（交通运输规划与管理专业论文）基于车速参数的高速公路交通安全评价模型研究.pdf

摘要 摘要 论文针对目前国内外道路安全量化评价研究的不足，紧密结合依托工程， 在充分总结、对比、分析国内外成熟技术和已有成果基础上，采用了理论分析 和实践相结合的研究方法，从微观的角度对高速公路交通安全进行深入研究。 首先在研究车速与交通事故、道路线形之间内在联系的基础上构建了高速 公路线形连续性评价模型，揭示了第8 5 位运行车速、第8 5 位运行车速标准 差与高速公路线形连续性及交通事故率之间的内在规律，并提出模型的评价标 准；在此基础上进一步建立了基于车速参数的高速公路交通安全评价模型，并 提出评价标准，在模型的应用及案例分析中，高速公路线形连续性量化评价模 型和高速公路事故率预测模型均得到了初步的验证。 在研究分析国内外基于统计回归和基于相关制约的车速模型各自优缺点的 基础上，从新的角度构建了由驾驶期望车速模型和道路条件供给车速模型整合 而成的高速公路运行车速模型，一方面为高速公路交通安全量化评价模型的建 立提供技术支持；另一方面为高速公路运行车速的预测提供工具，并为后续速 率梯度参数等新参数的提出奠定基础。 论文提出了“速率梯度”新概念，修正了传统意义上对“速度梯度”概念 理解的偏差，在解决了计算速率梯度的可行性问题后，提出了“速率梯度模对 时间t 的变化率”和“速率梯度模对距离s 的变化率”两个新的车速参数；并初 步验证了速率梯度模对时间的变化率与道路交通事故之间的内在联系，为预判 交通事故提供了一个的新工具，并对其在道路交通安全中的应用进行了案例分 析。 接着，论文利用交通事故预测与贝叶斯预测在处理异常情况发生时所具有 的共通性，引进贝叶斯最小风险理论，结合速率梯度参数的应用，理论上实现 了高速公路交通事故的动态监控，为道路交通安全理论研究和实际应用提供了 一个新的思路。 最后，论文对全文进行了总结并对进一步工作的方向进行了简要的讨论。 关键词：高速公路，车速参数，交通安全，评价模型，贝叶斯最小风险理论 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ep a p e ra im sa tt h ed e f ic ie n c yt h a tr e s e a r c ho nt h er o a d 鲥d yq u a n t it y e v a l u a t i o nm o d e la td o m e s t i ca n df o r e i g na tp r e s e n t b a s e d0 1 3s u m m a r i z i n g 、 c o n t r a s t in g 、a n a l y z in gt h em a t u r et e c h n iq u eo f in s id ea n do u t s id ea n de x is t in g p r o d u c t i o n ，i tc o m b i n e ss u p p o r t e dp r o j e c t sd o s e l y ，a d o p t st h e o r ya n a l y z i n ga n d p r a c t ic ein v e s t ig a t io n g o e sd e e pin t of r e e w a yt r a f f ics 酊e t yf r o mm ic r o c o s m ic v ie w t h e p a p e rs t r u c t u r e slin ec o n s is t e n c ye v a lu a t io nm o d e lo ff r e e w a yb a s e do nt h e a n a l y z i n go ft h er e l a t i o n s h i pa m o n gs p e e d 、t r a f f i ca c c i d e n ta n dl i n e i to p e n so u t t h e i m m a n e n tr u l ea m o n gt h e8 5 f u n c t i o ns p e e da n di t ss t a n d a r dd e v i a t i o na n dl i n e c o n s is t e n c yo ff r e e w a ya n dt r a f f ica c c id e n tr a t e ；m o r e o v e r ，i tb r in g sf o r w a r d e v a lu a t io ns t a n d a r do ft h em o d e l a f t e rt h a ti te s t a b lis h e st r a f f ics a f e t ye v a lu a t io n m o d e lo ff r e e w a yb a s e do ns p e e dp a r a m e t e ra n db r i n g sf o r w a r di t se v a l u a t i o n s t a n d a r d d u r in gt h ea p p lic a t io no fm o d e lsa n dc a s ea n a ly z in g ，t w om o d e lsa r e v a li d a t e de f f e c t iv e l y b a s e do ns t u d ya n a ly z in ge a c ha d v a n t a g ea n dd is a d v a n t a g eo fs t a t is t ic r e g r e s s io ns p e e dm o d e la n dc o r r e la t io nc o n d it io ns p e e dm o d e l ，its t r u c t u r e sf r e e w a y s p e e dm o d e lw h i c hc o o r d i n a t e s w i t hd r i v ee p e c t i n gs p e e dm o d e la n dr o a dc o n d i t i o n s u p p lys p e e dm o d e lf r o mn e ，v ie w t h isc a np r o v id ef o r e c a s tt o o lf o rf r e e w a y f u n c t i o ns p e e da n dt e c h n i q u es u s t a i n m e n tf o rb e h i n dt r a f f i cs a f d yq u a n t i t ye v a l u a t i o n m o d e lo ff r e e w a y it p u t s f o r w a r dt h en e wc o n c e p t - - s p e e dr a t eg r a d s , a m e n d st h ew r o n g c o m p r e h e n do fs p e e dg r a d s int r a d it io n ，a n ds e t t le st h ec a lc u la t io np r o b le mo fs p e e d r a t eg r a d s a f t e rt h a titb r in g sf o r w a r dt w on e ws p e e dp a r a m e t e r s - - v a r id yr a t ioo f s p e e dr a t eg r a d sm o d u la rt ot im ea n dv a r ie t yr a t ioo fs p e e dr a t eg r a d sm o d u la rt o d is t a n c e ；f u r t h e r m o r e , itv a lid a t e sim m a l e n tr e l a t io nb e t w e e nv a r ie t yr a t ioo fs p e e d r a t eg r a d sm o d u la rt ot i m ea n dr o a dt r a f f i ca c c i d e n t ，w h i c hc a np r o v i d e dp o w e r f u l n e wt o o lf o rf o r e c a s tt r a f f ica c dd e n t t h ep a p e ru s e st h en e wt o o linc a s ea n a ly z in g a b o u tt h ea p p l i c a t i o no fr o a dt r 舐i cs 西鼬。 a b s t r a c t f o llo w in g t h ep a p e rm a k e su s eo fc o m m o ng r o u n db e t w e e nt r a f f ica c c id e n t f o r e c a s ta n db a y e s i a nf o r e c a s tw h i c hd e a l i n gw i t ht h ea b n o r m i t yc o n d i t i o n ，f e t c h e si n b a y e s ia nm in im u mh a z a r dt h e o r y ，c o m b in e st h ea p p l ic a t io no fs p e e dr a t eg r a d s p a r a m e t e r s , s t r u c t u r e st h em o d e l o ft r a 肝ica c c id e n tb a y e s ia nm in im u mh a z a r d f o r e c a s ti nt h e o r y t h i sr e a l i z e st h ed y n a n i ct r a f f i ca c c i d e n ts u p e r v i s eo ff r e e w a yi n t h e o r y ，w h i c hp r o v i d e san e w m e t h o df o rt h e o r ys t u d i e so fr o a dt r a f f i cs a f e t y f i n a l l y 。i ts u m su pt h ew h o l ep a p e ra n dt h ep r o b l e m sr e q u i r i n gf u r t h e rs t u d i e s 9 1 ed i s c u s s e d k e yw o r d s ：f r e e w a y ，s p e e dp a r a m e t e r ，t r a f f ics a f e t y ，e v a lu a t em o d e l ，b a y e s i a n m in im u mh a z a r dt h e o r y 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版：在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：磅惫华 芝b 年宝月日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年 月日年月 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：豫逢华 2 0 。b 年参月y 日 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 道路交通事故是世界性的灾害和世界性的难题。据统计一个世纪以来全球 因交通事故的死亡人数累计己达3 0 0 0 多万人，超过第二次世界大战死亡人数的 一半，由此带来的经济损失更是触目心惊；2 0 0 4 年世界卫生组织首次将道路安 全作为主题，统计数字表明，全世界每年有1 2 0 万人死于道路交通事故，伤害 的数目更高达5 0 0 0 万，且最近几年全球每年因交通事故造成的伤亡人数和经济 损失呈上升趋势。由此可见，道路交通事故己成为严重的世界性问题【1 j 。 据美国公路交通安全管理局( n h t s a ) 发布的公路交通事故报告，2 0 0 2 年 美国约有4 2 ，8 5 0 人丧生于公路交通事故；而2 0 0 1 年的同一数据是4 2 ，1 1 6 人。 这是自2 0 世纪9 0 年代以来，美国公路交通事故死亡人数最多的年份。美国公 路交通安全管理局还同时发布了公路交通事故对社会造成的经济损失估计。报 告指出，美国公路交通事故对社会造成的经济损失每年估计达2 3 0 0 亿美元。日 本的公路密度居世界之首，达3 0 3 公里，百万平方公里，汽车拥有量仅次于美国， 七十年代是日本交通事故的高发期，死亡人数最高达1 6 7 6 5 人，年，但1 9 9 9 年日 本的交通事故死亡人数仍达9 0 0 5 人。在过去的十年间，澳大利亚的交通事故夺 取了2 3 万人的生命，约1 5 万人受伤。1 9 9 9 年西欧国家( 包括奥地利、比利时、 芬兰、法国、德国、希腊、冰岛、卢森堡、荷兰、挪威、葡萄牙、西班牙、瑞 典、瑞士、土耳其、英国) 交通事故死亡人数达4 0 0 2 7 人，相比1 9 9 8 年，道路 死亡人数下降了将近4 4 ，这是自1 9 9 6 年以来欧洲道路死亡下降最多的一年， 但受伤率增加了1 3 ，事故率增加了1 3 【刁网。 在我国，随着国民经济的快速发展，公里通车里程和车辆保有量急剧增长， 对公路交通的需求不断增加。而目前车辆状况、公路设施建设、交通法规、交 通管理工作和交通参与者的素质还不能完全适应交通运输事业发展的需要，导 致交通事故频繁发生，给国家和个人都带来了巨大的损失。2 0 0 4 年，我国可统 计的道路交通事故共5 6 7 7 5 3 起，死亡人数9 9 2 1 7 人，受伤人数4 5 1 8 1 0 人，直 接经济损失2 7 7 亿元 4 1 。就绝对数而言，我国已经成为世界上道路交通事故最 第一章绪论 多的国家之一，而且事故致死率比欧洲发达国家要高1 0 倍以上，经济损失更加 惊人。 交通事故给社会带来了巨大的损失，开展道路安全领域的研究对减少由于 交通事故带来的损失具有良好的社会效益和巨大的经济效益：而且，从国内外 道路安全领域的研究深度和广度来看，国内在该领域还只是处于初步阶段，尚 有很多技术问题需要解决。 道路交通系统是一个由人、车、路( 含整个环境) 构成的动态系统。人、 车、路被称为道路交通系统的三要素，三要素必须协调地运动，才能达到整个 系统安全、快速、经济舒适的要求。由于不同国家的道路发展水平和交通状况 差异很大，且各国评价标准的不一致，三要素对交通事故的影响程度在学术界 一直有较大的争论。在三要素中，驾驶员是环境的理解者和指令的发出和操作 者，因此它是系统的核心，路和车的因素必须通过人才能起作用，人、车、路 组成的系统时刻在变化，三者靠人的干预达到平衡，所以人是道路事故的关键 因烈2 】。尽管如此，由于人的因素在三个因素中是最难改变的，人对所处环境的 认知和反映在很大程度上决定于人固有的心理和生理，因此车辆和道路环境会 对人的行为产生很大的影响。特别是在我国，由于道路行车质量还存在较多的 缺陷，道路对事故的影响比发达国家大的多。因此亟需根据我国的交通特点、 地形特点和交通动态系统中人、车、路及环境的交通特性，着重从道路与环境 方面，研究与我国交通特色相适应的公路交通安全评价模型及安全决策技术， 为有关政策的决策提供技术支持。 1 2 国内外有关安全评价模型研究概况 有关道路交通安全评价模型的研究，目前主要集中在宏观评价模型和微观 评价模型两个层面：宏观层面和微观层面。在宏观层面上，国外有代表性的评 价模型有o p p e 的“学习心理学”模型、s m e e d 模型、n a v i n 模型、美国的伊邝可 拉加尔模型等，国内有代表性的评价模型有交通安全宏观模糊评价模型、道路 安全灰色评价模型等。在微观层面上，国外有代表性的评价模型有美国乡村两 车道事故预测模型、交叉口模型、美国交互式道路安全设计模型等，国内有代 表性的评价模型有北京模型等。 2 第一章绪论 1 2 1 道路交通安全宏观评价模型 1 2 1 1 国外有关道路交通安全宏观评价模型有代表性的研究 1 、o p p e 的“学 - 3 心理学模型 5 1 该模型的公式为： 尺i = e 鲞+ b 式中：r 第t 年的车公里死亡率； t 时间； a b 参数。 此模型采用了一种纵向比较的方法。用时间序列分析法得出的结果与所选 取的基准年份和时间长度密切相关。随着所选取的基准年份和时间长度的不同， 所得到的安全程度在纵向比较时会产生一定的歧异，因此模型中基准年份和时 间长度的选择是一个很难回答的问题。 2 、s r n e e d 模型【5 l 著明的s m e e d 模型是伦敦大学r j s m e e d 在1 9 4 9 年根据欧洲2 0 个国家的 交通事故调查事故数据，经分析得到的回归模型。 导：0 o o 彳导 2 旭或d ：0 0 0 3 6 p ：) 1 ，s v i vj 一 、7 式中：d 一死亡人数( 人) 。 v 一机动车保有量( 辆) ； p 一局域内人1 3 总数( 人) 。 为了进一步验证这一公式，s r n e e d 又根据1 9 6 0 - - - 1 9 6 7 年欧、美、亚、非等 洲的6 8 个国家的事故数据进行分析，得到了很好的结果。 其他一些国家也纷纷采用各自国家的数据，对s m e e d 模型进行修正，得到 自己的预测模型，如，日本采用1 9 6 0 , 1 9 7 2 年的数据得到的模型为： 扣叫击厂 但对s m e e d 模型国际上也一直存在争论，如澳大利亚道路研究协会的 a n d r e a s s e n 曾发表文章死亡人数与车辆和人口的关系，认为由于各国的汽车 3 第一章绪论 化水平有很大差异，采用s m e e d 模型不能反映实际情况。而且，a n d r e a s s e n 对 s m e e d 当年所用的数据利用计算机重新进行了分析，从而对, s m e 弓d 公式本身的 精确性也提出了疑问。 3 、n a v i n 模型6 1 1 9 9 6 年，n a v i n 等人首先研究了交通险阻t 、机动化水平m 、个人风险p 之间 的基本关系，同时又合并了基于k o o r n s t r a 提出的部分思想，建成了关于交通险 阻的扩展模型。这种扩展模型可以对影响道路交通安全的一些社会和工程因素 进行更为详尽的分析。但是模型在数据收集和实际操作上存在较大的难度，而 且模型对驾驶员的行为，车辆的动力性能、事故碰撞后果及紧急求援系统的反 应考虑不够，因此还存在一些缺陷。 4 、美国的伊弗可拉加尔公式 7 1 伊阿拉加尔通过对美国4 8 个州的道路交通死亡人数的三十多个相关因素的 分析，选出影响较大的六个因素，然后用回归方程预测“百万辆汽车的事故死 亡率y ”。经实践检验，预测值与实际值基本相符。 y = 0 5 2 1 5 x 1 + o 8 5 4 2 x 2 0 2 8 3 1 x 3 0 2 5 9 7 x 4 + 0 1 4 4 7 x 5 0 1 3 9 6 x 6 式中：y 死亡数，百万辆汽车； x ：汽车经检验的数量； x 。年平均温度； x 。其他因素。 x ，公路通车里程，总里程； x 。道路面积地区面积； x 。地区内人平均收入； 5 、另外加拿大多伦多大学的a l i r e z ah a d a y e g h i 、a m e rs s h a l a b y 、b h a g w a n t n p e r s a u d 构造了基于多伦多城市的交通事故宏观评价模型，模型的建立是基于 事故服从负二项分布这一基本假设，模型的自变量考虑了社会经济因素、交通 需求、主要道路的车公里数、交叉口密度、代表性车速及道路服务水平等要素， 具有一定的应用价值【嘲。 瑞典的g h a z w a na 1 h a j i 博士在其博士论文中从宏观的角度对城市交通安全 进行评价，构建了宏观交通安全评价模型，该模型考虑了对交通安全状况有重 要影响的交通危险性、个人危险性、健康指数、教育指数、车辆安全指数、道 路状况指数、用户行为指数、生活水平、城市化水平等9 个方面，全面考虑了 关系到道路交通安全的人、车、路、环境和规章制度等的因素【9 】。 德国g a u d r y 建立了一个五层的宏观模型一d r a g 模型，第一层是油料销售 4 第一章绪论 模型，通过该模型可以获得汽油和柴油总销售量，第二层由于计算路网中的油 料消耗量，第三层表示了事故总量指标，第四层表示了事故受伤率和致死率情 况，第五层次表示了事故的总体伤亡情况【御。 1 2 1 2 国内有关道路交通安全宏观评价模型的研究 国内自8 0 年代以来对宏观交通安全的研究也做了一些工作，代表性的研究成 果如下： 8 0 年代以来，随着交通工程学科在我国的开展，面对我国交通安全日趋严 重的现状，我国的交通安全专家提出了一些具有代表性的交通事故生成规律的 统计模型，其中包括北京市交通事故的模型【，j ： y = 3 5 7 7 7 9 + 9 3 3 0 2 8 1 9x 1 + 8 2 4 9 2 1 1 9x 2 + 3 2 6 7 7 7 1 9x 4 + 8 0 q 4 5 4 1 9x 5 - 11 4 9 0 5 1 9x 6 2 2 4 9 0 2 1 9 x 8 - 4 5 0 4 9 9 1 9 x 9 - 1 5 2 6 0 8 1 9 x 1 0 - 2 8 7 1 9 1 1 9 x ” 式中： x ，临时人1 3 数；x ：常住人1 3 数；x 。机动车辆数； x 。自行车数；x 。道路长度；x 。道路面积； x ，灯控路口；x 。交通标志；x 。交通标线； x 伯交通标志；x ，交警人数。 北京市交通工程研究所建立的北京模型是国内比较有代表性的模型。此模 型考虑了包括临时人口等1 1 个影响因素从而构造了一个线性的交通安全模型， 但是模型对临界状态的考虑稍显不足。 1 9 9 5 年北京工业大学的刘运通，针对交通安全的特点，利用模糊数学的基 本原理和方法，建立了交通安全宏观模糊评价模型，并以中德两国的实例比较 验证了模型的实用性，但是采用问卷调查的方法来验证较难避免小样本的偏向 性问趔”】；罗江涛、刘小明、任福田运用灰色系统理论建立了宏观道路安全灰 色评价方法，筛选了宏观道路安全评价指标，标定了阈值，并对北京、河北等 五省市进行了交通安全水平比较，有一定实用意义【1 2 1 ；1 9 9 6 年北京工业大学的 刘小明教授，在综合分析社会安全系统中人口、车辆、经济、时间、工程等因 素基础上，运用主成分回归分析法建立了道路交通安全的宏观模型，进而对我 国道路交通系统中各因素与交通安全的相关关系做了比较，但是模型对立法因 素、教育因素等考虑不足【1 3 1 ：1 9 9 8 年解放军汽车管理学院朱中等建立了道路安 5 第一章绪论 全多层次结构指标体系和相应的多层灰关联评价模型，并给出了相应的计算程 序便于推广，但是无法避免多层次灰色评价法本身的局限性【1 4 】；2 0 0 3 年湖北警 官学院邵祖峰，建立了高速公路安全评价指标体系，并给出了基于灰色理论的 评价方法，同样由于采用了灰色理论，对于权重和样本矩阵的确定难免受到人 为因素的影响i 嘲。 综上所述，我国宏观交通安全模型及安全评价方法的研究对我国的交通安全 评价有一定的促进作用，但是由于影响道路安全的因素复杂多变，且受交通条件 和地域特点的影响较大，导致模型的适应性和有效性受到一定的局限。 1 2 2 道路交通安全微观评价模型 1 2 2 1 国外有关交通安全微观评价模型有代表性的研究 1 、美国乡村两车道事故预测模型【1 6 l 美国的a n d r e wv o g t ，p h d 和j o eb a r e d ，p h d 对美国的明尼苏达州和华盛顿 州的乡村两车道公路的事故、线形、路侧环境进行统计和分析的基础上，结合 了统计模型和专家经验，得到了乡村两车道事故预测模型： 路段上的事故预测模型： n ，s = nb r ( a m f , ，a m f 2 ，a m f 陌) 式中：n ，。修正后路段上每年预测的事故总数； n h 基本条件下( 修正前) 路段上每年预测的事故总数； a m f l r a m 巳路段上事故的修正系数。 基本模型： n b r = e x p o e x p ( 0 6 4 0 9 + 0 1 3 8 8 s l a t e - 0 0 8 4 6 l w - 0 0 5 9 1 9 n + 0 0 6 6 8 r h r + 0 0 0 8 4 d d ) ( 、h ie k p ( 0 0 4 5 0 e g h i ) ) 匹州e k p ( o 删) ) ( 蝎9 ( 叩1 0 4 8 3 f ) ) 式中：n h 路段上每年的预测事故发生数： e x p o = a d t - 3 6 5 y l 1 0 - 6 ( 百万车公里) s t a t e 州系数( 0i nm i n n e s o t a ，1i nw a s h i n g t o n ) ，本模型是在 分析这两州的道路基础上得出的； l w 车道宽； 6 第一章绪论 s v v 路肩宽度： r h r 路侧危险度( 1 - 7 ) 。表征路侧环境影响； d d 行车道密度，美英里车道数： h ；第i 条平曲线的权值，该曲线长度总曲线长度： d e g h ；第i 条平曲线的曲率，每1 0 0 英尺度数； 州第j 条竖曲线的权值，该曲线长度总曲线长度： v ：第i 条竖曲线的曲率，每1 0 0 英尺坡度变化值( ) ； v 幅第i 条直线段权值，该直线段长度总直线段长度； g r 直线段绝对坡度。 该模型不仅考虑了空间线形对道路安全的影响，而且把路侧环境因素( 危 险度) 引入模型中，对道路设计和改建具有较大的指导意义。但是，该模型是 针对美国的乡村两车道公路，并且对空间线形组合产生的叠加效应考虑不够， 需要进行修正。 2 、交叉口模型【1 7 l p i c k e r i n g ，h a l l 和g r i m m e r l 9 8 6 年提出丁型交叉口模型 a = 0 2 4 ( q p ) 0 1 啪 式中：a 交叉口2 2 米范围内的事故预测值 q 主路进口道的流量( 辆e 1 ) p 次路进口道的流量( 辆日) 但上述模型未能体现视距、道路交角、交通渠化等对道路安全的影响。 a n d r e wv o g t 对美国公路平面交叉口进行研究，重点分析了三路停i t ：控制交 叉口、十字停，让控制交叉口、十字信号灯交叉口，其基本事故预测模型： n i 嚏= n 晡( a m f l i a m f 2 i a m f r t ) 式中： n i t = 修正后交叉口每年预测的事故总数； n h 基本条件下( 修正前) 交叉口上每年预测的事故总数： a m f 1 一a m f 一交叉口上事故的修正系数。 最后，通过回归建立了基于负二项分布的事故预测模型，其参数包括交通 量、车道宽、货车所占的比例等。 3 、美国交互式道路安全设计模型1 明【1 铘 2 0 世纪8 0 年代后期，美国对道路几何设计和道路安全有了新的认识，作为 7 第一章绪论 全国范围内广泛研究的课题，道路线形设计受到了n a t i o n a lc o o p e r a t i v eh i g h w a y r e s e a r c hp n o g r a r n ( n c h r p ) 的资助。同时，1 9 8 8 年三月，f e d e r a lh i g h w a y a d m i n i 或r 反i o n ( f h w a ) 决定把公路安全设计标准定位为高度优先的研究领域。在 这样的背景下，i n t e r a c t i v eh i g h w a ys a f e t yd e s i g nm o d e l ( i h s d m ) 被提出来。 i h s d m 包括两个层次的模块，第层次用于初步设计，第二层次用于详细设计。 i h s d m 将以道路设计者能够实际使用的方式提供关于道路安全和道路线形方面 的信息，引导道路设计者评估所设计道路的安全性。i h s d m 是以商用c a d 为 核心，集成车辆动力模块、线形均衡模块、事故预测模块、交通分析模块等， 是一个集成的道路设计c a d 环境，目前已经完成了预定的目标。图1 1 是第二 层次的i h s d m 模型。 效益一费用模块 线形均衡模块 规范审查模块 事故预测模块 备选设计方案 修改后的备选方案 图1 1 第二层次的s d m 模型 驾驶员分析模块 交通分析模块 车辆动力模块允许道路设计者“驾驶”设计车辆在比选设计的道路上行 驶，从而得到速度剖面图和侧向加速度，可以帮助设计者基于当前的机动车评 价设计道路的优劣。 线形均衡模块基于设计车速和运行车速相对地接近，前后设计路段上运 行车速的变化相对地较小并且运行车速和司机的期望车速相对地一致的思想来 审查设计，图1 2 是速度剖面图。 8 第一章绪论 图1 2车速剖面图 事故预测模块该模块用来预测比选方案在一定条件下的事故次数。它包 括四个子模块：路段设计模块、交叉口设计模块、立交模块和路侧模块( 侵入 模块司机在不经意的情况下驶离行车道) 。 路侧安全结构模块_ 一用来设计路侧的安全结构( 防护设施) ，减少事故的 严重程度，后来该模块包括在事故预测模块中。 驾驶员模块一研究驾驶员从道路环境中获得信息选择行车速度的过程。 交通分析模块最初是叫交通模块，只是用来通过交通量( a d t ) 分析车 辆的运营情况，帮助建立事故a d t 一几何线形三者的关系。后来考虑到交通 环境对车辆运营的影响，其中包括路肩宽度、视距、交通量、交通组成曲线等。 效益一费用模块该模块为了在效益和费用之间取得一个平衡。 后来添加了i n t e r s e c t i o nd i a g n o s t i cr e v i e wm o d u i 卜主要是基于安全考虑 的交叉口设计问题。 4 、美国m o h a m e da a b d e i - a t y 和h a s s a nt a b d e l w a h a b 对两种人工神经网 络：多层次人工神经网络( m l p ) 和模糊适应性神经网络( a r t ) ，在交通事 故中驾驶员受伤严重性进行应用对比分析，研究结论认为多层次人工神经网络 比其他传统的方法在分析受伤严重性中更具优越性，模型的结论表明性别、车 速、安全带的利用率、车辆类型、冲突点、所在区域类型( 农村或城市) 对受 伤严重水平有影响【z 四。 9 第章绪论 美国s r a v a n t h ik o n d u r i ，s a m u e ll a b i ，k u m a r e s c s i n h a 以印第安纳州高速 公路为数据基础，建立了事故预测模型，模型考虑了交通流量、卡车混入率、 天气等因素，并对泊松回归模型、负二项回归模型和非线性回归模型进行了对 比分析，得到了一些建设性的结论【2 1 l 。 加拿大z e i n ，n a v i n 将道路安全系统分成三个实体：道路用户、车辆、道路环 境，将交通事故冲突前分成三个时间阶段( 3 c ) ：c r e a t i o n ，c u l t i v a t i o n ，c o n d u c t ； 将交通事故冲突后亦分成三个时间阶段( 3 r ) ：r e s p o n s e ，r e c o v e r ya n dr e f l e c t i o n 随后文章详细分析了3 c 3 r 系绀z 刁。 埃及人k h a l e da a b b a s 在对埃及农村道路进行分析的基础上从微观的角度 建立了农村道路的交通安全评估模型和农村道路交通事故预测模型2 3 1 。 美国u d o k a , s j 对施工区的道路交通安全进行了评价，对影响施工区的交通 事故死亡率进行了系统的分析，研究确定了施工区的交通事故率和施工区夜间 和白天与事故的相关因素，并提出了施工期间的安全管理政策【z 4 】。 佛罗里达中央大学的p a n d e , a n u r a g ，a b d e i - a t y ，m o h a m e d 提出通过对实时 交通的监控，从而实现对高速公路交通事故的实时预测，研究认为通过环形线 圈检测的交通流参数：速度差、交通流离差、平均占有率都和潜在的交通事故 有关系【2 5 - 1 。 1 2 2 2 国内有关交通安全微观评价模型及车速模型的研究 国内有关交通安全微观评价模型的研究，有代表性的成果如下： 1 、2 0 0 2 年山东交通学院秦利燕，吉林大学许洪国选取济青高速公路七个路 段作为典型事故多发地段，进行微观分析，用量化理论原理建立了高速公路断 面事故率评价模型 2 6 1 。 2 、2 0 0 2 年北京工业大学交通工程研究所贺玉龙等运用车载g p s 设备，以直 线段小客车的运行车速为主要目标，采集了高速公路直线段车辆连续运行车速 数据，在分析高速公路直线段长度，直线段相邻平曲线半径对车辆运行速度影 响的基础上，根据平曲线半径大小，将直线段分为3 组，分别建立了直线段车 辆稳定运行速度的数学模型2 7 l 。 3 、2 0 0 1 年哈尔滨工业大学裴玉龙、孟祥海在“高速公路事故多发点成因分 析模型及其应用研究 中应用了离散的多变量算法，包括变量选择和建模两个 步骤，建立了高速公路事故多发点成因分析模型，并应用模型对沈大高速公路 1 0 第+ 一章绪论 典型事故多发点进行了成因分析，为高速公路交通事故自动识别提供了一个适 用的参考方法【z 8 1 。 4 、2 0 0 5 年北京交通大学综凯、邵春福、秦利燕在“基于gi s 的道路交通安 全管理与评价系统的设计及实现中以某城市道路交通安全分析为对象建立了 道路交通安全管理与评价系统，实现了事故空间分布显示、事故因素分析和交通 安全等级评价等功能【2 9 1 。 5 、1 9 9 8 年西南交通大学张殿业、王武宏、曹琦等在“驾驶员反应能力与最 高时速的安全可靠性分析”中对影响驾驶员反应能力的诸因素进行判别，建立 合理的驾驶员失误率计算模式，对反应能力不同的驾驶员确立不同的可靠性度 量，提出了不同反应能力与危险行车速度域和安全行车速度域 3 0 l 。 6 、另外交通部公路科学研究所何勇、周荣贵、孙家凤等对有关车速模型的 部分研究如下p 1 】： 1 ) 山区双车道公路运行速度研究，即建立适合我国驾驶员特征和山区双车 道公路特点的平、纵线形指标速度预测模型； 2 ) 双车道公路路线安全性评价标准。从为用路者安全考虑的角度，在进行 公路路线设计时，需要以动态的观点来考虑车辆到达曲线时的运行速度，并使 设计速度与曲线上的实际行驶速度相匹配，从而提高道路线形的连续性和行驶 安全性。通过建立速度差与交通事故的关系，确定公路线形质量的定量评价指 标； 3 ) 双车道公路行车道宽度对车辆安全行驶的影响。通过山区双车道公路横 断面各要素对于自由行驶状态下运行速度的影响，研究双向行驶时的行车道宽 度。从运行安全和通行能力两方面，提出四级公路的合理路基宽度指标。 综上所述，国内外有关道路交通安全宏观和微观评价模型的研究虽然有一 定的研究成果，但是其适应性及在应用中仍然存在较多的问题，导致在道路安 全评价中，最基本的定量标准还远没有完善，该定量标准应该是解决这样一个 问题：在给定的设计方案或者改建方案或已有道路的情况下，如何评价特定的 路段上的安全状况，以及该设计或现状将会发生怎样的安全隐患；通过什么样 的措施改造，可以达到什么样的安全水平【1 9 1 。 第一章绪论 1 3 论文研究的内容、目的和意义 1 3 1 论文研究的内容 车速与道路安全性研究大致的一般框架如图1 3 所示，其中实线框架为本 文涉及的内容，即本论文主要针对基于车速参数的交通安全评价研究，虚线部 分为本文不涉及的有关车速与道路安全性的研究的相关内容。在车速与道路安 全性研究框架下，本文的主要研究内容概述如下： 1 2 图1 3 车速与道路安全性研究的一般框架 1 、高速公路交通安全评价模型研究 第一章绪论 首先研究车速与交通事故、车速与道路线形之间的内在规律性，建立车速 与交通事故、车速与道路线形之间的内在联系，进而构建高速公路线形连续性 评价模型，并提出模型的评价标准；在此基础上进一步研究并构建基于车速参 数的高速公路交通安全评价模型，将车速与交通事故、道路线形有机结合为一 个整体，为量化评价设计阶段的高速公路的交通安全性提供依据，为有关决策 提供理论支持。 2 、高速公路运行车速模型研究 在研究分析国内外基于统计回归和基于相关制约的车速模型各自优缺点的 基础上，结合大量的现场调查和试验数据分析，建立自由流交通状态下基于标 准小汽车的高速公路运行车速模型，并对模型进行验证和对比分析。 3 、速率梯度参数的提出和应用研究 提出新的车速参数速率梯度，一方面修正传统意义上对“速度梯度” 概念理解的偏差；另一方面利用速率梯度构造新的参数，研究新参数在道路交 通安全研究中的应用。 4 、交通事故贝叶斯最小风险控制模型研究 引进贝叶斯最小风险理论，结合速率梯度参数的应用，研究新参数在道路 交通安全研究中的另一个应用，即如何实现对运营中高速公路交通安全的动态 监控和风险评估。 1 3 2 论文的研究目的 论文的研究目的就是针对目前国内外道路安全评价研究的不足，从微观的 角度揭示高速公路交通安全的内在规律性，从而构建高速公路交通安全性评价 模型，为量化评价高速公路交通安全性提供理论依据，为有关决策提供技术支 持；研究探索表征道路交通中车辆运行状态的新参数，并研究新参数在道路交 通安全研究中的应用。 1 3 3 论文的研究意义 论文的研究成果将在一定程度上弥补有关道路安全评价研究方面的不足， 特别是为我国在道路交通安全量化评价方面提供一个强有力的理论依据和可操 作的实践方案，因而有良好的经济效益和社会效益，其研究意义是十分积极的。 1 3 第一章绪论 1 4 论文的研究思路及采取的技术路线 1 4 1 论文的研究思路 根据论文的总体框架( 如图1 4 所示) ，论文的研究思路如下： 1 、在“第一章绪论 中介绍国内外道路交通安全现状及国内外相关道路交 通安全评价模型的研究现状和发展方向，提出论文的研究内容和研究目的及意 义。 2 、在“第二章高速公路交通安全评价模型研究中，论文在分析了相关研 究成果的共性结论后，构建了高速公路线形连续性评价模型，从而进一步构建 基于车速参数的高速公路交通安全评价模型，在对模型进行验证后提出相应的 评价标准，并在案例分析中说明了模型的应用过程。 2 、在“第三章高速公路运行车速模型研究”中根据论文内容的安排，在总 结、对比、分析国内外现有运行车速模型的基础上，结合高速公路现场实验分 析，建立高速公路的运行车速模型，一方面为高速公路交通安全量化评价模型 的建立提供技术支持；另一方面为高速公路运行车速的预测提供工具，并为后 续速率梯度参数等新参数的提出奠定基础。 4 、在“第四章速率梯度参数的提出和应用研究”中，论文提出了新的车速 参数速率梯度，从数学角度探讨速率梯度的定义及其合理性，在此基础上 构造了速率梯度模对时间的变化率、速率梯度模对时间的绝对变化率等参数， 研究探索这些新参数在道路交通安全中的应用价值。 5 、在“第五章交通事故贝叶斯最小风险控制模型”中，论文引进贝叶斯 最小风险理论，结合速率梯度参数，从而得到交通事故贝叶斯最小风险控制模 型，实现对运营中高速公路交通安全的动态监控和风险评估。 6 、在“第六章总结与展望”中对论文进行系统的总结和进一步研究的展望。 1 4 第一章绪论 1 4 2 论文采取的技术路线 图1 4 论文的总体框架 论文采取的技术路线是：紧密结合依托工程，在充分总结、对比、分析国 内外成熟技术和已有成果基础上，采取现场调查和理论分析研究相结合，开展 针对性的研究和试验。 运行车速部分及速率梯度参数的数据收集采用g p s 跟车技术、雷达枪测速 技术，在交通安全评价模型的构建中所需要的数据主要通过依托工程项目的现 场调查获得，高速公路运行车速模型和高速公路交通安全性评价模型的建立充 分利用计算机辅助研究、统计分析软件( s f ，s s ) 、专家经验等技术辅助手段， 充分利用调查的数据，深入开展统计研究，对数