（载运工具运用工程专业论文）基于仿真实验的道路安全车速评价方法研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 随着我国道路交通运输行业的长足发展，汽车保有量不断攀升，交通事故 成为威胁人们生命的主要因素之一，诱发事故的原因中驾驶员超速占有很大比 重。因此，合理限速对保障行车安全具有重要意义。目前，国内外对限速值选 定合理性的研究中，以构建车速数学预测模型为主，利用汽车驾驶模拟器开展 合理限速值评价的并不多。为此，本文选择后者作为研究对象，将其定义为“安 全车速评价 ，展开与之相关的一系列探索性研究工作。 本文翻阅大量文献资料，设计驾驶员车速控制特性调查问卷进行辅助 分析，利用故障树方法构建出安全车速评价指标体系，并通过专家调查法对该 体系进行修正，将评价指标简化为运行车速差、运行车速与限速值差、轨迹偏 离中心线距离、轨迹偏离中心线距离增量、心率波动值、心率增量、累计违规 次数和违规平均次数。 针对驾驶模拟器和驾驶员生理信息采集系统，设计了模拟器硬件校验、视 景校验、车速校验、生物测试仪校验等实验方案。通过校验实验的开展对安全 车速评价实验的所需软硬件设施进行了调整。 利用正交设计法设计出的安全车速评价实验选取驾驶行程的3 5 个样本观测 点，采集3 6 0 组共计4 0 x 9 x 3 5 = 1 26 0 0 个数据点。分析简化后评价指标的平均 值、方差、标准差、标准差变异系数、极差、偏度和峰度。最终确定将运行车 速与限速值差、轨迹偏离中心线距离、心率波动量和累计违规次数作为模糊评 价指标。 根据有效实验数据的统计特征构建评价指标的隶属度函数，利用模糊综合 评价法进行评价。并总结出基于仿真实验的安全车速评价方法及工作流程。 关键词：道路安全；安全车速；限速；模糊评价：仿真实验 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h eg r e a td e v e l o p m e n to fr o a dt r a n s p o r t a t i o ni n d u s t r yi nc h i n a , t h ev o l u m e o fm o t o rv e h i c l e sk e e p sr i s i n g ，w h i c hm a k e st r a f f i ca c c i d e n t sb e i n gam a j o rt h r e a tt o p e o p l e sl i v e s a n do n em a i nr e a s o ni ss p e e d i n g t h e r e f o r e ，ar e a s o n a b l es p e e dl i m i t v a l u et u r n so u tt ob ee f f e c t i v et oc o n t r o ls p e e d ，w h i c hi so fg r e a ts i g n i f i c a n c et o e n s u r et r a f f i cs a f e t ya n df r o mt h ep o i n to fv i e wt or e d u c ec o s t s a tp r e s e n t ，t h e r e s e a r c h e so nr a t i o n a l i t yo fs p e e dl i m i tb o t l lh o m ea n da b r o a da r em a i n l yu t i l i z a t i o n o ft h ep r e d i c t i o nm o d e lc o n s t r u c t i o n ，o n l yaf e wr e l a t e dt o u s i n gd r i v e rs i m u l a t o r s t h i st h e s i ss e l e c t e dt h el a t t e ro n e ，a n dd e f i n e di ta s “s a f e t ys p e e de v a l u a t i o n ”，s e t sa t e n t a t i v es t u d yi nt h i sa s p e c t as y s t e mo fs a f e t ys p e e de v a l u a t i o ni n d e x e sw a ss e tu pb ym a n yr e l e v a n t l i t e r a t u r ea n da u x i l i a r ya n a l y s i so fq u e s t i o n n a i r e ，w h i c hi sa b o u td r i v i n gc h a r a c t e r s t h o u g hf t a t h i ss y s t e mi sr e v i s e da n dr e t r e n c h e du s i n ge x p e r ti n v e s t i g a t i o nm e t h o d ， i n c l u d i n gt h eo p e r a t i n gs p e e dd i f f e r e n c e sb e t w e e na d j a c e n ts p o t s ，t h ed i f f e r e n c e s b e t w e e no p e r a t i n gs p e e da n dt h ev a l u eo fs p e e dl i m i t ，t h ed i s t a n c eo fd r i v i n gc o u r s e d e v i a t i n gf r o mt h ec e n t e rl i n eo ft h er o a d , t h ei n c r e m e n t a ld i s t a n c eo fd r i v i n gc o u r s e d e v i a t i n gf r o mt h e c e n t e rl i n eo ft h er o a db e t w e e na d j a c e n ts p o t s ，h e a r tr a t e f l u c t u a t i o nv a l u e ，t h ei n c r e m e n t a lh e a r tr a t eb e t w e e na d j a c e n ts p o t s ，c u m u l a t i v e n u m b e ro fv i o l a t i o na n dt h ea v e r a g en u m b e ro fv i o l a t i o n o nt h eb a s i so fd r i v i n gs i m u l a t o ra n db i o f e e d b a c ke q u i p m e n t ，t h et h e s i sd e s i g n s e x p e r i m e n ts c h e m e sf o rs i m u l a t o rh a r d w a r e ，v i s u a ls c e n e ，s p e e da n db i o f e e d b a c k e q u i p m e n tc a l i b r a t i o n ，i no r d e rt oa d j u s tt h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r ef a c i l i t i e so ft h e s a f e t ys p e e de v a l u a t i o ne x p e r i m e n t u s i n gt h eo r t h o g o n a le x p e r i m e n td e s i g n ，t h ee x p e r i m e n ts e l e c t s3 5s a m p l es p o t s o ft h er o a df o rd r i v i n g ，c o l l e c t sa n da n a l y z e st h ea v e r a g e ，v a r i a n c e ，s t a n d a r dd e v i a t i o n , c o e f f i c i e n to fs t a n d a r dd e v i a t i o n ，r a n g e ，s k e w n e s sa n dk u r t o s i so f3 6 0g r o u p so fd a t a p o i n t s ( 4 0 x 9 x 3 5 = 1 26 0 0 ) a b o u tr e t r e n c h e de v a l u a t i o ni n d e x e s d e t e r m i n et h e d i f f e r e n c e sb e t w e e no p e r a t i n gs p e e da n dt h ev a l u eo fs p e e dl i m i t , t h ed i s t a n c eo f d r i v i n gc o u r s ed e v i a t i n gf r o mt h ec e n t e rl i n eo ft h er o a d ，h e a r tr a t ef l u c t u a t i o nv a l u e ， i i c u m u l a t i v en u m b e ro fv i o l a t i o na sf i n a lf u z z ye v a l u a t i o ni n d e x e s a c c o r d i n gt ot h es t a t i s t i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fe f f e c t i v ee x p e r i m e n td a t a , t h et h e s i s c o n s t r u c t s m e m b e r s h i p f u n c t i o n so fi n d e x e s b y m e a n so f i m p r o v e df u z z y c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n t h ee v a l u a t i o nr e s u l ti ss a t i s f a c t o r y , e s t a b l i s hak i n do f e x p e r i m e n tf o u n d a t i o nf o rr a t i o n a l i t ye v a l u a t i o na n dv a l u ee s t a b l i s h m e n to fs p e e d l i m i t t h et h e s i ss u m su pt h ew o r k f l o wa n dt e c h n i c a l r o u t ec h a r to fs a f e t y s p e e d e v a l u a t i o n , w h i c hp r o v i d eab a s i sf o rp o p u l a r i z a t i o no f r o a ds a f e t ya u d i ta n d p r o c e s s s t a n d a r d i z a t i o no ft r a f f i ce x p e r i m e n ti nc h i n a k e yw o r d s ：m a ds a f e t y ；s a f e t ys p e e d ；s p e e dl i m i t ；f u z z ye v a l u a t i o n ；s i m u l a t i o n e x p e r i m e n t i i i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生( 签名) ： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或 部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 一c ：率：趣五 期! 鞋曼r 段 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 自汽车发明以来，全世界道路交通事故死亡人数已逾30 0 0 万。交通事故 死亡人数占非自然死亡人数的1 4 左右，已成为世界最大公害，它给社会、家 庭带来的危害巨大而深远。发展中国家由于交通安全管理工作相对发达国家工 作起步较晚，事故造成的影响更为严重。交通事故的发生多是交通系统的失衡 所致，在众多事故原因中“车速”是重要因素之一。我国近年来公安部交通事 故白皮书中，超速行驶一项造成交通事故的总数一直排在各因素之首，事故死 亡人数同样排在首位。作为交通事故发生率和损失率双高的国家之，2 0 0 5 年 全国机动车驾驶人交通肇事4 1 73 5 5 起，造成9 10 6 2 人死亡，因超速行驶导致 1 60 1 5 人死亡，占1 7 5 9 ；全国共发生一次死亡1 0 人以上特大道路交通事故 4 7 起，造成8 0 7 人死亡、7 0 5 人受伤，因驾驶员超速行驶导致1 2 起，占总数的 2 5 5 乜1 。在构建和谐社会的今天，由交通事故引发的不和谐因素始终牵动着党 中央、国务院和各级党委政府的心，广大交通安全领域工作者任重道远。 1 1 1与“车速 相关的几个概念 从目前的道路状况与经济条件看，各国政府从实际出发，按照不同的角度 进行研究。随着研究的深入，出现了许多与“车速 相关的概念，在课题研究 前作简单介绍。 1 ) 设计车速( d e s i g ns p e e d ) 。又称计算行车速度，在道路交通与气候条件良 好的情况下仅受道路物理条件限制时所能保持的最大安全车速，用作道路线形 几何设计的标准。道路工程术语标准( c b j l 2 4 m 8 8 ) 中对它的定义是“道路 几何设计( 包括平曲线半径、纵坡、视距等) 所采用的行车速度 哺1 。 2 ) 8 5 位车速( e i 西t y f i f t hp e r c e n t i l es p e e d ) 。在路段行驶的所有车辆中，有 8 5 的车辆行驶速度在此速度以下，只有1 5 的车辆行驶速度高于此值。 3 ) 运行车速( o p e r a t i n gs p e e d ) 。驾驶人员根据实际道路条件、交通条件、良 好气候条件等能保持安全行驶的最高速度。通常用测定的8 5 位车速作为运行车速。 4 ) 期望车速( e x p e c t a t o i ns p e e d ) 。运行车辆在不受或基本不受其他车辆约束 武汉理工大学硕士学位论文 的条件下，驾驶员所希望达到的最高“安全”车速h 1 。 5 ) 地点速度( s p o ts p e e d ) 。车辆通过道路某一断面时的瞬车速度。 6 ) 行驶速度( r u n n i n gs p e e d ) 。车辆驶过某一区间，全行程内单位时间正常 运行( 不包括停车时间) 的距离。用于评价该路段的线形顺适性和通行能力分 析，也可用于计算道路使用者的成本效益分析。 7 ) 平均车速( a v e r a g es p e e d ) 。包括时间平均车速和区间平均车速。时间平 均车速是指在单位时间内通过道路某断面各车辆的地点车速的算术平均值；区 间平均车速是指在某一特定瞬间行驶于道路某一特定长度内的全部车辆的车速 分布的平均值。 8 ) 经济车速( e c o n o m i cs p e e d ) 。汽车行驶中消耗燃料最节省的速度。 9 ) 自由车速( f r e e f l o ws p e e d ) 。不受其他车辆影响的条件下，驾驶人员按自 己的能力所选择的行驶速度。 1 0 ) 限制车速( 1 i m i t e ds p e e d ) 。从安全和运行的角度，限制公路某一路段的 最高、最低运行车速。 1 1 ) 建议速度( a d v i s o r ys p e e d ) 。为了引导司机在潜在危险点( 如弯道、匝道、 陡坡处) 根据建议限速标志上标明数值自行选择安全车速，建议速度通常不具 备法律效力，属非强制限速。 1 2 ) 超速( s p e e d i n g ) 。在我国道路交通安全相关法律、规范量化了驾驶员 超速行为。根据中华人民共和国道路交通安全法第九十九条第四款第四条 之规定规定：机动车行驶超过规定车速5 0 为超速行为，由公安机关交通管理部 门处二百元以上二千元以下罚款；根据机动车驾驶员交通违章记分办法第 八条( 十八) 款规定：在高速公路上驾车超过规定最高车速2 0k m h 以上的为超 速，扣3 分。 1 3 ) 安全车速( s a f e t ys p e e d ) 。按照以人为本的思想，从期望车速出发，综合 考虑交通系统各因素影响，通过人的生理反应、事故率、驾驶特性等方面考虑 后的合理限速。 1 1 2 车速与安全的关系 事故车辆在公路上的运行车速，特别是在不同路段的速度差与事故率和事 故严重程度息息相关。 2 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 。2 1车速与事故数的关系 澳大利亚道路运输局( r t a ) 2 0 0 0 年的研究表明，在单人死亡事故中，速度 因素占致因总因素的3 7 9 6 ，2 人死亡事故中，速度因素占4 4 ，3 人及以上死亡 事故中，速度因素占5 9 。1 9 6 4 年s o l o m o n 等人通过对9 7 0k m 路段上与事故相 关的1 万名驾驶员的调查发现，事故与车速的关系呈u 形，当车速接近或稍大 于平均车速时事故率最低。1 9 9 0 年h a r k e y 、1 9 9 1 年f i l d e s 等人的研究也有相 同的结论。从图中可以看出，车辆运行车速与平均速度的差值越大，发生事故 的可能性也就越大。根据澳大利亚的研究，当设计车速大于9 0k m h 时平均车 速会略低于设计车速，当设计车速小于9 0k m h 时平均车速会略高于设计车速。 事故数与速度的关系不显著，主要和速度的离散性相关。速度离散性大， 会频繁发生车辆超车和被超车，容易发生事故。也就是说路上行车的车辆，不 仅仅是车速比一般车辆快的那些车容易发生事故，比一般慢的车辆也很容易发 生事故。为了减少事故数，应该注意不是降低速度，而是要降低速度差。 1 1 2 2 车速与事故严重性的关系 和车速与事故数的关系不同，车速与事故严重程度的关系是基于物理学的。 运动的车辆的能量是其质量与速度平方的乘积的关系。碰撞中产生的能量越多， 驾驶员所受的危害越大。交通事故发生的过程是一个能量转化的过程，在此过 程中，汽车的动能被转化成热能及车辆的变形等机械能。显然，速度越高，事 故发生过程中速度的变化值就越大，能量转化也就越多，事故后果就越严重。 事故严重程度与事故中的车速的变化有关。研究表明，车速超过9 6k m h 后事 故严重度随速度增加快速增加，车速超过l1 2k m h 后致命伤亡的可能性迅速增 加嘞。 1 1 2 3 设计车速、运行车速、期望车速、限值车速的关系 设计车速是用于规定道路路段的设计标准，高等级公路受地形、地貌影响， 实际过程中不同路段分别采用不同的设计车速。作为车辆实际运行车速的最大 许可值，设计车速随道路条件的不同而变化。期望车速是存在于驾驶员心目中 的一种目标车速，也随道路条件的不同而变化。 从理论上讲，一条高等级公路全路段采用一种道路设计车速设计公路线形， 最利于保证运行车速与设计车速相一致。然而，由于地形、地质条件及道路建 设投资效益、驾驶员驾驶习惯等原因，实际上很难做到。必然会因为道路地形、 地质条件使车辆在一条高等级公路上行驶时，并不总是维持一个固定的行车速 武汉理工大学硕士学位论文 度与设计车速相一致。 实际过程中期望车速与运行车速并不始终一致，两者之间的关系是期望车 速影响运行车速，并使运行车速尽可能接近期望车速，当运行车速低于期望车 速时，驾驶员会加速行驶，使车速接近或达到期望车速：当车速高于运行车速 时，驾驶员心中的安全度就会降低，并积极调整行车速度，使之与期望车速一 致。 实际上，当运行车速与期望车速之间差值过大时，驾驶员便会改变行车速 度直至达到期望车速。汽车在公路上行驶时，驾驶员一般会依据道路的行车条 件及车辆性能选择车辆的期望车速。 对于高等级公路上不同路段的设计车速，确定与之相适应的运行车速，同 时也使驾驶员产生与之对应的期望车速。实际过程中，3 种车速间的关系是驾驶 员并不关注高等级公路的设计车速，而是根据路段条件，确定相应的期望车速 并以此调整运行车速，只要条件许可，便按心目中的期望车速引导汽车的运行 车速。 由于车辆的实际运行车速在正常情况下比道路的设计车速高，因此，要保 证高等级公路的交通安全，合理设定限速值来控制车辆的实际运行车速，使之 与道路设计车速的差值保持在许可范围内。 当运行车速与设计车速之差大于2 0k m h ，公路线形由高指标向低指标变化 时，容易发生交通事故。因而国外道路线形设计规定运行车速与设计车速之差 必须小于2 0k m h ，且在道路路线的平、纵曲线设计中要尽可能使两者保持一致。 目前国内对此尚无明确规定。 1 1 3 限速值确定方法简介 1 1 3 1 设计车速限速 现行工程技术标准中规定的设计车速与极限最小半径、一般最小半径、不 设超高最小半径与关系由公式( 卜1 ) 或( 卜2 ) 确定。 ，1 2 7 ( f + _ i ) r ( 1 一1 ) 尺1 ，2 “厂i ) 1 2 7 ( 1 2 ) 其中，为设计车速；r 为平曲线半径；f 为摩阻系数；f 为路面横向坡度。 从目前现有车辆的制造水平很难达到此限速值，因此按不设超高最小半径 设计的道路上，汽车超速不会发生危险。在道路设计过程中，如迫不得已采用 4 武汉理工大学硕士学位论文 了极限最小半径，则极限值必须予以折减，以设计车速的7 0 一8 0 并取整数为宜， 并相应在此路段设置加强型钢波形梁护栏或刚性混凝土护栏。若采用一般最小 半径，对设计车速为6 0k m h 的山岭区高速公路及山岭重丘区汽专一二级公路， 也应适当加以限速折减，以设计车速的9 0 并取整数为宜；而其他情况下设计车 速是多少，限速标志也应限制多少旧。 1 1 3 2 运行车速限速 在条件允许的情况下，通过速度调查，以断面车速速度作为建议速度值。 国外通过大量的统计数据拟合出不同道路线形条件下的运行车速预测模型，通 过求解，利用预测模型的计算结果设置限速值。美国a a s h t o 设计指南( 2 0 0 1 ) 及 删t c d ( f h w a ，2 0 0 0 ) 建议采用自由流交通状态下的速度进行限速。运输研究部， 建议最大限制速度是在良好天气及可视条件下，驾驶员合理、谨慎驾驶的最大 速度。英国，加拿大，澳大利亚等多数国家限速的原则基本和美国相似，在嵋，速 度的基础上，综合考虑道路条件、历史事故记录适当折减口q 射。 1 1 3 3 其他方法限速 新西兰采用根据道路条件、周边环境、交通量等因素将道路分为若干安全 等级，作为限速依据，并且制定了详细的流程图。 1 1 4 我国在限制车速确定工作中存在的问题 由于我国目前尚无一整套全面、详实的针对各类道路实施合理限速及设置 限速标志的方法、指南或规范，加之道路交通多头管理模式所导致的管理主体 不明确、权责不清等弊病，使得限速出现了较多问题，突出的表现为以下几个 方面n 4 小1 。 1 ) 限速相关法律法规不完善。目前我国没有建议速度，所有的限速标志均 属禁令标志，具备法律效力。另外，严格意义上讲也没有法定限速，道路上广 泛设立的限速标志属强制限速，虽有法律效力，但不能说是法定限速。我国道 路交通安全法实施条例第七十八条规定“高速公路应当标明车道的行驶速度， 最高车速不得超过1 2 0 k m h ，最低车速不得低于6 0 k m h 。但对于其他技术等级 道路的最高限速和最低限速，不论是国家法律还是地方性的法律、法规都没有 规定。法律中也暴露出一定问题，如道路交通安全法第四十二条明确规定 “机动车上道路行驶，不得超过限速标志标明的最高车速。在没有限速标志的 路段，应当保持安全车速 ，但驾驶员如何确定安全车速，执法部门在执法时又 武汉理工大学硕士学位论文 应参照怎样的标准未有明确规定；“夜间行驶或者在容易发生危险的路段行驶， 以及遇有沙尘、冰雹、雨、雪、雾、结冰等气象条件时，应当降低行驶速度”， 该原则规定也很难操作，降低车速是个相对概念，每个用路者可能依据自己经 验和偏好降低特定值。当前，限速值大多是交警直接依据道路设计速度来确定， 存在诸多问题，迫切需要针对各技术等级的公路制定最高和最低的法定限速。 2 ) 主要依赖设计车速。我国的限速值的确定主要依赖设计速度，在特殊条 件下进行绝对数值的折减。这种限速方法实施限速操作简单，但与发达国家普 遍采用的基于运行速度确定限速值不同，可能会导致限速值与实际道路条件不 符从而使驾驶员不愿遵守限速。有的省份指导意见指出限速标志限值原则上不 得小于设计车速，这表明限速标志限值可以高于设计车速，但没有给出具体的 确定方法。 3 ) 限速设置未进行合理性评估或评估不及时。在设置限速值后，对设定方 案没有全部进行及时的合理性评估，往往在限速方案使用一段时间后，直到“黑 点路段 产生后才对现行的限速值直接修正，且修正的方法通常是原有限速绝 对数值的人为折减，缺乏科学的理论依据，待后面使用时出现问题再进行修正。 针对我国现行限速方法中存在的几个问题。在限速值合理性评价中引入安 全审计的概念。在此，将道路限速值合理性评价定义为安全车速评价。本课题 依托项目根本的研究目的在于在虚拟的环境下设计出一个“特定 的交通系统， 设计评价指标和实验方案，通过对现有限速值进行模糊综合评价，希望通过预 评估的结论，设计新建道路限速方案或者对既有限速值进行修正，达到提高整 个交通系统的通畅性和安全性。 1 2 道路安全车速评价的国内外研究现状 1 2 1 交通安全评价研究现状概述 随着社会、经济的发展，汽车保有量和新驾驶员数量在不断膨胀，道路交 通的形势仍然日趋严峻，交通安全已经提升到国家发展的战略高度。各国政府 对交通安全的研究进行了大量的投入，制定了各类科研攻关计划，用以减少交 通事故带来的人身伤亡。例如日本的w i i i t ep a p e ro i lt r a 伍cs a f e t yi nj a p a n 规划 书n 朝、欧盟e s a f e t y 计划、美国国家交通部( d o t ) 的交通国家战略计划n 引等。 我国的国家中长期科学和技术发展规划纲要( 2 0 0 6 2 0 2 0 年) 都涉及到交通 6 武汉理工大学硕士学位论文 安全领域中的研究。 随着评价工作的深入研究，各种评价方法的综合运用以及新评价方法的出 现丰富了交通安全评价的内容，为在实际工作中保障交通安全提供了有力的理 论支持。 道路安全评价有多种方法，常用的有事故率法、模型法、系统分析法等。 这些方法各有优缺点，在很多时候也常常采取两种或更多的方法综合评价。 相对事故率法是以相对事故率作为指标，对交通安全水平直接进行评价比 较，具有较强的可比性。使用最广泛的是万车死亡率、亿车死亡率以及当量死 亡率等，但单独使用某种事故率来评价交通安全，往往会出现片面假象，甚至 得出互相矛盾的结果，因此利用相对事故率法对交通安全水平进行评价不能得 到明确的结论。 安全检查表法是根据经验或系统分析的结果，查出各环节的隐患，确定检 查项目进行检查和评审。这种方法以最终的得分为评价依据，模型和系统间的 差距教大，是一种静态评价方法，操作简单、直观和易于同步管理。但主观和 经验局限性较大，无法对系统做整体动态性评价。 综合评价包括模糊评价和灰色评价等方法，均为多因素和多层次分析方法， 在解决多因素指标综合为一个或多个指标的评价过程中有其不可比拟的优越。 1 2 。2 国外交通安全评价中典型评价方法介绍 1 2 2 1交互式道路安全设计模型( i h s d m ) 从2 0 世纪8 0 年代以来，美国联邦公路局( f h w a ) 开展了多项道路交通安全 研究，研究内容主要集中在以下几个方面：交通事故的客观分析和评价；交通 政策、交通设施及交通控制等对交通事故的影响及其效果评价：车辆结构对交 通事故的影响；驾驶员心理因素与交通事故的关系。 i h s d m 应运而生。f h w a1 9 9 4 年末把i h s d m 的外壳和其中5 个子模型( 车辆 动态模型、车速一致性模型、事故预测模型、道路设施模型和驾驶心理模型) 立 项交由大学和实验室进行研究开发。目前车辆动态模型、车速一致性模型、事 故预测模型的系统已经初步完成，正进行实用测试。f h w a 认为，i h s d m 将道路 安全评价和c a d 集成的思想既实现了道路安全审计的目的，又便于设计方案的 修改，代表了道路安全评价未来的发展方向，将在道路安全评价领域中发挥重 要的作用比。 7 武汉理工大学硕士学位论文 i h s d m 的核心思想是将整个道路安全评价系统分为车辆动态模型、车速一致 性模型、事故预计模型、道路设施模型、驾驶心理模型、交通流模型、政策评 价模型和费用一效益模型这8 个子模型。从8 个方面对道路的安全性进行全面的 评价，然后调整设计方案，使之符合道路安全审计规范。以上8 个子模型设计 成c a d 软件包独立工作，采用交互式工作方式，用户能够随时从模型中获得有 用的反馈信息，调整模型的工作过程。图1 - 1 为i h s d m 的结构示意图。 图卜li b s d m 的结构示意图 1 2 。2 2 道路安全审计介绍 研究表明，约1 4 的交通事故是因“人、车 与“道路、环境 的不协调构 成而引发的。这一问题在我国尤为明显。原因与采用较低的“安全标准和全 民安全素质不高有关。大约从1 9 8 5 年起，道路工作者开始注意到应在道路的整 个建设与运营过程中采取一定的措施，以尽可能在早期消除道路的不协调因素。 国外治理道路交通安全问题成功的主要措施是：理顺道路交通管理体制， 建立全国交通安全委员会及交通部门领导下的统一的管理机构；强化交通安全 技术、法律法规的研究及应用；加强全民交通与交通安全的教育，规范全民交 通行为，提高交通道德水平；注重机动车技术研究，不断提高车辆性能等。而 在道路建设中实行道路安全审计则是有效预防交通事故的重要手段之一嘲。 英国首先开始研究并逐步推广应用道路安全审计技术，期望在道路的规划、 设计、施工、运营的每个阶段、检查道路的不安全因素和事故隐患，从而降低 事故率。至1 9 9 0 年，在英国已经普遍将道路安全审计作为道路设计程序的一个 武汉理工大学硕士学位论文 组成部分。英国运输部从1 9 9 1 年4 月1 日起所有新建高速公路和汽车专用道路项 目必须接受由独立机构负责的安全审计。1 9 9 2 年后澳大利亚、新西兰等国也相 继开始应用道路安全审计技术。澳大利亚在1 9 9 4 年完成了道路安全审计指南。 1 9 9 6 年美国f h w a 派遣考察组去澳大利亚和新西兰考察道路安全审计的实施情 况。在他们的报告中认为道路安全审计可以最大限度地实现和保证道路安全。 1 9 9 8 年，f h w a 开始试行道路安全审计。目前已经应用道路安全审计技术的国家 还有亚洲的新加坡、马来西亚、欧洲的丹麦、荷兰等，其他一些国家( 如德国) 也正在考虑应用这项技术。 1 2 2 3 评价新方法交通冲突技术 交通冲突技术( t r a f f i cc o n f l i c tt e c h n i q u e ，t c t ) 自2 0 世纪5 0 年代在美国开 始应用；1 9 6 7 年p e r k i n s 和h a r r i s 最早进行了系统开发与应用，其最初目的是为 了调查通用汽车公司的车辆在驾驶时是否与其他车辆一样。该法很快被一些交 通安全组织应用于预测评价交叉口潜在事故数和鉴别系统缺陷中。1 9 7 0 年以后， 该法被加拿大和一些欧洲国家使用。1 9 7 7 年在挪威的奥斯陆举行了第1 届国际交 通冲突技术会议，a m u n d s e nh y d e n 提出了交通冲突的基本定义，即2 个或多个道 路使用者在一定时间和空间上彼此接近到一定程度此时若不改变运动状态，就 有发生碰撞的危险，这种现象称为交通冲突。1 9 7 9 年在法国巴黎举办了第2 届国 际交通冲突技术会议，以后陆续在瑞典、西德、比利时等国家也举办了几届国 际会议，并出版了国际交通冲突会议论文集。k r a s s y 于1 9 8 3 年在一本著作中列 出了关于t c t 应用的2 0 0 多篇文献。 目前，交通冲突技术是国际交通安全领域新兴开发的非事故统计评价方法， 该技术以大样本、快速、定量研究评价交通安全现状与改善效果的特点克服了 传统的事故统计评价理论存在的事故稀有性导致评价周期过长、事故统计的不 完全性而带来评价结论欠真等问题。国际交通安全界对该技术评价甚高，誉称 t c t 为2 0 世纪交通安全评价领域内的一场革命鼢1 。 由美国w d g l o u z 等人在1 9 8 2 年建立的事故与冲突模型可知，各类冲突与同 类型事故有较好的相关关系，交通冲突技术是有效的，当事故数据不足或不可 靠时，可以用冲突法对交叉口的安全度进行评价。交通冲突技术可应用于交通 工程的许多领域，研究内容多样，故对交通冲突的分类也很多。按冲突严重程 度进行分类是常用的方法，按严重程度分类可分为非严重冲突和严重冲突两类， 或分为一般冲突、中等冲突和严重冲突。 9 武汉理工大学硕士学位论文 交通冲突程度的界定是交通冲突技术应用的一个重要内容，也是以冲突为 基础的安全评价的关键问题之一，对冲突严重性的判定依据一般有2 种。 方法l ：选择时间作为度量参数，即距离事故发生的时间。时间距离小可以 反映出距相撞点的距离很小或速度很高，或两者都有。但是，也存在短时间和 低速度同时存在事故可能性小的情况。目前，多数冲突研究组织采用先估算速 度，进而判断车辆距可能发生事故的时间，如果小于某一临界值，则为严重冲 突，否则为非严重冲突，美国公路研究所提出的临界值是1s ，瑞典是1 5s 瞰1 。 方法2 ：选择距离作为度量参数，即空间距离法。该法在实际应用中十分直 观，冲突双方之间的距离愈小，则相撞的可能性就趋于无穷大，事故即将发生。 但是，当冲突双方速度很低时，即使距相撞点距离很小，发生事故的可能性也 很小，同时适时地把握冲突双方之间的距离也可以克服一些危险情况。在我国， 根据不同车型特点，在不同车速下，判定冲突严重与否的临界距离已建立乜勒。 1 2 2 。4 运行车速评价法 相关研究表明，驾驶人对车速的控制基本上由驾驶人的“道路安全感”决 定，即运行车速控制是公路线形、路面条件和交通环境条件等道路运营因素对 车辆驾驶人进行视觉诱导综合作用的结果。因此，根据事先确定的设计车速来 选取道路线形元素可能会导致两方面的问题，一是，当驾驶人以根据道路实际 状况确定的运行车速行驶时，其行驶车速超过了道路的设计安全车速；二是， 连续道路线形因素可能会存在较大的差异，即运行车速可能会发生突变，引起 交通事故。所以运行车速可以作为表征路段安全水平的标志。常用评价指标有 相邻路段运行车速与设计车速差，和相邻路段运行车速的变化梯度s r c 。 相邻路段运行车速与设计车速差值血是保证线形设计质量的关键参数，也 就是保证同一设计区段内，驾驶员能够采用连贯的驾驶方式行车，从而避免或 最大程度的减少由于出乎意料或判断失误造成的操作错误，提高驾驶的稳定性 和安全性。公式如下见( 1 - 3 ) 。 v = | v 8 5 ，一v 8 5 i l i ( 卜3 ) 式中，v 。，为调查断面上的8 5 车速；“为连续的前一断面的8 5 车速。 车速差值法建议，当相邻路段上的运行车速不超过1 0k m h 时，线形设计 为优；当相邻路段上的运行车速在1 0 2 0k m h 之间时，线形设计为一般；当两 相邻路段上的运行车速超过2 0k m h 时，线形设计为差。 车辆实际运行中，车辆从6 0k m h 减速至j j 3 0k m h 和从1 2 0k m h 减速n 9 0 1 0 武汉理1 ：大学硕士学位论文 k m h 的速度变化率是不一样的，前者发生事故的可能要大于后者。所以，在如方 法的基础上，需引进国外的s r c 方法。采用的计算公式( 1 - 4 ) 如下。 s r c ：粤 ( 1 _ 4 ) k 一 式中，两参数的定义同公式卜3 ：醐1 。 ”。 莫斯科国立大学的学者们对1 50 0 0 多辆汽车进行了观测，得出事故率与s r c 的关系。研究认为车速降低系数、加减速度和年平均事故率之间有着可量化的 联系。这种方法对于新建道路桥梁较为适用，在建设初期既不需大量的历史数 据进行回归，又不需要大量的统计资料支持，使道路工作者在道路建设初期就 能够预测道路的使用性能，从而最大限度地满足安全规范的要求汹】。 1 2 3 国内交通安全评价中各类评价方法的综合运用 随着国内研究与国际的接轨，先进的评价方法用于我国，在结合我国实际 道路交通现状的基础上，我国的研究人员也在道路安全评价方面开展了卓有成 效的工作。 吉林大学的许洪国、刘兆惠、王超为衡量区域内高等级公路的整体交通安 全水平，辨析道路因素对交通安全的影响程度，综合运用灰类白化权函数聚类 理论、模糊一致性理论及层次分析法，提出了一种系统评价道路安全性的新方 法，通过灰色定权聚类对区域内高等级公路分类，采用模糊一致性矩阵确定聚 类权，运用a h p 分析道路因素重要度。算例分析结果显示公路5 属于低安全等 级灰类，层次总排序结果表明平纵线形组合、隔离防护设施、视距和混流程度4 项道路因素是导致其安全等级低的主要原因。这说明该方法可客观划分高等级 公路安全级别，并对影响交通安全的各项因素按照重要度进行排序，实现了道 路交通安全性的系统评价啪1 。 武汉理工大学的朱顺应、王红、严新平等人用因子分析法和层次分析法组 合起来对道路交通安全进行评价( f - h p ) 。用因子分析法来构造评价指标间的层 次关系，用其分析值度量同层指标的重要性；采用层次分析法计算各层次指标 对目标的权重用线性加权法对评价对象的安全水平进行客观评价，通过对 f - a h p 方法进行的应用研究，发现评价结论与其他方法有所差别啪1 。 上海交通大学的李相勇和西南交通大学的田澎、蒋葛夫等人为了提高评价 的准确性，采用人工神经网络技术，建立了基于b p 神经网络的道路交通安全综 合评价模型。通过有效样本的学习，应用该模型，实现了对道路交通安全专家 武汉理工大学硕士学位论文 知识和经验的提取和存储。仿真实例验证了基于人工神经网络的道路交通安全 综合评价模型的合理性和有效性d 。 昆明理工大学成卫与吉林大学的丁同强、李江应用交通冲突技术引入交通 冲突技术，引入交通冲突与混合当量交通量的比值( t c m p c u ) 作为评价指标， 提出对以时均交通冲突和交通量数据为依据的交叉口进行安全评价的交通冲突 灰色聚类评价法，并设计了计算软件，为交叉口的安全评价提供一种新的研究 途径。最后提出了基于交通冲突技术的交叉口安全改善方法，以实现安全评价 的最终目的口钉。北京交通大学的肖贵平、管晓伟引用上述评价指标，提出对以 时均交通冲突和交通量数据为依据的交通口进行安全评价的交通冲突灰色聚类 评价法，并以某市5 个相似交叉口的实测t c m p c u 值加以验证1 。 长安大学交通部人一车一环境系统安全重点实验室的魏朗等针对在道路建成 之前很难对设计道路进行有效的安全性评价的问题，提出包括运行车速与设计 车速差、相邻路段运行车速差、速度降低因子、横向力系数变化因子以及路段 间的加速度值等5 个评价因子在内的道路安全评价模型，并确定了相应指标的评 价标准。该方法的评价过程包括自行模式和互动模式。自行模式是在驾驶员模 糊车速控制模型的基础上预测路段的运行车速，从而进行线形的安全评价；交 互模式主要是在虚拟仿真的基础上对道路、隧道、桥梁的交通工程设施、照明 等系统进行安全性评价。通过该评价方法可以在道路的设计阶段发现存在的行 车安全性问题，通过修改设计或进行安全改善，提高道路的运营安全性口钔。 我国近年来也进行了基于运行速度的设计方法与指标的相关研究，交通部 推荐性标准公路项目安全性评价指南对设计阶段、运营阶段这2 个阶段的 运行速度协调性、设计速度与运行速度协调的评价进行了规定。 运行速度协调性是评价线形设计一致性的指标，采用相邻单元路段间运行 速度的变化值进行评价。在设计阶段，其评价方法为：根据运行速度预测方法 对各相邻路段的线形特征点( 直起点、终点，平曲线起、终点及曲中点，竖曲 线变坡点等) 进行双向行驶速度预测并计算相邻路段进行双向运行速度预测并 计算相邻路段运行速度的差值。在运营阶段，其评价方法为：采用实测运行速 度( 采用断面测速进行统计后得出的代表车型的运行速度) 进行，条件不具备 时也可采用运行速度计算模型进行预测。各阶段的评价标准是统一的：评价指 标采用相邻路段运行速度的差值咋，当i