基于交通沖突技術(shù)的交織區(qū)交通安全評(píng)價(jià)

基于交通沖突技術(shù)的交織區(qū)交通安全評(píng)價(jià)

0交織區(qū)交通運(yùn)行狀況分析隨著城市的發(fā)展，城市道路交通往往存在著脆弱和快速的“相互連接”。互通立交的設(shè)置在緩解交叉口交通擁堵、完善城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)等方面起著非常重要的作用,這就使得短間距互通立交正在成為一種不可避免的社會(huì)需求。然而由于互通立交間距較小,往往在相鄰互通立交之間形成交織區(qū)。交織區(qū)內(nèi)交織車(chē)輛必須在交織長(zhǎng)度內(nèi)完成車(chē)道變換,因此如果交織區(qū)交織長(zhǎng)度不足,將導(dǎo)致主線交通流紊亂、道路服務(wù)水平降低,并極易引發(fā)交通事故。為了保障快速路高效安全運(yùn)行,有必要分析交織區(qū)的交通運(yùn)行狀況。目前對(duì)交織區(qū)的分析,一般采用《美國(guó)道路通行能力手冊(cè)》的方法。這一方法建立在大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)回歸統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上,主要考慮了交通設(shè)施的通行能力和服務(wù)水平。鑒于短間距互通立交之間的交織區(qū)往往是事故高發(fā)路段,因此還有必要從交通安全度對(duì)交織區(qū)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。既有研究表明,交通沖突對(duì)交通事故具有很好的替換性。目前交通沖突技術(shù)已成為道路交通安全評(píng)價(jià)和交通事故預(yù)測(cè)的有力工具。筆者將基于交通沖突技術(shù),結(jié)合微觀交通仿真,對(duì)短間距互通立交所形成的交織區(qū)進(jìn)行交通安全評(píng)價(jià)。1交通沖突的評(píng)價(jià)流程在新建或改建道路之前,無(wú)法通過(guò)直接觀測(cè)獲得未來(lái)的交通沖突數(shù)據(jù),而交通仿真則為交通安全評(píng)價(jià)提供了另一個(gè)研究思路。微觀交通仿真能夠模擬出交通設(shè)施的交通運(yùn)營(yíng)狀況,為基于交通沖突技術(shù)評(píng)價(jià)交通設(shè)施的交通安全提供了可能。筆者進(jìn)行交通安全評(píng)價(jià)具體流程如圖1所示。首先使用微觀交通仿真軟件VISSIM建立道路路段仿真模型,構(gòu)造出其道路、交通特性等因素,模擬其中車(chē)流的運(yùn)行狀態(tài)及其隨時(shí)空變化的過(guò)程;然后運(yùn)用交通安全替代評(píng)價(jià)模型(SSAM)對(duì)VISSIM仿真輸出的車(chē)輛軌跡文件(.trj)進(jìn)行分析,從而對(duì)仿真過(guò)程中發(fā)生的交通沖突進(jìn)行識(shí)別和統(tǒng)計(jì),最后,以交織區(qū)交通沖突數(shù)與交織區(qū)交通量、交織區(qū)長(zhǎng)度的比值作為主要評(píng)價(jià)指標(biāo),評(píng)價(jià)交織區(qū)的交通安全狀況。以下分別進(jìn)行闡述。1.1交通方案的vissim仿真需要合理VISSIM是一款基于時(shí)間與駕駛行為的微觀仿真軟件,可用于模擬和評(píng)價(jià)城市交通的運(yùn)行狀況。它可以分析各種交通條件下,如車(chē)道設(shè)置、交通構(gòu)成、交通信號(hào)、公交站點(diǎn)等,城市交通和公共交通的運(yùn)行狀況,是評(píng)價(jià)交通工程設(shè)計(jì)和城市規(guī)劃方案的有力工具。VISSIM靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以模擬在交通系統(tǒng)中的任何一種幾何特性的路段,任何一種駕駛行為。因此,VISSIM被廣泛地應(yīng)用于交通運(yùn)輸組織方案和城市規(guī)劃方案的評(píng)價(jià)。通過(guò)VISSIM仿真軟件可以建立公路路段仿真模型,構(gòu)造出其道路、交通特性等因素,模擬其中車(chē)流的運(yùn)行狀態(tài)及其隨時(shí)空變化的過(guò)程,并能夠獲得車(chē)輛運(yùn)行的軌跡數(shù)據(jù)。通過(guò)分析車(chē)輛運(yùn)行的軌跡數(shù)據(jù),能夠獲得仿真過(guò)程中“發(fā)生”的交通沖突情況,進(jìn)而對(duì)交通設(shè)施的交通安全狀況做出評(píng)價(jià)。此外,為了降低仿真軟件隨機(jī)性對(duì)交通沖突分析結(jié)果的影響,應(yīng)采用不同的隨機(jī)種子進(jìn)行多次仿真。1.2交通沖突仿真模型基于微觀交通仿真輸出的車(chē)輛軌跡文件,進(jìn)一步對(duì)仿真過(guò)程中車(chē)輛間的交通沖突進(jìn)行分析。運(yùn)用交通安全評(píng)價(jià)軟件SSAM對(duì)車(chē)輛軌跡文件進(jìn)行處理,可以得到交通沖突次數(shù)及交通沖突嚴(yán)重程度。SSAM是美國(guó)聯(lián)邦公路局(FHWA)基于交通安全替代評(píng)價(jià)模型開(kāi)發(fā)的交通安全評(píng)價(jià)軟件,可用于分析微觀交通仿真輸出的車(chē)輛軌跡文件中的交通沖突。它依據(jù)距離碰撞時(shí)間(TTC,Time-To-Collision)和后侵占時(shí)間(PET,Post-EncroachmentTime)來(lái)判定車(chē)輛間相互作用是否作為一次交通沖突,并能夠根據(jù)沖突角度(conflictangle)將交通沖突分為正向沖突(crossing)、變道沖突(lanechange)、追尾沖突(rearend)3類(lèi)(圖2)。距離碰撞時(shí)間是指在一次交通沖突中所觀測(cè)到的距離碰撞發(fā)生前的最短時(shí)間,該值以2車(chē)當(dāng)前的位置、速度和未來(lái)的軌跡為基礎(chǔ)進(jìn)行測(cè)算。后侵占時(shí)間是指在一次交通沖突中第1輛車(chē)最后占用某個(gè)位置的時(shí)刻到第2輛車(chē)在隨后到達(dá)相同位置的時(shí)刻之間的時(shí)間差。筆者應(yīng)用SSAM進(jìn)行交通沖突統(tǒng)計(jì)分析時(shí),TTC采用文獻(xiàn)的推薦值1.5s,PET采用文獻(xiàn)的推薦值5.0s,追尾沖突角度閾值和正向沖突角度閾值采用了軟件默認(rèn)值。1.3交織區(qū)交通沖突率通過(guò)SSAM可以得到交織區(qū)交通沖突數(shù)及交通沖突類(lèi)型,要進(jìn)一步比較不同交織區(qū)的交通安全狀況,還需要建立一個(gè)科學(xué)的評(píng)價(jià)指標(biāo)?？紤]到交織區(qū)中車(chē)輛要在一定的長(zhǎng)度內(nèi)完成交織操作,交織區(qū)的交通沖突數(shù)與交織區(qū)長(zhǎng)度有著密切關(guān)系。此外,交織區(qū)交通量大小也顯著影響著交織區(qū)的交通運(yùn)行狀況。為客觀地反映交織區(qū)交通安全水平,這里將交織區(qū)交通沖突數(shù)與交織區(qū)交通量、交織區(qū)長(zhǎng)度的比值定義為交織區(qū)交通沖突率(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為交通沖突率),并將之作為交織區(qū)交通安全的評(píng)價(jià)指標(biāo),即式中:f為交織區(qū)交通沖突率,次/(pcu·km),pcu為當(dāng)量交通量;NTC為1h的仿真時(shí)間內(nèi)交織區(qū)“發(fā)生”的交通沖突數(shù),次;Q為交織區(qū)的小時(shí)交通量,pcu/h;L為交織區(qū)長(zhǎng)度,km。通過(guò)計(jì)算交織區(qū)交通沖突率,既可以比較分析不同交織區(qū)之間的相對(duì)安全狀況,從而按照交通安全狀況對(duì)多個(gè)交織區(qū)進(jìn)行排序,也可以比較不同的改善方案對(duì)特定交織區(qū)交通安全的改善程度,從而為方案比選提供依據(jù)。2案例分析：北京周邊道路交叉區(qū)的城市交通評(píng)估2.1匝道體系及交織區(qū)南京繞城公路城市化改造工程一期項(xiàng)目路線全長(zhǎng)13.7km,設(shè)置6處互通式立交,其中樞紐互通式立交2處,一般互通式立交4處。主線采用城市快速路標(biāo)準(zhǔn),利用現(xiàn)有的35m斷面改造為雙向八車(chē)道,設(shè)計(jì)速度為100km/h。主線兩側(cè)設(shè)置必要的輔道銜接城市路網(wǎng),輔道采用城市主干道標(biāo)準(zhǔn),路基寬14m,設(shè)單向3車(chē)道,設(shè)計(jì)速度為40km/h。由于主線上互通立交較多,在上行、下行方向上共形成了8個(gè)交織長(zhǎng)度低于1270m的交織區(qū)。為了便于說(shuō)明,筆者將之編號(hào)為1—8號(hào)(表1)。《城市快速路設(shè)計(jì)規(guī)程》規(guī)定,主線設(shè)計(jì)車(chē)速為100km/h的快速路路段上相鄰的入口、出口端部之間的最小距離為1270m。因此,有必要專(zhuān)門(mén)評(píng)價(jià)這8個(gè)交織區(qū)的交通安全狀況。2.2交織區(qū)交通沖突的原因分析采用前述方法對(duì)8個(gè)交織區(qū)進(jìn)行分析,交通仿真時(shí)采用不同的隨機(jī)種子運(yùn)行5次,并取5次交通沖突分析得出的平均值作為最終結(jié)果,從而得到各交織區(qū)交通沖突情況。從分析結(jié)果(表2)來(lái)看,交織區(qū)交通沖突以追尾沖突和變道沖突為主,沒(méi)有出現(xiàn)交通沖突角度較大的正向沖突。以交通沖突率作為評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)8個(gè)交織區(qū)的相對(duì)交通安全狀況進(jìn)行比較(表3)。結(jié)果表明,2號(hào)交織區(qū)和8號(hào)交織區(qū)的交通沖突率最大、交通安全狀況最差,應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮對(duì)這2個(gè)交織區(qū)進(jìn)行改善?？梢?jiàn),通過(guò)計(jì)算交織區(qū)交通沖突率,可以比較出不同交織區(qū)之間的相對(duì)交通安全狀況,從而依據(jù)交通安全狀況對(duì)多個(gè)交織區(qū)進(jìn)行排序。為了比較交織區(qū)服務(wù)水平與交通沖突的關(guān)系,筆者還運(yùn)用美國(guó)《道路通行能力手冊(cè)》所提供的方法計(jì)算分析上述8個(gè)交織區(qū)的服務(wù)水平。美國(guó)《道路通行能力手冊(cè)》將服務(wù)水平分成A級(jí)、B級(jí)、C級(jí)、D級(jí)、E級(jí)、F級(jí)共6級(jí),其中,A級(jí)服務(wù)水平最高、F級(jí)服務(wù)水平最低。其中,A級(jí)和B級(jí)大致相當(dāng)于我國(guó)公路一級(jí)服務(wù)水平,C級(jí)和D級(jí)分別相當(dāng)于我國(guó)公路2級(jí)、3級(jí)服務(wù)水平,而E級(jí)和F級(jí)大致相當(dāng)于我國(guó)公路4級(jí)服務(wù)水平。一般認(rèn)為,道路服務(wù)水平與道路交通安全有著直接關(guān)系,服務(wù)水平越低,車(chē)流越不穩(wěn)定,交通安全狀況也越差。服務(wù)水平分析結(jié)果(表4)表明,在8個(gè)交織區(qū)中,2號(hào)交織區(qū)和8號(hào)交織區(qū)的車(chē)流密度最大(均為21.0pcu/(km·ln),ln為車(chē)道),服務(wù)水平最低(均為D級(jí)),其交通沖突率也較高?？梢?jiàn),服務(wù)水平較低的交織區(qū)交通沖突率較高,其交通安全狀況也較差(圖3)。在沒(méi)有專(zhuān)門(mén)分析交通安全的情況下,服務(wù)水平可作為交通安全評(píng)價(jià)的一個(gè)重要參考指標(biāo)。3對(duì)交通沖突的敏感分析為提出交織區(qū)交通安全的改善方案,以2號(hào)交織區(qū)為例,分析交織區(qū)交通沖突隨交通量、交織區(qū)長(zhǎng)度、交織區(qū)車(chē)道數(shù)的變化情況。3.1交通沖突分析為了解交通量變化對(duì)交織區(qū)交通沖突的影響,將交通量降低為原交通量的40%和70%(即交通量分別為2311pcu/h和4044pcu/h)進(jìn)行交通沖突分析。分析結(jié)果表明,40%和70%交通量所對(duì)應(yīng)的交通沖突率分別為0.0427次/(pcu·km),0.0682次/(pcu·km),僅為原交通量下交通沖突率的40%和64%,對(duì)于特定的交織區(qū)而言,隨著交織區(qū)交通量的增大,交通沖突率明顯具有增大的趨勢(shì)。一般而言,隨著社會(huì)的不斷發(fā)展,道路上的交通量也會(huì)逐年增加,因此,交織區(qū)的交通安全狀況將會(huì)逐年變差。3.2交織區(qū)域的長(zhǎng)度3.3vissim仿真模擬交織區(qū)的車(chē)道數(shù)能粗略地代表交織區(qū)承擔(dān)交通負(fù)荷的能力。2號(hào)交織區(qū)主線為單向4車(chē)道,并設(shè)置了一個(gè)輔助車(chē)道,因此交織區(qū)共設(shè)置了5個(gè)車(chē)道。通過(guò)VISSIM仿真模擬該交織區(qū)設(shè)置2個(gè)輔助車(chē)道后的交通沖突情況。結(jié)果表明,設(shè)置2個(gè)輔助車(chē)道后交織區(qū)的交通沖突率降低至0.0526/(pcu·km),約為原方案交通沖突率的50%。可見(jiàn),僅從交通沖突分析角度來(lái)看,增設(shè)一個(gè)輔助車(chē)道也能夠明顯改善該交織區(qū)的交通安全狀況。4交織區(qū)交通沖突的解決方法1)運(yùn)用交通沖突技術(shù)結(jié)合微觀交通仿真模擬的方法,從交通安全角度對(duì)多個(gè)交織區(qū)進(jìn)行了分析,并提出了交織區(qū)交通沖突的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)———交織區(qū)交通沖突率。應(yīng)用案例表明,該方法能夠適用于分析評(píng)價(jià)新建或改建道路交織區(qū)的交通安全狀況,有良好的應(yīng)用價(jià)值。2)基于交通沖突技術(shù)的安全評(píng)價(jià)結(jié)果與《美國(guó)道路通行能力手冊(cè)》的服務(wù)水平分析結(jié)果具有較好的一致性,交通沖突率較低的交織區(qū)時(shí),其服務(wù)水平往往也較高,反之亦然?？梢?jiàn),在無(wú)法專(zhuān)門(mén)分析交通安全狀況時(shí),可以將服務(wù)水平作為交通安全評(píng)價(jià)的一個(gè)重要參考指標(biāo)。3)交織區(qū)交通沖突的敏感性分析表明,交織區(qū)交通沖突率隨著交通量的增大而增大,隨著交織區(qū)長(zhǎng)度的增加、交織區(qū)車(chē)道數(shù)的增加而降低。因此,可以通過(guò)增加交織區(qū)長(zhǎng)度、增加交織區(qū)車(chē)道數(shù)或降低交織區(qū)交通量(如組織繞行)等手段來(lái)改善交織區(qū)交通安全狀況。交織區(qū)長(zhǎng)度是交織區(qū)最為重要的參數(shù)之一,交織區(qū)的長(zhǎng)短直