浅析高速公路互通立交的安全性评价理论

浅析高速公路互通立交的安全性评价理论

闫杰

重庆交通大学，重庆 400074

摘要：随着经济的不断增长，高速公路里程屡创新高。高速公路具备交通量大、全封闭、完全控制出入的特点，而互通立交在高速公路中起着类似“阀门”的作用，担负着控制与调节车辆的驶入和驶出。但也是高速公路中的事故多发区域，研究表明，高速公路互通立交主线和匝道总长度仅占不到总里程的5%，但发生的事故数却占总事故数的18%，致死事故数占总事故数的11% ^[1] ,统计出来的数据令人细思极恐。目前对于高速公路中关于互通立交安全性评价的内容相对较少，并且不够全面。本文对现有的评估方法和成果进行整理总结，找出其中的不足之处，并对此提出建议。

关键词：互通式立交；安全性；高速公路

1 互通式立交及其安全性评价要点

相交道路有闸道连接，车辆可互相转换运行的立交形式。当所有方向车辆均能相互转换 运行时成为全互通式立交，只允许某些方向车辆转换运行时成为部分互通式立交。互通式立交并不是全段都是危险路段，互通式立交的互通区事故较为集中的区间是减速车道上游和加速车道下游一定区间，上、下游 500m范围的事故最为集中，这与现行互通立交安全性评价的互通立交区相矛盾。这一区域的道路横断面变化率很大，在运营阶段互通区驾驶员的驾驶行为主要受交通标志的设计原则决定，根据设计速度的不同，从减速车道渐变段起点上游的指路标志开始，驾驶员基于交通标志信息进行感知、判断和决策，采取减速、变换车道、驶离主线等驾驶行为，即分流影响区远大于减速车道范围。并且驶入主线的车辆以及主线直行车辆调整各自的驾驶行为和车辆行驶状态，也需要在加速车道渐变段终点的下游一定区间内完成，即合流影响区也大于加速车道范围。

2 互通立交安全性评价理论

在目前的高速公路安全性评估中关于互通式立交安全性评价的部分，内容较少、不够全面，多以定性评价、规范符合性审查为主^[2]。已有的互通立交安全性评价理论并不完善，还只是初级阶段，存在很多不确定因素，可靠性还需要进一步验证。目前对于互通立交安全性的评价理论主要基于三方面进行展开：基于人因工程、基于交通冲突和基于车辆间运行速度 协调，以下进行详细论述。

人因工程理论是以高速公路行驶车辆的驾驶员作为研究对象，通过询问驾驶员在实际道 路交通环境中的驾驶感受，借助传感器观察驾驶员的操作强度与难易程度，试验并分析驾驶 员在驾驶过程中身体及心理等指标变化的规律，采用主观与客观相结合的技术手段评价驾驶工作负荷和实际道路交通环境的安全水平。为设计符合驾驶员生理和心理的互通式立交提供原始数据，以降低驾驶员在体力层面和精神层面的操作强度与难度，满足驾驶安全舒适性的要求，达到减少甚至消除交通事故的目的^[3]。首先对于主线而言，张元峰采集了6名小客车驾驶员通过互通立交主线的驾驶行为数据和心理数据，研究表明驾驶工作负荷度与道路饱和度、分流车辆数、合流车辆数呈正相关^[4]。对于闸道而言，郝雅建采集了小客车驾驶员在匝道上行驶时的三维空间坐标和心率数据，得出匝道平曲线半径与心率增长率呈负相关关系，运行速度、纵坡与心率增长率呈正相关关系^[5]。

交通冲突是指有危险或潜在危险路段内可实测或仿真模拟两个或两个以上交通参与者， 在同一时间或空间上相互接近时，其中一方的交通行为使得其他交通参与者采取规避等措施 以避免事故发生的交通事件，交通冲突可以分为严重冲突和一般冲突。交通冲突技术是根据 特定测量方法对交通冲突的发生过程与严重程度进行定量测量的一种技术，同时也是一种基 于非事故统计的交通安全评价方法交通冲突技术是国际上常用的用于定量研究道路交通安全问题及其对策的非事故统计评价理论方法，该技术具有能生成较多的样本数据，快速、定量研究评价交通安全现状品质和统计学特点，和传统事故统计理论不同，可以快速实现道路交通安全评价与预测，提高交通安全评价的信度和效度^[6]。首先对于主线分流影响区，张志召采集了分流区的交通量、大型车比例、平均速度差、平均车头间距等数据，以冲突率为安全评价指标，把分流区安全水平划分为4个等级^[7]。而对于主线合流影响区。Li 等考虑变道冲突与追尾冲突的事故损失和严重程度，提出了小时交通冲突风险指数用于评价合流区的冲突水平，将现场观测到的数据为训练样本，输入VISSIM 仿真软件进行测试，最终建立了小时交通冲突风险指数、匝道小时交通量与加速车道长度之间的线性关系。最后对于主线交织区，Yao通过SSAM软件从VISSIM软件中读入车辆轨迹并计算交通冲突数，建立了交通冲突修正因子来评价辅助车道设置的有效性^[8]。

如果在某一区域内，相邻路段的运行速度或速度梯度过大、同一路段的运行速度与设计 速度之差过大，即运行速度协调性不良路段，事故往往多发，且随着速度差的增大，事故率 的增长也将加快，因此对于互通式立交安全评价过程中需要考虑车辆之间行驶速度是否相互协调。基于运行速度协调理论的安全性评价是通过实测或预测不同线形组合路段的运行速度 分布、变化规律，分析运行速度协调性，评价道路线形设计的连续性、均衡性以及确定可能 存在安全隐患的风险点段，为优化线形设计或针对性地采取安全改善措施提供参考和依据。 首先对于主线而言，Ahammed 等人采用高精度激光测速枪采集了 23 处合流区的车辆运行速度数据，建立了最外侧车道的小客车运行速度、合流区车辆运行速度和加速度、合流距离预测模型

^[9]。而对于匝道而言，徐进等^[10]研究发现螺旋形匝道上的小型车运行速度与匝道半径成正比，而与纵坡和坡长相关性不显著，且在合流鼻前存在共性的减速行为。

3 存在的问题

对于基于人因工程的理论而言，由于道路条件、自然因素、车辆种类以及驾驶员驾驶经 验、驾驶习惯等因素差异性很大，所以得到的各类数据之间有较大差距。目前的研究尚缺乏 关于通过评价指标体系来统一各类数据，提高各类数据间的可比性；基于人因工程所得的实 验数据十分庞大，目前还缺乏对于试验数据进行采集和分析的专业设备和软件，使得评价体 系效率低下。基于交通冲突的理论无法对于一些互通立交交通量小、变速道路长度不够长、 平纵线形组合不合理、交通标志设置不合理等因素造成安全风险的路段进行安全评价。缺乏 对于道路左侧流入流出、匝道分流影响区、匝道合流影响区、主线上双车道流入流出、主线 分叉以及其它特殊交通流形式的安全评价方法。而基于车辆间运行速度协调的理论尚需提高 模型预测精度，优化算法等。此外互通式立交的选址、选型、平纵线形设计等对其安全性也 存在影响，也应进行综合考虑。

4 结论

作为高速公路安全运营的关键路段，互通式立交的安全影响区受到众多学者的广泛关 注。目前对于互通式立交的安全性评价的理论尚有诸多不足，后续的研究应尽可能在适应道 路的发展的条件下，尽可能全面的考虑影响互通式立交安全性的诸多因素，通过先进设备采 集数据，运用大数据模式进行数据挖掘和整理分析，综合多方面理论和方法得出准确的评价 结果。互通立交作为高速公路网络的重要节点和转换枢纽，其设计的安全性对提高整个公路项 目的安全水平至关重要。在互通立交的安全性评价工作中，不能只注意单一指标的符合性检 查，应将整个互通立交乃至相邻的构造物当作一个整体，从车辆速度的协调性、驾驶员驾驶 的舒适性和安全性的角度，全面核查互通立交设计可能存在的问题，发现设计缺憾，提出纠正措施。

参考文献(References)：

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[4] 张元峰.基于驾驶行为的高速公路互通式立交安全评价方法研究[D].北京工业大学,2016. ZHANG

[5] 郝雅建.互通立交桥安全评价方法的研究[D].河北工业大学,2011.

[6] 张苏 ,中国交通冲突技术,成都：西南交通大学出版社 ,1998.

[7] 张志召.高速公路立交分合流区和收费站交通冲突研究[D].哈尔滨工业大学,2014.

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[10] 徐进,崔强,林伟等.螺旋匝道和螺旋桥的小客车行驶速度特征[J].中国公路学报,2019,32(7):158-171.