韋凌翔，廖明軍,2，王志遠(yuǎn)，莊 帥，李宇軒，朱 軍，王紅攝，李夢園

(1.鹽城工學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224051；2.道路災(zāi)變防治及交通安全教育部工程研究中心,湖南 長沙 410076；3鹽城市公安局交通警察支隊，江蘇 鹽城 224002)

電動自行車是指以蓄電池為輔助能源，在普通自行車的基礎(chǔ)上安裝了電機(jī)、控制器、蓄電池、轉(zhuǎn)把等操縱部件和顯示儀表系統(tǒng)的機(jī)電一體化的個人交通工具[1-2]，以其能耗低、無污染以及在城市道路上靈活方便的特點(diǎn)，成為廣大市民中短距離出行者的主要選擇。隨著使用電動自行車群體的急劇膨脹，在城市道路信號交叉口,因電動自行車搶行、侵占機(jī)動車行駛空間、占用機(jī)動車道行駛等降低了城市路網(wǎng)的通行能力，成為誘發(fā)交通事故的重要致因。其中，電動自行車左轉(zhuǎn)的行駛行為因電動自行車車流分散性強(qiáng)、行車曲線不規(guī)則、無電動車左轉(zhuǎn)導(dǎo)游線、與左轉(zhuǎn)機(jī)動車近距離行駛等，成為城市信號交叉口電動自行車交通事故的關(guān)鍵成因之一。因此，開展城市信號交叉口左轉(zhuǎn)電動自行車行駛安全特性與應(yīng)對策略研究可以為我國電動自行車交叉口交通設(shè)計改善、降低交通事故等提供一定的理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

目前國內(nèi)外針對電動自行車的研究多從電動自行車的基本特性和交通效率入手，主要成果有：董艷濤[3]通過實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)分析了路段電動車交通流三參數(shù)基本關(guān)系和交叉口電動自行車的交通特性；葉曉飛等[4]通過對電動自行車與自行車交通特性差異性分析,提出了自行車有效行駛面積的概念；韓寶睿等[5]以交通調(diào)查為基本手段，深入研究電動自行車的有關(guān)交通特性，通過回歸分析等方法,找出電動自行車速度特性的基本規(guī)律；卓曦等[6]為提高城市中心商務(wù)區(qū)電動自行車出行效率，對電動自行車出行誘導(dǎo)技術(shù)進(jìn)行研究；李輝等[7]對自行車與電動自行車對不同軌道交通站點(diǎn)的接駁進(jìn)行了分析，并對兩者的接駁效率進(jìn)行了對比。綜上所述，目前對電動自行車安全性問題的關(guān)注相對有限，并且多是從事故特性等角度進(jìn)行分析[8-11]。

本文在文獻(xiàn)[12]、[13]基礎(chǔ)上，擬對典型信號控制交叉口左轉(zhuǎn)電動自行車通行空間進(jìn)行確定，對典型信號控制交叉口左轉(zhuǎn)電動自行車通行空間交通特性數(shù)據(jù)采集方案進(jìn)行設(shè)計，對典型信號控制交叉口左轉(zhuǎn)同向并行電動自行車橫向間距、左轉(zhuǎn)對向行駛電動自行車避讓行為特性進(jìn)行分析，為改善城市信號交叉口左轉(zhuǎn)電動自行車行駛安全特性提供較為可靠、科學(xué)的理論和數(shù)據(jù)支撐。

1 典型信號控制交叉口左轉(zhuǎn)電動自行車通行空間確定與數(shù)據(jù)采集方案

1.1 典型信號控制交叉口左轉(zhuǎn)電動自行車通行空間確定

目前我國中小城市的道路交叉口控制方式基本采用信號燈控制，大部分交叉口設(shè)置了專門的左轉(zhuǎn)信號相位，本文將具有左轉(zhuǎn)信號相位的平面交叉口定義為典型信號控制交叉口。依據(jù)《城市道路交叉口設(shè)計規(guī)程》[14]等規(guī)范，通過對鹽城市某一道路典型信號控制交叉口平面布局圖的機(jī)動車車流軌跡、電動自行車左轉(zhuǎn)車流軌跡分析，得到圖1所示的典型信號控制交叉口南進(jìn)口與北進(jìn)口左轉(zhuǎn)電動自行車通行空間圖。

1.2 典型信號控制交叉口左轉(zhuǎn)電動自行車數(shù)據(jù)采集方案

錄像采集法是目前非機(jī)動車數(shù)據(jù)采集中最常用的方法，其優(yōu)點(diǎn)是存儲便捷，而且可以重訪獲取細(xì)節(jié)信息。本文以鹽城市某個具有左轉(zhuǎn)電動自行車信號的交叉口為研究對象，采用錄像采集的方式獲取該信號交叉口左轉(zhuǎn)電動自行車行駛安全特性的研究數(shù)據(jù)，調(diào)查時段為某工作日早晚高峰期(7:30—9:30和18:00—20:00)，攝像頭在交叉口的布設(shè)位置如圖2所示。

圖1 典型信號控制交叉口(南進(jìn)口和北進(jìn)口)左轉(zhuǎn)電動自行車通行空間圖Fig.1 Traffic Space map of left-turn electric bicycle for typical signal control intersection

圖2 典型信號控制交叉口左轉(zhuǎn)電動自行車通行空間圖Fig.2 Left-turn electric bicycle space map at typical signal-controlled intersection

由于該交叉口是電動自行車交通事故的多發(fā)地點(diǎn)，本文選取該交叉口東西南北4個方向左轉(zhuǎn)電動自行車的車流數(shù)據(jù)為研究對象。該交叉口左轉(zhuǎn)電動自行車橫斷面情況為：非機(jī)動車(電動自行車)進(jìn)口車道寬度5.0 m，有機(jī)動車和非機(jī)動車分隔帶；非機(jī)動車(電動自行車)出口車道寬度3.0 m，無機(jī)動車和非機(jī)動車分隔帶。

現(xiàn)以拍攝的北進(jìn)口左轉(zhuǎn)電動自行車為例：攝像機(jī)架設(shè)在南進(jìn)口與東出口相接處且靠近人行道邊上，并調(diào)高三腳架的位置，目的是為了避免行人出現(xiàn)在拍攝鏡頭之中，影響視頻拍攝的效果和獲取數(shù)據(jù)的精度。當(dāng)攝像機(jī)架設(shè)完好后，需要進(jìn)一步調(diào)整攝像機(jī)鏡頭的角度，以兼顧北進(jìn)口同向左轉(zhuǎn)電動車之間的距離和南北進(jìn)口對向左轉(zhuǎn)電動車之間的距離，確保它們都在攝像機(jī)拍攝的范圍之內(nèi)。拍攝其他進(jìn)口的攝像機(jī)可以參照上述方法進(jìn)行擺放。

通過上述視頻拍攝進(jìn)行數(shù)據(jù)采集后，利用After Effect軟件和SIMI Motion三維運(yùn)動分析系統(tǒng)獲得該交叉口非機(jī)動車左轉(zhuǎn)交通流的速度及運(yùn)動軌跡數(shù)據(jù)，便于后面的分析計算。

2 典型信號控制交叉口左轉(zhuǎn)電動自行車通行空間交通特性分析

2.1 典型信號控制交叉口左轉(zhuǎn)同向并行電動自行車橫向間距分析

電動自行車騎行時具有搖擺性，屬于非自平衡系統(tǒng)。在電動自行車左轉(zhuǎn)過程中，為保證騎行安全，電動自行車與同向的電動自行車、機(jī)動車之間通常保持一定的橫向安全間距。本文借助After Effect 軟件分別對不同進(jìn)口道的同向并行電動自行車橫向間距、電動自行車與同向機(jī)動車的橫向間距進(jìn)行統(tǒng)計，調(diào)查樣本量均為200個，具體的統(tǒng)計概率累計分布如圖3所示。

圖3 左轉(zhuǎn)電動自行車與同向的電動自行車、機(jī)動車之間橫向間距累計分布概率統(tǒng)計圖Fig.3 Probability and statistics graph of cumulative distribution of lateral distance between left-turn parallel electric bicycles

通過對圖3的統(tǒng)計分析可以發(fā)現(xiàn)：①從整體上看，相同行駛速度時，同向并行的電動自行車橫向間距小于電動自行車與同向的機(jī)動車的橫向間距，這主要是由于電動自行車行駛者為左轉(zhuǎn)的安全性考慮而盡量遠(yuǎn)離處于強(qiáng)勢地位的機(jī)動車，同時也說明同向并行的電動自行車橫向間距更小，相互之間碰撞、刮蹭的概率更大；②對于不同進(jìn)口道的同向并行電動自行車橫向間距而言，橫向間距分布主要集中在0.2～0.7 m之間，電動自行車速度分布主要在0～9 m/s之間，且電動自行車速度越高，橫向間距越大，以避免同向左轉(zhuǎn)電動車之間的碰撞；③對于不同進(jìn)口道的電動自行車與同向機(jī)動車的橫向間距而言，其橫向間距分布主要集中在0.3～0.8 m之間，比同向電動車的橫向間距有所增加，電動自行車速度分布在0～9 m/s之間，且電動自行車速度越高，電動車為求平衡所需的橫向距離越大。

2.2 典型信號控制交叉口左轉(zhuǎn)對向行駛的電動自行車避讓行為分析

信號控制交叉口左轉(zhuǎn)對向行駛電動自行車避讓行為是指對向進(jìn)口道(東西進(jìn)口道或者南北進(jìn)口道)左轉(zhuǎn)電動自行車同時放行時，由于交叉口空間和電動自行車流量較大等問題，為防止電動自行車發(fā)生碰撞，在保證自身安全的前提下進(jìn)行的避讓行為。由于電動自行車的靈活性比較大，且高峰時段電動車流量較大，因此電動車避讓行為經(jīng)常發(fā)生。通常電動車的避讓的行為可分為3個階段，分別為勻速反應(yīng)階段、減速避讓階段和加速離開階段，具體過程如圖4(以東西進(jìn)口道為例)所示。

圖4 左轉(zhuǎn)對向行駛電動自行車避讓行為示意圖Fig.4 Schematic diagram of the avoidance behavior of the opposite-direction left-turn electric bicycle

由于左轉(zhuǎn)對向行駛電動自行車避讓行為發(fā)生的概率與左轉(zhuǎn)電動自行車流量有很強(qiáng)的相關(guān)性，據(jù)此提出左轉(zhuǎn)對向行駛電動自行車避讓行為的調(diào)查方法為：①統(tǒng)計一個信號周期內(nèi)左轉(zhuǎn)相位下進(jìn)入交叉口的車輛數(shù)(以進(jìn)入左轉(zhuǎn)進(jìn)口道停車線為計數(shù)標(biāo)準(zhǔn))；②統(tǒng)計在這個信號周期內(nèi)左轉(zhuǎn)相位下避讓行為的車輛數(shù)；③計算單位時間內(nèi)左轉(zhuǎn)相位下進(jìn)入交叉口的車輛數(shù)，即用統(tǒng)計的一個信號周期內(nèi)左轉(zhuǎn)相位下進(jìn)入交叉口的車輛數(shù)除以這個信號周期內(nèi)左轉(zhuǎn)相位時間(單位：輛/s)；④在平峰和高峰時段內(nèi)重復(fù)①～③得到足夠的統(tǒng)計樣本數(shù)；⑤對采集的數(shù)據(jù)繪制成以單位時間內(nèi)左轉(zhuǎn)相位下進(jìn)入交叉口的車輛數(shù)為橫坐標(biāo)、左轉(zhuǎn)相位下避讓行為車輛數(shù)為縱坐標(biāo)的散點(diǎn)圖。按照上述步驟得到如圖5所示的左轉(zhuǎn)對向行駛電動自行車避讓行為分布圖(包括東西方向與南北方向)。

圖5 左轉(zhuǎn)對向行駛電動自行車避讓行為分布圖Fig.5 Distribution map of the avoidance behavior of the opposite-direction left-turn electric bicycle

通過對圖5分析發(fā)現(xiàn)：①在單位時間電動自行車流量≤0.52輛/s(對應(yīng)調(diào)查交叉口一個信號周期內(nèi)左轉(zhuǎn)電動自行車數(shù)為13)時，單位時間電動自行車流量與左轉(zhuǎn)相位下避讓行為的個數(shù)呈線性正相關(guān)關(guān)系，但是隨著單位時間電動自行車流量的逐漸增加，左轉(zhuǎn)相位下電動自行車避讓行為個數(shù)稍有增加，主要原因?yàn)榇藭r左轉(zhuǎn)電動自行車數(shù)量相對較少，即左轉(zhuǎn)電動自行車車流密集程度不高時，電動自行車之間的相對行駛空間較大，左轉(zhuǎn)同向電動自行車相對自由行駛，可忽略相互之間的干擾；②在單位時間電動自行車流量>0.52輛/s時，單位時間電動自行車流量與左轉(zhuǎn)相位下避讓行為個數(shù)以“6輛”為均值呈上下波動規(guī)律分布，主要原因?yàn)榇藭r電動自行車左轉(zhuǎn)數(shù)量較多，車流密度較大，其相對行駛空間受到約束，左轉(zhuǎn)同向電動自行車之間呈跟隨行駛，后面電動自行車的避讓行為易受到前面電動自行車的影響，從而使得隨著單位時間內(nèi)電動自行車流量的增加，左轉(zhuǎn)相位下的避讓行為受到波動。

3 典型信號控制交叉口左轉(zhuǎn)電動自行車通行空間寬容設(shè)計方法

根據(jù)典型信號控制交叉口左轉(zhuǎn)同向并行電動自行車橫向間距、左轉(zhuǎn)對向電動自行車避讓行為的分析，提出城市信號交叉口左轉(zhuǎn)電動自行車通行空間寬容設(shè)計方法與原則如下：

(1)左轉(zhuǎn)電動自行車進(jìn)、出口車道寬度與其橫向駕駛特性相匹配

典型信號控制交叉口電動自行車左轉(zhuǎn)時，由于脫離交叉口進(jìn)口左右路緣石的約束，電動自行車在左轉(zhuǎn)的過程中橫向分布離散性逐步加大，有效降低了同向并行電動自行車相互發(fā)生碰撞、刮蹭的概率。因此，在確定左轉(zhuǎn)電動自行車進(jìn)、出口車道寬度的時候從保證電動自行車安全行駛的角度考慮，應(yīng)該滿足交叉口電動自行車出口道寬度大于交叉口電動自行車進(jìn)口道寬度，即圖6中的L2>L1(L2、L1分別表示交叉口電動自行車出口道與進(jìn)口道的寬度)。

圖6 左轉(zhuǎn)電動自行車進(jìn)、出口車道寬度與其橫向駕駛特性相匹配的設(shè)計圖(以南進(jìn)口為例)Fig.6 The design map of the width of the inlet and exit lanes matching the lateral driving characteristics of the left-turn electric bicycles (take the South entrance as an example)

(2)對同一進(jìn)口道左轉(zhuǎn)機(jī)動車與左轉(zhuǎn)電動自行車進(jìn)行空間上的分離

典型信號控制交叉口電動自行車左轉(zhuǎn)時，同一進(jìn)口道左轉(zhuǎn)機(jī)動車與左轉(zhuǎn)電動自行車并行，存在很大的安全隱患。因此在空間上對同一進(jìn)口道的電動自行車與同向行駛的機(jī)動車進(jìn)行適當(dāng)分離可有效降低電動自行車與同向機(jī)動車之間發(fā)生刮蹭的概率。因此，本文建議依據(jù)交叉口左轉(zhuǎn)機(jī)動車車輛軌跡設(shè)置左轉(zhuǎn)機(jī)動車導(dǎo)行線來分離同一進(jìn)口道左轉(zhuǎn)機(jī)動車與左轉(zhuǎn)電動自行車，具體方案如圖7所示。

圖7 交叉口左轉(zhuǎn)機(jī)動車導(dǎo)行線設(shè)計圖Fig.7 Design drawing of left-turn motor vehicle guide line

(3)對同時放行的不同進(jìn)口道的左轉(zhuǎn)電動自行車進(jìn)行空間上的分離

典型信號控制交叉口電動自行車左轉(zhuǎn)時，同時放行的同一進(jìn)口道的左轉(zhuǎn)電動自行車在交叉口中心位置存在一定的避讓行駛現(xiàn)象，造成很大的安全隱患。因此，將左轉(zhuǎn)對向行駛的電動自行車進(jìn)行空間上的分離可有效降低左轉(zhuǎn)對向行駛電動自行車交通碰撞事故的發(fā)生概率。

由于信號控制的交叉口一般都是東西方向、南北方向左轉(zhuǎn)分別同時放行，因此，本文建議依據(jù)左轉(zhuǎn)電動自行車的車流軌跡在交叉口設(shè)置“菱形渠化島”，來滿足空間上對同時放行的不同進(jìn)口道的電動自行車進(jìn)行分離的原則，具體設(shè)置方法如圖8所示。

圖8 交叉口“菱形渠化島”設(shè)計圖Fig.8 The design map of "rhombus channelization island" at the intersection

(4)交叉口左轉(zhuǎn)電動自行車安全行駛保障性寬容策略

除了上面提到的左轉(zhuǎn)電動自行車進(jìn)、出口車道寬度與其橫向駕駛特性相匹配、對同時放行的同一進(jìn)口道的電動自行車進(jìn)行空間上的分離、對同時放行的不同進(jìn)口道電動自行車進(jìn)行空間上分離的原則外，由于電動自行車在左轉(zhuǎn)過程中存在超車行為、車速過高、行車曲線不規(guī)則、不遵守交通規(guī)則等問題，提出交叉口左轉(zhuǎn)電動自行車安全行駛保障性寬容策略如下：①禁止信號交叉口電動自行車左轉(zhuǎn)超車行為；②在信號交叉口進(jìn)口道設(shè)置電動自行車慢行標(biāo)志；③鼓勵信號交叉口左轉(zhuǎn)電動自行車進(jìn)行二次過街；④嚴(yán)格監(jiān)管電動自行車左轉(zhuǎn)過程中的違法越線行為；⑤大力宣傳遵守交通規(guī)則重要性。

4 結(jié)論

通過對典型信號控制交叉口左轉(zhuǎn)電動自行車通行空間交通特性的研究，得出主要結(jié)論如下：

(1)電動自行車在典型信號交叉口左轉(zhuǎn)時，在同一行車速度同一累計頻率下，同一進(jìn)口道左轉(zhuǎn)同向電動自行車與機(jī)動車之間的橫向距離要大于不同進(jìn)口道同向左轉(zhuǎn)電動自行車之間的橫向間距。因此，不同進(jìn)口道左轉(zhuǎn)電動車更應(yīng)注意與同向電動車之間的碰撞與摩擦，避免交通事故發(fā)生。

(2)當(dāng)單位時間電動自行車流量≤0.52輛/s時，單位時間電動自行車流量與左轉(zhuǎn)相位下避讓行為個數(shù)大致呈線性正相關(guān)關(guān)系；當(dāng)單位時間電動自行車流量>0.52輛/s時，左轉(zhuǎn)電動車相對會選擇跟隨并勻速行駛，此時對向左轉(zhuǎn)電動車的避讓車輛數(shù)相對穩(wěn)定，即在某一數(shù)值處上下波動，而不會隨著車流量的增加有太大的變化。

(3)同向左轉(zhuǎn)電動車的速度大多分布在0～9 m/s。隨著左轉(zhuǎn)電動車速度的增加，同向左轉(zhuǎn)電動車為維持行車安全，電動車的橫向間距會隨車速不同而有所變化，但左轉(zhuǎn)電動車行駛速度越高，同向電動車之間的間距就趨向越大。同理，同向左轉(zhuǎn)電動車與機(jī)動車之間也有類似的規(guī)律。