城市非机动车出行安全影响因素和改善综述

杜志刚 刘 婷 焦方通 许富强

(武汉理工大学交通与物流工程学院 武汉 430063)

0 引 言

随着我国城市化进程的加快,城市规模急速扩大、人口向城市聚集,城市交通量呈现爆发式的增长,小汽车的数量出现溢出,拥堵问题越来越严重.在此背景下,政府大力发展绿色交通、公共交通、慢行交通,非机动车(含电动自行车和自行车,后文非机动车均指电动自行车和自行车)以其灵活、方便、通过性强的特点占了城市居民出行交通工具很大的比例,也导致非机动车交通安全问题日益突出.同时,人们的出行需求与城市原有的交通规划、空间利用和交通设施的不适应性增强,传统的解决方案一般为进行工程改造或强制执法等方式,缺乏一个统筹考虑的综合解决方案.

针对上述问题,文中通过总结城市非机动车出行的典型问题,对现有措施的综合评价,指出非机动车安全改善方向,基于非机动车的出行路径与出行效率,提出非机动车的交通安全改善方法,以期提高非机动车的出行效率,改善我国当前的城市非机动车的交通出行环境,提升非机动车的出行安全.

1 非机动车出行安全研究现状

1.1 非机动车交通事故特性

2017—2020年间,全国共发生涉及非机动车的交通事故102 718起,涉及非机动车的交通事故年增长率为0.65%,这一数据明显高于其他出行方式[1-3].2020年,全国涉及非机动车的交通事故死亡人数为4 373人,2017—2020年4年间全国发生涉及非机动车的交通事故死亡人数年增长率为0.46%,这一数据相较于增长的行人和乘车人数量明显居高,而汽车、摩托车、拖拉机等出行方式的交通事故死亡人数是在减少的.当前涉及非机动车的交通事故死亡量呈现上升趋势,非机动车正出现高出事率、高致死率的特征.

对于事故区域,程波等[4-5]的研究表明:涉及非机动车的交通事故发生在路口的比例约为36%,发生在基本路段的比例为45%,发生在开口路段的比例为19%.对比得出涉及非机动车的交通事故发生区域较为平均,但相对来说多发生于基本路段.

1.2 非机动车出行典型问题

非机动车出行的典型问题——强行换道和机非混行的原因主要体现在交通规划者视角和道路使用者视角两方面,见表1.

表1 非机动车出行典型问题体现角度

1.2.1交通规划者视角

近年来我国共享单车广泛应用,非机动车数量增长迅猛,而城市的规划、市区的道路网结构,以及道路的配套基础设施的建设等相对滞后,导致非机动车出行相对易出现更多的安全问题.从交通规划者的视角来看非机动车出行的问题可归纳为两个方面:非机动车的骑行影响干扰因素和交通流参数特征.

在骑行影响干扰因素方面,Putman等[6]使用了回归分析的方法分析了是否有电动车、自行车专用道路,以及非机动车道宽度等对非机动车运行情况的影响.黄海军[7]通过机非干扰数据,用延误、通行能力作为评价指标对机动车对非机动车的影响进行评价.叶晓飞等[8]建立了计算机模型,得到了非机动车的有效宽度对非机动车的运行有正向影响的结论.Osama等[9]发现非机动车联通度与事故数为显著正相关的关系,即放射状、环状路网等路网形式比传统的方格状路网更安全.Popescu等[10]建立了宏观安全分析模型,模型以TAZ为研究单元,研究发现主干道道路长度与非机动车事故存在显著正相关关系.崔力中[11]对设有非机动车待行区的交叉口进行了研究,以TTC作为指标侧重于机非冲突.

在交通流参数特征方面,景春光等[12]对机非冲突的机理进行了研究,包括了非机动车流在交叉口的通过规律及划线隔离路段的机非冲突问题.单晓峰等[13]对非机动车的骑行速度进行了探究,发现非机动车的骑行速度总是接近正态分布的趋势.刘珈铭等[14]研究了非机动车的聚集和消散过程.王丹[15]以实测数据为基础,研究了不同电动车、自行车混合比例下的交通特性.

1.2.2道路使用者视角

从道路使用者的视角出发看非机动车出行的问题,包括非机动车骑行者的骑行行为和非机动车骑行规划两方面.

在骑行者的骑行行为方面,Lin等[16]对中国昆明的电动车和自行车的速度特性的研究表明:电动车比自行车的速度快7 km/h,男骑行者的骑行速度比女骑行者快,年轻人骑行速度比老年人快.Emond等[17]利用Logistic回归模型探究了骑行者的行为与骑行者性别、受教育程度和社交环境之间的关系.张磊等[18]通过计划行为理论,从社会心理学的角度对骑行者的不安全行为进行了分析并为不安全行为建立了模型,确定了具有不安全行为的重点人群.Kasm等[19]基于曼哈顿的数据,建立了三个模型,结果发现逆行和侵入相邻车道是造成死亡和事故的最重要原因.

在非机动车骑行规划方面,马国忠等[20]认为非机动车的骑行速度越大,骑行者单位时间内接受的信息越多,同时对所接受的信息进行判断的时间也就越少,并且速度越大注意点越远,更容易形成冲突.梁春岩[21]对非机动车的集群进行了定义,并研究发现自行车聚集的过程存在伸缩特性.沈家军等[22]针对道路交叉口的机非冲突问题,提出了公式可用于机非冲突发生率,得到了机非冲突发生率会随着非机动车流率的增长而增长的计算结果.王曼丽[23]针对非机动车和骑行者的特性,分析了机非冲突产生的类型和原因.肖梁等[24]对自行车的微观行为进行了动力学建模,在行为模型层面引入轨迹选择行为,模拟得到的多主体选择模型具有合理性.王轶[25]将非机动车超车分为自由超车、延误超车和邻近超车三类,并构建了机非混行路段的超车模型.周旦等[26]研究建立了回归模型,分析了非机动车道的内超车次率和电动自行车超车次率的显著影响因素.Petzoldt等[27]分析了自行车和电动自行车的交通冲突情况,结果表明,电动自行车在冲突前的速度相较于自行车更高.

1.3 现有安全改善措施

1.3.1法规管理

由于非机动车灵活、轻便、不确定性大,难以像机动车一样进行有效、完善的管理,上路时安全隐患较多,我国多个城市通过禁行、划定限行区,以及限行时段等策略对非机动车进行安全管理.

1.3.2政策管理

非机动车的宏观管理是目前最经济、最普遍且必须的一种改善方式,用于提高非机动车行驶的规范性与安全性.管理政策的落脚点一般在于头盔的使用和管理控制方式的发布.

Osberg等[28]对美国和法国的非机动车骑行情况进行对比分析,发现两地不同的法律和政策造成了两地非机动车对于头盔和夜间行车灯的使用.Karl等[29]认为除了需要进行工程措施的改善或提高人们的认知外,非常有必要增加头盔的使用,以此提高道路使用者的安全.

章茵[30]对南京、常州、铜陵三个大中小城市分别展开调查,基于多个影响因子建立了非机动车使用前后的方式选择模型,根据不同城市特征下的非机动车出行特征,对大中小城市分类提出不同的管理办法,用于提升交通安全.张宁[31]针对南京市电动自行车发展现状,分析了电动自行车的出行和安全特性,并从骑行者和非骑行者两种角度提出了管理建议.Kroesen等[32]建立了一个概念结构方程模型,并使用荷兰的数据进行估计.结果显示,电动自行车的极大地减少了传统自行车的使用,也在较小程度上减少了汽车和公共交通工具的使用,因此得出交通管理方面应主要从电动自行车的角度出发.Ou等[33]对有信号控制的交叉口的非机动车行驶轨迹和交通冲突进行了研究,并提出了一种禁止电动自行车闯红灯和逆行的控制方法.

1.3.3工程方面

非机动车交通的特殊性,要求其对于工程方面的设施规划、几何设计和信号控制等更加完备有效.工程改造对于非机动车的交通安全带来的影响往往是最直接的,短时间内能看到的成果是最显著的,这方面的研究往往从交叉口作为重点出发,对其进行工程方面的改造,再对基本路段进行补充延伸.

童蔚苹等[34]针对双向左转信号控制交叉口,分析了各个交通方式的运行特征,认为设置非机动车专用信号,可以有效减少交叉口的交通冲突.张水潮[35]建立了机非软隔离路段跨界行驶流量临界值模型,当非机动车流量超过临界值时,可设置机非硬隔离设施提高交通安全.Yang等[36]提出了一种新的风险分析方法,能够对自行车事故的严重程度进行预测,并提出应设置更多独立非机动车道和专用信号灯.张国强等[37]分析了有信号控制交叉口非机动车过灯规律,从渠化和信号控制两方面给出了方案.顾金刚等[38]研究了适应非机动车通行需求的交叉口渠化岛的信号控制通行组织优化方法.程振等[39]选取2种渠化方案,以指标定量描述T型交叉口的交通运行情况,对方案实施前后进行对比分析,得到非机动车道出入口彩铺块可明确地指引非机动车行驶;机非隔离护栏把非机动车侵占机动车道比率下降了29.2%.

1.3.4教育方面

Hooshmand等[40]发现在不同的学校及不同的课程中,学生相对于不在学校学习都会获得更多的非机动车交通安全知识,与指导教师无关.Assailly[41]使用了标志性的论文、交通安全研究机构的合作报告,以及专家的书籍作为材料,提出了模拟器在提高危险感知技能和校准个人驾驶能力方面的效率的应用领域.Hatfield等[42]基于自然骑行数据来评估安全骑行,针对儿童骑车行为提出了骑车安全倡议.季诺亚[43]以建构主义理论、费曼学习法,以及前喻文化理论为基础为家庭内部双向学习制定了应用路线,有效提升了儿童的道路危险感知能力.

2 非机动车出行安全改善研究思路

非机动车出行安全与道路条件、交通流,以及道路使用者有很大的关系,但是从有效提升安全的角度出发,最简洁、最易改善的应该为出行条件.因此,需要根据非机动车车流的特性,通过分析,重构非机动车行驶路径,提升城市非机动车出行的安全.城市非机动车出行安全改善思路见图1.

图1 非机动车出行安全改善研究思路

2.1 非机动车交通流特征

1) 不稳定性 当前我国交通规划设计的主要考虑对象为机动车,在目前非机动车数量激增的情况下,非机动车容易与其他交通混行,特别是没有非机动车专用相位的两相位的信号交叉口,交通的混行情况更加严重.而且非机动车群体在交通中处于相对弱势的地位,由于害怕和紧张的心理,非机动车易出现不稳定的行驶状态,不能像其它车辆一样保持稳定的行驶路径.

2) 聚集性 在一个信号周期内从基本路段驶过来的大量非机动车遭遇红灯停在路口内,在待行区并排停车等待,当进入绿灯周期,停车等待的大量非机动车并排呈群体性的快速驶入交叉口内,容易给机动车的正常行驶产生严重影响.

3) 个体差异大 非机动车的骑行者年龄、技术、知识素养等都差别较大,同时非机动车的启动时间相较于机动车来说较短,且机动灵活.

4) 穿插性 不同方向、不同地域行驶的各种机动车车流、非机动车车流存在合流、分流和交织的情况,由于非机动车车型娇小、启动快具有灵活性,当非机动车与其他车流进行交织时容易寻找到可穿越间隙通过,机动车车流往往被迫中断.

2.2 非机动车出行安全改善原则

2.2.1专有路权

专有路权即非机动车的路权与其他车辆的路权分开,根据路权分类可将其分为时间维度上的专有路权和空间维度上的专有路权.空间上的专有路权强调横断面的路权分配,最好是非机动车道、机动车道、人行道分开设置,非机动车道可设置两条车道,方便对向来车或同向超车.

目前主要的措施主要集中于空间维度上的专有路权.时间维度上的措施主要有信号灯配时增加非机动车相位;空间维度上的措施主要分为交叉口的专有路权措施和普通路段的专有路权措施,交叉口的专有路权措施为设置非机动车待行区,普通路段的专有路权措施有划线分隔、物理分隔、停车带分隔和空间分隔.各类做法设置见图2.

图2 专有路权各类措施

各类型的专有路权措施的定义、设置特征以及特点分析见表2.

表2 专有路权各类措施分析

2.2.2路权连续

多数城市解决交通拥堵的方法集中于挤压非机动车道及人行道来为机动车增加道路空间,特别是交叉口、弯道等特殊路段,非机动车易出现意料之外的横向移动、压实线行驶,以及强行变道,出现典型的交通失范行为.要减少这种交通失范行为的发生需要保障非机动车路权的连续性,让非机动车不需要通过强行变道侵占其他交通的路权来保证自己的路权.保证非机动车行驶路权连续是提高城市非机动车安全的重要原则之一.

路权连续即非机动车的路权不中断,交叉口或弯道等特殊路段也保证路权连续.当前主要保证路权连续的措施从交叉口等地着手.各类做法见图3.非机动车导向线和渠化线是从空间路权的角度实行路权连续的原则,两阶段放行是从时间路权的角度实行路权连续的原则.

图3 路权连续各类措施

各类型路权连续措施的定义、设置特征以及特点分析见表3.

表3 路权连续各类措施分析

2.2.3共享路权

交通系统的每一个参与部分都是重要不可或缺的,在实行非机动车的安全提高措施时应强调各参与部分的平等性.无法设置非机动车道的地方如医院、中小学附近等地,利用共享路权设置混合车道.

根据各部分交通的特点,需要保证交通资源的公平性,明确共享主体为交通设施,共享对象为用路人,保证非机动车路权大于机动车路权.主要措施从两个方面出发,一方面是提高连通性,措施有斜坡式路缘石,可方便非机动车推行、平面路缘石/柔性交通柱设计,可为人行道提供隔挡同时兼顾两侧联系;另一方面需标明共享车道,例如混合车道设置非机动车标识.各项措施见图4.

图4 共享路权各类措施

各类型共享路权措施的设置特征以及特点分析见表4.

表4 共享路权各类措施分析

3 结 论

1) 非机动车交通事故数量快速上升,且事故的致死率高,事故大多发生在基本路段,这与非机动车路权有深层关系,是交叉作用的结果.

2) 非机动车出行的典型问题总结为交通规划者视角和道路使用者视角两方面.从交通规划者的视角看,非机动车的需求与道路网结构以及道路配套设施不匹配;从道路使用者的视角看,我国混合交通严重,非机动车使用者缺少规范系统的培训,且在交通事故中处于弱势,易受到伤害.

3) 提出城市非机动车出行安全综合改善理论.基于非机动车交通流特征的分析,提出专有路权、路权连续、以及共享路权三个方面的原则作为提高城市非机动车出行安全的理论指导.本文提出的综合改善理论主要为理论指导,下一步需通过仿真实验完善方法并验证其效果.