GIS在立交區交通安全分析與評價中的適用性研究

田曦 牛帥

摘 要：本文通過分析立交區域交通事故誘因的特征，借鑒交通地理信息系統技術，論述了GIS在立交區交通安全分析與評價中應用的可行性，并建立了滿足GIS空間分析技術條件的立交區交通安全分析平臺的總體框架，就基于GIS的立交區交通安全分析平臺的具體功能與實現技術等方面進行了探討。

關 鍵 詞：互通式立體交叉；交通安全；地理信息系統；安全分析評價

0. 背景

立交區成為我國高速公路事故的多發區域，其重要原因是該區域復雜駕駛環境下行駛車輛車速的顯著變化。因此為減少高速公路立交區交通事故率，對立交區域的交通安全分析與評價應引起足夠的重視，確定危險區域，劃分危險等級，為提出交通事故多發區域的治理措施提供合理依據。

1. 高速公路立交區域安全性的研究

美國提供了對立交區域內交通安全分析的軟件ISAT（interchange safety analysis tool）該軟件主要評估現存立交及其周邊道路的幾何設計和交通控制特點的安全影響，也可以用來預測改建立交或新建立交的安全性能，它能分析輸出整個立交區域的預測事故量，以及立交各組成部分的預測事故量。然而這個評價系統也僅僅是從立交區域及立交周邊的道路的幾何特性的角度分析和評價立交的安全性。而忽視了駕駛員以及車輛性能對立交安全的影響。我國現階段采用的《公路項目安全性評價指南》也只是局限于對立交匝道，變速車道，交通標志設置等方面進行評價。

目前任何立交區交通安全的研究都只是著眼于上文中論述一個方面，并沒有全面分析立交事故誘因，綜合考慮不同因素間的聯系，給出合理的立交交通安全評價體系。

2. 基于GIS 的交通安全分析

為促進交通安全領域信息化發展，地理信息系統（GIS）已經廣泛應用于交通行業，并根據交通信息特征形成了交通地理信息系統（GIS—T），其應用主要側重于交通規劃、工程建設項目管理、公路養護、路政管理、公共交通管理和交通管理設施管理等方面，實踐表明，GIS在交通安全管理方面的應用多側重于宏觀的安全分析和評價，我國學者李江等人認為基于GIS的交通安全分析與管理應具備的功能是顯示和檢索交通事故的數據，識別事故多發點，并且他們運用GIS技術分析了交通事故與地理位置的關系（2000），廖軍洪等則探討了GIS 空間查詢技術、空間分析技術、空間數據與屬性數據整合技術在公路設計階段和運營階段交通安全評價中的應用，闡述了GIS技術應用于公路交通安全評價中的必要性和可行性。美國FHWA 提供了GIS 安全分析工具，這個工具可以提供不同的道路安全領域的分析技術和程序，除了大多國外研究所產生的GIS分析工具外，還有部分商業軟件可以完成GIS交通安全分析。

3. GIS在立交區域內交通安全分析與評價中的可行性

傳統的道路交通安全特性可以采用GIS 技術進行分析和評價，同樣交通地理信息系統也理應可以為立交區的交通安全分析與評價提供技術支持，并且從引發立交區域交通事故的誘因來看，立交區的事故因素存在著明顯的空間分布特征，可以生成具有抽樣性、概括性、多態性、空間性特點的立交交通地理數據。這些地理數據可構建立交區交通安全分析與評價的數據基礎。對某一區域的交通事故現狀和趨勢進行分析與預測，交通事故的區域分布進行劃分，以及交通事故產生機理的研究分析都與空間地理信息密切相關。Reut Sadia 和Abishai Polus運用GIS手段提出立交復雜度模型，針對駕駛員的操縱強度，研究復雜駕駛環境的道路交通安全

4. 立交區域內交通安全分析與評價中GIS的運用

4.1數據結構

將GIS技術運用于立交交通安全分析與評價的首要環節就是建立立交區域的的數據庫，主要包括基礎的地理數據、立交設計數據、公路的基礎設施數據、公路運營數據以及交通事故特征數據

基礎地理數據，主要為符合GIS要求的矢量化數字地圖，立交所處的地理條件，相關聯的路網等

立交設計數據，主要為立交的設計形式，匝道的平、縱線形，變速車道流出角度及長度，道路路面材料等反應立交幾何特性的數據；

公路的基礎設施數據，則主要為立交區的橋梁，安全設施，標志標線等交通設施；

道路運營數據，即公路交通運營相關的數據，例如交通事故量，交通量，運行速度等；

交通事故特征數據，即立交區交通事故發生的時間與位置，駕駛員的特性，氣候條件，事故車輛相關參數等。

4.2 空間分析技術

空間分析功能是GIS的主要特征，空間分析技術主要依托于空間數據檢索，查詢滿足檢索條件的數據，通過分析統計數據，將信息系統立交數據庫中原始的數據進行不同分類的統計分析，得出數據的分布規律。例如交通事故發生的點信息、立交加減速車道長度的線信息、立交所處區位的面信息，都是具有空間定位屬性的信息集合，根據分析對象的點、線、面位置信息或具有空間定位屬性的信息集合，自動建立它們周圍一定距離的帶狀區，用以識別這些道路安全信息之間的特殊關聯性或主體對鄰近對象的輻射的范圍及影響度，以便為立交交通安全分析和決策提供依據。找出立交區交通事故易發區及交通安全敏感區的空間分布及分布特性，并可用于分析立交群之間的間距和密集道路區立交選址的合理性。

4.3 立交安全分析和評價的技術方法

該部分是能夠充分利用數據平臺提供的數據資源，整合GIS的空間分析功能，從立交道路條件、駕駛員操縱情況、交通組織管理等方面構建定量的分析評價方法。依托于數學理論模型，多方面分析計算空間網絡的交通安全特征，該部分的分析評價的數學模型可以采用多種成熟的數學理論分析算法，例如構建多因素相互關聯性的灰度分析法，以及適用于非定量數據定量化處理的層次分析或模糊評判方法。也可以采用上文中已提出的立交安全性研究成果構建綜合的評價方法。

4.4分析評價結果信息輸出

通過GIS平臺，圖形化展示立交安全隱患區域，輸出安全性分析和評價的結論報告等圖文給予評價及設計人員提供輔助性決策的支持。

5. 結語

傳統的立交區交通安全分析與評價只是從單一條件下出發研究立交區的事故發生機理，隨著GIS技術的不斷發展以及GIS空間建模技術應用的主要研究，對于建立具有多屬性的分析平臺是存在可能性與可行性的。本文在以往國內外研究成果的基礎上，借鑒已經在道路整體的交通安全分析和評價的交通地理信息系統技術的應用，提出了在高速公路立交交通安全分析與評價中GIS技術運用的必要性和可行性，為立交安全性評價提供了新的思路和方法。當然GIS分析與評價的平臺的建立還是需要技術數據庫的建設和安全分析與評價方法的整合。還有待進一步的研究和完善。

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