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面向出行目的城市自行车网络规划
郭春林a*，李聪颖b，朱彤a
a.长安大学，陕西西安，710064，中国
b.西安建筑科技大学，陕西西安，710064，中国
摘要
为了分析和优化城市自行车骑行网络规划，本文将出行目的分为四种类型：放松、购物、通勤和换乘。本文讨论了每个出行目的的特点，建立了一个可访问性矩阵，来研究每种骑行出行目的之间骑行的可行性。以及一个基于克鲁斯卡尔方法的算法被用于构建自行车骑行网络。举个例子，在中国汉中，以旅游和户外运动为目的的自行车骑行网络模型，以及实用性的自行车骑行网络就是基于这个算法所进行设计的。这个例子表明，该算法不同于以往传统的网格式网络规划，从骑行者的心理上更容易被接受。
© 2013 The Authors爱思唯尔出版社出版
选材和同级评估受中国海外交通协会保护（COTA）
关键词：缓慢交通；自行车骑行网络；出行目的；运筹学；可访问性介绍
随着城市交通拥堵和污染变得越来越重，以汽车为主导的交通模式是前所未有的，甚至始终存在着争议。建立一个健康的和持续的交通模式成为解决上述问题的基本方法。自行车是一种基本的运输模式，有着绿色、低碳和利于环境的特点。作为缓慢城市交通的交通工具，自行车网络的合理性在缓慢的交通的发展中起着至关重要的作用。近年来，理论和规划自行车网络的方法被许多城市交通研究的一个主题。
自行车交通是一个短途出行的方式，有着机动性良好、方便、省时、低能耗消费和无污染的特点（Lai Yuanwen，2007）。多元化的出行目的像休闲、购物、通勤等可以供骑行车出行着来选择。是否能顺利抵达目的地和实现出行目的，是自行车骑行出行网络规划合理性的判断标准。本调查旨在研究如何在骑行出行目标导向中，设计一个有效的骑行网络。它可以以及提供一个基础交通设施建设。
骑行网络和路线规划指南（LTSA，新西兰（2004））提出，自行车用来通勤和旅游休闲应该考虑在自行车骑行网络计划中。但是该如何制定出行目的的细节方法并没有提及。
在亚达那自行车总体规划，土耳其（2012），为了建立自行车骑行网络，每个标准的制定要考虑到三个合适的评级，需要收集分析包括道路几何条件、周边土地利用、道路使用特点等因素的14个标准。
在布鲁克林的自行车网络总体规划草案（2007）中提出了两种类型的自行车骑行网络。一个是安全的路线连接居民区和学校，以及户外休闲区域。它不会与机动车之间的冲突，而且可以被学校用于学生上下学，供成年人和家庭之间的休闲活动。另一个方案是在相对拥挤以及儿童不宜骑行的路段设置成年人专用线路。该方案考虑到从不同方面出行目的不尽相同，但是却没有对出行的目的进行更加细致的分类。
在中国，吕国林分析了在深圳的自行车骑行网络的合理规模。他们将骑自行车网络分为三种功能，介绍了建立自行车网络规划中的发展战略和规划原则。
北京大学的韩喜丽（2009），基于出行目的和生态服务功能分析，将自行车道分为四种类型：交通功能自行车车道，休闲体育功能自行车道，城市遗产连接功能自行车道和生态教育功能的自行车车道。以台州椒江区为例，当地的自行车网络计划是按此分类进行建造的。本研究的目的不是针对特定的旅游目的，而是但分析基于旅游目的的自行车道。
来自东南大学的李志斌、王伟，根据在南京上班，骑自行车上下班者的态度问卷调查，划分了骑行上下班的骑行市场，为了区别在不同骑自行车上下班选择中不同的选择偏好。
因此，在自行车网络优化模型特点的基础上，介绍了出行的目的。自行车网络的规划以汉中为例。本文分为以下部分：骑行特点和目的的分析
骑自行车出行的目的可以分为四种类型：放松、购物、通勤和换乘。对不同的出行目的，自行车骑行网络有不同的特征。
以放松为目的，骑行道路的主要功能，是为给骑行的人们提供骑行的空间。放松的方式包括旅游、休闲以及户外运动。不同的交通需要不同的类型。以旅游为目的的骑行需要环保且缓慢的交通空间，以休闲和户外运动为目的骑行，对缓慢舒适的环境有较高的要求。他们的行程因为不同的活动需要，有着巨大的变化。旅游骑行通常租车，而且路程距离大多在5~10公里。日常的骑行路程往往比较短，大约在2~5公里。户外运动通常适合于自行车爱好者或是整个大家庭。他们的行程会比较长，我们假定在10~15公里。
对于购物来讲，骑行车道的主要功能，是能在骑行者在通往大型商场的路上提供一个可持续的，可行的交通环境。骑行购物这种交通方式的特点就是安逸、舒适。他们的行程距离通常在3公里左右。
交通是骑行的最主要目的之一。选择骑行作为交通方式主要面向那些，需要去学校上学的学生，去工厂上班的工人，以及那些在政府部门上班的办公族等等。它主要的功能是为骑行人提供便捷、无阻、畅通的骑行空间。他们的行程往往因为家到工作地点的距离而变化。大体上来说，交通的行程要长一些通常在3~5公里左右。
自行车可以用作换乘的常规公共交通运输工具或铁路运输设备。换乘过程中的主要需求是便捷。设立在公共汽车或轨道交通站点附近的自行车停车设施，为从自行车换乘公交汽车或轨道交通提供了可能。骑行行程大约在0。5~3公里。
表1将展示出行目的的分类。
表1 出行目的和行程距离
出行目的 A 放松
B 购物 C 通勤
D 换乘
A1 旅游 A2 休闲 A3 户外运动 B1 购物
C1 中小学及幼儿园 C2 办公大楼，政府部门 C3 大学 C4 工厂，企业 D1 公共交通 D2 轨道交通
舒适性 环境友好 安逸 环境友好 安逸
便捷，畅通无阻
便捷
骑行人类型 游客 居民 体育爱好者 市民 学生，家长 员工 大学生 工人 长距离行者 长距离行者
骑行距离（千米）2~5 1~3 5~10 3~5 1。5 1~3 1。5 1~3 0。5~1 0。5~3
如果他们之间连接和访问不同的目的自行车网络，那么我们可以使用可访问性作为指标来衡量。
可访问性描述了一种使用特殊的交通系统，来到达给定目的地或参与活动的便利程度，典型的就是路线的用时和距离。可访问性代表人们用交通工具来达到他们的目的地或参与活动的便利程度。可访问性代表的便利程度的交通工具，人们用它来达到他们的目的地或参与活动。大体上来说可访问性可以被认为是人参与活动的便利程度。在传统的可访问性模型中每一种都有其各自的特点，像基于机遇模式、潜在模式、潜在模式与基于实用模式等等。狭义上来讲，这是对出行的目的缺乏考虑的表现。（罗明 陈艳艳 2008）
基于出行目的的自行车网络可行性矩阵将展示在表2
表2 自行车骑行网络矩阵
出行目的的分类
回家 放松
购物 通勤
换乘 N1 A1 A2 A3 B1 C1 C2 C3 C4 D1 D2 回家 N1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 放松 A1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1
A2 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1
A3 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1
购物 B1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1
通勤 C1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1
C2 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1
C3 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1
C4 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1
换乘 D1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1
D2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0
在表2中，水平轴代表骑行的目的地，纵轴代表骑行的出发地。数值0表示不可能用骑行的方式从该出发地出发到达该目的地，1表示可以用骑行的方式从该出发地出发到达该目的地，而当出发地与目的地重合时，我们假定是0。举个例子来说，我们可以骑车从家出发去任何地方，但是从放松的地方出发我们却去不了通勤的地方。网络规划方案
3.1建模
通过对表1中骑行人骑行目的的分类，以及对表2中每一种骑行目的的可行性的分析，一种模型就建立了起来。如下：
G=(V，E)用来定义自行车网络。G是一个无向的图形，通过设定顶点V，以及边缘E来确定。目的是来生成G的最小生成树（MST）。公式如下：
在这个公式中，w是顶点[vi，vj]的量。T是生成子图的量。T*是优化解决方案。
a.当两个核心点没有联系时，那么就无法产生一个连结点。（骑行出行目的之间的关系如表2所示,即,当值为0时,它无法产生一个连结点）
b.当两个核心点之间的距离大于表1中界值时，那么就无法产生一个连结点。
c.以户外运动或者休闲为目的所产生的连接点应该是俩个。d.每种骑行目的所产生的连结点都应该被区分开，并且将相同的进行合并。在公式中，V= {v1,…,vn}, n=15;E={e1,…,em }, m=15。
3.2 算法草图
在3.1节中描述的约束条件的基础上，我们介绍了一种算法。该算法是基于克鲁斯卡尔的方法。首先,基于不同自行车骑行出行目的的顶点集，应该在给定条件下进行确认。
步骤1：令i=0，E0是空集。目前在骑行网络边界上没有顶点。步骤2：将i变为i+1，在网络上加入顶点。
步骤3：选择一个边界，ei∈Ei-1。ei是边界的最小值。即，在网络中顶点之间进行连接,并选择在两个核心点之间所有可能的出行路线边界的最小距离作为ei的值。
步骤4：如果两个核心之间没有关系点，或它们之间的距离超过界值的距离，结应该取消，否则保留结果。(结是否应该被取消的标准见表1和表2所示)。
步骤5：如果所有的顶点都详细研究完毕，每个连结点有两个路线，并且生成子图是最后的解决方案，那么计算结束。
步骤6：否则，返回步骤2。案例研究
汉中位于陕西省西南部，比邻汉江北岸的阳安铁路。城市公路基础设施十分良好，汉中的地形有一点缓缓的倾斜，这十分适合骑行。北部的鲜花养育基地以及生态农业园区，还有汉江沿岸的滨江公路，都是人们休闲的场所，因为这些地方都是里居住中心区比较进的地方，所以对于自行车骑行的需求会大大增加。为了人们生活的便利，自行车骑行网络的建立是十分必要的。
4.1 公路网络条件
汉中目前的公路网络由23条主干道，21条次干路以及4个高速公路会交点组成。汉中的大多数道路都是三排车道的，而且有着充分的条件来设置自行车道。另外，用于放松、旅行、购物、通勤、换乘的区域都十分集中，这十分有利于自行车的骑行。
在汉中市中心，有着像古汉台，拜将台这样的旅游景点。供外出郊游的地方有在北部的兴元湖公园，生态农业园以及鲜花养育基地，在南部的坐落在汉江沿岸的滨江公路，在西部的龙岗遗产公园，在东部的生态农业园区。
图1.汉中公路网络
4.2 结论
以两个旅游景点（古汉台，拜将台）作为起点，其他出行目的地点作为终点，对每一个连结点进行测试。摘录的过程描述如下：
首先，找出所有出行目的地作为顶点，将两个旅游景点与每个顶点进行关联产生连结点。
其次，根据算法和约束条件，详细分析每一个顶点。基于表2中所示郊游和其他出行目的之间的可行性，我们可知，众多目的中只有去邻居家，去购物，去换乘这三种目的是可以用骑行的方法来达到目的的。郊游与其他出行目的之间的连结点都应该取消。
第三，计算出到边界的距离，然后取消那些超过临界值的边界。最后，有关出行的自行车骑行网络就建设完毕了。图2，图3展示了构建的结果。
图2（a）出行目的的骑行网络（b）经过测试后的出行目的骑行网络
图3 实用自行车出行网络
在图2中，（a）中所示的，是通过出行目的和出行作为顶点所建立的自行车骑行网络模型，（b）中所示的，是经过算法测试之后的出行骑行网络。在图2（b）中，v1，v2是出行地点，v3，v4是购物和居民居住地，v5，v6，v7，v9，v10表示的是换乘点。
图3是汉中的实用自行车出行网络。
户外运动的自行车骑行网络的建设过程，与旅游骑行网络相同。户外运动的自行车骑行网络结果如图4，图5所示。
图4（a）户外运动的自行车骑行网络（b）测试后的户外运动的自行车骑行网络
图5实用户外运动自行车骑行网络
在图4（b）中，v1，v3，v13，v16代表了汉中4个户外运动的地点，v11，v14代表了购物，居民居住区，v9，v10，v17，v18代表换乘点。
图6所示的是滨江路的实用户外运动自行车骑行网络。
图6 滨江路实用户外运动自行车骑行网络 4.3 分析
这篇文章的目的是调查基于不同的自行车出行目的的城市自行车网络规划的算法。每种符合骑行出行目的的所有出行线路，以及最短的行程，最终都是通过算法来进行选择的。通过算法所建立的自行车骑行网络，从骑行者的心理上更容易被接受。这篇文章中算法的优点如下：
a.该算法详细研究了所有关键地区和地点，这样便不会产生遗漏。b.该算法考虑了与外部客运的联系。
c.基于该算法的网络不同于传统的网格网络。更加关键的是，与此同时能避免不必要的工程消费。结论
通过分析，出行目的是如何影响骑行以及建设不同出行目的的可行性矩阵，建立了一个基于出行目的的城市自行车骑行网络建设算法，用于中国汉中的自行车骑行网络规划。
对于一个给定的道路条件和环境下,如何构建一个城市自行车网络基于不同的旅游目的是本文的研究目的。在这篇文章中，基于克鲁斯卡尔方法的算法被用于分析自行车骑行网络的规划中。通过分析不同的出行目的。
致谢
本研究由西安科学技术项目（Grant NO.CX1262），西安建筑科技大学青年科技基金（QN1114)，西安建筑科技大学人才科技基金（RC1119），以及《国家自然》提供支持。
参考文献
Lai,Y，（2007）.分析城市自行车出行特点和旅游设施的计划.南京：东南大学。LTSA（2004）.骑行网络和路线规划指南.新西兰
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