城市立交交织区交通冲突特性研究
城市立交交织区交通冲突特性研究
杨宇，宋淑丽，冀建波
（同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海201804）
摘要：针对传统交通冲突技术应用存在的问题，引入基于VISSIM仿真软件的SSAM模型进行道路交通冲突分析。考虑不同的立交间距建立城市立交交织区仿真模型，研究了交织区的交通冲突空间和类型分布特性以及不同立交间距下的交织区交通冲突变化规律，为城市立交交织区的安全改善提供了依据。
关键词：交通安全；城市立交交织区；交通冲突仿真；交通冲突特性
中文分类号：U412.3 文献标识码：A 文章编号：
Study on traffic conflict characteristics in weaving
area of interchange
YANG Yu，SONG Shu-li，JI Jian-bo
(Key Laboratory of Road and Traffic Engineering of the Ministry of Education，
Tongji University，Shanghai 201804，China)
Abstract:Considering the probl ems of traditional traffic conflict application，SSAM（Surrogate Safety Assessment Model）model based on VISSIM simulation software was introduced. Simulation model of weaving area of interchange with different spacing was established，spatial distribution and type characteristics of traffic conflict were studied，the variation of traffic conflict parameters under different spacing was described，this study has provided basis for the safety improvement of the weaving area of interchange.
Key words: traffic safety; the weaving area of interchange; simulation of traffic conflict; characteristics of traffic conflict
前言
随着城市交通需求的增长和城市用地的限制，城市立交相邻出入口的合理间距往往无法保证。在城市立交交织区内，车辆进行频繁的交织，导致交通流紊乱，交通冲突现象加剧，对道路的运营效率和安全造成严重影响。分析城市立交交织区的交通流特性，掌握交织区的交通流交通冲突特点，可以为城市立交的运行管理和安全改善提供依据。
1 交通冲突仿真技术
交通冲突技术（Traffic Conflict Technique，TCT）是一种非事故统计评价理论，其以大样本生成、快速、高信度、定量评价等特点取代传统的事故统计方法，可以实现道路安全的快速评价和预测[1]。自交通冲突技术提出以来，它被广泛用于城市交叉口、立交交织区的安全性研究，但目前该方法存在以下问题：
（1）交通冲突数据主要通过人工观测获取，由于人工观测的主观性很强，不同的人对冲突的感知和识别能力不同，导致观测的结果常因人而异。同时，人工观测很难采集诸如：冲突时间、冲突相对速度、冲突减速度等详细全面的信息。
（2）人工观测需要对调查人员事先进行大量的培训，视频观测代价较高，遮挡、相机抖
动等现象难以克服，数据处理工作量大，需耗费大量人力、财力。
（3）对于新建或拟建的项目无法事先进行交通冲突观测，传统交通安全技术不能用于道路安全的预评估，适用性较差。
（4）传统的交通冲突分类方法主要分为空间距离法和时间距离法，空间距离法缺乏对速度的考虑，时间距离法的冲突时间界定缺乏统一的标准，因此交通冲突的分类方法值得研究。
针对上述问题，利用VISSIM仿真软件，结合SSAM（Surrogate Safety Assessment Model）安全间接评价模型，对城市立交交织区的交通冲突特性进行仿真分析。SSAM模型是美国FHWA开发的一种基于网格的冲突识别分析模型，它的主要分析指标有TTC（冲突发生时间）、PET（前后两车的车头时距）、DeltaS（两车相对速度）等[2]，通过对交通仿真软件（如：VISSIM、AIMSUN等）输出的车辆轨迹运行文件进行处理，结合各项冲突分析指标阈值，来判断交通冲突状态。在SSAM模型中，根据车辆冲突时的相对角度，将交通冲突分为：穿越冲突、追尾冲突、换道冲突。
2 立交交织区仿真建模
根据我国现有规范对城市互通立交最小间距的规定[3]，见表1。考虑不同立交间距对交织区冲突特性的影响，分别设置立交间距为1km、2km、3km、4km、5km、6km，美国《公路通行能力手册》中提到若交织区长度大于750m时，应按照互通立交的交通流特性，将其分为合流影响区、基本路段、分流影响区，如图1所示。根据上海市内环高架路的数据，选择单向2车道为仿真路段，单车道宽3.5m。选取高峰时段主线流量2000veh/h，进口匝道流量600 veh/h，出口匝道流量400 veh/h；大小型车的比例约为3:7；仿真时间为1小时，考虑到仿真初始交通流的稳定，将仿真前600s滤去，总仿真时间为4200s；对于交通冲突分析，设定SSAM模型的阈值，TTC∈[0，1.5]s，PET∈[0，5]s。为减少仿真过程的随机性，仿真过程选用不同的随机种子数，进行5次仿真，取平均值作为仿真结果。
表1 我国城市互通立交间距最小标准
主线车速（km/h）80 60 50 40
最小间距（m）1000 900 800 700
图1 城市立交间距及交通影响区
3 仿真实验结果分析
3.1 交通冲突空间分布
由表2得出，发生在城市立交出入口匝道影响区内的冲突数占全路段冲突总数的
42.8%~81.2%，随着立交间距的增加，该比例有所下降，但总体维持在40%以上，说明由于
分合流影响区的存在，运行车辆必须在一定长度内进行加减速操作，完成车道变换，这要求
驾驶员不断调整速度，从而造成交通流的紊乱，导致出入口影响区产生大量的交通冲突。同
时，发生在出口影响区的交通冲突平均高出入口影响区交通冲突的15%~30%，说明相对于
入口匝道，出口匝道是立交事故的多发点，该结论同国内外其他研究成果一致[4]。随着立交
间距的增加，基本路段的交通冲突数也基本呈线性增加。
表2 立交交通冲突数仿真结果
立交间距（km）总冲突数入口冲突数比例出口冲突数比例基本段冲突数比例
1 404 163 40% 165 40.80% 76 18.80%
2 449 108 24% 228 50.80% 11
3 25.20%
3 585 106 18% 306 52.30% 173 29.60%
4 744 108 14.50% 288 38.70% 348 46.80%
5 882 125 14.20% 281 31.80% 47
6 54%
6 1040 142 13.60% 303 29.10% 595 57.20%
3.2 交通冲突类型分布
由表3、4得出，发生在城市立交出入口匝道影响区内的冲突类型主要为追尾冲突和换道冲突，无论是对于入口或者出口，追尾冲突的比例明显大于换道冲突。对于追尾冲突，出
口匝道所占比例明显高于入口匝道；对于换道冲突，入口匝道所占比例略高于出口匝道。出
入口区域的追尾冲突占全路段追尾冲突的44%~82%，换道冲突占全路段换道冲突的
33%~76%。一般情况下，在合流影响区[5][6]，从匝道驶入加速车道的车辆开始寻找主线的可
接受间隙，以便汇入，主线外侧车道的车流将受到直接的干扰，合流区内交通流的运行特性
必然导致交通冲突，影响主线上交通流的正常运行，在一定条件下可能减慢车流的运行速
度，影响车流运行的稳定性。在分流影响区，驶出车辆必须先从过境交通流中分离出来进入
主线外侧车道以便驶离主线，在这个过程中，需要驶出的车辆要进行加减速操作以寻找其右侧车道上的间隙完成变换车道，从而影响其他车辆的正常行驶，引起交通流的紊乱。因此，在出入口区域会出现大量的车辆加减速操作，从而导致交通流车速差增加，产生大量追尾冲突。对于出口区域，由于车辆减速是主导行为，相比入口区域导致更大的车速差，其追尾冲突比例高于入口区域；在换道行为上，出入口区域具有相似性，两者的换道冲突比例差别较小。
表3 出入口各类型冲突占总冲突数比例
立交间距（km）
入口匝道出口匝道总体
追尾比例换道比例追尾比例换道比例追尾比例换道比例
1 33% 7% 37% 4% 70% 11%
2 17% 7% 47% 3% 64% 10%
3 15% 6% 49% 3% 64% 9%
4 11% 3% 36% 2% 47% 5%
5 12% 2% 30% 2% 42% 4%
6 11% 2% 27% 2% 38% 4%
表4 出入口各类型冲突占对应类型冲突数比例
立交间距（km）
入口匝道出口匝道总体
追尾比例换道比例追尾比例换道比例追尾比例换道比例
1 39% 50% 43% 26% 82% 76%
2 20% 49% 55% 24% 75% 73%
3 16% 34% 55% 27% 72% 61%
4 13% 25% 42% 18% 55% 43%
5 13% 23% 34% 15% 47% 38%
6 13% 19% 31% 14% 44% 33% 3.3 不同立交间距对冲突特性的影响
由图2、3看出，在给定的仿真条件下，随着立交间距的增加，立交交织区的交通冲突密度呈下降趋势，TTC（距离冲突发生的时间）呈上升趋势，而deltaS（冲突两车的相对速度差）呈下降趋势，以上指标随立交间距增加而变化的趋势表明：立交间距的增加能够减少交通冲突的严重性。同时，可以看出，立交间距在由1km增加至2km的过程中，各项指标的变化幅度较大，随后在立交间距的增加过程中，各项指标的变化幅度较小。这说明立交间距为1km时交织区的交通冲突处在非常严重的状态，间距过短，不能满足交通流频繁交织的需求。随着立交间距的持续增加，各项指标逐渐变化至某一稳定的水平，这说明在立交间距达到某一阈值时，可以保证交织区交通流交织行为的从容变换，交织区的交通冲突水平趋于稳定。
图2 立交间距-冲突密度-TTC关系
图3立交间距-冲突密度-相对速度差关系
4 结语
利用基于VISSIM仿真软件的SSAM冲突分析模型可以方便、快速地实现对道路交通冲突的预评估，通过对城市立交交织区的交通冲突仿真得出：城市立交出入口影响区的交通冲突占据交织区冲突的比例较高，交通冲突的类型主要为追尾冲突和换道冲突，其中：出口影响区的追尾冲突比例高于入口影响区，而两者的换道冲突比例相当；随着立交间距的增加，可以有效降低交织区的交通冲突严重性，直到交织区交通冲突水平达到一个稳定的状态。另外，由于条件限制，只对高峰小时流量下的双车道交织区进行了仿真，对于其他条件下的交织区冲突特性还有待进一步的研究。
参考文献
[1] 可列斯特·海顿[瑞典]．交通冲突技术[M]．张苏译．成都：西南交通大学出版社，1994.9：1-20
[2] Douglas Gettman and Larry Head. Surrogate Safety Measures from Traffic Simulation Models [R].
FHWA-RD-03-050，Washington DC：Siemens Gardner Transportation Systems， 2003.1
[3] 中华人民共和国建设部.JJJ37-90城市道路设计规范[S].北京:人民交通出版社，1991
[4] 谢永彰.城市快速路交通事故特性研究[J].交通与运输，2005，12，91-93
[5] 李秀文.快速路分合流影响区交通特性及通行能力研究[J].公路交通科技，2006，1（23），101-104
[6] 许源.立交交织区交通安全、效率与干预研究[D].武汉理工大学硕士学位论文，2007
作者简介：
杨宇（1987-），男，汉族，同济大学硕士研究生在读，主要研究方向：道路交通安全。
通讯地址：上海市嘉定区曹安公路4800号同济大学15号楼129室
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