城市平面交叉口交通沖突影響因素分析*

崔會(huì)芬 楚彭子 楊京帥 任書(shū)杭 朱鴻國(guó)

(長(zhǎng)安大學(xué)汽車(chē)學(xué)院1) 西安 710064) (廣東省道路運(yùn)輸管理局2) 廣州 510101)

城市平面交叉口交通沖突影響因素分析*

崔會(huì)芬1,2)楚彭子1)楊京帥1)任書(shū)杭1)朱鴻國(guó)2)

(長(zhǎng)安大學(xué)汽車(chē)學(xué)院1)西安 710064) (廣東省道路運(yùn)輸管理局2)廣州 510101)

為分析車(chē)速、相位設(shè)置，以及倒計(jì)時(shí)與非倒計(jì)時(shí)的信控方式設(shè)置等因素對(duì)城市平面交叉口交通沖突的影響，選取西安市15個(gè)典型的平面交叉口進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，記錄機(jī)動(dòng)車(chē)與機(jī)動(dòng)車(chē)之間的401條嚴(yán)重交通沖突數(shù)據(jù)作為分析樣本，采用方差分析和t檢驗(yàn)的方式剖析了城市平面交叉口多種嚴(yán)重交通沖突形式的致因及其顯著性.分析結(jié)果表明,車(chē)輛通過(guò)城市平面交叉口的速度(p<0.01)、交叉口信號(hào)相位(p<0.01)和交叉口信控方式(p<0.05)等因素對(duì)追尾沖突、直行-左轉(zhuǎn)沖突、交叉沖突等交通沖突(嚴(yán)重沖突)有顯著的影響，而對(duì)直行-右轉(zhuǎn)沖突和左轉(zhuǎn)-右轉(zhuǎn)沖突并沒(méi)有顯著的影響.

交通工程；城市平面交叉口；交通沖突技術(shù)；方差分析；t檢驗(yàn)

0 引 言

城市平面交叉口是交通事故的多發(fā)點(diǎn).以往數(shù)據(jù)顯示，發(fā)生在城市平面交叉口處的交通事故占城市交通事故總數(shù)的59.7%，傷亡率約34%[1].鑒于交通沖突與交通事故在發(fā)生過(guò)程上的相似性，以及由交通事故的偶然性、稀缺性導(dǎo)致的分析結(jié)果滯后性，交通沖突技術(shù)(traffic conflict technique，TCT)已被作為交通安全影響因素分析的重要手段之一[2].

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)交通沖突分析做了大量的研究.王力等[3]通過(guò)調(diào)查同一個(gè)交叉口中不同相位階段的不同類(lèi)別的嚴(yán)重交通沖突數(shù)量研究了不同相位背景下的不同沖突類(lèi)別的關(guān)系.裴玉龍等[4]基于交通沖突技術(shù)定義了行人過(guò)街危險(xiǎn)度，并討論了多種條件下的行人危險(xiǎn)度的計(jì)算方法.鄧蕙菁等[5]基于回歸分析得到了不同類(lèi)型的嚴(yán)重沖突率與交叉口事故率之間的關(guān)系.曹弋等[6]通過(guò)分析車(chē)輛臨時(shí)變向車(chē)道的數(shù)據(jù)，認(rèn)為強(qiáng)行變道是交通沖突的主要致因.王雪松等[7]在討論了調(diào)查時(shí)段各類(lèi)型交通沖突頻率分布和各類(lèi)別沖突數(shù)據(jù)的負(fù)二項(xiàng)模型和線性回歸模型的分析后認(rèn)為右轉(zhuǎn)車(chē)比例大型車(chē)比例及左轉(zhuǎn)專(zhuān)用相位對(duì)交通沖突有顯著的影響.王玉全等[8]通過(guò)建立多類(lèi)型的交通沖突模型認(rèn)為左轉(zhuǎn)交通流發(fā)生交通沖突的概率大于其它交通流，且車(chē)輛速度與交通沖突發(fā)生的可能性存在正比關(guān)系.郭延永等[9]在基于交通沖突技術(shù)分析不同右轉(zhuǎn)交通設(shè)施對(duì)信號(hào)交叉口交通安全的影響后認(rèn)為直行交通量、右轉(zhuǎn)交通量和右轉(zhuǎn)大車(chē)比例對(duì)直右交通沖突具有顯著的正相關(guān)影響.張鄰等[10]從更微觀的角度分析了無(wú)信號(hào)交叉口的交通沖突中的駕駛?cè)瞬┺膯?wèn)題.Leden[11]認(rèn)為左轉(zhuǎn)車(chē)輛與行人的發(fā)生沖突的嚴(yán)重程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于右轉(zhuǎn)車(chē)輛.Jiang等[12]在對(duì)交通沖突嚴(yán)重度進(jìn)行辨別與分析后認(rèn)為由紅燈期間駛?cè)胱筠D(zhuǎn)車(chē)輛待轉(zhuǎn)區(qū)的車(chē)輛而導(dǎo)致的二次沖突以及追尾沖突顯著地增加了交通沖突的嚴(yán)重性.Killi等[13]通過(guò)模擬分析了不同車(chē)輛組成結(jié)構(gòu)、速度、流量情況下的交通沖突特性.

以往的研究涉及了交通參與者的交通行為、道路渠化情況、交通設(shè)施的設(shè)置、車(chē)輛速度、車(chē)流組成結(jié)構(gòu)及相位的設(shè)置情況等因素，且使用了多種理論模型.在此基礎(chǔ)上，基于方差分析(analysis of variance,ANOVA)和t檢驗(yàn)的方法對(duì)交叉口處車(chē)輛的車(chē)速、信號(hào)相位及信控方式對(duì)交通沖突數(shù)量進(jìn)行進(jìn)一步的差異性分析.

2 方法與數(shù)據(jù)

2.1 單因素方差分析

如果各組之間有顯著性差異，則說(shuō)明這個(gè)因素對(duì)因變量有顯著性影響，因素的不同水平會(huì)影響到因變量的取值.單因素方差分析的大致過(guò)程由原假設(shè)的建立，構(gòu)造統(tǒng)計(jì)量來(lái)檢驗(yàn)原假設(shè)是否成立，分析拒絕域得出分析結(jié)果等組成.

i=1,2,…,r；j=1,2,…,n

(1)

式中：各個(gè)εij相互獨(dú)立；μi和σ2未知.

基于上文，原假設(shè)可以改寫(xiě)為H0:α1=α2=…=αr=0.

2) 構(gòu)造統(tǒng)計(jì)量 為了構(gòu)造檢驗(yàn)假設(shè)的統(tǒng)計(jì)量，首先尋找引起Xij變動(dòng)的致因.從Xij=μ+αi+εij可以得出：倘若H0為真，那么Xij的浮動(dòng)僅僅是隨機(jī)性導(dǎo)致的；若H0為假，那么Xij的變動(dòng)是由第i個(gè)水平以及隨機(jī)性公共導(dǎo)致的.因此需要構(gòu)造一個(gè)統(tǒng)計(jì)量來(lái)描述Xij之間的變動(dòng)，并且將引起以上兩種變動(dòng)的原因用另一個(gè)量來(lái)表示.

3) 在顯著性水平α下得出拒絕域：

①若F>F1-α(r-1,n-r)時(shí)，則拒絕H0，即因素A的各水平下的效應(yīng)有顯著差異；

②若F

4) 顯著性程度的規(guī)定

①當(dāng)F>F0.01時(shí)，因素的影響特別顯著.

②當(dāng)F0.01≥F>F0.05時(shí)，因素的影響顯著.

③當(dāng)F0.05≥F>F0.10時(shí)，有一定的影響.

④當(dāng)F0.10≥F時(shí)，影響不大或沒(méi)有影響.

2.2 數(shù)據(jù)

沖突數(shù)據(jù)源于西安市具有代表性的15個(gè)交叉口，并且是在早高峰、晚高峰和平峰三個(gè)時(shí)段分別進(jìn)行觀測(cè)，累計(jì)觀測(cè)時(shí)間約90 h，調(diào)查得到機(jī)動(dòng)車(chē)與機(jī)動(dòng)車(chē)之間的沖突(機(jī)-機(jī)沖突)樣本共401個(gè).調(diào)查人員根據(jù)交通沖突發(fā)生的起點(diǎn)推算距離相撞的時(shí)間(time to collision,TTC)，并在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)一步判定各沖突的類(lèi)型和嚴(yán)重程度.

依據(jù)平面交叉口處的交通沖突按照車(chē)輛的運(yùn)行軌跡及分流方向，將機(jī)-機(jī)沖突分為五類(lèi)：追尾沖突、直行-左轉(zhuǎn)沖突、直行-右轉(zhuǎn)沖突、交叉沖突和左轉(zhuǎn)-右轉(zhuǎn)沖突.其中，交叉沖突是指兩個(gè)方向的車(chē)輛相互交錯(cuò)成直角方式發(fā)生沖突.各個(gè)沖突形態(tài)的沖突數(shù)量及占比見(jiàn)表1.通過(guò)對(duì)比所獲取的各類(lèi)別交通沖突形態(tài)的數(shù)量可發(fā)現(xiàn)：追尾沖突、直行-左轉(zhuǎn)沖突及直行-右轉(zhuǎn)沖突是交叉口沖突的主要類(lèi)型.

表1 各類(lèi)別交通沖突的分布

3 差異性分析

3.1 沖突速度與交通沖突數(shù)差異性檢驗(yàn)

根據(jù)車(chē)輛的沖突速度可將實(shí)地調(diào)研所獲取的沖突數(shù)據(jù)分為五個(gè)區(qū)間：10～15，>15～20,>20～25,>25～30和>30～35 km/h.對(duì)不同速度范圍內(nèi)各類(lèi)交通沖突類(lèi)型的數(shù)量應(yīng)用方差分析法進(jìn)行差異性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.

表2 不同沖突速度范圍各沖突類(lèi)型沖突數(shù)差異性檢驗(yàn)

由表2可以看出，在0.01的顯著性水平下，追尾沖突(p<0.01)、直行-左轉(zhuǎn)沖突(p<0.01)、交叉沖突(p<0.01)在不同速度范圍層面有著顯著性差異，檢驗(yàn)結(jié)果表明,車(chē)速是影響追尾沖突、交叉沖突、直行-左轉(zhuǎn)沖突的一個(gè)重要影響因素.對(duì)于右轉(zhuǎn)車(chē)輛，其車(chē)道位于道口右側(cè)，且速度往往較慢，因而對(duì)車(chē)速的影響并不顯著.車(chē)輛速度的快慢很大程度上影響了TTC的水平.

3.2 相位配置與交通沖突的差異性比較

將五種機(jī)-機(jī)沖突類(lèi)型按所處交叉口相位設(shè)置方式的差異分為四類(lèi)：無(wú)信號(hào)燈、二相位、三相位及四相位，通過(guò)方差分析比較沖突數(shù)量的差異性，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3.

在0.01的顯著性水平下，表3中的追尾沖突(p<0.01)、直行-左轉(zhuǎn)沖突(p<0.01)、交叉沖突(p<0.01)在不同相位設(shè)置環(huán)境中存在著顯著性差異.這說(shuō)明隨著交叉口的相位的增加使得各個(gè)流向的交通流在時(shí)間上進(jìn)行了協(xié)調(diào)，減少了沖突點(diǎn)，從而使得沖突量減少，尤其是在追尾沖突、直行-左轉(zhuǎn)沖突、交叉沖突上表現(xiàn)得十分顯著.由于右轉(zhuǎn)車(chē)流受相位設(shè)置影響較小，因而直-右沖突(p=0.524)、左轉(zhuǎn)-右轉(zhuǎn)沖突(p=0.569)在差異上并不顯著.

表3 不同相位設(shè)置下各沖突類(lèi)型沖突數(shù)差異性檢驗(yàn)

3.3 倒計(jì)時(shí)信號(hào)燈設(shè)置與交通沖突差異性檢驗(yàn)

研究認(rèn)為，倒計(jì)時(shí)信控方式觸發(fā)了駕駛員的“搶紅燈”及“搶綠燈”的行為，即駕駛員常選擇在綠燈末期加速通過(guò)或紅燈初期提起啟動(dòng).將所調(diào)研的交通沖突數(shù)據(jù)按所處交叉口的倒計(jì)時(shí)信控方式與非倒計(jì)時(shí)信控方式進(jìn)行分類(lèi)，進(jìn)而分析不同信控方式對(duì)各種沖突形態(tài)影響的顯著性，通過(guò)t檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)分析得到表4，其中，A1～A5分別代表追尾沖突、直行-左轉(zhuǎn)沖突、直行-右轉(zhuǎn)沖突、交叉沖突及左轉(zhuǎn)-右轉(zhuǎn)沖突.

表4 倒計(jì)時(shí)與非倒計(jì)時(shí)信控方式獨(dú)立樣本檢驗(yàn)

在表4中，通過(guò)觀察方差齊性的Levene檢驗(yàn)的結(jié)果，A1～A5所對(duì)應(yīng)的Sig.值均大于0.05，這表明方差齊性的假設(shè)成立.進(jìn)而從t檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，追尾沖突(A1,p=0.007)、直行-左轉(zhuǎn)沖突(A2,p=0.004)和交叉沖突(A4,p=0.012)在倒計(jì)時(shí)與非倒計(jì)時(shí)信控方式下沖突數(shù)在平均值上有著顯著性差異，即：倒計(jì)時(shí)信控路口3種沖突形態(tài)的沖突數(shù)顯著高于非倒計(jì)時(shí)信控路口，這與前人對(duì)駕駛員行為的研究較為符合.雖然倒計(jì)時(shí)信控設(shè)計(jì)的初衷是為了使駕駛員清楚地了解本次相位剩余時(shí)間以便提前做好準(zhǔn)備，但是駕駛員在綠燈末期加速通過(guò)路口及紅燈末期駕駛員提前啟動(dòng)車(chē)輛的行為往往增加了發(fā)生嚴(yán)重沖突的可能性，這也是此信控方式的弊端之所在.對(duì)于直行-右轉(zhuǎn)沖突(A3,p=0.144)、左轉(zhuǎn)-右轉(zhuǎn)沖突(A5,p=0.599)受信控方式影響的差異性并不顯著，同樣是由于右轉(zhuǎn)車(chē)輛受信號(hào)影響較小，在轉(zhuǎn)向時(shí)沿內(nèi)側(cè)車(chē)道轉(zhuǎn)向，且轉(zhuǎn)彎半徑較小，速度較低，因而由信控方式不同而導(dǎo)致的嚴(yán)重沖突的差異性也并不顯著.

3 結(jié) 論

1) 通過(guò)方差分析法對(duì)影響不同類(lèi)型的嚴(yán)重交通沖突的因素進(jìn)行識(shí)別，認(rèn)為車(chē)速、交叉口信號(hào)相位數(shù)量和信控方式對(duì)多種交通沖突數(shù)量有顯著影響，即追尾沖突、直行-左轉(zhuǎn)沖突和交叉沖突.

2) 降低車(chē)輛進(jìn)入交叉口的速度、增加信號(hào)相位及采用非倒計(jì)時(shí)信控路口均能顯著降低城市平面交叉口發(fā)生嚴(yán)重交通沖突的可能.因此，在今后的交叉口安全改善工作中，建議可以從路口限速、增加信號(hào)相位及調(diào)整信控方式等方面入手，以保障駕駛員的行車(chē)安全，提高城市平面交叉口的安全等級(jí).

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Traffic Conflict Influential Factors Analyze for Urban Plane Intersection

CUIHuifen1,2)CHUPengzi1)YANGJingshuai1)RENShuhang1)ZHUHongguo2)

(SchoolofAutomobile,Chang’anUniversity,Xi’an710064,China)1)(AdministrationofRoadTransportationofGuangdongProvince,Guangzhou510101,China)2)

In order to analyze the influences of vehicle speed, phase setting and signal control mode of countdown and non-countdown for the traffic conflict on urban plane intersection, 15 typical plane intersections in Xi’an were selected for field investigation and 401 cases of serious traffic conflict data between vehicles had been recorded as the sample to analyze. The causes of serious traffic conflict on urban intersection and its significance had been analyzed by using the analysis of variance andttest. The results show that the speed of the vehicle through the intersection of urban plane intersection (p<0.01), intersection signal phase (p<0.01) and intersection control mode (p<0.05) have a significant impact on the serious conflicts of rear-end conflict, straight-conflict and intersection conflict, but have no significant impact on straight-right turn conflict and turn left-right turn conflict.

traffic engineering; urban plane intersection; traffic conflict technology; analysis of variance;ttest

U491.2

10.3963/j.issn.2095-3844.2017.05.010

2017-08-26

崔會(huì)芬(1982—)：女，博士生，主要研究領(lǐng)域?yàn)榻煌ㄟ\(yùn)輸規(guī)劃與管理

*國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51108040)、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目(310822151022)資助