何雅琴 鄒家翠

（武漢科技大學汽車與交通工程學院 武漢430065）

0 引 言

隨著城市車流量的增大，城市交通事故頻頻發(fā)生，引發(fā)交通擁堵甚至交通癱瘓。交通事故和交通擁堵之間相互作用、相互影響，突發(fā)性的交通事故會造成原本暢通運行的交通變得時走時停，甚至是停車，嚴重者會造成寸步難行，同時，交通擁堵之后，車輛需要頻繁不斷的加減速度和變換車道，如果道路使用者再注意力分散或者駕駛技術經(jīng)驗不過關，很容易引發(fā)交通事故，從而造成城市道路交通擁堵的惡性循環(huán)。交通事故的發(fā)生對城市道路的影響是不可忽略的，并且不同的交通事故特征對道路的影響也是不同的，比如交通事故占道數(shù)目、交通事故時長、上游路段的車流量等，為了緩解交通事故造成的交通擁堵，提高救援效率，研究不同事故特征下交通事故的影響是十分有必要的。

目前國內(nèi)外對交通事故的影響也進行了大量的研究。如，Watanbe 等[1]研究了日本東京大都市快速路通行能力的影響因素；Martin Fellendorf 和Peter Vortisch[2]基于Vissim仿真軟件，結(jié)合不同真實情況下的道路、環(huán)境、交通等條件，驗證以Vissim 作為仿真平臺的可行性；Younshik Chung 等[3]通過大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，運用解析法研究了對向車道發(fā)生交通事故時，司機在好奇心驅(qū)使下觀察對向車道事故從而引起所在車道通行能力的降低。其研究表明“好奇心觀望”在7 個通行能力影響因素上統(tǒng)計顯著，這些因素包括事故反方向車道占有率水平、事故持續(xù)時間、在事故中最大擁擠的時間、長度方向、大車率、事故受傷人數(shù)以及事故是否發(fā)生在夜晚；He Yixuan[4]對車道占用模型的通行能力進行了分析，在研究中分別建立了基本道路通行能力公式、路邊行人及非機動車輛換算公式、修正公式、實際通行能力計算公式；Fan Yilin 等[5]對城市車道占用和道路通行能力模型進行了研究，通過對交通事故場景的分析，獲得車輛單位時間內(nèi)的數(shù)據(jù)，在此基礎上進行計算和模擬并建立通行能力模型；Sakai[6]根據(jù)實證方法，結(jié)合道路使用者對城市快速路交通運行所作的客觀評價來分析與研究城市快速路服務水平；張海軍等[7]通過運用Vissim軟件來對異常事件下的高速公路進行了仿真，分解交通事故發(fā)生之后局部道路的交通狀態(tài)的演變，進而分析了在各個階段下交通事故點通行能力，并將交通事故發(fā)生位置、交通事故性質(zhì)、事故車道寬度、事故點上游的交通量大小以及現(xiàn)場交通運行秩序歸納為影響交通事故點通行能力的重要因素；陳昊和陸建[8]利用Vissim仿真軟件，建立高速公路基本路段及交通事故模型，分析不同輸入交通量、大小車比例下，事故路段的車輛延誤和平均排隊長度隨時間變化的規(guī)律；汪瀅[9]、程學慶等[10]也通過應用Vissim中的停車場工具來等效的模擬交通事故的發(fā)生，并進一步對事故條件下的交通流進行了分析；劉偉銘和梁雪[11]運用Vissim仿真建立高速公路典型路段交通事故模型，分析不同阻塞車道數(shù)、阻塞車道長度、大車比例和交通事故持續(xù)時間下，交通事故點斷面流量隨時間的變化規(guī)律；施俊慶[12]利用仿真軟件Vissim 對不同堵車車道數(shù)、上游到達量和交通事故持續(xù)時間下的高速公路交通事故進行仿真，并以延誤和隊列長度作為運行效率的衡量指標，得到堵車車道數(shù)、上游達到交通量和交通事故持續(xù)時間和衡量指標之間的定性關系；何雅琴等[13]將城市交通事故對交通的影響與水波漣漪類比，借助水波原理，提出交通影響系數(shù)概念，并界定其作為交通影響程度的評價指數(shù)；游月省[14]在對交通事故條件道路通行能力的研究中，將仿真分析法和修正系數(shù)法綜合運用到道路通行能力的中，并結(jié)合車流模型和換道規(guī)則，進行了仿真；于玲等[15]對交通量、上下游交叉口、下游路口轉(zhuǎn)向比例、支路對于封閉不同車道時的道路實際通行能力是否存在不同影響進行逐一分析，并進行Vissim仿真驗證，最終發(fā)現(xiàn)封閉車道1和2時的實際通行能力要好于封閉車道2和3時的實際通行能力的原因是因為支路的作用；張小安[16]運用Vissim 軟件對交通事故進行模擬設置，并進一步探討了駕駛行為參數(shù)及其在交通事故前后的變化情況，以單向3車道快速路基本路段為例，研究分析了在不同占道數(shù)目、占道長度及事故時長下通行能力的變化，得到了不同交通事故條件下的通行能力折減系數(shù)。

綜上所述，國內(nèi)外在交通事故影響研究方面取得了較為豐富的成果，主要是對事故下道路通行能力的影響的研究，在分析交通事故影響因素時大多分析某單一影響，并且大多數(shù)研究對象是高速公路或快速路交通事故。但是城市道路路網(wǎng)條件和高速公路存在一定的差異，不能直接引用已有成果進行分析，因此，考慮了不同事故特征耦合影響，對城市道路交通事故進行分析，以期為城市道路交通事故下的交通疏導提供一定的決策依據(jù)。

1 分析方法

1.1 交通事故仿真模型建立

采用Vissim 仿真軟件對交通事故進行模擬，Vissim中的停車場工具可以將停車場的開放時間設置成只在一段時間內(nèi)可以有效，這與需要模擬的是開始一段時間交通流正常運行，某一時刻交通事故發(fā)生并且事故車輛占道等候處理，經(jīng)過一段時間后事故清除的情況相一致，故利用軟件中的停車場工具來模擬交通事故的發(fā)生是比較合適的，也是能夠?qū)崿F(xiàn)的。仿真模擬見圖1。

圖1 交通事故模擬圖Fig.1 Traffic accident simulation

1.2 道路條件和事故類型的設定

假設交通事故發(fā)生在某城市道路上，該道路路段長度為750 m，道路為雙向6 車道，車道寬度為3.5 m，無中央分隔帶。交通組成為小汽車92%，公共汽車6%，載重型車輛2%，速度區(qū)間設置為40～50 km/h。路段上的事故點方向由西向東，距離上游進口道450 m處，事故發(fā)生時刻在第1 200仿真秒時，不考慮交叉口的影響。

1.3 影響因素設定

1.3.1 交通量

事故點上游車流量的大小決定了事故在發(fā)生后事故道路是否有足夠的通行能力滿足上游車輛的通行。由國內(nèi)外的研究成果可知，對于1 條道路的理論通行能力，取1 500 veh/h[17]。則3 車道的設計通行能力為4 500 veh/h，仿真輸入流量依據(jù)城市道路服務水平等級（A～F）進行選取，在每一服務水平內(nèi)選取3個流量，分別為邊界值和中間值，所取交通量見表1。

表1 仿真車流量取值Tab.1 Value of simulated traffic flow

1.3.2 占道情況

事故發(fā)生后，事故車輛會占據(jù)不同的車道，這會大大降低城市道路的通行能力，造成擁擠排隊現(xiàn)象。在道路模型中，從道路外側(cè)到內(nèi)側(cè)依次標記為車道1、車道2、車道3，根據(jù)占道數(shù)目的不同分為占據(jù)車道1、占據(jù)車道2、占據(jù)車道3、占據(jù)車道1 和2、占據(jù)車道1和3、占據(jù)車道2和3共6種不同的占道情況。由于此次道路單方向共3 個車道，如若事故將道路全部堵死，后續(xù)車輛將無法通行，這種情況太過極端，因此在這里不考慮同時占據(jù)車道1/2/3 這種情況。

1.3.3 事故持續(xù)時間

事故持續(xù)時間是指是事故檢測時間、事故響應時間和事故處置時間的總和，與事故類型，嚴重程度、交通條件等因素有關，不同事故持續(xù)時間對交通事故的影響也不同，王文博等[18]用決策樹ID算法計算出不同類型事故的持續(xù)時間，本文選取事故持續(xù)時間為15 min和20 min這2種情況進行分析。

1.3.4 借道超車

當無中央分隔帶的道路上（特別是內(nèi)側(cè)車道）發(fā)生交通事故引發(fā)車輛排隊時，經(jīng)常會看見部分車輛自發(fā)地利用對向車流空隙，借助對向車道超車逆行通過事故點，即車輛屬于無序行駛。筆者針對此現(xiàn)象，對借道超車進行一定的仿真分析，可以為該方法用于交通事故交通疏導的適應性研究提供一定的依據(jù)。

2 結(jié)果分析

2.1 流量和占道情況耦合下的交通事故影響分析

以事故持續(xù)時間15 min為例，分析流量和占道情況耦合下的交通事故影響，根據(jù)仿真結(jié)果繪制折線圖見圖2。

圖2 不同流量和不同占道情況下的車輛平均延誤Fig.2 Average vehicle delay under different traffics and occupation conditions

圖2 中，顯然，事故車輛占據(jù)的車道數(shù)越多，延誤越大；且隨著流量的增加，車輛延誤也逐漸越大。

在占據(jù)1條車道的3種占道情況下，在車流量小于等于3 400 veh/h（D級服務水平）時，車輛平均延誤沒有太大的差別，占據(jù)車道2 的車輛延誤要略小于占據(jù)車道1 和占據(jù)車道2 的延誤，在車流量處于3 400～4 000 veh/h 之間，即D 級服務水平時，車輛延誤顯著增加，這是由于事故車輛占據(jù)車道使得道路的通行能力降低，隨著車流量的增加，車輛間的車頭間距逐漸減小，車輛沒有充足的時間和距離自由變換到可用車道，事故路段的通行能力越來越不足以滿足上游車輛的交通需求，使得上游車輛出現(xiàn)排隊停滯現(xiàn)象，車輛延誤大大增加，當車流量達到4 100 veh/h（E 級服務水平）后，車輛延誤的變化趨勢趨于平緩，說明達到了事故路段所能承受的最大交通量。另外，當車流量大于3 400 veh/h 后，占據(jù)車道2 的車輛延誤開始大于占據(jù)車道1 和占據(jù)車道3的車輛延誤，這是由于隨著車流量的增大，事故路段的通行能力無法滿足上游車輛的需求，造成了排隊現(xiàn)象，排隊車輛需要變換車道繞過事故車輛，交通流中左、右轉(zhuǎn)向車比例的大小，也是影響延誤的因素之一，無論是左轉(zhuǎn)還是右轉(zhuǎn)，車速都遠低于直行車，特別是左轉(zhuǎn)車，而對于占據(jù)車道2 的占道情況，車輛需要進行左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)這2 種超車方式的選擇，勢必會對車輛延誤造成影響。

在占據(jù)2 條車道的情況下，在車流量處于1 900～2 700 veh/h 之間，即B 服務水平時，車輛延誤顯著增加，當車流量達到2 700 veh/h（B 級服務水平）后，車輛延誤的變化趨勢也都趨于平緩，同理，這是由于事故占據(jù)2 條車道的情況下，道路通行能力的損失更為嚴重，使得事故路段所能承受的最大交通量降低。而3種占道情況的車輛延誤在趨于平穩(wěn)前（流量達到2 700 veh/h）沒有太大差別，但是平穩(wěn)之后，占據(jù)車道1 和3 的車輛延誤要小于占據(jù)車道1 和2 以及占據(jù)車道2 和3 這2 種情況，這是由于占據(jù)車道1 和2 與占據(jù)車道2 和3 這2 種情況下有1條事故車道上的車輛會被另外1 條與正常車道相鄰的事故車道上的排隊車輛阻隔，使這條車道上的車輛難以換道，甚至只能原地等待，而占據(jù)車道1和3 這種情況，位于內(nèi)外兩側(cè)事故車道上的車輛均可以換道到中間車道上，因此這種情況的延誤會小一些。

2.2 流量和事故持續(xù)時間耦合下交通事故影響分析

以占據(jù)車道2和3為例，分析流量和事故時長耦合下的交通事故影響，結(jié)果見圖3。

圖3 不同流量和不同事故時長下的車輛延誤Fig.3 Vehicle delay under different traffics and incidentdurations

從圖3 可以見，事故持續(xù)時間較長的車輛延誤要大于事故持續(xù)時間較短的車輛延誤，這與已有的研究結(jié)果是相同的。不同的是，在本文的結(jié)果曲線趨勢中，可以看出車輛延誤在不同流量下的變化情況，當車流量在2 700 veh/h 及以下（B 級服務水平以上），車輛延誤隨車流量的增加而增加，在車流量大于2 700 veh/h時，車輛延誤的變化比較小趨于平穩(wěn)的狀態(tài)。在2 種不同的事故持續(xù)時間下，車輛延誤也都在車流量到達到2 700 veh/h（B 級服務水平）后趨于平穩(wěn)，這是因為事故車輛占據(jù)車道使得道路的通行能力降低，隨著車流量的增加，事故車道車輛變換車道的難度增大，致使出現(xiàn)排隊和停滯現(xiàn)象，在達到事故路段所能承受的最大通行能力后，車輛的延誤也就趨于平穩(wěn)了。

2.3 流量、占道情況和事故持續(xù)時間耦合下交通事故影響分析

分析不同流量，占道情況和事故持續(xù)時間耦合下的交通事故影響，結(jié)果見圖4。

圖4 不同流量、不同占道情況及不同事故持續(xù)時間下的車輛平均延誤Fig.4 Average delay of vehicles under different traffics，occupation conditions，and incident durations

從圖4 可知：無論事故持續(xù)時間為15 min 還是20 min，車輛平均延誤都是隨流量的增加而增大，最終趨于平穩(wěn)，在現(xiàn)有研究中也有這一規(guī)律，相同占道情況下2 種不同事故持續(xù)時間下車輛延誤趨于平穩(wěn)所對應的流量是相同的，占據(jù)1 條車道車輛延誤在流量為4 000 veh/h（D 級服務水平）之后趨于平穩(wěn)，占據(jù)2條車道的車輛延誤在流量2 700 veh/h（B 級服務水平）后趨于平穩(wěn)；根據(jù)圖4 中事故持續(xù)時間15 min 和20 min 的仿真結(jié)果對比可以看出，2種情況下的曲線圖變化趨勢基本是一致的，因此事故持續(xù)時間對車輛延誤的影響效果是基本相同的。

2.4 借道超車下的交通事故影響分析

借道超車一般多見于交通事故車輛占據(jù)內(nèi)側(cè)車道，因此本文主要針對事故占據(jù)車道3和占據(jù)車道2和3這2種情況下借道超車進行交通仿真分析，仿真運行圖見圖5。

圖5 借道超車仿真運行圖Fig.5 Simulation operation of tailgating and overtaking

此種情況下，不能簡單考慮事故方向車輛延誤，應該綜合考慮雙向車輛延誤，用d表示，見式（1）。

式中：d為雙向車輛平均延誤，s；Q1為事故方向交通量；Q2為對向交通量，veh/h；t1為事故方向車輛平均延誤，s；t2為對向車輛平均延誤，s。

用借道和不借道2種情況下的雙向車輛平均延誤差Δd作為借道交通影響進行分析

式中：Δd為雙向車輛平均延誤差；dn為不借道時的雙向車輛平均延誤；d0為借道時的雙向車輛平均延誤。

為了方便起見，將各級服務水平下的流量對應的延誤差進行了加權平均，根據(jù)各級服務水平的雙向車道平均延誤差進行分析。

當事故占據(jù)車道3時，結(jié)果見圖6。

根據(jù)上文對車輛延誤加權差值的定義，可以得出，Δd越小，代表借道超車的雙向車輛平均延誤和不借道超車的雙向車輛平均延誤越接近，說明借道超車的效果越來越不明顯。從圖6（a）可見，隨著對向道路服務水平的降低，雙向車輛平均延誤差值在不斷減小，借道超車的效果在逐漸降低，這是由于車輛在超車時需要足夠的超車空間才可以進行，當對向道路的服務水平越來越低時，這意味著對向道路的車流量越來越多，車輛之間的車頭時距減小，車與車之間的空隙減小，此時事故道路上的車輛可進行超車的空間減小，使超車難度增大，甚至無法進行超車行為，因此這種情況下也不建議進行借道超車。

圖6 占據(jù)車道3時借道超車時的延誤Fig.6 Delay of tailgating and overtaking in lane 3

當事故道路的服務水平為A/B/C級時，對向道路服務水平無論高低，雙向車輛平均延誤差值都接近“0”，這說明在這種情況下，事故道路有足夠的能力在發(fā)生事故后滿足上游車輛的需求，借道超車與不借道超車的效果基本一樣，因此不需要借助對向車道進行超車。當事故道路服務水平在D/E/F 級時，雙向車輛平均延誤差值有了較為明顯的變化，從圖中可以看出，當對向道路的服務水平為E/F級時，雙向車輛平均延誤差值較小，說明對向車流量的增大使借道超車的難度增大，借道超車的效果不明顯，因此不適合進行借道超車；當對向道路的服務水平為A/B/C/D 級時，雙向車輛平均延誤差值較大，說明借用對向車道超車的效果較為明顯，可進行借道超車。根據(jù)對圖6（b）的曲線分析，可以看出，圖6（a）的規(guī)律對其也適用，這也再次證明了事故持續(xù)時間對車輛延誤的影響規(guī)律是相同的。另外，在圖6（a）和圖6（b）中，事故道路服務水平為D/E/F 級時的雙向平均車輛延誤差相較于服務水平為A/B/C級時較大，在上節(jié)的分析中，占據(jù)1 條車道時，服務水平為D級時的車輛延誤增幅較大，服務水平為E/F級時車輛延誤的變化趨于平穩(wěn)，與之是相對應的。

當事故車輛占據(jù)車道2和3時，結(jié)果見圖7。

圖7 占據(jù)車道2和3時借道超車時的延誤Fig.7 Delay of tailgating and overtaking in lanes 2 and 3

從圖中可看出，與事故占據(jù)車道3時一樣，無論事故持續(xù)時間的大小，隨著對向道路服務水平的降低，雙向車輛平均延誤在降低，超車難度增大。無論事故車道服務水平的高低，當對向車道服務水平為D/E/F時，雙向車輛平均延誤差值都比較小，借道超車與不借道超車的效果沒有太大差別，可選擇不進行借道超車；當對向道路的服務水平為A/B/C級時，雙向車輛平均延誤差值較大，說明借道超車的效果較為明顯，可進行借道超車。另外，在可借道超車的情況下，當事故道路服務水平為B/C/D/E/F級時，雙向車輛平均延誤差均較大，與2.3的分析一致，當事故占據(jù)2條車道時，車輛延誤在B級服務水平增幅最大，在服務水平為C/D/E/F級時的變化趨于平穩(wěn)相對應。

根據(jù)圖6 和圖7 可見，在不同的占道情況下，占據(jù)2 條車道的雙向車輛平均延誤差要大于占據(jù)1 條車道的雙向車輛平均延誤差，說明事故占道數(shù)目越多，借道超車的效果越明顯。

綜上所述，事故占據(jù)車道3時，當事故道路服務水平為A/B/C級，或者事故道路服務水平為D/E/F級，對向道路服務水平在E/F級時不適合借道超車；當事故道路服務水平為D/E/F級，對向道路服務水平在A/B/C/D級時，適合進行借道超車。事故占據(jù)車道2 和3 時，事故道路服務水平無論高低，對向道路服務水平在D/E/F 級時，不適合借道超車，對向道路服務水平在A/B/C級時，適合進行借道超車。

3 誤差分析

筆者運用Vissim仿真軟件建立交通事故模型并對各種事故因素對交通的影響進行了分析，由于仿真軟件設置條件的限制，不能完全模擬出實際交通中的各種狀況，因此仿真結(jié)果與實際情況會產(chǎn)生一定的誤差。

3.1 流量和占道情況耦合下的仿真誤差分析

本文中只設計了部分的交通流量輸入，并不全面，并且為了仿真的便利，交通流量的輸入都為整數(shù)，這與現(xiàn)實情況存在一定的差異，但是根據(jù)各個不同流量下交通延誤繪制的曲線可以得到整體的變化趨勢；在交通事故占據(jù)不同車道的情況下，只仿真了1種占道長度，實際狀況中事故車輛可能會占據(jù)不同的道路長度，仿真不夠全面。

3.2 流量和事故持續(xù)時間耦合下的仿真誤差分析

同樣，在對交通事故持續(xù)時間的選擇上，只對15 min和20 min這2種情況進行了仿真，與實際情況相比過于局限，不夠全面。

3.3 流量、占道情況和事故持續(xù)時間耦合下的仿真誤差分析

除了上述影響之外，仿真模型也會帶來一定的誤差，如駕駛員行為、車速分布、換道行為、讓行規(guī)則等參數(shù)的設置，這些參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗來設置，與實際中的行為可能會有一定的出入，這也會帶來一定的影響。

3.4 借道超車下的仿真誤差分析

事故路段車輛的借道行為會對對向道路的車輛產(chǎn)生較大的影響，在仿真中，關于借道超車的模型設置較為理想，默認對向道路車輛主動讓行借道超車車輛，但在現(xiàn)實情況中如若沒有交警的協(xié)助則無法保證這一行為，若對向車輛不讓行，那么借道超車的效果也就會降低。

文中只考慮了交通事故這1 種緊急狀況，在現(xiàn)實中可能會遇到更多的突發(fā)的狀況，比如：灑水車，綠化車輛等緩行車輛會對道路上其他車輛的的行駛造成一定的影響；惡劣的天氣情況也會對車輛行駛產(chǎn)生影響等。雖然通過仿真無法模擬出與現(xiàn)實完全相符的交通狀況，但是通過大量運用仿真軟件進行的研究中可以看出，仿真雖然會帶來一定的誤差，但誤差是在可接受的范圍之內(nèi)的，因此仿真結(jié)果的趨勢是正確的，結(jié)果是具有可行性的。

4 結(jié)束語

1）隨著流量的增加，車輛延誤逐漸增大；事故車輛占據(jù)的車道數(shù)目越多，事故持續(xù)時間越長，車輛延誤越大，對道路通行的影響就越大；在相同占道情況下，不同事故持續(xù)時間下的車輛延誤隨流量變化的趨勢大體是一致的；占據(jù)1條車道時，服務水平為D級（流量在3 400～4 000 veh/h）時的車輛延誤增幅較大，服務水平為E/F 級（即車流量在4 100～4 500 veh/h）時車輛延誤的變化趨于平穩(wěn)，事故占據(jù)2條車道時，車輛延誤在B 級（車流量在1 900～2 700 veh/h）服務水平增幅最大，在服務水平為C/D/E/F 級（即車流量大于等于2 800 veh/h）時的變化趨于平穩(wěn)。

2）通過仿真分析了在事故發(fā)生后借用對向車道進行超車這一方法的適用性。事故占據(jù)車道3時（最內(nèi)側(cè)車道），當事故道路服務水平在D/E/F 級，對向道路服務水平在A/B/C/D級時，適合進行借道超車。事故占據(jù)車道2和3時，當對向道路服務水平在A/B/C 級時，無論事故道路服務水平如何，借道超車均有利于減少路段車輛延誤。

3）仍存在一定的不足，如在事故持續(xù)時間上的選值較少，且未考慮事故路段兩側(cè)交叉口的影響，這將有待于下一步的深入研究。