基于航拍視頻的復(fù)雜交叉口交通調(diào)查研究

陶懷仁，周成瑞，李天翔

（1.南通大學(xué)杏林學(xué)院，江蘇 南通 226236；2.南通大學(xué) 交通與土木工程學(xué)院，江蘇 南通 226019）

1 引言

交叉口作為城市交通的重要節(jié)點(diǎn)，是影響城市交通暢通的瓶頸點(diǎn)。道路交通在平面交叉口處頻繁地分流、合流及交叉，使得其交通狀況尤其復(fù)雜，城市交通擁擠問(wèn)題往往突出表現(xiàn)在交叉口處，解決了交叉口的問(wèn)題就解決了城市交通的關(guān)鍵問(wèn)題。復(fù)雜交叉口屬于不規(guī)則的交叉口，其自身具有特殊性，表現(xiàn)出的通行能力不足等問(wèn)題更為突出，特別是規(guī)劃設(shè)計(jì)不當(dāng)、受地形條件限制的一類(lèi)多路交叉口。因此對(duì)復(fù)雜交叉口進(jìn)行合理的交通組織設(shè)計(jì)，減少交通沖突與延誤是提高整個(gè)城市路網(wǎng)通行能力極為重要的一環(huán)。通過(guò)科學(xué)合理的交叉口調(diào)查能為交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，全面掌握交通狀況和問(wèn)題癥狀所在。大部分的交叉口交通調(diào)查都是通過(guò)傳統(tǒng)的人工實(shí)地調(diào)查進(jìn)行記錄和觀測(cè)來(lái)獲取[1]。對(duì)于復(fù)雜交叉口的交通調(diào)查，主要以五路平面交叉的交叉口為對(duì)象結(jié)合理論方法展開(kāi)調(diào)查研究。陳秋香，等[2-4]提出五路相交平面交叉口交通量調(diào)查方法，將人工觀測(cè)車(chē)牌法與相關(guān)模型結(jié)合,計(jì)算出各個(gè)方向的交通量。也有基于不同類(lèi)型的視頻，對(duì)十字交叉口的交通數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別并判別交通狀況，如：鄭來(lái)，等[5]通過(guò)哈爾濱出租車(chē)的行車(chē)記錄儀視屏為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，分析信號(hào)交叉口排隊(duì)車(chē)輛靜態(tài)間距。李克平，等[6-7]通過(guò)視屏圖像分析技術(shù)，獲取車(chē)輛的延誤和交通量等數(shù)據(jù)。曹天揚(yáng)，等[8]通過(guò)架設(shè)在高處的攝像機(jī)獲取交叉口的全景視屏，通過(guò)視屏檢測(cè)技術(shù)，識(shí)別駛?cè)虢徊婵诟鬓D(zhuǎn)向的交通量，判別交通擁堵。

本文以南通市一個(gè)五路交叉的復(fù)雜交叉口為調(diào)查對(duì)象，通過(guò)實(shí)地調(diào)查與無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)結(jié)合，通過(guò)無(wú)人機(jī)記錄每條車(chē)道及交叉口的通行狀況并完成數(shù)據(jù)采集，以交叉口通行效率和交通安全為目標(biāo)對(duì)復(fù)雜交叉口進(jìn)行系統(tǒng)分析，為復(fù)雜交叉口的規(guī)劃設(shè)計(jì)和控制管理的優(yōu)化提供新的思路。

2 復(fù)雜交叉口調(diào)查組織方案設(shè)計(jì)

本次調(diào)查共安排10位調(diào)查人員，主要采用了人工調(diào)查的方法，分類(lèi)型、分時(shí)段記錄具體車(chē)輛數(shù)和進(jìn)口道的信號(hào)時(shí)長(zhǎng)，并使用航拍進(jìn)行輔助調(diào)查，通過(guò)航拍視頻識(shí)別車(chē)流方向、運(yùn)行軌跡和車(chē)輛排隊(duì)，以及行人、非機(jī)動(dòng)車(chē)對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)的沖突點(diǎn)分布情況。（1）調(diào)查時(shí)間。調(diào)查時(shí)間為工作日晚高峰17:30-19:00，為期90min的高峰交通量調(diào)查，5min為一個(gè)時(shí)間段。主要調(diào)查內(nèi)容為通過(guò)該交叉口的車(chē)輛數(shù)，車(chē)型主要包括小汽車(chē)、出租車(chē)、公交車(chē)及小貨車(chē)。（2）人員分配。南大街進(jìn)口道、青年中路西進(jìn)口道、青年中路東進(jìn)口道各安排2名調(diào)查人員，一人負(fù)責(zé)統(tǒng)計(jì)左轉(zhuǎn)、直行交通量，一人負(fù)責(zé)統(tǒng)計(jì)無(wú)信號(hào)右轉(zhuǎn)交通量；段家壩路進(jìn)口道安排2名調(diào)查人員，一人負(fù)責(zé)統(tǒng)計(jì)左轉(zhuǎn)交通量和下一相位右轉(zhuǎn)交通量，一人負(fù)責(zé)統(tǒng)計(jì)直行交通量；段家壩支路安排1名調(diào)查人員，負(fù)責(zé)統(tǒng)計(jì)進(jìn)入該路段的交通量；1名調(diào)查人員負(fù)責(zé)航拍，記錄整個(gè)交叉口交通運(yùn)行狀況。具體情況如圖1所示，其中星形標(biāo)記為調(diào)查時(shí)調(diào)查人員和航拍人員所在位置。

3 復(fù)雜交叉口基本現(xiàn)狀

3.1 道路基礎(chǔ)條件

圖1 調(diào)查人員在復(fù)雜交叉口的位置分布圖

該交叉口由城市主干道青年中路與城市次干道南大街、段家壩路以及段家壩支路組成。其中青年中路是機(jī)非分隔的三塊板路幅結(jié)構(gòu)；南大街是機(jī)動(dòng)車(chē)分隔、機(jī)非混行的兩塊板路幅結(jié)構(gòu)；段家壩路和段家壩支路是機(jī)非混行的一塊板路幅結(jié)構(gòu)，其具體的交叉口道路數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 復(fù)雜交叉口基礎(chǔ)道路數(shù)據(jù)

3.2 現(xiàn)狀相位及信號(hào)配時(shí)

交叉口現(xiàn)有相位及信號(hào)配時(shí)數(shù)據(jù)如圖2所示。第一相位青年中路東進(jìn)口與西進(jìn)口的左轉(zhuǎn)，第二相位為青年中路東進(jìn)口與西進(jìn)口的直行，第三相位為段家壩進(jìn)口與南大街進(jìn)口的左轉(zhuǎn)，第四相位為段家壩進(jìn)口的直行右轉(zhuǎn)和南大街進(jìn)口的直行。除段家壩右轉(zhuǎn)車(chē)道與直行車(chē)道合并外，其余進(jìn)口道的右轉(zhuǎn)車(chē)道均為無(wú)信號(hào)右轉(zhuǎn)，信號(hào)周期為136s。

圖2 復(fù)雜交叉口相位及信號(hào)配時(shí)

3.3 各路口基本交通量數(shù)據(jù)

經(jīng)過(guò)實(shí)地調(diào)查記錄數(shù)據(jù)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后，將不同類(lèi)型的車(chē)輛轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)車(chē)型，本次調(diào)查統(tǒng)計(jì)的車(chē)型包括小汽車(chē)、小貨車(chē)和公交車(chē)，其車(chē)輛換算系數(shù)為小汽車(chē)1.0、公交車(chē)2、小火車(chē)1.5，得到該復(fù)雜交叉口的高峰小時(shí)交通量數(shù)據(jù)，如圖3所示。

圖3 復(fù)雜交叉口各方向標(biāo)準(zhǔn)車(chē)型交通量

根據(jù)圖3可以看出，在駛?cè)攵渭覊沃返能?chē)輛中，由青年中路西進(jìn)口道的車(chē)輛為最多，并且各專用右轉(zhuǎn)車(chē)道均為無(wú)信號(hào)右轉(zhuǎn)，導(dǎo)致從青年中路西進(jìn)口右轉(zhuǎn)車(chē)道駛?cè)攵渭覊沃返能?chē)輛與其他駛?cè)攵渭覊蔚能?chē)輛存在沖突問(wèn)題。同時(shí)通過(guò)統(tǒng)計(jì)各進(jìn)口道轉(zhuǎn)向交通量比例發(fā)現(xiàn)，青年中路和南大街進(jìn)口道直行交通量占比高，段家壩進(jìn)口道左轉(zhuǎn)交通量占比高。具體見(jiàn)表2。

表2 復(fù)雜交叉口主流交通量占比情況

由于該交叉口的面積過(guò)大，受無(wú)人機(jī)航拍高度上升和電池容量限制等影響，航拍記錄以每15min作為一個(gè)調(diào)查時(shí)間段。通過(guò)航拍視頻統(tǒng)計(jì)機(jī)動(dòng)車(chē)和非機(jī)動(dòng)車(chē)通過(guò)交叉口的時(shí)間，見(jiàn)表3。青年中路東西直行方向機(jī)動(dòng)車(chē)通過(guò)交叉口的通過(guò)時(shí)間約為15s，通過(guò)時(shí)間指在交叉口進(jìn)口道對(duì)應(yīng)相位綠燈亮?xí)r，第一車(chē)輛從進(jìn)口道停車(chē)線駛?cè)虢徊婵谥敝榴傠x交叉口出口道停車(chē)線的時(shí)間。南北方向直行車(chē)輛通過(guò)該交叉口的時(shí)間約為20s，且沒(méi)有固定的行車(chē)路線，大多靠司機(jī)的經(jīng)驗(yàn)判斷。再加上非機(jī)動(dòng)車(chē)同相位通行，存在機(jī)動(dòng)車(chē)與非機(jī)動(dòng)車(chē)相互干擾嚴(yán)重，這極大的影響了該交叉口的行車(chē)效率與通行安全。

表3 交通量通過(guò)交叉口時(shí)間

4 復(fù)雜交叉口通行能力現(xiàn)狀分析

根據(jù)《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，信號(hào)管制平面交叉口通行能力按進(jìn)口道車(chē)道布置類(lèi)型根據(jù)“停止線法”計(jì)算[9]。將調(diào)查得到的一小時(shí)交通量作為高峰小時(shí)交通量，然后將按照上述公式計(jì)算所得的數(shù)據(jù)作為道路通行能力，計(jì)算飽和度，得到的結(jié)果見(jiàn)表4。青年中路的服務(wù)水平為D級(jí)，南大街-段家壩的服務(wù)水平為C級(jí)，當(dāng)車(chē)輛數(shù)增大時(shí)，這兩條道路的服務(wù)水平可能會(huì)下降。

表4 復(fù)雜交叉口飽和度

5 交叉口存在的問(wèn)題分析

通過(guò)實(shí)地調(diào)查和數(shù)據(jù)分析，可以得出該復(fù)雜交叉口的現(xiàn)狀特點(diǎn)和存在的問(wèn)題，并對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)分析，為后續(xù)交通問(wèn)題診斷以及優(yōu)化設(shè)計(jì)提供方向和依據(jù)。

（1）由于該交叉口是由五路交叉形成的大面積復(fù)雜交叉口，導(dǎo)致各進(jìn)口道的信號(hào)燈位置設(shè)置不夠合理，且采用先左轉(zhuǎn)后直行的放行模式，不少司機(jī)及非機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛員反映信號(hào)燈不容易理解，特別是不熟悉路況的駕駛員時(shí)有看錯(cuò)信號(hào)，誤駛?cè)虢徊婵趦?nèi)，違章行為常有發(fā)生。

（2）該交叉口的沖突點(diǎn)多。由于交叉口沒(méi)有右轉(zhuǎn)專用信號(hào)，進(jìn)口道的右轉(zhuǎn)車(chē)道交通不受信號(hào)控制，容易造成右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車(chē)與其他方向駛出交叉口的機(jī)動(dòng)車(chē)存在交匯，與非機(jī)動(dòng)車(chē)存在交叉，導(dǎo)致交叉口道路通行能力下降的同時(shí)給機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛員、行人及非機(jī)動(dòng)車(chē)帶來(lái)安全隱患。如駛?cè)攵渭覊沃返能?chē)輛較容易與青年中路西進(jìn)口右轉(zhuǎn)進(jìn)入段家壩支路的車(chē)輛發(fā)生沖突，造成擁堵。同時(shí)段家壩路進(jìn)口道的直行與右轉(zhuǎn)為一條混行車(chē)道，在該車(chē)道放行時(shí)，右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車(chē)輛容易與直行的非機(jī)動(dòng)車(chē)及行人發(fā)生沖突，嚴(yán)重降低該方向上的通行效率。

（3）該交叉口行人以及非機(jī)動(dòng)車(chē)違章現(xiàn)象普遍，特別是南北方向左轉(zhuǎn)時(shí)，部分非機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛員利用非機(jī)動(dòng)車(chē)自身啟動(dòng)快的特點(diǎn)，抓住紅燈轉(zhuǎn)綠燈的間隙時(shí)間違章直行。出行者有“從眾”的行為心態(tài)，加上部分出行者不理解信號(hào)的配時(shí)相位，被誤導(dǎo)跟隨違章出行。機(jī)動(dòng)車(chē)在通過(guò)交叉口過(guò)程中，為避免與非機(jī)動(dòng)車(chē)、行人發(fā)生沖突，會(huì)減速行駛，也是通過(guò)交叉口時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的原因之一。綠燈時(shí)間通過(guò)的交通量有限，造成交叉口整體通行效率的不高。

（4）該交叉口由兩條城市主干道構(gòu)成，其中青年中路為南通市重要的交通干道，車(chē)流量較大，南大街為連接市中心的主要道路，段家壩路連接著眾多居民小區(qū)。因此在高峰時(shí)，該交叉口的車(chē)流量較大，車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度較大，延誤時(shí)間較長(zhǎng)，擁堵情況嚴(yán)重，特別是在惡劣天氣條件下，十分影響人們的出行體驗(yàn)。

（5）機(jī)動(dòng)車(chē)占用非機(jī)動(dòng)車(chē)道通行的情況時(shí)有發(fā)生。由于段家壩路進(jìn)口道是一條直右混行車(chē)道，通行效率有限，常有右轉(zhuǎn)車(chē)輛占用非機(jī)動(dòng)車(chē)道實(shí)行右轉(zhuǎn)，容易與直行的非機(jī)動(dòng)車(chē)及行人形成人為的沖突。

（6）交叉口先天條件不足，交通管理方式簡(jiǎn)單，交通沖突點(diǎn)多，交通秩序較為混亂，存在交通隱患多，交通事故頻發(fā)。主要表現(xiàn)在機(jī)動(dòng)車(chē)與非機(jī)動(dòng)車(chē)的刮碰，以及非機(jī)動(dòng)車(chē)與非機(jī)動(dòng)車(chē)的碰撞所引發(fā)的輕微事故。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)人工調(diào)查與航拍技術(shù)的綜合應(yīng)用，從多維角度對(duì)復(fù)雜交叉口的通行效率和交通安全進(jìn)行全面診斷，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在，認(rèn)為復(fù)雜交叉口優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)從如下幾方面進(jìn)行改善：（1）對(duì)交叉口進(jìn)行合理渠化，通過(guò)停車(chē)線前移，縮小交叉口面積，拓展專用車(chē)道，提高交叉口通過(guò)性；（2）調(diào)整信號(hào)燈設(shè)置位置，合理優(yōu)化信號(hào)相位和配時(shí)，提高通行效率：（3）加強(qiáng)交通管理，利用交叉口流向交通量大小的特征，優(yōu)化交通秩序，減少交通沖突，提高交通安全；（4）強(qiáng)化出行者交通規(guī)章教育，養(yǎng)成良好的出行習(xí)慣。