高速公路出口主要事故形态甄别及形成机理研究

Crashes occur frequently at freeway exits, and the consequences are serious. To improve the safety performance at freeway exits, this research focuses on the study of discrimination and formation mechanism of main crash types at freeway exits. The crash causal model is developed to explore the factors that contribute to crash occurrences. The basic crash prediction models are presented taking the major influencing factors as explanatory variables, and the minor factors are treated as modifying variables. The main crash types are discriminated according to the predicted crash number, crash rate, crash severity, together with the trajectory angle between the vehicles involved. In macro level, how the main crash types are formed are analyzed with respect to freeway exit design, vehicle attributes, driver behaviors, traffic conditions and the interaction among theses aspects. In micro level, based on driving behaviors, the car-following-rear-end crash model, the lane-changing-sideswipe crash model and the single vehicle rollover crash model are proposed, using the theories of car-following, lane-changing and vehicle dynamics. The macro and micro combined crash formation mechanism theory developed in this research is capable of capturing the inherent crash characteristics, and thus remedies the pitfalls of traditional macro safety analysis methods, which are historic crash statistic based. The research findings will provide theoretical and engineering support for the safety design and improvement at freeway exits.

高速公路出口事故多发且严重度高。为改善其安全性能，本项目致力于高速公路出口主要事故形态的甄别及宏/微观形成机理的研究。拟通过建立高速公路出口事故致因模型，挖掘关键影响因素，以主要影响因素为解释变量建立各类型事故数/率及事故严重度预测基本模型，并以次要影响因素予以修正。根据各类型事故预测概率及车辆行驶轨迹夹角判定主要事故形态。宏观层面，构建高速公路出口道路设计、车辆属性、驾驶员驾驶行为、交通环境条件相互耦合作用下的主要事故形态形成机理模型；微观层面，以跟驰理论、变道理论、概率论及车辆动力学相关理论为基础，建立跟驰-追尾事故模型、变道-侧撞事故模型及单车侧翻概率模型。本项目拟形成的微观理论，可有效捕捉事故形成的内在本质特征，弥补目前安全研究多基于事故统计的缺憾，具有较强的理论创新性。研究成果将为高速公路出口安全工程提供指导，减少事故发生及生命财产损失，具有较大的社会经济意义。

高速公路出口匝道事故多发且严重程度高，据统计高速公路上超过40%的交通事故发生于出口匝道及其影响范围。挖掘事故关键影响因素，探究事故形成机理，甄别事故黑点并给予工程指导，具有较大工程与社会意义。.本项目的主要研究内容有：（1）事故形态甄别；（2）宏微观事故形成机理研究；（3）事故数及事故严重程度预测；（4）安全改善关键措施与技术。.重要结果、关键数据、主要结论及其科学意义分数如下：.（1）确定了高速公路出口匝道交通事故数的分布形式。Florida州42个出口匝道的交通事故数据通过Weibull++ 7检验结果表明，分流区与匝道的事故总数、事故率服从于对数正态分布（Lognormal），而单独出口匝道的事故数则服从于指数分布（Exponential）。.（2）交通事故关键宏观影响因素为匝道交通量、匝道长度和设计一致性。交通事故数对速度一致性最为敏感。出口匝道事故数与运行速度变化率ΔV85R呈近似指数增长关系，．当ΔV85R＜20%时，事故数变化较小；当ΔV85R＞40%时，事故数急剧增多。出口匝道事故数与匝道长度L呈近似生长曲线关系，当L＜200m时，事故数对L的变化较敏感；当L＞400m时，L的变化对事故数影响不大。出口匝道事故数对交通量AADT不敏感。.工程指导意义：应重点对出口匝道限速、速度差和速度离散性进行管控，使运行速度变化率控制在20%以内。另外，基于安全考虑，出口匝道极限最小长度不宜小于200m，一般最小长度不宜小于400m。.（3）引入非集计速度变量度量速度一致性，数理验证了集计速度指标运行速度差ΔV85与非集计速度指标85位速度差85ΔV之间的大小关系：85ΔV≥ΔV85。.科学意义：传统集计速度指标假设速度在两个路段独立，非集计速度指标则考虑了驾驶员通过不同路段的非独立性特征，后者更加符合实际情形，在安全评估和工程决策上可避免传统集计指标的生态学谬论及过高估计安全性的弊端。.（4）利用因子分析法量化了速度大小（Speed Scale）与速度离散性（Speed Dispersion）对速度一致性的贡献，系数分别为0.512和0.455。.科学意义：速度大小与速度离散性是速度一致性的两个重要方面，在评估道路安全性时，不可顾此薄彼。.（5）考虑道路几何设计、车辆稳定性及驾驶员工作负荷，建立了基于安全服务水平概念的高速公路出口安全评价指标、评价标准及程式。