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原文传递高速公路改扩建施工区交通冲突研究

论文题名：	高速公路改扩建施工区交通冲突研究
关键词：	高速公路;改扩建施工区;交通冲突;贝叶斯网络
摘要：	高速公路改扩建施工区比正常行驶的高速公路存在更大的交通安全隐患，交通安全风险评估是改善施工区交通安全水平的重要措施。交通冲突技术是缺乏历史交通事故分析的替代方法。论文分析和总结目前交通冲突技术不足和高速公路改扩建施工区环境特点，从冲突数据采集、冲突度量指标、曲线路段冲突辨识方法、冲突后果严重性和冲突因果贝叶斯模型等方面进行研究。论文主要研究如下：　　（1）目前大多交通冲突研究中使用实地观测录像摄影法，针对该方法只能采集若干断面车辆信息以推导出交通冲突数据的不足，本文通过高空高精度无人机采集区域视频，随后根据视频识别程序（包含图片校准、车辆识别和车辆跟踪）得到大量车辆连续精确轨迹数据，并进一步处理得到车辆运动和整体交通流数据，验证后发现识别得到的数据准确性和可靠性较高，初次成功识别率和持续追踪率在90%左右，轨迹误差大部分能控制在1m以内。同时收集了固定物设施坐标数据，为接下来的车辆与固定物冲突提供了支撑，而以往的研究往往忽视了这一点。　　（2）针对高速公路改扩建施工区大量追尾、变道以及固定物冲突并存的复杂道路环境，提出了一个组合交通冲突辨识指标Ti。Ti综合了各传统单一指标的特点和优势，克服了各单一指标缺点，能更好地识别追尾、变道与固定物冲突。基于连续车辆运动轨迹数据，计算了TTC、PET、DRAC和Ti的冲突率，并进行冲突-事故相关性分析。结果显示：各指标在不同严重冲突阈值下事故相关性均值为：Ti为0.715，TTC为0.681，PET为0.582，DRAC为0.665，Ti指标相关性均值高于其余三个传统指标。随后根据三个典型特征路段的交通冲突和事故空间分布特征，分析了典型施工区段的交通冲突分布规律及其原因，发现严重冲突集中的位置与事故点较为重合，侧面证明了Ti指标下冲突与事故在空间上的相关联系。研究结果表明，TTC和DRAC容易对变道冲突产生漏判，PET容易对前车车速更快的追尾冲突产生一些误判，且PET信息含量低于其他指标。同时这些指标均没有考虑固定物冲突。而Ti均能克服这些不足，Ti的相关性相对最高，其安全评价能力也较强。　　（3）改扩建道路存在大量由曲线路段组成的转幅路段，在笛卡尔坐标系下，曲线路段上的交通冲突度量指标定义存在不清晰和冲突错判漏判问题，针对此问题，提出了一种更适合曲线路段的冲突辨识新方法。该方法过程包括：1）根据道路中心线（即参考线）建立Frenet坐标系。同步将车辆轨迹转化为在Frenet坐标系下的轨迹坐标；2）定义Frenet坐标系下的各状态（非变道/变道）下判定过程。3）在Frenet坐标系下根据车辆的状态（非变道/变道），基于Ti识别计算追尾、变道和固定物冲突。通过实例数据，比较“笛卡尔坐标系+Ti”与“Frenet坐标系+车辆状态判定+Ti”两种冲突辨识方法，发现后者在曲线路段上，能减少交通冲突的漏判和错判，更好的识别冲突风险。该辨识方法克服了传统笛卡尔坐标下交通冲突度量指标在曲线路段上存在的定义不清晰和冲突错判漏判的问题，使直线路段冲突识别拓展到全线形识别。　　（4）针对目前交通冲突严重性的研究，只考虑发生潜在碰撞事故的可能性，而忽略了发生潜在碰撞后果的严重性问题，基于车辆碰撞理论，在Ti的基础上推导得到了交通冲突潜在碰撞后果严重性模型。该模型兼顾了发生潜在碰撞事故的可能性和后果严重性，并考虑了车-车、车-固定物两种情形。结果发现，冲突率与事故率的相关性为0.585，而考虑了后果严重性的冲突严重率与考虑了事故后果严重性的事故严重率相关性更高，达到了0.669。最后通过具体施工区案例进一步分析，发现冲突严重率可以更好地反应事故后果严重性，并能找出冲突严重率较大的地点和因素，针对性地进行预防和改善。　　（5）考虑到目前交通冲突预测与评价模型中比较缺乏具体施工区道路及单车因素，故本文除了交通流因素外，增加考虑了施工区道路及单车因素。针对济青高速两种典型施工区路段——车道转幅施工区和单车道封闭施工区，基于组合指标Ti、曲线路段冲突辨识新方法以及交通冲突后果严重性模型，构建了交通冲突后果严重性与施工区道路因素、交通流和单车因素的贝叶斯网络因果模型，根据车道转幅施工区和单车道封闭施工区的交通冲突后果严重性贝叶斯网络因果模型下各因素的推理分析，结果显示大型车、车辆平均速度、交通流速度标准差、转幅半径、转幅单位转角、上游过渡区角度、工作区长度等因素对冲突严重后果有显著影响。随后介绍了基于贝叶斯网络对车辆碰撞风险的评估方法，最后针对性给出了降低车辆发生严重交通冲突概率的建议。　　综上，论文对高速公路改扩建典型施工区进行交通冲突研究。该研究丰富了交通冲突辨识方法，可以更好识别高速公路改扩建施工区冲突风险，对高速公路改扩建施工区期间的交通设计和安全运行具有重要的指导意义。
作者：	蒋若曦
专业：	交通运输工程
导师：	朱顺应
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2022