（模式识别与智能系统专业论文）基于tct的市区与开发区连接道路交通安全评价研究.pdf

摘要 本文详细论述了交通冲突的基本理论、冲突的产生，分析了交通冲突发生的状态和 类型以及冲突严重性的判别方法。根据交通冲突与事故的相关性和替换性，得出交通冲 突可以作为独立的交通安全评价方法使用的结论。从这一能够间接反映交通事故的角度 出发，结合城市新建开发区与城市间连接道路的交通安全状况，提出了基于交通冲突的 交通安全评价方法。 依据西安市区与郭杜教育产业开发区连接段道路一西万路的交通特点：以机动车为 主，有少量非机动车及行人，分别建立了交叉口灰色变权聚类评价模型和系统聚类评价 模型，通过对这两种模型的对比分析，给出两种模型的有效性、适用范围及不足之处， 得出系统聚类评价模型更适宜于城市新建开发区与市区连接段道路的安全评价的结论。 同时提出了对路段事故危险点的确定是以严重冲突为基础，并采用概率分析的方法，得 到随机发生的交通冲突的规律性，以此建立了路段概率分析评价模型，利用显著性检验 的方法，对路段内存在安全隐患的危险点进行分析，并验证了概率分析评价模型在路段 安全评价中的有效性。 运用以上两个模型对西万路的交叉口及路段的交通安全进行评价，利用s p s s 软件 进行分析，得出安全评价结果，在此基础上分析其不安全地段产生的原因，提出整改建 议。 关键词：交通冲突交通安全灰色理论系统聚类概率分析 a b s t r a c t t h et h e s i sd i s c u s s e si nd e t a i lt h eb a s i ct h e o r ya n dt h ee m e r g e n c eo ft h ec o n f l i c t ，a n a l y z e s t h es t a t ea n dt y p e so ft h ec o n f l i c ta n dt h em e t h o do fs e r i o u s n e s s w h o s er e l a t i o n s h i p 、析t i lt h e a c c i d e n t ，a n ds t u d yt h ep r e s e n ts a f e t ys i t u a t i o no ft h ec o n n e c t e dr o a do ft h en e wu r b a n d e v e l o p m e n tz o n e sa n dt h eu r b a na r e a , f r o mw h i c hw e c a nd r a wt h ec o n c l u s i o nt h a tt h et r a f f i c c o n f l i c tt e c h n i q u ec a ne v a l u a t et h es a f e t ya sa l li n d e p e n d e n te v a l u a t i o nm e t h o d a c c o r d i n gt ot h ec o n n e c t e dr o a do fx i 、a nc i t ya n dt h ee d u c t i o nz o n e so fg u od u t h ex i w a nr o a d sf e a t u r e ：m a i n l yo nm o t o rv e h i c l e sa n das m a l la m o u n to fn o n - m o t o r i z e da n d p e d e s t r i a nt r a f f i c ，i ts e tu pt h eg r a yv a r i a b l ec l u s t e r i n ge v a l u a t i o nm o d e la n ds y s t e mc l u s t e r i n g e v a l u a t i o nm o d e ls e p a r a t e l y b yc o m p a r i n gt h et w om o d e l so fa n a l y s i si t b r i n g su pt h e e f f e c t i v e n e s sa p p l i c a b i l i t ya n di n a d e q u a c i e so ft h et w om e t h o d sa n dm a k eu sr e a l i z et h a tt h e s y s t e me v a l u a t i o n m o d e li sm o r es u i t a b l ef o rt h ec o n n e c t e dr o a do ft h en e wu r b a n d e v e l o p m e n tz o n e sa n dt h eu r b a na r e a b yu s i n gt h em e t h o d so fp r o b a b i l i t yd i s t r i b u t i o na n d t e s to fs i g n i f i c a n c e ，i ta n a l y z e st h ep o t e n t i a ld a n g e rp o t st h a te x i s t si nt h es e c t i o n sa n ds e t su p t h ee v a l u a t i o nm o d e lw h i c hb a s e do nt h ep r o b a b i l i t ya n a l y s i so ft r a f f i cc o n f l i c t b yu s i n gt w om o d e l sa b o v e t oe v a l u a t et h ei n t e r s e c t i o n sa n ds e c t i o n so fx i w a ni b a d ，a n d u s i n gt h es p s ss t a t i s t i c s s o f t w a r ea n a l y z e ds t a t i s t i c si n v e s t i g a t e d ，w ec a ni n f e rt h er e s u l t so f t h es a f e t ya s s e s s m e n t m e a n w h i l eb a s e do nt h i sa n a l y s i sw ew i l lm a k et h ec a u s e so fi n s e c u r i t y c l e a ra n dg i v es o m es u g g e s t i o n so fr e c o m m e n d a t i o n s k e y w o r d s ：t r a f f i cc o n f l i c ts a f e t ya s s e s s m e n tg r e yc l u s t e rt h e o r ys y s t e mc l u t e r i n g p r o b a b i l i t ya n a l y s i s i i 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加 明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 殇荸和矽7 年箩月7 e t 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。 学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。 本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果 时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名磊芗侮 导师签名：；莎殄绛 研年岁月7 日 力汐。千年瑚，。e l 长安大学硕士学位论文 1 1 论文研究背景 第一章绪论 道路交通事故是世界性的灾难和难题，据统计一个世纪以来全球因交通事故的死亡 人数累计已达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 失更是触目惊心。据估计，全世界每年约有1 2 0 万人死于道路交通伤害，受伤者多达5 0 0 0 多万人，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，如不 采取强有力的预防措施，今后2 0 年中道路交通伤害的死亡和受伤人数将增加6 5 左右。 我国近几年城市化进程迅猛发展，导致城市中心及内部的生活和交通压力巨大，城 市的范围在不断地扩大，向城郊及城乡结合部扩展，形成新的开发区。对于城市与开发 区连接段的道路交通，由于比市内各区间的道路要长，交通出行主要为机动车，在此路 段内存在着零散的村落及公交换乘的影响，所以仍有相当部分的非机动车及人群。这样 就形成了城市与开发区连接段道路区别于公路及城市道路的交通新特点：以机动车为 主，掺杂少量非机动车及行人的交通。由于非机动车及行人的数量相对城市内少得多， 机动车驾驶者往往产生自己在公路上行驶的错觉，忽略了非机动车和行人，在这种情况 下，发生交通事故的几率也大大增加。针对此路段道路交通特点，提出相应的交通安全 评价方法，采取有效的交通安全改进措施，是十分必要的。 1 2 研究的目的及意义 1 2 1 传统评价方法的缺陷 长期以来，人们一直是采用交通事故统计指标( 事故次数或事故率) 来评价道路交 通安全状况，这对大范围交通安全水平的评价是可行的，但对小区域的交通安全评价则 很不适用。下面简要说明一个传统的评价方法存在的缺陷及问题。 ( 1 ) 事故的原因具有相当的复杂性。事故的发生涉及驾驶员、车辆和道路环境， 以及它们之间的相互作用。因此有时很难单一地从事故数据中找出事故主要原因。 ( 2 ) 事故的稀有性导致安全评价周期延长。资料表明，我国城市主要交叉口事故 年平均数仅1 5 5 起，因而导致安全评价往往需要较长的事故统计时间才能保证其可信 度。 第一章绪论 ( 3 ) 事故的随机性使评价结果预期过高。研究表明，由于统计上的回归影响，在 大多数情况下，实际事故发生数大于事故回归数，这意味着在安全改善措施的前后研究 中，过高地估计了措施的改善效果。 ( 4 ) 事故统计的不完全性致使评价结果欠真实。由于事故定义和事故统计规定的 限制，以及事故统计管理的部分缺陷，事故统计过程中存在一定的统计盲区，即在事故 的发生、立案、统计到公布过程中要漏掉或筛掉许多事故。在瑞典，警方统计公布的事 故数仅为实际发生数的2 0 ，我国约为3 0 ，而且在我国的这一统计比例中未含未立案 事故。 ( 5 ) 事故的不可逆性使事故原因分析困难。事故处理机关一般只是对已发生的肇 事现场进行勘查记录，要实现事故过程的完全真实再现几乎是不可能的，因而很少能够 准确地分析其成因。 1 2 2 研究目的及意义 上述传统的安全评价方法存在的缺陷，主要表现为与小区域地点安全评价的不相适 应性。在这种情况下，为了保证评价的准确性和实用性，需要我们开发以非事故统计为 基础的安全评价方法，改善安全评价的效度与信度。 交通冲突技术( t c t ) 是一种非事故统计方法，通过定量测定相当于“准事故 的 严重冲突的方式，代替传统的事故统计方法，实现道路交通安全的快速评价和预测。它 以大样本、短周期、小区域、高信度的统计学优势，可以对交通运营系统的许多方面， 如地点安全度、安全改善措施的效果等进行快速评价，另外可根据交通冲突的严重性程 度，反映交通系统中人的安全感大小。 针对传统的以事故为基础的安全评价方法的缺陷，以及交通冲突技术的优势，同时 结合市区与新建开发区连接段道路的交通特点，提出以交通冲突技术作为独立的交通安 全评价方法，建立适用于不同节点及路段的交通安全评价模型，对小区域的交通安全进 行评价。在此基础上，深入探讨道路上交通冲突产生的原因，快速找出交通冲突频发的 症结所在，改善道路运营效率，减少道路交通事故，提高整体交通安全水平，均具有十 分重要的意义。 2 长安大学硕士学位论文 1 3 国内外研究现状 交通冲突技术最早于2 0 世纪6 0 年代在美国开始应用。它的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，随后该方法很快被一些交通安全组织 应用于预测、评价交叉口潜在的事故数和鉴别系统缺陷的工作中【1 1 。1 9 7 9 年以后陆续在 巴黎、瑞典、联邦德国、比利时等国家举办了国际交通冲突技术会议，并出版了国际交 通冲突会议论文集。目前，交通冲突技术已在世界许多国家得到广泛应用，成为国际上 用于定量研究多种交通安全( 特别是地点安全) 问题及其对策的重要方法【2 】。 1 3 1 国外研究现状 ( 1 ) 美国w d g l o u z 等对大堪萨斯城地区4 6 个信号交叉口与非信号交叉口的事故 与冲突进行了调查，将事故和冲突分为1 2 种类型，建立了模型如下【3 】： 4 = c o 。r ( 1 1 ) 肋( 4 ) = 哳( c ) 肋( r ) + 碍脚( r ) + 尺2 v a ，( c ) ( 1 - 2 ) 式中：如一期望事故率； c o 一期望冲突率： r 某类型交叉口事故冲突估计。 由上述模型得出结论：各类型冲突与同类型事故有较好的相关关系，使用模型预测 的事故值与实际值相差很小。当事故数据不足或不尽可靠时，可以用冲突法对交叉口安 全度进行快速评价。 ( 2 ) c h a r l e s v z e g e e r 等在1 9 7 6 年应用冲突技术评价信号交叉口绿灯信号延时系 统的有效性。 ( 3 ) b r i a n l a l l e n 等通过对交叉口冲突和碰撞产生过程的分析，对交通冲突技术 进行修改补充，提出后侵时间的概念，并得出结论：交通冲突技术确实能为交通工程师 提供可靠的交通事故预测和评价工具 4 1 。 ( 4 ) e z r ah a u e r 等在1 9 8 4 年论述了交通冲突技术的有效性，分析比较了点估计法 和极大似然估计法，认为后者效果较好，与实际值较接近【5 】o ( 5 ) 英国道路交通研究所认为根据广义的冲突定义不可能找出冲突与事故的关系， 但严重冲突却与事故密切相关，所以可用冲突法作为研究交叉口交通安全的快速方法。 3 第一章绪论 ( 6 ) 瑞典通过实验发现受伤事故与交通环境、交通量及车辆密切相关，可用冲突 技术评价交通安全措施的效果及交叉口重新改造的效剁6 1 。 1 3 2 国内研究现状 我国对交通冲突技术的研究尚处于起步阶段，现有研究程式均参照发达国家经验， 与我国实际交通特点结合不够。因此有必要研究开发适合中国交通特性的混合交通条件 下的交通冲突技术。 ( 1 ) 1 9 8 7 年湖南大学在瑞典l u n d 大学进修的教师周义武、唐叔梅等参加了该校 t c t 课题组的部分观测研究，并加入了国际交通冲突技术委员( t c t c t ) ，为中国t c t 的研究工作奠定了基础【7 1 。 ( 2 ) 1 9 8 8 年湖南大学通过国际学术交流，正式邀请了t c t c t 主席c h y d e n 博士 ( 瑞典l u n d 大学) 来华讲学，第一次正式将t c t 介绍到我国交通工程界【引。 ( 3 ) 1 9 9 4 年西南交通大学出版社出版了由张苏翻译的t c t c t 主席、瑞l u n d 大 学c h y d e n 博士的专著交通冲突技术。该书共分为九章，包括交通冲突替代事故进 行安全评价、严重冲突的记录技术、冲突危险的感知等。比较系统的阐述了交通冲突技 术【9 】。 ( 4 ) 1 9 9 7 年北京工业大学建立了平面交叉口交通冲突概率分布模型及安全评价标 准【l o l 。 ( 5 ) 1 9 9 8 年西南交通大学将城市交通安全分为特别安全、安全、边缘安全、不安 全四个等级，其分级标准采用时均冲突与混合当量交通量比值来确定【l i 】。 ( 6 ) 2 0 0 1 年罗石贵、周伟在公路交通科技上发表了“路段交通冲突技术研究 一文，论文应用交通冲突技术，对路段交通冲突进行定义和分类，着重研究严重冲突的 判别标准和分级标准，进一步完善和改进了现有交通冲突技术理论，为路段交通安全评 价提供了一种新的研究途径【1 2 】。 1 4 研究内容 本文从道路交通组成及交通量对交通安全的影响入手，引入交通冲突这一概念，探 讨交通冲突与交通事故的相关性与替换性，对比分析基于交通冲突的灰色聚类评价方法 和系统聚类评价方法，得到系统聚类方法适宜于该道路安全评价的结论，并建立基于交 4 长安大学硕士学位论文 通冲突的交叉口系统聚类评价模型，利用s p s s 软件对模型进行分析。提出路段严重冲 突概率分布的特点，建立了路段概率分布评价模型，并利用显著性检验的方法对路段进 行评价。在此基础上分析其不安全地段产生的原因，提出整改建议。主要研究内容如下： ( 1 ) 详细阐述了交通冲突的基本理论，分析交通冲突发生的状态，为交通安全评 价提供依据。 ( 2 ) 在交通冲突技术基本原理的基础上，确定交通安全评价因子，分别建立了灰 色变权聚类评价模型和系统聚类评价模型，利用s p s s 软件分析模型，得到交叉口交通 安全评价结果。这两个模型均可用交通安全评价，但是系统聚类因其可操作性强，更适 宜本论文中所评价道路。 ( 3 ) 通过对路段交通冲突的分析，借助数理统计中的概率分析的方法，分析严重 冲突的概率分布特点，建立了路段概率分析评价模型，并采用显著性检验的方法确定路 段内事故多发的危险点。 ( 4 ) 采用上述模型及方法对西万路进行交通安全评价，根据评价结果分析交叉口 及路段不安全因素产生的原因，据此提出整改建议。 1 5 本论文研究技术路线 交通冲突的基本理论交通冲突状态及危险性分析 确定交叉口交通安全评价因子确定路段交通安全评价指标 建立交叉口交通安全 灰色聚类评价模型 建立交叉口交通安全 系统聚类评价模型 建立路段交通安全概率 分析评价模型 西万路交通安全评价 及交通安全状况分析 提出整改建议 图i i 研究技术路线图 5 第二章交通冲突技术的相关研究 第二章交通冲突技术的相关研究 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 ，简称t c t ) 是依照一定的标准，对冲突 发生过程及严重性程度进行定量测量与判别，并应用于安全评价的技术方法。本章将对 交通冲突的基本原理及交通冲突技术的相关理论进行详细的论述。 2 1 交通冲突的基本原理 2 1 1 交通冲突的定义 交通冲突的定义有两种，一种以美国为代表，其定义为：交通冲突是驾驶员的躲避 行动或交通违章。躲避行动是由制动灯显示表明的车辆制动和由车道改变表明的原定行 驶方向的改变。 另一种是以欧洲国家为代表，其定义为：交通冲突是交通行为者在参与道路交通过 程中，与其它交通行为者发生相会、超越、交错、追尾等交通遭遇时，有可能导致发生 交通损害危险的交通现象【1 3 l 。 同交通事故类似，交通冲突可表述为两个交通行为参与者在空间运动相互作用的结 果。从一定意义上说，交通事故属于交通冲突范畴，交通事故与交通冲突的成因及发生 过程完全相似；两者之间的唯一区别在于是否存在损害后果。凡造成人员伤亡或车物损 害的交通事件称为交通事故，否则称为交通冲突【1 4 】。 交通冲突也可表达为交通行为者的一方已明显感觉到事故危险的存在，并采取了积 极有效的相应避险行为的交通遭遇事件。 2 1 2 交通冲突的发生 一次交通冲突就是一个潜在的事故，它包括驾驶员的躲避和违章两种行为，即当一 个即将来临的事故情况出现时，驾驶员为避免碰撞而采取的躲避行动，例如，使用制动 或改变行驶方向，这两种行动可分别由制动灯的显示和车道的改变( 转向灯亮) 而被观 测到。交通违章可以根据交通法规中的相关规定来判定，即使附近没有其他车辆，任何 一项违章都应记作一次交通冲突。交通冲突的发生量要比事故多得多，而且和交通事故 有着密切的关系( 在后面将会介绍) ，因此可用交通冲突来评价交通安全。 交通冲突的发生与不发生的过程关系如下图所示。 6 长安大学硕士学位论文 2 1 3 交通冲突的测定 图2 1 交通冲突发生与不发生的过程关系 根据t c t 的技术定义，应用距离与速度参数对冲突当事方的相对位置变化关系进 行观测记录，并用时间参数导出安全临界标准，可判断出冲突与事故的接近程度。研究 表明，冲突可由冲突行为心理变化特征与冲突状态变化特征两种测量途径来进行描述。 ( 1 ) 冲突行为心理变化的测量 冲突行为心理变化如表2 1 所示。 严重冲突以两个道路使用者之间的相互作用而将导致损害后果为基本特征，冲突的 严重性测定的根据是“距事故发生的时间( l ) ，即l 的值愈低，冲突的严重性愈高。 道路使用者对严重冲突反应的强烈程度远高于非严重冲突，这一反应是道路使用者对危 险感知和注意的程度。 综上分析，我们认为冲突行为心理测量的途径可归纳为： 冲突当事人感知危险的机会( 判断时间) ； 冲突当事人感知危险的程度( 反应水平) ； 冲突当事人避让危险的能力( 避险方式) 。 7 第二章交通冲突技术的相关研究 表2 1 冲突行为心理特征分类表i i 冲突类型 危险预测时间心理反应 避险行为 1 充分的驾驶反应时1 不紧张，反应从容：1 压刹，点刹； 间；2 注意力范围略缩小：2 预防性转向； 非严重冲突2 较充分的驾驶反应时 3 综合判断能力下降 3 压刹时伴有小幅度转 间向； 4 加速绕行 1 极短的驾驶反应时1 紧张，反应突然：1 点刹； 间；2 注意力范围急剧缩2 紧急制动； 严重冲突2 没有驾驶反应时间小；3 大幅度转向 3 基本依赖于驾驶习惯 的条件反射 ( 2 ) 冲突状态变化的测量 大多数交通事故的发生都伴随着各种形式的避险行为，也就是说大多数车辆在发生 与其他车辆碰撞之前均存在着速度或方向上的状态变化，并且具有瞬间突变特征。 因此可以认为： 避险行为是冲突主体( 机动车驾驶员) 对事故危险反应的必然行为； 避险行为的发生必然导致车辆的运动状态发生可见的瞬间变化； 由避险行为引起的车辆运动速度或方向改变的瞬间位置，可以作为冲突测量的 一个观测始点。 ( 3 ) 冲突测量参数的选择 事故分析方法的研究表明，事故勘察测量主要根据t = s ( 时间t 、距离s 、速度 v ) 的基本关系式，即分别采用v _ 一s ，t - v 或t 一s 等三类测量参数来研究肇事责任 者与事故接触点的关系。 交通冲突作为没有产生损害后果的“准事故 ，测量参数可以做如下的选择【1 4 】： 冲突距离d 。 冲突距离指冲突当事者避险行为生效的瞬间位置距事故接触点的距离( m ) ，主要由 以下两种方法得到： 由经过专门训练的冲突观测员根据定义进行现场测量； 8 长安大学硕士学位论文 由定点摄像屏幕监控系统进行遥测记录。 冲突速度圪 冲突速度指冲突当事者避险行为生效时的瞬间速度( m s ) ，有以下测量方法： 由经训练的冲突观测员用雷达测速仪进行现场测量； 由雷达测速仪自动摄像计算机接口监控系统进行测量记录； 由车载记录仪计算机接口监控系统追踪测量记录。 冲突时间l 冲突时间指冲突当事者避险行为生效的瞬间至事故接触点的时间过程( s ) ，由以下 方法得n - 由冲突观测员根据目测的见值和值，查标准表得到； 由中心监控室计算机编程输入处理。 上述的测量方法中，由计算机监控确定测量参数的方法，需要有专业的设备及专业 工作人员参与此项调查工作，通过大量时间的监测、数据整理等程序，才能够得到冲突 评价中所需的冲突距离、冲突时间等基础资料，所以均系理论上的方法，在交通科技尚 未普及的区域无法实施。本文拟评价区域，即郭杜教育产业开发区与西安市区连接段道 路，并无专门测量交通冲突的监控系统及中心监控室等，所以仅能通过对冲突状态变化 的观测，捕捉驾驶者在发生冲突时由避险行为引起的车辆运动速度或方向的改变，作为 一次“交通冲突记入其中。对于冲突行为心理变化的测量，需在驾驶者、乘车者等的 配合之下，在交通冲突发生以后，由调查员对其进行访问调查，因个人的心理素质及驾 驶熟练度的不同，对冲突所产生的心理反应也不同，主观上会对冲突调查造成不同程度 的偏差，因而在交通安全评价中，冲突心理变化测量可以作为定量分析的一个定性补充。 2 1 4 交通冲突的类型 按照所要达到的目的和评价指标的不同，交通冲突也有不同的分类方法，据此交通 冲突具有以下种类1 5 】： ( 1 ) 按测量对象的运动方向可分为： 左转弯冲突、直行冲突、右转弯冲突； ( 2 ) 按发生冲突的状态可分为： 正向冲突、侧向冲突、超车冲突、追尾冲突、转弯冲突； 9 第二章交通冲突技术的相关研究 ( 3 ) 按冲突参与者类型可分为： 机动车一机动车冲突、机动车一非机动车冲突、机动车一行人冲突； ( 4 ) 按冲突的严重程度可分为： 严重冲突、非严重冲突。 在交通安全评价中，不同的评价目的和指标，需要得到不同冲突类型的冲突数据， 来建立相关的冲突评价模型。例如基于改善交叉口非机动车及行人交通安全状况的安全 评价，在观测中须主要将机动车与非机动车和行人的冲突以及转弯冲突结合起来，得到 冲突数据，以确定相应指标和建立模型。本文中将对郭杜开发区与市区连接段道路的整 体进行评价，即包含交叉口和路段，所以，在本文的冲突调查中，将对冲突的运动方向 和各种状态结合起来分别进行记录和分析，具体状态类型将在下一章节中详细阐述。 2 2 交通冲突严重性的判定 2 2 1 严重冲突的定义 交通冲突的严重程度各不相同，严重冲突的状态与事故十分相近，这正是交通安全 间接评价所要研究的对象。所以我们要对非严重冲突和严重冲突加以判别，给出明确定 义，对严重冲突进行深入研究，应用于交通安全间接评价中。 在交通冲突技术研究过程中，早期将严重冲突这样定义：“一起严重冲突的发生可 定义为距事故发生的时间( l ) 等于或小于1 5 s ，即l 1 5 s 。根据对部分国家的 交通冲突技术研究表明，如果选用现场人工观测，则应选择冲突距离d 彳、冲突速度作 为测量参数，并以d 爿、v o 观测值导出瓦值作为冲突严重性判别参数较为合理。 严重冲突早期定义l 1 5 s 是在城市交通车速不超过5 0 k m h 的情况下总结出来的， 它简单明了，便于操作，但没有与车速相联系，成为它的主要缺陷。因为同样是l 1 5 s 这个临界值，对于低速车辆可以轻松避让，完全来得及避免事故的出现，这样的冲突并 不严重；而对于高速的车辆很可能由于避让不及时，而出现事故，此时的冲突当然是一 次严重冲突。这样，同一个l 值不能代表严重性的同等水平，或者说发生事故的概率并 不相同，因此需要把速度变量引入到冲突严重性的判别标准中。 如图2 2 所示，横坐标表示时距l ，纵坐标表示冲突速度v o ，那么，表示冲突严重 1 0 性同等水平的曲线是向右上方倾斜，与这些曲线相垂直的直线向左倾斜表示严重性增长 的方向。 重 型 制 裂 是 0 51 01 5 t a ( s ) 图2 2 同等严重性水平曲线及严重性增长方向1 1 3 l 关于严重冲突改进定义的具体形式，据瑞典专家介绍一共有五种，并详细介绍了第 种如下【1 3 】： l 曲2 寺2 鑫2 专2v lz 罟秒l 彩 式中：s 一开始采取避险行为时，车辆距冲突点的空间距离 ，。一开始采取避险行为时的瞬间车速； 厂一轮胎与路面的附着系数，瑞典国家道路局采用 f = 0 5 5 x e 0 0 1 3 7 1 ，。一平均速度( m s ) ，近似为 ( 2 一1 ) ( 2 - 2 ) 第二章交通冲突技术的相关研究 v l 初速度( 毗) ； 吃末速度( m s ) 。 v 册= “一v 。，2 3 - + v ： ( 2 _ 3 ) 注意到公式( 2 - 1 ) 中距离s 的计算已经假定1 ，：= 0 ( 即假定避险车辆i e 好在冲突 点停住不动) ，则： v 。= 詈v 公式( 2 - 2 ) 中，系数o 5 5 考虑了安全因素，如果不考虑安全值，应取0 8 5 ，则公 式( 2 - 2 ) 应为 代入( 2 _ 1 ) 式最后得 f = 0 8 5 x e 。0 _ 0 1 3 7 l 血= 南姗k 击他1 3 v i ( 2 - 4 ) 这就是上图2 2 中同等严重性水平曲线的数学表达式。 有研究表明：在交叉口交通冲突严重性判别中，当进入交叉i ：i 的车辆速度在较小的 范围内变化时，用单一指标衡量能得到较满意的结果。目前多数交通冲突研究组织采用 先估算速度，进而判断车辆距离可能发生事故的时间乃，并以此来判定是否为严重冲突。 如果l 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 界值为1 s ，瑞典是1 5 s 。 我国针对交通冲突的状况，选择车辆相距事故发生的距离作为判断冲突严重程度的 标准，因为从感觉上看，距离比时间更直观。 2 2 2 严重冲突指标的选定 ( 1 ) 交叉口交通冲突严重性指标的选定【1 6 1 根据相关研究，衡量冲突严重程度的车辆距事故发生地点的距离指标与车辆制动特 性、车速等有密切的关系。汽车制动过程如图2 3 所示。 1 2 长安大学硕士学位论文 蜊 制 堪 图2 j 汽车制动过程图 根据现有对驾驶适应性和车辆特性的研究，建议： 岛= 0 3 8 0 5 s ，t i = 0 1 7 0 2 8 s ，r 2 = 0 0 7 0 1 s ，b 、t 。、f 2 之和称为制动 操作反应时间。 t o 一驾驶员发现危险情况至开始出现反应动作所需要的反应时间； t 。一驾驶员把右脚移动到制动踏板上所需要的时间； f 2 一开始踏下踏板到汽车出现制动力所经过的时间： t 3 一制动力增长时间； f 。一制动力达到最大值以后的持续制动时间； ，5 一停车后到制动力解除所需要的时间。 汽车制动距离是指从驾驶员开始踏制动踏板起至制动停车为止汽车所驶过的距离， 即t 2 、r 3 、t 。内汽车驶过的距离。 f 2 内汽车驶过的距离：s 2 = v o t 2 f 3 内汽车驶过的距离：s 3 = v o t 3 一圭- ，雌f 3 2 n 柚汽车驶过的璃墨= 是一竽+ 竽- ，呱 ” 式中：- 一一汽车最大制动减速度，m l s 2 ，见表2 2 ； 一汽车制动初速度，m s 。 1 3 第二章交通冲突技术的相关研究 表2 2 各类型车辆的最大制动减速度 汽车类型最大制动减速度( m s 2 ) 小型车 7 4 中型车 6 2 大型车 5 5 思嗣市l j 砺距呙为：s25 2 + 6 3 + 6 4 l 一) j s = v o ( t 2 + 1 r ，) + 瓦v o 一面1 u ； 。撕， f 1 3 - 于t ， 1 ，则r ；作为高阶项可忽略，s 近似为 s = v o ( t 2 + 1 岛) + 是 。h ， 根据我国车辆设计标准，车辆制动系统协调时间如表所示，经测定f ：的均值为o 0 9 s ， 则乙值如表2 3 所示。 表2 3 制动系统协调时间及制动增长时间 汽车类型制动力增长时间s制动系统协调时间s 总质量 1 2 t 0 4 70 5 6 在观测交通冲突的过程中，如果车辆间的距离大于制动距离，则交通冲突不严重， 反之则被认为是发生了严重冲突，因此以车辆制动距离作为判定交通冲突严重程度时， 制动距离即作为临界距离。 ( 2 ) 路段交通冲突严重性指标的选定 9 1 确定路段严重冲突与非严重冲突，取决于避让行为的种类、机动车与道路使用者的 能力和交通状态、道路状况等多种因素，所以不能得一个普遍应用的计算值。根据以往 交通冲突技术的理论研究，当机动车与非机动车发生交通冲突时，仅考虑机动车的行为 方式的变化。 1 4 长安大学硕士学位论文 表2 4 不同车型和速度下的临界距离 临界距离( m ) 临界距离( m ) 速度( m s )速度( m s ) 大车中车小车大车中车小车 1 o o 4 20 3 5o 2 8 6 05 2 2 4 5 23 6 9 1 5 0 6 90 5 90 4 7 6 55 9 5 5 1 64 2 2 2 o 1 0 1o 8 6o 6 9 7 o6 7 2 5 8 44 7 8 2 5 1 3 81 1 8 0 9 57 57 5 56 5 65 3 8 3 o1 7 91 5 31 2 4 8 0 8 4 27 3 26 0 0 3 5 2 2 51 9 31 5 6 8 59 3 38 1 26 6 7 4 02 7 5 2 3 7 1 - 9 29 01 0 2 98 9 6 7 3 6 4 53 3 02 8 42 3 l9 5 1 1 2 9 9 8 48 0 9 5 0 3 8 9 3 3 7 2 7 41 0 01 2 3 41 0 7 68 8 6 5 54 5 3 3 9 2 3 2 0 根据汽车理论中的相关研究及实际情况，只有在车辆运动状态发生变化的瞬间，即 制动生效的瞬间开始进行冲突的测量才有意义，并且我们把汽车从制动生效开始到制动 停车为止的过程称为非完全制动停车过程，由汽车的制动过程可以导出非完全制动停车 测量模型表2 5 。其中为速度值，单位为m s 。在这里把非完全制动时间l 作为冲突 的严重性界限，不同车型在不同速度下的冲突临界值根据表2 5 计算得到。 表2 5 非完全制动停车测量模型 汽车类型非完全制动停车距离 非完全制动停车时间 小型车( 总质量 1 2 t ) d a = 0 2 4 v o + o 0 9 曙 乃= 0 2 4 + 0 1 8 v o 按交通冲突的定义，若速度和方向不变，则距事故发生的时间l 由车辆距相撞点的 位置所剩下的时间来定义，测量点是以制动生效的瞬间为准。 l = 台 c 瑚) 式中：l 一冲突时间，s ： d 一冲突距离，m ； 1 5 第二章交通冲突技术的相关研究 一冲突速度，m s 。 如果冲突车辆在采取避险行为时的冲突时间l 小于等于相应的临界时间，则该冲突 为严重冲突，否则为非严重冲突。 2 3 交通冲突与交通事故的关系 2 3 1 交通冲突与交通事故的相关性 图2 4 交通冲突与交通事故的分类关系 交通冲突的实质就是潜在的事故，其发展可能导致事故发生。即事故始于冲突，也 可能因采取的避险行为得当而避免事故发生。冲突与事故的成因与前期过程完全相似， 两者的唯一差别就在于是否发生了直接的损害性后果，因而事故与冲突存在着极为相似 的形式。事故与冲突的关系可用冲突的严重性进行描述。根据交通危险事件的严重性又 可将其具体分为无干扰通过、非严重冲突、严重冲突和事故，其数量关系呈塔形分布， 如图2 4 所示。交通冲突研究的关系在于判定是否为严重冲突，以及确定严重冲突与事 故的定量关系【i7 。 1 6 长安大学硕士学位论文 2 3 2 交通冲突与交通事故的替换性 如前对交通冲突与事故相关性的研究表明，二者之间存在着一定的相互替换关系。 这一关系可由替换系数刀予以描述，刀值定义为一次冲突导致事故发生的概率1 8 】，即： 铲只暑 ( 瑚j 式中：a 。- - d , 时事故记录数； e 一小时冲突记录数； z 一泊松分布，由最大似然估计值得出，即 = 譬 c ， 根据国内外的调查研究表明：事故与冲突的换算系数具有较高的可信度水平，交通 冲突与交通事故，尤其是严重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。 2 4 本章小结 本章主要阐述了交通冲突技术的基本原理及相关理论。详细分析了交通冲突发生的 状态和类型及冲突严重性的判别方法。根据交通冲突与事故的相关性和替换性，得出交 通冲突可以作为独立的交通安全评价方法使用的结论。 1 7 第三章交通冲突状态分析 第三章交通冲突状态分析 根据前面所述交通冲突的分类情况并结合实际道路特点，本节将对交叉口和路段内 的交通冲突类型分别进行介绍。 3 1 交通冲突的识别 交通冲突是避免碰撞的避让行为。与碰撞不同，交通冲突发生后没有结果。交通冲 突发生以后，交通没有终止，车辆继续运行。因此，观测者必须在交通冲突迹象期间判 别交通冲突。交通冲突迹象是指车辆在运行过程中遇到危险时，而采取刹车、转向和显 而易见的车辆减速等行为来避免事故的发生【h 】。 常常用于识别交通冲突的是制动的实施。在识别这种交通冲突时，不仅要注意车辆 的刹车灯，还要注意车速和环境，不同的冲突情况，驾驶者可能因各种不同的原因采取 制动，而且仅凭制动的实施并不能够完全认定其为一次交通冲突。例如在交通量较少的 情况下，驾驶者由于个人或车辆等原因停靠在路边，但有足够的安全距离可以使其后行 驶的车辆识认前方的路况，有足够的时间采取变道行驶等行为来绕避前方车辆，并且对 整个交通流未产生任何的影响，则不能认为是交通冲突，如图3 1 所示。相反，若车辆 的制动使其后尾随或另一车道的车辆不得不采取减速行驶或减速变道的方式来避免与 其相撞，则被认为是一次交通冲突。如图3 2 所示。 蔓瓷黟啬 oj - ， ：一lu 卫i卫e i 一一一一一面一i j j 一一一一一一 蔓瓷连缨一 口)叠j口 = 譬 一一一一而一厅、一 l p：二- 图3 1 制动未发生冲突 图3 2 制动发生冲突 另一种交通冲突迹象是转向，驾驶者可以通过改变车辆或车道的方向来代替制动以 避免碰撞，但转向不像制动一样频繁发生。转向通常比制动危险，因为通过转向，驾驶 者可能使自身处于另一种交通冲突状况下，而且在转向的过程中，驾驶者并没有时间去 检查旁边的车道是否安全。便改变了车道。从发现前方障碍物开始，驾驶者通过识别、 转向、回到原来车道等一系列避让措施后，安全回到原来的行驶状态，这样就是一次成 功的避险行为，可以认为是一次交通冲突，如图3 3 所示。因此在识别的过程中，不仅 要注意车辆是否转向，而且要注意到驾驶者是否通过转向避免了碰撞。 1 8 长安大学硕士学位论文 功e i j 功 蛋 图3 3 转向冲突 第三种交通冲突迹象为显而易见的减速，这种迹象的识别具有更浓厚的主观色彩。 在道路上行驶的车辆，减速是一种很常见的状态，如汽车在到达交叉口前，在远处已经 注意到信号灯为红色，或者意识到在现在的信号相位内不能通过交叉口，驾驶者一般都 会减速行驶，以减少到达车队尾部或停车线前时的刹车对汽车产生的磨损，这种显而易 见的减速不能被认为是交通冲突。通过减速来识别交通冲突，同转向类似，首要的就是 要看驾驶者通过减速是否避免了一次碰撞事故的发生。例如超车的过程中，公路标准 规定：双向行驶的双车道公路根据需要，应结合地形在适当间隔内保证具有超车视距的 路段，如图3 4 所示，只有保证了最小必要超车视距这个最小距离，汽车在超车的过程 才是安全的，并且不影响本车道及对向车道车流的速度。双向四车道的超车情况与双向 双车道有所不同，车辆超车以后可以在另一车道行驶或者回到原来车道，在前一种情况 下变道行驶时必然要使其后车辆或另一同向车道内的车辆减速以避免碰撞( 如图3 5 ( a ) ) ，后一种情况下除影响其后车辆外，在回到原车道时，还将导致原行驶其前的车 辆减速避让( 如图3 5 ( b ) ) ，这两种情况都被认为是一次交通冲突。 全超车视距 最小必要超车视距 s 2 s ls 3 畅砺一i1 戮、 n 沥7 7 t 1r n 飞呖、 图3 4 双车道超车图 囫超车汽车 d 被超车汽车 ( a ) 超车后在另一车道行驶 ( b ) 超车后回到原车道 图3 5 超车发生冲突 这三种交通冲突迹象相比起来，后两者的识别要比第一种更为困难和主观【1 9 1 。因此 1 9 第三章交通冲突状态分析 在观测的过程中，应特别注意冲突发生的必要条件，即驾驶者是否通过制动、转向、减 速等措施有效地避免了交通事故的发生，这样才能使交通冲突数的统计比较精确，进而 使基于交通冲突的交通安全评价结果更为合理。 3 2 交叉口交通冲突状态分析 一般来说，道路交通参与者包括机动车驾驶员、骑车人和行人。交通冲突是能够导 致交通事故的车辆间的相互作用。一次交通冲突发生，道路交通参与者必须是处于即将 产生碰撞的过程中。判定一起交通冲突的首要条件，即在即将发生碰撞的区域内，一个 交通参与者的行为影响了另一个参与者，由于其中一个参与者及时采取避让行为而避免 了交通事故的发生。当没有采取避让行为而引发的冲突和近似过失情形，或者当避让行 为不充分或不恰当时，在基本定义的规定下也被认为是交通冲突。 交叉口交通冲突的描述涉及以下阶段的事件 2 0 l ： 1 、第一辆车做出运动。如从相交街道驶出、交换车道等： 2 、第二辆车处于碰撞的危险境地，如因第一辆车减速而使第二辆车与其前后距离 缩小而处于即将碰撞的危险状态； 3 、第二辆车的驾驶员以制动或转向的形式做出反应，如第二辆车在正常情况下的 反应以防止碰撞： 4 、第二辆车随后继续通过交叉口。 通过明显的制动或转向行为，来证实第二辆车是否采取了避让措施。根据刹车灯的 显示，通常可以观测到制动，在刹车灯不亮的情况下，显然的车辆变动或刹车时轮胎摩 擦地面的声音都可以证明是一次避让行为。 在交叉口冲突定义范围内，一种交通冲突与不同类型的运行状况和事故模式相对 应。交通冲突根据各种运行方式加以分类，主要分为以下几种基本类型：左转冲突、垂 直冲突、追尾冲突、交织冲突、右转冲突、行人冲突和次冲突f 1 5 】。 3 2 1 左转冲突 左转冲突是交叉口内比较常见的交通冲突类型，是左转弯车辆与其他方向的车辆共 用共同的空间而导致交通冲突