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高速公路施工作業(yè)區(qū)追尾風(fēng)險(xiǎn)及其突出影響因素識(shí)別

文檔作者：孟祥海徐漢清史永義文檔來源：哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2020年12月17日
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第29卷第12期
2012年12月
公路交通科技
Journal of Highway and Transportation Research and Development
VoL 29 No．12
Dec．2012
doi：10．3969／j．issn．1002—0268．2012．12．022
-．．】L 口
同 速公路施工作業(yè)區(qū)追尾風(fēng)險(xiǎn)及其
突出影響因素識(shí)別
孟祥海，徐漢清，史永義
(哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150090)
摘要：針對(duì)高速公路施工作業(yè)區(qū)的追尾風(fēng)險(xiǎn)及其突出影響因素識(shí)別問題開展了研究。首先，采集和分析了處于高速
公路半幅封閉施工區(qū)和單向超車道封閉施工區(qū)合流段和施工區(qū)段的車型、車速、車頭時(shí)距等基于車輛個(gè)體的交通參
數(shù)數(shù)據(jù)，然后引入了避免追尾碰撞減速率(口D)的概念并提出了基于Ⅱ。的追尾風(fēng)險(xiǎn)度計(jì)算方法，進(jìn)而歸納總結(jié)了追
尾風(fēng)險(xiǎn)的影響因素并構(gòu)建了4個(gè)用于描述追尾風(fēng)險(xiǎn)度與影響因素之間關(guān)系的模型?；陉P(guān)系模型提出了應(yīng)用靈敏度
分析識(shí)別突出影響因素的方法。最后，針對(duì)典型半幅封閉施工作業(yè)區(qū)及單向超車道封閉施工作業(yè)區(qū)的合流區(qū)和施工
區(qū)段，應(yīng)用上述方法進(jìn)行了案例分析．驗(yàn)證了方法的可行性和可用性。
關(guān)鍵詞：交通工程；追尾風(fēng)險(xiǎn)；靈敏度分析；施工作業(yè)區(qū)；高速公路；避免碰撞減速率
中圖分類號(hào)：U491．2+6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002—0268(2012)12—0133—06
Identification of Rear-end Collision Risk on Freeway Work Zone and
Its Prominent Influencing Factors
MENG Xianghai，XU Hanqing，SHI Yongyi
(School ofTransportation Science and Ensineefing，Harbin Institute ofTechnology，Harbin Heilongjiang 150090，China)
Abstract：This paper focused on analyzing the real"一end collision risk in work zone on freeway and identifying
the prominent influencing factors．First，the tl'a伍c data of vehicles through the merging area and working area
of the closed one—way work zone and closed passing．1ane work zone were collected and analyzed．These data
include vehicle type，speed，time headway and other traltlc parameters which Can characterize each
individual vehicle．Second，the concept of deceleration rate to avoid crash(aD)Was introduced，and a
methodology to calculate real"一end collision risk based on aD was presented．Furthermore，the possible factors
tllat will cause the real"-end coilision risk were summarized．a(chǎn)nd 4 models to describe the relation between
real"一end collision risk and influencing factors were calibrated．Based on these models，a sensitivity analysis
methodology to identify the over-representative causal factors is put forward．Lastly，a case study is provided
to verify the印plicability and feasibility of the methodology，based Oil the merging area and work zone of the
typical closed one-way work zone and closed passing lane work zone．
Key words：tramc engineering；rear—end collision risk，sensitivity analysis；work zone；freeway；aD
。弓-言孳霎誓蒿霪，愛品蓑囂璧奩主凳萎釜嘉妻蓍謄?窶
不中斷交通的高速公路施工作業(yè)區(qū)普遍存在車通擁堵現(xiàn)象及交通事故時(shí)有發(fā)生。盡管施工作業(yè)區(qū)
收稿日期：2012—07—04
基金項(xiàng)目：黑龍江省交通運(yùn)輸廳科技項(xiàng)目(2011—2012)
作者簡(jiǎn)介：孟祥海(1969一)，男，黑龍江海倫人，教授，博士生導(dǎo)師，工學(xué)博士．(mengxianghail00@126．COlll)
萬方數(shù)據(jù)
公路交通科技第29卷
的交通安全隱患較大，但由于施工作業(yè)一般持續(xù)時(shí)
間不長(zhǎng)，積累的事故數(shù)據(jù)并不充分，難于開展基于
事故數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析工作。因此，利用事故替代技
術(shù)及其相應(yīng)的數(shù)據(jù)從另一側(cè)面分析和評(píng)價(jià)作業(yè)區(qū)的
交通安全狀況是一種現(xiàn)實(shí)的和值得采用的方法，本
研究?jī)?nèi)容即屬于這一范疇。
目前，國(guó)內(nèi)外已普遍接受的相對(duì)成熟的事故替
代技術(shù)是交通沖突技術(shù)，即利用車輛之間或車輛與
其他物體之間的時(shí)、空接近度來度量發(fā)生交通事故
的可能性，或通過調(diào)查駕駛員所采取的規(guī)避行為來
描述交通事故發(fā)生的可能性¨。J，也有部分學(xué)者利
用車輛的軌跡并結(jié)合視頻檢測(cè)進(jìn)行沖突分析日J(rèn)。其
中以時(shí)間接近度作為交通沖突指標(biāo)方面最為突出的
就是碰撞時(shí)間1TI℃(Time to Collision)H1及其改進(jìn)指
標(biāo)"1的應(yīng)用。這些交通沖突技術(shù)已在施工作業(yè)區(qū)的
交通安全評(píng)價(jià)上得到了一定應(yīng)用舊o，其中也包括施
工作業(yè)區(qū)追尾沖突技術(shù)的應(yīng)用"J。本研究的追尾風(fēng)
險(xiǎn)是在時(shí)間接近度基礎(chǔ)上引入車輛減速率性能后拓
展出的另一種追尾沖突度量方法。至于施工作業(yè)區(qū)
追尾事故的影響因素識(shí)別問題，國(guó)內(nèi)外亦有一些相
關(guān)研究成果，如利用多重條件的邏輯回歸哺1及利用
條件推理隨機(jī)森林的方法等∽J，這對(duì)本文開展的追
尾風(fēng)險(xiǎn)突出影響因素識(shí)別研究具有一定借鑒意義。
1 施工作業(yè)區(qū)及其追尾沖突的類型
1．1 施工作業(yè)區(qū)概況
我國(guó)高速公路的施工作業(yè)區(qū)主要有路肩封閉施
工作業(yè)區(qū)、單向部分車道封閉施工作業(yè)區(qū)、半幅封
閉施工作業(yè)區(qū)以及雙向全封閉便道繞行施工作業(yè)區(qū)
等。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和資料收集情況，本文對(duì)單向超
車道封閉施工作業(yè)區(qū)和半幅封閉施工作業(yè)區(qū)開展了
相關(guān)研究，重點(diǎn)是作業(yè)區(qū)合流段和施工區(qū)段的交通
沖突問題。結(jié)合黑龍江省哈阿高速公路大修工程及
哈爾濱市機(jī)場(chǎng)高速公路路面維修工程，選取了典型
施工作業(yè)區(qū)作為調(diào)查研究對(duì)象。
(1)哈阿高速公路施工作業(yè)區(qū)：位于哈阿高速
公路亞溝至哈爾濱段K21至K23處，是一個(gè)典型的
半幅封閉施工作業(yè)區(qū)，通車半幅路采用了禁止超車
的雙車道雙向交通組織方式，施工區(qū)段及上游過渡
區(qū)段均限速20 km／h，警告區(qū)由近及遠(yuǎn)分別限速40
km／h和60 km／h。
(2)哈爾濱市機(jī)場(chǎng)高速公路施工作業(yè)區(qū)：位于
機(jī)場(chǎng)高速公路K11至K13處，市區(qū)至機(jī)場(chǎng)方向超車
道封閉施工，行車道以單車道方式正常通車。該作
業(yè)區(qū)沒有設(shè)置限速，但該條高速公路全程限速
110 km／h。
上述2處作業(yè)區(qū)均位于縱坡不大的直線路段，
作業(yè)區(qū)的實(shí)況見圖l。
(a)哈阿高速公路施工作業(yè)區(qū)(b)機(jī)場(chǎng)高速公路施工作業(yè)區(qū)
圖1作業(yè)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況
Fig．1 Work zone conditions
1．2施工作業(yè)區(qū)追尾沖突類型
在施工作業(yè)區(qū)段，車輛往往需要逐次減速行駛，
部分車輛還要采取變道合流(或分流)的駕駛行為，
這就顯著增加了發(fā)生交通沖突甚至是交通事故的風(fēng)
險(xiǎn)。施工作業(yè)區(qū)的交通沖突主要有追尾沖突和變道
(或分合流)處的側(cè)向沖突。對(duì)于合流區(qū)和施工區(qū)段
而言，可將追尾沖突歸納為以下3種類型：合流區(qū)
超車道上的追尾沖突(類型I)；合流區(qū)行車道上的
追尾沖突(類型II)；施工區(qū)段上的追尾沖突(類型
III)。上述3種追尾沖突及其所發(fā)生的地點(diǎn)見圖2。
行車道+一
(a)半幅路封閉施工作業(yè)區(qū)
行車道·一
超車道+一
超一車道一一類一型一I正工一》口一口一口B一弋·一莓一行一區(qū)醫(yī)。覆?緩貓1．西耍-．垂愛?li一豹 行車道類型II[D塒二胗——’類型Ⅲ[]x[衛(wèi)
(b)超車道封閉施工作業(yè)區(qū)
圖2追尾沖突的類型及其發(fā)生地點(diǎn)
n昏2 Types of rear-end collision and sites of occurrence
2交通調(diào)查及追尾沖突數(shù)據(jù)采集
2．1 交通調(diào)查與數(shù)據(jù)提取
采用錄像法在施工作業(yè)區(qū)的合流段和施工區(qū)段
實(shí)施交通調(diào)查，獲得了哈阿高速公路施工作業(yè)區(qū)
2010年8月6日全天的交通實(shí)況視頻資料以及機(jī)場(chǎng)
高速公路施工作業(yè)區(qū)2011年10月27日12：00—
17：00的現(xiàn)場(chǎng)錄像資料。
使用Adobe Premier Pro CS3視頻處理軟件從交通
萬方數(shù)據(jù)
第12期孟祥海，等：高速公路施工作業(yè)區(qū)追尾風(fēng)險(xiǎn)及其突出影響因素識(shí)別135
實(shí)況錄像中提取每輛過往車輛的基本交通信息，內(nèi)
容包括車輛到達(dá)和通過指定斷面的時(shí)刻、速度、車
型、車長(zhǎng)等車輛參數(shù)。采用50幀／s的視頻格式將時(shí)
間精確到0．02 S。這樣通過逐幀播放，可較準(zhǔn)確地
記錄車輛到達(dá)指定斷面的時(shí)刻，然后利用車輛通過
連續(xù)2個(gè)斷面的時(shí)間差及斷面間距來計(jì)算地點(diǎn)車速，
并進(jìn)一步利用到達(dá)同一斷面的時(shí)間差求得車輛間的
車頭時(shí)距。
2．2數(shù)據(jù)描述及追尾沖突數(shù)據(jù)的獲取
在上述2處施工作業(yè)區(qū)共收集到了11 359 veh車
(哈阿高速公路6 130 veh，機(jī)場(chǎng)高速公路522 veh)
的詳細(xì)交通信息，作業(yè)區(qū)上合流段及施工區(qū)段的交
通組成及其車速特性等統(tǒng)計(jì)匯總結(jié)果見表1。
追尾沖突發(fā)生的基本條件是跟馳行駛的車輛中
后車車速要大于前車。為此，首先從11 359 veh車
中找出跟馳行駛的車輛組數(shù)，以連續(xù)2 veh車為1
組，若存在車輛既與前車構(gòu)成跟馳行駛、又與后車
構(gòu)成跟馳行駛的情況，記為2組。然后進(jìn)一步篩選
出后車車速大于前車車速的車輛組數(shù)，這些數(shù)據(jù)就
是分析和計(jì)算追尾沖突的基本樣本數(shù)據(jù)。按照上述
方法共得到了5 230組可用來計(jì)算追尾沖突的樣本數(shù)
據(jù)，其中哈阿高速公路施工作業(yè)區(qū)2 786組，機(jī)場(chǎng)高
速公路施工作業(yè)區(qū)2 444組，見表1。
表1追尾沖突樣本數(shù)據(jù)及相關(guān)交通數(shù)據(jù)匯總表
Tab．1 Summary of n嘲Ir·end c0Ili薊蚰data and
related ililtnc data
小型車比例／％
囂中型車比例／％
75．49
11．96
92．76
6．69
大型車比例／％ 12．55 0．55
3施工作業(yè)區(qū)追尾風(fēng)險(xiǎn)度計(jì)算方法及其應(yīng)用
3．1 基本原理
跟馳行駛的前后2輛車，若后車速度大于前車
速度且車間距較小時(shí)，后車為了避免追尾前車需要
減速，此時(shí)的減速率可理解為避免追尾碰撞的減速
率(Deceleration Rate to Avoid Crash，簡(jiǎn)稱D)，記為
Ⅱ。，單位為m／s2(追尾發(fā)生過程見圖3)。顯然，碰
撞減速率的大小可用來度量發(fā)生追尾事故的風(fēng)險(xiǎn)度，
畫畫籃嗎
圖3追尾沖突示意圖
№3 Schematic djagram of rear-end collision
若計(jì)算出的碰撞減速率超過了車輛本身可利用的最
大減速率，發(fā)生追尾事故是在所難免的。碰撞減速
率可由前后2車的速度差(血)和時(shí)間差(缸)來
計(jì)算確定，即：
△" (戈i(t)一需i—l(t))
“oi一△t一△t
’
V膏i(t)>戈¨(t)， (1)
式中，aDi為第i輛車為避免追尾前車(第i一1輛
車)所需采取的減速率值；置H(t)和童。(t)分別
為t時(shí)刻前車和后車的速度。
△I可由車頭間距di、相對(duì)速度以及前車長(zhǎng)度
li-1求得，即：
缸=茄崔知，枇如)>釓·㈤，(2)
則： ％：墮孚掣，Vxi㈤>“嘰口Di 2—■F百■一， L‘J刈i-1 L‘J。
(3)
3．2改進(jìn)的aD算法
由于現(xiàn)場(chǎng)采集的交通流數(shù)據(jù)中只有車頭時(shí)距hi
而沒有車頭間距di，因此，需要確定^；與di的關(guān)系，
從而對(duì)基本的a。計(jì)算公式進(jìn)行改進(jìn)。車頭間距dl與
車頭時(shí)距峨的關(guān)系可以描述為：
di=菇i—l(t)一菇i(t)=戈i(t)·hi， (4)
式中，戈¨(t)和菇i(t)分別為t時(shí)刻前車和后車
在道路上的位置坐標(biāo)。
口％。：此t。時(shí)毪改■進(jìn)麗去的兩a。掣百計(jì)’算，V公筏v式【鉞為‘：，t)Ⅵ>¨州(‘嘰)。(L53，)
3．3基于aD的追尾風(fēng)險(xiǎn)度計(jì)算方法
若前后2車保持原行駛狀態(tài)不變，當(dāng)后車的an：
大于本身可用的最大減速率aM(Maximum Available
Deceleration Rate，簡(jiǎn)稱MADR)時(shí)就會(huì)追尾前車。
萬方數(shù)據(jù)
公路交通科技第29卷
aM是服從截?cái)嗾龖B(tài)分布的隨機(jī)變量，此時(shí)后車追尾
前車的風(fēng)險(xiǎn)度即為概率P(aMi

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