設(shè)計(jì)階段平面交叉口安全評(píng)價(jià)方法研究與應(yīng)用

蔡 茜，畢和政

(1.南京審計(jì)學(xué)院理學(xué)院，江蘇 南京 211815；2.上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院，上海 200240)

平面交叉口(后簡(jiǎn)稱“平交口”)是公路路網(wǎng)的交匯點(diǎn)，是行人、車輛的匯合、轉(zhuǎn)向、分流的地方，雖然在空間上占整個(gè)公路網(wǎng)的很小部分，但是從所發(fā)生交通事故角度看，平交口事故卻占整個(gè)公路網(wǎng)事故的很大比例。根據(jù)各國(guó)交通安全統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，美國(guó)2000年約有280萬(wàn)起引起人員受傷的交通事故發(fā)生在道路交叉口或附近，占全部引起人員受傷交通事故的48%[1]；日本2008年發(fā)生在平交口的道路交通事故占所有道路交通事故的56.1%，圖1為日本按道路類型分類的事故件數(shù)[2]；中國(guó)城市的交通事故抽樣統(tǒng)計(jì)表明，發(fā)生在平交口的交通事故數(shù)約為全部道路交通事故數(shù)的30%[3]。因此，平交口的交通安全狀況亟待改善。而在設(shè)計(jì)階段對(duì)平交口進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，能為公路平交口交通安全治理和改善提供依據(jù)，減少未來(lái)潛在事故的發(fā)生。

圖1 按道路類型分類的事故起數(shù)及其占比(日本，2008)Fig.1 Accidents in different road areas and the proportion (Japan,2008)

目前國(guó)內(nèi)外交叉口交通安全評(píng)價(jià)方法主要有以交通事故統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)的直接評(píng)價(jià)方法和以交通沖突技術(shù)為基礎(chǔ)的間接評(píng)價(jià)方法。以交通事故統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)的直接評(píng)價(jià)方法是國(guó)內(nèi)外常用的方法，主要有專家經(jīng)驗(yàn)法、事故數(shù)法、事故率質(zhì)量控制法、安全系數(shù)法、回歸模型法等[4-5]，但是應(yīng)用上述方法存在著“小樣本、長(zhǎng)周期、大區(qū)域、低信度”等缺陷[6-7]?；诮煌_突技術(shù)的間接評(píng)價(jià)方法是一種相對(duì)較新的交通安全評(píng)價(jià)方法，該方法應(yīng)用較廣的是用沖突率來(lái)評(píng)價(jià)交叉口的交通安全。但是該方法也存在缺點(diǎn)，集中表現(xiàn)在觀測(cè)數(shù)據(jù)精度差，如果對(duì)大量交叉口進(jìn)行交通沖突分析，觀測(cè)所花費(fèi)的人力、時(shí)間也很大。

安全服務(wù)水平評(píng)價(jià)方法是一種不依賴交通事故和交通沖突數(shù)據(jù)的新的事前安全評(píng)價(jià)方法。所謂“平交口安全服務(wù)水平”是指交叉口使用者從平交口幾何線形、道路狀況、交通環(huán)境、交通控制等方面可能得到的交通安全服務(wù)質(zhì)量，也就是平交口本身所能提供的交通安全服務(wù)程度。而“平交口安全服務(wù)水平評(píng)價(jià)方法”就是通過(guò)分析影響交叉口安全服務(wù)水平的各種內(nèi)在因素，建立公路平交口安全服務(wù)水平的評(píng)價(jià)模型，并依據(jù)模型計(jì)算值對(duì)安全服務(wù)水平進(jìn)行分級(jí)，以全面客觀地描述平交口所能提供的交通安全服務(wù)程度，為改善交叉口提供統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)。

1 公路平交口安全服務(wù)水平影響因素的綜合分析

交通事故的發(fā)生，是多種因素共同作用的結(jié)果。人、車輛、道路以及道路周圍的環(huán)境是構(gòu)成交通系統(tǒng)的主要因素，這些因素通過(guò)相互影響與作用，構(gòu)成了交通環(huán)境。人的因素屬于主觀因素，對(duì)人的安全行為研究包括對(duì)交通參與者的生理、心理等各方面進(jìn)行系統(tǒng)分析，研究人的不安全行為特征；客觀因素主要是指車輛技術(shù)性能、道路及安全設(shè)施、環(huán)境3方面的因素。由于主觀因素和車輛技術(shù)性能變化較大，因此重點(diǎn)考慮道路和環(huán)境的客觀因素。

運(yùn)用交通事故成因分析、影響因素主成分分析等方法，把影響平交口交通安全服務(wù)水平的因素分為主要影響因素、次要影響因素和交通流量3大類[8]。1) 主要影響因素。包括機(jī)動(dòng)車與機(jī)動(dòng)車之間的沖突點(diǎn)(交叉沖突點(diǎn)、合流沖突點(diǎn)、分流沖突點(diǎn))，機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車之間的沖突點(diǎn)(直行機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車沖突點(diǎn)、左轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車沖突點(diǎn)、右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車沖突點(diǎn))，機(jī)動(dòng)車與行人之間的沖突點(diǎn)(直行機(jī)動(dòng)車與行人沖突點(diǎn)、左轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車與行人沖突點(diǎn)、右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車與行人沖突點(diǎn))。2) 次要影響因素。包括信號(hào)燈(信號(hào)相位、黃燈時(shí)間、信號(hào)燈可視性)，幾何特征(縱坡度、交叉角度、視距、車道設(shè)置、物理渠化)，標(biāo)志(標(biāo)志可視性、標(biāo)志設(shè)置、標(biāo)志信息量)，標(biāo)線(標(biāo)線可視性、標(biāo)線設(shè)置)，路面(路面平整性、路面抗滑性)，照明(路燈設(shè)置、路燈完整性)。3) 交通流量。包括機(jī)動(dòng)車交通量，非機(jī)動(dòng)車車流運(yùn)行狀況，行人流運(yùn)行狀況。

2 平交口安全服務(wù)水平評(píng)價(jià)模型的建立

由于涉及平交口安全服務(wù)水平的因素較多，為了更好地表達(dá)各個(gè)影響因素與安全服務(wù)水平之間的關(guān)系，分別從主要影響因素和交通流量方面建立主模型，從次要影響因素方面建立次要因素修正模型，通過(guò)次要影響因素模型得到修正系數(shù)，并修正主模型，從而得到總的平交口的安全服務(wù)水平評(píng)價(jià)模型。

2.1 基于沖突點(diǎn)和交通流量的主模型

沖突點(diǎn)是交通沖突以及交通事故產(chǎn)生的根本原因。在理論上，某類沖突點(diǎn)越多，其可能導(dǎo)致的某類交通事故數(shù)也越多，沖突點(diǎn)的惡性程度越嚴(yán)重，其可能導(dǎo)致的某類交通事故的惡性程度越嚴(yán)重。同時(shí)，交通量的大小也會(huì)不同程度上影響沖突點(diǎn)的負(fù)面作用。如果交通量較大且交通秩序混亂，必然加重沖突點(diǎn)的負(fù)面作用；如果交通量較小且交通秩序好，則可能減輕沖突點(diǎn)的負(fù)面作用。因此，得出基于沖突點(diǎn)和交通流量的危險(xiǎn)度模型：

C=Kf·∑NiSi

(1)

式中：C—危險(xiǎn)度；Kf—交通流量影響系數(shù)；Ni—某類沖突點(diǎn)個(gè)數(shù)；Si—某類沖突點(diǎn)的惡性程度系數(shù)。

不同類型的沖突點(diǎn)對(duì)平交口的交通安全影響程度不同，因此可以根據(jù)某些國(guó)家詳細(xì)分類的交通事故數(shù)據(jù)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析不同種類沖突點(diǎn)所對(duì)應(yīng)不同類型交通事故的發(fā)生率和所造成的經(jīng)濟(jì)損失，從而得到不同類型沖突點(diǎn)的相對(duì)惡性程度。根據(jù)已有研究成果[9]，得到不同交通行為實(shí)體之間各類沖突點(diǎn)的惡性程度系數(shù)如表1。為了評(píng)價(jià)方便，將交通流量影響系數(shù)Kf的值確定如下，見(jiàn)表2。

2.2 基于次要影響因素的修正模型

除了機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車、行人之間的內(nèi)在沖突點(diǎn)決定平交口交通安全外，國(guó)內(nèi)外很多資料表明：信號(hào)燈、平交口的幾何特征、交通標(biāo)志、交通標(biāo)線、路面、照明也對(duì)平交口的安全有較大影響。當(dāng)交通流量小于1 000 pcu/h時(shí)，交通流量的影響可以忽略，而其他次要因素的影響就特別的突出。所以，平交口其他影響因素對(duì)平交口安全服務(wù)水平的影響也不可忽視。

表1 機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車、行人沖突點(diǎn)惡性程度系數(shù)Table 1 The malignant coefficients of conflict points among motor vehicles,non-motors and pedestrians

表2 交通流量影響系數(shù)Table 2 The influence coefficients of traffic flow

建立次要影響因素修正模型如下：

A=∑MiQi

(2)

式中：A—次要影響因素修正系數(shù)；Mi—某類次要影響因素的權(quán)重；Qi—某類次要影響因素的影響系數(shù)。表3給出了平交口各個(gè)次要影響因素的權(quán)重和影響系數(shù)[10]。

表3 次要影響因素的權(quán)重及影響系數(shù)

2.3 平交口安全服務(wù)水平評(píng)價(jià)模型

由主模型和次要因素修正模型得到平交口安全服務(wù)水平的總模型為

R=C·A

(3)

式中：R表示平交口危險(xiǎn)度，為平交口安全服務(wù)水平的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.4 平交口安全服務(wù)水平等級(jí)劃分

平交口安全服務(wù)水平等級(jí)劃分依據(jù)平交口安全服務(wù)水平模型的計(jì)算值即平交口危險(xiǎn)度。危險(xiǎn)度越小的平交口安全服務(wù)水平越高；危險(xiǎn)度越大的平交口安全服務(wù)水平越低。為了使平交口安全服務(wù)水平更加具有區(qū)分性，把平交口安全服務(wù)水平分為4級(jí)(A～D)，分別對(duì)應(yīng)平交口很安全、較安全、較危險(xiǎn)、很危險(xiǎn)。

表4 平交口安全服務(wù)水平等級(jí)

根據(jù)平面交叉口的安全服務(wù)水平等級(jí)可以掌握交叉口的整體安全程度，當(dāng)整體安全程度較好時(shí)(如A級(jí)、B級(jí))，采取保持現(xiàn)狀或者小修等措施；當(dāng)整體安全程度較差時(shí)(如C級(jí)、D級(jí))，從主要影響因素、次要影響因素和交通流量確立危害平交口安全的關(guān)鍵指標(biāo)，并加以整改和完善，提高平交口安全服務(wù)水平。

3 實(shí)例驗(yàn)證

為了驗(yàn)證平交口安全服務(wù)水平模型的合理性，依托項(xiàng)目《江蘇省臨海高等級(jí)公路交通安全評(píng)價(jià)專題咨詢》，對(duì)其施工圖設(shè)計(jì)階段的40個(gè)平交口數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，同時(shí)進(jìn)行平交口整體安全性的專家打分評(píng)價(jià)(滿分100分，100分代表最好，0分代表最差)，并對(duì)模型計(jì)算值R與專家打分值T進(jìn)行線性擬合，見(jiàn)圖2。

圖2 安全服務(wù)水平模型計(jì)算值與專家打分值的相關(guān)性及一致性檢驗(yàn)Fig.2 Linear correlation and consistency testing for model calculated values of safety service level with experts’ scores

其中無(wú)信號(hào)平交口模型計(jì)算值與專家打分值線性回歸的相關(guān)系數(shù)是0.935；信號(hào)平交口模型計(jì)算值與專家打分值線性回歸的相關(guān)系數(shù)是0.926，都具有很好的相關(guān)性。并且，根據(jù)安全服務(wù)水平等級(jí)對(duì)主觀打分的值域進(jìn)行等級(jí)劃分，可見(jiàn)兩者具有良好的一致性。

4 基于安全服務(wù)水平方法的設(shè)計(jì)階段平交口安全評(píng)價(jià)及優(yōu)化方案

目前我國(guó)在公路平交口設(shè)計(jì)方面存在的問(wèn)題主要體現(xiàn)在平交口的選位、幾何設(shè)計(jì)、交通控制、安全設(shè)施設(shè)置等關(guān)鍵技術(shù)上存在很強(qiáng)的主觀性和隨意性，在設(shè)計(jì)過(guò)程中缺乏科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)南到y(tǒng)分析，難以確保平交口設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性，使得公路平面交叉口成為交通安全的隱患點(diǎn)。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了一套適用于平面交叉口設(shè)計(jì)階段的安全評(píng)價(jià)與優(yōu)化方案，見(jiàn)圖3。

此方案在項(xiàng)目《江蘇省臨海高等級(jí)公路交通安全評(píng)價(jià)專題咨詢》中也得到了很好地應(yīng)用和驗(yàn)證。以臨海高等級(jí)公路某路段40個(gè)平交口的改善治理過(guò)程為例，其中有20個(gè)無(wú)信號(hào)控制平交口、20個(gè)信號(hào)控制平交口。通過(guò)合理設(shè)置專用車道和優(yōu)化信號(hào)控制，使得無(wú)信號(hào)和信號(hào)平交口內(nèi)的平均沖突點(diǎn)數(shù)有明顯減少，見(jiàn)表5；進(jìn)一步優(yōu)化幾何特征、標(biāo)志、標(biāo)線、路面、照明等影響因素，使得平交口總體危險(xiǎn)度明顯降低，改善治理前后的平交口安全服務(wù)水平等級(jí)分布見(jiàn)圖4，平交口的安全性得到顯著提高。

表5 優(yōu)化前后平均沖突數(shù)

圖4 平交口改善前后安全服務(wù)水平等級(jí)分布變化Fig.4 Changes in the distribution of safety service level at intersections before and after improvement

5 結(jié) 論

基于安全服務(wù)水平的概念建立了平交口安全服務(wù)水平評(píng)價(jià)模型，給出了設(shè)計(jì)階段平交口安全評(píng)價(jià)及優(yōu)化方案；經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐表明該應(yīng)用可顯著提高公路平交口設(shè)計(jì)的安全性和可靠性，將平交口設(shè)計(jì)的事后評(píng)價(jià)變?yōu)槭虑邦A(yù)防。但影響安全的因素眾多，定量化評(píng)價(jià)影響因素狀況的方法還不完善，需進(jìn)一步研究。

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