微观仿真软件在公路安全性评价中的应用*

孙 欣，郭 俊，薛智规

微观仿真软件在公路安全性评价中的应用*

孙 欣1，郭 俊1，薛智规2

（1.长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙410114；2.长沙市交警支队，湖南长沙410000）

现有公路安全性评价方法从公路线形几何条件、运行车速协调性等方面进行评价，是静态和局部的评价方法.利用微观交通仿真进行动态全局评价，不仅可以对公路线形实现连续评价，而且可以将驾驶行为、车辆类型比例、交通流量考虑在内，更加综合、全面地对公路安全性进行评价.以重庆长寿至梁平高速公路安全性评价为例，对提出的新方法与传统方法进行了验证和对比分析.

安全性评价；Vissim；运行速度；速度差；车速降低系数

公路的安全性评价分为两种：宏观评价和微观评价.宏观安全性评价一般是指在区域、路网层面上，通过分析交通安全、交通构成、人口基数、路网构成、经济发展程度等因素之间的关系，制定相关优化改善的政策.微观安全性评价是从公路线形几何条件、运行车速协调性、规范符合性检查等方面进行评价，是静态和局部的评价方法［1］.

目前国内关于高速公路交通安全性评价方法研究中，基于事故分析的公路安全评价方法是最直接、根本的方法，但是由于我国交通事故数据库不完善，运营中的公路采集数据电子化不足，导致速度差与公路安全性的关系尚缺乏研究，目前主要是直接套用国外的结论［2］.交通冲突技术主要是通过对冲突样本的分析，实现对道路的安全评价，但是仅局限于运营中的道路，对于设计或处于试运营中道路则无法评价.

现有道路安全性评价方法存在的不足，主要表现为受调查人员主观判断、道路条件和交通环境影响，对于规划中的道路无法进行安全性评价.本文提出一种基于Vissim交通仿真的道路安全性评价方法.

交通仿真技术是随着计算机技术进步而发展起来的采用复杂的数据模型反映复杂的交通数据处理与分析的方法.它结合交通信息技术、系统工程、交通工程等，通过仿真模型运行、图形和数据的输出与处理实现模拟动态交通.

1 微观仿真Vissim简介

Vissim是由德国PTV公司开发的微观交通流仿真系统，主要特点是离散性、随机性.在Vissim仿真过程中，以1／10秒为仿真步长.Vissim仿真系统主要由两大程序组成，交通仿真器、信号状态发生器.在Vissim仿真过程中，通过微观的交通流仿真模型（跟车模型、车道变换模型）.通过Vissim仿真，可以多种条件下的交通流的运行情况，主要包括车道特性、交通组成、交通信号灯；同时运用仿真软件可以模拟基础设施实时运行情况；通过Vissim仿真可以输出评价文件；如：行程时间、排队长度等；它是分析和评价交通基础设施建设各种方案的交通适应性情况的重要工具.

微观仿真Vissim有以下几个特点［3］：

（1）经济.现实中无法通过调查或者实验得到的数据，或者需要花费大量人力、物力的情况，可以通过Vissim交通仿真得到这些数据.

（2）安全.通过微观Vissim仿真得到实验数据，避免外出调研可能出现的安全问题.

（3）可操控性.微观交通仿真可以人为设置参数，通过设置不同参数组合，得到不同的数据结果，进而对不同数据进行分析和对比.

（4）可拓展性.通过仿真预测，预测复杂的道路交通状况，弥补观测数据不足.

2 公路安全性评价的微观仿真方法

本文设计了基于微观仿真的公路安全性评价的流程图，如图1所示.这种方法的优点在于Vissim仿真建立了精确的模型，可以通过模拟仿真输出大量的数据.

基于微观仿真进行公路安全性评价方法，主要包括仿真模型建立、模型参数标定、模拟仿真运行、输出实验数据、结果分析等步骤.在公路可行性研究阶段和设计阶段，传统的《公路项目安全性评价指南》（下文简称为《指南》）法只能通过计算道路线形数据，得到运行速度，进而进行安全性评价［4］.而基于Vissim仿真，通过设置不同的模型参数，模拟不同速度条件下车流运行，可以直观地模拟表现出运营阶段道路的多种交通状况，并且通过精确模型参数标定，输出多组运行速度数据.在多组运行速度的基础上，可以使用公路评价方法对公路进行安全性评价，综合分析得到精确的评价结果.在实例研究中，传统的方法只能使用《指南》中的速度差法进行评价，而基于微观仿真的则可以在充足数据的情况下，同时使用速度差法和车速降低系数法对公路进行安全性评价.

图1 基于微观仿真的安全性评价方法流程

3 实例研究

本文以重庆长寿至梁平高速公路安全性评价为例，对本文提出的方法进行验证和对比分析.选取该高速公路事故率高、事故次数较多的典型路段，共5段.

表1 重庆长寿至梁平高速公路黑点路段

3.1基于《指南》速度差法的安全性评价

相邻路段运行速度协调性评价已被写入《指南》［5］，安全合理的路段速度差可以保证驾驶员能够采用连贯的驾驶方式行车，避免紧急情况导致的短时间的复杂操作，提高驾驶员运行的安全性.

采用的计算公式：

式中V85i—调查断面上的85%运行车速，V85i－1—连续的前一段面85%的车速.

ΔV＜10km／h：运行速度协调性好.ΔV为10～20km／h：运行速度协调性较好.条件允许时宜适当调整相邻路段技术指标，使运行速度的差值小于或等于10km／h.ΔV＞20km／h：运行速度协调性不良.相邻路段需要重新调整平纵面设计.

根据《指南》介绍的运行速度计算方法［6］计算得到的路段运行速度差：

（1）主线上行方向（长寿—梁平方向）

表2主线上行事故多发路段85%运行速度差（km／h）

由上表可以得出，主线上行方向事故多发段运行速度差基本小于10km／h，根据标准，得出的结果为典型路段上行方向运行速度协调性较好.

（2）主线下行方向（梁平—长寿方向）

表3 主线下行事故多发路段85%运行速度差（km／h）

由上表可以看出，主线下行方向事故多发段速度差小于10km／h的有四段.第1段有下坡，车辆在下坡段速度较快，驾驶员对车辆的操控性减弱，通过检查，发现第1段（K7＋400－K9＋500），下坡段坡度较大，超过了《公路工程技术标准》设计速度80km／h的最大纵坡度限制，存在较大的安全隐患.

3.2基于微观仿真的速度差法安全性评价

3.2.1 车辆类型比例及速度设置

《指南》所提供的方法中，直接根据公路几何线形计算得到运行速度、静态的评价速度差.在Vissim仿真中，通过设置车辆构成可以设置不同车型的速度，多次仿真模拟，得到多组评价所需数据.本次仿真过程中，将计算得到的运行速度用于Vissim中期望车速决策点.

3.2.2 选择使用关于仿真的期望速度

以运行速度作为仿真过程中的期望速度，可以在工程研究阶段和设计阶段，结合运行速度，实现动态模拟仿真，更直观地实行动态模拟，输出多组评价数据.

3.2.3 根据Vissim仿真模拟得到运行速度数据所计算的运行速度差

（1）主线上行方向（长寿—梁平方向）

表4 主线上行相邻路段事故多发路段85%运行速度差（km／h）

由表4可得出，V＞10km／h的路段共有5处，货车在直线行驶段，对于行车安全性的影响不是很大.5个路段ΔV85为10～20km／h，整体的运行速度协调性较好.通过检查，5个路段上行方向线形，发现第3段（K16＋700－K19＋500）经过检查，其纵坡段坡度较大，超过了《公路工程技术标准》（JTG B01—2003）设计速度80km／h的最大纵坡度限制，货车在此路段上减速较多，对路段整体安全性影响大.

（2）主线下行方向（梁平—长寿方向）

表5 主线下行相邻路段事故多发段85%运行速度差（km／h）

由表5可得出，在主线下行方向ΔV＜10km／h，只有第4段，说明该路段下行运行速度协调性良好.第1段、第3段均有下坡段，车辆在下坡段速度较快，驾驶员对车辆的操控性减弱，通过检查，发现第1段（K7＋400－K9＋500），下坡段坡度较大，超过了《公路工程技术标准》设计速度80km／h的最大纵坡度限制，存在较大的安全隐患.第5段上坡坡度较大，超过了标准的限制，货车在此路段上减速较多，使该路段存在较大的安全隐患.

3.3基于微观仿真的车速降低系数法安全性评价

在车辆的实际运行中，不同的运行速度情况，相同的变速幅度，车辆车速的降低系数变化是不一样的，运行速度越高，事故率就越高.所以我们要引入SRC（车速降低因子），SRC计算公式如下［7］：

式中：V85i—调查断面上的85%运行车速；V85i－1—连续的前一段面85%的车速.

在应用SRC对道路进行安全评价时，根据以往我国交通研究人员对双车道公路的调查数据得出结论.

表6 SRC的评价标准

在仿真运行过程中，根据Vissim仿真中采集的数据，将速度分为3组：（1）60－80km／h；（2）80－100km／h；（3）100－120km／h；加速度分为2组：（1）0.5－1.5m／s2；（2）1.5－2. 5m／s2.根据Vissim仿真得到大量数据计算得到的车速降低系数.

表7 主线上行方向事故多发路段车速降低系数表

由表7可知，在100－120km／h的范围内，第3段SRC值较小，发现第3段（K16＋700－K19＋500）经过检查，其纵坡段坡度较大，超过了《公路工程技术标准》（JTG B01—2003）设计速度80km／h的最大纵坡度限制，货车在此路段上减速较多，对路段整体安全性影响大.

表8 主线下行方向事故多发路段车速降低系数表

由表8可以得到，主线下行事故多发路段车速降低系数均达到优等.

《指南》法和基于微观仿真公路安全性评价方法对比分析如下：相比较《指南法》，微观仿真法有着明显的优势，它克服了小样本、长周期的缺点，基于充足的样本，可以使用多种方法进行评价.《指南》法只能找出一处问题路段，而微观仿真法能精确的确定两处问题路段.通过分析以上两种方法的评价结果，可以看出微观仿真法更加精确，可靠性高.

4 结论

基于Vissim微观交通仿真进行公路安全性评价，是精确可靠的.基于微观仿真安全性评价更适合于公路的可行性研究和设计.微观仿真可以通过对根据线形计算出来的运行速度进行动态仿真，得到多组输出数据，实现到动态的评价，得到更加精确的公路安全性评价结果.

［1］何勇，张铁军.公路安全性评价［J］.公路，2007，（8）：36－39.

［2］黄晓清，柳本民，郭忠印.交通仿真在道路安全评价中的应用［J］.山东交通科技，2006，（2）：50－57.

［3］郭忠印，方守恩.道路安全工程［M］.北京：人民交通出版社，2003.

［4］中建标公路委员会.JTGB01.2003公路工程技术标准［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［5］华杰工程咨询有限公司.JTG／T B05－2004公路项目安全性评价指南［S］.广州：广州出版社，2004.

［6］柳本民，杨志清，孔令旗.道路运营安全性评价方法与指标［J］.中国安全科学学报，2007，（4）：151－156.

［7］徐进，宋大成，邵毅明.用速度的连续与均衡性来评价道路安全以及判定危险位置［J］.中国安全科学学报，2007，（2）：155－161.

Study on the Application of M icroscopic Simulation in the Highway Safety Evaluation

SUN Xin1，GUO Jun1，XUE Zhigui2
（1.Traffic and Transportation Engineering College，Changsha University of Science and Technology，Changsha Hunan 410114，China；2.Changsha Traffic Police Detachment，Changsha Hunan 410000，China）

The existing highway safety evaluation method focuses on geometric curve and operating speed coordination.The traditional method is static and partial evaluation method.The paper proposes a dynamic and global evaluation method usingmicroscopic simulation.The proposed method cannot only evaluate safety continuously，but also consider drivers’behaviors，the composition of vehicle type，traffic volume.The proposedmethod can comprehensively evaluate highway safety.The paper takes a highway from Chongqing to Liangping as an example and compares the evaluation results of the proposed method with the traditional one.

safety evaluation；Vissim；operating speed；speed difference；speed dropping parameter

TP311

A

1008－4681（2014）02－0050－04

（责任编校：晴川）

2014－03－05

孙欣（1978－），男，江西南昌人，长沙理工大学交通运输工程学院硕士生.研究方向：交通安全.