基于仿真的多车道高速公路交通冲突分析.pdf
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1、2702023年6 月中路夕第43 卷第3 期DOI:10.14048/j.issn.1671-2579.2023.03.043基于仿真的多车道高速公路交通冲突分析曾岳凯,周涛,陈亚振(中交第二公路勘察设计研究院有限公司,湖北武汉430050)摘要:为了预防多车道高速公路的交通事故,分别以客货混行整体式、客货分离整体式、主辅分离式3 种多车道断面形式的交通冲突为研究对象,建立VISSIM交通仿真模型,利用SSAM软件获取交通冲突数据,并对冲突的形式、数量、位置进行分析。结果表明:客货混行整体式下的交通冲突最多,主要分布在最内侧、最外侧车道和减速车道上游10 0m范围;客货分离整体式下的交通冲突
2、主要分布在货车道和立交出人口附近;主辅分离式下的交通冲突主要分布在辅路和车道转换处。关键词:交通工程;多车道高速公路;交通冲突;断面形式:VISSIM仿真中图分类号:U491文献标志码:A0引言为了满足中国沿海和中部地区交通量增长的需求,对已有高速公路的扩建和改建显得十分必要。随着车道数的增多,导致多车道高速公路交通环境变得更加复杂,事故风险进一步加大。相关研究指出,车辆之间未保持安全距离,引起的事故涉及车辆数多,其中大货车易对其他车辆造成影响,在自身变道以及被其他车辆超越时都比较危险 。高速公路高死亡事故的主要原因是小汽车和大型车辆之间的速度差异2 。在高速公路互通立交路段上,由于车辆在分流
3、过程中车速的变化,在出人口位置发生交通事故的现象较多3 。据统计,中国高速公路合流区出现的交通事故占事故总数的3 0%,而人口区域的事故风险更高4。不同类型车辆混行是引发高速公路交通事故的重要原因,高速公路出人口交织区是事故发生的主要区域。公路路线设计规范(JTGD20一2 0 17)5 及公路工程技术标准(JTGB012014)6提到高速公路改扩建的部分内容。相关学者及行业专家也对此展开了研究,魏雪延等7 对整体式、客货分离式和主辅分离式3 种形式的多车道高速公路通行能力进行了研究;单东辉等8 对客货分离式高速公路互通立交匝道合流间距进行了相关研究,但中国对多车道高速公路的研究刚刚起步,尚处
4、于理论阶段,且缺乏大量的交通事故数据,因此对各个断面形式事故风险分析较少,没有提供量化依据,难以解决实际的工程性问题。针对中国缺乏事故数据积累的实际情况,中国学者较多采用以交通冲突技术的安全评价方法来替代交通事故安全评价方法,如马艳丽等9 构建了基于后侵入时间算法的匝道合流区冲突识别模型,冲突等级识别准确率高达9 1.7 1%;单东辉等8 基于交通冲突的分析,确定了客货分离式高速公路互通立交匝道合流间距本文在叙述客货混行整体式、客货分离整体式和主辅分离式3 种多车道断面形式的基础上,以广深高速公路为例,建立VISSIM交通仿真模型,利用SSAM软件获取交通冲突数据,分析3 种多车道断面形式下交
5、通冲突的形式、数量和位置,以期为今后不同多车道断面形式方案的交通管理和应急保障措施研究提供参考。1多车道交通组织类型(1)客货混行整体式,指客车和货车在同一幅道路混行的道路断面形式。其优点是新建或改扩建时方便易行、施工时间短、道路用地少;缺点是客货车收稿日期:2 0 2 1-0 4-15作者简介:曾岳凯,男,硕士,高级工程师.E-mail:271曾岳凯仿真的多车道高速公路交通冲突分析2023年第3 期存在速度差、交织区运行复杂、安全隐患多、通行效率低。(2)客货分离整体式,指客车和货车分道行驶的道路断面形式。其优点是可最大程度发挥小型车速度优势,提高通行效率和行车安全性;缺点是执法管理工作强度
6、大、修建成本高、道路利用率低。(3)主辅分离式,指内幅为供长途车辆快速行驶的主幅,外幅为供短途车辆和周边集散车辆行驶的辅幅,内、外幅之间按照一定间隔设置车道转换出人口的道路断面形式。其优点是内幅主要通行过境交通,外幅主要通行区域交通,保证出口匝道交织区处交通流相对稳定,可减少交通事故的发生,内幅车辆转移至外幅道路的次数减少,对外幅车辆的影响降低;缺点是每个车道存在客货混行,车辆运行速度受到制约,通行效率下降。2基于VISSIM的交通冲突仿真2.1交通冲突仿真方法交通冲突数据的获取是运用交通冲突技术对道路安全进行评价的一项重要内容。SSAM(SurrogateSafetyAssessmentMo
7、del)是一种交通冲突分析软件,通过分析交通仿真输出的车辆轨迹数据,可获取路段交通冲突信息。高速公路交通冲突主要存在两种类型,即追尾冲突与换道冲突,当两车的碰撞角度为0 15时为追尾冲突,当两车的碰撞角度为1585时为换道冲突,把距离碰撞时间(TimetoCollision,T T C)和后侵占用时间PET(Po s tEncroachmentTime)作为交通冲突的判定指标。运用VISSIM模拟广深高速公路选取的仿真路段在运营期预测交通流条件下的运行状况,并获取交通流的运行状态指标(轨迹、换道、位置),运用SSAM软件分析车辆运行轨迹,进而获取交通冲突的数量和发生位置等信息由于VISSIM的
8、默认参数不能很好地反映真实的多车道环境下的车辆运行特征,很有必要对交通参数进行重新标定。仿真交通参数参照双向十车道水官高速公路进行选定,交通冲突仿真流程如图1所示,具体操作流程如下:首先输人水官高速公路实测的仿真路段几何参数值、交通流运行参数值、驾驶行为参数值,通过仿真输出自由流的平均车速、拥堵下的平均车速、路段最大通行能力与实测值进行一致性验证,若一致性差,则对期望速度分布、跟驰模型参数、驾驶行为参数等进行调整,直到符合一致性检验,得到合适的交通参数;根据广深高速公路预测交通量和3 种多车道断面类型,结合获得的交通参数,建立仿真模型;将仿真所得的轨迹文件加载到SSAM软件中,得出交通冲突结果
9、。根据水官高速公路平沙至布澜收费站之间实地调研结果可得,在整体式客货分离的交通组织情况下,自由流状况下平均速度为9 4.3 km/h,拥堵状态下的平均速度为7 6.8 km/h,路段最大通行能力为2083pcu/h。构建调研路段的VISSIM仿真模型,确定自由流状况下平均速度为9 4.8 km/h,拥堵状态下的平均速度为7 7.6 km/h,路段最大通行能力为2002pcu/h,标定误差为3.9%。在9 5%的置信度下,仿真平台的标定验证通过。道路平面图和交通交通量调查初始交通参数组织方式建立仿真路网仿真运行调整交通参数交通流一致性验证否一致性高是获取交通参数(a)水官高速公路道路平面图和交通
10、预测交通量交通参数组织方式建立仿真路网仿真运行仿真车辆轨迹文件导入SSAM软件交通冲突识别与统计(b)广深高速公路图1交通冲突仿真流程2.2仿真路段设置在3 6 0 0 s的相同仿真时间内,采用广深高速公路2 0 50 年某路段范围内的预测交通量(左线3 7 42pcu/h,右线2 541pcu/h),按照预测交通量考虑分合流比。未来道路上的车型比例很难预测,但水官高272公中路外第43 卷速公路同样是双向六车道改扩建为双向十车道,因此在不同断面车道管理方案下,各车道内的车型比例选择参考水官高速公路车型比例分布,小客车、货车、大客车比例分别为7 6.5%、15%、8.5%。客货混行整体式:各车
11、道不对车型进行限制,大型车和小型车在双向十车道上任意分配,如图2 所示。客货分离整体式:双向十车道被分成3 十2 模式,通过虚、实线或者双实线分隔开,内侧3 条车道只允许小车行驶,外侧2 条车道允许大、小车按一定比例及速度同时行驶,如图3 所示主辅分离式:主路内侧2 条车道只允许小车行驶,外侧1条车道允许大、小车同时行驶,辅路的车道管理同主路,并按照一定间隔设置车道转换出人口,如图4所示,硬路肩五车道四车道三车道二车道直一车道土路肩路基中心线中央分隔带路缘带图2客货混行整体式横断面图硬路肩路基中心线五车道四车道三车道#二车道一车道土路肩客车专用车道货车专用车道中央分隔带路缘带图3客货分离整体式
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