張思捷

摘 要：為了明確互通式立交分流影響區(qū)的安全性評價(jià)研究進(jìn)程，為提高互通立交的道路行車安全性提供設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，幫助科學(xué)、妥善的解決互通式立交分流影響區(qū)的行車安全問題，收集并整理相關(guān)文獻(xiàn)及數(shù)據(jù)，對互通式立交分流影響區(qū)安全性評價(jià)體系的研究現(xiàn)狀熱點(diǎn)、研究成果以及可進(jìn)行深入研究的內(nèi)容進(jìn)行綜合評述。通過對文獻(xiàn)的總結(jié)發(fā)現(xiàn)當(dāng)前應(yīng)用到互通立交分流影響區(qū)安全性評價(jià)研究中的主要有五大基礎(chǔ)理論、兩大種類評價(jià)方法以及四種經(jīng)典研究模型。其中，交通流理論是交通學(xué)科最基礎(chǔ)的理論支撐;兩種評價(jià)方法各有特點(diǎn)及長短，兩者結(jié)合才能將作用最大化;各研究模型關(guān)聯(lián)密切，被廣泛應(yīng)用于模擬仿真中，為安全評價(jià)研究做出重大貢獻(xiàn)。目前，中國在交通安全研究基礎(chǔ)理論和技術(shù)應(yīng)用方面均取得了優(yōu)秀成果，但仍需進(jìn)行進(jìn)一步研究。

關(guān)鍵詞：互通立交;分流影響區(qū);交通安全;安全性評價(jià)

0 引言

互通式立體交叉（簡稱互通立交）是指設(shè)置跨線構(gòu)造物使得相交道路空間分離，且上、下道路間通過匝道連接以供轉(zhuǎn)彎車輛行駛的交叉方式。車輛在互通立交區(qū)域交互行駛，形成了交通流的分流區(qū)、合流區(qū)以及交織區(qū)。分流區(qū)是指在出口匝道附近，承接從主線車流分離出來的一股或多股車流的部分區(qū)域。受車輛分流行為最嚴(yán)重的區(qū)域是出口匝道和主線連接點(diǎn)至上游450 m內(nèi)包含減速車道和主線外側(cè)2條車道的區(qū)域（如圖1所示）被稱為分流影響區(qū)。該區(qū)域交通流紊亂程度大，交通沖突頻發(fā)，存在較大交通安全隱患[1]。

本文擬對互通式立交分流影響區(qū)已有的安全性評價(jià)基礎(chǔ)理論、評價(jià)方法及模型等進(jìn)行梳理、總結(jié)和展望。

1 互通立交分流影響區(qū)安全性評價(jià)基礎(chǔ)理論

1.1 交通流理論

交通流理論是采用由Greenshields[2]最初提出的“流量-速度-密度”模型描述道路上車輛（或非機(jī)動(dòng)車/行人）與道路設(shè)施和環(huán)境交互運(yùn)行規(guī)律的基礎(chǔ)學(xué)科。當(dāng)前，交通流理論研究熱點(diǎn)包括了交通流基本圖模型、微觀交通流理論及仿真、中觀交通流理論及仿真、宏觀交通流理論以及網(wǎng)絡(luò)交通流理論五個(gè)部分[3]。交通流基本圖模型中，包含了瓶頸點(diǎn)（移動(dòng)瓶頸點(diǎn)和固定瓶頸點(diǎn)）的交通流三參數(shù)關(guān)系分析可有助于分流影響區(qū)的交通流特性研究。此外，微觀、中觀和宏觀交通流理論及仿真技術(shù)因其具有可重復(fù)性、可延續(xù)性模擬交通運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)點(diǎn)，其相關(guān)理論和模型逐漸被應(yīng)用于研究互通立交分流影響區(qū)的道路通行能力以及安全性水平評估。

1.2 運(yùn)行速度協(xié)調(diào)理論

運(yùn)行速度（v85）是指在自由交通流下測定的各類小汽車在車速累計(jì)分布曲線上第85%車輛的行駛速度[3]。運(yùn)行速度協(xié)調(diào)是指在不同道路、交通和道路環(huán)境的條件下，相鄰路段的運(yùn)行速度或速度梯度以及同一路段的運(yùn)行速度與設(shè)計(jì)速度差值處于規(guī)定值內(nèi)，達(dá)成速度的總體協(xié)調(diào)性[4]。以運(yùn)行速度協(xié)調(diào)理論為基礎(chǔ)的道路安全性評價(jià)是指，通過實(shí)測或預(yù)測不同線形組合路段的運(yùn)行速度分布、變化規(guī)律，分析運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性以此評價(jià)道路線形設(shè)計(jì)的連續(xù)性、均衡性以及合理性，并確定可能存在安全隱患的風(fēng)險(xiǎn)路段，以此優(yōu)化線形設(shè)計(jì)或采取針對性改善措施[5]。

1.3 交通沖突理論與間隙接受理論

1.3.1 交通沖突理論

交通沖突是指道路使用者在行駛過程中，與另一個(gè)道路使用者或道路設(shè)施在時(shí)間、空間上相互接近，若道路使用者不采取必須的交通行為，就會發(fā)生碰撞的交通現(xiàn)象。由于互通立交分流影響區(qū)短距離范圍內(nèi)存在頻繁的由車輛變道、減速等駕駛行為引起的交通沖突，研究人員逐漸將基于交通沖突理論的技術(shù)應(yīng)用于互通立交分流影響區(qū)安全性評價(jià)中。綜合了距離和速度因素的三大時(shí)間度量指標(biāo)是為研究人員基于沖突理論進(jìn)行安全評價(jià)時(shí)的常用指標(biāo)[6]：（1）碰撞時(shí)間（Time to collision，TTC）;（2）碰撞時(shí)間（Post Encroachment Time，PET）;（3）車頭時(shí)距（Time Headway，TH）。此外，沖突率（百車沖突數(shù)）也是常用的交通沖突安全評價(jià)指標(biāo)。在TTC的基礎(chǔ)上，研究人員又提出了用于交通安全評價(jià)計(jì)算結(jié)果和統(tǒng)計(jì)分布的暴露碰撞時(shí)間（Time Exposed TTC，TET）和累積危險(xiǎn)碰撞時(shí)間（Time Integrated TTC，TIT）[7]。

相關(guān)的安全性評價(jià)指標(biāo)是否能沿用交通沖突技術(shù)的評價(jià)指標(biāo)以及安全評價(jià)指標(biāo)闕值的選定仍然具有爭議性。另一方面，基于該理論的評價(jià)結(jié)論還需要與真實(shí)案例結(jié)合進(jìn)行進(jìn)一步檢驗(yàn)其科學(xué)性及有效性。此外，交通沖突的數(shù)據(jù)采集與共享是亟需突破的重難點(diǎn)。

1.3.2 間隙接受理論

間隙接受理論是指，以間隙接受現(xiàn)象為基礎(chǔ)、臨界間隙為主要指標(biāo)和方法，對車輛分流行為進(jìn)行建模仿真分析，間接對研究區(qū)域的安全性評價(jià)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)理論。車輛間隙（Gap）是指前車恰好完全經(jīng)過沖突點(diǎn)時(shí)前車車尾與后車車頭的時(shí)間間隔[1]。間隙接受一般發(fā)生在具有優(yōu)先通行權(quán)的支路交叉口處，根據(jù)主路車輛的到達(dá)規(guī)律產(chǎn)生了不同大小的車頭時(shí)距，支路車輛會對主路的車頭時(shí)距作出反應(yīng)（車頭時(shí)距：經(jīng)過同一斷面的相鄰前后車輛的車頭之間的時(shí)間間隔）。

1.4 交通行為理論

交通行為理論以人因工程（Human Factors Engineering）為核心，對行車過程中的駕駛?cè)诵袨橥ㄟ^模擬仿真或儀器監(jiān)控等手段對駕駛?cè)诵睦砑吧碜兓M(jìn)行數(shù)據(jù)采集進(jìn)行分析。對駕駛?cè)说慕煌ㄐ袨閷Φ缆沸熊嚢踩运接绊憴C(jī)理進(jìn)行研究。基于交通行為理論的交通安全分析包括4個(gè)主要研究方向：駕駛?cè)朔中男袨?、注視特性研究、危險(xiǎn)駕駛行為以及駕駛?cè)俗兊琅c跟車行為研究。

2 評價(jià)方法

研究人員應(yīng)用于互通立交分流影響區(qū)的安全性評價(jià)方法主要有主觀賦權(quán)評價(jià)法、客觀賦權(quán)評價(jià)法以及組合賦權(quán)法[8]。

2.1 主觀賦權(quán)評價(jià)法

主觀賦權(quán)評價(jià)法是指根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)對各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行主觀判斷，并對各指標(biāo)信息進(jìn)行綜合評價(jià)。層次分析法（將與總目標(biāo)有關(guān)的元素分級為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層;在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定性分析和定量分析的評價(jià)方法）和模糊綜合評價(jià)法（根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評價(jià)，對受到多種因素制約的對象做出一個(gè)總體評價(jià)的方法）都屬于主觀賦權(quán)法的范圍內(nèi)，兩種方法的單獨(dú)運(yùn)用或者綜合運(yùn)用，都具有主觀性，這對于評價(jià)結(jié)果具有一定的偏差影響。

2.2 客觀賦權(quán)評價(jià)法

客觀賦權(quán)評價(jià)法根據(jù)指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系及指標(biāo)值的變異程度確定權(quán)重的一類評價(jià)方法，應(yīng)用到互通立交區(qū)域安全性評價(jià)的方法主要有灰色關(guān)聯(lián)度分析法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法兩種。在進(jìn)行互通立交分流影響區(qū)的安全性水平評價(jià)時(shí)，采用的方法多為兩種主觀賦權(quán)評價(jià)法;或是將主、客觀賦權(quán)評價(jià)法相結(jié)合。兩種方法定義及特點(diǎn)如表1所示。

3 安全性研究模型

對互通立交區(qū)域的交通安全進(jìn)行安全性評估時(shí)，交通模擬仿真是一種常用的重要手段，建立模型則是模擬仿真手段的核心技術(shù)支撐。其中有四種經(jīng)典模型在互通立交區(qū)域的交通安全性研究中得到了廣泛應(yīng)用，分別是車輛跟馳模型、元胞自動(dòng)機(jī)模型、換道模型以及交通沖突預(yù)測模型。

3.1 車輛跟馳模型

車輛跟馳模型（Car Following Model）是運(yùn)用動(dòng)力學(xué)方法來研究限制超車的單車道上行駛車隊(duì)中相鄰輛車之間的相互作用。其在交通安全領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。跟馳模型包括了刺激-反應(yīng)模型、安全距離模型（Safety Distance Model）、心理-生理模型以及人工智能模型（Artificial Intelligence Model）等四種[9]。由于互通立交分流影響區(qū)內(nèi)存在頻繁的變道交通行為，因此交通安全領(lǐng)域的研究人員開始將跟馳模型應(yīng)用到該領(lǐng)域有關(guān)行車安全的交通模擬中。

3.2 元胞自動(dòng)機(jī)模型

元胞自動(dòng)機(jī)（Cellular Automata，CA）是定義在具有離散、有限狀態(tài)的元胞組成的元胞空間按照一定的局部規(guī)則在離散時(shí)間維度上演化的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)[3]。元胞自動(dòng)機(jī)模型就是以該理論為基礎(chǔ)建立的，其中心思想是將路段劃分為N個(gè)元胞，利用各個(gè)元胞之間通過的車輛數(shù)來描述交通流的傳播過程。在交通安全領(lǐng)域，交通元素具有離散性，采用元胞自動(dòng)機(jī)模型能有效避免建模時(shí)離散-連續(xù)-離散的近似過程，因此在交通安全評價(jià)仿真模擬研究中，該模型具有獨(dú)特的優(yōu)越性。

3.3 換道模型

換道模型用于描述車輛行駛中變換車道的交通行為，車道變換行為是指駕駛?cè)嘶谧陨眈{駛特性，結(jié)合周圍車輛的車速、車間距等環(huán)境信息，調(diào)整并完成自身駕駛目標(biāo)策略的綜合過程。其模型和跟馳模型共同構(gòu)成了傳統(tǒng)的微觀交通流動(dòng)力學(xué)模型體系，跟馳模型描述的是車輛的縱向行為，換道模型描述的是車輛的橫向行為[10]。在互通立交分流影響區(qū)，換道行為頻繁發(fā)生，對該區(qū)域的交通安全及通行能力都會造成影響。換道模型已成為了分流影響區(qū)交通特性仿真研究中的核心模型。

3.4 交通沖突預(yù)測模型

交通沖突預(yù)測模型是指以交通沖突理論和交通沖突技術(shù)為基礎(chǔ)，利用沖突數(shù)據(jù)、道路線形以及交通流等數(shù)據(jù)，采用一定的數(shù)學(xué)方法對沖突數(shù)或沖突率進(jìn)行預(yù)測的一類模型。在建成模型后，進(jìn)一步建立綜合影響系數(shù)與沖突的關(guān)系模型，得到綜合影響系數(shù)對應(yīng)的對應(yīng)區(qū)域的安全評價(jià)結(jié)果。交通沖突預(yù)測模型研究發(fā)展迅速，其種類多達(dá)15種[6]。其中，回歸模型、廣義線形模型、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、時(shí)間序列、概率模型等被廣泛應(yīng)用于分流影響區(qū)交通安全研究中。

4 結(jié)語

本文通過對文獻(xiàn)的梳理和總結(jié)，為讀者介紹了近年來互通立交安全性評價(jià)研究的發(fā)展成果。內(nèi)容涵括了基礎(chǔ)理論、評價(jià)方法以及研究模型等三方面內(nèi)容。近年來，隨著國家對交通安全研究的日漸重視，我國在該領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論和技術(shù)應(yīng)用方面均取得了顯著成績。主要體現(xiàn)在交通安全基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集、交通行為、交通事故致因探究等方面。此外，交通系統(tǒng)參與者的安全意識上升，道路主動(dòng)行車安全的保障等方面都大有進(jìn)益。然而，我國對于互通立交分流影響區(qū)等特有區(qū)域的安全性研究工作仍需從不同方面進(jìn)行提高：

（1）國家規(guī)范文件對互通立交等特殊區(qū)域的安全性規(guī)定不夠完整、不具有針對性。應(yīng)，加大在規(guī)范文件數(shù)據(jù)方面的整合及共享，盡快研究出互通立交等特殊區(qū)域的道路安全審計(jì)清單。

（2）互通立交道路交通安全研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺乏有效整合與共享，應(yīng)完善交通基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集、集成及共享。

（3）在大數(shù)據(jù)、智能化發(fā)展背景下，應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，采用先進(jìn)的技術(shù)，對交通參與者的交通行進(jìn)行監(jiān)測、分析、預(yù)測，為智能化交通安全研究提供有力的數(shù)據(jù)支撐，如采取“互聯(lián)網(wǎng)+交通安全”模式。

（4）道路交通安全的整體提升需要多部門共同協(xié)作完成。需各相關(guān)部門形成一個(gè)“系統(tǒng)”，共同致力于研究交通安全領(lǐng)域的理論、技術(shù)的完善和創(chuàng)新。

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