（交通运输规划与管理专业论文）公路车速离散性对交通安全作用影响研究.pdf

必 r e s e a r c ho nh i g h w a ys p e e d d i f f e r e n c e s ，i m p c a t0 nt r a f f i c s a f e t y ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt o s o u t h e a s tu n i v e r s i t y f o rt h ea c a d e m i c d e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g b y c 脏nw ，e i w e i s u p e r v i s e db y p r o f l uj i a n s c h o o lo f t r a n s p o r t a t i o n s o u t h e a s tu n i v e r s i t y j a n u a r y 2 0 1 0 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名评真砷师签名：彳论 文章在总结前人研究的基础上，给出了并行冲突的定义，并提出了适合普通公路的路段 交通冲突分类。在分析不同类型冲突特点的基础上，提出了基于不同类型的路段交通冲突判 定指标并给出了对应的指标参考值。 本文着重研究了车速离散性与路段交通冲突的关系，对普通公路车速离散性与路段交通 冲突发生频率的关系作了深入研究，得到了以a s d = 1 0k m h 为分界点的趋势曲线，得出当 a s d 1 0k m h 时，路段交通冲突频率处于缓慢上升阶段；a s d 1 0k n l h 后，路段交通冲突 发生频率将快速增加这一重要结论，同时也结合车头时距和车头间距等参数作了进一步分 析。此外，还针对不同类型冲突，分别研究了它们与车速离散的关系。 在总结基于速度离散和交通冲突的研究成果基础上，介绍了利用车速离散或交通冲突判 别危险路段或者事故多发路段的方法，并通过实验实测路段交通冲突数据进行实例验证。最 后提出了提高普通公路交通安全的速度控制措施。 关键词：普通公路，车速离散，路段交通冲突，交通安全，速度控制 a b s t r a c t a b s t r a c t t h e s p e e dd i f f e r e n c ei so n eo f t h em a i nt l a 伍cf l o wc h a r a c t e r i s t i c s ，h a sc l o s er e l a t i o n s h i p w i t hh i g h w a yt r a 伍cs a f e t y r e s e a r c h e sp u tl e s sc o n c e r n e da b o u tt h es p e e dd i f f e r e n c eo f h i g h w a y , w h i l et h ep u r p o s eo f t h i sa r t i c l ei sb yd i s c u s s i n gt h ef e a t u r e so f s p e e dd i f f e r e n c ea n d e x p l o r i n gt h e e f f e c to fs p o e dd i f f e r e n c ee f f e c to nt h eh i g h w a y st r a m cs a f e t y t h ea r t i c l ef i r s t l yp r o p o s e dt h et w oc h a r a c t e r i z a t i o n so fs p e e dd i f f e r e n c es da n da s d ，a s w e l la 5t h ec h a r a c t e r i z a t i o no f t r a f f i cs a f e t y , t h es e c t i o nt r a f f i cc o n f l i c t s ，o nt h eb a s i so f m e a s u r e d d a t ao f t h es e c t i o nt r a 位cf l o w , t a k er e s e a r c ho nf e a t u r e so f s p e e dd i f f e r e n c ew i t hd i f f e r e n ts t a t e s o f t r a f f i cf l o wa n dd i f f e r e n th i g h w a yc o n d i t i o n s t h e m a j o rf a c t o r sw h a tw e r eu s e di na n a l y s i si n c l u d et h et y p e so f t h ev e h i c l e s ，v e h i c l et y p e s c o m p o s i t i o n , h e a d w a y , s p a c eh e a d w a ya n do t h e rt r a 伍cf l o wp a r a m e t e r s , a n dr o a dt y p e ，l a n e p o s i t i o n , l i n e a rf a c t o r sa n do t h e rh i g h w a y 锄cc o n d i t i o n s o nt h eb a s i so f p r e v i o u ss t u d i e s ，t h ea r t i c l eg a v et h ed e f i n i t i o no f t h ep a r a l l e lc o n f l i c t , a n d a l s ot h el i s to f t h ec l a s s i f i c a t i o no n h i g h w a y ss e c t i o n s 由暗伍cc o n f l i c t i nt h ea n a l y s i so f f e a t u 托s o nd i f f e r e n tt y p e so f s e c t i o n s 们伍cc o n f l i c t s ，t h ea r t i c l ep r o p o s e di d e n t i f i c a t i o ni n d e x e sb a s e do n d i f f e r e n tt y p e so f t r a f f i cc o n f l i c t s ，a n di n i t i a l l yg i v e nt h ec o r r e s p o n d i n gr e f e r e n c ev a l u e s i nt h i sp a p e r , w es t u d i e dt h er e l a t i o m h i pb e t w e e nt h es p e e dd i f f e r e n c ea n dh i g h w a ys 优：t i o n t r a 伍cc o n f l i c t , a n df o c u s e do nt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h es p e e dd i f f e r e n c ea n dt h ef r e q u e n c yo f h i g h w a yt r a m cc o n f l i c t , a n df o u n dt h et r e n dc u r v ew h i c ht o o k a s d = 1 0k m ha st h ec u to f f p o i n t d e t a i l ，w h e nt h ea s d _ i o1 a n h , t h ef r e q u e n c yo f h i g h w a y s 曲cc o n f l i c tw o u l db e a ta r a p i di n c r e a s i n gs t a g e a l s ow em a d ea f t i n t l e ra n a l y s i sb yc o m b i n i n gt h ep a r a m e t e r so f h e a d w a ya n dt h es p a c eh e a d w a y i na d d i t i o n , f o rd i f f e r e n tt y p e so f c o n f l i c t , w es t u d i e dt h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e ma n dt h es p e e dd i f f e r e n c e o nt h eb a s i so fr e s e a r c hr e s u l t so nt h es p e e dd i f f e r e n c ea n dt r a 伍cc o n f l i c t s ，w ei n t r o d u c e d t h em e t h o d su s i n gs p e e dd i f f e r e n c eo rt r a 伍cc o n f l i c t st od i s c f i m i n a t er i s ko f d a n g e r o u sm a d o r a c c i d e n t - p r o n es e c t i o no f r o a d , a n dv e r i f yt h em e t h o d sw i t he x a m p l e sw h i c hw e r eb a s e do nt h e e x p e r i m e n t a ld a t ao f t h es e c t i o nt r a m cc o n f l i c t k e y w o r d ：h i g h w a y ；s p e e dd i f f e r e n c e ；s e c t i o nt r a 伍cc o n f l i c t ；t l a f f i cs a f e t y ；s p e e dc o n t r o l n 2 3 1 实验路段及采集时间选择8 2 3 2实验仪器选择9 2 3 3数据采集9 2 4 数据预处理。9 2 4 1 m e t r o c o u n t 检测器数据预处理9 2 4 2 视频资料预处理l o 2 5 本章小结l o 第三章不同交通流状态及不同交通条件下的车速离散特性1 1 3 1 s d 与a s d 特性分析1 l 3 2 不同交通流状态车速离散性分析1 2 3 2 1 不同车型及车种构成车速离散性分析1 2 3 2 2 不同流量下车速离散性分析1 6 3 2 3 不同车头时距车速离散性分析2 0 3 2 4 不同车头间距车速离散性分析2 1 3 3 不同道路交通条件下的车速离散性分析2 2 3 3 1 不同车道数公路车速离散性分析2 3 3 3 2 不同车道位置车速离散性分析2 4 3 3 3 不同线型道路车速离散性分析2 6 3 4 本章小结2 7 第四章车速离散性对公路路段交通冲突的影响2 9 4 1 路段交通冲突概述2 9 4 1 1 路段交通冲突定义与分类2 9 4 1 2 路段交通冲突产生过程3l 4 1 3 路段交通冲突的判别3 1 4 1 4 路段交通冲突的观测与调查3 6 f i i 4 5 1 l l l 3 4 4 4 4 5 6 6 6 7 7 8 目录 4 2 车速离散性与路段冲突发生次数、频率的关系3 7 4 2 1 车速离散性与路段冲突发生次数的关系3 7 4 2 2 车速离散性与路段冲突发生频率的关系3 7 4 2 3 冲突频率上升趋势对路段交通安全的影响4 0 4 3 基于交通流参数的车速离散性与路段冲突数关系。4 l 4 3 1基于交通流宏观参数的车速离散性与冲突数关系4 l 4 3 2 基于交通流微观参数的车速离散性与冲突数关系4 3 4 4 车速离散性与不同类型冲突的关系4 4 4 4 1a s d 与追尾冲突频率的关系4 4 4 4 2 a s d h w a y 与追尾冲突数的关系4 6 4 4 3 流量与变道冲突数的关系。4 7 4 5 本章小结4 8 第五章降低普通公路车速离散性的措施分析4 9 5 1 基于车速离散的公路危险路段判别方法4 9 5 1 1 利用相邻路段车速差值v 判别4 9 5 1 2 利用车速降低系数s r c 判别5 0 5 2 基于冲突的普通公路事故多发路段判定方法5 l 5 2 1 事故多发路段判别方法概述5 l 5 2 2 利用冲突判别事故易发路段方法5 2 5 2 3 实例验证5 3 5 3 提高普通公路交通安全的速度控制措施5 3 5 3 1 限制车速5 3 5 3 2协调相邻路段速度5 4 5 3 3 车道管理5 5 5 4 本章小结5 5 第六章研究结论与展望5 7 6 1 主要研究成果与结论5 7 6 2主要创新点5 8 6 3 研究展望5 8 参考文献6 0 j l 贮谢6 3 攻读硕士学位期间发表论文及参与科研情况6 4 i v 第一章绪论 第一章绪论 来，我国的公路交通有了飞速发展，大大带动了地区间的社会经济的融合。区域间 的加深，进一步对公路交通系统的运输能力、运输效率以及安全性、可靠性提出新 散是超速行驶、高速行驶之外的我国普通公路交通事故发生的另一主要原因，而这 以及道路交通条件有关，此外还与车辆行驶速度特性及速度限制有关。 和畅通既是目标又是一组矛盾体。驾驶人在车辆运行的过程中，总是根据当时的道 期望尽可能以理想的速度行驶而获得舒适的驾驶感受和高效的运输效率然而因车 型、车辆性能、驾驶人个体差异等主、客观因素，车流中各车辆驾驶人选择的行驶速度不一，车速 离散也因此产生。车速离散直接导致车辆间的冲突，与车流平均车速相差较大的车辆，其运行对交 通流会产生严重的干扰；当两车速度相差过大，且车辆间距离短到超出驾驶人反应控制范围时，冲 突将演变为事故。交通事故发生概率增加的原因之一是车辆运行速度离散性的增加。车速离散性的 存在基础是交通流的运动性，交通流量、不同车流平均速度、不同车流密度条件下，车速离散的特 性也不尽相同，同时车速离散也直接影响车流的平稳性。当车速离散产生的干扰过于强烈时，则易 引发严重的交通冲突乃至事故。所以有必要深入研究车速离散性对交通流稳定性的影响，以及车速 离散性与交通安全的关系。 经过多年的大力建设，我国公路已逐渐摆脱线型标准低、路面质量不高这一落后面貌，行车条 件大为改观，部分车辆可以以较高的速度行驶。但同时公路普遍存在车型复杂( 大车率相对较高) 、 侧向行人与非机动车等干扰、交通安全设施不全、安全性差的特点。由于路面、车型、线形以及交 通流特性导致了公路上驾驶人的驾驶行为与城市道路具有较大的差别，从而往往使公路上车速离散 性更高，对交通流影响更大，因此产生的交通冲突的危险性也更高。因此，为了保障交通安全，有 必要对不同交通流状况下普通公路车速离散性进行详细探讨，建立车速离散性与交通冲突发生频率 等交通安全指标直接的关系模型，为普通公路交通安全体系的构建提供必要的理论与技术支持。 1 2 国内外研究概况 1 2 1国外研究概况 近几十年来，随着对交通冲突机理研究的不断深入，以及车速控制技术及信息采集技术的日臻 成熟，国外交通部门及学者普遍认识到车速离散性对于交通安全的影响，由此对车速离散性研究涉 及越来越广，以不同的数学模型表征了车速运行指标与交通安全指标的关系，为交通安全领域的工 程实践及管理提供了丰富的理论指导。 1 2 1 1 车速离散性的研究 国外关于车速离散性的研究由对跟驰理论以及气体动力学理论的研究展开，主要研究成果可以 概况为以下几方面： l 东南大学硕士学位论文 g r a h a m 和c h e n u 1 】研究发现，信号交叉口绿灯启动时，排队车辆从停车线离开后，车队不再是 紧密状态，而是趋于分散。p a c e y 2 1 假定车队中的车速服从正态分布，并由此得出行驶时间的分布。 l e o n 9 1 3 等研究发现道路上个体车辆的速度服从正态分布，t a y l o r 4 i 和b l e y l 5 1 发现用正态分布拟和车 速分布有时并不理想，h a i g h t 和：l m o s h e 一则指出，速度分布更接近于对数正态分布。 1 9 7 1 年，p r i g o g i n e r i 引入了车速方差作为模型参数来描述快车超越慢车的概率，提出了第一个 气体动力论模型。1 9 7 5 年p a v e r i f o n t a n a i s 】提出t p a v e r i f o n t a n a 模型，模型认为弛豫时间与速度标准 差有关。最近，h e l b i n g 和t i l c h t g l 在研究个体驾驶员行为，考虑前车与本车负速度差的作用，提出了 广义力( g e n e r a lf o r c e ，g f ) 模型。 b a n d o 【l o 】等利用相邻车辆速度，提出优化速度( o p t i m a lv e k ) c i t y ，o r ) 模型，之后的h a y a k a w a 和n a g a t a n i t u l 等人分别基于不同的理论对该模型进行扩展，建立车流中相关车辆的信息位置、速度 模型。 c l a c e 和p o t t s 1 2 】引入车速分布的均值和离差作为车队离散理论中的一个参数，建立起流量与车 队运动之间的联系。h o o g e n d o o m ”】指出在拟合车速离散度与平均车速、密度之间的关系时，使用 调和平均定义的车速离散度代替标准差会也得到很好的相关性。 1 2 1 2 车速离散与交通安全的关系研究 早在1 9 6 4 年，s o l o m o n 【1 4 】研究了交通事故和速度两者之间的关系，得到1 0 万车千米事故率工与 速度离散度厶哟模型，= 1 0 0 似秭2 a y + 2 ，该模型曲线为一u 型曲线。s o l o 删d n 得到的结论是：拥 有最低事故率的样本，其速度分布在高于或低于均值的1 5 2 0 的区间内；当速度偏差大于这个 范围时，不论其速度是高于还是低于均值都会出现事故率上升的现象。s o l o m o n 还对1 00 0 0 个交通 事故进行了分析：当车速超过9 6k m h 时，事故的严重性迅速增加；当车速超过11 2k i n h 时，发生交 通死亡事故的概率急剧上升。 1 9 9 9 年，c i r i l l 1 5 1 对高速公路和乡村公路白天、夜晚的情况进行了类似的调查，验证了s o l o m o n 的结论，完善了速度与碰撞率的u 形曲线图，得出事故率最低处的速度离散度稍大于0k i n h ，速度 基本无变化，速度离散度越大，事故率越高。 英国交通研究实验室学者a b u r u y a 1 6 】开发了适用于欧洲的速度与事故模型e u i 的模型： a l n f 0 = 1 5 3 6 a v v ，模型表明交通事故率与超速行驶有着必然的联系。上式中伪年平均事故率 ( 每1 0 6 v e h k m y ) 哟速度离散度( k m h ) ，矿为平均运行速度( k m h ) 。模型虽然涵盖了 运行车速和速度离散度两项指标，但起关键作用的为速度离散度，速度离散度小于零时，事故率降 低；速度离散度大于零时，事故率升高，运行车速并不对事故率产生重要影响。 f h w a t l 5 l 的研究表明，速度离散性每增加1 英里小时，产生伤害性冲突的可能性将增加5 ， 速度离散性每增加lk m # j , 时，可能性则增加3 。 t a y l o r l 4 l 研究了车速样本的偏度及峰值与事故率之问的相关性，得到的结论是：有偏度的速度 分布的区段比无偏度的速度分布的区段具有显著偏高的事故率。 1 9 8 4 年s p i t z l l 习对加州1 0 个城市内的4 0 个区域研究表明，当这些区域最高限速提高后，8 5 位车速增长小于0 4 英里川、时( o 6 千米小时) ，相比最高限速没有变化的区域，该值不到o 7 英里 第一章绪论 d , 时( 1 1 千米小时) ，而对于1 0 个最低限速降低的区域，该值则上升了1 1 英里小时( 1 8 千米 小时) ，由此说明了车速离散性与设置最高限速的关系。 蒙纳斯大学事故研究中心在1 9 9 3 年【1 1 1 对车速和平均车速的差值与事故率的关系研究表明，车速 与平均车速的差值越大，事故率越高，具体的关系模型为，= 5 0 0 + 0 8 a v 2 + 0 01 4 a v 3 ，这与 s o l o m o n 研究结果是一致的。 l i u 和p o p o f f 1 羽曾对平均车速以及8 5 位车速和1 5 位车速之差与伤亡率的关系进行过研 究，结果表明，平均车速每降低lk m h ，伤亡率将降低7 。得出的两个线性模型为： c r = 1 9 0 7 v - 1 7 1 2 6 1 ，c r = - 0 0 0 2 9 8 v + o 0 4 0 5 d f f - 3 3 6 6 。 式中：c r 为百万车千米伤亡率( 次佰万车千米) ；，为平均车速f a n h ) ；d 诊为8 5 位车速与1 5 位车 速之差( k m h ) 。 1 2 2国内研究概况 相对国外对车速离散性的研究，国内学者的研究虽然起步较晚，但也在车速离散性的理论性研 究及车速离散性与交通流稳定性i 通行能力以及交通安全领域的作用机理研究方面取得了一些颇有 价值的成果。 i i 2 1 车速离散性的研究 钟连德f 1 9 1 等2 0 0 4 年研究了普通公路中快速路车速的总体分布特性和不同流量下的车速特性。结 果证明：车速的总体并不像有些文献所描述的那样服从正态分布或对数正态分布，当交通量为 1 2 0 删2 2 0 0 p c l l h 之间服从偏正态分布，另外，不同流量下的车速服从不同的分布，车速的离散 对通行能力有很大的影响，通过分析实测数据也证明了这一点。 2 0 0 7 年，东南大学王昊博士伫o 】系统研究了高速公路车速离散现象的特征、机理及其与实际通行 能力的关系模型，提出了一种新的车速离散性描述方式平均邻车速度差( a s d ) 研究不同交 通流状态下a s d 与传统的速度方差或标准差( s d ) 关系，建立了车速离散度a s d 与交通密度以及实 际通行能力之间的关系模型。并运用交通流理论讨论了车速离散性与交通流基本参数之间的关系， 建立了相关的数学模型。 1 2 2 2 车速离散与交通安全的关系研究 国内学者裴玉龙口1 2 0 0 3 年利用中国1 4 条高速公路的地点车速调查数据，得出车速离散性与亿车 千米事故率的关系：五r = 9 5 8 3 9 e n 舫，式中盯为车速标准差( k m h ) ，对1 5 位车速、8 5 位车速 与单圆曲线的曲率变化率c c r s 进行回归分析，分别建立了s s o 啦车速与c c r 的回归模型以及1 5 位 车速与c c r s 的回归模型，并利用这些模型提出了合理的基于交通安全的车速限制建议值。 林震、杨浩1 2 2 12 0 0 3 年对车速与交通事故之间的关系进行分析，在分析的基础上，以车速为衡量 对象，提出贝叶斯预测方法。通过使用车速观测数据，应用x2 检验，确定是否为异常数据；并通 过最小风险的贝叶斯预测，确定该异常是否会导致交通事故。最后，绘出利用该贝叶斯预测方法进 行交通事故预测的流程图。 吴义虎】以我国几条典型高速公路交通事故统计资料为基础，利用统计样本进行了路段事故率 3 东南大学硕士学位论文 与平均速度、速度离散性、车速标准差系数的偏相关分析，表明影响分析路段交通安全的主要因素 是车速分散性：最后采用质量控制法，筛选出同类型路段事故多发路段，并提出了同类型路段车速 r = = = 离散性l i 缶界值的确定方法a + ：面+ 1 9 6 、f 丛+ 士，i = i ，2 ，n ym j上啊 刘志强【2 4 3 2 0 0 s 年研究了平均速度与事故危险性、速度离散度与事故率的关系，建议采用8 5 位 车速作为控制速度的上限值，提出两相邻均匀路段之间小客车运行车速之差不可超过2 0k i n h ，大货 车运行车速之差不可超过1 5k i n h 。 1 2 3现有研究成果总结 综观国内外学者对车速离散性的研究，交通流的车速离散现象已开始逐步受到国内外交通学者 们的关注，研究成果和不足可以概况为以下几方面： 1 对交通流理论中车速分布的研究是车速离散研究的基础，普遍认为呈正态分布、偏正态分布、 对数正态分布等； 2 对交通流中平均车速与车速标准差的研究，初步建立起流量与车队运动之间的联系； 3 对速度指标( 平均速度、8 5 位车速等) 及其与交通安全表征指标( 事故率、死亡率、冲突数 等) 的关系作了大量研究，得出了不少有价值的模型； 4 对车速离散性的机理研究较为薄弱，没有对车速离散性达成统一而成熟的描述，已有成果对 车速离散与交通安全二者关系研究提出的模型的合理性、实用性不尽如人意： 5 对车速离散性与交通安全的作用机理研究仍处于初始阶段，对车速离散现象的产生机理以及 其与交通流稳定性、交通安全指标( 事故率、交通冲突数量及发生频率等重要因素) 之间关系的尚 未形成规范合理解释，且诸多模型的提出缺乏翔实的交通流及交通冲突实测资料支撑，这些都有待 于进一步的研究。 1 3 论文主要研究目标及内容 1 3 1研究目标 本文主要是在分析车速离散性特征、成因及描述指标的基础上，通过对车速离散性数据及其他 交通流数据的采集，研究车速离散性对交通安全作用影响，研究目标主要有： ( 1 ) 通过对车速离散性的理论分析，说明车速离散性的特性、成因及表征指标； ( 2 ) 利用交通流观测数据，结合普通公路道路交通特征，分析不同交通流条件下的车速离散性 特征，研究车速离散性对交通流稳定性的影响作用； ( 3 ) 选取典型的普通公路，在对其道路交通状况、车速数据以及交通流数据的实地调查的基础 上，根据论文的研究成果，建立车速离散性与交通冲突( 数量、频率) 之间的关系模型，并进一步 分析车速离散性与不同类型冲突的关系。 1 3 2主要研究内容 在现有的研究成果基础上，本文拟从以下几方面对公路车速离散性对交通安全作用机理进行研 第一苹绪论 究： 1 车速离散性对交通流稳定性的影响作用 车速离散是基于运行车流的，所以研究的初始切入点为车速离散性与交通流稳定性的关系，基 于对交通流实测数据的分析，运用交通流理论，研究车速离散性与交通流平均速度、平均密度等交 通流特征参数之间的关系，为进一步揭示车速离散性与交通安全的关系作理论铺垫。 2 车速离散性对路段交通冲突的影响作用 该部分是本文研究的核心内容，车速离散最直接的影响对象即为运行中的交通流，而路段交通 冲突乃至事故的产生，是由于交通流稳定性受到干扰，无法维持运行的车流中车辆之间速度、车头 时距等的平衡状态。本部分通过对典型道路实测车速离散数据与路段交通冲突数据的分析，揭示车 速离散性与路段交通冲突之间的关系。建立车速离散性与交通安全指标( 路段冲突数量、频率) 之 间的关系模型，定量给出车速离散性与交通安全之间的关系。 3 降低车速离散性措施 本部分综合前两部分的研究成果，基于不同道路交通条件下车速离散性的交通流特性研究，结 合不同等级道路条件下车辆之间的相互作用关系，从应用角度研究速度离散特性与交通安全的关系， 提出相应的降低车速离散性的措施。 1 3 3论文结构 本论文在国内外研究成果基础上，总结车速离散性定义、成因、特性，选取速度标准差、平均 邻车速度差这两个车速离散性表征指标，并分析不同车速离散性条件下交通流的特征，以及通过不 同车速离散条件下的路段交通冲突的定量分析，研究车速离散性对交通安全的微观影响。通过对普 通公路交通流及交通冲突数据的采集，结合理论分析与定量分析，分析车速离散性与交通流影响机 理，提出车速离散性与交通安全指标关系模型，为普通公路的车速控制管理提供理论及技术依据。 1 通过对普通公路车速离散性数据及交通流数据的采集，定量分析车速离散性指标与交通流 特征指标( 速度、密度、流量) 的关系，并建立这些表征参数之间的关系模型； 2 通过定量分析，进一步建立车速离散性指标与交通冲突( 路段交通冲突数量、频率) 之间 的关系模型，从而提出车速离散性对交通安全作用影响。 论文结构如1 1 所示： 车 速 离 散 性 研 究 概 况 车速离散袭征 交通安全袭征 以及 实验设计及数据 预处理 不同交通流状态车速离散往 不同道路变通条件车速离教性 车速离敌性与路段冲突敦及 冲突频率关系， 车速离散性与不陶类型) 申突 ，关系 图1 1 论文结构示意图 5 车速离散性 对交通流稳 定性影响 车速离敢性 对路段交通 冲突的影响 降低普通公路 车速离教性提 高交通安全的 拮麓分折 速离散定义为在道路同一位置观测到的个体车辆地点车速的差异性 从交通流理论研究与实际应用的角度考虑，选取合适的指标来表征车速离散性，车速离 散性的表征应满足以下几点要求： 具有明显的统计学或物理意义； 表达简洁，便于描述； 。 便于实际观测； 能够反映车流的速度离散特性和两车之间的车速差异性。 为此，基于目前已知的车速离散性相关领域的研究成果，提出宏观和微观两种车速离 散度的描述方式：标准差( 缩写为s d ) 和平均邻车速度差( 缩写为a s d ) 。 2 1 1车速离散性宏观表征 设统计时间间隔内有n 辆车通过观测地点，则用标准差定义的车速离散指标具有如下 形式： 肋= 仃= ( 2 1 ) 其中，为第i 辆通过观测点的车辆的速度，矿为统计时间间隔内所有通过观测点车辆的 算术平均速度，即时间平均速度： 矿：一i n 1 ，= 一7 ， n厶一1=1。(2-2) 宏观性描述方式较好地表征了车流整体的速度离散性，可以结合交通流宏观参数进行分 式中变量意义与上式同，相比于车速标准差，平均邻车速度差的离散性定义能反映相邻 车辆之间的相互作用可以从微观角度衡量车速离散特性。值得注意的是，本文定义的平均邻 车速度差与跟驰理论中的邻车速度差不完全相同。跟驰理论中的邻车速度差加。为当前时刻 相邻车辆的速度差值，而本文中定义的a s d 为相邻辆车连续通过同一地点的速度差值。 微观性描述方式较好地表征了车流整体的速度离散性，可以结合交通流微观参数进行分 析。 下文车速离散的特性分析部分以及车速离散与交通安全关系分析部分中，将考虑分析的 具体内容决定采用何种车速离散指标，将在分析部分明确标明。 2 2路段交通安全状况的表征指标 交通安全是个系统性的概念，它有多种形式的表现，不同的研究方向有不同的侧重点， 基于驾驶人的交通安全研究是以驾驶人的生理、心理因素为研究对象；基于车辆的交通安全 研究着眼于车辆稳定性、速度控制性能以及防护性能的改善，等等。 本文基于车辆的速度离散性开展研究，主要探讨车流速度差异对公路路段交通安全的影 响，所以本文对于路段交通安全状况的表征指标选取应满足以下几点要求： 与交通安全直接相关，能直接反应交通安全状况； 速度参数为其重要影响因素； 便于数据采集； 显然，交通事故数据是常用的交通安全指标，但基于事故的评价方法具有“小样本、长 周期、大区域、低信度 等缺点 2 e l ，明显地表现为对小区域地点安全评价的不适应性，因 此，对于公路路段交通安全，通过开发非事故评价方法来改善安全评价的效度与信度具有重 要的意义。正是在这样的背景下，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 ) ，缩写为t c t ， 作为国际交通安全领域新发展的非事故统计评价理论应运而生。 交通冲突研究的关键在于确定交通冲突的发生受何种因素影响及影响特性，交通冲突的 实质是交通行为不安全因素的表现形式，其发展既可能导致事故发生，也可能因采取的避险 7 东南大学硕士学位论文 行为得当而避免事故发生。事故与冲突的成因与前期过程完全相似，二者的差别在于是否发 生了直接的损害性结果，因而事故与冲突存在着相似的形式。事故与冲突的关系可以用冲突 的严重性程度进行描述。 交通冲突与事故的相关性研究表明，二者之间存在着密切关系。这一关系理论上可以通 过概率论来解释，具体可以描述某次冲突导致事故发生的可能性，本文将，7 定义为一次冲突 导致事故发生的概率，即 仇= 丑4 c , ( 2 4 ) 式中， 4 小时事故记录数； c ，小时冲突记录数； 只事故发生的统计概率，服从泊松分布，由最大似然估计值得出，即 只= 4 c ， ( 2 - 5 ) 根据国内外的调查研究【3 2 1 表明事故与冲突的换算系数具有较高的可行度，交通冲突与 交通事故，尤其是严重路段冲突与交通事故有着良好的线性关系。交通冲突的研究为弥补交 通碰撞研究提供了一种最为有效的方法，可以作为独立的交通安全评价方法使用。 本文在对车速离散对交通安全影响的研究部分，也采用路段交通冲突作为表征交通安全 的指标，研究其与车速离散的关系并依此评价普通公路安全状况。 2 3实验设计 2 3 1实验路段及采集时间选择 本文研究对象为公路的车速离散性及交通安全，实验观测路段选取应充分考虑公路的不 同交通流状态以及道路交通条件，本文实验地点选择及数据采集标准为： 实验路段包含一、二级公路； 实验路段包含单车道、双车道、三车道的路段； 实验路段选择应包含直线段与曲线段，曲线路段选取距已选定类型直线路段2 0 0 m 以内 的位置，便于对比分析： 实验路段的数据采集断面前5 0 0 米范围内无出入口，无信号控制设施，无持续性侧向干 扰( 即无公交站台，无吸引人流的出入口) ； 数据采集时间应持续且不低于6 小时，至少包含一个交通量高峰( 或相对高峰) 时段。 依据以上标准，本文选取的实验路段情况见下表： 8 第二章车速离散、交通安全的表征及实验设计 表2 1 数据j萍本采集实验路段情况览表 路段 限速 实验 中央 实验 名称 车道数 标准 路段分隔实验时间次数 ( k n d h )线型 形式( 次) ( 2 0 5 王 8 0 直线绿化带7 ：0 0 1 4 ：0 0 2 、 宁六段 g 2 0 5 宁芜段 四 6 0 直线绿化带1 1 ：o o 1 8 ：0 0 2 s 1 2 2 直线、 宁杭段 6 0双黄线1 1 ：o o 1 8 ：0 02 曲线 2 3 2实验仪器选择 本文实验设计为观测某一持续时间段内，所有通过某一断面的车辆的地点车速，同时以 录像方式记录对应的交通流状况。 采集数据的仪器为m c t r o c o u r t t5 6 0 0 气压管式车辆分型统计系统及摄像机。气压管式车 辆分型统计系统原理及摄像机架设位置如图2 1 ： 气压管f 专船 8 i - | 舶岫a 蝴 图2 1 气压管式车辆分型统计系统原理及摄像机架设位置 2 3 3数据采集 实验开始前，将路旁单元设定一开始时间，然后在仪器自动工作之前完成仪器安放所需 的道路围挡以及按实验要求将气压管铺设并固定在道路上( 气压管安装具体步骤略) ，同时 在视野良好的高处架设摄像机，并调整好拍摄角度。当检测器开始工作的同时，启动摄像机， 同步记录交通流状态视频，同时记录人员记录数据采集起始时间。 2 4数据预处理 2 4 1m e t r o c o u n t 检测器数据预处理 m e t r o c o u n t5 6 0 0 有自带的数据处理软件，但是不完全适用于国内交通条件以及本文所 需要的分析方法，所以本文将原始数据导出，自编数据处理程序进行预处理，再结合数据统 计分析软件s p s s 进行分析，得出结论。 9 东南大学硕士学位论文 原始数据为包含时间、通过气压管的顺序、速度、车头时距、车头间距、车型等数据列， 每一行数据对应一辆车。如图2 2 ： 图2 2m e t r o c o u n t 检测器原始数据导出图 本文的数据采集涉及三条公路，每条公路数据采集时间均在6 小时以上，数据量庞大， 若人工对原始数据中每一辆单车速度以及其他参数数据提取分析，工作量将过大，故有必要 编写数据预处理小程序，将原始数据归类并作简单处理，便于后期的s p s s 软件分析。据此， 数据处理阶段使用c 卜 编程，对原始数据进行处理，得到分车型、车道的数据。这就为进一 步使用统计软件s p s s 分析作好准备。 根据本文的研究方法，以及数理统计中对于样本量的要求，文中选取5 分钟作为数据统 计间隔，即以5 分钟为一个区间，对该区间内的原始数据进行统计，初步计算该时间间隔内 经过试验地点车辆的平均速度、平均车头时距、平均车头间距、车速标准差、平均邻车速度 差、流量等数据，并按列输出，供s p s s 处理。 2 4 2 视频资料预处理 应对所拍摄的视频资料组织专门人员进行预观测，记录交通冲突情况，事先需要制定统 一的基于录像资料的交通冲突判定标准，以保证后期多人观测的可信度，冲突统计与车速数 据统计应在时间上同步，以5 分钟间隔，按不同类型冲突统计列表。 2 5本章小结 本章给出了车速离散的定义以及本文应用的宏观与微观的两种表征方式，同时提出了基 于交通冲突的交通安全表征指标，明确了后文将具体以这些指标进行研究。以此为基础，提 出了实验设计方案，通过对车流中速度以及其他相关参数的实时观测，同时记录交通流视频 资料。另外，提出了速度原始数据的预处理方法以及视频资料的预处理方法，为后期分析作 好准备。 1 0 第三章不同交通流状态及不同交通条件下的车速离散特性 第三章不同交通流状态及不同交通条件下的车速离散特性 本章首先对s d 与a s d 这两个车速离散表征指标进行特性分析，并在此基础上结合车 型因素、流量因素、车头时距、车头间距因素对车速离散特性进行详细分析。不同道路交通 条件同样也会产生不同的车速离散特性，所以本章也结合车道数、车道位置、线型等因素对 车速离散特性进行具体分析，系统探讨不同交通流状态及不同交通条件下的车速离散特性。 3 1 s d 与a g d 特性分析 数据来源为宁杭公路直线段，对测得的连续近7 个小时的地点车速进