（道路与铁道工程专业论文）基于运行速度的干线公路安全性评价方法研究.pdf

摘要 干线公路是我国公路网的重要组成部分，在国家交通运输经济中发挥了至关 重要的作用，但干线公路的安全形势却一直令人堪忧，对干线公路的交通安全进 行研究意义重大。 影响道路安全的因素是复杂的，它是由人、车、路等组成的一个完整的事故 因素链。对于任何一起事故都很难将其归结于某一种单一的因素，但运行速度是 驾驶员心理行为、道路几何线形以及道路环境等多方面综合作用于汽车的最终结 果及外在表现，通过对这种综合的反应结果的研究可以有效的评价道路安全状 况。 本论文以甘肃省交通厅科技项目“甘肃省干线公路安全性评价研究”为依托， 在事故调查分析的基础上，首先从干线公路车辆的运行特性分析入手，提取了干 线公路交通安全影响因素；从定性的角度对干线公路运行速度的影响因素特别是 线形要素进行了详细分析，然后根据干线公路的实际车速，通过理论回归分析和 试验验证的方法，构建了干线公路大货车和小客车运行速度预测模型；接着通过 比较分析提出了适合干线公路的评价方法，确立了“相邻路段运行速度差和“车 速降低系数 作为衡量干线公路交通安全水平的指标。 最后，针对试验道路，结合事故资料，具体应用本文中的研究成果，计算得 到了道路各点的运行速度，并对道路安全性进行了评价，验证了评价模型的可行 性。 关键词：干线公路；运行速度；安全评价 a b s t r a c t t h em a i n l i n eh i g h w a yi sa l li m p o r t a n tc o m p o n e n to ft h eh i g h w a yn e t w o r k i t p l a y sav i t a lr o l ei n t h en a t i o n a lt r a n s p o t a t i o ne c o n o m i c h o w e v e r ，t h es e c u r i t y s i t u a t i o no fm a i n l i n eh i g h w a yh a sb e e nv e r yb a d t h es a f e t yo fm a i n l i n eh i g h w a yi s o fg r e a ts i g n i f i c a n c ef o rr e s e a r c h t h ei n f l u e n c i n gf a c t o r so fr o a dt r a f f i ca c c i d e n ta r ec o m p l e x ，w h a ta r ec o m p o s e d b yt h ep e o p l e ，v e h i c l e s ，r o a d sa n do t h e rc o m p o n e n t so fac o m p l e t ec h a i no fa c c i d e n t f a c t o r s a n ya c c i d e n ti sn o tar e s u l to fas i n g l ef a c t o r h o w e v e r ，o p e r a t i o ns p e e di sa m u l t i - d i s c i p l i n a r ya p p r o a c h i nt h ef m a lo u t c o m eo fm o t o rv e h i c l e ，w h i c hi n c l u d e d r i v e rb e h a v i o r , r o a da l i g n m e n ta n dr o a dg e o m e t r ya n de n v i r o n m e n t s t u d y i n gi tc a n e f f e c t i v e l ye v a l u a t et h er o a ds a f e t ys i t u a t i o n n l i sd i s s e r t a t i o ni s s u p p o r t e db ys c i e n c ea n dt e c h n o l o g yp r o j e c to fg a n s u p r o v i n c e t r a f f i ce v a l u a t i o nr e s e a r c ho nm a i n - l i n eh i g h w a yo fg a n s up r o v i n c e f i r s t l y ，t h eo p e r a t i n gc h a r a c t e r i s t i co fv e h i c l eo nm a i n - l i n eh i g h w a ya n a l y z e d f r o ma q u a l i t a t i v ep o i n to f v i e wo fh i g h w a ys p e e d ，t h ea u t h o rt h ef a c t o r so fo p r a t i o ns p e e di s a n a l y s i s e d ，e s p e c i a l l yt h ei m p a c to fl i n e a re l e m e n t s a c c o r d i n gt ot h e o r e t i c a lr e g r e s s i o n a n a l y s i sa n ds o m er e a lo p r a t i o ns p e e d ，t h i sd i s s e r t a t i o ne s t a b l i s h e dt h ep r e d i c t i o n m o d e lo fb u sa n dc a l o nt h em a i n - l i n eh i g h w a y ，d e f i n et h e c o n c e p t s p e e d d i f f e r e n c eo fa d j a c e n ts e c t i o n s a n d s p e e dr e d u c t i o nc o e f f i c i e n t a st h ei n d e xo fr o a d s a f e t yl e v e l f i n a l l y , a c c o r d i n gt o t e s tf r e e w a ya n dt h ec o m b i n a t i o no fa c c i d e n ti n f o r m a t i o n , t h er e s e a r c hi sm o d i f i e da n dt e s t e d n l ev a l u eo fo p e r a t i o ns p e e do nf r e e w a yi s f i n i s h e d ，a n di ti se v a l u a t e dt oa l i g n m e n to ft h ef r e e w a ys a f e t y f u r t h e r m o r e ， e s t i m a t i o ni sp r o c e s s e dt om a k es u r et h em o d e lf e a s i b i l i t y k e yw o r d s ：m a i n l i n eh i g h w a y ；o p e r a t i n gs p e e d ；s a f e t ye v a l u a t i o n 重庆交通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，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者繇促侈 嗍呼月彳日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中 国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并 进行信息服务( 包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人 保留在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名： 日期： 指导教师签名： 月力日日期： 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n k i 系列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程 规定享受相关权益。 学位论文作者签名：厌侈指导教师签名 日期：五哆年多月厶日 日期： 孚嵋捉内房细 第一章绪论 第一章绪论 汽车以其特有的优越性给人们的生活和生产方式带来了巨大变化，成为社会 生活不可缺少的重要组成部分，是现代文明与进步的标志。然而，当人类社会充 分享受汽车带来的诸多好处的同时，也付出了沉重的生命和财产代价。从历史上 有记载的1 8 9 9 年美国发生的第一起汽车压死人的事件至今，全世界死于车祸的人 数已大大超过第一次世界大战死亡人数。在我国，道路交通事故己成为非正常伤 亡的一个重要因素，1 6 - - 4 5 岁的年轻人由于出行率高，成为道路交通事故的主要 受害者。同时交通事故造成的经济损失也十分惊人，据统计，在低收入国家约占 国民生产总值的l ，在中等收入国家为1 5 ，在高收入国家为2 ，其中欧共体国 家每年道路交通事故损失约为7 0 0 亿欧元1 1 j 。 通过对道路交通事故的长期统计分析发现，假如在今后的2 0 年间，交通法规、 政策和道路相关的技术措施不作任何改进和加强，那么将会有更多的人沦为道路 交通事故的牺牲品。有的专家预言，如果目前状况不加改变，发达国家的居民每 三人将有一人在其一生中遭受道路交通事故造成身体伤害，每1 0 0 人中将有一人以 上死于道路交通事故。若将受害者的亲属考虑在内，则道路交通事故造成的影响 几乎波及到每一个家庭【2 j 。 1 1 我国道路交通安全现状及特点 1 1 1 我国道路交通安全现状 我国的道路安全状况是一个比较严重的社会问题，也是世界上道路交通事故 最多的国家之一。随着我国道路通车里程的逐年增长，机动车保有量的不断增加， 道路交通事故呈现出逐年上升的趋势。从2 0 世纪8 0 年代末我国交通事故年死亡人 数首次超过5 万人至今，我国( 未包括港澳台地区，下同) 交通事故死亡人数已经 连续1 0 余年居世界第一。我国汽车保有量只占世界的2 ，道路交通事故死亡人数 却占世界的1 5 左右【3 j 。2 0 0 1 年以来，连续3 年交通事故死亡人数超过1 0 万人，平 均每天死亡3 0 0 人，是交通事故死亡人数处于世界第二位国家( 印度) 的两倍。在 2 0 0 2 年的各类事故中，交通事故死亡人数所占比例高达7 8 5 ，而同期美国占4 5 ， 法国占1 1 。表1 1 n 出了2 0 0 2 年我国与美国、欧盟、日本等发达国家道路交通事 故的部分统计指标的对比结果，由此可以看出当前我国的道路交通安全问题十分 严重，安全形势异常严峻。 2第一章绪论 表1 1中国与发达国家道路交通事故现状比较( 2 0 0 2 ) 项目中国 美国 欧盟日本 事故次数( 起) 7 7 3 1 3 71 9 6 7 0 0 01 2 3 2 2 9 49 3 6 7 2 1 死亡人数( 人) 1 1 8 1 3 l 4 2 8 1 53 8 8 2 49 5 7 5 百起事故死亡人数( 人百起事故)1 5 32 23 1l 百公里道路死亡人数( a l o o k m )6 70 7l0 8 万车死亡率( 人万机动车) 1 6 21 91 71 2 1 0 万人口死亡率( 人1 0 万人口)9 41 4 91 0 37 5 注：中国的数据为所有道路交通事故的总数，而美国、欧盟和日本的数据仅为涉及人身伤亡的事故 数，不含只造成财产损失的事故数。 为保证可比性，已按国际标准换算为事故后3 0 天之内死亡人数。 目前，我国尚属道路交通方面的发展中国家，人、车、路及环境等方面都处 于研究和发展阶段。按照交通事故发生的内在规律，在一段时期内，我国交通事 故死亡人数可能还会上升。各种统计数据和研究表明，我国已经进入道路交通事 故的高发时期，当然这种现象是和我国经济建设高速发展相一致的。从趋势上看， 今后的若干年内随着我国汽车保有量的不断增加，车祸每年致死人数将持续上升， 而后达到一个高峰值。表1 2 列出了我国从1 9 9 4 年 - 2 0 0 8 年十五年的道路交通数据。 表1 21 9 9 4 2 0 0 8 年交通事故数据列表 t a b 1 219 9 4 2 0 0 8y e a r 锄ca c c i d e n td a t al o g g e r 年份 次数( 次)死亡人数( 人)受伤人数( 人)经济损失( 元) 1 9 9 4 2 5 3 5 3 76 6 3 6 21 4 8 8 1 71 3 3 3 8 2 7 2 2 3 1 9 9 52 7 1 8 4 37 1 4 9 41 5 9 3 0 815 2 2 6 6 5 6 2 4 1 9 9 6 2 8 7 6 8 57 3 6 5 51 7 4 4 4 7 1 7 1 7 6 8 5 1 6 5 1 9 9 73 0 4 2 1 77 3 8 6 11 9 0 1 2 81 8 4 6 1 5 8 4 5 3 1 9 9 83 4 6 1 2 97 8 0 6 72 2 2 7 2 11 9 2 9 5 1 4 0 1 5 1 9 9 94 2 1 8 6 08 3 5 2 92 8 6 0 8 02 1 2 4 0 1 8 0 8 9 2 0 0 06 1 6 9 7 19 3 8 5 34 1 8 7 2 l2 6 6 8 9 0 3 9 9 4 2 0 0 1 7 5 4 9 1 91 0 5 9 3 05 4 6 4 8 5 3 0 8 7 8 7 2 5 8 6 2 0 0 27 7 3 1 3 71 0 9 3 8 l5 6 2 0 7 43 3 2 4 3 8 1 0 7 8 2 0 0 3 6 6 7 5 0 7 1 0 4 3 7 24 9 4 1 7 43 3 5 9 1 4 6 0 0 0 2 0 0 4 5 1 7 8 8 91 0 7 0 7 74 8 0 8 4 42 3 9 1 4 1 0 0 0 0 第一章绪论 2 0 0 54 5 0 2 5 49 8 7 3 84 6 9 8 7 l18 8 4 0 1 2 0 0 0 2 0 0 63 7 8 7 8 18 9 4 5 54 3 1 1 3 914 9 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 73 2 7 2 0 98 1 6 4 93 8 0 4 4 212 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 82 6 5 2 0 47 3 4 8 43 0 4 9 1 9 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 从表中可以看出，我国人口数量虽然在继续增长，但是增长幅度已经大大降 低，机动车数量则保持强劲增长态势，同时道路交通事故在2 0 0 4 年以前呈明显的 增长趋势，虽然近两年事故总量有所下降，但事故总量仍然居高不下。图1 1 1 4 表明了我国道路交通事故数变化、死亡人数、受伤人数变化以及交通事故经济损 失的变化情况。 图1 1 我国1 9 9 4 - 2 0 0 8 年交通事故总量统计 f i g1 1s t a t i s t i c so ft r a f f i ca e c i d e n t sf r o m19 9 4t o2 0 0 8i nc h i n a 4第一章绪论 图1 2 我国19 9 4 2 0 0 8 年交通事故死亡人数统计 f i g1 2s t a t i s t i c so fc a s u a l t yi nt r a f f i ca c c i d e n t sf r o m19 9 4t o2 0 0 8i nc h i n a 图1 3 我国19 9 4 2 0 0 8 年交通事故受伤人数统计 f i g1 3s t a t i s t i c so fi n j u r i e si nt r a 伍ca c c i d e n t sf r o m19 9 4t o2 0 0 8i nc h i n a 第一章绪论 图1 4 我国1 9 9 4 2 0 0 8 年交通事故直接经济损失统计 f i g1 4s t a t i s t i c so fd k e ae c o n o m i cl o s s e si nt r a f f i ca c c i d e n t s 19 9 4t o2 0 0 8i nc h i n a 如上图所示，我国1 9 9 4 - 2 0 0 2 年间交通事故总量及交通事故死亡人数发展情 况均呈增长态势，特别是1 9 9 9 2 0 0 1 年间，其增长速度极为明显，但2 0 0 2 - 2 0 0 8 年交通事故总量则出现了较大的下降趋势，交通事故快速增长的势头得到了有效 遏制1 4 1 。 近年来我国每年因交通事故所造成的间接经济损失往往是直接经济损失的 1 0 1 5 倍，若把事故现场堵塞所造成的经济损失算上，按最保守的方法计算，每 年也要达至u 3 0 0 亿元1 5 1 。 1 1 2 我国道路交通安全的特点 与道路安全状况较好的国家相比，通过对已有数据分析结果，我国道路交通 状况具有如下特点： 1 道路交通事故数量及伤亡人数增长速度较快 由于工业化国家的道路运输发展与我国相比相对超前，因此一些国家的道路 事故已度过了高峰期，目前呈下降或平稳的态势。而在我国，道路交通事故的伤 亡人数和直接经济损失近年来一直处于上升势头。目前我国的机动车保有量与美 国、日本相比还有很大差距，人均拥有机动车数量更是远远低于发达国家，甚至 与些发展中国家相比也有较大差距。2 0 0 2 年我国的机动化水平为5 6 4 辆千人， 美国为7 8 2 6 辆千人，欧盟为6 0 8 1 辆千人，日本为6 3 5 4 辆千人。随着未来我国经 济的不断增长，机动车的保有量将会以更快的速度增加，如果我们缺乏对交通安 全问题的足够认识，不采取切实可行的措施，道路交通事故将会不断上升。 6第一章绪论 2 道路交通事故的严重性程度极高 从表1 1 中可以看出，若以每百起交通事故造成的死亡人数来衡量事故的严重 性，我国为1 5 3 人，而日本仅为1 人，美国为2 2 人，差距之大不言而喻；若以每百 公里道路死亡人数衡量事故的严重性，2 0 0 2 年，我国为6 7 人，与美国、日本和欧 盟各国分别为0 7 、o 8 和1 人的数据相比，高了将近一个数量级；若以万车死亡率 衡量道路交通事故死亡的风险程度，我国比美国、日本和欧盟各国整整高出一个 数量级，也就是说，我国每辆机动车遭受交通事故导致人员死亡的风险约为这些 发达国家的1 0 倍。以上数据表明，我国道路交通事故的形势异常严峻，严重程度 极高。 3 道路交通事故仍处于持续增长时期 在道路交通的发展过程中，许多国家经历了一个高速发展时期。自第二次世 界大战之后，美国、英国、法国和日本等工业发达国家，随着其国民经济的高速 发展，道路交通也进入了飞速发展时期。由于道路交通条件、交通管理水平和民 众的交通素质等许多因素与迅速提高的机动车水平还不相适应，交通事故起数和 交通事故死亡人数也呈现出大幅度增长的趋势。因此，一定时期内交通事故死亡 人数的不断增长是国民经济和道路交通高速发展所经历的必然阶段，实践表明， 这一阶段大体上要持续2 5 年。在此之后，随着一系列防止交通事故措施的出台及 民众素质的提高，虽然经济和机动车保有量在不断增长，但交通事故死亡人数却 呈现逐渐下降的趋势。从对我国1 9 9 4 - - 2 0 0 8 年的1 5 年道路交通事故的分析情况上 看，1 9 9 4 - 1 9 9 7 年交通事故起数和死亡人数呈现缓慢增长趋势，平均每年发生交 通事故2 0 多万起，死亡7 万人左右，受伤1 4 万人左右，到19 9 9 年事故增至4 0 万起、 死亡人数突破8 万人、受伤人数达n 2 8 万人，到2 0 0 2 2 0 0 4 年，事故起数和伤亡人 数居高不下，一直持续上升，这三年的道路交通事故死亡人数均达到1 0 万人以上。 如果我国国民经济的高速发展时期从2 0 世纪9 0 年代初开始计算，根据西方发达国 家走过的历程，我国道路交通事故死亡人数的增长还将持续6 - 1 0 年。但是如果从 现在开始，加大对减少交通事故、提高道路交通安全工作的认识程度，总结和吸 取发达国家的先进经验和教训，制定出一系列切实可行的对策与措施，完全有可 能缩短交通事故持续增长的时间，避免或减少西方发达国家走过的弯路，早日实 现我国道路交通安全状况的根本好转，这同时也是本课题研究的目的所在。 第一章绪论 1 2 研究意义 国外的一些研究表明，良好的道路条件在很大程度上可以减少事故的发生， 不良的道路条件则可以促使事故的发生。前苏联学者通过对境内公路1 3 ，0 0 0 余起 道路交通事故进行分析，在仔细考虑了事故发生地道路的特征后，得出这样的结 论：不良道路条件的影响是7 0 交通事故发生的直接或间接原因。欧洲联合经济委 员会在关于预防道路不幸事件问题的研究中也同样指出，7 0 的事故是由于道路的 缺陷所致。在由郭忠印，方守恩编著的道路安全工程一书中提到与道路因素 有关的事故至少占事故总数的2 8 - 3 4 以上，即使是由人的因素导致的事故，许 多时候也是受到道路与交通环境的影响。 在现实环境中，道路交通事故是小概率突发性事件，即使是在事故多发路段， 也必然是绝大多数的车辆正常通过，只有在较长的时间段内，才会有事故的累积 规律显现，而即便如此，道路交通事故的发生原因也是多方位和多层次的。因此， 影响道路安全的因素是复杂的，这些因素包含了道路几何线形因素、道路交通环 境因素、道路沿线气候因素以及人文因素等由人、车、路组成的事故因素链，甚 至道路安全执法部门的执法情况也是重要因素之一。 对于任何一起事故，很难将其事故原因归结于某一种单一的因素。但是运行 车速是驾驶员心理行为、道路几何线形以及道路环境等多方面综合作用于汽车的 最终结果及外在表现，通过对这种综合的反应结果的研究可以有效的评价道路安 全状况，同时运行车速作为各种因素综合的外在表现的性质又使我们获得大量的 基础资料成为可能。国外研究表明3 0 的致死事故以及所有事故的1 2 都与车速 有着直接或者间接的联系。国内的研究同样说明车速是影响道路安全性的重要因 素。因而用运行速度来评估道路交通安全具有一定的可靠性和现实性。本论文以 干线公路的实测数据为基础，建立干线公路运行车速预测模型，并以道路运行车 速作为道路安全水平和道路线形因素之间的媒介，通过研究最终评价具有不同道 路技术特性和环境下的道路安全状态，为我国干线公路的安全评价提供一种可借 鉴的技术方法。本论文的研究对于人们更好的认知道路交通事故影响因素，进行 合理的安全预测及评价，最终改善我国干线公路的道路安全状况，具有重要意义。 1 3 国内外研究现状 早在六、七十年代，美国、澳大利亚、德国等发达国家就对道路线形、运行 速度与交通安全的关系进行了广泛深入的研究，得出了许多宝贵的经验，并用于 8第一章绪论 道路的实际建设中，取得了比较好的效果。由于运行速度与道路交通安全有着比 较密切的关系。因此，国内外不少学者把运行速度作为研究道路安全的一个重要 媒介工具。下面选取国外部分较为成熟的研究成果，对运行速度的预测以及运行 速度与道路交通安全的关系加以说明。 1 澳大利亚通过研究建立了运行速度预测模型： v = a r 6 式( 1 1 ) 式中：v 车辆运行速度； 广- 平曲线半径； a 、卜回归系数； 2 f a m b r o 博士( 1 9 9 7 年) 对4 2 个竖曲线车速数据进行了分析，建立了竖曲线 的运行速度模型【6 1 ： 飞行2 7 2 7 4 + 0 4 7 略算 式( 1 2 ) 式中：唿行竖曲线运行速度，l ( i 】讹； 算竖曲线计算行车速度，k m h ； 3 英国学者a b u r u y a 开发了适用于欧洲的速度与事故模型_ e u r o 模型。 研究表明交通事故率与超速行驶有着必然的联系。e u r o 模型如下： a l n ( 1 ) = 1 5 3 6 矿矿式( 1 3 ) 式中：卜年平均事故率； y 平均运行速度，k m h ； 矿速度梯度，k m h ； 4 美国、瑞士和澳大利亚等国家将相邻路段间运行速度差a v 作为评价道路 安全性的指标。当两相邻路段运行速度差a v 小于1 0 k m h 时，道路几何线形设计为 “优”；当两相邻路段运行速度差a v 在1 0 2 0 k m h 之间时，线形设计为“一般 ： 当两相邻路段运行速度差a v 超过2 0 k m h 时，线形设计为“差”。其目的为在同一 设计路段内，保证驾驶员能够连贯地驾驶行车，避免或最大限度地减少由于意外 情况或判断失误造成交通事故的发生，从而提高行车的稳定性和安全性，模型如 下： a v = l k 5 ( f ) 一k 5 0 1 ) i 式( 1 4 ) 式中：，( f ) 第i 断面上8 5 运行速度； 第一章绪论9 k ，( f 1 ) 第i 1 断面上8 5 运行速度； 虽然国内学者对于运行速度与交通安全的关系起步较晚，但也取得了很多成 绩。 1 交通部委托同济大学交通运输工程学院编制了公路项目安全性评价指南 ( 征求意见稿) ，该指南把8 5 的车辆运行速度与设计车速的差值和相邻评价单元 运行速度的差值作为评价指标，用以分析道路路线设计的安全性【7 】。 2 交通部规划研究院张剑飞和范振宇等学者给出了高速公路和二级公路直线 路段( 含大半径曲线) 标准条件下小客车和大货车的运行速度值，建立了小半径 曲线运行速度与半径的关系模型，并根据外业调查数据标定了模型参数，同时对 运行速度应用于我国道路设计的设计方法进行了初步探讨【8 】。 3 同济大学高建平与郭忠印通过对车辆运行特征的实地观察和运行速度的现 场观测，标定了车辆运行速度和加速度与公路线形之间的关系模型【9 】。 4 同济大学杜博英通过对运行速度进行回归分析，以运行速度和速度梯度为 变量，建立了高速公路事故预测模型【1 0 】： i = y ( 3 s 4 l e 一。_ 6 ) 矿2 川一( 1 - v 参) 式中：卜一事故率； v 车辆运行速度； y 车辆平均速度； 5 同济大学梁夏对高速公路的各线形指标( 如平曲线半径、缓和曲线参数、 曲线转角、竖曲线半径等) 按大小区间进行分类，并采用数理统计的方法对各类 指标的事故率进行比较分析，获得了在一定的置信度下各类指标对道路安全的相 对差异，从而评价各线形要素对道路安全的影响【1 1 1 。 6 同济大学孔令旗对高速公路几何线形与运行速度的关系进行研究，提出了 基于人工神经网络的高速公路运行速度预测模型，并在预测模型的基础上提出了 运行速度预测流程，建立了运行速度与道路安全性的评价模型【1 2 l 。 7 西安公路交通大学周伟和罗石贵利用交通冲突技术，对路段上的交通冲突 进行观测分别建立了单个路段和多个路段的事故判定模型。 单个路段的安全判定： 占= x 咒+ 甜口力式( 1 6 ) ，j z 式中：占临界冲突值( 阀限值) ； x 一路段上严重冲突次数： 1 0 第一章绪论 力时段t 内预测冲突值； 多个路段的安全判定： t s w = 式中：t s w 第j 种冲突特征的“危险度”j - 1 ，2 ，3 ； q f 氐危险冲突数( 次) ； 乞危险冲突数( 次) ； 岛很危险冲突数( 次) ； 8 北京工业大学罗江涛、刘小明、任福田等学者在研究国内外道路交通安全 评价方法的基础上，运用灰色系统理论建立了道路交通安全灰色评价方法。 9 北京工业大学钟小明、荣建、郑柯、文w j d , 明等学者以驾驶员信息采集处理 模型为基础，研究典型小客车、中型车等在高速公路多种路段的运行速度规律， 并建立了相关路段的自由流运行速度模型，参与并制定了高速公路运行速度设 计方法和标准。 纵观目前国内外的有关基于道路线形、交通事故、运行速度之间关系的交通 安全评价模型，主要考虑的是小客车的行车速度与路线平纵线形的关系，一般采 取实测大量实际行车速度，进行相关分析，建立诸因素相关关系的研究方法。其 研究思路主要有两个方向：一是直接建立道路线形和交通事故之间的关系，从而 建立交通安全评价模型，比如美国的乡村干线事故预测模型；二是利用道路线形 与运行速度直接的关系，借助运行速度作为媒介工具，建立运行速度与交通事故 之间的关系，从而间接实现建立道路线形与交通事故关系的交通安全评价模型。 由于在第一个研究方向中需要大量的样本数据量，而且往往得不到理想的结果， 在目前国内研究资金投入等各方面条件相对不足的情况下，选择第二个研究方向 更值得借鉴。 本文的评价模型正是基于第二个研究方向的思路将运行速度、交通事故、道 路线形三者有机结合在一起，以甘肃省交通厅科技项目“甘肃省干线公路安全性 评价研究为依托，对公路项目安全性评价指南中针对高速公路和一级公路 的安全评价方法进行了研究分析，将之应用于干线公路，并以甘肃省内g 2 2 7 、 g 3 1 0 、g 0 4 5 、g 3 1 2 四条干线公路相关数据为支撑，建立了干线公路的运行速度预 测模型，针对干线公路的特点对现有的安全评价方法中的评价参数进行了重新标 定，从而对干线公路的安全性进行评价。 第一章绪论 1 4 主要研究内容 本文的主要研究内容如下： 1 以干线公路为研究对象，分析我国干线公路的车辆运行特征； 2 从平、纵、横三方面定性地分析公路线形指标与运行速度的关系； 3 提出干线公路运行速度预测模型，并根据实测数据进行检验； 4 以预测模型得到的运行速度为数据支撑，采用相邻路段运行速度差a v 与 s r c 的道路安全评价方法，对甘肃省干线公路典型路段进行安全评价分析。 车速与事故间存在密切关系，速度的急剧变化是酿成事故的主要原因，而且 道路条件对车辆运行安全的最直接影响表现在速度上，因此可以利用运行车辆的 速度特征及其变化来分析道路线形条件与事故间的关系。这种方法首先分析了各 种道路条件与实际运行速度k 。( 即速度累计频率分布曲线上8 5 对应的车速) 的 关系，并在此基础上对路段上的运行速度进行预测分析，最后以相邻路段行车速 度的变化值和车速降低系数s r c 作为评价道路安全状况的指标。 1 2 第二章干线公路交通安全状况及其特征分析 第二章干线公路交通安全状况及其特征分析 干线公路与高速公路在设计标准、道路结构物( 如有无中央分隔带) 以及车 辆组成上都有很大的区别，这就导致了干线公路的车辆运行特征有其区别于高速 公路的自身特点。只有认真分析这些特点，才可在借用高速公路的安全评价思想 评价干线公路时不致有失偏颇。 2 1 干线公路车辆运行特征及交通安全影响因素分析 2 1 1 干线公路的界定 根据我国现行的公路工程技术标准( j t gd 2 0 2 0 0 6 ) ，公路按使用任务、 功能和适应的交通量分为高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四级公路 五个等级。 公路工程技术标准规定：干线公路宜选用二级及二级以上公路。但在公 路路线设计规范( j t gd 2 0 2 0 0 6 ) 的条文说明中，有如下相关描述：尽管不提倡， 三、四级公路也可作为干线公路。考虑到目前我国干线公路的实际组成中，确实 存在相当比例的三级公路。根据以上分析，按照使用任务、功能和适应交通量的 划分标准，本文所界定的干线公路为一级公路、二级公路和部分路线平、纵技术 指标较高的三级公路。 按其重要性、使用性质和行政等级公路可分为国家干线公路( 简称国道) 、省 干线公路( 简称省道) 、县级公路( 简称县道) 、乡村道路，以及专用公路五个等 级；一般把国道和省道称为干线，县道和乡村道路称为支线。我国公路网组成体 系如图2 1 所示【1 3 】，其中国道可分为高速公路和一般国道。按使用性质和行政等级 的划分，本文所界定的干线公路即为一般国道与省道。 第二章干线公路交通安全状况及其特征分析 1 3 图2 1 全国公路网组成体系 f i g2 1t h ec o m p o s i t i o no f t h en a t i o n a lr o a dn e t w o r ks y s t e m 2 1 2 干线公路车辆行驶状态分析 干线公路上的车辆行驶状态根据道路条件、交通条件不同，大体可分为以下 四种情况1 1 4 j ： 1 自由车辆：车辆不受其它车辆影响以自己的理想车速运行。理想车速受道 路条件的限制，而道路条件与道路等级、路面宽度、路表粗糙度等因素有关，道 路线形是影响自由车辆行驶状态的重要因素之一。 2 跟车：当速度较高的车辆赶上速度较低的车辆时，前者或超过后者，或在 慢车的后面跟随行驶。每辆车都有固定的车长，都尽力与前面的车辆保持理想的 距离，理想车头时距取决于跟随车辆的速度。车辆在合流后，一般跟随得近一点； 当车辆考虑超车时将比不考虑超车时跟随的要近一些。当有几辆车都超车时，它 们将在超车道上跟随行驶。 3 超车：当车辆决定超车时，首先要判断可能的超车安全距离。如果估计超 车是安全的，那么车辆开始超车。被超车的车辆不能超车，车辆超车时比自由行 驶时所采用的速率要大。如果正在超车的车辆在到达前面车辆尾部之前，对向车 辆出现了，则该车将被迫返回基本车道，这样的合流称为超车未完成合流。一辆 车超过另一辆可称为简单超车，当超车车辆达到被超车辆前面一定距离时，可认 为完成了简单超车，当领头超车的车辆到达被超车的车头时，如果有后车紧跟超 车，将再行驶一段时间，否则，将回到基本车道行驶。 4 合流：两种合流方式为超车完成与超车未完成合流。在合流期间应使用最 小理想跟车距离作为车辆间的最小接受间隔，合流期间车辆可接受比一般安全间 隔更短的间隔，合流完成以后理想间隔将恢复原来的值。当车辆完成一个超车动 作，即该车已经超过所有试图超过的车辆并且已经安全地处在所有被超车辆的前 1 4 第二章干线公路交通安全状况及其特征分析 面时，将发生超车完成合流，车辆完成这样的合流将试图到达基本车道上特定车 辆的前面或后面。合流时的车辆间距，根据实际观测，变化很大，当车速较低时， 超车车辆甚至会强行插入被超车车道，迫使被超车减速。一般合流最小间距以后 车制动反应后不发生碰撞为极限。 2 1 3 超车对干线公路交通安全的影响 干线公路特别是其中的双车道公路利用对向车道超车问题对交通安全产生了 极大的影响。在双车道公路上，驾驶员随时想超越慢车，大多数驾驶员都感觉到 超车很有必要，但超车时又要占用另一反向车道，因此超车很危险，极易发生交 通事故。 所谓超车事故，就是由超车行为引起的直接或间接事故。在大多数情况下， 超车车辆直接参与事故，但是也有超车车辆只引起事故而自身毫不受伤的情况。 美国研究人员利用5 年时间对5 个州双车道公路的大量详尽事故数据资料进行分 析，发现超车事故约占总事故数的2 。不论是超车事故还是非超车事故，半数以 上都是与其他车碰撞引起的；超车引起的翻车事故，比非超车多7 ，超车事故造 成的伤亡人数和严重程度也高于非超车事故。 在超车带与非超车带上事故发生情况有所不同，在非超车带上发生的超车事 故以侧向挂擦较多，而在超车带上以车头、车尾相碰较多。在特定天气条件下， 如冰雪覆盖，会使公路路面标线模糊不清，使得超车带事故明显增多。在光照条 件不好的情况下，非超车带事故发生较多。这一发现说明，非超车带在光线昏暗 时，超车必要安全视距似乎起了相反作用。在恶劣天气情况下，超车带事故多于 非超车带。说明在恶劣天气时，多数司机在非超车带超车时，表现为犹豫不决。 当日平均交通量等于或超过2 0 0 0 辆时，超车事故明显增多，而非超车带又高于超 车带。这是因为当道路上车辆的交通密度较大时，驾驶员更急于超车，一旦有机 会，就无视公路交通标志，任意超车。在非超车带，如果司机屡超不过时，情绪 因素迫使他们忽视超车视距，冒险超车，从而诱发事故。 2 1 4 超速对干线公路交通安全的影响 超速行驶加大了制动非安全区距离，刹车安全系数降低。超速行驶，必然增 加与其他车辆超车的次数，每超一辆车，就要增加一个交织点，在没有中央分隔 带的干线公路上，超车占用对方来车路面，极易形成冲突，造成事故隐患。 超车行驶会影响机动车的操纵性和稳定性，转弯时离心力增加，车辆横向阻 力增加，容易导致车辆侧滑和翻车。由于己建道路的弯道半径、超高、视距都是 第二章干线公路交通安全状况及其特征分析 1 5 依据计算行车速度确定的，超速行驶时，原定的道路参数变“小 了。随着车速 的提高，驾驶员思想高度集中，大脑过于紧张，容易疲劳，反应速度下降，视野 变窄，观察能力也相应下降，不易识别路上的突发情况。特别是在混合交通的道 路上行车时，由于路旁非机动车和行人较多，经常横穿道路，超速行驶最容易引 发事故。 近年来，超速行驶引起的交通事故比例呈上升趋势。超速行驶造成的道路交 通事故不但在事故总数中占有相当比例，而且多为重大事故。超速行驶一旦发生 事故，必然产生巨大的撞击力，因而大大加重了事故的严重程度。其实在高速公 路上也存在超速行驶情况，但是由于干线公路没有中央分隔带，加之车辆混行现 象更为严重，部分车辆的超速行驶使得超车的几率增大，道路上车辆的车速分布 更加离散，使得事故率大大增加。 表2 1 y l j 出了1 9 9 8 年全国因超速行驶而造成道路交通事故的统计表。从表中可 以看出，由于超速行驶造成的道路交通事故伤亡比例很大，死亡率很高。所以有 必要对车速加强管理，从而降低事故率，减少生命和财产损失【1 5 】。 表2 1 全国超速行驶造成的道路交通事故统计分析表 t a b 2 3n a t i o n a ls p e e d i n gr o a dt r a f f i ca c c i d e n t sc a u s e db ys t a t i s t i c a la n a l y s i so ft a b 事故成因事故数次死亡人数人受伤人数人 总计3 4 6 1 2 97 8 0 6 72 2 2 7 2 1 超速行驶3 1 7 2 l9 8 8 52 4 9 1 2 百分比脯9 1 61 2 6 61 1 1 9 2 1 5 超载对干线公路交通安全的影响 大货车超载( 超限) 问题作为一个普遍的社会现象，在短时期内还很难彻底 消除。这是当前公路建设和交通管理工作中一个无法回避的现实。刨除运营时间 成本以及个别线路的大大节省运输距离，货车司机在经济利益的驱使下，在高速 公路和干线公路的运营路线选择上，往往会选择无需缴纳附加费用的干线公路。 随着2 0 0 9 年“取消政府还贷二级公路收费政策的逐步实施，这种情况在未来几 年内会更趋明显。 严重的超载对于干线公路的行车安全来说，是一个致命的影响因素，也是很 多重特大交通事故发生的最根本原因。超载主要增加了汽车负荷，加速汽车各部 位的磨损，造成汽车非正常损坏，增加汽车的方向把握、刹车、转弯等驾驶难度； 超载的车辆常常容易炸胎，不但自身安全得不到保证，还会危及其它车辆的安全。 1 6 第二章干线公路交通安全状况及其特征分析 另外，超载还增加车轮作用在单位道路路面的压力，当这一压力超过设计荷载时， 容易使路面结构层破坏，产生断裂；水浸入路面结构层后，又会使路面基层强度 降低，并在水和行车荷载的作用下产生破坏，形成较大的裂缝和坑槽，危及行车 安全，缩短道路寿命。 2 1 6 混合交通对干线公路安全的影响 我国干线公路交通条件最突出的特点是车型繁多，各种车型都占有一定的比 例，混合交通是其最主要特征。由于不同车型的车辆性能不同，快、慢机动车混 合行驶的交通流不仅受到动力性能较差的重型货车与拖拉机、摩托车等车辆的纵 向干扰，还受到路侧土地开发程度与自行车和行人等非机动车的影响。虽然全国 交通调查站的交通量统计结果显示，目前国、省干线公路上人力车、兽力车与自 行车的数量日益减少，而且拖拉机运输也有被农用汽车代替的趋势【l6 1 ，但是在大 部分的干线公路上，混合交通仍然是其主要特征。 混合交通对干线公路交通安全的影响很明显。混合交通引发交通事故的原因 主要有： ( 1 ) 除汽车以外的其它机动车占道或违章行驶。 ( 2 ) 非机动车占道或违章行驶。 ( 3 ) 行人占道或违章行走。 ( 4 ) 交通拥挤。 ( 5 ) 容易引起驾驶员心理烦燥、疲劳。 在混合交通情况下，如拖拉机、摩托车、农用车等一并在路上行驶，通常情 况下这些车辆应当靠右在慢速车道上行驶，但当车道不够或者驾驶人员交通意识 不强时，就很容易占用快车道行驶或者来回更换车道，影响汽车正常行驶。另外， 公路沿线的机动车辆经常停靠在路边或突然横穿公路，都易导致交通事故的发生。 以g 2 2 7 线为例，该线的k 3 2 4 硒2 5 和k 3 3 1 - - k 3 3 2 两段的村落较多，公路沿 线农村几乎家家户户都有摩托车或农用车，且这些车辆多为改装车，拉麦草时超 宽超长运输，占道行驶，混合交通非常明显，带来了很大的道路安全隐患，已成 为该段道路交通事故的主要诱因。