Developing a comprehensive methodology to improve geometric design and safety in Micromobility infrastructure

Abstract

[ES] La micromovilidad abarca dispositivos compactos, ligeros y de baja velocidad diseñados para viajes urbanos cortos, ya sean personales o compartidos. Se están integrando en las calles como parte de una transición hacia diseños urbanos más amigables para peatones y menos centrados en automóviles. Sin embargo, esta integración ha generado riesgos de seguridad debido a las diferencias en velocidad y masa entre los vehículos de micromovilidad y el tráfico motorizado. Para mitigar estos riesgos, los diseñadores urbanos implementan medidas como carriles protegidos y separaciones de altura para crear espacios entre los carriles para bicicletas y las calzadas más transitadas. A pesar de estas mejoras, las curvas en los carriles para bicicletas presentan desafíos importantes, ya que su diseño puede influir en el comportamiento de los usuarios, generando conflictos con otros ciclistas y peatones, así como caídas frecuentes. Muchos de estos incidentes no se informan, aunque los riesgos permanecen, especialmente en situaciones graves.El objetivo de esta tesis es identificar posibles conflictos en las curvas de los carriles para bicicletas mediante la introducción de un nuevo indicador de seguridad, el "Radio Ajustado Efectivo", y una metodología dinámica para evaluar la seguridad de los ciclistas y usuarios de patinetes en dichas curvas. La metodología propuesta incluye seis pasos: (i) selección de la ubicación, (ii) recopilación de datos geométricos, (iii) grabación de video, (iv) extracción de trayectorias y velocidad, (v) visualización y (vi) análisis. Para el estudio, se recopilaron datos de video naturalistas de 900 usuarios en nueve localizaciones de curvas con geometrías variadas, dividiendo cada curva en tres secciones: Punto de Curvatura (PC), Punto Medio (PM) y Punto de Tangencia (PT). Además, se definieron cuatro áreas de interés para capturar la posición lateral y la velocidad de los usuarios.Los resultados se visualizaron mediante Python para analizar trayectorias ajustadas, mapas de calor de violación de carriles y patrones de velocidad. Posteriormente, se calculó el Radio Ajustado Efectivo a partir de curvas circulares ajustadas, y se realizó un Análisis de Varianza (ANOVA) unidireccional para comparar los valores medios. Los gráficos revelaron diferencias significativas en el Radio Ajustado Efectivo entre los giros a la derecha y a la izquierda, especialmente en curvas con radios más pequeños. Los usuarios, independientemente del tipo de vehículo, tendieron a cortar las curvas durante los giros a la izquierda, resultando en un Radio Ajustado Efectivo menor y una mayor violación de los carriles. En las curvas más grandes (22 y 78 metros), los usuarios que giraban a la derecha mantuvieron patrones similares a los observados en curvas más pequeñas, mientras que los que giraban a la izquierda seguían la geometría de la curva, reduciendo las violaciones de carril. Para los patinetes, los valores del Radio Ajustado Efectivo se acercaron más al radio real en las curvas más pequeñas.El análisis de velocidad destacó conflictos potenciales y una capacidad de manejo reducida en usuarios que infringían los límites de los carriles. En conclusión, el Radio Ajustado Efectivo se presenta como un valioso indicador para identificar comportamientos de riesgo entre los usuarios de micromovilidad, lo que podría aumentar el riesgo de conflictos frontales, de cruce y de ángulo lateral. Esta tesis contribuye al avance en el diseño de infraestructuras para micromovilidad mediante la introducción del Radio Ajustado Efectivo como una nueva medida de seguridad basada en el movimiento, proporcionando un análisis detallado del riesgo espacial y abordando limitaciones en los métodos actuales de análisis de trayectorias en alta resolución.

[CA] La micromobilitat es refereix a dispositius compactes, lleugers i de baixa velocitat per a viatges curts en entorns urbans, ja siguin personals o compartits. Aquests dispositius s'estan integrant en els carrers com a part d'una transició cap a dissenys urbans més orientats als vianants. Tanmateix, aquesta integració ha generat riscos de seguretat i incomoditats tant per als usuaris de micromobilitat com per al trànsit motoritzat, a causa de les grans diferències en velocitat i massa. Per a abordar aquests riscos, els dissenyadors urbans han implementat mesures com carrils protegits i carrils amb separació d'altura per a crear espai entre els carrils bici i les calçades transitades. En aquest context, les transicions de recta a corba o corbes aïllades són segments crítics pel que fa a la seguretat. El disseny d'aquestes corbes pot influir en el comportament dels usuaris, causant conflictes amb altres ciclistes i vianants, així com caigudes freqüents. Tot i que molts d'aquests incidents no es reporten, el risc persisteix en situacions greus. L'objectiu principal d'aquesta tesi és identificar situacions potencials de conflicte mitjançant la introducció d'un nou indicador de seguretat, el "Radi Ajustat Efectiu", i una metodologia dinàmica per a avaluar la seguretat dels usuaris de micromobilitat (ciclistes i patinets) en corbes aïllades de carrils bici. Aquesta metodologia consta de sis components: (i) selecció de la localització, (ii) recopilació de dades geomètriques, (iii) gravació de vídeo, (iv) extracció de trajectòries i velocitat, (v) visualització i (vi) anàlisi. Es van recollir dades de vídeo naturalistes de 900 usuaris de carrils bici en nou localitzacions amb corbes de geometria variada per a analitzar els seus patrons de moviment espaciotemporals. Les corbes es van dividir en tres seccions: Punt de Curvatura (PC), Punt Mitjà (PM) i Punt de Tangència (PT), i es van definir quatre àrees d'interès per a capturar la posició lateral i la velocitat. Els resultats es van visualitzar amb Python per a analitzar les trajectòries ajustades, mapes de calor de violació de carrils i patrons de velocitat. Es va calcular el Radi Ajustat Efectiu a partir de corbes circulars ajustades, i es va realitzar una Anàlisi de Variància (ANOVA) unidireccional per a comparar els valors mitjans. Els gràfics resultants van mostrar diferències significatives en el Radi Ajustat Efectiu entre girs a la dreta i a l'esquerra, especialment en corbes amb radis més petits. Independentment del tipus d'usuari, aquests tendien a tallar la corba durant els girs a l'esquerra, reduint així el Radi Ajustat Efectiu i incrementant les violacions dels carrils. Els mapes de calor van confirmar que els usuaris que giraven a l'esquerra sovint infringien els carrils dedicats, augmentant el risc de col·lisions. En corbes més grans (22 i 78 metres), els usuaris que giraven a la dreta mantenien patrons similars, mentre que els que giraven a l'esquerra seguien la geometria de la corba, reduint les violacions. En el cas dels patinets, els valors del Radi Ajustat Efectiu eren més pròxims al radi real en corbes més petites. L'anàlisi de velocitat va subratllar possibles conflictes i una capacitat de maneig reduïda en usuaris que infringien els límits dels carrils. En conclusió, el Radi Ajustat Efectiu es presenta com un indicador valuós per a identificar patrons de comportament arriscat entre usuaris de micromobilitat, amb un augment potencial del risc de conflictes frontals, d'encreuament i d'angle lateral. Aquesta tesi aporta una contribució significativa al disseny d'infraestructures de micromobilitat en introduir el Radi Ajustat Efectiu com una nova mesura de seguretat basada en el moviment, oferint un anàlisi detallat del risc espacial i abordant limitacions en els mètodes actuals d'extracció de dades i d'anàlisi de trajectòries a alta resolució.

[EN] Micromobility refers to compact, low-mass, low-speed devices for short-distance urban travel, either personal or shared. They are being integrated into busy streets as part of a shift from auto-centric to slower, more pedestrian-friendly city designs. However, the integration has created safety risks and discomfort for both micromobility users and motor traffic due to large differences in speed and mass. To address this, urban designers implement measures such as protected lanes, lanes with differential heights, and buffered lanes to create space between bike lanes and roads on busier streets. Through this dedicated infrastructure, tangent-to-curve transitions or isolated curves are the most critical segments of bike lane when considering safety measures. Their design can significantly influence user behavior, often leading to conflicts with other bike lane users, pedestrians, and frequent fall incidents. Unfortunately, many of these incidents on a bike lane go underreported, but the risk persists in serious scenarios. The primary aim of this thesis is to identify potential conflict situations by introducing a novel safety indicator, the "Effective Fitted Radius", and a dynamic tracking methodology to assess the safety of micromobility users (cyclists and e-scooters) on isolated bike lane curves. This methodology comprises six key components: (i) site selection, (ii) geometric data collection, (iii) video recording, (iv) speed and position extraction, (v) visualization, and (vi) analysis. Naturalistic video data from 900 bike lane users at nine curve sites with varied geometry were collected to examine their spatio-temporal movement patterns. For this purpose, each curve was divided into three sections -Point of Curvature (PC), Midpoint (MP), and Point of Tangency (PT)-, and four areas of interest were defined to capture lateral position and speed. Subsequently, the outcomes were visualized using Python to analyze fitted trajectories, lane violation heat maps, and speed patterns. The Effective Fitted Radius was then computed from fitted circular curves, and one-way Analysis of Variance (ANOVA) was conducted to compare mean values. The resulting raincloud plots revealed significant variations in Effective Fitted Radius between right-turn and left-turn movements, particularly in smaller curve radii. Users, irrespective of their type, tended to cut the curve and generate smaller Effective Fitted Radius values during left-turns. Lateral displacement heat maps further confirmed that left-turn users often violated dedicated lanes, posing collision risks. In larger curve radii (22 and 78 meters), right-turn users maintain similar patterns observed in smaller radii, while left-turn users follow the curve geometry, reducing lane violations. For e-scooters, Effective Fitted Radius values cluster more closely around the actual radius in smaller radii. Speed analysis underscored potential conflicts and reduced handling capabilities for users breaching lane boundaries. In conclusion, the Effective Fitted Radius emerges as a valuable indicator for assessing and identifying risky behavioral patterns among micromobility users, many of which could escalate the risk of head-on, crossing, and side-angled conflicts between users. This thesis advances the understanding and methodology of micromobility infrastructure design by introducing the Effective Fitted Radius (EFR) as a novel movement-based surrogate measure of safety, offering a detailed spatial risk analysis and addressing critical limitations in current motion data extraction and trajectory analysis methods in high resolution.