互通式立交高事故率出口的判定方法

吳朝陽，楊少偉，林　嵐，潘兵宏，張　馳

1)長安大學(xué)特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710064； 2)西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息系，陜西西安 710014

?

【交通物流 / Transportation Logistics】

互通式立交高事故率出口的判定方法

吳朝陽1，楊少偉1，林嵐2，潘兵宏1，張馳1

1)長安大學(xué)特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710064； 2)西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息系，陜西西安 710014

為解決高速公路互通式立交出口交通事故多發(fā)的問題，基于現(xiàn)行判定理論，利用所收集到剎車痕跡集中點(diǎn)的位置分布，提出定量計(jì)算剎車痕跡集中點(diǎn)處痕跡數(shù)量的方法.結(jié)合互通式立交出口處路線幾何指標(biāo)及其附近預(yù)告標(biāo)志牌信息量，分析高速公路立交出口剎車痕跡集中的原因，提出導(dǎo)致剎車痕跡集中現(xiàn)象主客觀原因的界線標(biāo)準(zhǔn). 結(jié)果表明，該判定方法找出了客觀影響因素占主導(dǎo)的互通式立交問題出口，確定了其優(yōu)先改善次序. 通過持續(xù)循環(huán)利用本方法對(duì)該問題出口節(jié)點(diǎn)集中位置的檢查和改善，提高了車輛的運(yùn)行順暢，降低了不合理緊急制動(dòng)發(fā)生的概率.

道路工程；互通式立交；出口；剎車痕跡；交通故事；鑒定模型

交通安全是世界性問題，特別是占事故比例很大的高速公路互通式立交出口處的交通安全更值得重視，判斷潛在事故多發(fā)出口、找出事故多發(fā)的原因，確定其優(yōu)先改善次序、提出改善對(duì)策，是高速公路安全的主要目標(biāo).因此，如何正確、迅速并實(shí)時(shí)地鑒定出高事故率互通式立交出口，對(duì)改善高速公路安全運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.

目前，中國對(duì)高速公路事故多發(fā)點(diǎn)已有較多研究，存在較多判定方法和理論, 如專家經(jīng)驗(yàn)法、安全系數(shù)法(前蘇聯(lián))及較普遍的事故率法.事故率法是以各路段區(qū)間上在給定時(shí)間段內(nèi)發(fā)生一次事故的概率大小為依據(jù)確定事故多發(fā)點(diǎn). 按照這種方法，通常得到的事故多發(fā)點(diǎn)較多，因此必須檢查事故分布異常的路段；質(zhì)量控制法是一種按照質(zhì)量控制理論進(jìn)行事故多發(fā)點(diǎn)篩選的方法.假定任何情況下，交通事故發(fā)生的概率服從汽車每車每公里平均事故次數(shù)的泊松分布，并設(shè)這一分布的置信水平上限值為UCL，將i路段發(fā)生事故的實(shí)測(cè)值與UCL對(duì)比，若實(shí)測(cè)值大于UCL，則i路段就是危險(xiǎn)大的路段，可確定為一個(gè)事故多發(fā)點(diǎn).周偉等[1]利用交通沖突技術(shù)對(duì)危險(xiǎn)路段進(jìn)行評(píng)價(jià)，該方法利用假設(shè)交通沖突的分布函數(shù)，提出了臨界值X作為判定正常與異常的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)相關(guān)理論建立了事故多發(fā)點(diǎn)的判定模型和標(biāo)準(zhǔn).

但采用事故類方法進(jìn)行交通安全評(píng)價(jià)和事故多發(fā)點(diǎn)的判定存在樣本少、周期長、所需數(shù)據(jù)路段長及置信度低的缺點(diǎn).此外，在應(yīng)用事故類方法時(shí)，中國的研究人員缺乏對(duì)高速公路交通事故系統(tǒng)性大范圍的記錄及統(tǒng)計(jì)，且處理交通事故的一線工作人員對(duì)交通事故產(chǎn)生原因的分析容易帶有主觀性，往往缺乏與公路設(shè)計(jì)及科研相關(guān)的專業(yè)素養(yǎng)，無法對(duì)產(chǎn)生事故的主客觀原因進(jìn)行準(zhǔn)確鑒別.利用交通沖突技術(shù)存在著重理論缺實(shí)踐，認(rèn)為交通沖突僅是不同車輛之間沖突，忽視了對(duì)導(dǎo)致沖突公路本身的內(nèi)在本質(zhì)原因探究.為確保問題出口得到很好的鑒別，需采用新的評(píng)價(jià)和判定方法.若能找到一種方式，既能獲得大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，又能深刻知曉事故危險(xiǎn)特性，就可以獲得解決辦法.剎車痕跡是激烈交通沖突的直觀印跡，產(chǎn)生痕跡不一定產(chǎn)生事故，但緊急制動(dòng)與交通事故有很強(qiáng)的相關(guān)性.這種“沖突”包括駕駛員期望的駕駛行為與實(shí)際道路及信息所指引的駕駛行為之間的沖突，也包括車輛之間的交通沖突.故剎車痕跡集中路段是高速公路上的重大事故隱患點(diǎn).痕跡不僅是事實(shí)沖突的直接證據(jù)，且具有快速動(dòng)態(tài)變化及可定量分析的優(yōu)點(diǎn)，在上述方法的理論基礎(chǔ)上，應(yīng)用剎車痕跡對(duì)高速出口交通狀況進(jìn)行觀測(cè)分析，建立方法對(duì)問題出口進(jìn)行判定，有助提出安全改善措施.國內(nèi)對(duì)剎車痕跡的研究多數(shù)是利用剎車痕跡對(duì)某一具體緊急制動(dòng)事件進(jìn)行觀測(cè)，通過觀察剎車痕跡形態(tài)特征來得出車輛緊急制動(dòng)時(shí)的狀態(tài).目前對(duì)剎車痕跡的研究多集中在對(duì)單個(gè)痕跡進(jìn)行研究，主要是為了分析產(chǎn)生痕跡車輛剎車前的行駛速度，為事故原因及責(zé)任認(rèn)定提供依據(jù). 盧輝忠等[2]從交警的角度出發(fā)，利用剎車痕跡集中來判斷高速公路危險(xiǎn)源，羅列了較多的集中原因，但尚欠缺揭示集中的本質(zhì)原因及深層次的解決辦法.本研究通過對(duì)高速公路互通式立交出口處剎車痕跡進(jìn)行觀察，提出對(duì)痕跡定量計(jì)算及分析的辦法，從理論上提出問題出口的鑒定辦法，并據(jù)此提出界定導(dǎo)致剎車痕跡集中現(xiàn)象的主客觀原因的界線標(biāo)準(zhǔn).

1　痕跡選擇的合理性分析

高速公路快速行駛車輛的緊急制動(dòng)，實(shí)質(zhì)上是不安全交通行為的標(biāo)線形式，其發(fā)展結(jié)果可能導(dǎo)致事故的發(fā)生，也可能由于采取措施得當(dāng)，而避免事故發(fā)生，因而事故與緊急制動(dòng)存在相似的內(nèi)容.

1.1痕跡的產(chǎn)生

當(dāng)車輛在高速運(yùn)行下，駕駛員發(fā)現(xiàn)發(fā)生或即將發(fā)生緊急情況時(shí)，采取緊急制動(dòng)以避險(xiǎn)后會(huì)產(chǎn)生印跡，由于車胎表層承受摩擦力有限，隨著制動(dòng)力快速上升，當(dāng)輪胎與路面經(jīng)歷了滾動(dòng)、連滾帶滑及滑動(dòng)3個(gè)過程后產(chǎn)生剎車痕跡.帶有制動(dòng)防抱死系統(tǒng)(antilock brake system，ABS)的小客車在緊急制動(dòng)的情況下，會(huì)在路面上留下一條斷續(xù)的痕跡，不帶ABS的車輛則會(huì)產(chǎn)生連續(xù)的痕跡[3].

1.2痕跡產(chǎn)生的位置

調(diào)查發(fā)現(xiàn)痕跡主要存在于高速分流部.根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，沈大高速公路互通式立交范圍內(nèi)總的事故集中在分流端及后的出口匝道，約占互通區(qū)域事故總數(shù)的61%[4]，這與痕跡集中位置相契合，事故發(fā)生的集中位置與痕跡的集中位置存在強(qiáng)相關(guān)性.

1.3痕跡集中的原因及影響因素

國內(nèi)外交通事故統(tǒng)計(jì)表明，在引發(fā)各類交通事故和運(yùn)行效率低下的原因中，駕駛員失誤約占事故成因的70%，然而歐盟在對(duì)13 000起事故樣本進(jìn)行調(diào)查后卻認(rèn)為，事故總數(shù)的70%是由道路缺陷所致，其結(jié)論與前者大相徑庭[5].一方面對(duì)痕跡集中現(xiàn)象的分析，有助于發(fā)現(xiàn)立交出口系統(tǒng)性的問題節(jié)點(diǎn)及產(chǎn)生原因，另一方面可提出區(qū)分主客觀原因占主導(dǎo)的界定范圍.會(huì)對(duì)駕駛行為造成影響的公路幾何指標(biāo)，及駕駛員生理因素的測(cè)量及其量化較為方便，但眾多因素綜合起來的影響較難分析.剎車痕跡集中現(xiàn)象反映了在復(fù)雜多因素影響下，高速公路系統(tǒng)性的問題節(jié)點(diǎn)，克服了無法對(duì)多種因素進(jìn)行逐一量化分析及對(duì)其綜合的影響效果分析的缺陷.

1.4痕跡的時(shí)空特性

痕跡產(chǎn)生后，隨著時(shí)間的推移，留存在路面上的剎車痕跡受其他車輛輪胎及氣候環(huán)境的影響會(huì)逐漸消失，剎車越嚴(yán)重的痕跡在道路上的存留時(shí)間也越長，這一特性不僅反映了近一段時(shí)間痕跡集中位置車流運(yùn)行的實(shí)際情況，也很好避免了偶然因素所導(dǎo)致的剎車痕跡，可對(duì)問題出口因路網(wǎng)及交通特性等變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)鑒定，及對(duì)實(shí)施的改善措施進(jìn)行效果及時(shí)評(píng)價(jià).

1.5交通事故的替代事件

因交通事故的罕見性、偶然性及數(shù)據(jù)的小樣本不全面性，單純利用交通事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可能會(huì)忽略或放大某些路段發(fā)生事故的概率，故需一些與交通事故有強(qiáng)相關(guān)性的事件，作為對(duì)交通事故的替代事件. Donmez等[6]利用收集來的緊急制動(dòng)事件用以觀測(cè)駕駛員的行駛生理特性，并沒有將緊急制動(dòng)事件的發(fā)生與公路的指標(biāo)等相關(guān)設(shè)施聯(lián)系起來. Zoltan等[7]利用安裝在貨車上的行車安全系統(tǒng)來記錄貨車的一些緊急制動(dòng)事件，從而對(duì)公路的安全作出評(píng)價(jià)，貨車的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)各種交通組成并不具有普遍性，且單一實(shí)驗(yàn)得到的緊急制動(dòng)情況，并不能很好地涵蓋高速公路中普遍的易產(chǎn)生緊急制動(dòng)路段.Bagdadi等[8-9]利用設(shè)備記錄車輛在行駛過程中的剎車事件，從而判斷出公路中易產(chǎn)生激烈交通沖突路段，同樣此研究?jī)H通過實(shí)驗(yàn)來確定交通沖突路段，未能涵蓋普遍的交通沖突路段.這種實(shí)驗(yàn)性質(zhì)對(duì)車輛制動(dòng)的統(tǒng)計(jì)缺乏對(duì)路段合理及非合理沖突的區(qū)分，導(dǎo)致某些路段的交通沖突無法消除.作為替代事件的緊急制動(dòng)產(chǎn)生的痕跡能很好地克服以上缺點(diǎn)，對(duì)其定量的分析有助于鑒別問題出口.

可見，痕跡的集中反映了高速公路車輛安全運(yùn)行狀態(tài)的變化趨勢(shì)，也能夠反映安全水平的高低，所以剎車痕跡是較好的事故替代方法，用剎車痕跡作為對(duì)問題出口的鑒別有效合理.

2　痕跡影響因素及量化方法

觀察西安繞城高速公路發(fā)現(xiàn)，剎車痕跡集中主要存在于高速公路立交出口的減速車道及其鄰近的預(yù)告標(biāo)志位置附近，故本研究?jī)H考慮減速車道出口及其鄰近位置預(yù)告標(biāo)志附近剎車痕跡集中現(xiàn)象.根據(jù)集中位置對(duì)駕駛員車輛正常行駛影響最大的視距及標(biāo)志牌因素展開分析.

2.1標(biāo)志牌信息條目計(jì)數(shù)

在相同的設(shè)計(jì)速度及視距條件下，標(biāo)志牌信息量的增加，無疑強(qiáng)化了駕駛員對(duì)標(biāo)志牌信息的認(rèn)讀及理解時(shí)間.為分析剎車痕跡分布及條數(shù)與標(biāo)志牌信息量之間的關(guān)系，需要對(duì)標(biāo)志牌中的信息進(jìn)行計(jì)數(shù)，根據(jù)研究，人們?cè)谧⒁夥秶鷥?nèi)可以包含5±2個(gè)漢字，因此，對(duì)于一個(gè)漢字的感知理解時(shí)間和對(duì)7個(gè)以下多漢字的感知理解時(shí)間是相同的[10]，但一般標(biāo)志牌上的信息不同，駕駛員只能選擇其中一個(gè)進(jìn)行加工分析，故對(duì)小于7個(gè)字符的1條完整清晰的信息本研究認(rèn)為是1條信息條目.圖1為一個(gè)典型的高速公路立交出口標(biāo)志牌，按照上述研究結(jié)論，計(jì)算其信息條目數(shù)為5條(如圖中虛線框所示，拼音不統(tǒng)計(jì)在內(nèi)).

2.2痕跡量化

剎車痕跡在高速公路上分布較廣，出口附近痕跡的縱向分布與標(biāo)志牌有明顯關(guān)系，需對(duì)標(biāo)志牌所能影響范圍進(jìn)行界定，此外單獨(dú)的剎車痕跡好計(jì)數(shù)，對(duì)平行容易辨識(shí)的一對(duì)剎車痕跡記為1條，對(duì)于痕跡交錯(cuò)密布，難以對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)，需采用其他方法進(jìn)行計(jì)數(shù)，經(jīng)過分析計(jì)算采用如下方法對(duì)計(jì)算區(qū)域及痕跡條數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù).

首先，確定計(jì)數(shù)范圍. 對(duì)標(biāo)志牌附近痕跡計(jì)數(shù)范圍的界定需考慮駕駛員的車速、反應(yīng)時(shí)間及標(biāo)志牌信息量等因素.根據(jù)交通部公路所的實(shí)驗(yàn)，不同速度下對(duì)指示標(biāo)志的判讀距離實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1[10].對(duì)于兩個(gè)標(biāo)志牌間距離小于標(biāo)志判讀距離的情況，采用標(biāo)志牌之間的實(shí)際距離作為計(jì)數(shù)范圍.

表1　不同速度下指示標(biāo)志的判讀距離[10]

其次，確定計(jì)數(shù)方法在計(jì)數(shù)范圍內(nèi)，對(duì)易于辨識(shí)的痕跡(指單獨(dú)一輛車緊急制動(dòng)產(chǎn)生的一對(duì)平行的痕跡)單獨(dú)計(jì)數(shù)；對(duì)于痕跡交錯(cuò)密布，無法清晰區(qū)分辨識(shí)的采用如下規(guī)則計(jì)數(shù).確定痕跡的長度，由于剎車痕跡的長度與諸多因素有關(guān)，理論計(jì)算較復(fù)雜，且不具有普適性.通過統(tǒng)計(jì)觀察到的清晰痕跡長度，其分布見圖2.

圖2　痕跡長度分組頻數(shù)分布Fig.2　The distribution of the mark length

由于不同的交通組成和設(shè)計(jì)速度等因素對(duì)痕跡長度影響較大，單獨(dú)一條高速公路剎車痕跡長度的分布函數(shù)并不具有普適性，且該次數(shù)據(jù)量較少，并不具有明顯的統(tǒng)計(jì)分布意義，采用10%處的痕跡長度作為縱向分段的痕跡長度，以此保證分段區(qū)間內(nèi)至少90%的痕跡在此區(qū)段內(nèi)可被計(jì)數(shù)，計(jì)算得到90%分位處的痕跡長度d(如圖2)約為10 m.一般輪胎的寬度dl在145～285 mm，普通小客車的輪胎寬度在180 mm左右，因此采用180 mm作為計(jì)算的痕跡寬度(由于輪胎邊緣存在圓角，實(shí)際的痕跡寬度與輪胎寬度并不一致，考慮到較密痕跡的分布位置痕跡并不是完全覆蓋，故仍舊采用輪胎寬度作為計(jì)算的痕跡寬度).由于車輛類型較多，輪胎寬度不一，但大型車緊急制動(dòng)影響較大，故仍采用小客車輪胎寬度作為計(jì)算寬度.

圖3　痕跡密集區(qū)區(qū)域劃分示意圖Fig.3　(Color online) The schematic diagram of the zoning brake marks intensive areas

(1)

其中， ni為第i個(gè)分區(qū)(1個(gè)痕跡密集區(qū)段內(nèi)縱向上有j個(gè)分區(qū))范圍內(nèi)痕跡計(jì)算數(shù)目； D為單個(gè)分區(qū)橫向最寬處的寬度(單位：cm).

3　剎車痕跡統(tǒng)計(jì)分析

3.1緊急制動(dòng)事件發(fā)生的概率分布

產(chǎn)生痕跡的緊急制動(dòng)屬于隨機(jī)事件，因此可以用概率統(tǒng)計(jì)理論來研究.對(duì)產(chǎn)生痕跡的緊急制動(dòng)進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在較短時(shí)間內(nèi)常無法觀測(cè)到產(chǎn)生痕跡的緊急制動(dòng)，因此，宜用泊松過程模擬緊急制動(dòng)事件的發(fā)生.

設(shè)在出口的固定時(shí)間內(nèi)發(fā)生痕跡的緊急制動(dòng)次數(shù)為X， 顯然X是隨機(jī)的.將該出口平均劃分為n個(gè)時(shí)間段， 當(dāng)n足夠大時(shí)，每個(gè)小區(qū)段時(shí)間內(nèi)不會(huì)發(fā)生2次或以上的緊急制動(dòng)事件，則

(2)

其中， Xi為該出口第i段時(shí)間內(nèi)發(fā)生緊急制動(dòng)的事件，當(dāng)Xi=1時(shí)，表示該小段時(shí)間內(nèi)發(fā)生1次緊急制動(dòng)事件，概率為p； 當(dāng)Xi=0時(shí)，表示沒有發(fā)生緊急制動(dòng)事件，概率為q； p+q=1. 分析可知，該出口給定時(shí)間段內(nèi)發(fā)生緊急制動(dòng)事件的次數(shù)為

(3)

由于X1, X2, …, Xn之間相互獨(dú)立，都服從0-1分布，據(jù)此可知在該給定時(shí)間段內(nèi)發(fā)生緊急制動(dòng)事件服從二項(xiàng)分布，即X～B(n, p). 在某一出口發(fā)生一次緊急制動(dòng)是小概率事件，即p?1， 當(dāng)樣本量足夠大時(shí)，由泊松定律可知， X近似服從泊松分布，即當(dāng)p>0且p?1， n?1時(shí)

(4)

其中， x=0,1,2,3,…； λ=np為泊松分布的數(shù)學(xué)期望，表示該出口在給定時(shí)間內(nèi)理論上發(fā)生緊急制動(dòng)事件的次數(shù).不同的出口由于幾何指標(biāo)及公路環(huán)境等的不同，各自有不同的λ值，但對(duì)同一出口，在各種影響因素沒有發(fā)生明顯變化時(shí)，可視該值不變，而λ值代表了該出口發(fā)生事故的危險(xiǎn)程度，顯然λ值越大，則表示該處發(fā)生交通事故的概率越大，對(duì)一個(gè)出口而言，其痕跡數(shù)目H即為np.

3.2問題出口的判定模型

問題出口的判定是對(duì)單個(gè)出口的判定，建立以緊急制動(dòng)事件為基礎(chǔ)的問題出口判定模型的主要依據(jù)有：① 緊急制動(dòng)是一種嚴(yán)重沖突，這種沖突與事故有強(qiáng)相關(guān)性，緊急制動(dòng)間接反映了該出口安全水平；② 緊急制動(dòng)集中出口很好反映了該出口處系統(tǒng)性的問題；③ 緊急制動(dòng)較好反映了該出口處駕駛員安全感程度；④ 單個(gè)出口一定時(shí)間段內(nèi)緊急制動(dòng)事件發(fā)生的規(guī)律服從泊松分布.

出口處緊急制動(dòng)事件較好地服從泊松分布，因此對(duì)某一出口t時(shí)段內(nèi)的預(yù)期沖突構(gòu)成的任意樣本總體，由式(4)可得出x出現(xiàn)的概率.

(5)

當(dāng)某個(gè)出口在一個(gè)特定時(shí)間段內(nèi)的預(yù)測(cè)緊急制動(dòng)事件次數(shù)概率大于臨界限值S時(shí)，那么該出口就可以認(rèn)為是問題出口.判定某個(gè)出口是否為問題出口的過程就是要求求解制動(dòng)事件λ在顯著性水平S下的臨界值X. 一般出口處的緊急制動(dòng)事件次數(shù)X比較大，根據(jù)二項(xiàng)分布的中心極限定理，隨機(jī)變量

(6)

近似服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布N(0,1)(當(dāng)X→∞時(shí))， 由于p是充分小的數(shù)，故

(7)

基于以上的假定和推理，可以認(rèn)為N個(gè)出口在固定時(shí)間段內(nèi)緊急制動(dòng)事件發(fā)生次數(shù)服從正態(tài)分布，據(jù)此可近似求解臨界緊急制動(dòng)值為

X≈λ+u(1-S/2)

(8)

根據(jù)一般工程可靠性要求，80%以上的可信度完全能滿足精度要求，據(jù)此選擇80%分位值C80作為出口是否異常，及客觀因素是否占主導(dǎo)情況的界定標(biāo)準(zhǔn).

4　應(yīng)用舉例

對(duì)西安繞城高速公路路面剎車痕跡按照上述方法進(jìn)行采集計(jì)數(shù)并進(jìn)行分析，該高速公路為雙向6車道，設(shè)計(jì)速度為120 km/h.經(jīng)觀察，剎車痕跡集中主要發(fā)生在減速車道及標(biāo)志標(biāo)牌附近.共統(tǒng)計(jì)繞城高速公路11座立交.從出口的3 km(或2 km)處標(biāo)志牌開始統(tǒng)計(jì)，直至小鼻點(diǎn)處的所有剎車痕跡的數(shù)量及分布位置.

對(duì)各個(gè)標(biāo)志牌附近的信息數(shù)目及痕跡數(shù)目進(jìn)行分別計(jì)數(shù)，如圖4. 可見，隨著距離出口分流鼻越近，緊急制動(dòng)事件急劇增加，這印證了出口位置是交通事故多發(fā)點(diǎn)的觀點(diǎn).

此外立交范圍內(nèi)主線曲線半徑與剎車痕跡之間的關(guān)系如圖5所示(繞城高速公路互通式立交范圍內(nèi)的平曲線半徑均符合規(guī)范). 可見， 在平曲線半徑均符合規(guī)范前提下，平曲線半徑的大小變化與剎車痕跡的多少并無明顯關(guān)系.

圖4　標(biāo)志牌信息數(shù)目與痕跡數(shù)目關(guān)系Fig.4　The relationship between the numbers of signs and marks

圖5　不同立交主線平曲線對(duì)應(yīng)痕跡數(shù)目Fig.5　The number of different interchange mainlines corresponding to their horizontal curves

縱向上83.64%的痕跡集中在漸變段起點(diǎn)至小鼻點(diǎn)，痕跡的數(shù)目隨著距離小鼻點(diǎn)越近越呈快速增長趨勢(shì).顯然減速車道起點(diǎn)至小鼻點(diǎn)的位置是車輛發(fā)生緊急制動(dòng)情況最多的路段，這一階段無論是車輛與公路之間或者車輛與車輛之間的沖突數(shù)目急劇增長，亦成為事故多發(fā)路段，應(yīng)成為重點(diǎn)關(guān)注研究的路段.

根據(jù)以上分析，應(yīng)重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)分流鼻影響范圍內(nèi)痕跡數(shù)目，此外，由于出口附近的預(yù)告標(biāo)志牌信息量對(duì)駕駛員的理解操作等會(huì)造成較大影響，且在一定范圍內(nèi)信息量的增加所帶來駕駛員的理解時(shí)間呈線性增長關(guān)系，為避免由于信息量較少，但痕跡較多被統(tǒng)計(jì)忽略的情況，利用痕跡數(shù)目與痕跡的比值作為統(tǒng)計(jì)依據(jù)，以消除標(biāo)志牌信息數(shù)目增長的影響，見表2.

表2　各出口痕跡數(shù)目表

利用本文提出的判定模型，以每個(gè)出口處剎車痕跡數(shù)目為例，描述緊急制動(dòng)臨界次數(shù)X的計(jì)算過程.根據(jù)極大似然估計(jì)近似以24個(gè)出口處的痕跡值作為期望痕跡數(shù)目、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的要求及特點(diǎn)，以及80%置信水平(u0.1=1.285)的情況下，計(jì)算的X/B=3.12， 根據(jù)計(jì)算值可見編號(hào)為5和14為問題出口，利用介于70%與80%置信水平之間的作為臨界問題出口，計(jì)算可得12、13號(hào)出口為臨界問題出口，見圖6.

圖6　痕跡數(shù)目與標(biāo)志牌信息數(shù)目比例關(guān)系Fig.6　The ratio of the number of the sign’s information to the number of marks

可將80%及70%的z置信水平計(jì)算值作為問題出口及臨界問題出口的限值X80和X70， 超過X80限值應(yīng)理解為痕跡產(chǎn)生的客觀影響因素占主導(dǎo)位置，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，并分析原因，提出改善措施；對(duì)超過X70限值，且低于X80需對(duì)其重點(diǎn)監(jiān)測(cè).此特征值應(yīng)根據(jù)不同的高速公路調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單獨(dú)分析， X80可作為區(qū)分駕駛員主觀原因或誘使駕駛員客觀原因占主導(dǎo)的界定標(biāo)準(zhǔn).

通過以上分析可發(fā)現(xiàn)高速公路上的問題出口及臨界問題出口，并且制定出改善措施，經(jīng)過改善，隨著痕跡會(huì)逐漸消失的特性，可對(duì)該出口再次進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并通過對(duì)不同時(shí)間段改善前后的數(shù)據(jù)或臨界值進(jìn)行對(duì)比，以觀察改善措施的效果，并制定下一步計(jì)劃，見圖7. 通過該流程可對(duì)問題出口進(jìn)行鑒別、監(jiān)控及改善措施的評(píng)價(jià)，可不斷改善問題出口的安全性水平.

圖7　問題節(jié)點(diǎn)改善流程圖Fig.7　The flow chart about the improvement of the exits with problems

結(jié)　語

本研究論述剎車痕跡在鑒定高速公路立交問題出口的有效性，討論緊急制動(dòng)事件的概率分布，并研究問題出口的判定模型，具體為：① 針對(duì)剎車痕跡在高速公路上的分布特點(diǎn)，提出了量化剎車痕跡的方法，為理論分析提供基礎(chǔ)；② 通過對(duì)痕跡密集區(qū)痕跡分布的具體形態(tài)及數(shù)量，對(duì)問題出口進(jìn)行鑒定時(shí)，引入了緊急制動(dòng)事件概率分布的S分位值，并選擇一個(gè)恰當(dāng)分為點(diǎn)的痕跡數(shù)目與標(biāo)志牌信息量的比值，作為問題出口與正常出口或主觀因素與客觀因素占主導(dǎo)的分界標(biāo)準(zhǔn)，得出該值的近似算法.由于高速公路的交通安全是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)問題，其影響因素眾多，相互關(guān)系復(fù)雜，對(duì)導(dǎo)致痕跡集中的系統(tǒng)性原因還需進(jìn)一步研究和探討.

/

[1] 周偉，羅石貴. 路段交通事故多發(fā)點(diǎn)的沖突判定方法[J].中國公路學(xué)報(bào)，2000, 13(1): 81-86.

Zhou Wei, Luo Shigui. Traffic conflict identification of road accident blackspots[J]. China Journal of Highway and Transport, 2000, 13(1): 81-86.(in Chinese)

[2] 盧忠輝，朱雯. 論識(shí)別高速公路危險(xiǎn)源的方法——?jiǎng)x車痕跡法[J]. 交通標(biāo)準(zhǔn)化，2008(4): 165-167.

Lu Zhonghui, Zhu Wen. Highway dangerous source classification-braking trace method[J]. Communications Standardization, 2008(4): 165-167.(in Chinese)

[3] 賈常明，張明星. 帶防抱死制動(dòng)系統(tǒng)車輛剎車痕跡檢驗(yàn)研究[J]. 中國刑警學(xué)院學(xué)報(bào)，2014(2): 31-33.

Jia Changming, Zhang Mingxing. Anti-lock braking system for vehicles with brake marks verification research[J]. China Criminal Police College, 2014(2): 31-33.(in Chinese)

[4] 遼寧省交通廳. 沈大高速公路事故分布規(guī)律研究[Z]. 沈陽：遼寧省交通廳，1997.

Liaoning Provincial Department of Transportation. Research of Distribution of the Shenyang-Dalian Highway Accident[Z]. Shenyang: Liaoning Provincial Department of Transportation, 1997.(in Chinese)

[5] 劉子劍. 提高公路設(shè)計(jì)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[C]// 交通青年專家論壇. 北京：人民交通出版社，2004: 58-62.

Liu Zijian. Improve the quality of the key aspects of highway design[C]// Transport Youth Expert Forum. Beijing：Communications Press, 2004: 58-62.(in Chinese)

[6] Donmez B, Boyle L N, Lee J D. The impact of distraction mitigation strategies on driving performance[J]. The Journal of the Human Factors and Ergonomics Society, 2006, 48(4): 785-804.

[7] Zoitan F, Peter G, Zsolt B, et al. Driver behavior truck motion and dangerous road locations-unfolding from emergency braking data[J]. Transportation Research Part E: Logistics and Transportation Review, 2014, 65(1): 3-15.

[8] Bagdadi O, Várhelyi A. Development of a method for detecting jerks in safety critical events[J]. Accident Analysis and Prevention, 2013, 50(2): 83-91.

[9] Bagdadi O. Estimation of the severity of safety critical events[J]. Accident Analysis and Prevention, 2013, 50(2): 167-174.

[10] 中國公路學(xué)會(huì). 交通工程手冊(cè)[M]. 北京：人民交通出版社，2001: 994-995.

China Highway and Transportation Society. Traffic engineering manual[M]. Beijing: China Communications Press, 2001: 994-995.(in Chinese)

【中文責(zé)編：方圓；英文責(zé)編：木南】

2016-01-11；Accepted：2016-06-04

Method for identifying interchange exits with high accident rate

Wu Zhaoyang1, Yang Shaowei1?, Lin Lan2, Pan Binhong1, and Zhang Chi1

1) Key Laboratory for Special Area Highway Engineering of Ministry of Education, Chang’an University, Xi’an 710064, Shaanxi Province, P.R.China 2) Department of Electronic Information, Xi’an Railway Vocational & Technical Institute, Xi’an 710014, Shaanxi Province, P.R.China

Rational designs of highway exits are important to the safety of public transportation and highly emphasized in highway engineering. Current methods for evaluating highway exits, however, cannot effectively find problems with highway interchanges. In this paper, by analyzing the distribution of centralized brake marks, a method to quantitatively calculate the number of marks at the focus points is proposed. This method, combined with the geometric index of interchanges at the exit route and the trailer signs information, can be used to investigate the systemic causes of the concentration of the braking marks. In addition, the subjective and objective factors causing the concentration of the braking marks can be differentiated. The results show that the new method can be used to find the objective factors in the safety concerns of interchanges and determine the priority for improvement. This method can be used to improve the smooth operation of the vehicles, reduce the probability of occurrence of unreasonable emergency braking and, finally, increase the safety of interchanges.

road engineering; interchange; exit; braking marks; traffic accident; identification model

Wu Zhaoyang, Yang Shaowei, Lin Lan, et al. Method for identifying interchange exits with high accident rate[J]. Journal of Shenzhen University Science and Engineering, 2016, 33(5): 536-543.(in Chinese)

U 419

Adoi：10.3724/SP.J.1249.2016.05536

交通運(yùn)輸部應(yīng)用基礎(chǔ)研究資助項(xiàng)目(2014319812151)

吳朝陽(1987—)，男，長安大學(xué)博士研究生．研究方向：道路勘測(cè)與交通安全．E-mail：wuzhaoyang1208@126.com

Foundation：Basic Research Project of Ministry of Transport of China (2014319812151)

? Corresponding author：Professor Yang Shaowei．E-mail: gl06@chd.edu.cn

引文：吳朝陽，楊少偉，林嵐，等．互通式立交出口潛在問題的判定方法[J]. 深圳大學(xué)學(xué)報(bào)理工版，2016，33(5)：536-543.