张思捷

摘 要：为了明确互通式立交分流影响区的安全性评价研究进程，为提高互通立交的道路行车安全性提供设计基础，帮助科学、妥善的解决互通式立交分流影响区的行车安全问题，收集并整理相关文献及数据，对互通式立交分流影响区安全性评价体系的研究现状热点、研究成果以及可进行深入研究的内容进行综合评述。通过对文献的总结发现当前应用到互通立交分流影响区安全性评价研究中的主要有五大基础理论、两大种类评价方法以及四种经典研究模型。其中，交通流理论是交通学科最基础的理论支撑;两种评价方法各有特点及长短，两者结合才能将作用最大化;各研究模型关联密切，被广泛应用于模拟仿真中，为安全评价研究做出重大贡献。目前，中国在交通安全研究基础理论和技术应用方面均取得了优秀成果，但仍需进行进一步研究。

关键词：互通立交;分流影响区;交通安全;安全性评价

0 引言

互通式立体交叉（简称互通立交）是指设置跨线构造物使得相交道路空间分离，且上、下道路间通过匝道连接以供转弯车辆行驶的交叉方式。车辆在互通立交区域交互行驶，形成了交通流的分流区、合流区以及交织区。分流区是指在出口匝道附近，承接从主线车流分离出来的一股或多股车流的部分区域。受车辆分流行为最严重的区域是出口匝道和主线连接点至上游450 m内包含减速车道和主线外侧2条车道的区域（如图1所示）被称为分流影响区。该区域交通流紊乱程度大，交通冲突频发，存在较大交通安全隐患[1]。

本文拟对互通式立交分流影响区已有的安全性评价基础理论、评价方法及模型等进行梳理、总结和展望。

1 互通立交分流影响区安全性评价基础理论

1.1 交通流理论

交通流理论是采用由Greenshields[2]最初提出的“流量-速度-密度”模型描述道路上车辆（或非机动车/行人）与道路设施和环境交互运行规律的基础学科。当前，交通流理论研究热点包括了交通流基本图模型、微观交通流理论及仿真、中观交通流理论及仿真、宏观交通流理论以及网络交通流理论五个部分[3]。交通流基本图模型中，包含了瓶颈点（移动瓶颈点和固定瓶颈点）的交通流三参数关系分析可有助于分流影响区的交通流特性研究。此外，微观、中观和宏观交通流理论及仿真技术因其具有可重复性、可延续性模拟交通运行状态的优点，其相关理论和模型逐渐被应用于研究互通立交分流影响区的道路通行能力以及安全性水平评估。

1.2 运行速度协调理论

运行速度（v85）是指在自由交通流下测定的各类小汽车在车速累计分布曲线上第85%车辆的行驶速度[3]。运行速度协调是指在不同道路、交通和道路环境的条件下，相邻路段的运行速度或速度梯度以及同一路段的运行速度与设计速度差值处于规定值内，达成速度的总体协调性[4]。以运行速度协调理论为基础的道路安全性评价是指，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以此评价道路线形设计的连续性、均衡性以及合理性，并确定可能存在安全隐患的风险路段，以此优化线形设计或采取针对性改善措施[5]。

1.3 交通冲突理论与间隙接受理论

1.3.1 交通冲突理论

交通冲突是指道路使用者在行驶过程中，与另一个道路使用者或道路设施在时间、空间上相互接近，若道路使用者不采取必須的交通行为，就会发生碰撞的交通现象。由于互通立交分流影响区短距离范围内存在频繁的由车辆变道、减速等驾驶行为引起的交通冲突，研究人员逐渐将基于交通冲突理论的技术应用于互通立交分流影响区安全性评价中。综合了距离和速度因素的三大时间度量指标是为研究人员基于冲突理论进行安全评价时的常用指标[6]：（1）碰撞时间（Time to collision，TTC）;（2）碰撞时间（Post Encroachment Time，PET）;（3）车头时距（Time Headway，TH）。此外，冲突率（百车冲突数）也是常用的交通冲突安全评价指标。在TTC的基础上，研究人员又提出了用于交通安全评价计算结果和统计分布的暴露碰撞时间（Time Exposed TTC，TET）和累积危险碰撞时间（Time Integrated TTC，TIT）[7]。

相关的安全性评价指标是否能沿用交通冲突技术的评价指标以及安全评价指标阙值的选定仍然具有争议性。另一方面，基于该理论的评价结论还需要与真实案例结合进行进一步检验其科学性及有效性。此外，交通冲突的数据采集与共享是亟需突破的重难点。

1.3.2 间隙接受理论

间隙接受理论是指，以间隙接受现象为基础、临界间隙为主要指标和方法，对车辆分流行为进行建模仿真分析，间接对研究区域的安全性评价进行分析的基础理论。车辆间隙（Gap）是指前车恰好完全经过冲突点时前车车尾与后车车头的时间间隔[1]。间隙接受一般发生在具有优先通行权的支路交叉口处，根据主路车辆的到达规律产生了不同大小的车头时距，支路车辆会对主路的车头时距作出反应（车头时距：经过同一断面的相邻前后车辆的车头之间的时间间隔）。

1.4 交通行为理论

交通行为理论以人因工程（Human Factors Engineering）为核心，对行车过程中的驾驶人行为通过模拟仿真或仪器监控等手段对驾驶人心理及生理变化进行数据采集进行分析。对驾驶人的交通行为对道路行车安全性水平影响机理进行研究。基于交通行为理论的交通安全分析包括4个主要研究方向：驾驶人分心行为、注视特性研究、危险驾驶行为以及驾驶人变道与跟车行为研究。

2 评价方法

研究人员应用于互通立交分流影响区的安全性评价方法主要有主观赋权评价法、客观赋权评价法以及组合赋权法[8]。

2.1 主观赋权评价法

主观赋权评价法是指根据专家经验对各项指标权重进行主观判断，并对各指标信息进行综合评价。层次分析法（将与总目标有关的元素分级为目标层、准则层、指标层;在此基础上进行定性分析和定量分析的评价方法）和模糊综合评价法（根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，对受到多种因素制约的对象做出一个总体评价的方法）都属于主观赋权法的范围内，两种方法的单独运用或者综合运用，都具有主观性，这对于评价结果具有一定的偏差影响。

2.2 客观赋权评价法

客观赋权评价法根据指标间的相关关系及指标值的变异程度确定权重的一类评价方法，应用到互通立交区域安全性评价的方法主要有灰色关联度分析法和人工神经网络分析法两种。在进行互通立交分流影响区的安全性水平评价时，采用的方法多为两种主观赋权评价法;或是将主、客观赋权评价法相结合。两种方法定义及特点如表1所示。

3 安全性研究模型

对互通立交区域的交通安全进行安全性评估时，交通模拟仿真是一种常用的重要手段，建立模型则是模拟仿真手段的核心技术支撑。其中有四种经典模型在互通立交区域的交通安全性研究中得到了广泛应用，分别是车辆跟驰模型、元胞自动机模型、换道模型以及交通冲突预测模型。

3.1 车辆跟驰模型

车辆跟驰模型（Car Following Model）是运用动力学方法来研究限制超车的单车道上行驶车队中相邻辆车之间的相互作用。其在交通安全领域具有广泛的应用价值。跟驰模型包括了刺激-反应模型、安全距离模型（Safety Distance Model）、心理-生理模型以及人工智能模型（Artificial Intelligence Model）等四種[9]。由于互通立交分流影响区内存在频繁的变道交通行为，因此交通安全领域的研究人员开始将跟驰模型应用到该领域有关行车安全的交通模拟中。

3.2 元胞自动机模型

元胞自动机（Cellular Automata，CA）是定义在具有离散、有限状态的元胞组成的元胞空间按照一定的局部规则在离散时间维度上演化的动力学系统[3]。元胞自动机模型就是以该理论为基础建立的，其中心思想是将路段划分为N个元胞，利用各个元胞之间通过的车辆数来描述交通流的传播过程。在交通安全领域，交通元素具有离散性，采用元胞自动机模型能有效避免建模时离散-连续-离散的近似过程，因此在交通安全评价仿真模拟研究中，该模型具有独特的优越性。

3.3 换道模型

换道模型用于描述车辆行驶中变换车道的交通行为，车道变换行为是指驾驶人基于自身驾驶特性，结合周围车辆的车速、车间距等环境信息，调整并完成自身驾驶目标策略的综合过程。其模型和跟驰模型共同构成了传统的微观交通流动力学模型体系，跟驰模型描述的是车辆的纵向行为，换道模型描述的是车辆的横向行为[10]。在互通立交分流影响区，换道行为频繁发生，对该区域的交通安全及通行能力都会造成影响。换道模型已成为了分流影响区交通特性仿真研究中的核心模型。

3.4 交通冲突预测模型

交通冲突预测模型是指以交通冲突理论和交通冲突技术为基础，利用冲突数据、道路线形以及交通流等数据，采用一定的数学方法对冲突数或冲突率进行预测的一类模型。在建成模型后，进一步建立综合影响系数与冲突的关系模型，得到综合影响系数对应的对应区域的安全评价结果。交通冲突预测模型研究发展迅速，其种类多达15种[6]。其中，回归模型、广义线形模型、BP神经网络、时间序列、概率模型等被广泛应用于分流影响区交通安全研究中。

4 结语

本文通过对文献的梳理和总结，为读者介绍了近年来互通立交安全性评价研究的发展成果。内容涵括了基础理论、评价方法以及研究模型等三方面内容。近年来，随着国家对交通安全研究的日渐重视，我国在该领域的基础理论和技术应用方面均取得了显著成绩。主要体现在交通安全基础数据采集、交通行为、交通事故致因探究等方面。此外，交通系统参与者的安全意识上升，道路主动行车安全的保障等方面都大有进益。然而，我国对于互通立交分流影响区等特有区域的安全性研究工作仍需从不同方面进行提高：

（1）国家规范文件对互通立交等特殊区域的安全性规定不够完整、不具有针对性。应，加大在规范文件数据方面的整合及共享，尽快研究出互通立交等特殊区域的道路安全审计清单。

（2）互通立交道路交通安全研究基础数据缺乏有效整合与共享，应完善交通基础数据采集、集成及共享。

（3）在大数据、智能化发展背景下，应与时俱进，采用先进的技术，对交通参与者的交通行进行监测、分析、预测，为智能化交通安全研究提供有力的数据支撑，如采取“互联网+交通安全”模式。

（4）道路交通安全的整体提升需要多部门共同协作完成。需各相关部门形成一个“系统”，共同致力于研究交通安全领域的理论、技术的完善和创新。

参考文献：

[1]李涵.高速公路互通立交分流区交通冲突预测模型[D].南京：东南大学，2017.

[2]GREENSHIELDS B D，CHANNNING W，MILLER H. A Study of Traffic Capacity[C].CRUM R W.Proceedings of the Fourteenth Annual Meeting of the Highway Research Board.Washington DC：Highway Research Board，1935：448-477.

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[4]熊惠，孙小端，贺玉龙，等.高速公路运行速度与交通安全关系研究[J].交通信息与安全，2012，30（6）：48-51+56.

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[10]Zheng，Zuduo.Recent developments and research needs in modeling lane changing[J].Transportation Research Part B，2014（60）：16-32.