交叉口冲突数的计算

道路交叉口冲突分析摘要：交通冲突技术（Traffic Conflict Technique,TCT）,属于一种新兴的定量研究各种道路交通安全问题极其对策的非事故评价方法。道路交叉口的评价方法主要包括直接评价和间接评价两种，本文尝试简述分析交通冲突的三种常用方法，并以上海市曹安公路绿苑路交叉口为实例进行理论建模的分析。关键词：道路交叉口 交通冲突 仿真 交通事故 交通量0 引言交通冲突是在可观测条件下，两个或两个以上道路使用者在同一时间、空间上相互接近，如果其中一方采取非正常交通行为，如转换方向、改变车速、突然停车等，除非另一方也相应采取避险行为，否则，会发生碰撞。交通冲突的发生量要比交通事故多的多，在某种意义上，交通事故同属于交通冲突的范畴，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。换言之，凡造成人员伤亡或车物损失的交通事件称为交通事故，否则称为交通冲突。对交通冲突进行分类有利于对各种不同类型的冲突进行分析并采取相应应对措施，交通冲突有以下几种分类方法：（1）按照发生地点分，可分为路段交通冲突和交叉口交通冲突。路段交通冲突包括正向冲突、追尾冲突、横穿冲突和撞固定物冲突。交叉口交通冲突则包括左转弯冲突、右转弯冲突和穿越交通冲突。（2）按照冲突对象分，主要可分为机动车之间的冲突、机动车与非机动车之间的冲突、机动车与行人之间的冲突等三种。（3）按照冲突成因分，可分为突然停车、交织、追尾、减速、变道、红灯等，实际中某个冲突的成因可能是以上冲突成因的组合。（4）按照交通危险事件的严重性，可分为严重冲突和非严重冲突两类。我国交通冲突技术研究处于起步阶段，各种交通冲突的数据尚不健全，研究表明，影响驾驶员行车安全的诸多因素中，交通量大小直接决定驾驶员的心理紧张程度，影响着交通冲突、交通事故的高低。交通冲突、交通事故的产生与交通流特别是交通量有密切的关系，流量决定车流的车头时距分布，从而也决定了车辆的时间间隔，它对交通冲突的影响最为明显。各种类型的交通冲突、交通事故与相关交通流特别是交通量在逻辑上有内在的因果关系。基于上述分析，本文将以实际调查的交通量数据作为基础，利用VISSM和SSAM模型进行冲突数的确定。1 道路交叉口冲突分析技术对道路交叉口交通冲突的分析处理方法包括三种,分别是实测调查、理论建模和仿真模拟。1.1 实地调查实测调查是通过对交叉口的实地考察，采集大量关于冲突点和冲突严重程度的数据，在此基础上进行统计回归分析。研究表明，大约有94%-95%的事故与人有关，驾驶员应负直接责任的事故占81%左右。因此，驾驶员行为在交通冲突发生过程中起着重要作用。在实地调查中，可对某一具体交叉口的驾驶员行为特征进行分析和量化，通过采集大量数据建立驾驶行为和交通冲突之间的回归模型。1.2 理论建模理论建模是建立基于交通量的交通冲突数学模型。该模型的基本假定是车流达到驶离规律服从泊松分布。国外一般认为，600pcu/h是泊松分布的临界流量，当单车道流量p300pcu/h时，车辆到达规律服从泊松分布；当300p400时，基本服从泊松分布，有时服从负二项分布（因受上游交叉口影响）；当400p500时，若计数间隔较大（不小于1min），则也服从泊松分布。1.2.1 交通冲突的界定在交叉口，车辆发生冲突的充要条件是两车流是冲突车流，且两冲突车流的车辆到达冲突点的时间差较小，通常称发生冲突时的最大时间差为临界间隔，即交叉口允许次要道路等待穿越车辆可以通过主要道路的最小间隙，用t(s)表示。根据经验，t(s)大致取值范围为610s。国外一般认为，临界间隔为67s。国内的实测表明，小车临界间隔为7.4s，卡车临界间隔为9.8s，卡车通过小车等待时，临界间隔为9.2s，小车通过卡车等待时，临界间隔为8.0s。取其平均值，则临界间隔为8.6s。在实际应用中，可根据具体情况适当取值。设i(i=1,2,3,4)表示入口，j(j=1,2,3)表示流向，j=1,2,3分别表示直行车流、左转车流与右转车流。则ij 表示入口i的j车流。设P（ij）表示车流ij在t时间内有车辆到达的概率， P0(ij)表示车流ij在t内没有车辆到达的概率，表示车流ij平均到达率。又设车流与车流ij是冲突车流，则，。所谓冲突是指在内，两相冲突车流都有车辆到达；在时间内的冲突次数是指车流ij等待车流通过的车辆数（若车流先通过冲突点）或车流等待车流ij通过的车辆数（若车流ij先通过冲突点）。1.2.2 计算平均驶离率设( i=1,2,3,4)表示入口i的车辆到达率。入口1和入口3的直行与左转车在有效绿灯期间的平均驶离率为 （i=1,3;j=1,2）；入口2和入口4的直行与左转车在有效绿灯期间的平均驶离率为 （i=2,4;j=1,2） 由于右转车任何时候都放行，所以 （i=1,2，3,4）1.2.3 计算交通冲突发生概率设车流ij与车流相互独立，则冲突点（ ij，）在时间内发生冲突的概率P（C）可分以下两种情况计算。（1）若车流ij等待或减速，车流正常行驶，则发生冲突的概率为 式中，在时间内有n辆车到达的概率。根据假定，车辆到达服从泊松分布，则式中，车流在时间内的平均到达车辆数。 由此可得， （2）若车流等待或减速，车流ij正常行驶，则发生冲突的概率为 以上两种情况都可能发生，因此以内平均到达车辆数作为权值，则冲突点（ ij，）发生冲突的概率P（C）为1.2.4 计算交通冲突发生次数在内冲突点（ ij，ij）发生的冲突次数，且车辆驶离规律亦服从泊松分布，则 C为总的冲突次数，在交叉口，绿灯时间不是同时分配给每个入口，在此基础上进行推导，可得到交叉口每小时冲突次数TC为1.3 仿真模拟仿真模拟则是利用仿真软件，根据交叉口实际情况对驾驶员行为等参数进行标定，继而进行统计回归分析。理论建模可以通过研究交通量与交通事故、交通冲突的关系，从而建立相关的交通冲突数学模型，以此对交叉口的交通冲突进行分析。本组选用的是仿真模拟，下面对该方法进行详细介绍。根据经验，VISSM仿真在严重冲突识别的真实性、驾驶人的行为选择以避让冲突等方面存在较大优势，因此选用VISSM软件进行仿真模拟。仿真前，对交叉口的渠化设计、信号控制策略等进行实地考察以便仿真时对相关参数进行标定。然后利用VISSM软件进行建模、校准和验证，使其能够尽可能地反应交通流的运行状况，尤其要注意的是，从安全分析角度出发对转弯、变道、红灯停车与启动等状况下的驾驶人行为参数、优先控制参数、信号控制参数等进行校准。输出包含车辆速度、加速度等信息的轨迹曲线。得到轨迹曲线后，利用SSAM模型，对TTC（冲突时间距离冲突发生的时间）和PET（遭遇时间前车通过某个位置与后车通过某一位置时的时间差）进行设定，并通过运算分析得到TTC、PET、maxS(最大速度整个冲突过程中两辆车速度的最大值)、DeltaS（相对速度驾驶人采取避险措施瞬间两辆车的相对速度）、maxD（最大加速度冲突过程中后车的最大加/减速度）等指标，验证冲突仿真得到的冲突数量、分布情况等，如果误差在允许范围内，可以进行方案的评价，否则利用非集计指标与空间分布情况校核VISSM的控制参数或者SSAM的阈值设定。该方法的具体流程如图1所示。图1 冲突仿真流程 图1 交通冲突仿真流程交通冲突技术广泛用于交通安全分析，但该方法还面临一下问题与挑战：1） 交通冲突间接方法得到了一定的研究、应用与推广，但实际上仍然是一种事后的被动分析技术，没有与交通仿真技术实现有机融合以达到主动安全分析效果。2） 人工观测冲突的主观性很强，不同的观测人员对冲突的感知和识别能力各不相同，导致观测结果往往因人而已。同时这种方法很难获得较全面地冲突相关信息，如冲突速度、相对冲突速度、冲突位置等。3） 视频观测的代价较高，遮挡、相机抖动现象克服不易，数据处理的工作量大。4） 交叉、追尾、车道变化冲突形成的机理不同，需要驾驶人采取的剧烈程度也不一样。针对上述问题，利用VISSM仿真软件，整合安全间接分析模型（Surrogate Safety Assessment Model,SSAM）,提出了基于冲突仿真的交叉口安全预评价分析方法，对交通安全进行主动的分析。2 典型案例分析该信号控制交叉口可能出现的几种冲突为绿苑路与同济大学校门进口车道的右转车辆与曹安公路的直行车辆的冲突、曹安公路与绿苑路交叉口机动车辆直行与左转的冲突。先选取曹安公路与绿苑路交叉口机动车辆直行与左转的冲突作为研究对象。通过对曹安公路与绿苑路交叉口的实际调查，记录车辆在下班高峰期的通行量以及信号配时。得到了信号配时方案如表1所示。表1 交叉口信号配时相 位东西直行东西左转南北绿灯时 长50s25s28s为了研究曹安公路与绿苑路交叉口机动车辆直行与左转的冲突，调查了北进口和南进口的车辆直行和左转的数量。表2 交叉口流量调查数据周期北进口南进口直行左转直行左转119142450732608435075281461407764268250592804103307根据理论建模的方法计算交叉口的直行和左转冲突数TC=7.24。本次实地调查只选取了一个时间段的10个周期，对交叉口的通行能力反应比较片面。并不能完全表示交叉口的冲突数量，车辆的到达和驶离都是在信号灯亮的短暂时间，所以不能耦合出一个准确的到达和驶离函数进行冲突数的计算。3 结论我们小组对曹安公路和绿苑路交叉口的冲突数研究时，发现交叉口在正常的信号控制下，冲突产生的可能性比较低，但是当车流量过大时，可能发生前后车辆的冲突加剧。在实际的交叉口冲突分析中，车道数量、车辆速度以及路面附着系数等因素都会影响到冲突的数量和严重程度，本次作业，为了简化计算，假定车辆的到达与驶离都是符合泊松分布的，但是实际的情况和计算的有所区别。同时，理论建模只能计算出冲突的数量，无法对冲突的严重程