设计阶段平面交叉口安全评价方法研究与应用

蔡 茜，毕和政

(1.南京审计学院理学院，江苏 南京 211815；2.上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240)

平面交叉口(后简称“平交口”)是公路路网的交汇点，是行人、车辆的汇合、转向、分流的地方，虽然在空间上占整个公路网的很小部分，但是从所发生交通事故角度看，平交口事故却占整个公路网事故的很大比例。根据各国交通安全统计数据显示，美国2000年约有280万起引起人员受伤的交通事故发生在道路交叉口或附近，占全部引起人员受伤交通事故的48%[1]；日本2008年发生在平交口的道路交通事故占所有道路交通事故的56.1%，图1为日本按道路类型分类的事故件数[2]；中国城市的交通事故抽样统计表明，发生在平交口的交通事故数约为全部道路交通事故数的30%[3]。因此，平交口的交通安全状况亟待改善。而在设计阶段对平交口进行安全评价，能为公路平交口交通安全治理和改善提供依据，减少未来潜在事故的发生。

图1 按道路类型分类的事故起数及其占比(日本，2008)Fig.1 Accidents in different road areas and the proportion (Japan,2008)

目前国内外交叉口交通安全评价方法主要有以交通事故统计为基础的直接评价方法和以交通冲突技术为基础的间接评价方法。以交通事故统计为基础的直接评价方法是国内外常用的方法，主要有专家经验法、事故数法、事故率质量控制法、安全系数法、回归模型法等[4-5]，但是应用上述方法存在着“小样本、长周期、大区域、低信度”等缺陷[6-7]。基于交通冲突技术的间接评价方法是一种相对较新的交通安全评价方法，该方法应用较广的是用冲突率来评价交叉口的交通安全。但是该方法也存在缺点，集中表现在观测数据精度差，如果对大量交叉口进行交通冲突分析，观测所花费的人力、时间也很大。

安全服务水平评价方法是一种不依赖交通事故和交通冲突数据的新的事前安全评价方法。所谓“平交口安全服务水平”是指交叉口使用者从平交口几何线形、道路状况、交通环境、交通控制等方面可能得到的交通安全服务质量，也就是平交口本身所能提供的交通安全服务程度。而“平交口安全服务水平评价方法”就是通过分析影响交叉口安全服务水平的各种内在因素，建立公路平交口安全服务水平的评价模型，并依据模型计算值对安全服务水平进行分级，以全面客观地描述平交口所能提供的交通安全服务程度，为改善交叉口提供统一的衡量标准。

1 公路平交口安全服务水平影响因素的综合分析

交通事故的发生，是多种因素共同作用的结果。人、车辆、道路以及道路周围的环境是构成交通系统的主要因素，这些因素通过相互影响与作用，构成了交通环境。人的因素属于主观因素，对人的安全行为研究包括对交通参与者的生理、心理等各方面进行系统分析，研究人的不安全行为特征；客观因素主要是指车辆技术性能、道路及安全设施、环境3方面的因素。由于主观因素和车辆技术性能变化较大，因此重点考虑道路和环境的客观因素。

运用交通事故成因分析、影响因素主成分分析等方法，把影响平交口交通安全服务水平的因素分为主要影响因素、次要影响因素和交通流量3大类[8]。1) 主要影响因素。包括机动车与机动车之间的冲突点(交叉冲突点、合流冲突点、分流冲突点)，机动车与非机动车之间的冲突点(直行机动车与非机动车冲突点、左转机动车与非机动车冲突点、右转机动车与非机动车冲突点)，机动车与行人之间的冲突点(直行机动车与行人冲突点、左转机动车与行人冲突点、右转机动车与行人冲突点)。2) 次要影响因素。包括信号灯(信号相位、黄灯时间、信号灯可视性)，几何特征(纵坡度、交叉角度、视距、车道设置、物理渠化)，标志(标志可视性、标志设置、标志信息量)，标线(标线可视性、标线设置)，路面(路面平整性、路面抗滑性)，照明(路灯设置、路灯完整性)。3) 交通流量。包括机动车交通量，非机动车车流运行状况，行人流运行状况。

2 平交口安全服务水平评价模型的建立

由于涉及平交口安全服务水平的因素较多，为了更好地表达各个影响因素与安全服务水平之间的关系，分别从主要影响因素和交通流量方面建立主模型，从次要影响因素方面建立次要因素修正模型，通过次要影响因素模型得到修正系数，并修正主模型，从而得到总的平交口的安全服务水平评价模型。

2.1 基于冲突点和交通流量的主模型

冲突点是交通冲突以及交通事故产生的根本原因。在理论上，某类冲突点越多，其可能导致的某类交通事故数也越多，冲突点的恶性程度越严重，其可能导致的某类交通事故的恶性程度越严重。同时，交通量的大小也会不同程度上影响冲突点的负面作用。如果交通量较大且交通秩序混乱，必然加重冲突点的负面作用；如果交通量较小且交通秩序好，则可能减轻冲突点的负面作用。因此，得出基于冲突点和交通流量的危险度模型：

C=Kf·∑NiSi

(1)

式中：C—危险度；Kf—交通流量影响系数；Ni—某类冲突点个数；Si—某类冲突点的恶性程度系数。

不同类型的冲突点对平交口的交通安全影响程度不同，因此可以根据某些国家详细分类的交通事故数据，通过统计分析不同种类冲突点所对应不同类型交通事故的发生率和所造成的经济损失，从而得到不同类型冲突点的相对恶性程度。根据已有研究成果[9]，得到不同交通行为实体之间各类冲突点的恶性程度系数如表1。为了评价方便，将交通流量影响系数Kf的值确定如下，见表2。

2.2 基于次要影响因素的修正模型

除了机动车、非机动车、行人之间的内在冲突点决定平交口交通安全外，国内外很多资料表明：信号灯、平交口的几何特征、交通标志、交通标线、路面、照明也对平交口的安全有较大影响。当交通流量小于1 000 pcu/h时，交通流量的影响可以忽略，而其他次要因素的影响就特别的突出。所以，平交口其他影响因素对平交口安全服务水平的影响也不可忽视。

表1 机动车、非机动车、行人冲突点恶性程度系数Table 1 The malignant coefficients of conflict points among motor vehicles,non-motors and pedestrians

表2 交通流量影响系数Table 2 The influence coefficients of traffic flow

建立次要影响因素修正模型如下：

A=∑MiQi

(2)

式中：A—次要影响因素修正系数；Mi—某类次要影响因素的权重；Qi—某类次要影响因素的影响系数。表3给出了平交口各个次要影响因素的权重和影响系数[10]。

表3 次要影响因素的权重及影响系数

2.3 平交口安全服务水平评价模型

由主模型和次要因素修正模型得到平交口安全服务水平的总模型为

R=C·A

(3)

式中：R表示平交口危险度，为平交口安全服务水平的评价指标。

2.4 平交口安全服务水平等级划分

平交口安全服务水平等级划分依据平交口安全服务水平模型的计算值即平交口危险度。危险度越小的平交口安全服务水平越高；危险度越大的平交口安全服务水平越低。为了使平交口安全服务水平更加具有区分性，把平交口安全服务水平分为4级(A～D)，分别对应平交口很安全、较安全、较危险、很危险。

表4 平交口安全服务水平等级

根据平面交叉口的安全服务水平等级可以掌握交叉口的整体安全程度，当整体安全程度较好时(如A级、B级)，采取保持现状或者小修等措施；当整体安全程度较差时(如C级、D级)，从主要影响因素、次要影响因素和交通流量确立危害平交口安全的关键指标，并加以整改和完善，提高平交口安全服务水平。

3 实例验证

为了验证平交口安全服务水平模型的合理性，依托项目《江苏省临海高等级公路交通安全评价专题咨询》，对其施工图设计阶段的40个平交口数据进行采集，同时进行平交口整体安全性的专家打分评价(满分100分，100分代表最好，0分代表最差)，并对模型计算值R与专家打分值T进行线性拟合，见图2。

图2 安全服务水平模型计算值与专家打分值的相关性及一致性检验Fig.2 Linear correlation and consistency testing for model calculated values of safety service level with experts’ scores

其中无信号平交口模型计算值与专家打分值线性回归的相关系数是0.935；信号平交口模型计算值与专家打分值线性回归的相关系数是0.926，都具有很好的相关性。并且，根据安全服务水平等级对主观打分的值域进行等级划分，可见两者具有良好的一致性。

4 基于安全服务水平方法的设计阶段平交口安全评价及优化方案

目前我国在公路平交口设计方面存在的问题主要体现在平交口的选位、几何设计、交通控制、安全设施设置等关键技术上存在很强的主观性和随意性，在设计过程中缺乏科学严谨的系统分析，难以确保平交口设计的合理性和科学性，使得公路平面交叉口成为交通安全的隐患点。针对上述问题，本文提出了一套适用于平面交叉口设计阶段的安全评价与优化方案，见图3。

此方案在项目《江苏省临海高等级公路交通安全评价专题咨询》中也得到了很好地应用和验证。以临海高等级公路某路段40个平交口的改善治理过程为例，其中有20个无信号控制平交口、20个信号控制平交口。通过合理设置专用车道和优化信号控制，使得无信号和信号平交口内的平均冲突点数有明显减少，见表5；进一步优化几何特征、标志、标线、路面、照明等影响因素，使得平交口总体危险度明显降低，改善治理前后的平交口安全服务水平等级分布见图4，平交口的安全性得到显著提高。

表5 优化前后平均冲突数

图4 平交口改善前后安全服务水平等级分布变化Fig.4 Changes in the distribution of safety service level at intersections before and after improvement

5 结 论

基于安全服务水平的概念建立了平交口安全服务水平评价模型，给出了设计阶段平交口安全评价及优化方案；经过工程实践表明该应用可显著提高公路平交口设计的安全性和可靠性，将平交口设计的事后评价变为事前预防。但影响安全的因素众多，定量化评价影响因素状况的方法还不完善，需进一步研究。

[1] 孙宝芸.公路平面交叉口交通安全问题诊断方法[D].南京:东南大学,2006

[2] 日本汽车工业协会.日本交通事故[EB/OL].[2014-08-06].http://www.jamabj.cn/safe/accident/index.asp

[3] 刘小明，段海林.平面交叉口交通安全评价方法[J].人类工效学，1997(3)：49-53

[4] 路峰，姜文龙，马社强.交通事故多发点段排查方法[J].长安大学学报:自然科学版,2003,23(1):87-90

[5] 裴玉龙，丁建梅.鉴别道路交通事故多发点的突出因素法[J].中国公路学报,2005,18(3):99-103

[6] 周伟，罗石贵.路段交通事故多发点的冲突判定方法[J].中国公路学报,2000,13(1):81-86

[7] 王建军，陈梦月，王参军.发展高速公路交通安全审计的探讨[J].长安大学学报:自然科学版,2002,22(3):55-58

[8] 潘福全.公路平面交叉口安全服务水平研究[D].南京:东南大学,2007

[9] 潘福全，陆键，项乔君，等.无信号平面交叉口安全服务水平计算模型[J].交通运输工程学报,2007,7(4):104-111

[10] 刘飞.城市道路平面交叉口复杂度计量模型研究[D].南京:东南大学,2008