基于加速度干扰的道路交通安全分析

李 岩

(黑龙江工程学院 经济管理学院， 黑龙江 哈尔滨 150050)

基于加速度干扰的道路交通安全分析

李 岩

(黑龙江工程学院 经济管理学院， 黑龙江 哈尔滨 150050)

随着城市化水平的提高，城市外缘不断延展。然而，交通设施与交通管理不能满足其交通需要，导致交通安全问题日益突出。本文利用三向加速度理论和车体动力学，使用光纤陀螺仪，在城市干线与城乡结合部选取实验路段，并将实验车辆行驶数据进行研究。通过对比分析车辆在不同路段的加速度与角速度，发现在城乡结合部路段上车辆加速度变化幅度明显大于在市区干道。这也是导致这类路段重大交通事故高发的原因之一。

交通安全；加速度干扰；三向加速度；角速度

我国城市化水平提高和大中城市的规模扩张，城乡结合部不断外延。同时，随着国民经济水平的提高，城市机动车保有量增长迅速。激增的交通量使交通安全问题也逐渐凸显，尤其是在城市与城郊结合部的交通安全问题变得更为突出。以哈尔滨市为例，近三年来该市某区的城乡结合部道路交通事故约占该区交通事故总量的30%， 而且在这类路段上重大交通事故数量呈逐年上升趋势。

国外学者对交通安全问题的研究方法更多关注单位时间道路交通事故数与事故中人员伤亡数量的相关关系。例如，Fildes发现车速与交通事故数的关系并非 U 形曲线，车速快比车速慢的车辆发生交通事故的可能性更大[1]。Baruga在交通事故分析中发现，驾驶员如采用平均车速则交通事故的发生率低，但如果驾驶员进行超速行驶则发生交通事故的概率会更高，通过建立EURO模型得出的结论是车辆行驶的平均速度和速度差与交通事故的关联度较高[2]。国外学者常采用事故频率法[3-4]、事故率法[5]、矩阵法[6]、当量总事故次数法[7-8]、质量控制法[9]和临界率法[10]等对交通安全进行定量研究。

国内专家主要从定量研究与定性研究两个方面开展对交通安全领域的研究。例如在定量分析方面，华南理工大学许伦辉等通过对车辆速度摆动和人体对不同方向振动感受与敏感程度的区别，建立加速度干扰模型，从而对公路行车的舒适性进行研究[11]。从以往成果来看，交通安全的研究主要集中在公路上，但对于交通事故高发的城市道路与公路衔接带的交通安全研究成果甚少。胡启洲等通过对交通事故的时空分布特性，利用价值函数建立并评价城市道路交通安全的测度模型，借助测度实现对交通安全主要影响因素的科学选择[12]。党晓旭等通过数据包络分析，在定义交通安全变化测度因子的基础上，建立道路交通安全变化测试模型，进行交通安全水平评价[13]。王雪松等利用先进贝叶斯空间统计模型分析TAZ层面交通安全与影响因素，分别对城市主干道路与支路事故建模，分析不同路网与交通安全的关联性[14]。此外，牛世峰等对于道路交通安全定量评价中，着重利用定性评价方法通过事故树分析进行路段交通安全评价，一定程度上解决了部分指标难以量化的难题[15]。

综合以上，国内外专家从不同角度对交通安全进行了比较深入地研究。通过对城乡结合部路段车辆行驶的实地调研来看，驾驶员常通过车速变化来实现行车的安全性。由于城乡结合部路段的道路线形变化较大，导致车辆运行速度缺乏连续性[16]。因此，当车辆运行于城乡结合部路段时，驾驶员会采用大幅度的车辆制动或加速，以保持车辆运行的连贯性。这就增加了诱发交通事故的潜在可能性。通过对车辆速度变化强度的分析，可更好地对这类路段进行交通安全性评价。

1 三向加速度分析

在哈尔滨市选取市区主干道路段(南直路先锋路至哈东路路段)与城乡结合部路段(天恒大街团结中心小学到恒星小学路段)各一处约3 km实验路段，利用光纤陀螺仪进行车辆加速度实测。从两个观测路段的道路条件来看，城市主干道路段为双向八车道带中央隔离栏，路面条件好，交通设施齐全。城乡结合部路段为双向四车道无中央隔离栏，路面条件和交通设施状况一般。

本实验车辆安装光纤陀螺仪采用可能速度行驶完成实验。所谓可能速度指技术熟练的驾驶员驾驶车辆在良好的路面和运行环境下，在只受车况和道路线形作用下所能达到的车辆行驶速度[17]。根据交通环境条件，本文所指的可能速度即是在满足基本的道路条件、交通条件、驾驶员素质前提下的车辆最大安全运行速度。实验车辆选择在下午平峰时段，在两实验路段连续多次反复行驶，选择最接近可能速度条件的行驶数据。从理论上讲，该速度值会略低于理论值，车辆加速度变化会直接影响驾乘人员的舒适性和车辆行驶的安全性[18-19]。

1.1 车辆行驶状态分析

为了比较城市主干道路段与城乡结合部路段的行车安全性，通过以上实验可同时获取俯仰角速度、侧倾角速度和横摆角速度，以描述车辆在不同路段行驶的运动状态。车辆在城市主干道观测路段行驶状态见图1、图2和图3。

图1 俯仰角速度(市区干道观测路段)

图2 侧倾角速度(市区干道观测路段)

图3 横摆角速度(市区干道观测路段)

车辆在城乡结合部观测路段的行驶状态见图4、图5和图6。

图4 俯仰角速度(城乡结合部道路观测路段)

图5 侧倾角速度(城乡结合部道路观测路段)

图6 横摆角速度(城乡结合部道路观测路段)

1.2 车辆三向加速度分析

为了比较城市主干道路与城乡结合部道路行车安全性，再选取实验获得纵向加速度、横向加速度和垂直加速度指标进行比较分析，以评判车辆行驶的安全性[20]。

车辆在城市主干道观测路段行驶过程中三向加速度变化见图7、图8和图9。

图7 纵向加速度(市区干道观测路段)

图8 横向加速度(市区干道观测路段)

图9 垂直加速度(市区干道观测路段)

根据实验测得的指标，整理后可得城市主干道路观测路段车辆行驶参数的均值和方差，见表1。

表1 城市主干道路观测路段车辆行驶指标

车辆在城乡结合部道路观测路段行驶三向加速度变化见图10、图11和图12。

图10 纵向加速度(城乡结合部道路观测路段)

图11 横向加速度(城乡结合部道路观测路段)

图12 垂直加速度(城乡结合部道路观测路段)

根据测得的指标，经整理，得到城乡结合部道路观测路段车辆行驶参数的均值和方差见表2。

由以上观测路段三类角速度和三向加速度数据对比可知，在市区主干道观测路段车辆行驶过程中运行状态稳定性较弱，车辆变速和变道相对比较频繁，但车辆速度变化幅度比较小且车体比较平稳。当车辆进入城乡结合部道路观测路段时，车辆速度较快，车速和变道频次相对下降，但车辆运行过程中加速度变化幅度大且车体稳定性较差。

表2 城乡结合部道路观测路段车辆行驶指标

2 结束语

由以上可知，车辆在不同路段行驶，三向加速度干扰差异较大，对车辆行驶安全性的影响也不相同。

首先，在城乡结合部道路行驶的三向加速度干扰值最大，在市区主干道行驶的三向加速度干扰值最小。其次，在城乡结合部路段加速度方差也明显大于市区主干道，表明车辆行驶的持续稳定性较差。第三，在城乡结合部道路车辆加减速时，加速度变化大，更容易发生追尾事故；车辆变道超车时加速度大，驾驶行为和车辆技术性能差别表现得更为明显，也更易发生刮擦事故，乃至更为严重的交通事故。因此，在城乡结合部道路的交通安全性比市区主干道的更差，且车辆加速度与角速度都波动大，更易诱发重大交通事故。

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[责任编辑：郝丽英]

Research on the road traffic safety based on acceleration disturbing

LI Yan

(College of Economics and Management,Heilongjiang Institute of Technology, Harbin 150050, China)

With improving of urbanization level, urban fringe constantly extends. However, traffic facilities and traffic management can't meet the traffic demands, problems of traffic safety become more and more prominent. In this paper, using the theory of three-direction acceleration and vehicle body dynamics, through fiber optic gyroscope, the experimental sections were selected from urban road and urban-rural continuum road, and the experimental vehicle driving data were studied. Through the contrast with the vehicles' data of acceleration and angular velocity of different road sections, we find that acceleration changes of vehicles on urban-rural continuum roads are bigger than the one on urban sections. This is also one of main causes that major accidents keep high incidence on this kind sections.

road traffic safety; acceleration disturbing; three-direction interference；angular velocity

2017-02-24

李 岩(1972-)，男，教授，博士，研究方向：交通安全；物流管理.

10.19352/j.cnki.issn1671-4679.2017.04.005

U121

A

1671-4679(2017)04-0019-04