匝道影响区安全优化设计文献综述

 2022-10-22 05:10
  1. 文献综述(或调研报告):

(一)匝道影响区交通事故风险模型

在出口车道之前,想要驶离高速公路的车辆需要与主线车流分流,而在入口匝道之后,由入口匝道进入高速公路的车流需要与主线车辆合流,在这一过程中车辆速度需要发生改变,变道行为增多,事故风险提高,需要区别于高速公路基本路段建立事故风险预测模型。

众多学者对影响匝道及其影响区安全的因素进行了研究。Bauer等人[1]于1998年基于负二项回归以及泊松回归开发了多个模型用于研究交通事故与高速公路几何设计以及匝道、变速车道交通流量之间的关系;模型包括的变量有高速公路主线交通流量、匝道交通流量、区域类型(农村/城市),匝道类型(出口/入口),匝道配置,右路肩宽度以及匝道和变速车道的长度。研究发现,匝道交通流量对于事故发生有着显著影响;在此基础上,Bared等人[2]使用负二项模型,研究了加减速车道长度对整个匝道事故发生率的影响,结果表明,加减速车道每增加100英尺,总事故频率可下降4.8%;AASHTO(2011)[3]在第十章给出了常用匝道类型以及相关设计原则和推荐取值范围,是对匝道集合设计研究的基础;Sarhan,Hassan等人[4]基于5年的历史数据对几何因素与分流及合流区的事故关系进行了研究,并给出了适于用研究区域的相关结论;Choi,Park等人[5]使用韩国封闭高速公路201个匝道上的三年累计事故数据计算了直接型、半直接型以及环形匝道的曲线半径、坡度以及加减速车道长度的CMF(Crash Modification Factors);但该研究未考虑几何设计对安全的组合影响。

又有相关学者就匝道类型对安全的影响进行了专门的探讨。Chen,Liu等人[6]评估了出口匝道车道数及其布置对高速公路分流区的安全影响,研究团队收集了弗罗里达州343个高速公路路段数据,分别分析不同匝道类型事故频率、事故类型以及事故严重程度的关系;通过建立负二项分布事故预测模型,可以发现匝道与主线交通量、高速公路限速值、减速车道长度、右路肩宽度以及出口匝道类型均影响出口匝道影响区的安全性;此外,车道平衡的出口匝道表现出较优的安全性能;此后,研究团队对密集匝道作了进一步的研究[7]

上述研究多采用传统事故数据与相关交通、几何数据建立事故预测模型,研究两者的关系,也有学者结合仿真对匝道影响区安全模型做了进一步的探讨。Qin,Persaud等人[8]通过仿真模拟冲突来研究改变加速车道长度对设施安全性能的影响,并与传统事故风险模型进行对比,发现该种方法能取得良好的效果,适于用新型设计的安全评估,但模型未标定,仅能定性地进行安全比较评价。

(二)用于安全评估的交通仿真

传统的交通安全分析主要依靠事故统计数据,但该类数据难以收集且无法用于评估新的安全设施的效果,这使得其他安全评估方法的研究十分必要,其中,具有巨大潜力的方法之一即是用交通仿真模型进行安全评估。

交通仿真用于安全评估的可能性,最早由Cooper和 Ferguson(1976)[9]以及Darzentas等人(1980)[10]提出。此后,有更多的学者对该应用做了进一步的探讨。Dijkstra等人[11]基于六年的数据,使用PERAMICS仿真平台对荷兰西部的569个交叉口进行了研究;通过建立广义线性模型发现交叉口的冲突数以及机动车流量与事故数显著相关。西门子的研究小组提出了替代安全评估模型SSAM(Surrogate Safety Assessment Model)。SSAM用于微观交通仿真模型自动化交通冲突分析过程。目前,它可能是利用微观模拟进行安全评估的唯一可行方法。SSAM利用多种算法来识别由微观仿真模型(例如VISSIM,PARAMICS,AIMSUN和TEXAS)生成的车辆轨迹文件的冲突并输出模拟冲突的数量,类型,严重性和位置。Gettman等人[12]评估了SSAM在11个案例研究中识别备选设施的相对安全性,研究发现,在相同的交通条件下,SSAM可以识别在相同的交通条件下不同方案的冲突总数,冲突类型分布和冲突严重性指标的显著差。

之后,有更多的学者对模型的标定和验证作了进一步的研究。Essa与Sayed[13]应用VISSIM平台以及SSAM(Surrogate Safety Assessment Model)对城市信号交叉口的模拟冲突与实际冲突的关系进行了研究,提出了两步标定过程。结果发现:标定能够提高模拟与实际追尾冲突的相关性;但仿真冲突的空间分布与实际存在较大差异。在之后的研究中,研究团队[14]通过对比两个交叉口的参数标定值,探索了各个参数的可移植性,其中参数CC1[15]和期望减速度标定值没有变化,说明其可以直接转移;CC0和带停车线安全距离的缩减因子、停车线上游开始点变化较小,在一定程度上可以移植使用;而CC4与CC5变化百分比超过百分之五十七,在未有进一步研究的情况下不可移植使用。

Cunto与Saccomanno [16]基于VISSIM仿真算法以及NGSIM(Next Generation SIMulation program)的车辆真实轨迹数据,提出了用于信号交叉口的追尾事故风险仿真模拟的系统性标定程序;论文使用事故风险因子CPI(Crash Potential Index)作为设施安全性能的指标;参数优化后,仿真模型中的冲突车辆数以及冲突时长与实际情况相接近,说明模型能较好地反映实际设施的安全性。Duong等人[17]提出了用于安全评估的多指标仿真标定程序,该程序在考虑了交通属性(速度,流量和密度)的同时,对安全性进行了良好的估计;该程序的可行性在NGSIM的高速公路数据集上得到了验证。

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