一种城市路段的行人－非机动车隔离设施设置方法与流程
本发明涉及一种城市路段的行人－非机动车隔离设施设置方法，属于城市交通规划领域。
背景技术：
慢行交通通常指步行或非机动车等以人力为空间移动动力的交通，作为城市居民出行最主要的交通方式，在通勤、游览、休憩、购物等出行方面均发挥着重要作用。我国诸多城市的交通调查资料无一例外地表明：慢行交通所占比例位居各种出行方式之首。以南京市为例：2008、2010年南京市主城区居民出行方式构成中，慢行交通方式分别占67.29％和63.04％。慢行交通有着方便、灵活、无污染等独特的优势及休闲、锻炼和交往等特殊功能，在交通出行方式中占有无可替代的重要地位。因此，慢行交通系统有序、健康地发展，对整个道路系统的运行质量以及城市的和谐发展有着重要的现实意义。
但伴随社会经济的快速发展及机动化交通的日益增加，城市出行资源及出行权正过多地向机动车出行方式倾斜，城市慢行空间被严重压缩，通行环境日益恶化，行人—非机动车共享道作为新的交通管理模式逐渐被尝试。行人—非机动车共享道就是可供行人、非机动车共同使用的同一幅道路资源，这种设计模式的人行道与非机动车道之间无高差、可以互相利用空间，通常通过铺筑不同的路面结构，加以区分，以达到各自功能。它是城市机动化交通发展的产物，在国内诸如南京、杭州、郑州、沈阳、长春等很多城市都有应用。实施行人-非机动车共享可以使非机动车交通在高峰时段利用人行道空间，而在正常时段行人交通利用非机动车道空间，以达到节约城市空间资源、合理利用时空资源、缓解机动车车行道拥挤及和提高车速的目的。
然而，行人、非机动车混合行驶增加了慢行交通组织的复杂性。现阶段国内外对城市行人-自行车共享问题进行了系统的研究，在共享路段交通运行特性及服务水平研究等方面累积了卓越成果。但现有研究尚存在一定局限：如现状研究多选取自行车、行人共享路段为研究对象，忽略了电动车的影响，与我国大部分城市的实际情况不符，此外，还缺乏对混合交通条件下所有慢行道路使用者服务质量的综合考虑。
技术实现要素：
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种城市路段的行人－非 机动车隔离设施设置方法，该方法在既定的道路几何条件和交通条件下，可以提供一个使得路段上各慢行交通方式服务水平得到较大改善的行人－机动车隔离设施布局设计方案。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种城市路段的行人－非机动车隔离设施设置方法，以城市行人—非机动车共享路段为研究对象，通过其交通运行特性及不同交通方式间冲突事件的发生机理建立各慢行方式的冲突事件数模型，通过各慢行方式的冲突事件数模型对共享道上各交通方式间的相互干扰程度进行定量化表述；以自行车作为评价对象，将各慢行方式的冲突事件数模型中的自行车事件数模型与路段服务水平评价建立联系，以决定是否设置人非隔离带；同时结合慢行交通方式的时空分布特性确定行人非机动车隔离设施的类型；再根据不同交通方式实际高峰小时流量及共享路段现有资源条件进行分隔后路段慢行交通资源的配置，最后对进行配置了的分隔后路段服务质量评价验证，得到最终分隔后的关键参数和路段资源分配结果。
具体包括以下步骤：
步骤1，收集城市路段中共享路段的几何条件、路段交通量、路段交通构成以及各交通方式速度，根据共享路段几何条件、路段交通量、路段交通构成以及各交通方式速度建立各慢行方式的冲突事件数模型，进而确定共享道上自行车参与的超越数、被超越数及相遇事件数。
步骤2，根据步骤1确定的自行车总事件数大小，确定路段上自行车服务水平等级；再结合共享道路段宽度以及自行车服务水平等级确定行人-非机动车隔离设施设置条件。
步骤3，根据步骤2得到的设置条件，按照路段实际几何条件和交通条件，所述几何条件是指共享道宽度，交通条件包括路段上各种慢行交通方式流量、比例以及时间分布特性，确定行人－非机动车隔离设施的类型。
步骤4，根据步骤2得到的设置条件、步骤3确定的隔离设施类型，按照各交通方式实际交通量、通行能力大小确定分隔后路段慢行交通资源的配置，所述交通资源的配置包括人行道有效通行宽度、非机动车有效通行宽度以及隔离带的宽度。
步骤5，根据步骤4得到的路段各交通方式的资源配置结果以及路段实际交通量、构成比例、速度特性，对分隔后行人、非机动车的服务质量进行评价；同时将其与步骤2确定的服务水平进行比较，若服务水平不满足要求，则返回步骤3，重新进行慢行车道资源分配；若服务水平得到改善，则确定行人－非机动车共享路段隔离方式和最终资源分配结果。
所述步骤1中各慢行方式的冲突事件数模型：
TCcb＝fpEcb+fmMcb
式中：TCcb－共享道上自行车对应的总冲突事件数；fp－超越冲突的权重因子；Ecb－自行车参与的超越、被超越事件总数；fm－相遇冲突的权重因子；Mcb－自行车参与的相遇事件数；－共享道上平均每辆自行车每分钟超越的行人事件数； －共享道上平均每辆自行车每分钟被电动车超越的事件数；E(pcb/cb)－每分钟自行车使用者内部超越/被超越事件数；Qcb—路段自行车小时流率；σcb—自行车平均速度标准差；L—道路路段的长度；Vcb—自行车平均运行速度；W—路段 总宽度；—自行车与行人间初始距离为x米时，自行车超越行人概率； —整条路段上自行车超越行人概率；Q—路段总流率；Vcb—自行车平均运行速度；Vp—行人平均运行速度；Qcb—路段自行车小时流率；dxj—被分割的第j段长度；—自行车与电动车间初始距离为x米时，自行车被电动车超越概率，—整条路段上自行车被电动车超越概率；Veb—电动车平均运行速度；—共享道上平均每辆自行车相遇对向行人事件数；—自行车与对向行人间初始距离为x米时，自行车与对向行人相遇的概率；—整条路段上自行车与对向行人相遇概率；V’p—对向行人的平均通行速度。
所述步骤2中确定共享路段上自行车的服务水平等级：
0≤Tcb<2.5，服务水平为1级；
2.5≤Tcb<5.0，服务水平为2级；
5.0≤Tcb<7.0，服务水平为3级；
7.0≤Tcb<12.0，服务水平为4级；
12.0≤Tcb<20.0，服务水平为5级；
Tcb＞20.0，服务水平为6级；
其中，Tcb－共享道上自行车对应的总冲突事件数，包括超越、被超越及相遇事件。
所述步骤4中对分隔后路段慢行交通资源的配置，采用以下公式：
1.5≤Wp≤(int(P/Cp)+1)wp-A2；
2.5≤Wn≤(int(V/Cb)+1)wn；
Wn+Wp+Wb+1＝W；
式中：Wp－人行道的有效通行宽度；Wn－非机动车的有效通行宽度；Wb－隔离带宽；W－路段总宽度；P－双向行人高峰小时流量；Cp－人行带的通行能力，wp－单个行人带宽度；A－躲闪距离；V－非机动车高峰小时流量；Cb－单车道非机动车通行能力；wn－单个非机动车带宽度。
所述步骤3中行人－非机动车隔离设施的类型包括完全隔离形式或柔性隔离形式。
有益效果：本发明提供的一种城市路段的行人－非机动车隔离设施设置方法，相比现有技术，具有以下有益效果：
以城市行人—非机动车共享路段为研究对象，通过其交通运行特性及不同交通方式间冲突事件的发生机理建立冲突事件数模型，对共享道上各交通方式间的相互干扰程度进行定量化表述。考虑到自行车交通流通常占用路段中间车道通行，与相邻行人、电动车均存在一定程度的冲突，因此将自行车作为评价对象，建立自行车事件数与路段服务水平等级之间关系，弥补了对共享道上所有慢行道路使用者服务质量缺乏综合评价的缺陷。本发明可以在确定的共享路段几何条件、路段交通量构成及各交通方式运行特性基础上，构建考虑各慢行方式的交通冲突事件数模型，并将自行车事件数模型与路段服务水平评价建立联系，以决定是否设置人非隔离带。结合慢行交通方式的时空分布特性考虑选择“完全”隔离或“柔性”隔离形式。再根据不同交通方式实际高峰小时流量及共享路段现有资源条件进行合理的慢行交通资源配置建议，主要包括人行道、非机动车道宽度及隔离带的宽度分配，最后对分隔后路段服务质量评价验证，得到分隔后的关键参数和路段资源分配结果。本发明在既定路段几何条件和交通条件下，可以提供一个使得路段各慢行交通方式服务水平较高的断面布局设计方案。通过分析行人—非机动车隔离设施设置算例的优化结果可以得到如下结论：①行人通行自由度增加，路线和速度选择受到其他方式的限制减小，安全性提升；②非机动车骑行自由度增加，干扰减少，舒适感增强，服务水平得到改善；③电动车是共享道上主要道路使用者之一，在进行路段服务质量综合评价时，如果仅考虑行人、自行车两种方式，则结果较为片面。而对所有慢行道路使用者的综合服务水平进行评价，更加符合以人为本的理念，有利于提升慢行交 通效率。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为交通事件发生示意图，其中，图2a为自行车超越同向行人示意图，图2b为自行车被同向电动车超越示意图，图2c为自行车进入路段前对向行人已经存在而产生的相遇事件示意图，图2d自行车进入路段后与后进入路段行人间产生的相遇事件示意图。
图3为城市道路设计中人行道与非机动车道存在形式示意图，其中，图3a为行人-非机动车共享道示意图，图3b为人行道、非机动车道完全隔离示意图，图3c为人行道、非机动车道“柔性”隔离示意图。
图4为本发明实例中设置行人-非机动车分隔带后的路段资源分配示意图。
图5为行人-非机动车隔离设施设置判定条件流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
一种城市路段的行人－非机动车隔离设施设置方法，如图1所示，以城市行人—非机动车共享路段为研究对象，通过其交通运行特性及不同交通方式间冲突事件的发生机理建立各慢行方式的冲突事件数模型，通过各慢行方式的冲突事件数模型对共享道上各交通方式间的相互干扰程度进行定量化表述；以自行车作为评价对象，将各慢行方式的冲突事件数模型中的自行车事件数模型与路段服务水平评价建立联系，以决定是否设置人非隔离带；同时结合慢行交通方式的时空分布特性确定行人非机动车隔离设施的类型；再根据不同交通方式实际高峰小时流量及共享路段现有资源条件进行分隔后路段慢行交通资源的配置，最后对进行配置了的分隔后路段服务质量评价验证，得到最终分隔后的关键参数和路段资源分配结果。
具体包括以下步骤：
步骤1，收集城市路段中共享路段的几何条件、路段交通量、路段交通构成以及各交通方式速度，根据共享路段几何条件、路段交通量、路段交通构成以及各交通方式速度建立各慢行方式的冲突事件数模型，进而确定共享道上自行车参与的超越数、被超越数及相遇事件数。
各慢行方式的冲突事件数模型如下：
TCcb＝fpEcb+fmMcb
式中：TCcb－共享道上自行车对应的总冲突事件数，单位：次/分钟·辆；fp－超越冲突的权重因子，取1；Ecb－自行车参与的超越、被超越事件总数，单位：次/分钟·辆；fm－相遇冲突的权重因子，取0.5；Mcb－自行车参与的相遇事件数，单位：次/分钟·辆；－共享道上平均每辆自行车每分钟超越的行人事件数，单位：次/分钟·辆；－共享道上平均每辆自行车每分钟被电动车超越的事件数，次/分钟·辆；E(pcb/cb)－每分钟自行车使用者内部超越/被超越事件数，单位：次/分钟·辆；Qcb—路段自行车小时流率；σcb—自行车平均速度标准差；L—道路路段的长度，单位：千米；Vcb—自行车平均运行速度；W—路段总宽度，单位：米； —自行车与行人间初始距离为x米时，自行车超越行人概率；x－超越者(相遇者)与被超越者(被相遇者)间的初始间距，也即超越者(相遇者)进入路段瞬间，被超越者(被相遇者)所在路段位置，单位：千米；－整条路段上自行车超越(被超越或相遇)事件发生的概率；—整条路段上自行车超越行人概率；Q—路段总流率，单位：辆(人)/小时；Vcb—自行车平均运行速度，单位：千米/小时；Vp—行人平均运行速度，单位：千米/小时；Qcb—路段自行车小时流率，单位：辆/小时；dxj—被分割的第j段长度，越小越精确，取10-15米；—自行车与电动车间初始距离为x米时，自行车被电动车超越概率，—整条路段上自行车被电动车超越概率；Veb—电动车平均运行速度，单位：千米/小时； —共享道上平均每辆自行车相遇对向行人事件数，单位：次/分钟·辆；—自行车与对向行人间初始距离为x米时，自行车与对向行人相遇的概率；—整条路段上自行车与对向行人相遇概率；V’p—对向行人的平均通行速度，单位：千米/小时。
表1行人—非机动车共享道原始输入数据表
根据表1中行人—非机动车共享道原始输入数据表，可得到以下数据：
计算路段上平均每辆自行车每分钟超越行人事件数：
其中，整条路段上自行车超越行人事件发生概率为0.103481。
计算路段上平均每辆自行车每分钟被电动车超越事件数：
其中，整条路段上自行车被电动车超越事件发生概率为0.10692。
计算自行车相遇对向行人事件数：
计算自行使用者间超越(被超越)事件数：
则共享道上自行车总事件数为：
步骤2，根据步骤1确定的自行车总事件数大小，确定路段上自行车服务水平等级；再结合共享道路段宽度以及自行车服务水平等级确定行人-非机动车隔离设施设置条件。
确定的共享路段上自行车的服务水平等级：
0≤Tcb<2.5，服务水平为1级，骑行者自由骑行，基本无干扰，骑行者感觉舒适， 道路畅通；
2.5≤Tcb<5.0，服务水平为2级，骑行者自由骑行，干扰少，骑车者感觉比较舒适，道路畅通；
5.0≤Tcb<7.0，服务水平为3级，骑行者基本自由骑行，干扰较小，骑行者感觉舒适程度一般，道路较畅通；
7.0≤Tcb<12.0，服务水平为4级，骑行者限制性骑行，干扰较大，骑行者感觉不舒适，道路不畅通；
12.0≤Tcb<20.0，服务水平为5级，骑行者限制性骑行，干扰大，骑车者感觉不舒适，道路不畅通；
Tcb＞20.0，服务水平为6级，骑行者限制性骑行，干扰严重，骑车者感觉很不舒适，道路不畅通。
其中，Tcb－共享道上自行车对应的总冲突事件数，包括超越、被超越及相遇事件，单位：次/min·units。
行人－非机动车隔离设施的类型包括完全隔离形式或柔性隔离形式。
行人-非机动车隔离设施设置判定条件如下：
设置行人与非机动车分隔设施需有针对性地考虑道路几何条件和交通条件，在以下条件下不适合设置分隔设施：
①慢行通行空间不满足设置的条件：当路段宽度小于2.5m(两车道)时，设置分隔设施后独立的人行道或非机动车道宽度无法满足最低的通行空间要求，通行效率及舒适性均较低。
②路段需要满足一定的交通条件：当路段交通流量较低、行人、非机动车构成比例不均衡或高峰小时分布不同步，采用共享管理模式更有利于道路资源的有效利用，也不建议分隔。
结合共享路段上自行车的服务水平等级可以看出，四级及以下服务水平等级，所对应的自行车骑行状态均为限制性骑行，受路段上其他交通方式干扰较大，通行安全性下降，骑行者感觉不舒适，此时，可以考虑设置行人-非机动车分隔设施，将行人与非机动车分隔开以实现降低干扰，保证安全，调高舒适性的目的。
给出如图5所示的隔离设施设置条件判定流程：
根据图5流程计算可以得出，12.0≤Ecb<20.0，判定服务水平为5级，骑行者限制性骑行，干扰大，骑车者感觉不舒适，道路不畅通；建议设置行人-非机动车隔离设施。
步骤3，根据步骤2得到的设置条件，按照路段实际几何条件和交通条件，所述几何条件是指共享道宽度，交通条件包括路段上各种慢行交通方式流量、比例以及时间分布特性，判定行人－非机动车隔离设施的类型。
判定行人－非机动车隔离设施的类型如下：
城市路段行人、非机动车分隔形式主要有两种：①依靠路缘石抬高人行道，或在人行道上布置连续绿化带、护栏等的完全隔离形式；②等标高设计，依靠行道树或隔离墩等进行的“柔性”隔离。它们分别适用于不同的交通条件和几何条件：
其中，类型①最为常见，依靠路缘石抬高人行道或在人行道上布设连续绿化带、护栏等实现行人与非机动车完全空间分离。行人、非机动车各行其道，冲突次数明显减少。当人行道、非机动车道宽度达到一定要求时，各交通方式的运行舒适性将有很大提升。该种隔离形式适用于路段慢行车道宽度相对较大的城市主次干道、路段各慢行交通方式流量较大、比例均衡其时间分布一致的情形，另外，这种形式还适用于城市公园、广场、步行街区等人流集散点的情况。
其中，类型②行人与非机动车之间采取树木、街具、隔离墩等进行“柔性”隔离，行人和非机动车的独立行使空间在空间资源使用上可以互相借用，提高道路的利用率。该种隔离形式适用于慢行车道宽度相对窄的城市路段、路段不同慢行交通方式时空分布不一致的情形，满足不同高峰需求时可相互借用的条件。
本案例涉及路段实际宽度为5m，其中行人和自行车的早高峰小时为7:30-8:30；电动车的早高峰时段为7:25-8:25，行人及非机动车的时空分布基本一致，建议采用第一种“硬隔离”形式：即依靠路缘石抬高人行道，或在人行道上布置连续绿化带、护栏等。
步骤4，根据步骤2得到的设置条件、步骤3确定的隔离设施类型，按照各交通方式实际交通量、通行能力大小确定分隔后路段慢行交通资源的配置，所述交通资源的配置包括人行道有效通行宽度、非机动车有效通行宽度以及隔离带的宽度。
如图3所示，图3a为行人-非机动车共享道示意图，1为人行道，2为非机动车道，3为机动车道，图3a中采用等标高设计但不做任何分高措施，实现完全共享。图3b为人行道、非机动车道完全隔离示意图，图中1为人行道，2为非机动车道，3为机动车道，4为隔离带，依靠路缘石抬高人行道，或在人行道上布置连续绿化带、护栏等，实现完全隔离状态。图3c为人行道、非机动车道“柔性”隔离示意图。图中1为人行道，2为非机动车道，3为机动车道，4为隔离带，采用等标高设计，借助行道树形成半隔离状态。
对分隔后路段慢行交通资源的配置，采用以下公式：
1.5≤Wp≤(int(P/Cp)+1)wp-A2；
2.5≤Wn≤(int(V/Cb)+1)wn；
Wn+Wp+Wb+1＝W；
式中：Wp－人行道的有效通行宽度，单位：米；Wn－非机动车的有效通行宽度，单位：米；Wb－隔离带宽，单位：米；W－路段总宽度，单位：米；P－双向行人高峰小时流量，单位：人/小时；Cp－人行带的通行能力，单位：人/小时，通常取1800；wp－单个行人带宽度，单位：米，通常取0.75；A－躲闪距离，主要是根据行人生理特性，当有多人并排行走遇到障碍时，最外侧行人向内侧躲闪0.25米的距离时可保证正常通行，因此允许车道两侧各有0.25米的压缩空间，当人行带数小于等于2时，取0；V－非机动车高峰小时流量，单位：辆/小时；Cb－单车道非机动车通行能力，单位：辆/小时，通常取1000～1200；wn－单个非机动车带宽度，单位：米，通常取1。
确定分隔后的人行道和非机动车道的有效通行宽度：
1.5≤Wp≤(int(700/1800)+1)×0.75
确定人行道的最小有效通行宽度取1.5m，两车道，可满足双向通行需求。
2≤Wn≤(int(800/1000)+1)×1
确定非机动车道的最小有效通行宽度取2m，两车道，可满足路段上自行车与电动车间超越行为的顺利完成。
Wb＝W-1-Wp-Wn＝0.5
对照表2，建议人行道与非机动车道间设置行人护栏进行分隔。综上得到分隔后的资源分配示意图，如图4所示。
表2城市道路人行道设施带宽度
步骤5，根据步骤4得到的路段各交通方式的资源配置结果以及路段实际交通量、构成比例、速度特性，对分隔后行人、非机动车的服务质量进行评价；同时将其与步骤2确定的服务水平进行比较，若服务水平不满足要求，则返回步骤3，重新进行慢行车道资源分配；若服务水平得到改善，则确定行人－非机动车共享路段隔离方式和最终资源分配结果。
(1)行人服务水平评价
参照文献，行人服务水平分级标准的制定基于人均步行(占用空间)面积(平方米/人)。表3给出正常行走行人服务水平分级标准。
表3行人路段服务水平分级标准参照表
参照文献中行人动态占用面积确定方法，有：
式中：Ap为步行交通的人均动态占用面积，单位：平方米/人；Dwalk为步行速度，单位：千米/小时。
考虑到共享条件下的行人平均速度与纯步行交通流平均速度基本一致，令Dwalk＝4.25千米/小时，则：
对应为B级服务水平。步行速度选择自由，干扰少，能避开与其他行人间的冲突，路线选择时受到其他行人的限制小。
(2)非机动车服务水平评价
参照文献，采用非机动车交通量负荷系数(V/C)作为服务水平判定标准。表3给出了非机动车道路路段交通服务水平标准：
表3非机动车路段交通服务水平分级标准参照表
本案例中，设置人非分隔带后，非机动车交通负荷系数确定如下：
对应为2级服务水平标准，路段非机动车基本自由骑行，很少有干扰，骑行人感觉舒适，车速可变化但稍有约束，可以超车。
综上所述，设置行人-非机动车隔离设施后，路段上行人与非机动车均达到较高服务水平。
本发明以城市共享路段交通运行特性及通行能力大小为基础，构建考虑各种影响因素的交通冲突事件数模型。以事件数较大的自行车作为评价主体，将自行车对应的冲突事件数与路段服务质量评价建立联系，确定事件数大小与服务水平等级之间的相关关系。将4级及以下服务水平等级作为隔离设施的设置依据，结合道路几何条件、交通量构成及其各慢行方式通行能力大小确定人非隔离设施类型及分隔后路段慢行交通资源的配置，体现了以人为本和可持续发展的规划设计理念。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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