溫惠英 李秋靈 趙勝

(華南理工大學(xué) 土木與交通學(xué)院，廣東 廣州 510640)

隨著客貨運(yùn)量的不斷增長(zhǎng)，大型車在道路運(yùn)輸中的車型占比逐年增加，對(duì)道路交通運(yùn)行產(chǎn)生較大影響。與小轎車相比，大型車在車輛尺寸、動(dòng)力性能和事故特征方面呈現(xiàn)明顯差異。由于大型車長(zhǎng)度與寬度比小轎車更大，占據(jù)橫縱向空間多，其換道和轉(zhuǎn)向所需的空間大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)周圍駕駛?cè)水a(chǎn)生強(qiáng)烈的壓迫感。同時(shí)，大型車較高，易遮擋后方車輛和兩側(cè)車輛的視線，嚴(yán)重影響周邊其他車輛視距，是交通事故的重要致因。在動(dòng)力性能上，大型車的最高車速、最大爬坡坡度和操縱穩(wěn)定性均低于小轎車；且因其質(zhì)量大，運(yùn)動(dòng)慣性與動(dòng)能龐大，故制動(dòng)時(shí)間比小轎車長(zhǎng)。在事故特征上，大型車發(fā)生重特大交通事故的可能性更大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)事故中有中大型車時(shí)，發(fā)生重特大事故的數(shù)量占總事故數(shù)的比例為74.30%；而當(dāng)事故中沒(méi)有中大型車時(shí)，發(fā)生重特大事故的數(shù)量占總事故數(shù)的比例為48.03%[1]。鑒于大型車在道路交通運(yùn)輸上的重要地位及其對(duì)交通安全的深遠(yuǎn)影響，有必要深入研究大型車駕駛行為與行車風(fēng)險(xiǎn)特征。

跟馳與換道是快速路上兩種典型的駕駛行為。與跟馳行為相比，大型車變換車道時(shí)，駕駛員不僅需頻繁觀察當(dāng)前車道前后車的位置與速度，還應(yīng)時(shí)刻注意其與目標(biāo)車道前后車的間距，精神與心理負(fù)荷較大，易誘發(fā)錯(cuò)誤決策或失誤操作。同時(shí)，由于車輛尺寸與動(dòng)力性能上的異質(zhì)性，大型車換道行為的影響范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)局部交通流的擾動(dòng)明顯，更容易發(fā)生交通沖突，甚至引起交通事故。因此，文中著重研究大型車的換道行為特性，挖掘其時(shí)空風(fēng)險(xiǎn)分布規(guī)律。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞換道行為開(kāi)展了諸多研究并取得了大量的成果，現(xiàn)有研究主要集中在換道特性分析和換道安全性分析上。在換道特性分析方面，已有較多的研究分析了小轎車換道行為的時(shí)空特征，主要包括換道持續(xù)時(shí)間、縱向換道行駛距離、換道車輛與周圍車輛狀況等。Olsen等[2]研究發(fā)現(xiàn)小轎車平均換道時(shí)間為6.28 s，且超過(guò)37%的換道致因來(lái)自前方慢車。黨睿娜等[3]發(fā)現(xiàn)70%的駕駛員在接近前車時(shí)選擇換道，且換道時(shí)的加速度為-1～1 m/s2。Wang等[4]研究得出車輛速度為15～20 m/s時(shí)，其向左換道與向右換道時(shí)長(zhǎng)沒(méi)有顯著區(qū)別。王雪松等[5]通過(guò)分析車輛運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，換道切入的平均持續(xù)時(shí)間為3.82 s，且約有15%的駕駛員在前車變道切入時(shí)速度變化超過(guò)10%，表現(xiàn)出明顯的“不禮讓”。王暢等[6]研究發(fā)現(xiàn)營(yíng)運(yùn)客車平均換道持續(xù)時(shí)間為10.4 s，且車速越高，橫向偏移量越小，換道軌跡與車道線夾角也越小。Yang等[7]采用多級(jí)混合效應(yīng)模型，分析了換道間隙及換道持續(xù)時(shí)長(zhǎng)與影響因素之間的關(guān)系。馬小龍等[8]研究發(fā)現(xiàn)，平均換道時(shí)間為6.09 s、平均換道距離為148.08 m，換道車輛與目標(biāo)車道后車的平均距離最小，與正前方車輛的平均速度差最大。此外，部分學(xué)者對(duì)不同氣候條件[9]、交通環(huán)境[10]、交通狀態(tài)[11]下的換道行為特性進(jìn)行了研究；同時(shí)，駕駛?cè)颂卣鱗12- 13]和駕駛設(shè)備[14]對(duì)換道行為的影響也廣受研究者的關(guān)注。在換道安全性分析方面，已有研究證明車輛換道行為影響道路交通流狀態(tài)[15]，可能降低道路交通容量[16]。Oh等[17]采用二元邏輯回歸模型對(duì)車輛換道行為進(jìn)行仿真，計(jì)算車輛與前車之間的TTC(碰撞時(shí)間，Time to Collision)，得到碰撞概率，并基于此描述相鄰車輛間的碰撞風(fēng)險(xiǎn)。Ali等[18]建立了持續(xù)生存模型，用于量化車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境對(duì)強(qiáng)制換道安全性的影響。張?zhí)m芳等[19]基于比例優(yōu)勢(shì)模型，分析了高速公路出口區(qū)換道風(fēng)險(xiǎn)分布特征。彭濤等[20]基于側(cè)向速度正態(tài)分布擬合方法，建立了考慮人-車-路相互作用的高速公路彎道路段車輛緊急避撞安全換道模型。柳本民等[21]通過(guò)分析影響換道越線時(shí)間的各項(xiàng)因素，建立了越線時(shí)間Cox比例風(fēng)險(xiǎn)模型。薛清文等[22]利用修正碰撞裕度對(duì)跟馳和換道行為進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以識(shí)別危險(xiǎn)駕駛行為。Wu等[23]用TTC、SDI(停車距離，Stopping Distance Index)兩個(gè)指標(biāo)分別衡量時(shí)間、空間風(fēng)險(xiǎn)水平，通過(guò)故障樹(shù)分析法構(gòu)建綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，實(shí)時(shí)識(shí)別換道風(fēng)險(xiǎn)。Chen等[24]劃分了16種不同換道模式，在考慮影響換道安全因素異質(zhì)性的基礎(chǔ)上進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

綜上，國(guó)內(nèi)外在換道特性和安全性等方面的研究已取得了大量的成果，但存在研究的車輛類型比較單一、研究?jī)?nèi)容較少考慮時(shí)空關(guān)系等問(wèn)題。一方面研究對(duì)象多為小轎車，而大型車與小轎車在車輛尺寸、動(dòng)力性能和事故特征等方面都存在差異，因此有必要研究其不同的換道特性。另一方面，大型車換道安全性與周圍車輛的運(yùn)行工況存在復(fù)雜的時(shí)空關(guān)系；例如，大型車與周圍車輛之間的TTC越小，其安全性越低等；大型車在前車速度較慢或跟馳間隙較小時(shí)傾向于換道，且在換道過(guò)程中與各鄰近車輛之間的安全交互關(guān)系存在差異。因此，有必要研究大型車換道的時(shí)空特征及其安全性，挖掘大型車換道時(shí)的潛在危險(xiǎn)源，為大型車交通事故預(yù)防與識(shí)別提供參考依據(jù)。有鑒于此，文中基于快速路合流區(qū)大型車運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)，分析合流區(qū)大型車換道時(shí)空特性和安全風(fēng)險(xiǎn)；以期為大型車換道決策模型和換道輔助系統(tǒng)的建立，以及對(duì)快速路合流區(qū)交通安全優(yōu)化等提供借鑒和指導(dǎo)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

文中數(shù)據(jù)來(lái)源于東南大學(xué)智能交通實(shí)驗(yàn)室分享的開(kāi)源數(shù)據(jù)集[25]，該數(shù)據(jù)集采自中國(guó)江蘇省南京市龍?bào)茨下房焖俾犯呒芎狭鲄^(qū)(圖1中的紅色方框內(nèi)區(qū)域)。合流區(qū)路段長(zhǎng)度為427 m，由東向西合流，東端為單向5車道，西端為單向3車道。研究團(tuán)隊(duì)借助無(wú)人機(jī)(大疆“御”Mavic Pro)在310 m高空連續(xù)拍攝4 min15 s，運(yùn)用圖像識(shí)別技術(shù)提取車輛運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)，幀率為24幀/s，經(jīng)過(guò)人工校核確保數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)100%車輛識(shí)別跟蹤，得到每輛車的位置坐標(biāo)、速度、加速度、車道等信息。

圖1 無(wú)人機(jī)拍攝的合流區(qū)路段

1.2 數(shù)據(jù)處理

在換道過(guò)程中，大型車與周圍車輛頻繁博弈，其交互對(duì)象最多涉及4輛車，即原車道和目標(biāo)車道的前后車。記換道車輛為O、原車道前車為F1、原車道后車為B1、目標(biāo)車道前車為F2、目標(biāo)車道后車為B2，如圖2。本研究將車身長(zhǎng)度超過(guò)6 m的車輛定義為大型車，設(shè)大型車所在車道編號(hào)變化的時(shí)刻為其換道瞬間(設(shè)為第n幀)，截取換道瞬間前108幀和換道瞬間后107幀數(shù)據(jù)(時(shí)間長(zhǎng)度為9 s)，并截取原車道和目標(biāo)車道前后車對(duì)應(yīng)時(shí)間段的216幀數(shù)據(jù)，共同構(gòu)建大型車換道樣本，如圖3所示。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，剔除不完整或異常的數(shù)據(jù)，獲得191個(gè)大型車換道樣本。

圖2 換道車輛與周圍車輛關(guān)系

圖3 換道樣本

為了分析大型車換道特征，有必要確定樣本中的換道起點(diǎn)與終點(diǎn)。對(duì)于換道起點(diǎn)和終點(diǎn)的識(shí)別，已有學(xué)者提出諸多方法，但尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。黨睿娜、王忠宇等[3，10]以車輛與車道線之間的相對(duì)距離為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)換道行為起終點(diǎn)進(jìn)行判斷，而馬小龍等[8]則以換道車輛是否持續(xù)橫向偏移為判斷依據(jù)。文中結(jié)合前人研究成果，選取車輛開(kāi)始持續(xù)橫向偏移的時(shí)刻作為換道起點(diǎn)，結(jié)束持續(xù)橫向偏移的時(shí)刻為換道終點(diǎn)。如圖4所示，換道車輛從A時(shí)刻開(kāi)始向目標(biāo)車道持續(xù)偏移，在B時(shí)刻車輛中心點(diǎn)跨越車道線，到C時(shí)刻結(jié)束。設(shè)換道起始時(shí)刻A至結(jié)束時(shí)刻C之間的時(shí)間間隔為換道持續(xù)時(shí)間tc；車輛在換道過(guò)程中的縱向行駛距離為L(zhǎng)c。文中以B時(shí)刻為分界線，將車輛換道過(guò)程分為兩部分：車輛開(kāi)始換道至恰好跨越車道線的時(shí)間間隔設(shè)為前半時(shí)間t前；車輛越過(guò)車道線至換道結(jié)束的時(shí)間間隔設(shè)為后半時(shí)間t后。

圖4 車輛換道軌跡

2 大型車換道時(shí)空特性分析

2.1 換道時(shí)間分析

2.1.1 換道持續(xù)時(shí)間tc

通過(guò)統(tǒng)計(jì)大型車換道持續(xù)時(shí)間tc，發(fā)現(xiàn)其均值為5.28 s，最小值為1.96 s，最大值為8.97 s，標(biāo)準(zhǔn)差為1.78，且45.03%的大型車換道持續(xù)時(shí)間集中在4～6 s之間。由于研究場(chǎng)景為快速路合流區(qū)，強(qiáng)制換道現(xiàn)象較多，樣本中大型車換道持續(xù)時(shí)間的均值略小于馬小龍等[8]和王暢等[6]的研究結(jié)果。

在車輛換道時(shí)間分布上，王雪松等[5]選取8種分布類型對(duì)變道切入持續(xù)時(shí)間進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)Lognormal分布擬合效果最好。為了分析大型車的換道時(shí)間分布規(guī)律，本研究選取Normal、Lognormal、Logistic、Log-Logistic、Gamma和Weibull 6種模型對(duì)換道持續(xù)時(shí)間分布情況進(jìn)行擬合，計(jì)算各模型的赤池信息量準(zhǔn)則(Akaike Information Criterion，AIC)，其中AIC越小說(shuō)明擬合效果越好，如表1和圖5所示。結(jié)果顯示，用Weibull分布模型擬合大型車換道持續(xù)時(shí)間的效果最佳，其密度函數(shù)為

(1)

式中，x為隨機(jī)變量，λ為比例參數(shù)，k為形狀參數(shù)。

表1 6種模型擬合效果對(duì)比

圖5 換道持續(xù)時(shí)間頻率分布

2.1.2 前半時(shí)間t前與后半時(shí)間t后

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，大型車換道前半時(shí)間t前的均值為2.60 s，標(biāo)準(zhǔn)差為1.19；后半時(shí)間t后的均值為2.68 s，標(biāo)準(zhǔn)差為1.05。同樣選取上述6種數(shù)學(xué)模型分別對(duì)t前和t后進(jìn)行分布擬合，發(fā)現(xiàn)采用Weibull分布擬合效果最佳，如表1和圖6-圖7所示。

圖6 前半時(shí)間頻率分布

圖7 后半時(shí)間頻率分布

2.2 換道空間分析

2.2.1 換道位置分布

由于快速路合流區(qū)外側(cè)車道合并形成瓶頸區(qū)域，大型車換道位置在橫向與縱向分布上均呈現(xiàn)鮮明的特點(diǎn)。在橫向上，大型車在不同車道的換道方向與頻數(shù)存在顯著差異。設(shè)車道編號(hào)由內(nèi)向外依次增加，最內(nèi)側(cè)車道為車道1，最外側(cè)車道為車道5，則大型車在各車道的換道情況如表2所示。由表2可見(jiàn)，除車道1外，大型車在其他車道向左換道的次數(shù)均比向右換道多，且車道3、4、5均為向左換道。這主要是因?yàn)榇笮蛙囋谲嚨?上只能向右換道，而車道5和車道4先后并入內(nèi)側(cè)道路，大型車被迫向左換道，并誘發(fā)車道2和車道3上的大型車逐漸向左換道以獲取更大行駛空間。

表2 各車道的大型車換道分布情況

在縱向上，車輛換道位置與距離合流區(qū)瓶頸路段的剩余長(zhǎng)度有關(guān)。文中設(shè)車道橫斷面為橫向，根據(jù)車道數(shù)劃分為5個(gè)部分，車輛行進(jìn)方向?yàn)榭v向，根據(jù)換道位置分布情況劃分為18個(gè)部分，由此得到5×18個(gè)方格，每個(gè)方格規(guī)格為3.5 m×20 m，統(tǒng)計(jì)各方格內(nèi)的大型車換道數(shù)，繪制熱力圖如圖8所示。

圖8 各車道換道熱力圖

由圖8可知，大型車在車道5的換道位置集中在沿車道線距離處于區(qū)間[40，140)的路段(即距離合流區(qū)瓶頸1起點(diǎn)前84 m至起點(diǎn)后16 m)，其中在區(qū)間[100，120)上換道的車輛數(shù)最多(即距離合流區(qū)瓶頸1起點(diǎn)前4～24 m)；大型車在車道4的換道位置主要分布在區(qū)間[100，240)上(即距離合流區(qū)瓶頸2起點(diǎn)前23～163 m處)，呈現(xiàn)兩區(qū)域集聚現(xiàn)象，即大型車在區(qū)間[100，140)(即距離合流區(qū)瓶頸2起點(diǎn)前123～163 m)和[160，240)(即距離合流區(qū)瓶頸2起點(diǎn)23～103 m處)上換道頻繁；車道5上的車流受合流區(qū)瓶頸1的道路條件約束，強(qiáng)制換道至車道4，故大型車在車道4上的區(qū)間[100，140)內(nèi)的換道行為更加密集；車道4與車道3的合并則造成大型車在車道4上的區(qū)間[160，240)內(nèi)換道頻繁；大型車在車道3上的換道位置分布較廣，主要集中在區(qū)間[100，160)上(即距離合流區(qū)瓶頸2起點(diǎn)103～163 m處)；大型車在車道2上的換道位置分布相對(duì)均勻，在車道1上的換道行為較為稀疏。

整體上，75.40%的大型車換道行為集中于瓶頸處前100 m內(nèi)，且呈現(xiàn)向內(nèi)側(cè)車道擴(kuò)散趨勢(shì)。例如：車道5上的車輛換道至車道4后，車道4和車道3上的車輛隨之向左換道，以獲取更高的行駛速度。相對(duì)而言，大型車在車道2和車道1上的換道次數(shù)較少，這主要是因?yàn)閮?nèi)側(cè)車道為快車道，多為小轎車行駛，而大型車傾向于在外側(cè)車道行駛。

2.2.2 縱向換道行駛距離Lc

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，大型車的縱向換道行駛距離Lc的均值為78.12 m，標(biāo)準(zhǔn)差為27.03。選取6種模型對(duì)Lc進(jìn)行擬合，結(jié)果表明Weibull分布擬合效果最佳，見(jiàn)表1和圖9。

圖9 縱向換道行駛距離頻率分布圖

2.2.3 換道間距di

換道車輛與周圍車輛i(即F1，B1，F(xiàn)2，B2)之間的距離是決定駕駛員是否執(zhí)行換道和換道風(fēng)險(xiǎn)高低的重要評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，若間距過(guò)小，則無(wú)法保障車輛在換道過(guò)程的安全性。大型車在換道瞬間與周圍車輛的間距di分布規(guī)律如圖10所示。

圖10 換道車輛與周圍車輛間距

大型車在換道瞬間與周圍車輛F1、B1、F2、B2的間距均值分別為22.91、38.31、30.42和28.94 m。其中，大型車與原車道前車F1的間距最小，分布最密集，這主要是駕駛員通常會(huì)因與前車距離過(guò)小而采取換道行為，以追求更舒適的行車體驗(yàn)。此外，大型車與目標(biāo)車道后車B2的間距也較小，分布較為密集，這主要是因?yàn)榇笮蛙囋趽Q道前更加關(guān)注其與目標(biāo)車道后車B2的間距，若兩者間距較小，則其換道碰撞風(fēng)險(xiǎn)較高，此時(shí)駕駛員傾向于選擇等待下一個(gè)換道時(shí)機(jī)。大型車與原車道后車B1的距離分布最為分散，表明原車道后車B1對(duì)大型車換道行為的影響較小。

2.2.4 換道速度差ΔVi

換道車輛與周圍車輛i之間的相對(duì)速度差ΔVi是影響換道安全性的重要指標(biāo)，設(shè)ΔVi為

ΔVi=Vi-VO

(2)

式中：i為周圍車輛編號(hào)(即F1，B1，F(xiàn)2，B2)；Vi為車輛i的速度，m/s；VO為換道車輛O的速度，m/s。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，大型車與周圍車輛的速度差ΔVi如圖11所示。大型車與周圍車輛F1、B1、F2、B2的速度差均值分別為-0.90、0.26、0.17和-0.26 m/s，其中大型車與目標(biāo)車道后車B2的速度差波動(dòng)較大、異常值最多；大型車與原車道后車B1和目標(biāo)車道前車F2的速度差均值為正，表明大型車與原車道后車B1發(fā)生碰撞的可能性較大，而與目標(biāo)車道前車F2發(fā)生碰撞的可能性較??；大型車與原車道前車F1的速度差均值最小，表明大型車換道的主要原因是前方有慢車，與Olsen等[2]的研究結(jié)論一致；大型車與目標(biāo)車道后車B2的速度差均值為負(fù)，這可能是由大型車加速換道或目標(biāo)車道后車主動(dòng)避讓大型車引起的。

圖11 換道車輛與周圍車輛速度差

2.2.5 目標(biāo)車道換道間隙ΔS及其變化速率ΔVs

駕駛員在換道時(shí)通常綜合考慮目標(biāo)車道換道間隙及其演變趨勢(shì)，以決定是否換道。文中采用目標(biāo)車道前車與后車的速度差ΔVs描述換道間隙的變化速率，并輸出大型車換道時(shí)的換道間隙ΔS與速度差ΔVs之間的關(guān)系，如圖12所示。

由圖12可見(jiàn)，當(dāng)ΔS>50 m時(shí)，ΔVs的分布比較離散，這說(shuō)明在換道間隙足夠大時(shí)，換道間隙變化速率不是影響駕駛員是否換道的決定性因素；當(dāng)ΔS≤50 m時(shí)，ΔVs明顯集中在區(qū)間[-1，5)上，這說(shuō)明在換道間隙較小時(shí)，駕駛員更傾向于選擇在換道間隙縮小緩慢或不斷擴(kuò)大的情況下?lián)Q道。

圖12 目標(biāo)車道換道間隙與其變化速率的關(guān)系

2.3 大型車時(shí)空特征相關(guān)性分析

運(yùn)用SPSS軟件，研究換道持續(xù)時(shí)間tc、前半時(shí)間t前、后半時(shí)間t后、縱向換道行駛距離Lc與大型車換道起止車道、速度、加速度、沿車道線距離、換道間距di、換道速度差ΔVi之間的相關(guān)性。經(jīng)Pearson檢驗(yàn)后，得到結(jié)果如表3所示。

由表3可知，換道持續(xù)時(shí)間tc與速度、換道間距dF1、換道間距dF2在1%的顯著性水平上顯著相關(guān)，與沿車道線距離、換道速度差ΔVF1、換道速度差ΔVB1在5%的顯著性水平上顯著相關(guān)；前半時(shí)間t前與速度、沿車道線距離、換道間距dF1、換道間距dF2在1%的顯著性水平上顯著相關(guān)，與換道速度差ΔVB1在5%的顯著性水平上顯著相關(guān)；后半時(shí)間t后與速度在1%的顯著性水平上顯著相關(guān)；換道行駛距離Lc與速度在1%的顯著性水平上顯著相關(guān)，與換道間距dB1在5%的顯著性水平上顯著相關(guān)。

表3 大型車換道時(shí)空特征相關(guān)性分析

3 大型車時(shí)空風(fēng)險(xiǎn)分析

常見(jiàn)的交通安全評(píng)價(jià)指標(biāo)有碰撞時(shí)間TTC、碰撞余量MTC(Margin to Collision)和停車距離SDI等。TTC從時(shí)間層面刻畫了車輛間發(fā)生碰撞的潛在風(fēng)險(xiǎn)，而MTC和SDI從空間層面描述了車輛間的行車風(fēng)險(xiǎn)。

3.1 時(shí)間風(fēng)險(xiǎn)分析

TTC是指兩輛車以當(dāng)前速度勻速行駛時(shí)距離碰撞的剩余時(shí)間(記為t)，大型車與周圍車輛i之間的TTC為

(3)

式中：Δd為前車與后車的距離，m；VB為后車速度，m/s，VF為前車速度，m/s。

當(dāng)后車速度小于或等于前車時(shí)，TTC為無(wú)窮大，兩者之間不會(huì)發(fā)生碰撞；當(dāng)TTC較大時(shí)，后車速度略大于前車或前后車間距較大，發(fā)生碰撞的可能性較??；當(dāng)TTC較小時(shí)，后車速度大于前車或前后車間距較小，發(fā)生碰撞的可能性大。因此，文中選取TTC在區(qū)間[0，20]上的分布情況進(jìn)行分析，如圖13。

由圖13可知，tF1的均值最小(8.66 s)，在區(qū)間[0，10)上的占比最大(62.90%)，有30.65%小于5.5 s，表明大型車與原車道前車F1發(fā)生碰撞的可能性最大，行車風(fēng)險(xiǎn)最高。這主要是因?yàn)榇笮蛙嚀Q道時(shí)與前車的間距較小，且速度差較大。tB1的平均值最大(11.06 s)，且分布最離散，表明大型車與原車道后車B1發(fā)生碰撞的可能性較小。這主要是因?yàn)榇笮蛙嚀Q道時(shí)與后車B1的間距較大且分布離散。

(a)TTC折線圖

3.2 空間風(fēng)險(xiǎn)分析

MTC是前車減速至停車行駛的距離加前后車初始間距，與后車從反應(yīng)到減速至停車行駛的距離的比值(記為p)，其計(jì)算公式為

(4)

式中：a為減速度，取6.86 m/s2[26]；tr為駕駛員反應(yīng)時(shí)間，在緊急情況下取1.5 s[8]。

若MTC小于1，表明兩車存在發(fā)生碰撞的可能性，且碰撞嚴(yán)重性隨MTC減小而增大。大型車與周圍車輛之間的MTC在[0，1)上的分布情況如表4所示。

表4 換道車輛與周圍車輛的MTC分布情況

由表4可見(jiàn)，整體上，約有94%的MTC大于0.5。其中pB1和pF2在[0.7，1.0)上的占比分別為79.03%及79.76%，表明大型車與原車道后車B1、目標(biāo)車道前車F2之間發(fā)生碰撞的嚴(yán)重程度不高。這主要是因?yàn)榇笮蛙嚺c車輛B1、F2的速度差較小，且車間距較大。在區(qū)間[0.2，0.4)上pF1的占比最高，即5.00%，表明大型車與原車道前車F1發(fā)生碰撞的嚴(yán)重程度最高。

3.3 綜合時(shí)空風(fēng)險(xiǎn)分析

為了深入挖掘大型車在換道過(guò)程中其時(shí)間風(fēng)險(xiǎn)與空間風(fēng)險(xiǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，文中聯(lián)合分析TTC和MTC的分布規(guī)律，當(dāng)TTC的取值在[0，50]上時(shí)，TTC與MTC的關(guān)系如圖14所示。

(a)原車道前車F1

從總體上看，TTC和MTC分別在區(qū)間[0，10]和[0，1]上分布集中，且MTC隨TTC的增大而增大。原車道前車F1與大型車的TTC位于區(qū)間[0，5]上的樣本較多，MTC多小于1，表明前車F1與大型車發(fā)生碰撞的可能性最高。原車道后車B1與大型車的TTC和MTC分布比較離散。目標(biāo)車道前車F2和后車B2的分布規(guī)律相似，TTC在區(qū)間[0，15]上分布比較集中，但后車B2的TTC和MTC均接近0的樣本數(shù)多于前車F2，這說(shuō)明后車B2有更可能與大型車發(fā)生嚴(yán)重碰撞。

由前文可知，前后車發(fā)生碰撞的可能性隨TTC的減小而增大，當(dāng)MTC小于1時(shí)，前后車發(fā)生碰撞的嚴(yán)重性隨MTC減小而增大。基于Olsen等對(duì)換道危險(xiǎn)程度的分類[2]，文中設(shè)定當(dāng)0

4 結(jié)論與展望

文中針對(duì)快速路合流區(qū)交通運(yùn)行特性，獲取南京市龍?bào)茨下房焖俾泛狭鲄^(qū)的車輛運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)，篩選并構(gòu)建大型車換道樣本，通過(guò)深入研究大型車換道特征及其時(shí)空風(fēng)險(xiǎn)，得出如下結(jié)論：

(1)大型車的換道持續(xù)時(shí)間、前半時(shí)間、后半時(shí)間和縱向換道行駛距離分布規(guī)律均服從Weibull分布模型。

(2)75.40%的大型車換道行為主要集中在合流區(qū)瓶頸路段前100 m內(nèi)，呈現(xiàn)由外向內(nèi)逐漸擴(kuò)散的趨勢(shì)，且在內(nèi)側(cè)車道分布較少；同時(shí)，大型車與原車道前車的速度差最大、車間距均值最小且分布最穩(wěn)定；若目標(biāo)車道換道間隙較小，多數(shù)大型車傾向于在換道間隙縮小趨勢(shì)緩慢或不斷擴(kuò)大情況下變換車道。

(3)在1%的顯著性水平下，大型車的換道持續(xù)時(shí)間和速度、與原車道前車間距、與目標(biāo)車道前車間距顯著相關(guān)；前半時(shí)間和速度、沿車道線距離、與原車道前車間距、與目標(biāo)車道前車間距顯著相關(guān)；后半時(shí)間與縱向換道行駛距離均和速度顯著相關(guān)。

(4)大型車與周圍車輛之間的MTC隨TTC的增大而增大，且在換道時(shí)與原車道前車發(fā)生碰撞的可能性最大、嚴(yán)重程度最高，二者間換道安全交互失效的比例為15.32%。

文中研究結(jié)果可為大型車換道行為建模和換道輔助系統(tǒng)提供理論依據(jù)，有助于城市交通管理者制定或優(yōu)化快速路合流區(qū)的交通管理措施。本團(tuán)隊(duì)未來(lái)擬通過(guò)無(wú)人機(jī)拍攝視頻采集更多數(shù)據(jù)，研究不同交通環(huán)境下大型車換道風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與安全預(yù)警方法，減少大型車發(fā)生交通事故的可能性。