陳而越，陳金山，郭建鋼，李 林，林 慧

（福建農(nóng)林大學(xué)交通與土木工程學(xué)院，福建 福州350002）

交通安全關(guān)乎每個(gè)出行者的切身利益。 據(jù)近年相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示，我國(guó)在彎道路段發(fā)生的交通事故率要遠(yuǎn)高于直線路段，彎道路段的事故形態(tài)以碰撞、刮擦為主，且事故嚴(yán)重程度較高[1-4]。 發(fā)生事故的主要原因是車(chē)輛的行駛狀態(tài)受到客觀道路條件的限制，且車(chē)輛過(guò)彎時(shí)由于駕駛員主觀決策影響未能預(yù)判前方曲線路段、行駛速度高于曲線路段限速值及出于安全舒適角度考慮靠彎道內(nèi)側(cè)切彎行駛，導(dǎo)致車(chē)輛越過(guò)道路中線駛?cè)雽?duì)向車(chē)道與對(duì)向車(chē)輛發(fā)生軌跡交叉，出現(xiàn)兩車(chē)沖突區(qū)域，即確定為風(fēng)險(xiǎn)路段，增加事故發(fā)生的可能性與嚴(yán)重性[5-8]。

風(fēng)險(xiǎn)路段是指在某一較長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)某一特定道路上發(fā)生交通事故次數(shù)高于其它路段的路段。 國(guó)內(nèi)外針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)路段的識(shí)別方法開(kāi)展了大量研究，其中傳統(tǒng)的識(shí)別方法已較為成熟，包括事故頻率法、事故率法、矩陣法及當(dāng)量事故法等[9-11]。 孟祥海等應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分布擬合及假設(shè)檢驗(yàn)來(lái)識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)路段的突出事故影響因素[12]；周志俊等采用矩陣模型并結(jié)合運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性確定風(fēng)險(xiǎn)路段[13]。 傳統(tǒng)的方法需要建立在穩(wěn)定的事故數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行判別，但在交通事故數(shù)據(jù)不足的情況下，提出的風(fēng)險(xiǎn)理論模型與實(shí)際情況吻合度不高，這些基于歷史交通事故數(shù)據(jù)的建模方法不能起到預(yù)防的目的。 Karaduman 等提出一種可預(yù)告彎道潛在風(fēng)險(xiǎn)的彎道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，但模型僅適用于城市平坦路段，適用范圍較為局限[14]；徐進(jìn)等分析車(chē)輛軌跡的形態(tài)特征得到易發(fā)事故的路段，但對(duì)車(chē)輛軌跡的捕捉要求過(guò)高導(dǎo)致識(shí)別的誤差較大[15]；孫川等提出彎道行駛安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)用以評(píng)價(jià)彎道行駛的安全性，但評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取仍存在爭(zhēng)議[16]。上述研究中，對(duì)車(chē)輛的選擇均以試驗(yàn)車(chē)為主，且理想化了許多道路參數(shù)，不能很好的反映真實(shí)道路車(chē)輛的運(yùn)行情況。 因此，從車(chē)輛自身出發(fā)，研究車(chē)輛自然行駛狀態(tài)下的行駛軌跡和過(guò)彎速度的變化情況，提出一種基于車(chē)輛自然行駛狀態(tài)的山區(qū)道路風(fēng)險(xiǎn)路段的識(shí)別方法是有必要。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 研究對(duì)象

選取福州市森林公園經(jīng)宦溪至鼓嶺景區(qū)路段（K12+980～K17+940）的4 個(gè)彎道作為研究對(duì)象，各彎道的幾何參數(shù)，見(jiàn)表1。 根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)文件及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量驗(yàn)證，該路段為山區(qū)四級(jí)公路，設(shè)計(jì)速度20 km/h，雙向兩車(chē)道，交通流較小，以處于自由流狀態(tài)下的小型車(chē)為主，具備典型的山區(qū)低等級(jí)公路的特點(diǎn)。

表1 研究彎道的幾何參數(shù)表Tab.1 The geometric parameters of the curve

選取的4 個(gè)彎道均為暗彎，臨水臨崖側(cè)均設(shè)有防撞等級(jí)為A 級(jí)的鋼筋砼防撞護(hù)欄，且與相鄰的彎道有較長(zhǎng)的直線段，減少車(chē)輛在入彎時(shí)狀態(tài)受相鄰彎道的影響。

1.2 數(shù)據(jù)獲取

1.2.1 車(chē)輛行駛軌跡獲取

本試驗(yàn)利用無(wú)人機(jī)的低畸變廣角相機(jī)，將無(wú)人機(jī)高空懸停拍攝小型車(chē)輛從入彎到出彎的整個(gè)自然行駛過(guò)程的視頻。 為了提高視頻數(shù)據(jù)的精度，在拍攝范圍內(nèi)放置一個(gè)90 cm×65 cm 的矩形校正板，用于調(diào)整在后期數(shù)據(jù)獲取時(shí)產(chǎn)生的誤差。

將視頻導(dǎo)入Ae 視頻處理軟件，規(guī)定將行駛在彎道內(nèi)側(cè)車(chē)輛的行駛方向?yàn)橛肄D(zhuǎn)行駛，行駛在彎道外側(cè)車(chē)輛的行駛方向?yàn)樽筠D(zhuǎn)行駛，以右轉(zhuǎn)行駛車(chē)輛的入彎點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，沿道路中線均勻延長(zhǎng)至出彎點(diǎn)，以此作為橫軸。 以小型車(chē)輛左前輪與路面的接觸點(diǎn)為數(shù)據(jù)讀取點(diǎn)，接觸點(diǎn)與道路中線的垂直距離為行駛軌跡值，接觸點(diǎn)在彎道外側(cè)時(shí)數(shù)值為正，內(nèi)側(cè)時(shí)數(shù)值為負(fù)，以此作為縱軸。 現(xiàn)場(chǎng)拍攝畫(huà)面及道路中線坐標(biāo)軸與行駛軌跡坐標(biāo)軸組成彎道平面坐標(biāo)系，見(jiàn)圖1。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)拍攝畫(huà)面及彎道平面坐標(biāo)系圖Fig.1 Scene shot picture and curve plane coordinate system

使用Ae 軟件中追蹤運(yùn)動(dòng)模塊追蹤小型車(chē)輛左前輪的軌跡，根據(jù)行駛軌跡圖和坐標(biāo)系化的彎道，每0.4 s讀取一個(gè)行駛軌跡值，確定與之對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)。 由統(tǒng)計(jì)學(xué)最小樣本量要求，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，最小樣本量定為70 輛小型車(chē)。

1.2.2 車(chē)輛行駛速度獲取根據(jù)各行駛軌跡值的讀取點(diǎn)坐標(biāo)（x，y），對(duì)速度值進(jìn)行求解

式中：v 為速度值；（x，y）為行駛軌跡坐標(biāo)值；（xt-0.4，yt-0.4）為上一讀取點(diǎn)的行駛軌跡坐標(biāo)值。

為了確保無(wú)人機(jī)視頻獲取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性， 利用便攜式路側(cè)激光交通調(diào)查儀獲取交通流數(shù)據(jù)，與無(wú)人機(jī)視頻獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比后得到最終的行駛速度值。

2 風(fēng)險(xiǎn)路段的識(shí)別方法

車(chē)輛的行駛軌跡決策是駕駛?cè)说囊环N選擇行為，典型的駕駛模式有4 種：車(chē)輛行駛軌跡最短模式，行駛時(shí)間最短模式，軌跡曲率變化率最小模式，行車(chē)道居中行駛模式。 車(chē)輛行駛軌跡是駕駛?cè)耸芗s束于行駛軌跡控制影響因素，且在多個(gè)目標(biāo)之間對(duì)四種典型的決策模式進(jìn)行權(quán)衡和折中后形成的車(chē)輛真實(shí)行駛軌跡。 因此，實(shí)際調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，車(chē)輛無(wú)法沿道路在既定的車(chē)道內(nèi)行駛，車(chē)輛的行駛軌跡半徑與彎道半徑之間存在較大的差異性，導(dǎo)致車(chē)輛越過(guò)道路中心線駛?cè)雽?duì)向車(chē)道，存在安全隱患，因此可將車(chē)輛行駛軌跡作為識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)路段的依據(jù)之一。

車(chē)輛行駛速度是基于車(chē)輛行駛時(shí)刻和行駛瞬時(shí)位置的速度概念，也是車(chē)輛在道路上的真實(shí)行駛數(shù)據(jù)，并且能夠反映道路和駕駛?cè)藢?duì)車(chē)輛的綜合影響結(jié)果；因此可將車(chē)輛行駛速度作為風(fēng)險(xiǎn)路段的識(shí)別依據(jù)之一。

2.1 基于行駛軌跡的識(shí)別方法

根據(jù)追蹤讀取左前輪點(diǎn)的數(shù)據(jù)，得到小型車(chē)輛在各斷面位置的行駛軌跡值。 限于篇幅，本文僅展示彎道1 部分車(chē)輛的行駛軌跡值。 其中，小型車(chē)輛在彎道1 右轉(zhuǎn)行駛的軌跡值，見(jiàn)表2；小型車(chē)輛在彎道1 左轉(zhuǎn)行駛的軌跡值，見(jiàn)表3。

從表2、 表3 可知， 同一彎道的右轉(zhuǎn)行駛車(chē)輛和左轉(zhuǎn)行駛車(chē)輛的行駛軌跡值呈現(xiàn)出總體上的變化一致性，但局部斷面存在較大差異，即車(chē)輛在入彎處、彎道中部及出彎處越過(guò)道路中線的差別，這是由于不同駕駛員的操作習(xí)慣和過(guò)彎速度存在差異所造成的。 同一彎道同一行駛方向車(chē)輛行駛軌跡的離散分布導(dǎo)致右轉(zhuǎn)車(chē)輛和左轉(zhuǎn)車(chē)輛越過(guò)道路中心線，從而使右轉(zhuǎn)車(chē)輛和左轉(zhuǎn)車(chē)輛行駛軌跡發(fā)生高頻交叉，交叉區(qū)域即整個(gè)彎道交通事故易發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。 這反映出行駛車(chē)輛對(duì)前方彎道預(yù)判不足、出于安全考慮或選擇最小路徑過(guò)彎，導(dǎo)致車(chē)輛駛?cè)雽?duì)向車(chē)道，與對(duì)向車(chē)輛的行駛軌跡發(fā)生交叉。

采用GetData 軟件計(jì)算出車(chē)輛在各讀取點(diǎn)的所有車(chē)輛行駛軌跡的平均值， 繪制出右轉(zhuǎn)行駛和左轉(zhuǎn)行駛軌跡總體趨勢(shì)，見(jiàn)圖2。

表2 彎道1 右轉(zhuǎn)車(chē)輛的行駛軌跡值Tab.2 Travel track value of right turning vehicle in Curve 1

表3 彎道1 左轉(zhuǎn)車(chē)輛的行駛軌跡值Tab.3 Travel track value of left turning vehicle in Curve 1

圖2 車(chē)輛行駛軌跡總體趨勢(shì)圖Fig.2 Overall trend of vehicle trajectory

從圖2 可知，右轉(zhuǎn)行駛車(chē)輛的總體行駛軌跡曲線變化過(guò)程為入彎時(shí)緩慢遞減后單調(diào)遞減，行駛至最低點(diǎn)后單調(diào)遞增，最后緩慢遞減或單調(diào)遞減出彎。 左轉(zhuǎn)行駛車(chē)輛的總體行駛軌跡曲線變化過(guò)程為入彎時(shí)緩慢遞減至最低點(diǎn)后單調(diào)遞增，最后緩慢遞減或單調(diào)遞減出彎。同時(shí)，車(chē)輛在通過(guò)彎道時(shí)的行駛軌跡總體上均呈現(xiàn)出切彎行駛的趨勢(shì)，其中，左轉(zhuǎn)車(chē)輛在切彎行駛過(guò)程中均越過(guò)道路中心線駛?cè)雽?duì)向車(chē)道，增加了與對(duì)向車(chē)輛發(fā)生軌跡交叉的頻率，嚴(yán)重情況下占用對(duì)向車(chē)道正常通行，導(dǎo)致兩車(chē)發(fā)生沖突的概率增大。

根據(jù)車(chē)輛通過(guò)彎道時(shí)， 行駛軌跡越過(guò)道路中心線占用對(duì)向車(chē)道或與對(duì)向車(chē)輛發(fā)生軌跡交叉的情況，將易發(fā)生交通沖突的風(fēng)險(xiǎn)路段作以下劃分：將車(chē)輛的行駛軌跡越過(guò)道路中線占用對(duì)向車(chē)道的路段定義為潛在事故路段，將右轉(zhuǎn)行駛和左轉(zhuǎn)行駛車(chē)輛行駛軌跡的交匯路段定義為危險(xiǎn)事故路段。 計(jì)算得到各彎道潛在事故路段長(zhǎng)度和危險(xiǎn)事故路段長(zhǎng)度，見(jiàn)表4。

表4 風(fēng)險(xiǎn)路段長(zhǎng)度值表Tab.4 Risk section length values

從表4 可知， 車(chē)輛的行駛軌跡越過(guò)道路中心線的路段占整個(gè)彎道路段的比例較高，4 個(gè)彎道中最高為66.3%，最低為37.5%。 當(dāng)左轉(zhuǎn)行駛車(chē)輛偏離外側(cè)車(chē)道駛?cè)雰?nèi)側(cè)車(chē)道時(shí)，一方面給對(duì)向車(chē)輛帶來(lái)巨大壓力，另一方面遇到突發(fā)情況想要回到外側(cè)車(chē)道需要更大的操作空間，都將引起交同沖突甚至交通事故。 右轉(zhuǎn)行駛和左轉(zhuǎn)行駛車(chē)輛行駛軌跡的交匯路段僅在彎道1 出現(xiàn)，但事故嚴(yán)重程度高。

2.2 基于行駛速度的識(shí)別方法

圖3 車(chē)輛過(guò)彎速度變化總體趨勢(shì)圖Fig.3 Overall trend of vehicle turning speed change

根據(jù)校正后各讀取點(diǎn)的瞬時(shí)速度，計(jì)算得到各讀取斷面的速度均值，繪制右轉(zhuǎn)行駛車(chē)輛和左轉(zhuǎn)行駛車(chē)輛通過(guò)彎道時(shí)的速度變化總體趨勢(shì)，見(jiàn)圖3。從圖3 可知，實(shí)際調(diào)查中，車(chē)輛通過(guò)彎道時(shí)的行駛速度遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)速度，已存在安全隱患，且車(chē)輛過(guò)彎速度變化呈現(xiàn)先減小到最低值后增大的趨勢(shì)，與行駛軌跡變化先減小到最低點(diǎn)后增大的總體切彎趨勢(shì)具有相似性。 從兩類曲線數(shù)值最低點(diǎn)出現(xiàn)的斷面位置看，速度變化趨勢(shì)曲線的最低點(diǎn)總體上位于行駛軌跡總體趨勢(shì)曲線的最低點(diǎn)之后，反映出右轉(zhuǎn)行駛車(chē)輛在彎道內(nèi)側(cè)行駛過(guò)程中，由于視距不足等對(duì)彎道線形判斷錯(cuò)誤；左轉(zhuǎn)行駛車(chē)輛在彎道外側(cè)行駛過(guò)程中，由于安全等因素考慮駛?cè)雽?duì)向車(chē)道后減速回到外側(cè)車(chē)道出彎的特點(diǎn)。 因此，同一彎道同一行駛方向的速度變化趨勢(shì)曲線最低點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的斷面位置數(shù)值與行駛軌跡總體趨勢(shì)曲線最低點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的斷面位置數(shù)值的差值的絕對(duì)值，即兩斷面之間的相對(duì)距離長(zhǎng)度可判定為事故多發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)路段。 具體數(shù)值，見(jiàn)表5。

表5 速度與軌跡最低點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的斷面的相對(duì)距離長(zhǎng)度值表Tab.5 Relative distance length values of the section corresponding to the lowest point of velocity and trajectory

3 風(fēng)險(xiǎn)路段的分布情況

圖4 各影響因素分布情況圖Fig.4 Distribution of various influencing factors

圖5 各彎道的風(fēng)險(xiǎn)路段分布情況圖Fig.5 Distribution of accident sections of each corner

考慮事故等級(jí)嚴(yán)重程度， 將一般風(fēng)險(xiǎn)路段和嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)路段所包含的路段確定為事故多發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)路段。因此，彎道1 風(fēng)險(xiǎn)路段為0～2.273，32.838～39.268 m，彎道2 風(fēng)險(xiǎn)路段為43.375～46.039 m，彎道3 風(fēng)險(xiǎn)路段為21.001～21.507 m，彎道4 風(fēng)險(xiǎn)路段為18.521～24.283 m。

4 結(jié)論

通過(guò)研究4 個(gè)彎道的行駛軌跡、行駛速度及風(fēng)險(xiǎn)路段的分布情況，得到以下主要結(jié)論：

1） 車(chē)輛的行駛軌跡越過(guò)道路中線占用對(duì)向車(chē)道，并與對(duì)向車(chē)輛發(fā)生高頻軌跡交叉，得到潛在事故路段和危險(xiǎn)事故路段。

3） 確定事故等級(jí)為：安全行駛路段、潛在風(fēng)險(xiǎn)路段、一般風(fēng)險(xiǎn)路段、嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)路段，并得到各彎道事故多發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)路段的分布情況。

本文克服了以往試驗(yàn)車(chē)為主的試驗(yàn)方法，以自然行駛狀態(tài)下的車(chē)輛駛過(guò)整個(gè)彎道為研究重點(diǎn)，選取行駛軌跡及行駛速度作為識(shí)別依據(jù)，為山區(qū)道路事故多發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)路段的識(shí)別提供一種新的識(shí)別方法。 但限于調(diào)查儀器及本人試驗(yàn)水平，本次試驗(yàn)僅選取4 個(gè)單向彎道且以小型車(chē)為主要研究對(duì)象，后續(xù)可豐富研究對(duì)象，例如以反向連續(xù)彎道為試驗(yàn)場(chǎng)地，考慮大、小型車(chē)的行駛軌跡及行駛速度，同時(shí)針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)路段的預(yù)防給出較為妥善的解決辦法。