自行车微观行为机理及其非线性动力学建模研究

Bicycling offers an environmentally friendly alternative to motor vehicle use and has become a principal component of green travel. Promoting bicycle transportation explicitly aligns the goal of building livable city and facilitating energy-saving and emission-reduction. The current project focuses on the microscopic bicycle behavior in the context of Chinese urban roads. Through the controllable behavioral experiments with a full range of settings, the physiological and psychological behaviors of bicyclists will be explored to examine the micro mechanism of bicycle behavior considering impact factors. And then the microscopic behavior analysis framework will be formed. Bicycling implicitly related to the internal motivation and external environment constraints and closely interfaces with nearby individuals, barriers, and fringes. Bearing this in mind, the bicyclist perception will be measured and the basic riding behavior model will be formulated based on generation and evolution of lateral offset. Moreover, the complicated decision-making model will be developed associated with bicycling behavior characteristics. Decision-making rules, as well as an advanced decision-making knowledge base produced by the genetic algorithm. Furthermore the non-linear dynamic model will be built upon the above-mentioned concepts to describe the movement of bicycle. And the macroscopic characteristics and temporal-and-spatial evaluation mechanism of bicycle traffic flows will be presented using the simulation modeling. The final section of the project enters into discussions concerning the hierarchy of bicycle facilities and bicycling level of service. This project will contribute to theoretical connotation of traffic behavior, and will provide the scientific approach and evidence to design elements of bicycle facilities.

作为绿色出行的重要组成部分，自行车对建设宜居城市和实现节能减排目标具有重要的意义。本项目以我国城市道路交通环境为背景，以自行车骑行者的微观行为为研究主体，通过设计基于场景的可控互动行为实验，研究骑行者的心理生理行为机理及影响因素，构建自行车微观行为分析框架。考虑在内部动机激励和外部环境约束下，骑行者的局部交互机理，研究骑行者的感受度量方法，通过分析骑行者横向偏移的产生和演化规律，建立基本骑行行为模型；分析骑行者决策特点，总结决策行为的基本规则，使用遗传算法建立复杂决策知识库，提出复杂决策行为模型；以此为基础，构建描述自行车运动的微观行为非线性动力学模型。运用仿真建模方法，分析由自行车微观行为涌现出的宏观交通特征，总结自行车交通流的时空演化机制，探讨自行车交通设施容量和服务水平分级方法。本项目有助于完善交通行为的理论内涵，为道路交通设施的设计提供理论方法和科学依据。

自行车交通作为绿色出行的重要组成部分，获得了越来越多的认可和重视，世界各地的政府部门通过立法、税收、社区教育、观念普及和商业支持等多渠道鼓励自行车基础设施的建设和出行环境的改善。为了应对这种变化，需要对从根本上了解自行车的交通行为特征，进而赋予自行车交通模式合理的路权。.本项目以我国城市道路交通环境为背景，以自行车骑行者的微观行为为研究主体。通过设计一系列不同场景下的可控互动行为实验，获取6个因素下的223种简单行为实验场景和10种复杂行为实验场景，为准确分析骑行者的微观行为过程奠定了基础。基于此将骑行者的基本骑行行为划分到操作层，复杂决策行为划分到战术层，并分析两个层次模块之间的关系，提出了自行车微观行为的分析框架。提出反应域和感知域的概念，剖析骑行者在内部动机激励和外部环境约束下，骑行者与其他个体、障碍物、边界等的局部交互机理和复杂路况下的个体骑行策略集合，构建了基于心理生理过程的自行车微观行为动力学模型。根据行为实验数据对模型参数进行标定，结合调查到的实际运行绩效数据，通过基本图对模型的有效性进行了评估，结果表明模型仿真结果与实测数据吻合度较高，具有合理性。在验证模型有效性的基础上，探讨了自行车交通设施的容量，并分析了车道宽度对通行能力的影响，结果表明车道宽度对设施容量具有边界效应。将骑行者个体的心理感受和运动状态等微观测度与宏观交通流数据相结合，提出速度状态熵的概念对自行车交通设施的服务水平进行评价，并给出了服务水平分级界定的方法。进一步提出了双向自行车道的设计思路，并结合实际情况对设置条件、车道宽度、分隔形式、配套设施建设等具体设计细节和相关参数进行了研究探讨。.本项目有助于完善交通行为的理论内涵，为道路交通设施的设计提供理论方法和科学依据，研究结论展现了良好的应用前景。