交叉口交通冲突仿真分析

朱新征

摘  要：城市现有的道路在满足人们的交通需求的同时，也会发生交通事故、道路拥挤等一些安全问题。交叉口是城市交通的瓶颈，及时发现交叉口存在的安全隐患，可以改善整个城市道路交通安全水平。本文对一交叉口进行交通数据采集，并应用VISSIM软件进行仿真模拟，发现问题，并分析不同因素对交叉口冲突的影响，以微观仿真的结果为依据提出了对道路交叉口的改善措施。

关键词：交叉口  安全  仿真  改善

中图分类号：TP391.9          文献标识码：A                   文章编号：1674-098X（2021）03（a）-0181-04

Simulation Analysis of Traffic Conflicts at Intersections

ZHU Xinzheng

（Shenyang Ligong University，  Shenyang， Liaoning Province， 110159 China）

Abstract： The existing roads in the city meet people's traffic needs， but also have traffic accidents， road congestion and other safety problems. Intersection is the bottleneck of urban traffic， timely detection of intersection safety hazards can improve the level of urban road traffic safety. In this paper，  the traffic data of an intersection is collected，  and the simulation is carried out by using VISSIM software. The problems are found，  and the influence of different factors on the intersection conflict is analyzed. Based on the results of micro simulation， the improvement measures for the road intersection are put forward.

Key Words： Intersection; Safety; Simulation; Improvement

城市交叉口是不同通行方向交通流匯合的节点，由于各交通流之间相互交织、汇聚，会产生很多潜在的碰撞危险点，进一步可能会导致交通事故的发生。交通量大、冲突点多、行车视线差等原因[1]均导致交叉口处的事故突出，因此，城市交叉口的交通安全隐患，引起了人们广泛的关注。

交通冲突和事故有联系，交通冲突在一定程度上可以被认为是不安全的交通行为，这样就会有较大概率导致交通事故的发生，因此常常采用交通冲突用于安全评估。

1  交通冲突理论

1997年Amundsen 等学者首次正式提出了交通冲突的定义：两个或两个以上道路使用者在特定时间和空间上彼此相互靠近到一定程度，此时，如果他们不及时调整改变自己的运动轨迹，那么车辆就有可能发生碰撞，这种现象称为交通冲突[2]。交通冲突有多种分类方法。按照发生交通冲突的对象，可以分为机动车之间的冲突、机动车与非机动车之间的冲突、非机动车之间的冲突、非机动车与行人之间的冲突、行人之间的冲突。按照发生冲突时车辆的行驶轨迹，可以分为合流冲突、分流冲突、交织冲突[3]。合流冲突指不同来车方向的交通流汇聚为同一方向，这个汇合点就被称为合流冲突点，合流冲突角越大，冲突发生概率越大。分流冲突指相同来车方向的交通流在某一点上分为两个不同方向，这个分离点被称为分流冲突点。交织冲突指两个不同来车方向的交通流在某点发生交汇，之后又分为两个不同方向的交通流。不同的冲突点的危险性也不同，从危险的严重性由高到低分别是合流冲突、交织冲突，降低交叉口冲突影响，除了减少冲突个数，还可以从降低交通冲突危险程度着手。

交通冲突技术是基于一定的测量方法和判别标准，对交通冲突发生的过程以及严重程度进行定量测量和判别的一种技术，同时也是一种非事故统计的交通安全评价方法[3]，也是定量分析交通问题的重要方法。对道路交通安全综合评价不只是了解该交通系统的安全状况，更重要的是找出其中存在的问题，从而对道路提出相关的改善建议。以交通事故来评价道路交通安全，存在很多无法解决的问题，如样本量小、周期长，影响因素复杂等，而采用交通冲突技术，就可以避免这些缺陷和不足，因为交通冲突发生的过程具有可测量、可观测、可记录的特点。

2  VISSIM交通仿真技术

VISSIM是德国PTV公司开发的评价交通工程设计和城市规划方案的有效工具。VISSIM有广泛交通情景的微观交通模拟器，能够精确描述信号灯周期变化，构建不同类型的道路，精确描述道路的几何特性，道路数，道路宽度以及限速等，能够较准确地反映多种需要模拟的交通运行现象，具有强大的细致建模能力，因而在交通科学研究中应用较广泛。

VISSIM仿真过程大致可分为静态数据输入、动态数据输入、运行仿真微观模型、调试模型、结果输出等过程。通过调查数据输入建立仿真模型，运行仿真结果输出数据，对比实际运行状态进行调试，对仿真过程冲突数进行判别，形成模型的基本安全评价，针对评价结果进行分析，对模型部分参数进行改善后，再次运行模型进行仿真，检验对降低冲突数是否有效，从而提出交叉口改善措施。

3  实例分析

3.1 数据采集

该交叉口东西走向双向六车道，其中含有一个左转专用道，限速为60km/h。南北走向双向四车道，限速为50km/h。道路两旁均有非机动车道，机动车道宽度为3.75m。附近有购物广场和商厦。

建立仿真模型需要交通量、车速、交通控制等交通数据。交通量调查采用录像法，每15min为一个计时单位，统计4个来车方向在单位时间内直行、右转、左转的机动车和非机动车的交通量，并分车型统计，且录像采集数据可反复观看，有利于核查校对。机动车车速调查采用车牌照法，选择A，B两点，分别记录驶过该点车辆的车牌号及驶过的时刻，用观测路段起终点距离除以行驶时间计算车速。

该交叉口采用两相位配时，信号周期为103s，相位一为南北走向通行，其中绿灯时间为45s，红灯时间为55s，黄灯时间为3s。相位二为东西走向通行。

3.2 静态数据输入

根据该交叉口调查的几何数据，录入VISSIM软件绘制交叉口图形，建立交叉口路网，并根据现有路网的信号配时方案，新建东西方向、南北方向的两个信号灯组，设置黄灯时间、红灯结束、绿灯结束以及信号周期。

3.3 动态数据输入

按照采集的数据对进口道机动车的交通构成进行设置，包括每种车辆类型所占的比例及其期望车速。各进道口车型比例不尽相同，因此需要分别设置。设置好相应的交通构成之后，输入对应的交通量调查数据，设置车辆路径，即车辆左转，右转，直行的相对车流。由于VISSIM中运行车流方向不同，行驶路径不同，通过静态路径决策、局部路径决策和动态路径决策中一种路径选择确定分配各个支路交通量比例。调查数据中左转、右转、直行的交通量，使用静态路径决策进行设置。

冲突区域可以用来反映车辆的优先通行规则，在交叉口中定义优先权[4]。VISSIM中规定车辆经过的路段有交织情况则该处为冲突区域，选中该冲突区域，调整优先通行权，绿色道路优先通行，红色道路需要等待可穿越间隙才能通过。冲突区域的属性会对每一辆通过冲突区域车辆的运行计划计算产生影响。参数设置好后开始仿真运行。

4  交通安全评价

4.1 评价方法

本文选择时间距离法来判别交通冲突，根据车辆临近冲突点的实际速度与距离，通过计算时间分析得到，该方法在一定程度上可以綜合反映道路使用者避让事故所需的空间距离、速度。如果时间距离小，可以反应出道路上车辆与相撞点之间的的距离很接近或者车辆行驶的速度很高，也可能存在车辆距离相撞点很近且行驶速度很高的情况[5]。

在具体实验过程中，通过VISSIM仿真了解交叉口冲突状况，通过计算，得出冲突产生时机动车或非机动车的速度，也就是在冲突车辆采取避让措施后立即启动避让措施，现实观测的时间点以车辆出现明显减速等迹象为准。

4.2 冲突分析

仿真结果显示，左转车辆与直行车辆的冲突数占比为67%，右转车辆与直行车辆的冲突占比为33%，交通冲突率为1.51%，机动车之间的交通冲突率并不是很高，因为该路段属于严管路段且有摄像头，所以没有发生闯红灯的现象。但其中左转与直行的发生冲突占的总冲突数比重较大，因为北进口的左转车辆与其他道路的左转车辆相比较多，易于直行的车辆发生冲突。

机动车与行人冲突率为1.38%，多为行人与右转机动车的冲突，也有因为行人闯红灯与直行车辆发生的冲突。因为该交叉口对右转的车流没有交通控制措施，所以，行人与右转车冲突较多，这是不可避免的，只能采取降低右转弯车流的速度或交通渠化的方法，降低行人与右转机动车的冲突。

机动车与非机动车冲突率为1.69%，可以看出在机机、机人、机非冲突中，虽然机非冲突数不是最多，但冲突率却是三者中最高的。主要是右转机动车与直行非机动车的冲突，因为该路口两者行驶轨迹有重叠，只能通过对控制右转机动车车速来减少交通冲突的严重程度。直行非机动车与左转或直行机动车的冲突，均是由于非机动车闯红灯、不走非机动车道等违规行为导致。非机动车速度比机动车车速慢的多，若在交叉口非动车占用机动车道，极易造成机动车的拥挤，增加通过交叉口的延误，导致冲突发生。因为非机动车这种行驶的随意性，应着重加强对非机动车驾驶员的安全教育管理，以达到减少冲突的目的。

4.3 交叉口存在的问题

道路交通的运行受多种因素的影响，如人、车、路和环境等，当某些因素发生变化，就会对交通系统产生相应的影响[6]。其中，交通参与者是该系统正常运行的主要影响因素，当交通参与者没有采取恰当的措施就有可能发生交通冲突。发生交通冲突并不意味着会发生交通事故，如果交通参与者采取恰当的措施，那么交通事故就不会发生，反之如果没有及时采取避险措施，事故就会发生。车辆也起到重要的影响作用，不同类型的车辆发生交通事故后，造成的损失也不一样。机动车的速度快、结构复杂且牢固，要着重加强对机动车的管理。同样，机动车也存在视野盲区，需要通过制定交通规则规避冲突。道路设计是否合理、道路质量是否达标、选取的等级是否合适，交通标志、设施等是否清楚、明显、有效以及交通信号灯的配时等因素都影响着交通冲突的发生。

（1）根据仿真结果可以看出，该交叉口中左转与直行的冲突数较多，因为交叉口的东侧有商场、市场等原因导致北进口左转车辆较多。虽然右转与直行的冲突数占的比重不大，但交通冲突都是交织冲突，交通冲突严重，存在较大安全隐患，不可忽略。

（2）交叉口附近有市场、商场等，人流量较多，行人等待过街的时间长，常会发生行人闯红灯、不走斑马线等情况，并且交叉口的电动车也较多，而电动车驾驶员驾驶随意性较大，不按照交通法规要求行驶，等待红灯时越过停车线、闯红灯等，均会增加机动车延误，也阻碍了行人的过街，给交叉口带来交通安全隐患。

4.4 改善措施

交通沖突可以反映出该地点的交通控制、交通设施、交通法规、交通参与者素质等方面存在的问题，因此可以从这些因素着手进行交叉口改善。

（1）信号配时。

交通信号配时如果设置不合理，不仅起不到控制交通的作用，反而会加重道路的堵塞、增加车辆排队延误的情况。信号灯的配时要根据不同的交叉口的情况进行配置。

该路口左转与直行的冲突数占比较大，原交叉口已经设有左转专用车道，可直接增设左转专用相位。在仿真模型中需要新建一个信号控制机，设置黄灯为0s，红灯结束为100s。绿灯结束为110s，同时还要修改整个交叉口信号控制机组，将红灯结束的时间更改为110s，绿灯结束的时间更改为156s。然后重新进行仿真，输出结果，观察交通冲突数。通过调整再次仿真后，左转与直行的冲突降为0，右转与直行冲突率降为0.51%。

（2）交通渠化。

采用交通标志、标线及其他设施等，对行人和不同车型、不同行驶方向、不同行驶速度的车辆进行引导、隔离和管制，使车辆有秩序运行，相互之间不会产生干扰，这样交通流就可以得到有效的控制。如原路口右转和直行车辆混行，可以改设右转专用车道，把右转与直行车辆分离，来有效地减少交叉口的冲突数。

将右转利用连接器进行连接，这样就可以对右转车辆进行有效的控制，然后再次运行仿真模型，观       察仿真过程中车辆的冲突数，右转与直行的冲突率降为1.1%。

（3）交通管理

在早晚的高峰期可加强对行人过街的管理，以及对电动车进行疏导，加强社会宣传引导，减少机非冲突。

同时，该交叉口所处的地段比较繁华有市场，容易发生碰撞，车速不宜过高，在交叉口设置减速区域，经过仿真后交叉口总的冲突率降为0.84%。

6 结论

对于交通运输而言，交叉口作为城市路网中重要的节点，它的安全问题是整个路网安全的关键。本文在对交叉口进行评价时应用的是基于交通冲突技术的评价方法，通过录像法对交叉口的车辆数等数据进行调查整理，利用VISSIM建立交叉口模型，观察车辆的运行轨迹判断冲突数，把冲突数做为对交叉口进行评价的判断准则，根据交叉口冲突数的多少，判断交叉口的安全程度，最后根据分析评价的结果根据交叉口存在的问题提出了相应的建议，并再次进行仿真，获取数据，前后对比得出结论。

参考文献

[1] 潘兵宏.基于驾驶人视觉特性和停车视距的公路平面交叉角度研究[J].公路交通科技，2020，37（10）：118-126.

[2] 张宁.城市道路冲突点交通安全间接评价模型研究[D].重庆大学，2016.

[3] 高彦生.基于效率与安全的两相位T型交叉口人行横道设置[J].中国优秀硕士学位论文全文数据库， 2017（7）：64-64.

[4] 王亚.基于VISSIM仿真的快速路交织区交通特性研究[J].交通与运输，2020，33（z2）：72-74.

[5] 汪笃彪.道路交通安全评价综述[J].智能城市，2017，3（4）：136.

[6] 张鑫.基于交通冲突技术的城市快速路合流区交通安全评价[J].安全与环境工程，2020， 27（4）：174-179.