基于事故推演結果的隧道進出口路段行車風險評價①

□□ 黃正華，周子楚

(1.義烏工商職業(yè)技術學院，浙江 金華 322000；2.湖南省交通規(guī)劃勘察設計院有限公司，湖南 長沙 410008)

引言

隧道本身的交通環(huán)境和開放道路環(huán)境差異較大。內部的交通環(huán)境是封閉的，視線較差。發(fā)生交通事故后，疏散難度較大。駕駛員進出隧道時視覺對隧道環(huán)境都需要一段適應時間，在隧道內行駛時視野狹窄，這種行駛環(huán)境容易造成駕駛員的壓抑感，在一些特殊地形條件下，加之環(huán)境的限制，隧道內的道路線形很難達到理想的線形條件。隧道內的交通安全條件遠低于開放的交通環(huán)境。

道路安全評價模型分為四類[1-4]：一是描述性模型；二是基于事故風險的非事故數(shù)據(jù)模型；三是基于事故數(shù)據(jù)的預測模型；四是事故后果模型。基于事故數(shù)據(jù)的評價方式主要有三種[5-7]：一是相對事故率法。是以相對事故率為標準，對道路交通安全水平進行評價和比較；二是時間序列分析法。是采取縱向對比的方式將事故率因時間的變化情況作為道路交通安全水平評價的標準；三是回歸分析法。是利用過往事故的主要影響因素與事故數(shù)據(jù)建立回歸模型從而判定路段安全水平。非事故資料的評價方法主要是基于交通流參數(shù)的評價方法，而用于道路安全評價的交通流參數(shù)主要有運行車速、交通沖突、行車風險指數(shù)等[8]。

現(xiàn)有的行車安全評價方法，大多基于事故數(shù)據(jù)分析，很少考慮到隧道進出口路段安全狀態(tài)與特征集之間的耦合關系、隧道進出口路段運行環(huán)境隨時間的變化，基于影響因素建立隧道進出口路段交通事故推演模型，以作為行車安全評價的基礎。

1 工程概況

通過調研得到某在建高速公路的設計資料，主要的技術指標見表1。從中選取了10個隧道進出口路段進行事故推演計算，并結合事故推演結果進行隧道進出口路段的行車風險分析。

表1 評價路段主要技術指標

2 隧道進出口路段行車風險綜合評價模型建立

通過分析可知，影響山區(qū)高速公路隧道行車安全的是一個多因素的復雜體系,對車輛在隧道段的行車安全進行建模時，要對其影響系統(tǒng)綜合考慮。

2.1 確定評價指標

在進行道路安全評價時，專家主觀評定和比較判定法及數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析法是構建指標體系的兩種方法。前者的適用對象主要是缺乏全面的資料，只能通過專家的經(jīng)驗和知識來確定，后者的適用對象主要是具有定量指標的被評價對象。本文選取事故持續(xù)時間、事故發(fā)生位置、風險損失(死亡人數(shù)、受傷人數(shù)、直接經(jīng)濟損失)、公路通行狀況等六項指標對隧道行車安全進行分析。

2.1.1事故持續(xù)時間

交通事故持續(xù)時間是交通事故分析的重要內容之一。事故持續(xù)時間直接反應了事故的影響程度。交通事故持續(xù)時間主要由事故發(fā)現(xiàn)時間、事故響應時間、事故清除時間、交通恢復時間等四部分組成[9]，如圖1所示。準確預估交通事故持續(xù)時間不但可以讓出行者合理選擇通行路徑，還可以減少事故發(fā)生路段的交通壓力，避免二次事故的發(fā)生，交通事故持續(xù)時間的預測也有助于隧道管理人員制定疏散方案。

圖1 事故持續(xù)時間

2.1.2事故發(fā)生位置

由于隧道不同區(qū)段的光照條件、行車環(huán)境等的不同，不同區(qū)段發(fā)生交通事故的次數(shù)也有很大差異。根據(jù)JTG/T D70/2-01—2014《公路隧道照明設計細則》[10]將其分為五個區(qū)段，如圖2所示。

圖2 隧道分段圖

2.1.3風險損失

隧道風險損失是發(fā)生交通事故時可能產(chǎn)生的任何潛在的或外在的不利后果,包括人員死亡、受傷以及直接經(jīng)濟損失等。根據(jù)《公安部關于修訂道路交通事故等級劃分標準的通知》規(guī)定，對道路交通事故等級進行了劃分，具體見表2。

表2 道路交通事故等級劃分標準

2.1.4公路通行狀況

交通事故的發(fā)生勢必對交通流形成短暫影響，公路通行狀況能有效地反應路段風險等級。當交通事故嚴重程度較高時，對交通流影響較大，此時會出現(xiàn)部分車輛占道通行，加大了路段的風險等級；而事故較為輕微時，車輛可正常通行對整個交通流影響較小。

2.2 變量分析

事故持續(xù)時間越長，表明道路事故越嚴重或是事故處理耗時越長。該指標反映了一次事故的時間和空間影響范圍，其3個等級區(qū)間見表3[11]。

表3 事故持續(xù)時間指標路段風險劃分

現(xiàn)有研究中大多根據(jù)隧道照明的規(guī)定將單體隧道劃分為不同的區(qū)域，包括入口段、過渡段、中間段和出口段。將整段隧道分為隧道入口前200 m、前100 m、隧道內、隧道出口后100 m、后200 m進行分析。在隧道入口前駕駛員會采取減速措施，但此時易造成該路段速度差值較大，易增大路段風險等級；當駕駛員即將駛入隧道內時，隧道內外亮度變化明顯形成白洞效應，對行車安全也產(chǎn)生較大影響；由于在隧道內行駛時，駕駛員處在一個密閉的空間且收到隧道照明的影響，隧道內的事故數(shù)量也是居高不下；同理，隧道出口的行車風險也較高。事故發(fā)生位置統(tǒng)計結果如圖3所示。

圖3 事故發(fā)生位置圖

由圖3可知，隧道內事故發(fā)生頻率最大，隧道出入口次之。事故發(fā)生頻率數(shù)值越大則表示更容易發(fā)生事故，風險等級也就越高。當事故發(fā)生概率>0.5則定義該路段風險等級為嚴重，當事故發(fā)生概率<0.2則定義風險等級為輕微。

對事故風險損失進行量化處理時，考慮人員傷亡以及直接經(jīng)濟損失。由表2可知路段風險評價標準，可將道路人員傷亡轉化為直接經(jīng)濟損失。傷亡人數(shù)與直接經(jīng)濟損失對應關系見表4。

表4 傷亡人數(shù)與直接經(jīng)濟對應關系表

由表4可知，事故損失由兩部分構成：一為事故發(fā)生造成的直接經(jīng)濟損失；二為事故造成的人員傷亡所需賠償。假設事故受傷人數(shù)n1人，當量直接經(jīng)濟損失金額為K1；死亡人數(shù)n2人，當量直接經(jīng)濟損失金額為K2；原數(shù)據(jù)集中事故造成的直接經(jīng)濟損失記為K3。則事故所造成的總損失金額S=n1K1+n2K2+K3，i=1，2，…，n，其中i為事故發(fā)生所屬路段，這樣可以得到第i個隧道的第j個路段事故損失當量，其中K1為167萬元，K2為500萬元。

發(fā)生交通事故后公路通行狀況一般分為正常通行、交通阻斷、交通間斷性放行、占道通行等情況。當發(fā)生交通事故后車輛能夠正常通行或對交通流無影響時表明此時交通流穩(wěn)定對整個交通系統(tǒng)影響輕微；而當出現(xiàn)阻斷和間斷性放行時，表明此刻交通流表現(xiàn)為阻塞流；當阻塞時間較長時會造成駕駛員煩悶等不良情緒的產(chǎn)生而使得駕駛員占道行駛，當占道不良駕駛行為出現(xiàn)時，易導致二次事故的發(fā)生。因此，對公路通行狀況進行賦值量化，將事故路段風險分為輕微、一般、以及嚴重等安全等級。劃分標準見表5。

表5 公路通行狀況與事故等級

2.3 歸一化處理

數(shù)據(jù)歸一化(標準化)是一種通過無量綱處理的手段，將數(shù)值變成具有某種相對關系的相對值，縮小量值之間差值。其是應用在機器學習、模型預測等方面的典型方法。無量綱化方法的主要特點是規(guī)范化后的指標值和測量值之間呈一種線性關系。常見的直線型無量綱化方法是衡量事物發(fā)展變化的一些特殊指標值，比如極大值、極小值、滿意值、不允許值等。

無量綱化方法使指標變化呈現(xiàn)階段性，指標值在不同階段變化對表征路段的風險等級不同?？梢詫?shù)據(jù)歸一化到[0,1]范圍內，假設有某個數(shù)據(jù)集，對其進行歸一化處理常采用三種線性變換，變換公式見式(1～3)：

(1)

(2)

(3)

式中：Xij——歸一化后指標數(shù)值；

xij——歸一化前指標數(shù)值；

minx——樣本數(shù)據(jù)最小值；

maxx——樣本數(shù)據(jù)最大值；

xmid——樣本數(shù)據(jù)均值；

xi——樣本數(shù)據(jù)。

選取式(1～3)進行歸一化處理，處理結果見表6。

表6 事故持續(xù)時間歸一化

2.4 評價標準

各個隧道不同路段的事故發(fā)生風險情況不盡相同，而隧道路段風險又表現(xiàn)為路段發(fā)生事故概率以及交通事故造成的后果，即事故持續(xù)時間越長、風險損失越大以及公路通行狀況越紊亂對隧道路段的安全性有著極其重要的影響。隧道路段行車風險的表達式見式(4)：

R=P位置×T×Q損失×C狀況

(4)

式中：R——隧道路段風險；

P位置——歸一化前指標數(shù)值；

T——樣本數(shù)據(jù)最小值；

Q損失——樣本數(shù)據(jù)最大值；

C狀況——公路通行狀況。

隧道進出口路段行車風險評價見表7。

表7 隧道進出口路段行車風險評價標準

3 工程案例

3.1 指標分析

對選取的10條隧道事故發(fā)生位置進行分析，得到事故路段與事故數(shù)量間關系如圖4所示。

圖4 事故發(fā)生位置與事故數(shù)量關系

由上述圖表可知，隧道內事故發(fā)生數(shù)量顯著高于隧道出入口及過渡段位置的事故數(shù)量。對各個隧道進出口路段事故進行統(tǒng)計，其結果見表8。

表8 隧道進出口路段事故發(fā)生概率

對各個評價隧道進出口路段發(fā)生事故持續(xù)時間進行統(tǒng)計，并對持續(xù)時間進行歸一化處理，結果見表9。

表9 隧道進出口路段事故持續(xù)時間

對各個評價隧道進出口路段事故造成的風險損失進行統(tǒng)計，并對風險損失進行歸一化處理，結果見表10。

表10 隧道進出口路段事故風險損失

對各個評價隧道進出口路段發(fā)生事故后公路通行狀況統(tǒng)計，并進行歸一化處理，結果見表11。

表11 隧道進出口路段事故后公路通行狀況

3.2 路段評價

通過對隧道進出口路段行車風險評級指標分析計算，結合路段行車風險等級評價標準進行研究，得到隧道進出口路段的風險等級見表12。

表12 隧道進出口路段風險評價等級

3.3 安全措施

對隧道的行車安全狀態(tài)進行評價分析，根據(jù)評價結果針對存在問題提出改善對策如下：

(1)進一步優(yōu)化交通標志的設置，切實提高駕駛員的警惕性；鑒于隊道連續(xù)縱坡路段，事故多發(fā)，應設置一定的限速、警告標志。

(2)在接近隧道的路段，設置可變信息情報板，及時反饋隧道的最新行車安全狀態(tài)，減少事故持續(xù)時間，降低風險等級。

(3)對于隧道內的交通量檢測器及相應的基礎設施定期進行檢修，保證其正常運行。

4 結語

通過選取了事故發(fā)生位置、事故持續(xù)時間、事故風險損失以及公路通行狀況作為特征指標建立了隧道特征路段事故推演模型，并確定了相應的標準?；谠诮ǜ咚俟返脑O計資料，應用事故推演模型對其中10個隧道進出口路段進行事故推演計算，分析行車風險。針對隧道評價結果，提出進一步優(yōu)化交通標志的設置位置，設置可變信息情報板，對隧道基礎設施定期檢修等建議。