基于Vissim建模的高速公路作業(yè)區(qū)混合車(chē)輛上游過(guò)渡區(qū)空間安全性研究

王曉飛，丁振中，劉 永，王孝冬

(1. 華南理工大學(xué) 土木與交通學(xué)院，廣東 廣州 510641； 2. 廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，廣東 廣州 510060；3.廣州越路交通科技有限公司，廣東 廣州 510630)

0 引言

公路養(yǎng)護(hù)作業(yè)控制區(qū)目前應(yīng)該以警告區(qū)、上游過(guò)渡區(qū)、縱向緩沖區(qū)、工作區(qū)、下游過(guò)渡區(qū)和終止區(qū)依次進(jìn)行布置。高速公路養(yǎng)護(hù)作業(yè)的上游過(guò)渡區(qū)由于封閉行車(chē)道作業(yè)導(dǎo)致車(chē)輛合流行為的發(fā)生，導(dǎo)致交通流的狀態(tài)發(fā)生改變。處于封閉車(chē)道(以下簡(jiǎn)稱“匯入車(chē)道”)的車(chē)流需在作業(yè)區(qū)的上游過(guò)渡區(qū)內(nèi)部或提前匯入非封閉車(chē)道(以下簡(jiǎn)稱“主車(chē)道”)，由于車(chē)輛的合流行為往往會(huì)引起交通流紊亂和延誤增加，從而形成高速公路的瓶頸路段。

目前在路段空間安全性研究方面，多集中在互通交通交織區(qū)。刁天逸[1]針對(duì)互通立交交織區(qū)安全性空間分布展開(kāi)研究，基于Vissim仿真分析軟件并選取標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)表征交織區(qū)內(nèi)部及上下游各斷面的交通安全狀態(tài)。遲佳欣等[2]以沖突概率及變道風(fēng)險(xiǎn)為評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)交織區(qū)行駛區(qū)域進(jìn)行了安全分析，結(jié)果表明交織區(qū)內(nèi)部空間存在明顯的安全區(qū)分，且在相鄰集散的主線車(chē)道危險(xiǎn)程度相對(duì)于其他車(chē)道更為集中。在施工作業(yè)區(qū)不同區(qū)段的安全性分析方面，Umar等[3]通過(guò)分析風(fēng)險(xiǎn)成因，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的劃分，將區(qū)域內(nèi)所有風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)之和作為風(fēng)險(xiǎn)集中度指標(biāo)，結(jié)果表明在施工作業(yè)中上游過(guò)渡區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)集中程度最高，其次為工作區(qū)。Mokhtarimousavi等[4]通過(guò)分析佛羅里達(dá)州高速公路作業(yè)區(qū)的道路交通事故分布，并使用分類(lèi)層次分析方法研究了影響工作區(qū)碰撞嚴(yán)重程度的因素，結(jié)合混合logit建模框架，發(fā)現(xiàn)工作區(qū)的起終位置與交通事故的嚴(yán)重程度之間呈正相關(guān)。Zhang等[5-7]利用多種分析模型研究了不同交通流條件下對(duì)于高速公路工作區(qū)風(fēng)險(xiǎn)的影響程度，并進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

在上游過(guò)渡區(qū)安全性分析方面，主要集中于上游過(guò)渡區(qū)優(yōu)化長(zhǎng)度設(shè)計(jì)研究。孫智勇等[8]利用間隙接受理論和微分法建立了車(chē)輛匯入模型，用以優(yōu)化計(jì)算高速公路上游過(guò)渡區(qū)的長(zhǎng)度。楊友森[9]基于 Vissim仿真模型和SSAM模型提出交通沖突數(shù)和安全評(píng)價(jià)指標(biāo)，由此確定了警告區(qū)和上游過(guò)渡區(qū)最佳長(zhǎng)度。劉學(xué)強(qiáng)等[10]利用可接受間隙理論建立了改擴(kuò)建期間高速公路上游過(guò)渡區(qū)長(zhǎng)度設(shè)置模型，求得了不同施工方案下推薦的上游過(guò)渡區(qū)長(zhǎng)度。王雄等[11]借助仿真分析方式對(duì)作業(yè)區(qū)上游過(guò)渡區(qū)的行車(chē)因素進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)過(guò)渡段長(zhǎng)度和交通量對(duì)作業(yè)區(qū)行車(chē)風(fēng)險(xiǎn)的影響最大，但未考慮車(chē)型比例的影響。高建平等[12]通過(guò)實(shí)車(chē)試驗(yàn)分析了駕駛員在上游過(guò)渡區(qū)獲取道路信息的主要區(qū)域，結(jié)果表明前方視野和左、右兩側(cè)遠(yuǎn)處注視概率占比70%，為獲取道路信息的主要區(qū)域。Xing等[13]通過(guò)對(duì)于日本高速公路作業(yè)區(qū)瓶頸通行能力與交通安全的分析，發(fā)現(xiàn)工作區(qū)的容量隨著上游過(guò)渡區(qū)和工作區(qū)長(zhǎng)度而減小，同時(shí)70%的工作區(qū)交通事故發(fā)生在其交通擁堵區(qū)段。Weng等[14]通過(guò)調(diào)查駕駛員在上游過(guò)渡區(qū)匯入車(chē)道進(jìn)行并道操作的駕駛行為，發(fā)現(xiàn)如果相鄰匯入車(chē)道的主車(chē)道前方車(chē)輛是重型車(chē)輛，則隨著時(shí)間增加，匯入車(chē)道的車(chē)輛選擇“完成合流操作”的意愿會(huì)降低。

綜上所述，目前對(duì)于養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)的上游過(guò)渡區(qū)的研究多集中區(qū)段長(zhǎng)度的優(yōu)化，缺乏對(duì)該區(qū)段的空間安全性分析開(kāi)展深入研究，本研究選取空間安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)并形成綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)于不同運(yùn)行速度和混合交通流條件下的上游過(guò)渡區(qū)空間安全性開(kāi)展分析。

1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)

對(duì)于行車(chē)風(fēng)險(xiǎn)衡量的評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)具有“客觀性、全面性、實(shí)用性”原則。在上游過(guò)渡區(qū)內(nèi)部，交通流變化會(huì)導(dǎo)致其換道位置具有隨機(jī)性，車(chē)輛的換道位置和時(shí)間難以確定，應(yīng)用Vissim仿真軟件不能通過(guò)設(shè)置數(shù)據(jù)采集斷面研究換道行為的分布情況，故該類(lèi)型參數(shù)不能作為內(nèi)部風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的表征指標(biāo)。因此本研究選取檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性較高的速度和加速度相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行分析。

(1)速度標(biāo)準(zhǔn)差

速度標(biāo)準(zhǔn)差可體現(xiàn)車(chē)輛變換車(chē)道及超車(chē)過(guò)程中的交通流變化規(guī)律。車(chē)速標(biāo)準(zhǔn)差又稱為絕對(duì)車(chē)速離散度，其反映的是交通流通過(guò)該斷面時(shí)車(chē)輛速度的離散程度。正常情況下，車(chē)速標(biāo)準(zhǔn)差越大，對(duì)應(yīng)其交通流運(yùn)行越紊亂，安全性越低[15]。其數(shù)值計(jì)算式為：

(1)

式中，Vσ為速度標(biāo)準(zhǔn)差；n為通過(guò)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的車(chē)輛數(shù)；Vi為通過(guò)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)位置處第i輛車(chē)的瞬時(shí)速度。

(2)客貨車(chē)速差

客貨車(chē)速差表示在某時(shí)段內(nèi)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集斷面的貨車(chē)平均車(chē)速和客車(chē)平均車(chē)速差值的絕對(duì)值?？拓涇?chē)速差大小體現(xiàn)出不同車(chē)型之間車(chē)輛速度的離散性，該值越大，反映出不同車(chē)型下對(duì)于該路段采取的駕駛行為差異性越大，其行車(chē)風(fēng)險(xiǎn)也隨著提高。其計(jì)算公式為：

(2)

式中，ΔV為客貨車(chē)速差；n為通過(guò)數(shù)據(jù)采集斷面的貨車(chē)車(chē)輛數(shù)；VTi為通m為通過(guò)數(shù)據(jù)采集斷面的客車(chē)車(chē)輛數(shù)；過(guò)數(shù)據(jù)采集斷面時(shí)，第i輛貨車(chē)的瞬時(shí)速度；VBj為通過(guò)數(shù)據(jù)采集斷面時(shí)，第j輛客車(chē)的瞬時(shí)速度。

(3)向后的加速度均值

交通心理工程學(xué)研究了駕駛員對(duì)于向后加速度產(chǎn)生的生理心理效應(yīng)，以及駕駛員在向后加速度作用下的忍受時(shí)間。伴隨著向后加速度的增加，駕駛員的身體反應(yīng)也就越顯著，對(duì)車(chē)輛的控制能力降低，行車(chē)風(fēng)險(xiǎn)就越高[16]。其計(jì)算公式為：

(3)

2 仿真試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 建模軟件分析

Vissim是一種微觀的、基于時(shí)間間隔和駕駛行為的交通仿真分析軟件。Vissim仿真分析軟件內(nèi)部組成部分為：交通仿真器和信號(hào)狀態(tài)產(chǎn)生器，它們之間通過(guò)接口交換檢測(cè)器數(shù)據(jù)和信號(hào)狀態(tài)信息。交通仿真器是一個(gè)微觀交通仿真模型，它包括跟車(chē)模型和車(chē)道變換模型。信號(hào)狀態(tài)產(chǎn)生器是一個(gè)信號(hào)控制軟件，可通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)交通流的控制邏輯，同時(shí)可在軟件中輸出多種記錄和評(píng)價(jià)文件[17]。

在仿真試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)中，Vissim采用的核心模型是Wiedemann于1974年建立的生理-心理駕駛行為模型。該模型的基本思路是:當(dāng)后車(chē)駕駛員認(rèn)為他與前車(chē)之間的距離小于其心理(安全)距離時(shí)，采取減速措施，并在一段時(shí)間內(nèi)保持低于前車(chē)車(chē)速的行駛狀態(tài)，直至前后兩車(chē)之間達(dá)到另一個(gè)“安全距離”時(shí)，后車(chē)駕駛員才開(kāi)始緩慢加速，如此周而復(fù)始，形成一個(gè)加、減速的迭代過(guò)程。

2.2 試驗(yàn)參數(shù)選取

根據(jù)《公路養(yǎng)護(hù)安全作業(yè)規(guī)程》(JTG H30—2015)(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程15》)[18]的規(guī)定，交通量可用養(yǎng)護(hù)作業(yè)路段在無(wú)養(yǎng)護(hù)作業(yè)時(shí)的斷面高峰小時(shí)交通量除以養(yǎng)護(hù)作業(yè)剩余車(chē)道數(shù)計(jì)算，對(duì)于占道施工作業(yè)的三車(chē)道過(guò)渡為雙車(chē)道和雙車(chē)道過(guò)渡為單車(chē)道上游過(guò)渡區(qū)的車(chē)道數(shù)分別按雙車(chē)道和單車(chē)道進(jìn)行計(jì)算?！豆饭こ碳夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01—2014)(以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)14》)[19]中將服務(wù)水平分成6級(jí)，規(guī)定對(duì)于高速公路一般服務(wù)水平一般不低于3級(jí)，同時(shí)《標(biāo)準(zhǔn)14》中給定了在不同服務(wù)水平及設(shè)計(jì)速度下的交通量。通過(guò)設(shè)計(jì)試驗(yàn)調(diào)試可知，在3級(jí)服務(wù)水平下的交通較小時(shí)，車(chē)型比例變化和內(nèi)部采集位置對(duì)于指標(biāo)值的影響并不明顯，車(chē)輛可自由完成換道和選擇較為多變的駕駛行為，故考慮將3級(jí)服務(wù)水平下路段設(shè)計(jì)速度為120 km/h對(duì)應(yīng)的1 650 pcu/(hln)最大服務(wù)交通量作為參數(shù)輸入，可以較為明顯地體現(xiàn)出車(chē)型比例變化對(duì)于上游過(guò)渡區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)集中位置的影響。

對(duì)于進(jìn)入上游過(guò)渡區(qū)的運(yùn)行速度參考《規(guī)程15》，進(jìn)入上游過(guò)渡區(qū)的運(yùn)行速度設(shè)計(jì)為40～80 km/h，以步長(zhǎng)為運(yùn)行速度20 km/h的5種最終限速值，同時(shí)按照《規(guī)程15》給定的各運(yùn)行速度下對(duì)應(yīng)最小長(zhǎng)度值，以步長(zhǎng)為20 m，向上設(shè)計(jì)3種不同長(zhǎng)度的上游過(guò)渡區(qū)。且限速過(guò)程一般在警告區(qū)內(nèi)已經(jīng)完成，在警告區(qū)長(zhǎng)度的后1/4段前已基本完成降速，故在上游過(guò)渡區(qū)前設(shè)置1/4的警告區(qū)長(zhǎng)度來(lái)保證車(chē)輛進(jìn)入上游過(guò)渡區(qū)時(shí)車(chē)輛按設(shè)置的運(yùn)行速度標(biāo)準(zhǔn)行駛，并能滿足Vissim仿真軟件在上游過(guò)渡區(qū)擁堵至入口段仍正常運(yùn)行的要求，真實(shí)反映車(chē)輛在上游過(guò)渡區(qū)的運(yùn)行狀態(tài)[20]。在本研究中，也采用高速公路常用的3.75 m 作為模型的車(chē)道寬度，同時(shí)考慮車(chē)型比例對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)集中位置分布的影響，結(jié)合在貨車(chē)率為0條件下客貨車(chē)速差將無(wú)法計(jì)算，故將交通流的貨車(chē)率參數(shù)從10%～50%并以步長(zhǎng)為10%作為交通流參數(shù)中貨車(chē)率部分的輸入。

對(duì)于占道施工作業(yè)的內(nèi)部風(fēng)險(xiǎn)分布情況的表征，可通過(guò)不同斷面位置處的指標(biāo)值的數(shù)值來(lái)衡量。本研究基于Vissim仿真軟件的斷面數(shù)據(jù)采集功能，針對(duì)單向三車(chē)道過(guò)渡至雙車(chē)道和單向雙車(chē)道過(guò)渡區(qū)單車(chē)道的占道施工形式，每間隔1/3上游過(guò)渡區(qū)長(zhǎng)度位置段設(shè)置數(shù)據(jù)采集斷面，收集車(chē)輛通過(guò)數(shù)據(jù)采集斷面時(shí)的速度和加速度值，故對(duì)于這施工形式下對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)采集斷面的數(shù)目分別為11和7，數(shù)據(jù)采集斷面在上游過(guò)渡區(qū)內(nèi)部的具體位置見(jiàn)圖1。同時(shí)對(duì)于仿真試驗(yàn)所需參數(shù)進(jìn)行匯總并形成表1。

圖1 不同上游過(guò)渡區(qū)形式下數(shù)據(jù)采集斷面位置

表1 仿真試驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)匯總

3 結(jié)果分析

3.1 綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)和統(tǒng)計(jì)參數(shù)選取

通過(guò)采集斷面采集的速度、加速度指標(biāo)形成斷面風(fēng)險(xiǎn)的表征參數(shù)。在各仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)集中，將風(fēng)險(xiǎn)表征指標(biāo)進(jìn)行最大值化無(wú)量綱化處理，并將3個(gè)指標(biāo)值通過(guò)等權(quán)重加權(quán)計(jì)算確定得分結(jié)果作為斷面風(fēng)險(xiǎn)集中程度，其計(jì)算公式見(jiàn)式(4)。該項(xiàng)得分越大，表明代表該數(shù)據(jù)采集斷面在該仿真試驗(yàn)中的風(fēng)險(xiǎn)越集中。針對(duì)于不同占道施工形式下和運(yùn)行速度利用origin作三維散點(diǎn)圖，并結(jié)合投影點(diǎn)分布情況對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)集中斷面位置和其貨車(chē)率的影響展開(kāi)分析。

(4)

對(duì)于斷面的不同位置和貨車(chē)率的得分情況進(jìn)行預(yù)處理，結(jié)果表明貨車(chē)率的遞增對(duì)于斷面得分的變化趨勢(shì)情況并不明顯，且需要分析其變化趨勢(shì)，現(xiàn)引出均值A(chǔ)VG和平均絕對(duì)偏差MAD來(lái)反映不同貨車(chē)率情況下整體分布和波動(dòng)情況，其計(jì)算公式為：

(5)

式中，pT為貨車(chē)率，通過(guò)該路段貨車(chē)車(chē)輛數(shù)占有所有車(chē)輛的比例；w為在某種運(yùn)行速度下各大車(chē)率條件下的每個(gè)數(shù)據(jù)采集斷面數(shù)；SCOREf為在不同種運(yùn)行速度各大車(chē)率條件下某數(shù)據(jù)采集斷面的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。

(6)

式中，SCOREw為在某種運(yùn)行速度與各大車(chē)率條件下每個(gè)數(shù)據(jù)采集斷面數(shù)的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3.2 統(tǒng)計(jì)指標(biāo)參數(shù)化綜合結(jié)果研究

(1)運(yùn)行速度為40 km/h

對(duì)于進(jìn)入上游過(guò)渡區(qū)的40 km/h運(yùn)行速度下的2種占道施工形式的綜合得分評(píng)價(jià)指標(biāo)和不同貨車(chē)率下形成的統(tǒng)計(jì)參數(shù)值開(kāi)展分析，形成圖2和表2。

圖2 40 km/h運(yùn)行速度下對(duì)應(yīng)不同占道施工形式綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)分布

對(duì)于上游過(guò)渡區(qū)為單向三車(chē)道過(guò)渡至雙車(chē)道形式綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)分析見(jiàn)圖2(a)，上游過(guò)渡區(qū)的入口斷面得分整體偏向上部，且在匯入車(chē)道和相鄰主車(chē)道較為集中。在1/3段至2/3段的綜合分值分布較為相似，但整體趨勢(shì)低于入口斷面的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)集中情況。分析表明，由于進(jìn)入上游過(guò)渡區(qū)的匯入車(chē)道車(chē)輛轉(zhuǎn)向主車(chē)道的換道行為受車(chē)道寬度變化率影響較快，處于匯入車(chē)道的車(chē)輛會(huì)在進(jìn)入上游過(guò)渡區(qū)時(shí)提前完成換道，故風(fēng)險(xiǎn)集中斷面集中在入口斷面和1/3的上游過(guò)渡區(qū)長(zhǎng)度斷面處。同時(shí)結(jié)合表2，對(duì)于貨車(chē)率的遞增，綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)總體變化趨勢(shì)并不明顯，但其波動(dòng)范圍整體呈現(xiàn)遞增的現(xiàn)象，表明受到輸入交通量較大的影響和貨車(chē)寬度的影響，所以在該上游過(guò)渡區(qū)長(zhǎng)度和形式下車(chē)輛采取非必要換道行為的駕駛行為較少，大多數(shù)車(chē)輛處于跟馳狀態(tài)，但由于貨車(chē)比例增加導(dǎo)致操作性能和駕駛行為的差異性變大，從而形成斷面得分波動(dòng)性遞增的情況。

表2 40 km/h運(yùn)行速度不同貨車(chē)率和占道施工形式下統(tǒng)計(jì)參數(shù)

對(duì)于上游過(guò)渡區(qū)為單向雙車(chē)道過(guò)渡至單車(chē)道形式綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)分析見(jiàn)圖2(b)，在上游過(guò)渡區(qū)的入口斷面和1/3斷面波動(dòng)范圍較廣，整體趨于高點(diǎn)，同時(shí)其入口斷面數(shù)據(jù)波動(dòng)性更為明顯，且在斷面1出現(xiàn)該模型下的極大值點(diǎn)，表明該入口斷面位置風(fēng)險(xiǎn)沖突較為集中。其成因同該運(yùn)行速度下另一種占道施工形式類(lèi)似。同時(shí)結(jié)合表2，對(duì)于貨車(chē)率的遞增，斷面總得分整體分布和波動(dòng)情況呈現(xiàn)出先增加后下降再增加的趨勢(shì)。其機(jī)理為：在貨車(chē)率處于0.1～0.3范圍內(nèi)時(shí)，交通流受貨車(chē)操作性能和駕駛行為差異性的影響，使得路段整體綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，當(dāng)達(dá)到0.4范圍時(shí)，交通流從間斷自由狀態(tài)逐漸形成跟馳情況，此時(shí)總得分呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，隨著貨車(chē)率的繼續(xù)增大，此時(shí)交通流狀態(tài)從跟馳轉(zhuǎn)化成擁堵，綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)整體呈現(xiàn)又上升態(tài)勢(shì)。

(2)運(yùn)行速度為60 km/h

對(duì)于進(jìn)入上游過(guò)渡區(qū)的運(yùn)行速度為60 km/h的2種占道施工形式的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)表征指標(biāo)值和不同貨車(chē)率下形成的統(tǒng)計(jì)參數(shù)值開(kāi)展分析，形成圖3和表3。

表3 60 km/h運(yùn)行速度下不同貨車(chē)率和占道施工形式統(tǒng)計(jì)參數(shù)

圖3 60 km/h運(yùn)行速度下對(duì)應(yīng)不同占道施工形式綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)分布

對(duì)于上游過(guò)渡區(qū)為單向三車(chē)道過(guò)渡至雙車(chē)道形式綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)分析，見(jiàn)圖3(a)，隨著上游過(guò)渡區(qū)長(zhǎng)度和運(yùn)行速度的增加，風(fēng)險(xiǎn)集中位置朝著上游過(guò)渡區(qū)的1/3段和2/3段轉(zhuǎn)移，同時(shí)集中在該區(qū)段的匯入車(chē)道和相鄰主車(chē)道。根據(jù)間隙接受理論分析，隨著上游過(guò)渡區(qū)長(zhǎng)度的增加，車(chē)輛行駛至出現(xiàn)橫向安全寬度而采取必要變道行為，同時(shí)由于運(yùn)行速度的提高,使進(jìn)入上游過(guò)渡區(qū)車(chē)輛的減速性能和駕駛員的反應(yīng)時(shí)間等導(dǎo)致模型斷面風(fēng)險(xiǎn)集中在該區(qū)段。

結(jié)合表3，隨著貨車(chē)率的增加，斷面總得分整體分布和波動(dòng)情況呈現(xiàn)出先增加后下降再增加的趨勢(shì)，其趨勢(shì)形成原因與運(yùn)行速度為40 km/h的上游過(guò)渡區(qū)為單向雙車(chē)道過(guò)渡至單車(chē)道相類(lèi)似。在貨車(chē)率為0.3范圍處出現(xiàn)一個(gè)較為明顯的突變，此時(shí)由于交通流處于一種受貨車(chē)率影響和交通量的界限范圍，車(chē)輛介于完全跟馳和自由變道之間的行駛狀態(tài)，導(dǎo)致出現(xiàn)了該模型下綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的峰值。

對(duì)于上游過(guò)渡區(qū)為單向雙車(chē)道過(guò)渡至單車(chē)道形式綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)分析，見(jiàn)圖3(b)，風(fēng)險(xiǎn)集中位置朝著上游過(guò)渡區(qū)的1/3段和2/3段轉(zhuǎn)移，且相對(duì)于單向三車(chē)道過(guò)渡至雙車(chē)道的情況更加明顯。其成因是在該種占道施工形式下車(chē)輛的匯入會(huì)直接導(dǎo)致主車(chē)道車(chē)輛的駕駛行為發(fā)生改變，直接影響整個(gè)路段的通行能力和行車(chē)安全性，而在另一種占道施工情景下，匯入車(chē)道相鄰主車(chē)道的車(chē)輛可向非相鄰主車(chē)道的車(chē)流采取變道行為，將該區(qū)段風(fēng)險(xiǎn)向主車(chē)道整體發(fā)散，使得區(qū)段整體風(fēng)險(xiǎn)集中不如該種占道施工形式明顯。同時(shí)結(jié)合表3，隨著貨車(chē)率的增加，綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)整體分布和波動(dòng)情況呈現(xiàn)出先增加后下降再增加的趨勢(shì)，其趨勢(shì)形成原因同運(yùn)行速度為40 km/h 的上游過(guò)渡區(qū)為單向雙車(chē)道過(guò)渡至單車(chē)道段相類(lèi)似。均值和波動(dòng)情況的變化幅度并不顯著，主要是由于運(yùn)行速度的提高和上游過(guò)渡區(qū)長(zhǎng)度增加對(duì)于行駛條件的改善。

(3)運(yùn)行速度為80 km/h

對(duì)于進(jìn)入上游過(guò)渡區(qū)的運(yùn)行速度為80 km/h的2種占道施工形式的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)表征指標(biāo)值和不同貨車(chē)率下形成的統(tǒng)計(jì)參數(shù)值開(kāi)展分析，形成圖4和表4。

對(duì)于上游過(guò)渡區(qū)為單向三車(chē)道過(guò)渡至雙車(chē)道形式綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)分析，見(jiàn)圖4(a)，由于上游過(guò)渡區(qū)長(zhǎng)度和運(yùn)行速度的增加，斷面風(fēng)險(xiǎn)主要集中在2/3的上游過(guò)渡區(qū)和出口斷面的匯入車(chē)道和相鄰主車(chē)道位置區(qū)段。結(jié)合間隙接受理論分析，在上游過(guò)渡區(qū)長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，當(dāng)駕駛員進(jìn)入上游過(guò)渡區(qū)的匯入車(chē)道時(shí)，由于漸變寬度變化率較小，同時(shí)處于大交通量條件下尋找可穿插間隙的概率會(huì)減少，從而導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)集中在上游過(guò)渡區(qū)出現(xiàn)橫向安全寬度的附近。結(jié)合表4，在0.1～0.4貨車(chē)率條件下，由于運(yùn)行速度的提高，導(dǎo)致進(jìn)入上游過(guò)渡區(qū)內(nèi)部時(shí)車(chē)輛運(yùn)行速度受車(chē)道數(shù)減少的限制，車(chē)輛所需采取的減速和換道行為增多，在大車(chē)率較低的狀態(tài)下已經(jīng)達(dá)到了從間斷自由轉(zhuǎn)入跟馳行駛的態(tài)勢(shì)。并在0.4左右貨車(chē)率的情況下達(dá)到完全跟馳狀態(tài)，在貨車(chē)率達(dá)到0.5時(shí)，交通流狀態(tài)從跟馳轉(zhuǎn)入擁堵情況，致使斷面風(fēng)險(xiǎn)集中更加顯著。

對(duì)于上游過(guò)渡區(qū)為單向雙車(chē)道過(guò)渡至單車(chē)道形式綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)分析，見(jiàn)圖4(b)，此時(shí)綜合評(píng)價(jià)的提高,使進(jìn)入上游過(guò)渡區(qū)車(chē)輛的減速性能和駕駛員的反應(yīng)時(shí)間多方因素導(dǎo)致模型斷面風(fēng)險(xiǎn)集中在該區(qū)指標(biāo)分布與該運(yùn)行速度下另一種占道施工形式相類(lèi)似，風(fēng)險(xiǎn)主要集中在2/3的上游過(guò)渡區(qū)和出口斷面位置區(qū)段。產(chǎn)生該數(shù)據(jù)分布的成因同另一種占道施工形式相類(lèi)似，均為漸變寬度變化率較小和處于大交通量條件下尋找可穿插間隙的概率會(huì)減少，從而導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)集中在上游過(guò)渡區(qū)出現(xiàn)橫向安全寬度的附近。相對(duì)于另一種占道施工風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)采集斷面集中情況更加顯著，主要考慮該種占道施工形式下匯入車(chē)道車(chē)輛的合流會(huì)直接導(dǎo)致主車(chē)道車(chē)輛的駕駛行為發(fā)生變化，直接影響整個(gè)路段的通行能力和行車(chē)安全性。同時(shí)結(jié)合表4分析，隨著貨車(chē)率的增加，斷面總得分整體分布和波動(dòng)情況也呈現(xiàn)出先增加后下降在增加的趨勢(shì)，其趨勢(shì)成因與運(yùn)行速度為40 km/h 的上游過(guò)渡區(qū)為單向雙車(chē)道過(guò)渡至單車(chē)道段相同。

圖4 80 km/h運(yùn)行速度下對(duì)應(yīng)不同占道施工形式綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)分布

表4 80 km/h運(yùn)行速度下不同貨車(chē)率和占道施工形式統(tǒng)計(jì)參數(shù)

4 結(jié)論

本研究針對(duì)混合交通流條件下的養(yǎng)護(hù)作業(yè)上游過(guò)渡區(qū)的空間安全性展開(kāi)研究，首先基于Vissim仿真軟件的斷面數(shù)據(jù)采集功能形成3個(gè)風(fēng)險(xiǎn)表征指標(biāo)。仿真試驗(yàn)設(shè)計(jì)不同的貨車(chē)率、占道施工形式和上游過(guò)渡區(qū)長(zhǎng)度，針對(duì)不同占道施工形式收集斷面速度、加速度指標(biāo)計(jì)算出風(fēng)險(xiǎn)表征指標(biāo)值，并通過(guò)最大值化、無(wú)量綱處理、權(quán)重法確定綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)值。為分析貨車(chē)率遞增對(duì)應(yīng)的變化趨勢(shì)，引入統(tǒng)計(jì)參數(shù)(均值和平均標(biāo)準(zhǔn)偏差)來(lái)反映不同貨車(chē)率情況下整體分布和波動(dòng)情況，最終通過(guò)不同運(yùn)行速度和占道施工形式下的三維散點(diǎn)投影圖和統(tǒng)計(jì)參數(shù)表對(duì)綜合指標(biāo)值變化趨勢(shì)和分布開(kāi)展研究分析，得出以下結(jié)論：

(1)進(jìn)入上游過(guò)渡區(qū)的運(yùn)行速度從40～80 km/h增加變化時(shí)，斷面風(fēng)險(xiǎn)空間集中位置從該區(qū)段的入口斷面向出口斷面附近移動(dòng)，同時(shí)占道施工形式為單向雙車(chē)道過(guò)渡至單車(chē)道形式，其集中和移動(dòng)趨勢(shì)更加顯著。

(2)隨著貨車(chē)率的遞增，多數(shù)運(yùn)行速度和占道施工形式試驗(yàn)下綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)整體分布和波動(dòng)情況呈現(xiàn)出先增加后下降再增加的趨勢(shì)。其主要形成原因?yàn)椋涸诖蠼煌織l件下，隨著貨車(chē)比例的增加，受到貨車(chē)的車(chē)型寬度和駕駛行為差異的影響，交通流從自由流轉(zhuǎn)向間斷自由流，再形成跟馳狀態(tài)，最終呈現(xiàn)路段擁堵的變化態(tài)勢(shì)。

(3)隨著貨車(chē)率的遞增，占道施工形式為單向雙車(chē)道過(guò)渡至單車(chē)道對(duì)于綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)變化趨勢(shì)的效果更為顯著，主要成因?yàn)椴粫?huì)受分散到主車(chē)道非相鄰匯入車(chē)道的影響和警告區(qū)車(chē)道平均交通量轉(zhuǎn)化到上游過(guò)渡區(qū)偏小的影響。

(4)目前沒(méi)有對(duì)于養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)上游過(guò)渡區(qū)所有的最終限速值進(jìn)行分析研究，同時(shí)綜合指標(biāo)僅考慮3種風(fēng)險(xiǎn)表征指標(biāo)的等權(quán)重研究，未來(lái)可以針對(duì)于這些方面開(kāi)展進(jìn)一步深入探究。