單位時(shí)間通過(guò)車輛數(shù)，用q表示，采用Premiere Pro播放錄攝視頻，以30 s為時(shí)間間隔，分別統(tǒng)計(jì)騎行在非機(jī)動(dòng)車道上的混合非機(jī)動(dòng)車數(shù)量。

1.2.3密度數(shù)據(jù)提取

通常交通密度定義為線密度，即為單位路段長(zhǎng)度上存在的車輛數(shù)。而非機(jī)動(dòng)車道上沒(méi)有劃分僅供一輛非機(jī)動(dòng)車騎行的車道線，所以對(duì)于非機(jī)動(dòng)車采用線密度的概念顯然不合適。非機(jī)動(dòng)車密度應(yīng)當(dāng)采用面密度進(jìn)行計(jì)算，即為單位面積上存在的車輛數(shù)，用k表示，其計(jì)算公式如式(1)：

(1)

式中：N為統(tǒng)計(jì)面積上存在車輛數(shù)；L為統(tǒng)計(jì)面積長(zhǎng)；W為統(tǒng)計(jì)面積寬。

上述公式為靜態(tài)密度的計(jì)算公式，而動(dòng)態(tài)密度則需要采取算術(shù)平均的概念進(jìn)行計(jì)算。上文提到對(duì)于路段的流率以30 s為統(tǒng)計(jì)時(shí)間間隔，則密度也以30 s進(jìn)行分組統(tǒng)計(jì)，動(dòng)態(tài)密度計(jì)算公式如式(2)：

(2)

式中：ki為30 s內(nèi)每個(gè)整數(shù)秒時(shí)刻統(tǒng)計(jì)面積上存在的非機(jī)動(dòng)車數(shù)；L為統(tǒng)計(jì)面積長(zhǎng)；W為統(tǒng)計(jì)面積寬。

1.3 非機(jī)動(dòng)車混合比與換算系數(shù)討論

1.3.1非機(jī)動(dòng)車混合比討論

城市道路上騎行的非機(jī)動(dòng)車主要以自行車與電動(dòng)自行車為主，為分析路段上非機(jī)動(dòng)車道呈現(xiàn)出自行車和電動(dòng)自行車的混合行駛的交通流特性，對(duì)于混合非機(jī)動(dòng)車交通流中三輪車及其他車輛所采集的數(shù)據(jù)予以剔除。由于空間體積與動(dòng)力性能等方面的不同，自行車與電動(dòng)自行車交通運(yùn)行特性也存在著明顯的差異。因此，混合非機(jī)動(dòng)車交通流在不同混合比例(兩類非機(jī)動(dòng)車各自占總數(shù)的比例)的情況下，其混合交通流特性必然存在顯著差異。由此，本文特地統(tǒng)計(jì)了所調(diào)查的6個(gè)路段的非機(jī)動(dòng)車混合比例，詳見(jiàn)表2。

表2 各調(diào)查地點(diǎn)非機(jī)動(dòng)車混合比例統(tǒng)計(jì)表Table2 Non-motorizedvehiclemixingratiostatisticstableateachsurveylocation%編號(hào)地點(diǎn)自行車電動(dòng)自行車1淝濱路12.987.12馬鞍山路北段16.683.43馬鞍山路南段15.184.94南一環(huán)(徽州大道與寧國(guó)路段)11.788.35南一環(huán)(馬鞍山路與寧國(guó)路段)14.285.86徽州大道(南熏門(mén)橋北段)18.381.7

由表2可以看出，兩類非機(jī)動(dòng)車各自占比波動(dòng)不大，自行車所占的比例范圍大約在11%～19%，電動(dòng)自行車所占的比例范圍大約在81%～89%。由于調(diào)查時(shí)間跨度大，樣本量較大，路段共調(diào)查統(tǒng)計(jì)了7 661組樣本，由此可認(rèn)為上述比例范圍即為城市非機(jī)動(dòng)車道上日常騎行的非機(jī)動(dòng)車混合比例范圍，同時(shí)上述比例范圍即為本文所調(diào)查研究的非機(jī)動(dòng)車交通流混合比例范圍。

1.3.2非機(jī)動(dòng)車換算系數(shù)討論

自行車與電動(dòng)自行車在空間體積與動(dòng)力性能等方面各不相同，在分析計(jì)算時(shí)，需要將交通組成中各類非機(jī)動(dòng)車交通量換算成標(biāo)準(zhǔn)自行車(Beu)的交通量。而非機(jī)動(dòng)車換算系數(shù)即是將混合非機(jī)動(dòng)車交通流中的各種非機(jī)動(dòng)車型轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)自行車(Beu)的當(dāng)量值。由于非機(jī)動(dòng)車換算系數(shù)在不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下取值是不同的，而本文研究的是動(dòng)態(tài)交通流特征關(guān)系，于是在計(jì)算非機(jī)動(dòng)車流率時(shí)參照動(dòng)態(tài)計(jì)算方法進(jìn)行換算[11]。因此，得出各類非機(jī)動(dòng)車的換算系數(shù)如下：自行車為1,電動(dòng)自行車為1.24,三輪車為2。

2 混合非機(jī)動(dòng)車交通流3個(gè)參數(shù)關(guān)系分析

通過(guò)實(shí)地拍攝采集的合肥市6個(gè)路段早晚高峰各半小時(shí)的混合非機(jī)動(dòng)車數(shù)據(jù)共7 661組樣本進(jìn)行分組研究，以探究混合非機(jī)動(dòng)車流速度、密度、流率的3個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系。此處速度為時(shí)間平均車速，流率與密度采用的是折算為標(biāo)準(zhǔn)自行車(Beu)的交通量。

2.1 流率與密度關(guān)系分析

由混合非機(jī)動(dòng)車流率隨密度變化的散點(diǎn)圖可以看出，在非機(jī)動(dòng)車道密度接近于0時(shí)，非機(jī)動(dòng)車流率也趨近于0，同時(shí)混合非機(jī)動(dòng)車流率隨著密度的增大而增大。另外在觀察散點(diǎn)圖時(shí)，可發(fā)現(xiàn)流率密度散點(diǎn)圖模型與線性、二次多項(xiàng)式均較為相近，進(jìn)行兩類回歸方程擬合，擬合結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可以發(fā)現(xiàn)兩類回歸方程擬合效果均較好，選取R2值較大的二次回歸方程作為擬合模型。

圖3 路段混合非機(jī)動(dòng)車流率-密度擬合曲線

為進(jìn)一步確保擬合模型的準(zhǔn)確性，進(jìn)行F檢驗(yàn)與t檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 路段混合非機(jī)動(dòng)車流率-密度二次回歸模型檢驗(yàn)Table3 Roadsegmentmixednon-motorizedvehicleflowrate-densityquadraticregressionmodeltestRR2調(diào)整R2估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)誤差0.9040.8170.8170.036ANOVA平方和df均方Fp回歸3.90121.9511505.418<0.001殘差0.8736740.001——總計(jì)4.775676———未標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)B標(biāo)準(zhǔn)誤差Betatp密度3.2810.0931.20835.309<0.001密度??2-5.9350.553-0.367-10.725<0.001常數(shù)0.0080.003—2.8300.005

由表3可知，路段混合非機(jī)動(dòng)車流率-密度二次回歸方程的R2為0.817，具有較好的擬合性，表明流率與密度之間具有顯著的二次關(guān)系；模型的F方差分析與T檢驗(yàn)顯著性概率p均小于0.05，說(shuō)明模型具有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。則路段混合非機(jī)動(dòng)車流率-密度二次回歸方程為：

q=-5.935k2+3.281k+0.008

(3)

2.2 速度與流率關(guān)系分析

混合非機(jī)動(dòng)車速度隨流率變化的散點(diǎn)圖見(jiàn)圖4，可以看出當(dāng)混合非機(jī)動(dòng)車單位寬度上的流率較小時(shí)，混合非機(jī)動(dòng)車速度1～7 m/s都有較為密集的分布，分布跨度較大，當(dāng)流率到達(dá)一定值的時(shí)候，混合非機(jī)動(dòng)車速度隨著非機(jī)動(dòng)車流率的增大呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。在圖3可知混合非機(jī)動(dòng)車流率與密度曲線符合二次曲線，而所調(diào)查的樣本絕大多數(shù)的密度都小于臨界密度，此時(shí)的流率隨著密度的增大而增大。

圖4 路段混合非機(jī)動(dòng)車速度-流率散點(diǎn)圖

為分析路段上非機(jī)動(dòng)車道呈現(xiàn)出自行車和電動(dòng)自行車的混合行駛的交通流特性，對(duì)于混合非機(jī)動(dòng)車交通流中，三輪車及其他車輛所采集的無(wú)效數(shù)據(jù)予以剔除。觀察散點(diǎn)圖可知，速度-流率模型為分段函數(shù)，流率q0=0.2 bikes/sm為臨界點(diǎn)，且大于臨界點(diǎn)部分散點(diǎn)圖與線性、二次多項(xiàng)式均較為相近，故將流率大于0.2 bikes/sm的散點(diǎn)進(jìn)行兩類回歸方程擬合，擬合結(jié)果見(jiàn)圖5。由圖5可以發(fā)現(xiàn)兩類回歸方程擬合效果均相近且較好，選取R2值較大的二次回歸方程作為擬合模型。同時(shí)為了進(jìn)一步確保擬合模型的準(zhǔn)確性，進(jìn)行F檢驗(yàn)與t檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。

圖5 路段混合非機(jī)動(dòng)車速度-流率擬合曲線

表4 路段混合非機(jī)動(dòng)車速度—流率二次方程回歸模型檢驗(yàn)Table4 Roadsegmentmixednon-motorizedvehiclespeed-flowratequadraticregressionmodeltestRR2調(diào)整R2估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)誤差0.9380.8790.8680.167ANOVA平方和df均方Fp回歸34.015217.008517.424<0.001殘差1.57848 0.033——總計(jì)35.59350 ———未標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)B標(biāo)準(zhǔn)誤差Betatp流率8.2133.1611.2132.598<0.001流率??2-32.5085.170-2.176-6.288<0.001常數(shù)4.4350.476—7.685<0.001

由表4可知，路段混合非機(jī)動(dòng)車速度-流率指數(shù)回歸方程的R2=0.879,具有十分好的擬合性，速度與流率之間具有顯著的二次關(guān)系；模型的F方差分析與T檢驗(yàn)顯著性概率p均小于0.05，說(shuō)明模型具有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。則：

V=-32.508q2+8.213q+4.435

(4)

對(duì)q≤0.2 bikes/sm的所有篩選后的樣本速度,求得平均值為V0=4.541 m/s；當(dāng)q=0.2 bikes/sm時(shí)，代入式(4)，得V=4.777 m/s，兩者相對(duì)誤差為4.94%<5%。說(shuō)明模型對(duì)實(shí)際情況擬合較好。因此，路段混合非機(jī)動(dòng)車速度-流率關(guān)系模型如下：

(5)

3 路段非機(jī)動(dòng)車道寬度規(guī)劃設(shè)計(jì)

3.1 非機(jī)動(dòng)車道寬度設(shè)計(jì)方法

通過(guò)調(diào)查機(jī)非交通流，設(shè)置物理隔離路段的所得數(shù)據(jù)，并將混合非機(jī)動(dòng)車流中各類非機(jī)動(dòng)車交通量換算成標(biāo)準(zhǔn)自行車(Beu)的交通量，分析得出路段混合非機(jī)動(dòng)車3個(gè)參數(shù)關(guān)系。因此在修建或改建道路采用機(jī)非物理隔離方式時(shí)，非機(jī)動(dòng)車道的寬度可以采用路段混合非機(jī)動(dòng)車3個(gè)參數(shù)模型進(jìn)行估計(jì)，依據(jù)為《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ37-2012)[12]里的路段自行車道服務(wù)水平分級(jí)表，見(jiàn)表5。

表5 路段自行車道服務(wù)水平分級(jí)Table5 Roadsectionbikewayservicelevelclassification服務(wù)水平等級(jí)騎行速度/(km·h-1)占用道路面積/m2負(fù)荷度一級(jí)(自由騎行)>20>7<0.40二級(jí)(穩(wěn)定騎行)20～157～50.55～0.70三級(jí)(騎行受限)15～105～30.70～0.85四級(jí)(間斷騎行)10～5<3>0.85

3.1.1基于流率-密度模型的非機(jī)動(dòng)車道寬度設(shè)計(jì)方法

由非機(jī)動(dòng)車流率-密度模型為二次回歸方程的函數(shù)特性可知，當(dāng)自變量密度k取函數(shù)對(duì)稱軸值k=-b/2a時(shí)，函數(shù)也就是因變量流率取得最大值qmax。將單位寬度每秒流率(bikes/sm)轉(zhuǎn)換為單位寬度每小時(shí)流量(bikes/hm)，所求得的qmax，即為單位寬度非機(jī)動(dòng)車道的最大通行能力。然后根據(jù)設(shè)計(jì)路段的自行車道服務(wù)水平等級(jí)，依據(jù)《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》里面的路段自行車道服務(wù)水平分級(jí)表，查找得出在設(shè)計(jì)服務(wù)水平等級(jí)下的設(shè)計(jì)車道負(fù)荷度γ，進(jìn)而求得非機(jī)動(dòng)車道單位寬度設(shè)計(jì)通行能力qd，最后結(jié)合新建或改建的需求交通量Qd求得非機(jī)動(dòng)車道寬度。

由路段混合非機(jī)動(dòng)車流率-密度關(guān)系模型可知二次函數(shù)對(duì)稱軸值，即最大流率對(duì)應(yīng)密度：

(6)

進(jìn)而將式(6)代入式(3)，求得混合非機(jī)動(dòng)車道單位寬度流率最大值，即為單位寬度非機(jī)動(dòng)車道的最大通行能力：

0.461

(7)

qmax由單位寬度每秒流率(bikes/sm)換算為單位寬度每小時(shí)流量(bikes/hm)。求得qmax=0.461 bikes/sm=1 659.6 bikes/hm，符合《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中標(biāo)定的設(shè)置機(jī)非分隔設(shè)施路段單條自行車道的設(shè)計(jì)通行能力應(yīng)取范圍1 600～1 800 bikes/h。查詢不同設(shè)計(jì)服務(wù)水平下的設(shè)計(jì)車道負(fù)荷度γ，求得非機(jī)動(dòng)車道單位寬度設(shè)計(jì)通行能力：

qd=qmax×γ

(8)

進(jìn)而結(jié)合需求交通量Qd求得非機(jī)動(dòng)車道寬度：

(9)

式中：D為新建或改建路段非機(jī)動(dòng)車道寬度,m；Qd為新建或改建路段預(yù)測(cè)所得非機(jī)動(dòng)車需求交通量,bikes/h；qd為非機(jī)動(dòng)車道在設(shè)計(jì)速度下對(duì)應(yīng)的單位寬度設(shè)計(jì)通行能力,bikes/hm。

3.1.2基于速度-流率模型的非機(jī)動(dòng)車道寬度設(shè)計(jì)方法

根據(jù)路段的設(shè)計(jì)服務(wù)水平等級(jí)，查找得出該服務(wù)水平等級(jí)下的設(shè)計(jì)騎行速度Vd，從而根據(jù)非機(jī)動(dòng)車速度-流率模型，求出設(shè)計(jì)騎行速度對(duì)應(yīng)的單位寬度非機(jī)動(dòng)車道設(shè)計(jì)通行能力qd，同時(shí)結(jié)合需求交通量Qd，從而可以求出非機(jī)動(dòng)車道寬度D。

由路段混合非機(jī)動(dòng)車速度-流率關(guān)系模型可知當(dāng)q≤0.2 bikes/sm時(shí)，混合非機(jī)動(dòng)車流完全處于一個(gè)自由流狀態(tài)。故采用q>0.2 bikes/sm時(shí)的路段混合非機(jī)動(dòng)車速度-流率關(guān)系模型，進(jìn)行單位寬度非機(jī)動(dòng)車道設(shè)計(jì)通行能力qd的計(jì)算。

由路段混合非機(jī)動(dòng)車速度-流率關(guān)系式：

移項(xiàng)可得：

由二次方程求根公式可得：

(10)

將所得設(shè)計(jì)服務(wù)水平下的設(shè)計(jì)速度Vd代入式(10)，可以求得非機(jī)動(dòng)車道單位寬度設(shè)計(jì)通行能力qd,并將其由單位寬度每秒交通量bikes/sm換算為單位寬度每小時(shí)交通量bikes/hm，進(jìn)而結(jié)合需求交通量Qd代入式(9)，求得非機(jī)動(dòng)車道寬度D。

3.2 模型驗(yàn)證及分析

已知某路段非機(jī)動(dòng)車交通需求量Qd為2 800 bikes/h，為三級(jí)設(shè)計(jì)服務(wù)水平。為驗(yàn)證基于速度-流率模型與基于流率-密度模型的非機(jī)動(dòng)車道寬度設(shè)計(jì)方法，表6給出了路段三級(jí)設(shè)計(jì)服務(wù)水平范圍內(nèi)不同的車道設(shè)計(jì)速度及相應(yīng)的負(fù)荷度，并得出基于流率-密度模型與基于速度-流率模型所確定的非機(jī)動(dòng)車道寬度計(jì)算結(jié)果,以及兩者之間的絕對(duì)誤差。

依據(jù)《道路交通安全法》第58條規(guī)定：殘疾人機(jī)動(dòng)輪椅車、電動(dòng)自行車在非機(jī)動(dòng)車道內(nèi)行駛時(shí)，最高時(shí)速不得超過(guò)15 km；以及在實(shí)際道路條件下，如果與機(jī)動(dòng)車道有物理隔離的非機(jī)動(dòng)車道寬度超過(guò)3.5 m，就會(huì)出現(xiàn)機(jī)動(dòng)車違法停車而阻礙非機(jī)動(dòng)車的正常通行，而小于等于3.5 m時(shí)一般可確保非機(jī)動(dòng)車有效行駛空間。由表7可知，三級(jí)設(shè)計(jì)服務(wù)水平下，基于速度-流率模型得出的非機(jī)動(dòng)車道寬度計(jì)算結(jié)果，雖普遍高于基于流率-密度模型得出的計(jì)算值，但兩種方法的計(jì)算結(jié)果均小于3.5 m且兩者之間的絕對(duì)誤差在0.5 m之內(nèi)，故本文提出的基于流率-密度模型與基于速度-流率模型的非機(jī)動(dòng)車道寬度設(shè)計(jì)方法均是合理的。另外，由表7可知基于速度-流率模型具有更廣的適用范圍，且計(jì)算得出的結(jié)果更接近3.5 m，也更符合實(shí)際城市道路路段非機(jī)動(dòng)車道的寬度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。因此，本文建議取基于速度-流率模型的計(jì)算結(jié)果，作為最終確定的非機(jī)動(dòng)車道寬度設(shè)計(jì)值。

表6 設(shè)計(jì)服務(wù)水平下非機(jī)動(dòng)車道寬度計(jì)算結(jié)果及絕對(duì)誤差Table6 Calculationresultsandabsoluteerrorsofthewidthofnon-motorizedlaneunderdesignservicelevelm模型驗(yàn)證基于流率-密度模型車道寬度計(jì)算值基于速度-流率模型車道寬度計(jì)算值絕對(duì)誤差Vd1=15km/h,γ1=0.72.913.260.35Vd2=13km/h,γ2=0.82.612.860.25Vd3=10km/h,γ3=0.852.482.520.04

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)實(shí)地采集合肥市6個(gè)路段的交通流數(shù)據(jù)，確定混合非機(jī)動(dòng)車交通流混合比例范圍，建立混合非機(jī)動(dòng)車交通流3個(gè)參數(shù)關(guān)系模型，結(jié)合非機(jī)動(dòng)車道寬度設(shè)計(jì)的影響因素，分別提出基于流率-密度模型與速度-流率模型的非機(jī)動(dòng)車道寬度設(shè)計(jì)方法，為城市混合交通流路段非機(jī)動(dòng)車道寬度設(shè)計(jì)的研究開(kāi)拓了新的思路。最后依據(jù)某路段非機(jī)動(dòng)車的需求交通量，得出三級(jí)設(shè)計(jì)服務(wù)水平下非機(jī)動(dòng)車道寬度的計(jì)算值。結(jié)果表明，本文提出的兩種非機(jī)動(dòng)車道寬度設(shè)計(jì)方法均是可行的，且符合城市道路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其中基于速度-流率模型具有更廣的適用范圍。因此，本文建議非機(jī)動(dòng)車道最終確定的寬度設(shè)計(jì)值選取基于速度-流率模型的計(jì)算結(jié)果。