交叉口交通沖突仿真分析

朱新征

摘? 要：城市現(xiàn)有的道路在滿足人們的交通需求的同時(shí)，也會(huì)發(fā)生交通事故、道路擁擠等一些安全問題。交叉口是城市交通的瓶頸，及時(shí)發(fā)現(xiàn)交叉口存在的安全隱患，可以改善整個(gè)城市道路交通安全水平。本文對(duì)一交叉口進(jìn)行交通數(shù)據(jù)采集，并應(yīng)用VISSIM軟件進(jìn)行仿真模擬，發(fā)現(xiàn)問題，并分析不同因素對(duì)交叉口沖突的影響，以微觀仿真的結(jié)果為依據(jù)提出了對(duì)道路交叉口的改善措施。

關(guān)鍵詞：交叉口? 安全? 仿真? 改善

中圖分類號(hào)：TP391.9 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2021）03（a）-0181-04

Simulation Analysis of Traffic Conflicts at Intersections

ZHU Xinzheng

（Shenyang Ligong University，? Shenyang， Liaoning Province， 110159 China）

Abstract： The existing roads in the city meet people's traffic needs， but also have traffic accidents， road congestion and other safety problems. Intersection is the bottleneck of urban traffic， timely detection of intersection safety hazards can improve the level of urban road traffic safety. In this paper，? the traffic data of an intersection is collected，? and the simulation is carried out by using VISSIM software. The problems are found，? and the influence of different factors on the intersection conflict is analyzed. Based on the results of micro simulation， the improvement measures for the road intersection are put forward.

Key Words： Intersection; Safety; Simulation; Improvement

城市交叉口是不同通行方向交通流匯合的節(jié)點(diǎn)，由于各交通流之間相互交織、匯聚，會(huì)產(chǎn)生很多潛在的碰撞危險(xiǎn)點(diǎn)，進(jìn)一步可能會(huì)導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。交通量大、沖突點(diǎn)多、行車視線差等原因[1]均導(dǎo)致交叉口處的事故突出，因此，城市交叉口的交通安全隱患，引起了人們廣泛的關(guān)注。

交通沖突和事故有聯(lián)系，交通沖突在一定程度上可以被認(rèn)為是不安全的交通行為，這樣就會(huì)有較大概率導(dǎo)致交通事故的發(fā)生，因此常常采用交通沖突用于安全評(píng)估。

1? 交通沖突理論

1997年Amundsen 等學(xué)者首次正式提出了交通沖突的定義：兩個(gè)或兩個(gè)以上道路使用者在特定時(shí)間和空間上彼此相互靠近到一定程度，此時(shí)，如果他們不及時(shí)調(diào)整改變自己的運(yùn)動(dòng)軌跡，那么車輛就有可能發(fā)生碰撞，這種現(xiàn)象稱為交通沖突[2]。交通沖突有多種分類方法。按照發(fā)生交通沖突的對(duì)象，可以分為機(jī)動(dòng)車之間的沖突、機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車之間的沖突、非機(jī)動(dòng)車之間的沖突、非機(jī)動(dòng)車與行人之間的沖突、行人之間的沖突。按照發(fā)生沖突時(shí)車輛的行駛軌跡，可以分為合流沖突、分流沖突、交織沖突[3]。合流沖突指不同來車方向的交通流匯聚為同一方向，這個(gè)匯合點(diǎn)就被稱為合流沖突點(diǎn)，合流沖突角越大，沖突發(fā)生概率越大。分流沖突指相同來車方向的交通流在某一點(diǎn)上分為兩個(gè)不同方向，這個(gè)分離點(diǎn)被稱為分流沖突點(diǎn)。交織沖突指兩個(gè)不同來車方向的交通流在某點(diǎn)發(fā)生交匯，之后又分為兩個(gè)不同方向的交通流。不同的沖突點(diǎn)的危險(xiǎn)性也不同，從危險(xiǎn)的嚴(yán)重性由高到低分別是合流沖突、交織沖突，降低交叉口沖突影響，除了減少?zèng)_突個(gè)數(shù)，還可以從降低交通沖突危險(xiǎn)程度著手。

交通沖突技術(shù)是基于一定的測(cè)量方法和判別標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)交通沖突發(fā)生的過程以及嚴(yán)重程度進(jìn)行定量測(cè)量和判別的一種技術(shù)，同時(shí)也是一種非事故統(tǒng)計(jì)的交通安全評(píng)價(jià)方法[3]，也是定量分析交通問題的重要方法。對(duì)道路交通安全綜合評(píng)價(jià)不只是了解該交通系統(tǒng)的安全狀況，更重要的是找出其中存在的問題，從而對(duì)道路提出相關(guān)的改善建議。以交通事故來評(píng)價(jià)道路交通安全，存在很多無法解決的問題，如樣本量小、周期長(zhǎng)，影響因素復(fù)雜等，而采用交通沖突技術(shù)，就可以避免這些缺陷和不足，因?yàn)榻煌_突發(fā)生的過程具有可測(cè)量、可觀測(cè)、可記錄的特點(diǎn)。

2? VISSIM交通仿真技術(shù)

VISSIM是德國(guó)PTV公司開發(fā)的評(píng)價(jià)交通工程設(shè)計(jì)和城市規(guī)劃方案的有效工具。VISSIM有廣泛交通情景的微觀交通模擬器，能夠精確描述信號(hào)燈周期變化，構(gòu)建不同類型的道路，精確描述道路的幾何特性，道路數(shù)，道路寬度以及限速等，能夠較準(zhǔn)確地反映多種需要模擬的交通運(yùn)行現(xiàn)象，具有強(qiáng)大的細(xì)致建模能力，因而在交通科學(xué)研究中應(yīng)用較廣泛。

VISSIM仿真過程大致可分為靜態(tài)數(shù)據(jù)輸入、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)輸入、運(yùn)行仿真微觀模型、調(diào)試模型、結(jié)果輸出等過程。通過調(diào)查數(shù)據(jù)輸入建立仿真模型，運(yùn)行仿真結(jié)果輸出數(shù)據(jù)，對(duì)比實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)試，對(duì)仿真過程沖突數(shù)進(jìn)行判別，形成模型的基本安全評(píng)價(jià)，針對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)模型部分參數(shù)進(jìn)行改善后，再次運(yùn)行模型進(jìn)行仿真，檢驗(yàn)對(duì)降低沖突數(shù)是否有效，從而提出交叉口改善措施。

3? 實(shí)例分析

3.1 數(shù)據(jù)采集

該交叉口東西走向雙向六車道，其中含有一個(gè)左轉(zhuǎn)專用道，限速為60km/h。南北走向雙向四車道，限速為50km/h。道路兩旁均有非機(jī)動(dòng)車道，機(jī)動(dòng)車道寬度為3.75m。附近有購(gòu)物廣場(chǎng)和商廈。

建立仿真模型需要交通量、車速、交通控制等交通數(shù)據(jù)。交通量調(diào)查采用錄像法，每15min為一個(gè)計(jì)時(shí)單位，統(tǒng)計(jì)4個(gè)來車方向在單位時(shí)間內(nèi)直行、右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)的機(jī)動(dòng)車和非機(jī)動(dòng)車的交通量，并分車型統(tǒng)計(jì)，且錄像采集數(shù)據(jù)可反復(fù)觀看，有利于核查校對(duì)。機(jī)動(dòng)車車速調(diào)查采用車牌照法，選擇A，B兩點(diǎn)，分別記錄駛過該點(diǎn)車輛的車牌號(hào)及駛過的時(shí)刻，用觀測(cè)路段起終點(diǎn)距離除以行駛時(shí)間計(jì)算車速。

該交叉口采用兩相位配時(shí)，信號(hào)周期為103s，相位一為南北走向通行，其中綠燈時(shí)間為45s，紅燈時(shí)間為55s，黃燈時(shí)間為3s。相位二為東西走向通行。

3.2 靜態(tài)數(shù)據(jù)輸入

根據(jù)該交叉口調(diào)查的幾何數(shù)據(jù)，錄入VISSIM軟件繪制交叉口圖形，建立交叉口路網(wǎng)，并根據(jù)現(xiàn)有路網(wǎng)的信號(hào)配時(shí)方案，新建東西方向、南北方向的兩個(gè)信號(hào)燈組，設(shè)置黃燈時(shí)間、紅燈結(jié)束、綠燈結(jié)束以及信號(hào)周期。

3.3 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)輸入

按照采集的數(shù)據(jù)對(duì)進(jìn)口道機(jī)動(dòng)車的交通構(gòu)成進(jìn)行設(shè)置，包括每種車輛類型所占的比例及其期望車速。各進(jìn)道口車型比例不盡相同，因此需要分別設(shè)置。設(shè)置好相應(yīng)的交通構(gòu)成之后，輸入對(duì)應(yīng)的交通量調(diào)查數(shù)據(jù)，設(shè)置車輛路徑，即車輛左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，直行的相對(duì)車流。由于VISSIM中運(yùn)行車流方向不同，行駛路徑不同，通過靜態(tài)路徑?jīng)Q策、局部路徑?jīng)Q策和動(dòng)態(tài)路徑?jīng)Q策中一種路徑選擇確定分配各個(gè)支路交通量比例。調(diào)查數(shù)據(jù)中左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、直行的交通量，使用靜態(tài)路徑?jīng)Q策進(jìn)行設(shè)置。

沖突區(qū)域可以用來反映車輛的優(yōu)先通行規(guī)則，在交叉口中定義優(yōu)先權(quán)[4]。VISSIM中規(guī)定車輛經(jīng)過的路段有交織情況則該處為沖突區(qū)域，選中該沖突區(qū)域，調(diào)整優(yōu)先通行權(quán)，綠色道路優(yōu)先通行，紅色道路需要等待可穿越間隙才能通過。沖突區(qū)域的屬性會(huì)對(duì)每一輛通過沖突區(qū)域車輛的運(yùn)行計(jì)劃計(jì)算產(chǎn)生影響。參數(shù)設(shè)置好后開始仿真運(yùn)行。

4? 交通安全評(píng)價(jià)

4.1 評(píng)價(jià)方法

本文選擇時(shí)間距離法來判別交通沖突，根據(jù)車輛臨近沖突點(diǎn)的實(shí)際速度與距離，通過計(jì)算時(shí)間分析得到，該方法在一定程度上可以綜合反映道路使用者避讓事故所需的空間距離、速度。如果時(shí)間距離小，可以反應(yīng)出道路上車輛與相撞點(diǎn)之間的的距離很接近或者車輛行駛的速度很高，也可能存在車輛距離相撞點(diǎn)很近且行駛速度很高的情況[5]。

在具體實(shí)驗(yàn)過程中，通過VISSIM仿真了解交叉口沖突狀況，通過計(jì)算，得出沖突產(chǎn)生時(shí)機(jī)動(dòng)車或非機(jī)動(dòng)車的速度，也就是在沖突車輛采取避讓措施后立即啟動(dòng)避讓措施，現(xiàn)實(shí)觀測(cè)的時(shí)間點(diǎn)以車輛出現(xiàn)明顯減速等跡象為準(zhǔn)。

4.2 沖突分析

仿真結(jié)果顯示，左轉(zhuǎn)車輛與直行車輛的沖突數(shù)占比為67%，右轉(zhuǎn)車輛與直行車輛的沖突占比為33%，交通沖突率為1.51%，機(jī)動(dòng)車之間的交通沖突率并不是很高，因?yàn)樵撀范螌儆趪?yán)管路段且有攝像頭，所以沒有發(fā)生闖紅燈的現(xiàn)象。但其中左轉(zhuǎn)與直行的發(fā)生沖突占的總沖突數(shù)比重較大，因?yàn)楸边M(jìn)口的左轉(zhuǎn)車輛與其他道路的左轉(zhuǎn)車輛相比較多，易于直行的車輛發(fā)生沖突。

機(jī)動(dòng)車與行人沖突率為1.38%，多為行人與右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車的沖突，也有因?yàn)樾腥岁J紅燈與直行車輛發(fā)生的沖突。因?yàn)樵摻徊婵趯?duì)右轉(zhuǎn)的車流沒有交通控制措施，所以，行人與右轉(zhuǎn)車沖突較多，這是不可避免的，只能采取降低右轉(zhuǎn)彎車流的速度或交通渠化的方法，降低行人與右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車的沖突。

機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車沖突率為1.69%，可以看出在機(jī)機(jī)、機(jī)人、機(jī)非沖突中，雖然機(jī)非沖突數(shù)不是最多，但沖突率卻是三者中最高的。主要是右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車與直行非機(jī)動(dòng)車的沖突，因?yàn)樵撀房趦烧咝旭傑壽E有重疊，只能通過對(duì)控制右轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)車車速來減少交通沖突的嚴(yán)重程度。直行非機(jī)動(dòng)車與左轉(zhuǎn)或直行機(jī)動(dòng)車的沖突，均是由于非機(jī)動(dòng)車闖紅燈、不走非機(jī)動(dòng)車道等違規(guī)行為導(dǎo)致。非機(jī)動(dòng)車速度比機(jī)動(dòng)車車速慢的多，若在交叉口非動(dòng)車占用機(jī)動(dòng)車道，極易造成機(jī)動(dòng)車的擁擠，增加通過交叉口的延誤，導(dǎo)致沖突發(fā)生。因?yàn)榉菣C(jī)動(dòng)車這種行駛的隨意性，應(yīng)著重加強(qiáng)對(duì)非機(jī)動(dòng)車駕駛員的安全教育管理，以達(dá)到減少?zèng)_突的目的。

4.3 交叉口存在的問題

道路交通的運(yùn)行受多種因素的影響，如人、車、路和環(huán)境等，當(dāng)某些因素發(fā)生變化，就會(huì)對(duì)交通系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的影響[6]。其中，交通參與者是該系統(tǒng)正常運(yùn)行的主要影響因素，當(dāng)交通參與者沒有采取恰當(dāng)?shù)拇胧┚陀锌赡馨l(fā)生交通沖突。發(fā)生交通沖突并不意味著會(huì)發(fā)生交通事故，如果交通參與者采取恰當(dāng)?shù)拇胧敲唇煌ㄊ鹿示筒粫?huì)發(fā)生，反之如果沒有及時(shí)采取避險(xiǎn)措施，事故就會(huì)發(fā)生。車輛也起到重要的影響作用，不同類型的車輛發(fā)生交通事故后，造成的損失也不一樣。機(jī)動(dòng)車的速度快、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且牢固，要著重加強(qiáng)對(duì)機(jī)動(dòng)車的管理。同樣，機(jī)動(dòng)車也存在視野盲區(qū)，需要通過制定交通規(guī)則規(guī)避沖突。道路設(shè)計(jì)是否合理、道路質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)、選取的等級(jí)是否合適，交通標(biāo)志、設(shè)施等是否清楚、明顯、有效以及交通信號(hào)燈的配時(shí)等因素都影響著交通沖突的發(fā)生。

（1）根據(jù)仿真結(jié)果可以看出，該交叉口中左轉(zhuǎn)與直行的沖突數(shù)較多，因?yàn)榻徊婵诘臇|側(cè)有商場(chǎng)、市場(chǎng)等原因?qū)е卤边M(jìn)口左轉(zhuǎn)車輛較多。雖然右轉(zhuǎn)與直行的沖突數(shù)占的比重不大，但交通沖突都是交織沖突，交通沖突嚴(yán)重，存在較大安全隱患，不可忽略。

（2）交叉口附近有市場(chǎng)、商場(chǎng)等，人流量較多，行人等待過街的時(shí)間長(zhǎng)，常會(huì)發(fā)生行人闖紅燈、不走斑馬線等情況，并且交叉口的電動(dòng)車也較多，而電動(dòng)車駕駛員駕駛隨意性較大，不按照交通法規(guī)要求行駛，等待紅燈時(shí)越過停車線、闖紅燈等，均會(huì)增加機(jī)動(dòng)車延誤，也阻礙了行人的過街，給交叉口帶來交通安全隱患。

4.4 改善措施

交通沖突可以反映出該地點(diǎn)的交通控制、交通設(shè)施、交通法規(guī)、交通參與者素質(zhì)等方面存在的問題，因此可以從這些因素著手進(jìn)行交叉口改善。

（1）信號(hào)配時(shí)。

交通信號(hào)配時(shí)如果設(shè)置不合理，不僅起不到控制交通的作用，反而會(huì)加重道路的堵塞、增加車輛排隊(duì)延誤的情況。信號(hào)燈的配時(shí)要根據(jù)不同的交叉口的情況進(jìn)行配置。

該路口左轉(zhuǎn)與直行的沖突數(shù)占比較大，原交叉口已經(jīng)設(shè)有左轉(zhuǎn)專用車道，可直接增設(shè)左轉(zhuǎn)專用相位。在仿真模型中需要新建一個(gè)信號(hào)控制機(jī)，設(shè)置黃燈為0s，紅燈結(jié)束為100s。綠燈結(jié)束為110s，同時(shí)還要修改整個(gè)交叉口信號(hào)控制機(jī)組，將紅燈結(jié)束的時(shí)間更改為110s，綠燈結(jié)束的時(shí)間更改為156s。然后重新進(jìn)行仿真，輸出結(jié)果，觀察交通沖突數(shù)。通過調(diào)整再次仿真后，左轉(zhuǎn)與直行的沖突降為0，右轉(zhuǎn)與直行沖突率降為0.51%。

（2）交通渠化。

采用交通標(biāo)志、標(biāo)線及其他設(shè)施等，對(duì)行人和不同車型、不同行駛方向、不同行駛速度的車輛進(jìn)行引導(dǎo)、隔離和管制，使車輛有秩序運(yùn)行，相互之間不會(huì)產(chǎn)生干擾，這樣交通流就可以得到有效的控制。如原路口右轉(zhuǎn)和直行車輛混行，可以改設(shè)右轉(zhuǎn)專用車道，把右轉(zhuǎn)與直行車輛分離，來有效地減少交叉口的沖突數(shù)。

將右轉(zhuǎn)利用連接器進(jìn)行連接，這樣就可以對(duì)右轉(zhuǎn)車輛進(jìn)行有效的控制，然后再次運(yùn)行仿真模型，觀? ? ? ?察仿真過程中車輛的沖突數(shù)，右轉(zhuǎn)與直行的沖突率降為1.1%。

（3）交通管理

在早晚的高峰期可加強(qiáng)對(duì)行人過街的管理，以及對(duì)電動(dòng)車進(jìn)行疏導(dǎo)，加強(qiáng)社會(huì)宣傳引導(dǎo)，減少機(jī)非沖突。

同時(shí)，該交叉口所處的地段比較繁華有市場(chǎng)，容易發(fā)生碰撞，車速不宜過高，在交叉口設(shè)置減速區(qū)域，經(jīng)過仿真后交叉口總的沖突率降為0.84%。

6 結(jié)論

對(duì)于交通運(yùn)輸而言，交叉口作為城市路網(wǎng)中重要的節(jié)點(diǎn)，它的安全問題是整個(gè)路網(wǎng)安全的關(guān)鍵。本文在對(duì)交叉口進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)用的是基于交通沖突技術(shù)的評(píng)價(jià)方法，通過錄像法對(duì)交叉口的車輛數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)查整理，利用VISSIM建立交叉口模型，觀察車輛的運(yùn)行軌跡判斷沖突數(shù)，把沖突數(shù)做為對(duì)交叉口進(jìn)行評(píng)價(jià)的判斷準(zhǔn)則，根據(jù)交叉口沖突數(shù)的多少，判斷交叉口的安全程度，最后根據(jù)分析評(píng)價(jià)的結(jié)果根據(jù)交叉口存在的問題提出了相應(yīng)的建議，并再次進(jìn)行仿真，獲取數(shù)據(jù)，前后對(duì)比得出結(jié)論。

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