交叉口右轉(zhuǎn)機動車與行人交通沖突安全評價?

張亞平,張海波

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150090)

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交叉口右轉(zhuǎn)機動車與行人交通沖突安全評價?

張亞平,張海波

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150090)

摘要:在中國,右轉(zhuǎn)機動車一般不受信號燈控制,其與行人的沖突不可避免。為評估右轉(zhuǎn)機動車與行人安全性,文中引入交通沖突技術(shù),提出行人空間安全度的概念,以交通沖突率和空間安全度作為評價指標(biāo),采用灰色聚類法對右轉(zhuǎn)機動車與行人的沖突區(qū)域安全性進行評價,并選取哈爾濱市典型道路交叉口進行實證分析,評價結(jié)果與實際相符。

關(guān)鍵詞:城市交通;右轉(zhuǎn)機動車;行人;交通沖突技術(shù);交通沖突率;空間安全度

交叉口是城市道路的重要組成部分,也是多種類型不同方向交通流的匯聚之處。交通流的匯合和分離,難免會產(chǎn)生沖突。信號燈的設(shè)置能實現(xiàn)不同方向車流、人流的時空分離,有效減少沖突。目前,中國大多數(shù)右轉(zhuǎn)機動車不受信號燈的控制,右轉(zhuǎn)機動車的搶道行為嚴重干擾了行人的正常通行,埋下安全隱患。為解決右轉(zhuǎn)機動車和行人的沖突問題,有必要對其安全性進行分析和評價。

國內(nèi)外對交通安全的評價方法主要分為基于事故統(tǒng)計的直接評價法和基于非事故統(tǒng)計的間接評價法,其中交通沖突技術(shù)(TCT)以其“大樣本、獲取易、周期短”等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。但目前基于沖突技術(shù)的交叉口安全性評價均是對其整體安全性進行評價,均一化了交叉口各類型、方向的沖突,同時評價指標(biāo)僅采用TC/MPCU,指標(biāo)較為單一。行人在交叉口混合交通流中處于弱勢,為更好地保障行人安全,該文對右轉(zhuǎn)機動車與行人沖突區(qū)域進行安全性評價,以有針對性地采取管理舉措。

1 交通沖突技術(shù)概述

1.1 交通沖突的定義

自1977年Amundsen Hyden第一次正式提出交通沖突概念后,國內(nèi)外學(xué)者根據(jù)所研究對象對交通沖突提出了定義。綜合各類定義,交通沖突的定義包含4個要素,即沖突對象、判定狀態(tài)、采取措施、產(chǎn)生結(jié)果。這里將交叉口右轉(zhuǎn)機動車與行人的沖突作如下定義:在交叉口內(nèi),同一時刻右轉(zhuǎn)機動車和行人爭奪道路的使用權(quán),如任意一方不采取減速、轉(zhuǎn)向等避讓行為,極有可能發(fā)生交通事故的現(xiàn)象。

1.2 交通沖突技術(shù)的有效性

事故法是檢驗交叉口安全性最直接、有效的方法,交通沖突技術(shù)是否有效,關(guān)鍵看交通沖突與事故率是否具有相關(guān)性。從交通沖突的定義可知,沖突是事故的前兆,交通沖突和交通事故具有相同的起因和過程,關(guān)鍵看最后產(chǎn)生的結(jié)果。沖突雙方可能因采取了避讓措施而避免事故的發(fā)生,也可能因沒有意識到?jīng)_突未采取措施而引發(fā)事故。

國內(nèi)外不少學(xué)者對交通沖突技術(shù)的有效性進行了研究:W.D.Gluodz基于交叉口的事故和沖突的調(diào)查,構(gòu)建模型驗證了同類型沖突和事故具有良好的相關(guān)性;Brian L.Allen通過對沖突和碰撞過程的分析,得出交通沖突技術(shù)能成為很好的事故預(yù)測手段;張?zhí)K提出了沖突與事故的線性關(guān)系表達式。可見,交通沖突技術(shù)能替代事故法作為交通安全評價的工具。

2 交通沖突灰色聚類評價法

2.1 右轉(zhuǎn)機動車與行人沖突分析

平面交叉口機動車的沖突嚴重程度以沖突點衡量。與機動車相比,行人常成群結(jié)隊地行走,路線自由,與右轉(zhuǎn)機動車的運行軌跡交點不唯一,可認為右轉(zhuǎn)機動車與行人的沖突影響范圍為一區(qū)域。

未設(shè)置右轉(zhuǎn)專用車道的進口道右轉(zhuǎn)車較少,與行人發(fā)生沖突的概率也相對較小,故研究對象設(shè)定為設(shè)有右轉(zhuǎn)專用車道的十字交叉口。將右轉(zhuǎn)機動車與行人的沖突區(qū)域按逆時針編號,分別為沖突區(qū)域1～8(如圖1所示)。

圖1 右轉(zhuǎn)機動車與行人沖突區(qū)域示意圖

右轉(zhuǎn)機動車與行人的沖突分兩種情形,即無右轉(zhuǎn)專用車道和設(shè)右轉(zhuǎn)專用車道。以圖1所示交叉口南進口道為例進行分析。無右轉(zhuǎn)專用車道時,右轉(zhuǎn)機動車和直行機動車同相位放行,右轉(zhuǎn)機動車與南北向行人產(chǎn)生沖突,沖突范圍即為圖1中沖突區(qū)域2。設(shè)右轉(zhuǎn)專用車道時,右轉(zhuǎn)機動車不受信號燈控制,既可在直行綠燈期間放行,也可在紅燈期間放行,右轉(zhuǎn)機動車除與南北向行人產(chǎn)生沖突外,還與東西向行人發(fā)生沖突,沖突范圍為兩處,即圖1中沖突區(qū)域1和2。

2.2 評價指標(biāo)的選取

2.2.1 交通沖突率

定義交通沖突率為交叉口交通沖突數(shù)與混合當(dāng)量交通量之比,它反映交叉口沖突發(fā)生的頻率,其數(shù)學(xué)表達式如下:

式中:CR為交通沖突率;TC為交通沖突數(shù)(次/h); MPCU為混合當(dāng)量交通量(pcu/h)。

交通沖突數(shù)是一個絕對指標(biāo),反映當(dāng)前交叉口的安全程度。但僅采用該指標(biāo),容易對沖突數(shù)較大、同時交通量也很大的交叉口作出錯誤的判斷;混合當(dāng)量交通量反映交叉口的交通量水平,采用交通沖突數(shù)與混合當(dāng)量交通量之比對交叉口安全性進行評價是可行且有效的。基于這一考慮,選取交通沖突率作為評價指標(biāo),但不同的是,這里的MPCU只是沖突區(qū)域內(nèi)參與沖突的機動車和行人的混合當(dāng)量交通,而非整個交叉口的混合當(dāng)量交通。

2.2.2 空間安全度

行人過街時總是尋找合適的空間滿足安全需求。在右轉(zhuǎn)機動車與行人的沖突區(qū)域內(nèi),行人既要注意與他人保持一定的間距,又要尋找穿越機動車的安全間隙。因此,右轉(zhuǎn)機動車與行人的沖突區(qū)域面積大小與行人的安全性密切相關(guān),沖突面積越大,行人面臨的安全隱患越大。

定義空間安全度為實際右轉(zhuǎn)機動車與行人沖突區(qū)域面積與其理想面積之比,其數(shù)學(xué)表達式如下:

2.3 灰色聚類的數(shù)學(xué)描述

(1)構(gòu)建評價矩陣。令評價對象i∈(1,2,…,m),m為評價對象總數(shù),評價指標(biāo)j∈(1,2,…,n),n為評價指標(biāo)總數(shù),構(gòu)建原始評價矩陣D,并對其進行無量綱化處理,公式見式(3)。

(2)確定灰類及白化值。分析評價指標(biāo)實測數(shù)據(jù)的累積百分頻率,并繪制其曲線;確定灰類數(shù),對右轉(zhuǎn)機動車與行人安全性進行評價,可將安全等級劃分為4級,分別為特別安全(A)、安全(B)、臨界安全(C)、不安全(D);在累積百分頻率曲線上分別選取15%、40%、60%和85%累積頻率,其對應(yīng)點λ1、λ2、λ3、λ4即為白化值。

(3)建立白化權(quán)函數(shù)。利用白化權(quán)函數(shù)可確定各指標(biāo)數(shù)值隸屬于不同灰類的可能性,一般采用分段函數(shù)表示。

(4)確定聚類權(quán)。聚類權(quán)即各指標(biāo)在各類別的比重。權(quán)重的確定對灰色聚類評價結(jié)果有較大影響,選擇合適的方法確定聚類權(quán)很重要。其一般表達式如下:

式中:ηjt為第j項評價指標(biāo)歸入t灰類的聚類權(quán); λjt為第j項評價指標(biāo)屬于t灰類的白化值;k為評價灰類種數(shù)。

(5)求解聚類系數(shù)。聚類系數(shù)求解公式如下:

式中:fjt(dij)為第j項指標(biāo)歸于t灰類的隸屬度函數(shù)。

所有灰類的聚類系數(shù)構(gòu)成聚類評估序列δi=(δi1,δi2,…,δik),若δ?it=max{δi1,δi2,…,δik},則表示評價對象i屬于第t?類灰度,從而確定其所對應(yīng)的安全等級。

3 應(yīng)用示例

選取哈爾濱市紅旗大街-淮河路交叉口進行視頻調(diào)查(如圖2所示),調(diào)查結(jié)果如表1所示。

圖2 哈爾濱市紅旗大街-淮河路交叉口平面圖

表1 交叉口現(xiàn)狀調(diào)查數(shù)據(jù)(高峰小時)

3.1 交叉口右轉(zhuǎn)機動車與行人沖突區(qū)域安全評價

(1)構(gòu)建評價矩陣。評價對象為8個,評價指標(biāo)為2個,交通沖突率如表1所示。實際人車沖突面積可由視頻攝像確定,理想的沖突面積近似認為是右轉(zhuǎn)機動車道延伸段與人行橫道的交疊區(qū)域面積,據(jù)此計算空間安全度。由此構(gòu)建基于交通沖突率和空間安全度的沖突評價矩陣,并對其進行無量綱化處理。

(2)確定白化值。結(jié)合實際調(diào)查數(shù)據(jù),確定評價指標(biāo)的白化值如表2所示。

表2 評價指標(biāo)中不同灰類的白化值

(3)建立白化權(quán)函數(shù)。采用經(jīng)典的白化函數(shù)表達式:

(4)確定聚類權(quán)。按式(4)計算得聚類權(quán)矩陣:

(5)求解聚類系數(shù)。按式(5)求解,可得δ11= f11(d11)×η11+f21(d12)×η21=0,運用類似方法求得灰色聚類評估矩陣為:

由此,根據(jù)最大聚類評估值歸屬可確定該交叉口右轉(zhuǎn)機動車與行人各沖突區(qū)域安全等級:非常安全的沖突區(qū)域為沖突區(qū)域3和8,安全的為沖突區(qū)域4,臨界安全的為沖突區(qū)域1、2和6,不安全的為沖突區(qū)域5和7。不安全沖突區(qū)域是交通改善的重點,可通過合理設(shè)置右轉(zhuǎn)信號燈來消除沖突;臨界安全區(qū)域需綜合考慮右轉(zhuǎn)機動車和行人的通行效率及延誤來確定是否設(shè)置信號燈。

3.2 評價結(jié)果與實際路口情況對比分析

該交叉口為紅旗大街與淮河路相交。淮河路為次干路,右轉(zhuǎn)車流量較小,與行人產(chǎn)生沖突的概率較小,故沖突區(qū)域3、8、4相對安全。交叉口西南角為住宅小區(qū),高峰時期行人需頻繁穿越淮河路西進口人行橫道,造成區(qū)域7內(nèi)沖突相對增多,加之混合當(dāng)量較小,交通沖突率偏高。紅旗大街為主干道,右轉(zhuǎn)機動車較多,故設(shè)有2條右轉(zhuǎn)車道,且與直行左轉(zhuǎn)車道用綠化帶隔離,北進口路邊亂停車現(xiàn)象嚴重,沖突加劇,故沖突區(qū)域5為不安全區(qū)域。沖突區(qū)域1、2、6沖突數(shù)較高,處于臨界安全狀態(tài)。綜上,采用沖突技術(shù)對右轉(zhuǎn)機動車與行人沖突區(qū)域安全性的評價結(jié)果與實際相符。

4 結(jié)語

該文采用交通沖突技術(shù)對交叉口右轉(zhuǎn)機動車與行人的安全性進行評價,突破以往研究中采用單一指標(biāo)交通沖突率的局限,考慮行人空間需求,選取空間安全度和交通沖突率兩個指標(biāo),采用灰色聚類法進行安全評價,評價結(jié)果與實際觀測結(jié)果相符。采用交通沖突技術(shù)和灰色聚類方法對沖突區(qū)域進行評價,更接近實際交通狀況,有利于更有針對性地實施交通管控,保障交叉口的通行安全。

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收稿日期:2015-05-11

基金項目:?道路交通安全公安部重點實驗室開放基金項目(2015ZDSYSKFKT06-1)

中圖分類號:U491.2

文獻標(biāo)志碼:A

文章編號:1671-2668(2016)02-0062-04