張文會 徐慧智 張刑磊

（東北林業(yè)大學交通學院1） 哈爾濱 150040） （哈爾濱工業(yè)大學管理學院2） 哈爾濱 150000）

交通運輸系統(tǒng)是由人、車、路（環(huán)境）構成的復雜動態(tài)閉環(huán)系統(tǒng)，車輛、道路環(huán)境若與駕駛人行為耦合失調，就會發(fā)生交通事故．交通事故現(xiàn)場是指發(fā)生事故的路段或地點，與事故有關的車輛、人（物、畜）以及痕跡、物證所占有的空間和時間．事故現(xiàn)場是判斷交通事故性質，發(fā)現(xiàn)和提取有關證據(jù)，證實事故發(fā)生過程或查獲肇事車輛的基礎，是鑒定責任的主要依據(jù)．《中華人民共和國道路交通安全法》規(guī)定，未造成人身傷亡的交通事故，當事人對事實及成因無爭議的，可以即行撤離現(xiàn)場協(xié)商解決，恢復交通；不即行撤離的，當事人應當保護現(xiàn)場，迅速報告并等待交通警察到達．因此，事故現(xiàn)場的存在破壞了交通流的穩(wěn)定，從現(xiàn)場形成至解除、恢復交通的一段時間里，現(xiàn)場上下游區(qū)域是安全性最差的路段．

為了提高事故路段的行車安全性，國外主要從事故現(xiàn)場的快速識別［1］以及事故快速反應［2］等方面展開研究．國內除了多項部門法規(guī)［3－4］，也可見交通事故現(xiàn)場引起的車流波突變［5－6］、排隊形成與消散［7］、事故現(xiàn)場上游路段分段限速［8］等理論模型．本文根據(jù)高速公路交通事故現(xiàn)場路段通過車輛的行駛特征以及駕駛員行為特性，進行區(qū)域劃分，建立事故現(xiàn)場分段限速值計算模型，在仿真環(huán)境下對限速方案和不限速方案進行比對，由此獲得雙向4車道、雙向6車道和雙向8車道高速公路典型交通事故現(xiàn)場的限速方案．

1 事故路段空間區(qū)劃

交通事故路段封閉部分車道，駕駛員應調整車輛的行駛狀態(tài)，以適應道路條件的變化．根據(jù)車輛行駛特征以及駕駛員行為特性，把事故現(xiàn)場路段分為警告區(qū)、合流區(qū)、緩沖區(qū)、事故區(qū)、分流區(qū)和終止區(qū)，見圖1．

1）警告區(qū) 警告區(qū)是指駕駛人獲得事故現(xiàn)場存在的信息至變換車道這段區(qū)域，警告區(qū)應設置警示標志以告知駕駛人事故現(xiàn)場的存在．

圖1 事故現(xiàn)場路段區(qū)域劃分

2）合流區(qū) 經(jīng)過警告區(qū)，通過車輛一般會變換車道，由于等待安全可插入間隙，此區(qū)域車輛平均速度較低．

3）緩沖區(qū) 根據(jù)相關規(guī)定，距離事故現(xiàn)場150 m設置警示標志，警示標志到事故現(xiàn)場這段區(qū)域為緩沖區(qū)．

4）事故區(qū) 事故區(qū)為事故現(xiàn)場所在的區(qū)域，一般為封閉的形式，長度和寬度視具體交通事故而定．事故車輛、事故當事人以及散落物應在事故區(qū)內．

5）分流區(qū) 通過事故區(qū)的車輛進入分流區(qū)，車道不再封閉，車輛可以自由行駛，不受限制．通過事故現(xiàn)場的車輛一般都在分流區(qū)完成變換車道行為，從事故區(qū)的行車道過渡到正常車道．

6）終止區(qū) 在分流區(qū)末端，車輛分道正常行駛，即進入終止區(qū)．

2 事故路段限速邏輯模型

2．1 合流區(qū)限速值計算模型

由于合流區(qū)交通信息的多元性以及駕駛行為的復雜性，優(yōu)先計算合流區(qū)的限速值，且與緩沖區(qū)、事故區(qū)限速值一致．根據(jù)人機工程學原理，駕駛員處理信息的速度應處于安全閾值內，過低和過高都會帶來一定的風險［9］．考慮駕駛員的視野、視力，處理交通標志信息的原理見圖2．

圖2 駕駛員處理標志信息原理

圖2 中，θ為駕駛員視野，一般取15°；c為駕駛員動視力范圍；a″的范圍內駕駛員必須處理完所有的信息，否則，進入a′區(qū)域，即超出視野范圍．所以，合流區(qū)限速值計算式為

式中：v2為合流區(qū)限速值，km／h；ti為駕駛員處理視力范圍內的信息所需時間，s，ti＝tr＋td；tr，td分別為信息響應時間和信息處理時間，s；a″為駕駛員可視范圍，m．

考慮車輛的平均運行狀況，b值一般取半幅高速公路路面寬度，由此可獲得駕駛員縱向動視力a＝由三角函數(shù)關系，可得a′＝

所以，駕駛員處理信息的范圍為

根據(jù)駕駛員處理信息的能力，得駕駛員處理信息所需的時間，即

式中：ηmax為駕駛員處理信息的能力，bit／s；B 為信息總量，bit．

由式（1）～式（3），可得合流區(qū)限速值計算模型為

駕駛員對單位信息量的響應時間一般為處理時間的3～4倍．所以，式（4）可轉化為

2．2 警告區(qū)限速值計算模型

為降低車輛行駛的離散性，需考慮在警告區(qū)進行限速．如果合流區(qū)限速值v2與v85相差較大，應該?。╲2＋20）作為警告區(qū)的限速值，進行分段限速；如果v2與v85相差不大，警告區(qū)不需要限速．

警告區(qū)限速值計算模型為

式中：v1為警告區(qū)限速值，km／h；v85為交通流85%位車速，km／h．

2．3 事故路段限速方案

將駕駛員通過現(xiàn)場時需處理的信息分為道路信息、交通流信息、交通管理信息、駕駛員與其他人員信息及天氣信息等5類，并以信息出現(xiàn)概率的形式將各類信息量化處理［10］，得到典型高速公路交通事故現(xiàn)場合流區(qū)、警告區(qū)限速計算值和限速方案見表1．

表1 典型高速公路交通事故現(xiàn)場的限速方案

3 仿真及評價

為了驗證限速方案的可行性，采用Vissim微觀交通流仿真軟件，分別對限速方案和不限速方案進行比對．Vissim能夠模擬分析道路線形、交通組成、車速特征等約束條件下的交通運行，并以文件形式輸出各種評價參數(shù)．設定小型車速度分布為60～120 km／h，大型車速度分布為40～100 km／h，其他參數(shù)設置見表2．

在仿真過程中，選取通行能力、最大排隊長度、平均行駛速度和速度樣本標準偏差4個評價指標，比對限速模型推薦的限速控制方案和不限速方案．

表2 仿真參數(shù)設置

3．1 雙向4車道高速公路交通事故現(xiàn)場限速方案仿真

參照表1的限速方案，在仿真環(huán)境下，設置限速區(qū)域以及限速值，得到各評價指標值，見表3．

表3 雙向4車道高速公路交通事故現(xiàn)場評價指標值

由表3可見，在各交通流量下，限速方案與不限速方案相比，通行能力相差不大（±2 veh／h），這是因為設定的交通流量還沒有達到最大通行能力；限速方案的最大排隊長度和平均速度均低于不限速方案，說明采用限速方案，駕駛行為受到約束，交通流得到緩沖；限速方案的速度樣本標準偏差均小于不限速方案的，說明限速方案降低了速度離散性．

3．2 雙向6車道高速公路交通事故現(xiàn)場限速方案仿真

參照表1的限速方案，在仿真環(huán)境下，設置限速區(qū)域以及限速值，得到各評價指標值，見表4．

由表4可見，無論單車道或雙車道事故現(xiàn)場，在各交通流量下，通行能力相差不大，限速方案的最大排隊長度和平均速度均低于不限速方案，速度樣本標準差均小于不限速方案，可見，限速方案路段速度分布較集中，安全性提高．此外，在雙車道事故現(xiàn)場交通流量為1 200 veh／h時，限速方案和不限速方案的平均速度較低，分別為12．79 km／h和23．24 km／h，說明出現(xiàn)排隊現(xiàn)象，發(fā)生供應性交通擁擠，應提前采取分流或控制高速公路入口車輛等誘導方式，以降低事故現(xiàn)場的空間影響范圍．

3．3 雙向8車道高速公路交通事故現(xiàn)場限速方案仿真

參照表1的限速方案，在仿真環(huán)境下，設置限速區(qū)域以及限速值，得到各評價指標值，見表5．

表4 雙向6車道高速公路交通事故現(xiàn)場評價指標值

表5 雙向8車道高速公路交通事故現(xiàn)場評價指標值

由表5可見，無論單車道、雙車道或3車道事故現(xiàn)場，在各交通流量下，通行能力相差不大，限速方案的最大排隊長度和平均速度均低于不限速方案，速度樣本標準差均小于不限速方案，可見限速方案雖增加了行程時間，但緩和了交通流，提高了事故現(xiàn)場路段的安全性．

4 結束語

根據(jù)事故路段的信息特征以及駕駛員行為特性，將事故路段空間區(qū)域劃分為警告區(qū)、合流區(qū)、緩沖區(qū)、事故區(qū)、分流區(qū)和終止區(qū)；參照駕駛員信息處理能力，建立了事故路段合流區(qū)限速值計算模型，比照合流區(qū)限速值和 ，建立警告區(qū)限速值計算模型．將駕駛員處理的信息分為道路信息、交通流信息、交通管理信息、駕駛員與其他人員信息及天氣信息等5類，得到高速公路事故路段的限速方案．在微觀交通仿真環(huán)境下，選取通行能力、最大排隊長度、平均速度和速度樣本標準偏差等指標，對限速方案和不限速方案進行比對，結果表明限速方案使得通過車輛的平均速度有所降低，但速度樣本標準差和最大排隊長度也下降，從而提高了事故路段的安全性．

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