基于交通冲突分析的ETC车道布设方案评价方法与流程

本发明属于收费站交通安全的评价方法领域，特别涉及一种基于交通冲突分析的etc车道布设方案评价方法。

背景技术

随着我国经济的飞速发展，机动车需求缺口的填补，近年来，机动车保有量持续增长。为提高高速公路通行能力，etc收费车道逐渐被引入收费站系统。然而，由于收费站的车辆行为的复杂性，其事故发生率远高于整条高速公路的平均水平。随着etc车道的加入，etc车道内车辆的不停顿性以及误入车辆的换道行为等特殊因素引发了追尾、侧击、撞击固定物及撞人等多种事故，对收费站的交通安全产生一定的负面影响。

传统的收费站交通安全研究多针对外来因素进行分析，往往忽略了收费站本身的性质变化对收费站安全性产生的影响。因此，对收费站交通安全进行全面分析，不仅要考虑外来因素，如车流量的变化、车型比例的变化以及etc车流量的变化等，还要考虑收费站自身因素，如etc车道位置变化以及etc车道数量变化等。从定量角度对以上两个方面包括的因素研究分析并进行安全评价，利用交通冲突进行安全评价指标计算，确定不同影响因子对收费站影响程度排序，根据安全评价结果对收费站影响因素进行合理控制以达到收费站安全性最佳。

技术实现要素：

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于交通冲突分析的etc车道布设方案评价方法，为收费站交通安全提出了一套系统科学合理的评价方法。

技术方案：本发明采用如下技术方案：

基于交通冲突分析的etc车道布设方案评价方法，包括如下步骤：

(1)确定影响收费站交通安全的因素；

(2)确定影响收费站交通安全因素的因素水平；

(3)收集收费站的本身参数及收费站的交通流参数；

(4)利用vissim软件建立收费站仿真模型，将收费站的本身参数及收费站的交通流参数作为仿真模型的输入参数；

(5)确定收费站仿真模型的输出参数、交通冲突指数λ计算过程中参数的权重、交通冲突指数λ的计算；

(6)设计正交试验法的试验方案；

(7)按照步骤(6)中设计的试验方案，修改收费站仿真模型的输入参数，获取输出参数，计算各试验交通冲突指数λ；

(8)通过极差分析法确定各因素对收费站交通安全影响程度，确定最佳etc车道布设方案。

所述收费站的本身参数包括：收费站渐变段车道长度l，收费站渐变段车道宽度h，mtc车道宽度h1，etc车道宽度h2，mtc车道数目nm，etc车道数目ne，车道流向r；

所述收费站的交通流参数包括：通过收费站的总交通量t，通过收费站的etc车辆交通量te，通过收费站的mtc车辆交通量tm，通过收费站的小型车辆交通量ts，通过收费站的中型车辆交通量ti，通过收费站的大型车辆交通量tb，etc收费口收费时间长度te，mtc收费口数量收费时间长度tm。

所述步骤(5)具体为：

(5-1)利用vissim软件获取仿真模型的m个输出参数k1,k2,…,km；

(5-2)确定交通冲突计算过程中参数k1,k2,…,km的权重w1,w2,…,wm；

(5-3)交通冲突指数λ的计算公式为：

λ＝w1·k1+w2·k2+…+wm·km(1)。

本发明利用vissim软件获取仿真模型的2个输出参数，分别为车辆变道次数k1，车辆变道过程中的平均速度变化k2；权重分别为：w1＝0.75，w2＝0.25。

所述步骤(6)具体包括：

(6-1)根据步骤(2)确定的各安全因素的因素水平是否相同，设计等水平正交表或混合水平正交表；所述等水平正交表以符号ln(q^s)表示，其中“l”代表正交表，“n”表示进行的试验次数，底数“q”表示各因素的水平数，指数“s”表示最多安排的试验因素的个数；

所述混合水平正交表则以ln(q^s×m^t)表示，表示最多可以安排s个q水平的因素和t个m水平因素；

(6-2)根据设计的正交表安排n次试验，并设计记录试验数据的正交试验表。

有益效果：与现有技术相比，本发明选择交通冲突指数作为评价指标，可以对指标计算因子在合理范围内进行需求调整，具有一定的灵活性。且相较于传统试验方法，正交试验法通过从全面试验中挑选适量的、有代表性的点进行试验，实现少数的试验替代全面试验，其计算过程去繁留简，其结果具有代表性及全面性，可以直观对收费站交通安全进行评价。

与传统收费站交通安全评价方法相比，本发明将交通冲突指数计算与正交试验法、仿真法相结合，提出了一套系统科学合理的交通安全评价方法，基于收费站自身参数及收费站交通流参数，可以较为直接准确地进行因素影响程度评价，进而评价etc车道布设方案。本发明数据易得，方便计算，主要采用定量指标，可靠性高，为收费站交通安全评价的后续发展研究奠定基础。

附图说明

图1为本发明公方法的总体流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施案例做说明。

如图1所示，本发明公开了一种基于交通冲突分析的etc车道布设方案评价方法，包括如下步骤：

步骤1、确定影响收费站交通安全的因素；

本实施例中的试验选取etc车道数量a1、etc车道位置a2、etc车辆通过比例a3、车辆总通过数a4作为主要影响收费站交通安全的因素。

步骤2、确定影响收费站交通安全因素的因素水平；

本实施例中的试验选取etc车道数量、etc车道位置、etc车辆通过比例、车辆总通过数的水平数分别为b1＝3(1、2条；2、1条；3、3条)，b2＝3(1、左侧位置；2、中间位置；3、右侧位置)，b3＝3(1、34.7％；2、26.03％；3、43.375％)，b4＝3(1、1930；2、965；3、2895)。

步骤3、收集收费站的本身参数及收费站的交通流参数；

本实施例中获取的收费站本身参数包括：收费站渐变段车道长度l＝245m，收费站渐变段车道宽度h＝35m，mtc车道宽度h1＝3.2m，etc车道宽度h2＝3.5m，mtc车道数目nm＝10，etc车道数目ne＝2，车道流向r为西北向；

收费站的交通流参数包括：通过收费站的总交通量t＝1930辆/h，通过收费站的etc车辆交通量te＝611辆/h，通过收费站的mtc车辆交通量tm＝1319辆/h，通过收费站的小型车辆交通量ts＝1693辆/h，通过收费站的中型车辆交通量ti＝62辆/h，通过收费站的大型车辆交通量tb＝175辆/h，etc收费口收费时间长度te＝0s，mtc收费口数量收费时间长度tm＝10～20s，时间呈泊松分布。

步骤4、利用vissim软件建立收费站仿真模型，将收费站的本身参数及收费站的交通流参数作为仿真模型的输入参数；

步骤5、确定收费站仿真模型的输出参数、交通冲突指数λ计算过程中参数的权重、交通冲突指数λ的计算，具体为：

(5-1)利用vissim软件获取仿真模型的m个输出参数k1,k2,…,km；

本实施例通过对传统指标，如车辆距碰撞时间(ttc)、冲突率、后侵入时间(pet)以及制动距离比进行计算方式及优缺点的对比，最终选择能反映收费站交通冲突的指标：车辆变道次数及车辆变道过程中的平均速度变化，对以上两个指标进行提取及计算，即利用vissim软件获取仿真模型的2个输出参数，分别为车辆变道次数k1，车辆变道过程中的平均速度变化k2；

(5-2)确定交通冲突计算过程中参数k1,k2,…,km的权重w1,w2,…,wm；

本实施例根据专家评价法，确定车辆变道次数k1、车辆变道过程中的平均速度变化k2的权重分别为：w1＝0.75，w2＝0.25。

(5-3)交通冲突指数λ的计算公式为：

λ＝w1·k1+w2·k2+…+wm·km(1)。

步骤6、设计正交试验法的试验方案，具体包括：

(6-1)根据步骤(2)确定的各安全因素的因素水平是否相同，设计等水平正交表或混合水平正交表；等水平正交表以符号ln(q^s)表示，其中“l”代表正交表，“n”表示进行的试验次数，底数“q”表示各因素的水平数，指数“s”表示最多安排的试验因素的个数；用等水平正交表最多可以安排s个q水平因素。

混合水平正交表则以ln(q^s×m^t)表示，表示最多可以安排s个q水平的因素和t个m水平因素。

(6-2)根据设计的正交表安排n次试验，并设计记录试验数据的正交试验表。

本实施例中，各因素的水平数相同，采用等水平正交表l9(3⁴)，共安排9次试验，建立正交试验表，见表1，其中k1、k2、λ的值在步骤7完成后填入。

表1l9(3⁴)正交设计表

步骤7、按照步骤6中设计的试验方案，修改收费站仿真模型的输入参数，获取输出参数，计算各试验交通冲突指数λ，将试验结果填入表1中。

步骤8、通过极差分析法确定各因素对收费站交通安全影响程度，确定最佳etc车道布设方案。表2为本实施例极差分析结果，其中ij为对应列上因素水平为j的试验指标的数值之和，j＝1,2,3；kj为第j列“j”水平所对应的试验指标的平均值；r为第j列的极差，等于第j列各水平对应的试验指标平均值中的最大值减最小值；r’为调整差，计算公式为其中r为因素每个水平试验重复次数，d为折算系数，与因素水平q有关，d|q＝2＝0.71，d|q＝3＝0.52。

表2基于交通冲突的收费站交通安全极差分析表

由表2中的极差分析结果可知，各试验因素对收费站交通安全的影响程度a3>a2>a4>a1，即etc车辆通过比例影响程度最大，etc车道位置影响程度次之，etc车道数量影响程度最低。根据试验结果可得：当etc车道正对四标准快速车道时，车辆变道数量达到最小；当车流量不发生改变时，且etc车辆通过比例为17.35％时，设置一条etc车道的收费站的安全水平达到最佳。

上述实施例表明，本发明能够快速方便准确的从交通冲突角度对收费站交通安全进行评价并确定最优的收费站etc车道布设方案。