微觀仿真軟件在公路安全性評價中的應用*

孫 欣，郭 俊，薛智規(guī)

微觀仿真軟件在公路安全性評價中的應用*

孫 欣1，郭 俊1，薛智規(guī)2

（1.長沙理工大學交通運輸工程學院，湖南長沙410114；2.長沙市交警支隊，湖南長沙410000）

現(xiàn)有公路安全性評價方法從公路線形幾何條件、運行車速協(xié)調性等方面進行評價，是靜態(tài)和局部的評價方法.利用微觀交通仿真進行動態(tài)全局評價，不僅可以對公路線形實現(xiàn)連續(xù)評價，而且可以將駕駛行為、車輛類型比例、交通流量考慮在內，更加綜合、全面地對公路安全性進行評價.以重慶長壽至梁平高速公路安全性評價為例，對提出的新方法與傳統(tǒng)方法進行了驗證和對比分析.

安全性評價；Vissim；運行速度；速度差；車速降低系數(shù)

公路的安全性評價分為兩種：宏觀評價和微觀評價.宏觀安全性評價一般是指在區(qū)域、路網層面上，通過分析交通安全、交通構成、人口基數(shù)、路網構成、經濟發(fā)展程度等因素之間的關系，制定相關優(yōu)化改善的政策.微觀安全性評價是從公路線形幾何條件、運行車速協(xié)調性、規(guī)范符合性檢查等方面進行評價，是靜態(tài)和局部的評價方法［1］.

目前國內關于高速公路交通安全性評價方法研究中，基于事故分析的公路安全評價方法是最直接、根本的方法，但是由于我國交通事故數(shù)據(jù)庫不完善，運營中的公路采集數(shù)據(jù)電子化不足，導致速度差與公路安全性的關系尚缺乏研究，目前主要是直接套用國外的結論［2］.交通沖突技術主要是通過對沖突樣本的分析，實現(xiàn)對道路的安全評價，但是僅局限于運營中的道路，對于設計或處于試運營中道路則無法評價.

現(xiàn)有道路安全性評價方法存在的不足，主要表現(xiàn)為受調查人員主觀判斷、道路條件和交通環(huán)境影響，對于規(guī)劃中的道路無法進行安全性評價.本文提出一種基于Vissim交通仿真的道路安全性評價方法.

交通仿真技術是隨著計算機技術進步而發(fā)展起來的采用復雜的數(shù)據(jù)模型反映復雜的交通數(shù)據(jù)處理與分析的方法.它結合交通信息技術、系統(tǒng)工程、交通工程等，通過仿真模型運行、圖形和數(shù)據(jù)的輸出與處理實現(xiàn)模擬動態(tài)交通.

1 微觀仿真Vissim簡介

Vissim是由德國PTV公司開發(fā)的微觀交通流仿真系統(tǒng)，主要特點是離散性、隨機性.在Vissim仿真過程中，以1／10秒為仿真步長.Vissim仿真系統(tǒng)主要由兩大程序組成，交通仿真器、信號狀態(tài)發(fā)生器.在Vissim仿真過程中，通過微觀的交通流仿真模型（跟車模型、車道變換模型）.通過Vissim仿真，可以多種條件下的交通流的運行情況，主要包括車道特性、交通組成、交通信號燈；同時運用仿真軟件可以模擬基礎設施實時運行情況；通過Vissim仿真可以輸出評價文件；如：行程時間、排隊長度等；它是分析和評價交通基礎設施建設各種方案的交通適應性情況的重要工具.

微觀仿真Vissim有以下幾個特點［3］：

（1）經濟.現(xiàn)實中無法通過調查或者實驗得到的數(shù)據(jù)，或者需要花費大量人力、物力的情況，可以通過Vissim交通仿真得到這些數(shù)據(jù).

（2）安全.通過微觀Vissim仿真得到實驗數(shù)據(jù)，避免外出調研可能出現(xiàn)的安全問題.

（3）可操控性.微觀交通仿真可以人為設置參數(shù)，通過設置不同參數(shù)組合，得到不同的數(shù)據(jù)結果，進而對不同數(shù)據(jù)進行分析和對比.

（4）可拓展性.通過仿真預測，預測復雜的道路交通狀況，彌補觀測數(shù)據(jù)不足.

2 公路安全性評價的微觀仿真方法

本文設計了基于微觀仿真的公路安全性評價的流程圖，如圖1所示.這種方法的優(yōu)點在于Vissim仿真建立了精確的模型，可以通過模擬仿真輸出大量的數(shù)據(jù).

基于微觀仿真進行公路安全性評價方法，主要包括仿真模型建立、模型參數(shù)標定、模擬仿真運行、輸出實驗數(shù)據(jù)、結果分析等步驟.在公路可行性研究階段和設計階段，傳統(tǒng)的《公路項目安全性評價指南》（下文簡稱為《指南》）法只能通過計算道路線形數(shù)據(jù)，得到運行速度，進而進行安全性評價［4］.而基于Vissim仿真，通過設置不同的模型參數(shù)，模擬不同速度條件下車流運行，可以直觀地模擬表現(xiàn)出運營階段道路的多種交通狀況，并且通過精確模型參數(shù)標定，輸出多組運行速度數(shù)據(jù).在多組運行速度的基礎上，可以使用公路評價方法對公路進行安全性評價，綜合分析得到精確的評價結果.在實例研究中，傳統(tǒng)的方法只能使用《指南》中的速度差法進行評價，而基于微觀仿真的則可以在充足數(shù)據(jù)的情況下，同時使用速度差法和車速降低系數(shù)法對公路進行安全性評價.

圖1 基于微觀仿真的安全性評價方法流程

3 實例研究

本文以重慶長壽至梁平高速公路安全性評價為例，對本文提出的方法進行驗證和對比分析.選取該高速公路事故率高、事故次數(shù)較多的典型路段，共5段.

表1 重慶長壽至梁平高速公路黑點路段

3.1基于《指南》速度差法的安全性評價

相鄰路段運行速度協(xié)調性評價已被寫入《指南》［5］，安全合理的路段速度差可以保證駕駛員能夠采用連貫的駕駛方式行車，避免緊急情況導致的短時間的復雜操作，提高駕駛員運行的安全性.

采用的計算公式：

式中V85i—調查斷面上的85%運行車速，V85i－1—連續(xù)的前一段面85%的車速.

ΔV＜10km／h：運行速度協(xié)調性好.ΔV為10～20km／h：運行速度協(xié)調性較好.條件允許時宜適當調整相鄰路段技術指標，使運行速度的差值小于或等于10km／h.ΔV＞20km／h：運行速度協(xié)調性不良.相鄰路段需要重新調整平縱面設計.

根據(jù)《指南》介紹的運行速度計算方法［6］計算得到的路段運行速度差：

（1）主線上行方向（長壽—梁平方向）

表2主線上行事故多發(fā)路段85%運行速度差（km／h）

由上表可以得出，主線上行方向事故多發(fā)段運行速度差基本小于10km／h，根據(jù)標準，得出的結果為典型路段上行方向運行速度協(xié)調性較好.

（2）主線下行方向（梁平—長壽方向）

表3 主線下行事故多發(fā)路段85%運行速度差（km／h）

由上表可以看出，主線下行方向事故多發(fā)段速度差小于10km／h的有四段.第1段有下坡，車輛在下坡段速度較快，駕駛員對車輛的操控性減弱，通過檢查，發(fā)現(xiàn)第1段（K7＋400－K9＋500），下坡段坡度較大，超過了《公路工程技術標準》設計速度80km／h的最大縱坡度限制，存在較大的安全隱患.

3.2基于微觀仿真的速度差法安全性評價

3.2.1 車輛類型比例及速度設置

《指南》所提供的方法中，直接根據(jù)公路幾何線形計算得到運行速度、靜態(tài)的評價速度差.在Vissim仿真中，通過設置車輛構成可以設置不同車型的速度，多次仿真模擬，得到多組評價所需數(shù)據(jù).本次仿真過程中，將計算得到的運行速度用于Vissim中期望車速決策點.

3.2.2 選擇使用關于仿真的期望速度

以運行速度作為仿真過程中的期望速度，可以在工程研究階段和設計階段，結合運行速度，實現(xiàn)動態(tài)模擬仿真，更直觀地實行動態(tài)模擬，輸出多組評價數(shù)據(jù).

3.2.3 根據(jù)Vissim仿真模擬得到運行速度數(shù)據(jù)所計算的運行速度差

（1）主線上行方向（長壽—梁平方向）

表4 主線上行相鄰路段事故多發(fā)路段85%運行速度差（km／h）

由表4可得出，V＞10km／h的路段共有5處，貨車在直線行駛段，對于行車安全性的影響不是很大.5個路段ΔV85為10～20km／h，整體的運行速度協(xié)調性較好.通過檢查，5個路段上行方向線形，發(fā)現(xiàn)第3段（K16＋700－K19＋500）經過檢查，其縱坡段坡度較大，超過了《公路工程技術標準》（JTG B01—2003）設計速度80km／h的最大縱坡度限制，貨車在此路段上減速較多，對路段整體安全性影響大.

（2）主線下行方向（梁平—長壽方向）

表5 主線下行相鄰路段事故多發(fā)段85%運行速度差（km／h）

由表5可得出，在主線下行方向ΔV＜10km／h，只有第4段，說明該路段下行運行速度協(xié)調性良好.第1段、第3段均有下坡段，車輛在下坡段速度較快，駕駛員對車輛的操控性減弱，通過檢查，發(fā)現(xiàn)第1段（K7＋400－K9＋500），下坡段坡度較大，超過了《公路工程技術標準》設計速度80km／h的最大縱坡度限制，存在較大的安全隱患.第5段上坡坡度較大，超過了標準的限制，貨車在此路段上減速較多，使該路段存在較大的安全隱患.

3.3基于微觀仿真的車速降低系數(shù)法安全性評價

在車輛的實際運行中，不同的運行速度情況，相同的變速幅度，車輛車速的降低系數(shù)變化是不一樣的，運行速度越高，事故率就越高.所以我們要引入SRC（車速降低因子），SRC計算公式如下［7］：

式中：V85i—調查斷面上的85%運行車速；V85i－1—連續(xù)的前一段面85%的車速.

在應用SRC對道路進行安全評價時，根據(jù)以往我國交通研究人員對雙車道公路的調查數(shù)據(jù)得出結論.

表6 SRC的評價標準

在仿真運行過程中，根據(jù)Vissim仿真中采集的數(shù)據(jù)，將速度分為3組：（1）60－80km／h；（2）80－100km／h；（3）100－120km／h；加速度分為2組：（1）0.5－1.5m／s2；（2）1.5－2. 5m／s2.根據(jù)Vissim仿真得到大量數(shù)據(jù)計算得到的車速降低系數(shù).

表7 主線上行方向事故多發(fā)路段車速降低系數(shù)表

由表7可知，在100－120km／h的范圍內，第3段SRC值較小，發(fā)現(xiàn)第3段（K16＋700－K19＋500）經過檢查，其縱坡段坡度較大，超過了《公路工程技術標準》（JTG B01—2003）設計速度80km／h的最大縱坡度限制，貨車在此路段上減速較多，對路段整體安全性影響大.

表8 主線下行方向事故多發(fā)路段車速降低系數(shù)表

由表8可以得到，主線下行事故多發(fā)路段車速降低系數(shù)均達到優(yōu)等.

《指南》法和基于微觀仿真公路安全性評價方法對比分析如下：相比較《指南法》，微觀仿真法有著明顯的優(yōu)勢，它克服了小樣本、長周期的缺點，基于充足的樣本，可以使用多種方法進行評價.《指南》法只能找出一處問題路段，而微觀仿真法能精確的確定兩處問題路段.通過分析以上兩種方法的評價結果，可以看出微觀仿真法更加精確，可靠性高.

4 結論

基于Vissim微觀交通仿真進行公路安全性評價，是精確可靠的.基于微觀仿真安全性評價更適合于公路的可行性研究和設計.微觀仿真可以通過對根據(jù)線形計算出來的運行速度進行動態(tài)仿真，得到多組輸出數(shù)據(jù)，實現(xiàn)到動態(tài)的評價，得到更加精確的公路安全性評價結果.

［1］何勇，張鐵軍.公路安全性評價［J］.公路，2007，（8）：36－39.

［2］黃曉清，柳本民，郭忠印.交通仿真在道路安全評價中的應用［J］.山東交通科技，2006，（2）：50－57.

［3］郭忠印，方守恩.道路安全工程［M］.北京：人民交通出版社，2003.

［4］中建標公路委員會.JTGB01.2003公路工程技術標準［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［5］華杰工程咨詢有限公司.JTG／T B05－2004公路項目安全性評價指南［S］.廣州：廣州出版社，2004.

［6］柳本民，楊志清，孔令旗.道路運營安全性評價方法與指標［J］.中國安全科學學報，2007，（4）：151－156.

［7］徐進，宋大成，邵毅明.用速度的連續(xù)與均衡性來評價道路安全以及判定危險位置［J］.中國安全科學學報，2007，（2）：155－161.

Study on the Application of M icroscopic Simulation in the Highway Safety Evaluation

SUN Xin1，GUO Jun1，XUE Zhigui2
（1.Traffic and Transportation Engineering College，Changsha University of Science and Technology，Changsha Hunan 410114，China；2.Changsha Traffic Police Detachment，Changsha Hunan 410000，China）

The existing highway safety evaluation method focuses on geometric curve and operating speed coordination.The traditional method is static and partial evaluation method.The paper proposes a dynamic and global evaluation method usingmicroscopic simulation.The proposed method cannot only evaluate safety continuously，but also consider drivers’behaviors，the composition of vehicle type，traffic volume.The proposedmethod can comprehensively evaluate highway safety.The paper takes a highway from Chongqing to Liangping as an example and compares the evaluation results of the proposed method with the traditional one.

safety evaluation；Vissim；operating speed；speed difference；speed dropping parameter

TP311

A

1008－4681（2014）02－0050－04

（責任編校：晴川）

2014－03－05

孫欣（1978－），男，江西南昌人，長沙理工大學交通運輸工程學院碩士生.研究方向：交通安全.