山區高速公路交通事故時空分布特性與安全改善對策*

田畢江 梁 超 鮑彥蒞 楊文臣* 賈現廣

(云南省交通規劃設計研究院陸地交通氣象災害防治技術國家工程實驗室1) 昆明 650041) (昆明理工大學交通工程學院2) 昆明 650500)

0 引 言

受復雜地形地貌、自然環境等因素限制，我國西部山區高速公路的平縱橫線形指標較低，且平縱、直曲等特殊組合線形較為常見，局部路段設計甚至需要采用低限、極限乃至超出標準規范要求的設計指標.在安全防護設施、監管技術與應急管理不到位的情況下，重特大交通事故頻繁，容易造成極大的經濟損失和惡劣的社會影響[1].當前，我國西部地區高速公路建設里程的不斷推進和交通量的逐年上升，使得山區高速公路行車安全的潛在威脅進一步擴大.開展山區高速公路運營安全隱患及風險特征辨識，定量評估其安全性，針對性地制定優先處置措施，是我國公路建設和運營管理水平提升的關鍵.

許多學者研究交通事故的影響因素及交互作用關系.Amundsen等[2]分析了挪威天氣、公路條件、交通量、隧道長度與事故類型、事故發生區段之間的關系.文獻[3]詳細整理了美國在道路安全理論、管理、預測方法及修正模型、處置對策等方面的最新研究成果.Hakkert等[4]系統回歸了道路交通安全研究現狀和發展趨勢，指出需重視交通安全新技術及新設施安全性及有效性的分析與檢驗.李文權等[5]分析了交通事故小時時間分布曲線的特征.陳寬民等[6]以西安市為例，研究了城市道路交通事故分布特點.馬壯林等[7]采用相關性分析方法，研究了潛在影響因素與連續下坡路段交通事故時空分布的相關性.何松柏等[8]采用主成分分析法解析了道路交通事故時間分布規律，提出相應時間節點的對策.然而，受路段環境、線形、交通量、交通管理等不同因素的影響，每個事故多發點段有其公性和特殊性，有關整改措施在山區高速公路的適用性及安全性仍有待檢驗.

本文借鑒這些學者的研究成果，對云南某山區高速公路的事故特征進行分析，研究其致因機理，并提出改善山區高速公路安全行車條件的處置措施，評估其實施效果，可為提高運營期山區高速公路交通安全性能提供一定的參考和借鑒.

1 數據描述

選取云南省山區A高速公路為研究對象，其平縱圖見圖1.該高速主線全長85.4 km，設計速度80 km/h，采用4車道高速公路標準建設，具有明顯的山區高速公路的工程特點：線形指標中多處參數中使用了極限值，多個平曲線半徑采用規范極限值，縱斷面上存在多個5%以上縱坡；海拔落差高達1 500 m，存在38 km的特長連續縱坡路段；全線橋梁、隧道等特殊構造物多，橋隧比高達72.3%，部分橋隧群區段的橋隧比高達95%以上；線位高差懸殊，垂直變化較為明顯，雨霧不良氣候條件多發.

圖1 山區A高速公路平縱圖

調研了A高速公路2010—2014年的交通事故數據、設計資料、現場道路條件等基礎數據.交通事故數據字段包括以下內容：事故編號、事故發生時間、事故地點、死亡人數、受傷人數、財產損失、天氣、事故行態、事故認定原因.

2 交通事故時間分布特性

2.1 月分布

山區高速公路交通事故月分布特性見圖2.發生在8，9月份的交通事故最多，11月份最少，春運期間整體則維持在相對較低水平.這可能是因為8，9月份處于雨季和旅游旺季，雨霧等惡劣天氣嚴重影響行車安全；春運期間受物流運輸交通量減小，加之交管部門的多方強力管控，有效控制了交通事故發生.

圖2 山區高速公路交通事故月分布

2.3 時分布

山區高速公路交通事故時分布特性見圖3.08：00-09：00交通事故的發生次數最少，此后呈上升態勢，至15：00-17：00達最高，此后呈下降趨勢.其中，08：00-09：00事故少是因為早晨駕駛員工作狀態較好，交通量相對較小，此后隨著出行交通量的增加以及駕駛時間的持續增長，發生交通事故風險呈遞增態勢.20：00-21：00交通事故較明顯增加，此后整體呈下降態勢.在02：00-03：00，以及06：00-07：00事故發生次數明顯增加，這是因為20：00-21：00，夜間短程出行/返回的交通量增加形成晚高峰，發生交通事故的風險增大，而在02：00-06：00事故多發則多是因為連續疲勞駕駛誘發.

圖3 山區高速公路交通事故時分布

3 交通事故空間分布特性

3.1 平曲線半徑

不同曲線半徑下該道路交通事故分布特性見圖4.整體來看，平曲線半徑與事故發生頻數呈雙“駝峰”曲線分布，二者并不存在嚴格的正負相關關系.

圖4 不同曲線半徑下交通事故分布

由圖4可知：

1) 直在小半徑曲線(R≤500 m)的條件下，400～500 m小半徑曲線下交通事故發生概率最大.這是因為在極限小半徑曲線(200

2) 在500

3) 在R>1 200 m的條件下，隨平曲半徑的增加，交通事故數呈下降態勢，并維持在相對較穩定的水平.

3.2 平曲線偏角

不同平曲線偏角下交通事故分布見圖5.整體而言，與相關研究發現平曲偏角與事故頻率間呈大致的拋物線關系不同，二者間并未呈唯一的拋物線關系，而是呈分段拋物線關系，具有明顯的多峰特征，在30°～40°，70°～80°和100°～110°偏角條件下，事故發生頻數最高.

圖5 不同平曲偏角下交通事故分布

由圖5可知：

1) 在低偏角時，公路線形一致性和行駛平順性相對較好，事故發生率較低；當偏角增加到一定程度(30°～40°)，此時偏角已對平曲線半徑、駕駛視距等產生較顯著的影響，但并未引起駕駛員的重視，這種認知上的錯覺常促使駕駛員誤操作而導致高事故率.

2) 當偏角進一步增大時(60°)，駕駛員心理認知上的重視促使駕駛員按正常規則駕駛，交通事故率大幅降低.然而，隨著偏角的再次增大(至70°)時，平曲線半徑已較大幅度降低，由于駕駛員對路段行車風險預判嚴重不足，交通事故發生頻率增加，至偏角(90°)時，駕駛員容易意識到行車安全風險而提前采取適當操作，交通事故率再次下降.

3) 當偏角大于100°時，車輛將在極限小半徑曲線上行車，交通事故處于較高水平.

3.3 縱坡坡度

不同縱坡坡度下交通事故分布見圖6.下坡路段交通事故發生的頻率要遠大于上坡路段.

圖6 不同縱坡坡度下交通事故分布

由圖6可知：

1) 對長下坡路段，大縱坡(±5.5%)交通事故處于較高水平，中間坡(-3%)的交通事故發生頻率最高，這是因為在大縱坡條件下，雖然駕駛員已充分認識到行車的安全風險，但坡度實在太大，部分大車車輛面臨失控風險，加之小車仍保持較高行車車速，當遇到不良平縱組合時，極易誘發交通事故，此時交通事故較高；而當坡度降低到-3%左右，此坡度山區公路占比高，加之，駕駛員主觀判斷行車條件大幅改善而放松了警惕，在不規范的駕駛行為和特殊道路條件的綜合作用下，中間坡條件下交通事故最高發.

2) 對長上坡路段，受車輛動力學性能的影響，大小型車的車速離散性、車速極差比等變差，交通事故與縱坡坡度呈現分段拋物線關系，在縱坡3.5%和6%時交通事故發生頻率最高.

3.4 組合路段

平曲線與縱坡、平曲線和偏角、平曲偏角-縱坡等不同復雜程度的組合線形條件顯著影響高速公路的安全性.就組合線形而言，平曲線與縱坡組合路段的安全性最低，這表現山區連續彎坡路段的交通事故率高，這是因為在這些路段上，駕駛員通常視線受阻，轉彎時小汽車車輛速度較高，而部分貨車駕駛員存在彎道借道超車存等不正確駕駛行為.在單一線形路段中，平曲段和縱坡段的安全性較差.以平曲半徑和平曲偏角的平曲線指標參數組合下交通事故分布為例，見圖7.

圖7 平曲線指標參數組合對交通事故影

氣泡圖的密集程度表征交通事故多發，圓的半徑表征事故發生頻率.交通事故多發的平曲經指標參數組合表現出較明顯的集聚分類特征，大偏角(α：70°～110°)與小半徑曲線(R：200～500 m)組合，小偏角(α：20°～50°)與中等半徑曲線(R：800～1 200 m)組合下，交通事故較多發.

4 安全改善對策及效果

4.1 高風險線形指標參數

根據上述不同線形指標及其組合條件下交通事故的分布特性，山區高速公路交通事故的時空分布具有其獨特性和多樣性，難以采用統一的范式或關系規律進行描述，往往表現出較明顯的分段集聚特征，提取的高風險線型指標參數，結果見表1.

表1 高風險線形指標參數及組合

4.2 安全改善對策

根據國內外高速公路交通安全管理策略及實踐的技術經驗[9-11]，高風險路段的安全改善對策可分為“交通安全設施、交通流控制、交通安全管理和風險主動防控”四類，采取何種措施需要根據實際事故致因及其嚴重度，結合環境條件、施工預算等多方面因素共同決定，分階段有序地實施安全提升工程.代表性對策見表2.

表2 高風險路段交通安全改善對策

4.2 改善效果評估

針對A高速公路交通事故的分布特征，結合運營單位的年度養護預算，采用被動安全管理策略，重點針對連續長下坡的高風險路段進行了行車條件提升和安全改善，主要包括局部路段的V型震蕩標線、彩色瀝青路面和隧道進洞前的速度管理等措施.

安全提升措施實施前后，選取A高速公路交通事故數和事故管制總時長為性能指標，分析安全改善措施的有效性,見圖8.統計結果表明，通過有關措施的綜合應用，事故總起數和事故管制時長都有效減小，同期分別降低20%和35%，交通安全狀況得到有效改善.

圖8 A高速公路安全改善效果評估

5 結 論

1) 在時間分布上，1年中發生在雨季8、9月份的交通事故明顯增多，每天15：00-17：00發生的事故最多，而在夜間，由于連續疲勞駕駛，02:00和06：00的交通事故高發.

2)在空間分布上，平曲線半徑與事故發生頻數呈“雙駝峰”曲線分布，平曲線偏角與事故發生頻數呈分段拋物線規律，下坡路段交通事故發生的次數多于上坡路段，坡度-3%左右路段交通事故發生頻率最高，而不同復雜程度的線形組合將顯著影響高速公路的安全性.

3)根據統計的事故空間分布規律，提取了高風險線形指標參數及組合，歸納了高風險路段的交通安全改善的技術對策，并以實際高危路段安全改善為例，提出了適用于安全保障技術實施效果評估的性能指標，評估其效果.值得注意的是，在復雜道路條件、多樣氣候、駕員行為、特殊構造物等多因素的綜合作用下，高速公路交通事故的分布特性具有時空異質性，未來需要收集更多的數據樣本，研究交通事故分布規律的時空移值特性，并針對性地提出安全改善對策、控制技術和系統裝備.