基于SUMO軟件的公路作業(yè)區(qū)行車風(fēng)險仿真分析

摘" 要：文章基于SUMO仿真軟件，參照《公路養(yǎng)護(hù)安全作業(yè)規(guī)程》（JTG H30—2015）關(guān)于作業(yè)區(qū)各個區(qū)域長度的設(shè)定要求，在SUMO中構(gòu)建仿真環(huán)境。試驗工況為：封閉右側(cè)單車道。結(jié)合實際工況，交通量和大車比例均分為三種情況，采用TTC和DRAC作為評價指標(biāo)。實驗結(jié)果表明，在任意工況和任意交通量條件下，車輛進(jìn)入上游過渡區(qū)所形成的“TTC風(fēng)險墻”、“DRAC風(fēng)險墻”位置均隨著大車比例的上升而提前，其相應(yīng)厚度也同時增加。

關(guān)鍵詞：交通仿真；SUMO；公路作業(yè)區(qū)；行車風(fēng)險

" 中圖分類號：U491" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " DOI：10.13714/j.cnki.1002-3100.2024.21.020

Abstract： This study is based on SUMO simulation software， referring to the requirements for setting the length of each area in the work area in the \"Highway Maintenance Safety Operation Regulations\"（JTG H30—2015）， and constructing a simulation environment in SUMO. The test conditions are divided into： Closed right single lane. Based on actual operating conditions， the traffic volume and proportion of large vehicles are divided into three situations， and TTC and DRAC are used as evaluation indicators. The experimental results show that under any operating conditions and traffic volume conditions， the positions of the \"TTC risk wall\" and \"DRAC risk wall\" formed when vehicles enter the upstream transition zone advance with the increase of the proportion of large vehicles， and their corresponding thickness also increases.

Key words： traffic simulation; SUMO; highway work zone; driving risks

0" 引" 言

中國高速公路的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了日益繁重的養(yǎng)護(hù)作業(yè)階段，在高速公路養(yǎng)護(hù)的施工過程中，往往需要對部分車道進(jìn)行封閉管理，由此則可能引起車輛行駛軌跡發(fā)生較大幅度變化，進(jìn)而導(dǎo)致工作區(qū)路段服務(wù)水平下降和交通擁堵[1]以及行車安全性降低[2-3]，并出現(xiàn)交通瓶頸[4]；同時也有強有力的證據(jù)表明，道路施工工作區(qū)對駕駛員而言是危險的駕駛環(huán)境[5]。

" 在工作區(qū)自身屬性及其對公路運行產(chǎn)生的安全影響方面，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究和探索，Torre F L et al.[6]采用經(jīng)驗貝葉斯的方法，計算CMF值，確定了公路作業(yè)區(qū)的出現(xiàn)會導(dǎo)致事故率上升。Theofilatos A et al.[5]發(fā)現(xiàn)工作區(qū)長度與事故率呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。Zhang Z et al.[7]通過建立廣義線性回歸模型，發(fā)現(xiàn)公路作業(yè)區(qū)的事故風(fēng)險還與年平均日交通量程正相關(guān)。孟祥海等[8]建立了關(guān)于工作區(qū)追尾風(fēng)險度的多因素線性回歸模型，發(fā)現(xiàn)半幅封閉施工作業(yè)區(qū)的施工區(qū)段比合流區(qū)具有更大的追尾風(fēng)險。

" 綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者就公路施工區(qū)所帶來的問題已經(jīng)進(jìn)行了大量的調(diào)查與研究，其結(jié)果也具有很強的一致性，即：公路工作區(qū)的出現(xiàn)會對交通流運行的安全性、穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。就現(xiàn)有研究而言，大多數(shù)學(xué)者對于公路施工區(qū)的安全性研究所采用的評價指標(biāo)多為速度平方差、大型車與小型車平均速度差以及TTC，對于工作區(qū)路段的運行效率則多選取飽和度作為評價指標(biāo)。而本文基于實際情況，將會采用TTC、DRAC兩個指標(biāo)，對公路作業(yè)區(qū)的安全性進(jìn)行評價。

1" 仿真模型

本文采用SUMO軟件仿真公路養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)道路交通流，道路設(shè)置以三車道城市公路為例，車道寬度設(shè)置為3.5m，道路設(shè)計速度為80km/h。公路養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)通常由警告區(qū)（S）、上游過渡區(qū)（Ls）、緩沖區(qū)（H）、工作區(qū)（G）、下游過渡區(qū)（Lx）、以及終止區(qū)（Z）等區(qū)域組成。在本文中，警告區(qū)、緩沖區(qū)、下游過渡區(qū)、終止區(qū)的長度均參照《公路安全養(yǎng)護(hù)作業(yè)規(guī)程》（JTG H30—2015）（以下簡稱《規(guī)程》）進(jìn)行設(shè)定，警告區(qū)長度2 000m，上游過渡區(qū)長度190m，緩沖區(qū)長度150m，工作區(qū)長度1 000m，下游過渡區(qū)長度30m，終止區(qū)長度1 000m；路段限速80km/h。

" 仿真變量參數(shù)選取道路交通量和大車比例。根據(jù)《規(guī)程》相關(guān)規(guī)定，模擬交通量為自由流至飽和流狀態(tài)，分別輸入1 200pcu/h、1 600pcu/h和2 100pcu/h；大車混入比例分別輸入0.9∶0.1、0.8∶0.2及0.75∶0.25；作業(yè)區(qū)工況為封閉右側(cè)單車道，實驗總共9組。

2" 公路養(yǎng)護(hù)作業(yè)區(qū)行車風(fēng)險分析

" 設(shè)置交通流行駛在封閉右側(cè)單車道，統(tǒng)計不同交通量和大車比例的情況下，各個區(qū)段數(shù)據(jù)采集點TTC和DRAC數(shù)據(jù)，TTC數(shù)據(jù)采集范圍為小于3s，DRAC數(shù)據(jù)采集范圍為大于3m/s2。分析不同交通量和大車比例對TTC和DRAC的影響及其規(guī)律。

2.1" TTC統(tǒng)計分析

" 在不同交通量及大車比例情況下，小于3.0sTTC數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表1所示。隨著交通量的增加，車輛之間發(fā)生沖突的概率增大，小于3.0s的TTC數(shù)量顯著增長。隨著大車比例的增加，TTC均值逐漸減小，方差逐漸增大。該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是隨著大車比例增加，交通組成更加復(fù)雜。由于不同車型的制動性能差異，減速度離散化程度增加，導(dǎo)致車輛交通沖突程度增大，TTC均值減小，數(shù)值變化較大。

" 隨著交通量的增加，小于3.0s的TTC出現(xiàn)的位置逐漸提前。以大車比例為0.75∶0.25為例，當(dāng)交通量為1 200pcu/h時，小于3.0s的TTC出現(xiàn)最小距離為2 616.66m；當(dāng)交通量為1 600pcu/h時，為2 242.71m；當(dāng)交通量為2 100pcu/h時，為1 294.47m。其原因是隨著交通量的增加交通流趨于飽和，車輛軌跡受限，交通沖突概率增加，因此小于3.0s的TTC出現(xiàn)位置被提前。

如圖1所示，隨著交通量和大型車輛比例的增加，小于3s的TTC風(fēng)險墻明顯集中，并逐漸位置提前。當(dāng)大型車輛比例不變時，TTC風(fēng)險墻隨著交通量的增加出現(xiàn)小幅增加；當(dāng)大型車輛比例增加時，小于3s的TTC第一次出現(xiàn)的位置較早，沖突范圍持續(xù)距離較長，車輛在此種情況下行駛風(fēng)險程度增加。分析原因為當(dāng)交通量增長時，更多車輛駛?cè)胱鳂I(yè)區(qū)范圍內(nèi)，受車輛合流分流影響，車流行駛速度降低，且前后車距離較近，小于3s的TTC逐步位置提前。由于大型車輛行駛特性與小型車相差較大，當(dāng)大型車比例增大時，小于3s的TTC數(shù)據(jù)顯著增加，大車比例的增加加重作業(yè)區(qū)車輛的行車風(fēng)險。

2.2" DRAC統(tǒng)計分析

" 據(jù)表2所示，隨著交通量的增加，大于3.0m/s2的DRAC數(shù)量上升，車輛沖突風(fēng)險增大。交通量一定的條件下，隨著大車比例的上升，大于3.0m/s2的DRAC數(shù)量逐漸減少，均值和方差逐漸增大。原因是交通量不變，道路實際的車輛數(shù)隨著大車比例上升而減少。均值和方差變化的原因是由于大車比例增加，交通流組成更加復(fù)雜，小型車輛受到大型車輛對交通流產(chǎn)生較大干擾的影響，速度變化顯著，DRAC的均值和方差逐漸變大。

" 隨著交通量的增加，大于3.0m/s2的DRAC集中分布的位置逐漸提前。以大車比例為0.75∶0.25為例，當(dāng)交通量為1 200pcu/h時，大于3.0m/s2的DRAC出現(xiàn)最小距離為2 654.07m；當(dāng)交通量為1 600pcu/h時，為2 410.37m；當(dāng)交通量為2 100pcu/h時，為1 562.14m。其原因是交通量增加，道路通行能力逐漸趨于飽和，外側(cè)車輛受到上游過渡區(qū)的影響逐漸提前，表現(xiàn)為大于3.0m/s2的DRAC“風(fēng)險墻”提前。

如圖2所示，當(dāng)僅封閉右側(cè)單車道時，交通量為1 200pcu/h，DRAC大于3m/s2集中分布點出現(xiàn)位于警告區(qū)，大于3m/s2的DRAC值區(qū)間持續(xù)距離較短，車輛行駛較為安全，減速行為較少。交通量為1 600pcu/h時，隨著車輛的增多，導(dǎo)致合流分流現(xiàn)象增多，車輛行駛危險性增加，尤其是大型車輛比例增加時，DRAC大于3m/s2的持續(xù)距離顯著增大。交通量為2 100pcu/h，交通量與大型車輛的增加對車輛行駛危險性影響更大，DRAC大于3m/s2的集中分布點位于警告區(qū)中間位置，且減速行為持續(xù)距離增加明顯，DRAC大于3m/s2的集中位置提前，車輛行駛危險區(qū)域持續(xù)較長。

3" 結(jié)" 論

（1）通過對公路作業(yè)區(qū)封閉右側(cè)單車道進(jìn)行模擬仿真，分析得到：在任意大車比例條件下，隨著交通量的增加，道路交通逐漸趨于飽和，車輛之間的距離減少，車輛發(fā)生沖突的概率增加，小于3.0s的TTC和大于3.0m/s2的DRAC數(shù)量顯著增加。

" （2）交通量一定的情況下，隨著大車比例增加，小于3.0s的TTC數(shù)量逐漸增多，均值逐漸減小，方差逐漸增大；大于3.0m/s2的DRAC數(shù)量逐漸減少，方差逐漸增大。

" （3）隨著交通量及大車比例的上升，小于3.0s的TTC和大于3.0m/s2的DRAC行車“風(fēng)險墻”均存在前移和增厚的現(xiàn)象。

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收稿日期：2023-11-09

基金項目：國家自然科學(xué)基金青年基金項目（51508280）

作者簡介：欒" 翔（1980—），男，江蘇泰州人，泰州市公路事業(yè)發(fā)展中心，工程師，研究方向：交通運輸規(guī)劃與管理。

引文格式：欒翔，朱陳晨. 基于SUMO軟件的公路作業(yè)區(qū)行車風(fēng)險仿真分析[J]. 物流科技，2024，47（21）：86-88.