交叉口右轉機動車與行人交通沖突安全評價?

張亞平,張海波

(哈爾濱工業大學交通科學與工程學院,黑龍江哈爾濱 150090)

?

交叉口右轉機動車與行人交通沖突安全評價?

張亞平,張海波

(哈爾濱工業大學交通科學與工程學院,黑龍江哈爾濱 150090)

摘要:在中國,右轉機動車一般不受信號燈控制,其與行人的沖突不可避免。為評估右轉機動車與行人安全性,文中引入交通沖突技術,提出行人空間安全度的概念,以交通沖突率和空間安全度作為評價指標,采用灰色聚類法對右轉機動車與行人的沖突區域安全性進行評價,并選取哈爾濱市典型道路交叉口進行實證分析,評價結果與實際相符。

關鍵詞:城市交通;右轉機動車;行人;交通沖突技術;交通沖突率;空間安全度

交叉口是城市道路的重要組成部分,也是多種類型不同方向交通流的匯聚之處。交通流的匯合和分離,難免會產生沖突。信號燈的設置能實現不同方向車流、人流的時空分離,有效減少沖突。目前,中國大多數右轉機動車不受信號燈的控制,右轉機動車的搶道行為嚴重干擾了行人的正常通行,埋下安全隱患。為解決右轉機動車和行人的沖突問題,有必要對其安全性進行分析和評價。

國內外對交通安全的評價方法主要分為基于事故統計的直接評價法和基于非事故統計的間接評價法,其中交通沖突技術(TCT)以其“大樣本、獲取易、周期短”等優點而得到廣泛應用。但目前基于沖突技術的交叉口安全性評價均是對其整體安全性進行評價,均一化了交叉口各類型、方向的沖突,同時評價指標僅采用TC/MPCU,指標較為單一。行人在交叉口混合交通流中處于弱勢,為更好地保障行人安全,該文對右轉機動車與行人沖突區域進行安全性評價,以有針對性地采取管理舉措。

1 交通沖突技術概述

1.1 交通沖突的定義

自1977年Amundsen Hyden第一次正式提出交通沖突概念后,國內外學者根據所研究對象對交通沖突提出了定義。綜合各類定義,交通沖突的定義包含4個要素,即沖突對象、判定狀態、采取措施、產生結果。這里將交叉口右轉機動車與行人的沖突作如下定義:在交叉口內,同一時刻右轉機動車和行人爭奪道路的使用權,如任意一方不采取減速、轉向等避讓行為,極有可能發生交通事故的現象。

1.2 交通沖突技術的有效性

事故法是檢驗交叉口安全性最直接、有效的方法,交通沖突技術是否有效,關鍵看交通沖突與事故率是否具有相關性。從交通沖突的定義可知,沖突是事故的前兆,交通沖突和交通事故具有相同的起因和過程,關鍵看最后產生的結果。沖突雙方可能因采取了避讓措施而避免事故的發生,也可能因沒有意識到沖突未采取措施而引發事故。

國內外不少學者對交通沖突技術的有效性進行了研究:W.D.Gluodz基于交叉口的事故和沖突的調查,構建模型驗證了同類型沖突和事故具有良好的相關性;Brian L.Allen通過對沖突和碰撞過程的分析,得出交通沖突技術能成為很好的事故預測手段;張蘇提出了沖突與事故的線性關系表達式。可見,交通沖突技術能替代事故法作為交通安全評價的工具。

2 交通沖突灰色聚類評價法

2.1 右轉機動車與行人沖突分析

平面交叉口機動車的沖突嚴重程度以沖突點衡量。與機動車相比,行人常成群結隊地行走,路線自由,與右轉機動車的運行軌跡交點不唯一,可認為右轉機動車與行人的沖突影響范圍為一區域。

未設置右轉專用車道的進口道右轉車較少,與行人發生沖突的概率也相對較小,故研究對象設定為設有右轉專用車道的十字交叉口。將右轉機動車與行人的沖突區域按逆時針編號,分別為沖突區域1～8(如圖1所示)。

圖1 右轉機動車與行人沖突區域示意圖

右轉機動車與行人的沖突分兩種情形,即無右轉專用車道和設右轉專用車道。以圖1所示交叉口南進口道為例進行分析。無右轉專用車道時,右轉機動車和直行機動車同相位放行,右轉機動車與南北向行人產生沖突,沖突范圍即為圖1中沖突區域2。設右轉專用車道時,右轉機動車不受信號燈控制,既可在直行綠燈期間放行,也可在紅燈期間放行,右轉機動車除與南北向行人產生沖突外,還與東西向行人發生沖突,沖突范圍為兩處,即圖1中沖突區域1和2。

2.2 評價指標的選取

2.2.1 交通沖突率

定義交通沖突率為交叉口交通沖突數與混合當量交通量之比,它反映交叉口沖突發生的頻率,其數學表達式如下:

式中:CR為交通沖突率;TC為交通沖突數(次/h); MPCU為混合當量交通量(pcu/h)。

交通沖突數是一個絕對指標,反映當前交叉口的安全程度。但僅采用該指標,容易對沖突數較大、同時交通量也很大的交叉口作出錯誤的判斷;混合當量交通量反映交叉口的交通量水平,采用交通沖突數與混合當量交通量之比對交叉口安全性進行評價是可行且有效的。基于這一考慮,選取交通沖突率作為評價指標,但不同的是,這里的MPCU只是沖突區域內參與沖突的機動車和行人的混合當量交通,而非整個交叉口的混合當量交通。

2.2.2 空間安全度

行人過街時總是尋找合適的空間滿足安全需求。在右轉機動車與行人的沖突區域內,行人既要注意與他人保持一定的間距,又要尋找穿越機動車的安全間隙。因此,右轉機動車與行人的沖突區域面積大小與行人的安全性密切相關,沖突面積越大,行人面臨的安全隱患越大。

定義空間安全度為實際右轉機動車與行人沖突區域面積與其理想面積之比,其數學表達式如下:

2.3 灰色聚類的數學描述

(1)構建評價矩陣。令評價對象i∈(1,2,…,m),m為評價對象總數,評價指標j∈(1,2,…,n),n為評價指標總數,構建原始評價矩陣D,并對其進行無量綱化處理,公式見式(3)。

(2)確定灰類及白化值。分析評價指標實測數據的累積百分頻率,并繪制其曲線;確定灰類數,對右轉機動車與行人安全性進行評價,可將安全等級劃分為4級,分別為特別安全(A)、安全(B)、臨界安全(C)、不安全(D);在累積百分頻率曲線上分別選取15%、40%、60%和85%累積頻率,其對應點λ1、λ2、λ3、λ4即為白化值。

(3)建立白化權函數。利用白化權函數可確定各指標數值隸屬于不同灰類的可能性,一般采用分段函數表示。

(4)確定聚類權。聚類權即各指標在各類別的比重。權重的確定對灰色聚類評價結果有較大影響,選擇合適的方法確定聚類權很重要。其一般表達式如下:

式中:ηjt為第j項評價指標歸入t灰類的聚類權; λjt為第j項評價指標屬于t灰類的白化值;k為評價灰類種數。

(5)求解聚類系數。聚類系數求解公式如下:

式中:fjt(dij)為第j項指標歸于t灰類的隸屬度函數。

所有灰類的聚類系數構成聚類評估序列δi=(δi1,δi2,…,δik),若δ?it=max{δi1,δi2,…,δik},則表示評價對象i屬于第t?類灰度,從而確定其所對應的安全等級。

3 應用示例

選取哈爾濱市紅旗大街-淮河路交叉口進行視頻調查(如圖2所示),調查結果如表1所示。

圖2 哈爾濱市紅旗大街-淮河路交叉口平面圖

表1 交叉口現狀調查數據(高峰小時)

3.1 交叉口右轉機動車與行人沖突區域安全評價

(1)構建評價矩陣。評價對象為8個,評價指標為2個,交通沖突率如表1所示。實際人車沖突面積可由視頻攝像確定,理想的沖突面積近似認為是右轉機動車道延伸段與人行橫道的交疊區域面積,據此計算空間安全度。由此構建基于交通沖突率和空間安全度的沖突評價矩陣,并對其進行無量綱化處理。

(2)確定白化值。結合實際調查數據,確定評價指標的白化值如表2所示。

表2 評價指標中不同灰類的白化值

(3)建立白化權函數。采用經典的白化函數表達式:

(4)確定聚類權。按式(4)計算得聚類權矩陣:

(5)求解聚類系數。按式(5)求解,可得δ11= f11(d11)×η11+f21(d12)×η21=0,運用類似方法求得灰色聚類評估矩陣為:

由此,根據最大聚類評估值歸屬可確定該交叉口右轉機動車與行人各沖突區域安全等級:非常安全的沖突區域為沖突區域3和8,安全的為沖突區域4,臨界安全的為沖突區域1、2和6,不安全的為沖突區域5和7。不安全沖突區域是交通改善的重點,可通過合理設置右轉信號燈來消除沖突;臨界安全區域需綜合考慮右轉機動車和行人的通行效率及延誤來確定是否設置信號燈。

3.2 評價結果與實際路口情況對比分析

該交叉口為紅旗大街與淮河路相交。淮河路為次干路,右轉車流量較小,與行人產生沖突的概率較小,故沖突區域3、8、4相對安全。交叉口西南角為住宅小區,高峰時期行人需頻繁穿越淮河路西進口人行橫道,造成區域7內沖突相對增多,加之混合當量較小,交通沖突率偏高。紅旗大街為主干道,右轉機動車較多,故設有2條右轉車道,且與直行左轉車道用綠化帶隔離,北進口路邊亂停車現象嚴重,沖突加劇,故沖突區域5為不安全區域。沖突區域1、2、6沖突數較高,處于臨界安全狀態。綜上,采用沖突技術對右轉機動車與行人沖突區域安全性的評價結果與實際相符。

4 結語

該文采用交通沖突技術對交叉口右轉機動車與行人的安全性進行評價,突破以往研究中采用單一指標交通沖突率的局限,考慮行人空間需求,選取空間安全度和交通沖突率兩個指標,采用灰色聚類法進行安全評價,評價結果與實際觀測結果相符。采用交通沖突技術和灰色聚類方法對沖突區域進行評價,更接近實際交通狀況,有利于更有針對性地實施交通管控,保障交叉口的通行安全。

參考文獻:

[1]管曉偉.基于交通沖突技術的平面交叉口安全評價研究[D].北京:北京交通大學,2006.

[2]E Sacchi,T Sayed,P deLeur.A comparison of collisionbased and conflict-based safety evaluations:the case of right-turn smart channels[J].Accident Analysis and Prevention,2013,59.

[3]L Peesapati,M Hunter,M Rodgers.Evaluation of postencroachment time as surrogate for opposing leftturn crashes[J].Transportation Research Record,2014,2386.

[4]李洋,劉建勛,沈大吉,等.城市道路交通沖突的分類及判別[J].公路與汽運,2009(6).

[5]孫璐,李顏平,錢軍,等.基于交通沖突技術的交織區交通安全評價[J].中國安全科學學報,2013,23(1).

[6]周竹萍,王煒,任剛,等.信號交叉口行人交通沖突特性及影響因素分析[J].東南大學學報:自然科學版,2014,44(6).

[7]Hyden C.A traffic conflict technique for examining urban intersection problems[A].Proceedings of First Workshop on Traffic Conflicts[C].1977.

[8]Brian L Allen,Tom B Shin,Peter J Cooper.Analysis of traffic conflict and collisions[J].Transportation Research Record,1978,667.

[9]張蘇.中國交通沖突技術[M].成都:西南交通大學出版社,1998.

[10]葛興,姜波.基于指標定權灰色聚類的公路平交口安全評價[J].交通信息與安全,2014,32(6).

[11]成衛,王貴勇.基于交通沖突技術的交叉口安全狀況灰色聚類評價研究[J].昆明理工大學學報:理工版,2005,30(3).

收稿日期:2015-05-11

基金項目:?道路交通安全公安部重點實驗室開放基金項目(2015ZDSYSKFKT06-1)

中圖分類號:U491.2

文獻標志碼:A

文章編號:1671-2668(2016)02-0062-04