基于加速度干擾的道路交通安全分析

李 巖

(黑龍江工程學(xué)院 經(jīng)濟管理學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱 150050)

基于加速度干擾的道路交通安全分析

李 巖

(黑龍江工程學(xué)院 經(jīng)濟管理學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱 150050)

隨著城市化水平的提高，城市外緣不斷延展。然而，交通設(shè)施與交通管理不能滿足其交通需要，導(dǎo)致交通安全問題日益突出。本文利用三向加速度理論和車體動力學(xué)，使用光纖陀螺儀，在城市干線與城鄉(xiāng)結(jié)合部選取實驗路段，并將實驗車輛行駛數(shù)據(jù)進行研究。通過對比分析車輛在不同路段的加速度與角速度，發(fā)現(xiàn)在城鄉(xiāng)結(jié)合部路段上車輛加速度變化幅度明顯大于在市區(qū)干道。這也是導(dǎo)致這類路段重大交通事故高發(fā)的原因之一。

交通安全；加速度干擾；三向加速度；角速度

我國城市化水平提高和大中城市的規(guī)模擴張，城鄉(xiāng)結(jié)合部不斷外延。同時，隨著國民經(jīng)濟水平的提高，城市機動車保有量增長迅速。激增的交通量使交通安全問題也逐漸凸顯，尤其是在城市與城郊結(jié)合部的交通安全問題變得更為突出。以哈爾濱市為例，近三年來該市某區(qū)的城鄉(xiāng)結(jié)合部道路交通事故約占該區(qū)交通事故總量的30%， 而且在這類路段上重大交通事故數(shù)量呈逐年上升趨勢。

國外學(xué)者對交通安全問題的研究方法更多關(guān)注單位時間道路交通事故數(shù)與事故中人員傷亡數(shù)量的相關(guān)關(guān)系。例如，F(xiàn)ildes發(fā)現(xiàn)車速與交通事故數(shù)的關(guān)系并非 U 形曲線，車速快比車速慢的車輛發(fā)生交通事故的可能性更大[1]。Baruga在交通事故分析中發(fā)現(xiàn)，駕駛員如采用平均車速則交通事故的發(fā)生率低，但如果駕駛員進行超速行駛則發(fā)生交通事故的概率會更高，通過建立EURO模型得出的結(jié)論是車輛行駛的平均速度和速度差與交通事故的關(guān)聯(lián)度較高[2]。國外學(xué)者常采用事故頻率法[3-4]、事故率法[5]、矩陣法[6]、當(dāng)量總事故次數(shù)法[7-8]、質(zhì)量控制法[9]和臨界率法[10]等對交通安全進行定量研究。

國內(nèi)專家主要從定量研究與定性研究兩個方面開展對交通安全領(lǐng)域的研究。例如在定量分析方面，華南理工大學(xué)許倫輝等通過對車輛速度擺動和人體對不同方向振動感受與敏感程度的區(qū)別，建立加速度干擾模型，從而對公路行車的舒適性進行研究[11]。從以往成果來看，交通安全的研究主要集中在公路上，但對于交通事故高發(fā)的城市道路與公路銜接帶的交通安全研究成果甚少。胡啟洲等通過對交通事故的時空分布特性，利用價值函數(shù)建立并評價城市道路交通安全的測度模型，借助測度實現(xiàn)對交通安全主要影響因素的科學(xué)選擇[12]。黨曉旭等通過數(shù)據(jù)包絡(luò)分析，在定義交通安全變化測度因子的基礎(chǔ)上，建立道路交通安全變化測試模型，進行交通安全水平評價[13]。王雪松等利用先進貝葉斯空間統(tǒng)計模型分析TAZ層面交通安全與影響因素，分別對城市主干道路與支路事故建模，分析不同路網(wǎng)與交通安全的關(guān)聯(lián)性[14]。此外，牛世峰等對于道路交通安全定量評價中，著重利用定性評價方法通過事故樹分析進行路段交通安全評價，一定程度上解決了部分指標(biāo)難以量化的難題[15]。

綜合以上，國內(nèi)外專家從不同角度對交通安全進行了比較深入地研究。通過對城鄉(xiāng)結(jié)合部路段車輛行駛的實地調(diào)研來看，駕駛員常通過車速變化來實現(xiàn)行車的安全性。由于城鄉(xiāng)結(jié)合部路段的道路線形變化較大，導(dǎo)致車輛運行速度缺乏連續(xù)性[16]。因此，當(dāng)車輛運行于城鄉(xiāng)結(jié)合部路段時，駕駛員會采用大幅度的車輛制動或加速，以保持車輛運行的連貫性。這就增加了誘發(fā)交通事故的潛在可能性。通過對車輛速度變化強度的分析，可更好地對這類路段進行交通安全性評價。

1 三向加速度分析

在哈爾濱市選取市區(qū)主干道路段(南直路先鋒路至哈東路路段)與城鄉(xiāng)結(jié)合部路段(天恒大街團結(jié)中心小學(xué)到恒星小學(xué)路段)各一處約3 km實驗路段，利用光纖陀螺儀進行車輛加速度實測。從兩個觀測路段的道路條件來看，城市主干道路段為雙向八車道帶中央隔離欄，路面條件好，交通設(shè)施齊全。城鄉(xiāng)結(jié)合部路段為雙向四車道無中央隔離欄，路面條件和交通設(shè)施狀況一般。

本實驗車輛安裝光纖陀螺儀采用可能速度行駛完成實驗。所謂可能速度指技術(shù)熟練的駕駛員駕駛車輛在良好的路面和運行環(huán)境下，在只受車況和道路線形作用下所能達(dá)到的車輛行駛速度[17]。根據(jù)交通環(huán)境條件，本文所指的可能速度即是在滿足基本的道路條件、交通條件、駕駛員素質(zhì)前提下的車輛最大安全運行速度。實驗車輛選擇在下午平峰時段，在兩實驗路段連續(xù)多次反復(fù)行駛，選擇最接近可能速度條件的行駛數(shù)據(jù)。從理論上講，該速度值會略低于理論值，車輛加速度變化會直接影響駕乘人員的舒適性和車輛行駛的安全性[18-19]。

1.1 車輛行駛狀態(tài)分析

為了比較城市主干道路段與城鄉(xiāng)結(jié)合部路段的行車安全性，通過以上實驗可同時獲取俯仰角速度、側(cè)傾角速度和橫擺角速度，以描述車輛在不同路段行駛的運動狀態(tài)。車輛在城市主干道觀測路段行駛狀態(tài)見圖1、圖2和圖3。

圖1 俯仰角速度(市區(qū)干道觀測路段)

圖2 側(cè)傾角速度(市區(qū)干道觀測路段)

圖3 橫擺角速度(市區(qū)干道觀測路段)

車輛在城鄉(xiāng)結(jié)合部觀測路段的行駛狀態(tài)見圖4、圖5和圖6。

圖4 俯仰角速度(城鄉(xiāng)結(jié)合部道路觀測路段)

圖5 側(cè)傾角速度(城鄉(xiāng)結(jié)合部道路觀測路段)

圖6 橫擺角速度(城鄉(xiāng)結(jié)合部道路觀測路段)

1.2 車輛三向加速度分析

為了比較城市主干道路與城鄉(xiāng)結(jié)合部道路行車安全性，再選取實驗獲得縱向加速度、橫向加速度和垂直加速度指標(biāo)進行比較分析，以評判車輛行駛的安全性[20]。

車輛在城市主干道觀測路段行駛過程中三向加速度變化見圖7、圖8和圖9。

圖7 縱向加速度(市區(qū)干道觀測路段)

圖8 橫向加速度(市區(qū)干道觀測路段)

圖9 垂直加速度(市區(qū)干道觀測路段)

根據(jù)實驗測得的指標(biāo)，整理后可得城市主干道路觀測路段車輛行駛參數(shù)的均值和方差，見表1。

表1 城市主干道路觀測路段車輛行駛指標(biāo)

車輛在城鄉(xiāng)結(jié)合部道路觀測路段行駛?cè)蚣铀俣茸兓妶D10、圖11和圖12。

圖10 縱向加速度(城鄉(xiāng)結(jié)合部道路觀測路段)

圖11 橫向加速度(城鄉(xiāng)結(jié)合部道路觀測路段)

圖12 垂直加速度(城鄉(xiāng)結(jié)合部道路觀測路段)

根據(jù)測得的指標(biāo)，經(jīng)整理，得到城鄉(xiāng)結(jié)合部道路觀測路段車輛行駛參數(shù)的均值和方差見表2。

由以上觀測路段三類角速度和三向加速度數(shù)據(jù)對比可知，在市區(qū)主干道觀測路段車輛行駛過程中運行狀態(tài)穩(wěn)定性較弱，車輛變速和變道相對比較頻繁，但車輛速度變化幅度比較小且車體比較平穩(wěn)。當(dāng)車輛進入城鄉(xiāng)結(jié)合部道路觀測路段時，車輛速度較快，車速和變道頻次相對下降，但車輛運行過程中加速度變化幅度大且車體穩(wěn)定性較差。

表2 城鄉(xiāng)結(jié)合部道路觀測路段車輛行駛指標(biāo)

2 結(jié)束語

由以上可知，車輛在不同路段行駛，三向加速度干擾差異較大，對車輛行駛安全性的影響也不相同。

首先，在城鄉(xiāng)結(jié)合部道路行駛的三向加速度干擾值最大，在市區(qū)主干道行駛的三向加速度干擾值最小。其次，在城鄉(xiāng)結(jié)合部路段加速度方差也明顯大于市區(qū)主干道，表明車輛行駛的持續(xù)穩(wěn)定性較差。第三，在城鄉(xiāng)結(jié)合部道路車輛加減速時，加速度變化大，更容易發(fā)生追尾事故；車輛變道超車時加速度大，駕駛行為和車輛技術(shù)性能差別表現(xiàn)得更為明顯，也更易發(fā)生刮擦事故，乃至更為嚴(yán)重的交通事故。因此，在城鄉(xiāng)結(jié)合部道路的交通安全性比市區(qū)主干道的更差，且車輛加速度與角速度都波動大，更易誘發(fā)重大交通事故。

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[責(zé)任編輯：郝麗英]

Research on the road traffic safety based on acceleration disturbing

LI Yan

(College of Economics and Management,Heilongjiang Institute of Technology, Harbin 150050, China)

With improving of urbanization level, urban fringe constantly extends. However, traffic facilities and traffic management can't meet the traffic demands, problems of traffic safety become more and more prominent. In this paper, using the theory of three-direction acceleration and vehicle body dynamics, through fiber optic gyroscope, the experimental sections were selected from urban road and urban-rural continuum road, and the experimental vehicle driving data were studied. Through the contrast with the vehicles' data of acceleration and angular velocity of different road sections, we find that acceleration changes of vehicles on urban-rural continuum roads are bigger than the one on urban sections. This is also one of main causes that major accidents keep high incidence on this kind sections.

road traffic safety; acceleration disturbing; three-direction interference；angular velocity

2017-02-24

李 巖(1972-)，男，教授，博士，研究方向：交通安全；物流管理.

10.19352/j.cnki.issn1671-4679.2017.04.005

U121

A

1671-4679(2017)04-0019-04