高密度高负荷小间距互通立交区安全评价方法 及改善措施研究 许甜1,邓涵月,骆中斌!,马小龙1 1.中文第一公路勘察设计研究院有限公司,陕西西安710065) 摘要:针对高密度高负荷小间距互通立交区交通冲突率较高、驾驶负荷较重等问 题,本文从道路因素、交通流因素以及驾驶员视觉特性入手,提岀了基于微观仿真 交通冲突分析技术和驾驶模拟视觉特性分析技术的交通安全评价方法。并以深外环 高速公路典型的小间距互通群为实例,通过仿真场景构建、交通冲突分析、驾驶模 拟试验等进行交通安全性评价。最后,以“快进缓出”为设计理念,针对性的提出了 距互通立交区组合式标志标线设置方法,旨在提升交通标志的视认性,减轻驾 驶员的驾驶负荷,实现互通立交交织区交通流有效诱导、快逴分流。本硏究可为高 密度高负荷小间距互通区的安全评价、标志标线优化方法提供技术支撑。 关镳词:小间距互通;安全评价;冲突率;视觉特性分析;标志标线优化 中图分类号:U238 Safety Evaluation Method of small Spacing Interchange under High-density and Heavy traffic Flow and Improvement Measures Xu Tian, Deng han-yue, Luo Zhong-bin, Ma Xiao-lo (1. CCCC First Highway Consultants CO, LTD. Xian, 710065) Abstract: In order to study the safety of high-density, high-load and small-pitch intercommunication zones, considering the road factor, traffic flow, and the driver visual characteristic, this paper proposes a safety evaluation method based on microscopic alysis technology and driving simulation visual analysis technology to solve the problem of traffic conflict, the driver's visual load and the rationality of the flag setting. The feasibility and effectiveness of the above method is verified by using the Shenwaihuan Highway typical road sections as an example. Finally, with the concept of fast-forward and slow-out" a new method of setting the combination road traffic signs and marking for small-pitch interchange is proposed. This study can provide technical support for the safety evaluation and marking line optimization method of high-density, high-load and mall-pitch intercommunication zones 基金项目:道路交通安全主动防控技术及系统集成项目(编号:2017YFC0803900) (c)1994-2019ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
高密度高负荷小间距互通立交区安全评价方法 及改善措施研究1 许甜 1，邓涵月 1，骆中斌 1，马小龙 1 （1. 中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710065） 摘 要： 针对高密度高负荷小间距互通立交区交通冲突率较高、驾驶负荷较重等问 题，本文从道路因素、交通流因素以及驾驶员视觉特性入手，提出了基于微观仿真 交通冲突分析技术和驾驶模拟视觉特性分析技术的交通安全评价方法。并以深外环 高速公路典型的小间距互通群为实例，通过仿真场景构建、交通冲突分析、驾驶模 拟试验等进行交通安全性评价。最后，以―快进缓出‖为设计理念，针对性的提出了 小间距互通立交区组合式标志标线设置方法，旨在提升交通标志的视认性，减轻驾 驶员的驾驶负荷，实现互通立交交织区交通流有效诱导、快速分流。本研究可为高 密度高负荷小间距互通区的安全评价、标志标线优化方法提供技术支撑。 关键词： 小间距互通；安全评价；冲突率；视觉特性分析；标志标线优化 中图分类号：U238 Safety Evaluation Method of Small Spacing Interchange under High-density and Heavy Traffic Flow and Improvement Measures Xu Tian1 , Deng han-yue 1 , Luo Zhong-bin1 , Ma Xiao-long1 (1. CCCC First Highway Consultants CO., LTD. Xi’an, 710065) Abstract: In order to study the safety of high-density, high-load and small-pitch intercommunication zones, considering the road factor、traffic flow、and the driver visual characteristic, this paper proposes a safety evaluation method based on microscopic simulation traffic conflict analysis technology and driving simulation visual analysis technology to solve the problem of traffic conflict, the driver's visual load and the rationality of the flag setting. The feasibility and effectiveness of the above method is verified by using the Shenwaihuan Highway typical road sections as an example. Finally, with the concept of ―fast-forward and slow-out‖, a new method of setting the combination road traffic signs and marking for small-pitch interchange is proposed. This study can provide technical support for the safety evaluation and marking line optimization method of high-density, high-load and small-pitch intercommunication zones. 基金项目：道路交通安全主动防控技术及系统集成项目（编号：2017YFC0803900）
key words: small-pitch intercommunication: safety evaluation; conflict rate: visual characteristic analysis: road traffic signs and markings optimization 引言 在高速公路互通立交交织范围内,由于车辆常有加减速及变换车道行为,交通流常呈现 混乱状态,车辆追尾、侧向碰撞等事故频繁发生。据统计,髙速公路致死率是普通公路的2 倍,互通出入口事故率是普通段的4~5倍。在城市周边尤其是经济发达地区,土地供应与 交通建设之间的供需平衡被打破,交通需求持续增长,因此高密度、小间距互通立交群越来 越常见。在上述条件下,区域交通紊乱程度将进一步加剧,事故发生概率也会显著增长。 目前,国内外学者对于小间距互通立交的研究,多聚焦于交织区通行能力计算、交织区 段车辆运行特征分析等,如赵云安凹从立交构造长度交通标志的设置及立交间距等方面论证 了直行交通对互通式立交最小间距影响;李爱增等运用了动力学原理结合驾驶员感受对减 速车道长度进行了研究,得出了城市快速路互通立交最小间距模型。相关研究表明,在小 间距互通立交区域,交通条件相对复杂、交通冲突现象严重,驾驶员需要在短时间内完成驾 驶操作及较多地点信息识别工作,易导致驾驶员的视觉负荷过重,容易发生例如急加减速、 突然变道等风险驾驶行为。因此,在高密度高负荷小间距互通立交区段,交通运行的风险大 大高于一般路段。 本文针对高密度高负荷小间距互通区交通特性,以交通量对交织区冲突的影响以及驾驶 员视觉特性分析为切入点,提出了基于微观仿真交通冲突分析技术和驾驶模拟视觉特性分析 技术的安全评价方法,并以深外环高速公路小间距互通群为实例,通过仿真场景构建、交通 冲突分析、驾驶模拟试验等方法进行安全评价。最后,针对性的提出了小间距互通立交区域 组合式标志标线设置方法,旨在对互通交织区交通流实现有效的诱导、分流,减少交织区车 辆冲突,减轻驾驶员的视觉负荷,提升互通立交区安全水平。 高密度高负荷小间距互通立交区交通特性分析 (一)高密度高负荷小间距互通的定义 我国《公路路线设计规范》规定,一般情况下高速公路相邻互通式立体交叉的最小间 距不宜小于4km,《公路立体交叉设计细则》6针对受路网结构或其他条件限制,对相邻互 通间的最小净距又加以规定。工程实践中发现,在互通间距较小的情形下,虽满足《细则》 中对最小净距的规定,但运行中确存在风险较高的情况。 参考上述规定及相关研究资料,本文对“高密度高负荷小间距互通”的定义为 1)互通间距小于4km,且由连续三个或三个以上小间距互通组成的互通群; 2)路段交通量较大,指路系统受距离限制设置困难,驾驶员在较短时间的行驶过程中 (c)1994-2019ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
key words: small-pitch intercommunication；safety evaluation；conflict rate；visual characteristic analysis；road traffic signs and markings optimization 一、引言 在高速公路互通立交交织范围内，由于车辆常有加减速及变换车道行为，交通流常呈现 混乱状态，车辆追尾、侧向碰撞等事故频繁发生。据统计，高速公路致死率是普通公路的2 倍，互通出入口事故率是普通段的4~5倍[1]。在城市周边尤其是经济发达地区，土地供应与 交通建设之间的供需平衡被打破，交通需求持续增长，因此高密度、小间距互通立交群越来 越常见。在上述条件下，区域交通紊乱程度将进一步加剧，事故发生概率也会显著增长。 目前，国内外学者对于小间距互通立交的研究，多聚焦于交织区通行能力计算、交织区 段车辆运行特征分析等，如赵云安[2]从立交构造长度交通标志的设置及立交间距等方面论证 了直行交通对互通式立交最小间距影响；李爱增等[3]运用了动力学原理结合驾驶员感受对减 速车道长度进行了研究，得出了城市快速路互通立交最小间距模型。相关研究表明[4]，在小 间距互通立交区域，交通条件相对复杂、交通冲突现象严重，驾驶员需要在短时间内完成驾 驶操作及较多地点信息识别工作，易导致驾驶员的视觉负荷过重，容易发生例如急加减速、 突然变道等风险驾驶行为。因此，在高密度高负荷小间距互通立交区段，交通运行的风险大 大高于一般路段。 本文针对高密度高负荷小间距互通区交通特性，以交通量对交织区冲突的影响以及驾驶 员视觉特性分析为切入点，提出了基于微观仿真交通冲突分析技术和驾驶模拟视觉特性分析 技术的安全评价方法，并以深外环高速公路小间距互通群为实例，通过仿真场景构建、交通 冲突分析、驾驶模拟试验等方法进行安全评价。最后，针对性的提出了小间距互通立交区域 组合式标志标线设置方法，旨在对互通交织区交通流实现有效的诱导、分流，减少交织区车 辆冲突，减轻驾驶员的视觉负荷，提升互通立交区安全水平。 二、高密度高负荷小间距互通立交区交通特性分析 （一）高密度高负荷小间距互通的定义 我国《公路路线设计规范》[5]规定，一般情况下高速公路相邻互通式立体交叉的最小间 距不宜小于4 km，《公路立体交叉设计细则》[6]针对受路网结构或其他条件限制，对相邻互 通间的最小净距又加以规定。工程实践中发现，在互通间距较小的情形下，虽满足《细则》 中对最小净距的规定，但运行中确存在风险较高的情况。 参考上述规定及相关研究资料，本文对―高密度高负荷小间距互通‖的定义为： 1）互通间距小于4 km，且由连续三个或三个以上小间距互通组成的互通群； 2）路段交通量较大，指路系统受距离限制设置困难，驾驶员在较短时间的行驶过程中
需同时完成驾驶操作任务和地点信息视认 在高密度高负荷小间距互通条件下,常呈现出交通条件复杂,交通冲突严重,驾驶员易 出现如急加速、急转弯、突然变道等风险驾驶行为,容易对区域内交通流高效运行造成干扰 严重时甚至诱发交通事故。 (二)小间距互通立交区交通特性分析 为了研究高密度高负荷小间距互通区交通流交织影响情况,选择几何条件、交通量条件 符合上述特征的西安市绕城高速方家村-田王互通段(间距1.9km)作为研究路段,利用经 过该路段的连续一周的早高峰(8:00-10:00)出租车GPS数据进行分析。共计收集了15000组 含有交通量、行驶时间、行驶速度、位置等数据信息。将车辆定位数据与空间路网数据进行 匹配分析,得出该互通区不同特征区域的平均速度如图1、表1所示 ⑥ 一主线-匝道入合流区域二二交织区 分流区域道出口 入口苑围268 平均出口苑围327m 立交净距860m 图1方家村田王互通区域划分图 表1方家村田王互通高峰时段速度分布表 ①主线速度②匝道入口速度③合流区速度@交织区速度⑤分流区速度⑥匝道出口速度 (Km/h) (Km/h) (Km/h) (Km/h) (Km/h) 103 92 由调硏结果分析可知,车辆速度在匝道入口段明显降低,进入合流区后稍有増加后达到 平稳值,随后受交通分流的影响,在到达出口匝道前速度开始减小。本研究定义,平均速度 低于主线速度的80%时为分合流受影响范围,以此为标准,该互通入口平均受影响范围长度 约268m,出口平均受影响范围长度约327m,合计平均受影响范围长约600m,占该立交净距 的70%。该结果表明,在高密度高负荷小间距互通立交区,交通流受交织冲突影响明显,因 此对该区域进行安全性评价研究是非常必要的。 三、高密度高负荷小间距互通立交区安全评价技术 基于上述交通特性分析,在进行高密度高负荷小间距互通立交区安全评价时,除了要按 照常规要求,基于运行速度协调一致性对互通立交形式、主线及变速车道设计指标、相邻出 入口间距、分合流点视距等要素进行安全性分析及评价外,还要针对高密度高负荷小间距互 通立交区交通运行条件复杂、交通冲突严重,驾驶员操作车辆及辨识标志信息负荷量大等突 出问题,进行专项安全评价。 针对高密度小间距互通区交通冲突严重的问题,本文提出基于微观仿真交通冲突分析技 (c)1994-2019ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
需同时完成驾驶操作任务和地点信息视认。 在高密度高负荷小间距互通条件下，常呈现出交通条件复杂，交通冲突严重，驾驶员易 出现如急加速、急转弯、突然变道等风险驾驶行为，容易对区域内交通流高效运行造成干扰， 严重时甚至诱发交通事故。 （二）小间距互通立交区交通特性分析 为了研究高密度高负荷小间距互通区交通流交织影响情况，选择几何条件、交通量条件 符合上述特征的西安市绕城高速方家村-田王互通段（间距1.9 km）作为研究路段，利用经 过该路段的连续一周的早高峰（8:00-10:00）出租车GPS数据进行分析。共计收集了15000组， 含有交通量、行驶时间、行驶速度、位置等数据信息。将车辆定位数据与空间路网数据进行 匹配分析，得出该互通区不同特征区域的平均速度如图1、表1所示。 图 1 方家村-田王互通区域划分图 表 1 方家村-田王互通高峰时段速度分布表 由调研结果分析可知，车辆速度在匝道入口段明显降低，进入合流区后稍有增加后达到 平稳值，随后受交通分流的影响，在到达出口匝道前速度开始减小。本研究定义，平均速度 低于主线速度的80%时为分合流受影响范围，以此为标准，该互通入口平均受影响范围长度 约268m，出口平均受影响范围长度约327m，合计平均受影响范围长约600m，占该立交净距 的70%。该结果表明，在高密度高负荷小间距互通立交区，交通流受交织冲突影响明显，因 此对该区域进行安全性评价研究是非常必要的。 三、高密度高负荷小间距互通立交区安全评价技术 基于上述交通特性分析，在进行高密度高负荷小间距互通立交区安全评价时，除了要按 照常规要求，基于运行速度协调一致性对互通立交形式、主线及变速车道设计指标、相邻出 入口间距、分合流点视距等要素进行安全性分析及评价外，还要针对高密度高负荷小间距互 通立交区交通运行条件复杂、交通冲突严重，驾驶员操作车辆及辨识标志信息负荷量大等突 出问题，进行专项安全评价。 针对高密度小间距互通区交通冲突严重的问题，本文提出基于微观仿真交通冲突分析技
术,评价互通立交内交通冲突的程度及安全水平;针对驾驶员驾驶负荷较高、辨识地点信息 存在困难的问题,本文提出了采用驾驶模拟视觉特性分析技术,评价驾驶员在模拟驾驶中的 视觉负荷以及试验段标志设置的合理性。 (一)微观仿真交通冲突分析技术 微观仿真交通冲突评价方法运用交通冲突技术理论,采用ⅤSSIM软件对现状或预测交 通量进行交通微观仿真分析,以冲突率为评价指标,研究互通立交交织区交通量对交通冲突 的影响,定量刻画交织区冲突的严重程度,提出不同互通立交段的安全水平分级标准,评价 高密度高负荷小间距互通立交段的安全性 采用ⅥSSIM仿真进行冲突分析,即以驾驶员生理-心理反应模型,根据实际路段的几何 指标,如车道数、车道宽度、横断面等建立ⅤSSIM仿真路网。根据已有相似路网的数据, 标定仿真参数、路径和行驶规则,并输入仿真流量,最后导出相关数据进行交通冲突的统计 分析 1评价指标 对高密度高负荷小间距互通立交区进行交通冲突评价,不仅要考虑冲突数、交通量,还 需考虑路段长度。文章定义交通冲突率为交通冲突数与混合交通当量、路段长度的比值,作 为评价指标来评判小间距互通区域的安全水平,其单位是车公里冲突数[次/(辆km)]。 TC (1) 式中:∫—交通沖突率,次/(辆km) TC—冲突次数,次; Q—混合交通当量,pcuh L—路段长度,km 2评价标准 相关研究表明,交通冲突率与交通风险之间存在正相关性。因此,交通冲突率可用来 评价高密度高负荷小间距互通立交区的安全水平。根据杨少伟、周俊昌、许源等学者10 的研究成果,采用模糊评价技术,对交织区的交通冲突率进行模糊隶属度计算,以聚类中心 作为安全评级分界标准,从而将评价结果划分为安全、较安全、临界安全和危险4级,如表2 表2小间距互通立交区冲突安全评级表 等级划分 安全 较安全 临界安全 不安全 交通冲突率[次(辆km)] 1.45 3.73 (二)驾驶模拟视觉特性分析技术 驾驶模拟视觉特性分析技术,是通过对既有或拟建道路精确建模,让测试驾驶员佩戴眼 动仪在驾驶模拟仿真平台上进行模拟驾驶和标志标线视认性试验,通过提取测试驾驶员的注 (c)1994-2019ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
术，评价互通立交内交通冲突的程度及安全水平；针对驾驶员驾驶负荷较高、辨识地点信息 存在困难的问题，本文提出了采用驾驶模拟视觉特性分析技术，评价驾驶员在模拟驾驶中的 视觉负荷以及试验段标志设置的合理性。 （一）微观仿真交通冲突分析技术 微观仿真交通冲突评价方法运用交通冲突技术理论，采用VISSIM软件对现状或预测交 通量进行交通微观仿真分析，以冲突率为评价指标，研究互通立交交织区交通量对交通冲突 的影响，定量刻画交织区冲突的严重程度，提出不同互通立交段的安全水平分级标准，评价 高密度高负荷小间距互通立交段的安全性。 采用VISSIM仿真进行冲突分析，即以驾驶员生理-心理反应模型，根据实际路段的几何 指标，如车道数、车道宽度、横断面等建立VISSIM仿真路网。根据已有相似路网的数据， 标定仿真参数、路径和行驶规则，并输入仿真流量，最后导出相关数据进行交通冲突的统计 分析。 1.评价指标 对高密度高负荷小间距互通立交区进行交通冲突评价，不仅要考虑冲突数、交通量，还 需考虑路段长度。文章定义交通冲突率为交通冲突数与混合交通当量、路段长度的比值，作 为评价指标来评判小间距互通区域的安全水平，其单位是车公里冲突数［次/（辆·km）］。 𝑓 = 𝑇𝐶 𝑄𝐿 （1） 式中：f——交通冲突率，次/（辆·km）； TC——冲突次数，次； Q——混合交通当量，pcu/h； L——路段长度，km。 2.评价标准 相关研究表明[7]，交通冲突率与交通风险之间存在正相关性。因此，交通冲突率可用来 评价高密度高负荷小间距互通立交区的安全水平。根据杨少伟、周俊昌、许源等学者[8-10] 的研究成果，采用模糊评价技术，对交织区的交通冲突率进行模糊隶属度计算，以聚类中心 作为安全评级分界标准，从而将评价结果划分为安全、较安全、临界安全和危险4级，如表2 所示。 表 2 小间距互通立交区冲突安全评级表 等级划分 安全 较安全 临界安全 不安全 交通冲突率［次/（辆·km）］ 0.76 1.45 2.66 3.73 （二）驾驶模拟视觉特性分析技术 驾驶模拟视觉特性分析技术，是通过对既有或拟建道路精确建模，让测试驾驶员佩戴眼 动仪在驾驶模拟仿真平台上进行模拟驾驶和标志标线视认性试验，通过提取测试驾驶员的注
视时间和注视次数等眼动指标,结合其在模拟驾驶中对标志标线设置的合理性主观感受问卷 调查结果,综合评价小间距互通立交区驾驶员的视觉负荷和标志标线设置合理性等问题 在驾驶过程中,驾驶员需要及时获悉各种交通信息,而视觉是信息输入最重要的途径, 占驾驶员感知交通信息的80%。眼动指标因其实时性、无干扰性、有效性,作为重要的生理 评价指标被广泛运用于心理负荷测量中:相关研究表明121,驾驶员的注视时间、注视次 数、注视位置、注视范围等能有效的评价高速公路线形及驾驶员心理负荷影响。其中,注视 时间能很好反映被试驾驶员驾驶时的注意力分布及信息关注情况:注视次数用来表征被试驾 驶员在某一特定时间内对特定对象的关注程度 通过使用眼动仪采集测试驾驶员的视觉图像,利用 Begaze视点分析软件提取,可以得 到视点路径图、注视停留分布图、注视时间柱状图等,进一步分析注视情况能得到注视(时 间、次数)等相关指标,从而评价小间距互通立交区驾驶员的视觉负荷。 图2测试驾驶员视觉特性试验 图3试验段BIM互通棋型 王建军等叫通过试验分析得出了标志牌信息量与认知时间的关系,得出了交通标志信 息过载的阔值为6条,如表3所示。即驾驶员在驾驶中若需识别的信息超过6条,所需识别时 间会过长,由此带来的驾驶负荷会过重,驾驶中存在不安全因素。因此,本研究以上述研究 结果为基础,将6条信息认知所需时间即2.5秒作为评价小间距路段评价驾驶负荷的阈值。若 驾驶员注视标志的时间超过2.5秒,则认为该路段标志牌设置需进一步优化,降低驾驶员识 别难度。 表3标志牌信息条数与驾驶员视觉认知时间关系表 信息条 2 认知时间/s 1.2092 1.6795 l.8178 2.5401 4.1205 四、深圳外环高速小间距互通评价实例 本文以深外环高速公路高密度高负荷小间距互通立交段为案例,利用微观仿真技术、驾 驶模拟技术,进行典型路段交通安全性评价。深圳市外环高速公路全长35.5km,设计速度 00km/h,采用双向6车道,全线互通立交平均间距395km,最小互通立交间距2806km,根 据上文定义存在多个高密度高负荷小间距互通群。且该项目交通量大、交通组成复杂、潜在 冲突率高,存在一定运行风险。选择其中最具代表性,即间距最小、交通量最大的凤凰互通 (c)1994-2019ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
视时间和注视次数等眼动指标，结合其在模拟驾驶中对标志标线设置的合理性主观感受问卷 调查结果，综合评价小间距互通立交区驾驶员的视觉负荷和标志标线设置合理性等问题。 在驾驶过程中，驾驶员需要及时获悉各种交通信息，而视觉是信息输入最重要的途径， 占驾驶员感知交通信息的80%。眼动指标因其实时性、无干扰性、有效性，作为重要的生理 评价指标被广泛运用于心理负荷测量中[11]；相关研究表明[12,13]，驾驶员的注视时间、注视次 数、注视位置、注视范围等能有效的评价高速公路线形及驾驶员心理负荷影响。其中，注视 时间能很好反映被试驾驶员驾驶时的注意力分布及信息关注情况；注视次数用来表征被试驾 驶员在某一特定时间内对特定对象的关注程度。 通过使用眼动仪采集测试驾驶员的视觉图像，利用BeGaze视点分析软件提取，可以得 到视点路径图、注视停留分布图、注视时间柱状图等，进一步分析注视情况能得到注视（时 间、次数）等相关指标，从而评价小间距互通立交区驾驶员的视觉负荷。 图 2 测试驾驶员视觉特性试验 图 3 试验段 BIM 互通模型 王建军等[14]通过试验分析得出了标志牌信息量与认知时间的关系，得出了交通标志信 息过载的阈值为6条，如表3所示。即驾驶员在驾驶中若需识别的信息超过6条，所需识别时 间会过长，由此带来的驾驶负荷会过重，驾驶中存在不安全因素。因此，本研究以上述研究 结果为基础，将6条信息认知所需时间即2.5秒作为评价小间距路段评价驾驶负荷的阈值。若 驾驶员注视标志的时间超过2.5秒，则认为该路段标志牌设置需进一步优化，降低驾驶员识 别难度。 表 3 标志牌信息条数与驾驶员视觉认知时间关系表 信息条数 2 3 4 5 6 7 8 认知时间/s 1.2092 1.6795 1.8178 1.9581 2.5401 3.1688 4.1205 四、深圳外环高速小间距互通评价实例 本文以深外环高速公路高密度高负荷小间距互通立交段为案例，利用微观仿真技术、驾 驶模拟技术，进行典型路段交通安全性评价。深圳市外环高速公路全长35.5km，设计速度 100km/h，采用双向6车道，全线互通立交平均间距3.95km，最小互通立交间距2.806 km，根 据上文定义存在多个高密度高负荷小间距互通群。且该项目交通量大、交通组成复杂、潜在 冲突率高，存在一定运行风险。选择其中最具代表性，即间距最小、交通量最大的凤凰互通
与长圳互通间的交织段进行安全评价与分析。 (一)基于徽观仿真交通冲突评价 凤凰互通与长圳互通间距2.806km,净距1458km。由于该互通段为在建项目,无法现 场实际采集车辆速度、加减速度、车头时距等参数,主要参照与之类似立交区交通流参数进 行标定,同时采用仿真的方法对不同参数的取值进行优化。相关指标参数参考其《工程可行 性研究报告》确定 通过 VISSIM仿真软件的可视化窗口,根据长圳互通与凤凰互通的设计资料,设置路段 的道路属性(包括路段长度、车道数和宽度等)以及标志标线等交安设施,建立精确化的 VISSIM仿真路网。3个特征年交通量数据如表4。采用20、40、60、80作为随机种子,分布 对2014年、2025年与2034年3个特征年进行交通冲突仿真。仿真预热时间为1800s,数据采集 时间为1800~5400s,仿真共计1小时。 表4特征年交通量(单位:折算小客车辆/日) 2014年 2025年 034年 83217 在Ⅴ ISSIM仿真路网中输入互通区的道路条件与交通量后进行仿真,可以得到互通区模 拟仿真过程中的交通冲突数。结合特征年交通量数据,将交通冲突数TC代入式(1)可得到冲 突率,根据表2评估冲突率的安全等级,结果如表5所示 表542微观仿真交通冲突评价结果(凤凰互通→长圳互通) 年份种子数总长度(m)车额〔辆)冲突数(次)冲亮率平均冲亮率安全评价结果 04080 1458 1592 安全 〔近期 1458 1458 1675 3891 2025年 1458 0.618 安全 3560 0.620 1458 4604 5996 1458 6288 较安全 6370 1458 0.971 从上述交通冲突分析和模糊评价结果可以看出,在近期和中期,深外环工程凤凰互通→ 长圳互通区的安全级别为安全,说明安全水平比较高。但到了2034年,该互通区的安全级别 降低为较安全,说明在未来年随着交通量的增加,交通冲突对路段交通安全的影响越来越明 显,小间距互通区的安全水平将大大降低。 (c)1994-2019ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
与长圳互通间的交织段进行安全评价与分析。 （一）基于微观仿真交通冲突评价 凤凰互通与长圳互通间距2.806 km，净距1.458 km。由于该互通段为在建项目，无法现 场实际采集车辆速度、加减速度、车头时距等参数，主要参照与之类似立交区交通流参数进 行标定，同时采用仿真的方法对不同参数的取值进行优化。相关指标参数参考其《工程可行 性研究报告》确定。 通过VISSIM仿真软件的可视化窗口，根据长圳互通与凤凰互通的设计资料，设置路段 的道路属性（包括路段长度、车道数和宽度等）以及标志标线等交安设施，建立精确化的 VISSIM仿真路网。3个特征年交通量数据如表4。采用20、40、60、80作为随机种子，分布 对2014年、2025年与2034年3个特征年进行交通冲突仿真。仿真预热时间为1800s，数据采集 时间为1800~5400s，仿真共计1小时。 表 4 特征年交通量（单位：折算小客车辆/日） 特征年 2014 年 2025 年 2034 年 交通量 29994 67266 83217 在VISSIM仿真路网中输入互通区的道路条件与交通量后进行仿真，可以得到互通区模 拟仿真过程中的交通冲突数。结合特征年交通量数据，将交通冲突数TC代入式(1)可得到冲 突率f，根据表2评估冲突率的安全等级，结果如表5所示。 表 5 4.2 微观仿真交通冲突评价结果（凤凰互通→长圳互通） 年份 种子数 总长度（m） 车辆数（辆） 冲突数（次） 冲突率 平均冲突率 安全评价结果 2014 年 （近期） 20 1458 1629 550 0.232 0.239 安全 40 1458 1592 557 0.240 60 1458 1602 545 0.233 80 1458 1675 609 0.249 2025 年 （中期） 20 1458 3891 3563 0.628 0.618 安全 40 1458 3886 3529 0.623 60 1458 3873 3385 0.599 80 1458 3936 3560 0.620 2034 年 （远期） 20 1458 4604 5996 0.893 0.936 较安全 40 1458 4627 6288 0.932 60 1458 4603 6370 0.949 80 1458 4651 6583 0.971 从上述交通冲突分析和模糊评价结果可以看出，在近期和中期，深外环工程凤凰互通→ 长圳互通区的安全级别为安全，说明安全水平比较高。但到了2034年，该互通区的安全级别 降低为较安全，说明在未来年随着交通量的增加，交通冲突对路段交通安全的影响越来越明 显，小间距互通区的安全水平将大大降低
(二)驾驶模拟视觉特性评价 以深外环K18+00~-K24+0段为驾驶模拟试验路段,该段涵盖凤凰互通与长圳互通小 间距互通立交段。试验场景按照设计资料对评价路段进行精确化建模(含地形、互通、道路、 交通安全设施等),让测试驾驶员佩戴眼动伩在驾驶模拟仿真平台上进行模拟驾驶和标志标 线视认性试验,试验环境及注视时间采集如图4。在模拟驾驶后,对受试驾驶员进行问卷调 査,用来辅助驾驶模拟试验进行结果评判。试验招募合格驾驶员36名,其中女性15名,男性 21名,其驾龄、职业、年龄、性别分布情况如图5。 35年:6-10年:>10年 驾岭分布 性分布 职业司机 丰职业司机 业分布 2534:3549:50-70 龄分布 图2测试驾驶员视觉采集图 图3招募测试驾驶员基本情况表 1眼动数据分析 本文根据眼动仪采集的数据,对驾驶员视域范围内的兴趣区域进行划分,以标志牌、路 面和速度表三个区域作为重点关注的注视兴趣区域,通过统计每个区域的注视时间,建立测 试驾驶员不同区域注视时间分布图,用来分析驾驶员的注视分布、关注区域以及注视持续情 况等 度表 图4测试驾驶员对三个区域的注视时间 从图6可以看出,驾驶员平均注视停留时间在路面上占50~-53%、标志牌上占10-13% 査看速度表占3~4%。说明驾驶员注意力多集中在眼睛正前方一定范围内的路面上,当遇到 标志牌时关注标志牌,偶尔会关注速度仪表盘。总体来看,驾驶员注意力分布于标志牌识别 的时间较长,且在时间轴为30~40秒范围内,持续关注标志牌时间大于5秒,远大于合理认知 (c)1994-2019ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
（二）驾驶模拟视觉特性评价 以深外环K18+000~K24+000段为驾驶模拟试验路段，该段涵盖凤凰互通与长圳互通小 间距互通立交段。试验场景按照设计资料对评价路段进行精确化建模（含地形、互通、道路、 交通安全设施等），让测试驾驶员佩戴眼动仪在驾驶模拟仿真平台上进行模拟驾驶和标志标 线视认性试验，试验环境及注视时间采集如图4。在模拟驾驶后，对受试驾驶员进行问卷调 查，用来辅助驾驶模拟试验进行结果评判。试验招募合格驾驶员36名，其中女性15名，男性 21名，其驾龄、职业、年龄、性别分布情况如图5。 图 2 测试驾驶员视觉采集图 图 3 招募测试驾驶员基本情况表 1.眼动数据分析 本文根据眼动仪采集的数据，对驾驶员视域范围内的兴趣区域进行划分，以标志牌、路 面和速度表三个区域作为重点关注的注视兴趣区域，通过统计每个区域的注视时间，建立测 试驾驶员不同区域注视时间分布图，用来分析驾驶员的注视分布、关注区域以及注视持续情 况等。 图 4 测试驾驶员对三个区域的注视时间 从图6可以看出，驾驶员平均注视停留时间在路面上占50~53%、标志牌上占10~13%、 查看速度表占3~4%。说明驾驶员注意力多集中在眼睛正前方一定范围内的路面上，当遇到 标志牌时关注标志牌，偶尔会关注速度仪表盘。总体来看，驾驶员注意力分布于标志牌识别 的时间较长，且在时间轴为30~40秒范围内，持续关注标志牌时间大于5秒，远大于合理认知
时间25秒这一标准。上述分析结果说明,驾驶员对该路段标志牌的视认存在一定困难,主 要原因可能是设置位置不合理、信息量过大或对出口的提示不清晰等。 2问卷调查分析 在模拟驾驶试验完成后,对测试驾驶员进行问卷调査以进一步了解其对标志标线的视认 性及主观感受,主要调査内容包括互通出口是否明显、标志标线是否合理、是否有疲劳感等, 问卷调查统计情况如图7 互通出口是否明显 标志标线合理性 是否有疲劳感 前换道 20% 有 出认不清 无剪 换道软晚 图5驾驶员问卷调查统计图 通过问卷调査结果分析可知:有42%的驾驶员换道较晩,未能提前关注出口,在接近出 口时才采取变道行为;有4%的驾驶员认为标志所含信息量较大,有36%的驾驶员认为标志 对当前出口指示不清晰:58%的驾驶员认为在模拟试验中有疲劳感。根据统计分析结果,该 路段确实存在标志设置不合理、驾驶员是视认负荷较高的情况,需通过标志标线优化、加强 标志视认性等措施来提升运行安全性。 四、高密度高负荷小间距互通立交区交通组织优化方案 根据上述分析可知,在小间距互通立交区存在着车辆换道频繁、交通流紊乱的情形,在 这种交通运行条件复杂的情况下,驾驶员对于标志标线的视认性不足会加剧驾驶负荷。针对 高密度高负荷小间距互通区的运行特点和改善需求,基于“快进缓出”的理念,提出组合式标 志和车道分级安全换道标线的小间距互通区标志标线设计方法 1组合式指路标志 从标志设置空间限制和保证车流高效运转两方面考虑,针对小间距互通立交区,提出提 前预告、中间提示及出口警示三级诱导的组合式指路标志设置方法,保障主线交通流快速运 行、保证分流意向车辆快速疏散驶离。即在连续多个小间距互通立交群之间,在第一个立交 的出口前设置第一个出口和第二个出口的组合式指路标志,在第二个立交出口前设置第二个 出口和第三个出口的组合式指路标志,并对当前出口进行加强提示。以深外环高速长圳互通 凤凰互通段为例,具体设置方式和优化效果如图8、9。 这种方法同时能够加强预告、减少标志数量,使信息传递更淸晰,给予驾驶员有效的指 路信息和充足的准备时间,配合当前出口的加强提示,可确保驾驶人能够安全抵达终点, (c)1994-2019ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
时间2.5秒这一标准。上述分析结果说明，驾驶员对该路段标志牌的视认存在一定困难，主 要原因可能是设置位置不合理、信息量过大或对出口的提示不清晰等。 2.问卷调查分析 在模拟驾驶试验完成后，对测试驾驶员进行问卷调查以进一步了解其对标志标线的视认 性及主观感受，主要调查内容包括互通出口是否明显、标志标线是否合理、是否有疲劳感等， 问卷调查统计情况如图7。 图 5 驾驶员问卷调查统计图 通过问卷调查结果分析可知：有42%的驾驶员换道较晚，未能提前关注出口，在接近出 口时才采取变道行为；有44%的驾驶员认为标志所含信息量较大，有36%的驾驶员认为标志 对当前出口指示不清晰；58%的驾驶员认为在模拟试验中有疲劳感。根据统计分析结果，该 路段确实存在标志设置不合理、驾驶员是视认负荷较高的情况，需通过标志标线优化、加强 标志视认性等措施来提升运行安全性。 四、高密度高负荷小间距互通立交区交通组织优化方案 根据上述分析可知，在小间距互通立交区存在着车辆换道频繁、交通流紊乱的情形，在 这种交通运行条件复杂的情况下，驾驶员对于标志标线的视认性不足会加剧驾驶负荷。针对 高密度高负荷小间距互通区的运行特点和改善需求，基于―快进缓出‖的理念，提出组合式标 志和车道分级安全换道标线的小间距互通区标志标线设计方法。 1.组合式指路标志 从标志设置空间限制和保证车流高效运转两方面考虑，针对小间距互通立交区，提出提 前预告、中间提示及出口警示三级诱导的组合式指路标志设置方法，保障主线交通流快速运 行、保证分流意向车辆快速疏散驶离。即在连续多个小间距互通立交群之间，在第一个立交 的出口前设置第一个出口和第二个出口的组合式指路标志，在第二个立交出口前设置第二个 出口和第三个出口的组合式指路标志，并对当前出口进行加强提示。以深外环高速长圳互通 -凤凰互通段为例，具体设置方式和优化效果如图8、9。 这种方法同时能够加强预告、减少标志数量，使信息传递更清晰，给予驾驶员有效的指 路信息和充足的准备时间，配合当前出口的加强提示，可确保驾驶人能够安全抵达终点
长互通 风凰互通 图6标志优化前 长细通 风互通 图7标志优化后 2车道分级安全换道标线 在高速公路互通交织区行驶时,驾驶员需要采取多次换道行为,在交通量大、车速高且 交织区较短的情况下具有较高的运行风险。针对此问题,本文提出小间距互通立交交织区设 置车道分级换道标线的方法,引导有分流需求的车辆提前完成换道,避免车辆在匝道出口堆 积换道而导致交通冲突加剧,从而减轻交织区交通拥挤和混乱。 车道分级换道标线,即根据不同车道的限速,采用白色虚实线施结合来划分,并根据车 道数量设置安全换道区域的级别,如三车道则划分三级安全换道区域。基于车道限速、车辆 动力学原理,构建小间距互通立交区域车道分级换道模型。以双向六车道高速公路为例,依 据一般分车道限速形式和运行速度调研经验,在最高限速120kmh的路段,各车道及减速车 道平均运行速度分布从内侧到外侧分别为120kmh、100km/h、80km/h、60km/h。根据变道 前、变道后速度差,以及一般驾驶行为参数,按照公式(2),确定不同级别安全换道区域的 长度范围。标线具体设置形式如图10所示。在实际工程上,三个等级之间可以适当留出一定 的距离作为缓冲距离,具体距离根据实际确定。 L=(v2-v)/2a (2) 式中:1——变道前行驶速度 2—变道后行驶速度 车辆平均减速度,本文取a=-066m/s2。 图8车道分级安全换道标线效果图 (c)1994-2019ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
图 6 标志优化前 图 7 标志优化后 2.车道分级安全换道标线 在高速公路互通交织区行驶时，驾驶员需要采取多次换道行为，在交通量大、车速高且 交织区较短的情况下具有较高的运行风险。针对此问题，本文提出小间距互通立交交织区设 置车道分级换道标线的方法，引导有分流需求的车辆提前完成换道，避免车辆在匝道出口堆 积换道而导致交通冲突加剧，从而减轻交织区交通拥挤和混乱。 车道分级换道标线，即根据不同车道的限速，采用白色虚实线施结合来划分，并根据车 道数量设置安全换道区域的级别，如三车道则划分三级安全换道区域。基于车道限速、车辆 动力学原理，构建小间距互通立交区域车道分级换道模型。以双向六车道高速公路为例，依 据一般分车道限速形式和运行速度调研经验，在最高限速120km/h的路段，各车道及减速车 道平均运行速度分布从内侧到外侧分别为120km/h、100km/h、80km/h、60km/h。根据变道 前、变道后速度差，以及一般驾驶行为参数，按照公式（2），确定不同级别安全换道区域的 长度范围。标线具体设置形式如图10所示。在实际工程上，三个等级之间可以适当留出一定 的距离作为缓冲距离，具体距离根据实际确定。 𝐿 = (𝑣2 2−𝑣1 2 )⁄2𝑎 （2） 式中：𝑣1——变道前行驶速度； 𝑣2——变道后行驶速度； a——车辆平均减速度，本文取a=-0.66m/s2。 图 8 车道分级安全换道标线效果图
五、结论 本文先对高密度高负荷小间距互通立交区的交通流特性进行研究,经分析发现该区域存 在交通流冲突率较高、驾驶员视觉负荷重、驾驶操作压力大等影响交通安全的问题。在此基 础上,提出了基于微观仿真交通冲突分析技术和驾驶模拟视觉特性分析技术的交通安全评价 方法,用以研究交织区的交通冲突影响、驾驶员的视觉信息负荷程度以及标志标线设置的合 理性,并依托深外环高速典型路段作为实例,验证了上述方法的可行性和有效性,为高密度 高负荷小间距互通区的安全评价方法提供技术支持。最后,针对小间距互通区存在的问题, 以“快进缓出”为设计理念,提出了小间距互通立交区域标志标线的优化方法,采用组合式指 路标志和分级换道标线,对互通交织区不同意图的交通流实现有效诱导、实时分流,减轻驾 驶员的视觉负荷,进一步提升小间距互通区的安全水平,为高密度高负荷小间距互通区的安 全评价、标志标线优化方法提供技术支撑。 参考文献 1]张腾飞.基于冲突能量法的高速公路出入口匝道安全性分析[D].大连:大连交通大学 20I [2]赵云安.互通式立交间距的研究[D].杭州:浙江大学,2008 3]李爱增,李文杈,王炜.城市快速路互通立交最小间距J公路交通科技,200806) 04-110 「4]杨宇,宋淑丽,冀建波.城市立交交织区交通冲突特性研究[C华东公路发展研讨会 2010 5]公路路线设计规范JrGD20-2017S]北京:人民交通出版社,2017 公路立体交叉设计细则JGD21-2014S]北京:人民交通出版社,2014 周伟,罗石贵.路段交通事故多发点的冲突判定方法J中国公路学报,20001)83 [8]杨少伟,王晓,冯玉荣,赵一飞,潘兵宏.基于交通冲突技术互通式立交最小浄距研究 西南大学学报(自然科学版),2011,303)133-138 9]周俊昌,常玉林,郭敏,王国华基于交通冲突技术的高速公路安全评价印重庆交通大 学学报(自然科学版),2011,3005)974977+982 10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,2007 [11] Imants P, de greef T. Using eye traffic control. Proceedings of ECCE201 l Conference, R stock, Germany, 2011: 259-260 12]顾强.高速公路线形对驾驶员视觉特性影响研究[D].西安:长安大学,2008 13]黄迎秋。山区与城市道路交通环境下驾驶员视觉搜索过程分析[D].西安:长安大学 2008 14]王建军,汤春文,韩子东等.公路交通安全设施系统设计理论与方法[M北京:科学 出版社,2008 作者简介: 许甜,女,陕西西安人,工程师,硕士研究生,长期从事交通安全、智慧交通等研究工作。 电话:13468717074;传真:+86-029-88390348;邮箱:7459997@qcon (c)1994-2019ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
五、结论 本文先对高密度高负荷小间距互通立交区的交通流特性进行研究，经分析发现该区域存 在交通流冲突率较高、驾驶员视觉负荷重、驾驶操作压力大等影响交通安全的问题。在此基 础上，提出了基于微观仿真交通冲突分析技术和驾驶模拟视觉特性分析技术的交通安全评价 方法，用以研究交织区的交通冲突影响、驾驶员的视觉信息负荷程度以及标志标线设置的合 理性，并依托深外环高速典型路段作为实例，验证了上述方法的可行性和有效性，为高密度 高负荷小间距互通区的安全评价方法提供技术支持。最后，针对小间距互通区存在的问题， 以―快进缓出‖为设计理念，提出了小间距互通立交区域标志标线的优化方法，采用组合式指 路标志和分级换道标线，对互通交织区不同意图的交通流实现有效诱导、实时分流，减轻驾 驶员的视觉负荷，进一步提升小间距互通区的安全水平，为高密度高负荷小间距互通区的安 全评价、标志标线优化方法提供技术支撑。 参考文献 [1] 张腾飞. 基于冲突能量法的高速公路出入口匝道安全性分析［D］. 大连: 大连交通大学, 2011 [2] 赵云安. 互通式立交间距的研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2008. [3] 李爱增, 李文权, 王炜. 城市快速路互通立交最小间距[J]. 公路交通科技, 2008(06): 104-110. [4]杨宇, 宋淑丽, 冀建波. 城市立交交织区交通冲突特性研究[C]// 华东公路发展研讨会. 2010. [5] 公路路线设计规范JTG D20-2017[S]. 北京: 人民交通出版社, 2017. [6] 公路立体交叉设计细则JTG/T D21-2014[S]. 北京: 人民交通出版社, 2014. [7] 周伟, 罗石贵. 路段交通事故多发点的冲突判定方法[ J] .中国公路学报, 2000(1):83 . [8] 杨少伟, 王晓, 冯玉荣, 赵一飞, 潘兵宏. 基于交通冲突技术互通式立交最小净距研究[J]. 西南大学学报(自然科学版), 2011,33(03):133-138. [9] 周俊昌, 常玉林, 郭敏, 王国华. 基于交通冲突技术的高速公路安全评价[J]. 重庆交通大 学学报(自然科学版), 2011,30(05):974-977+982 [10] 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, 2007. [11] Imants P, de Greef T. Using eye traffic control. Proceedings of ECCE2011 Conference, Ｒ ostock, Germany, 2011: 259 – 260. [12] 顾强. 高速公路线形对驾驶员视觉特性影响研究［D］. 西安: 长安大学, 2008. [13] 黄迎秋. 山区与城市道路交通环境下驾驶员视觉搜索过程分析［D］. 西安: 长安大学, 2008. [14] 王建军, 汤春文, 韩子东,等. 公路交通安全设施系统设计理论与方法[M]. 北京: 科学 出版社, 2008. 作者简介： 许甜，女，陕西西安人，工程师，硕士研究生，长期从事交通安全、智慧交通等研究工作。 电话：13468717074；传真：+86-029-88390348；邮箱：77459997@qq.com
