不同用地類型交叉口右轉車與行人沖突分析

楊曉芳 姬玉樂

摘 要：為減少人車沖突及其帶來的交通安全隱患問題，對不同用地類型的交叉口右轉機動車與行人之間的沖突進行研究。基于視頻得到人車沖突數據，通過模糊C均值聚類方法分析不同交叉口沖突嚴重程度與沖突原因。通過沖突聚類分析發現，不同用地類型的交叉口沖突發生原因和嚴重程度各不相同。其中，生活區交叉口行人到達無規律，且路口尺寸較小，其嚴重性沖突占33.3%。

關鍵詞：信號交叉口;人車沖突;模糊C均值聚類;沖突嚴重度

DOI：10. 11907/rjdk. 201624 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

中圖分類號：TP301文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2020）008-0060-05

Abstract： In order to reduce the conflict between pedestrians and vehicles and the hidden danger of traffic safety， this paper studies the conflict between right-turning vehicles and pedestrians at different land-use intersections. Based on the video data of pedestrian-vehicle conflict， the paper analyzes the conflict severity of different intersections by fuzzy C-means clustering method， and further studies the causes of each type of intersection conflict. Through the cluster analysis of the conflicts， it is found that the causes and severity of the conflicts are different at different land-use intersections. The results show that 33.3% of the intersections in the living area are serious conflicts， which are higher than those in the commercial area and the school district.

Key Words： signalized intersection; pedestrian-vehicle conflict; fuzzy C-means clustering; conflict severity

0 引言

在我國信號交叉口，通常右轉機動車有專用車道且不受信號燈控制，因此行人過街時會與右轉機動車搶奪道路時空資源，此時行人與右轉車輛互相影響。而行人作為慢行交通參與者，在人車交互作用中處于劣勢位置，嚴重的人車沖突會給行人安全造成巨大威脅。同時，不同用地類型的交叉口沖突原因和特征不同，對行人過街和車輛通行造成干擾，使交通秩序更加混亂。因此，為提高行人過街安全性，有效避免交通事故，有必要對不同用地類型交叉口右轉機動車與行人之間的沖突進行研究。

交叉口處行人與右轉機動車的沖突非常頻繁且復雜，現有研究以沖突參數選擇和沖突特性為主要研究對象。如Tourinho等[1]對交叉口人車沖突的參數選擇進行了研究;Kumar等[2]通過基于時間的沖突指標，研究行人與右轉機動車之間的交互作用;周竹萍等[3]運用聚類分析方法得出交通沖突的嚴重性和危險度;曹雨[4]以車輛減速度大小為沖突判別指標，對交叉口早晚高峰和平峰時段的沖突點進行評價;Chen等[5]研究車輛和行人在不同幾何布局條件下的隨機行為，反映信號人行橫道沖突發生的頻率和嚴重程度;還有學者[6-8]在沒有信號控制的交叉口，對不同行人和機動車到達流量下人行橫道各斷面的沖突變化特征、行人和車輛延誤分布以及影響人車沖突的顯著因素進行研究。

現有人車沖突研究大多以單一的交叉口為對象，針對沖突行為及嚴重性進行分析，缺乏對不同類型交叉口沖突誘因及表征的研究。因為交叉口附近用地類型不同，相應周邊行人和右轉機動車交通特性不同，產生沖突的原因和危險程度也不同。因此，本文通過常用的交通沖突指標，運用模糊C均值分析方法，對周邊用地不同的信號交叉口沖突現象進行研究，通過聚類分析將沖突劃分不同等級，明確引起沖突的內在原因。

1 交通特性分析

現有研究多在單獨的交叉口開展，本文聚焦于不同用地類型的交叉口，分析周邊行人的過街方式和右轉車輛駕駛員行為。因此，本文選取上海市位于商業區、學校區和生活區的3個交叉口進行實地調查，如圖1所示。

1.1 行人過街特性分析

對于用地類型不同的交叉口，行人特征會因周邊環境影響存在差異。交叉口A位于上海市副中心，周邊繁華商業區居多，行人多結伴出行，以中青年人為主，且位置緊鄰地鐵站，行人到達具有一定規律性;交叉口幾何尺寸較大，信號周期長，行人過街等待時間長。在有信號燈控制的交叉口處，行人平均等待時間是26.65s[9]，可接受的等待時間大約是30s～50s[10]，當等待時間過長、超過行人極限容忍時間時，易有行人違法過街。

交叉口B位于學校周邊，行人主體多為大學生，守法意識強，周末出行較多，但沒有明顯峰值;周邊有公交站臺，當有公交車集中到達時，會有大量行人不定時涌入交叉口等待過街;南北向車道數多，路口設置二次過街，行人違法率低。

交叉口C處于生活區，周邊多是居住小區、超市等，行人到達具有隨機性，以小學生、中老年人為主，流量會在17點～18點達到峰值;路口幾何尺寸普遍較小，人行橫道短，行人會選擇可接受間隙過街，違法率較高。

1.2 右轉機動車運行特性分析

機動車在到達不同交叉口時，會根據交叉口尺寸大小、道路條件和行人流量等進行不同的速度控制和停車操作。

位于商業區和學校區的交叉口A、B路口幾何尺寸較大，有右轉專用車道，右轉機動車流量較大，且不受信號燈控制。右轉車輛到達隨機且服從泊松分布[10]，如圖2所示，當車輛連續駛入交叉口時，會在位置1處開始減速避讓行人，速度大約下降5km/h～10km/h，減速度大約為2m/s2;進入交叉口后，車輛會以較低速度完成轉彎，當車輛到達位置2時，開始加速。

位于生活區的交叉口C，車道數少，沒有右轉專用車道。行人到達具有隨機性，且會選擇可接受間隙過街。因行人突然闖入，該狀態下行人運行方向和速度不穩定，可能停滯不前、加速搶行或退后讓行等，駕駛員和行人都無法預估對方后續行為，便會造成較大的人車沖突。這種情況下，車輛為避讓行人會直接在位置1減速至停車，待行人安全過街后，再重新啟動車輛加速完成轉彎行為。

2 人車沖突分析

2.1 沖突定義

本文研究的行人與右轉機動車之間的沖突屬于人車沖突，可定義為：在行人與右轉車輛的互動過程中，雙方在同一時間、空間上相互接近，有一方或雙方為規避危險而發生異常行為，如行人后退、減速停步，或加速奔跑，車輛車速驟降、突然剎車、停車或改變車輛運行軌跡等。

在城市道路中，行人與右轉車輛相互作用是常見場景。一方面，由于駕駛員缺乏讓行意識，在到達人行橫道處未能提早采取措施讓行，會和行人發生沖突;行人作為車外參與者，確保自己安全過街的前提下，會與右轉車輛搶奪道路時空資源，極易導致沖突發生。

在右轉機動車運行不受信號燈控制的交叉口，車輛在一次轉彎過程中會與東西向或南北向行人發生沖突，兩個沖突點如圖3所示。在發生沖突時，行人和駕駛員都無法預估對方行為，因此機動車的表現多是大幅度降速、緊急剎車或停車避讓。

2.2 數據收集

本文運用視頻錄像觀測法獲取交叉口人車沖突數據，選取上海市楊浦區附近3個不同用地類型的交叉口，在行人和車流量較大時連續觀測1小時，具體數據如表1所示。

觀察表1數據可知，不同交叉口發生沖突的次數不相同，這與交叉口附近用地類型、道路設計、右轉車流量和行人量相關。

2.3 沖突指標

為了量化沖突，本文根據實地觀察的沖突情況性質選擇指標。對于行人和車輛之間的過街沖突，后侵犯時間（Post Encroachment Time，PET）被認為是最佳測量方法[11]，因為它精確地捕捉了一次沖突的靠近程度。安全減速度（Deceleration to Safty Time，DST）和事故時間（Time to Accident，TTA）可表征沖突嚴重程度和碰撞時間變化。因此，本文選擇以上3個基于時間的指標。

2.3.1 PET

PET指第一個道路使用者離開潛在沖突區域到第二個道路使用者到達沖突區域之間的時間，即后侵犯時間，單位為秒。該指標不涉及速度，并且方便獲取。

該算法計算流程如圖7所示。

3.2 聚類結果分析

本文基于后侵犯時間、行人安全減速度、沖突時間指標建立沖突樣本數據庫，通過Matlab軟件對駛入交叉口的145個沖突樣本進行分析，按照FCM算法流程，設定類中心c=4，聚類結果如圖8所示。圖中，黑色散點是145次沖突在三維坐標中的位置，彩色散點是每次人車沖突在二維平面DST×TTV、PET×TTV、PET×DST的投影（彩圖掃描OSID碼可見）。

根據聚類結果，設置沖突嚴重等級為潛在沖突、輕微沖突、一般沖突、嚴重沖突。通過40次迭代，最終結果趨于收斂，得到聚類中心（PET、DSTped、TTV）坐標，它反映了4個不同沖突等級的指標特征，如表3所示。

嚴重沖突和潛在沖突代表兩種極端情況，前者表示人車沖突非常危險極有可能發生碰撞事故，后者表示沖突危險系數小，從圖9可以直觀地看到，只有少數沖突樣本屬于這兩類情況。針對本文調查的人車沖突樣本，聚類顯示更多的是一般沖突，這與實際交通情況相符合。

為了比較聚類質量，將所有輪廓繪制到一個圖中顯示整個聚類。寬輪廓意味著較大的輪廓值，k= 4時的輪廓如圖10所示。整體輪廓值越小，聚類效果越差;整體輪廓值越高，聚類效果越好。圖10中整個數據集輪廓值顯示了對數據進行聚類的合理性和準確性。

3.3 結論

各交叉口沖突的嚴重程度分布情況如表4所示。3個交叉口的人車沖突中，一般沖突比例最高。其次，交叉口A的沖突分布近似于正太分布，交叉口B的沖突集中于一般沖突，交叉口C的沖突較為嚴重。綜合表4的數據與實際現場調查，可得到如下結論：

（1）交叉口A周邊用地是商業區，靠近商場和地鐵口，行人到達具有一定規律性和密集性，因而行人與車輛的沖突有一定規律性。

（2）交叉口B周邊用地是學校，行人守法意識強，但因右轉機動車流量大，也引起了一定沖突，危險度中等。

（3）交叉口C周邊用地是生活區，晚高峰行人較多且到達無規律，路口幾何尺寸比其它兩個路口小，人行橫道倒角深度小，容易造成危險度較高的沖突。

4 結語

本文基于不同用地類型交叉口的行人和車輛交通特性，結合實地調查數據，采用基于時間的沖突指標，通過聚類算法對人車沖突發生的原因和危險程度進行分析。結果表明，行人到達與相關交叉口沖突具有規律性相關;商業區交叉口沖突嚴重程度趨于正態分布，位于學校區交叉口的沖突中，72.97%是一般沖突;位于生活區交叉口的嚴重沖突較其它交叉口占比更高。

本文研究對采取不同措施緩解不同交叉口人車沖突有一定參考作用，后續研究將結合交叉口道路設計、信號配時作進一步分析。

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（責任編輯：江 艷）